傳統(tǒng)光鑷面臨著系統(tǒng)復(fù)雜、光損傷、操控作用力小、操控顆粒范圍窄、僅適用于透明物體等挑戰(zhàn)，嚴(yán)重阻礙其實際應(yīng)用。1月9日，記者從中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（以下簡稱“深圳先進(jìn)院”）獲悉，該院醫(yī)工所智能醫(yī)用材料與器械研究中心杜學(xué)敏研究員團(tuán)隊基于前期的研究基礎(chǔ)，自主研制出了新型光-電鑷原型系統(tǒng)，可實現(xiàn)對不同材質(zhì)、相態(tài)和形狀物體的非接觸、跨尺度、普適、多功能操控。
探索光調(diào)控技術(shù)新突破
2016年，杜學(xué)敏團(tuán)隊開始在光-電智能材料和靜電鑷領(lǐng)域開展研究工作。基于前期工作基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊開發(fā)出全新的光-電鑷。
該光-電鑷由兩個核心元素組成：近紅外激光光源和光-電轉(zhuǎn)換器。其中，在光電轉(zhuǎn)換器中，包含了研究團(tuán)隊自主研發(fā)的具有高效光熱釋電（光-電）性能的鎵-銦液態(tài)金屬顆粒摻雜的聚偏氟乙烯-三氟乙烯高分子薄膜，以及具有減阻、抗污染、消除導(dǎo)電介質(zhì)形成電荷屏蔽三重功能的潤滑層，通過兩片聚甲基丙烯酸甲酯封裝集成。
實驗結(jié)果表明，研發(fā)團(tuán)隊提出的新型光-電鑷展現(xiàn)出了卓越、穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換性能，僅需每平方毫米2毫瓦的光照強度下即可產(chǎn)生0.26伏的表面電勢，光照強度增加可增強光-電場，即便將表面介質(zhì)厚度改變范圍為1厘米至10厘米，電導(dǎo)率調(diào)整范圍為1.16毫西門子每厘米至91毫西門子每厘米，其光電性能仍能保持有效。
“傳統(tǒng)的光鑷需要的光強度較高，大約為每平方毫米一千萬毫瓦，會存在光損傷的問題，在微觀尺度的調(diào)控可能會灼傷甚至殺死細(xì)胞。”杜學(xué)敏介紹，“相比之下，新型光-電鑷所需要的光照強度很低，通過高性能的光-電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的介電泳力操控物體，以避免光強度對生物樣本的損傷。”
打開微觀調(diào)控大門
據(jù)了解，結(jié)合光場和電場的雙重優(yōu)勢，新型光-電鑷成功實現(xiàn)不同場景下的多功能操控，展現(xiàn)出了前所未有的靈活性和適應(yīng)性。
值得關(guān)注的是，相比傳統(tǒng)的光鑷，該光-電鑷所需光照強度低7個數(shù)量級，卻能產(chǎn)生操控力高7個數(shù)量級，成功實現(xiàn)了不同材質(zhì)（聚合物、無機物和金屬）、不同相態(tài)（氣泡、液體和固體）、不同形狀（球體、長方體、螺旋線）和活魚卵等物體的非接觸、普適性、程序化操控。
杜學(xué)敏介紹，在應(yīng)用層面，他們團(tuán)隊研發(fā)的新型光-電鑷不僅可以設(shè)計成便攜式的操控平臺用于宏觀尺寸物體操控，還可與顯微成像系統(tǒng)集成，研制成顯微光-電鑷操控系統(tǒng)。
此外，光-電鑷還能實現(xiàn)對5微米至2.5毫米的固體顆粒、1皮升至10毫升液滴的跨尺度操控，具有強大的靈活性和適應(yīng)性。光-電鑷還可被應(yīng)用于水凝膠微型機器人組裝和任務(wù)執(zhí)行、不同材質(zhì)和尺寸顆粒的篩選、活細(xì)胞的組裝、單個細(xì)胞的操控以及細(xì)胞刺激響應(yīng)等微型機器人和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
杜學(xué)敏表示，“光-電鑷克服了傳統(tǒng)光鑷的局限性，填補了傳統(tǒng)光鑷無法實現(xiàn)的宏觀和微觀物體操控之間的空白，為機器人、類器官、再生醫(yī)學(xué)、神經(jīng)調(diào)控等重點前沿科技領(lǐng)域提供新的工具與技術(shù)。”
傳統(tǒng)光鑷面臨著系統(tǒng)復(fù)雜、光損傷、操控作用力小、操控顆粒范圍窄、僅適用于透明物體等挑戰(zhàn)，嚴(yán)重阻礙其實際應(yīng)用。1月9日，記者從中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（以下簡稱“深圳先進(jìn)院”）獲悉，該院醫(yī)工所智能醫(yī)用材料與器械研究中心杜學(xué)敏研究員團(tuán)隊基于前期的研究基礎(chǔ)，自主研制出了新型光-電鑷原型系統(tǒng)，可實現(xiàn)對不同材質(zhì)、相態(tài)和形狀物體的非接觸、跨尺度、普適、多功能操控。
探索光調(diào)控技術(shù)新突破
2016年，杜學(xué)敏團(tuán)隊開始在光-電智能材料和靜電鑷領(lǐng)域開展研究工作。基于前期工作基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊開發(fā)出全新的光-電鑷。
該光-電鑷由兩個核心元素組成：近紅外激光光源和光-電轉(zhuǎn)換器。其中，在光電轉(zhuǎn)換器中，包含了研究團(tuán)隊自主研發(fā)的具有高效光熱釋電（光-電）性能的鎵-銦液態(tài)金屬顆粒摻雜的聚偏氟乙烯-三氟乙烯高分子薄膜，以及具有減阻、抗污染、消除導(dǎo)電介質(zhì)形成電荷屏蔽三重功能的潤滑層，通過兩片聚甲基丙烯酸甲酯封裝集成。
實驗結(jié)果表明，研發(fā)團(tuán)隊提出的新型光-電鑷展現(xiàn)出了卓越、穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換性能，僅需每平方毫米2毫瓦的光照強度下即可產(chǎn)生0.26伏的表面電勢，光照強度增加可增強光-電場，即便將表面介質(zhì)厚度改變范圍為1厘米至10厘米，電導(dǎo)率調(diào)整范圍為1.16毫西門子每厘米至91毫西門子每厘米，其光電性能仍能保持有效。
“傳統(tǒng)的光鑷需要的光強度較高，大約為每平方毫米一千萬毫瓦，會存在光損傷的問題，在微觀尺度的調(diào)控可能會灼傷甚至殺死細(xì)胞。”杜學(xué)敏介紹，“相比之下，新型光-電鑷所需要的光照強度很低，通過高性能的光-電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的介電泳力操控物體，以避免光強度對生物樣本的損傷。”
打開微觀調(diào)控大門
據(jù)了解，結(jié)合光場和電場的雙重優(yōu)勢，新型光-電鑷成功實現(xiàn)不同場景下的多功能操控，展現(xiàn)出了前所未有的靈活性和適應(yīng)性。
值得關(guān)注的是，相比傳統(tǒng)的光鑷，該光-電鑷所需光照強度低7個數(shù)量級，卻能產(chǎn)生操控力高7個數(shù)量級，成功實現(xiàn)了不同材質(zhì)（聚合物、無機物和金屬）、不同相態(tài)（氣泡、液體和固體）、不同形狀（球體、長方體、螺旋線）和活魚卵等物體的非接觸、普適性、程序化操控。
杜學(xué)敏介紹，在應(yīng)用層面，他們團(tuán)隊研發(fā)的新型光-電鑷不僅可以設(shè)計成便攜式的操控平臺用于宏觀尺寸物體操控，還可與顯微成像系統(tǒng)集成，研制成顯微光-電鑷操控系統(tǒng)。
此外，光-電鑷還能實現(xiàn)對5微米至2.5毫米的固體顆粒、1皮升至10毫升液滴的跨尺度操控，具有強大的靈活性和適應(yīng)性。光-電鑷還可被應(yīng)用于水凝膠微型機器人組裝和任務(wù)執(zhí)行、不同材質(zhì)和尺寸顆粒的篩選、活細(xì)胞的組裝、單個細(xì)胞的操控以及細(xì)胞刺激響應(yīng)等微型機器人和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
杜學(xué)敏表示，“光-電鑷克服了傳統(tǒng)光鑷的局限性，填補了傳統(tǒng)光鑷無法實現(xiàn)的宏觀和微觀物體操控之間的空白，為機器人、類器官、再生醫(yī)學(xué)、神經(jīng)調(diào)控等重點前沿科技領(lǐng)域提供新的工具與技術(shù)。”
本文鏈接：新型光-電鑷原型系統(tǒng)研制成功http://www.lensthegame.com/show-2-10118-0.html
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