光鑷夾捉得住納米級物體
光鑷夾(optical tweezer)通常只能捕捉與光波長尺寸相當?shù)奈⒚准壩矬w，但最近西班牙與澳大利亞的科學家卻制作出一種光學納米鑷夾(optical nanotweezer)，并成功地用它來捕捉及移動僅幾十納米大的物體。這套新工具能捉住病毒等微小物體而不會破壞它們，而且能在生物兼容的介質(zhì)(例如水)中操作，未來可望應用在各種領(lǐng)域，從協(xié)助科學家了解疾病背后的機制，到組合微小的機械。 W:n \,P
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控制個別分子在醫(yī)學中是極為關(guān)鍵技術(shù)，例如研究疾病起源時通常需要操控病毒或大型蛋白質(zhì)；而能精準置放微小物體(如碳納米管)在分子馬達等納米科技的發(fā)展中也占有核心的地位。傳統(tǒng)光鑷夾的精準度受制于衍射極限(diffraction limit)，以可見光來說約是300 nm，所以只能對付微米級物體。 chD7 ^&5]
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然而，近場光波不受衍射極限的約束。近場光波只存在于發(fā)光區(qū)附近，隨著距離快速衰減。1990年代有科學家建議利用近場掃描光學顯微鏡(near-field scanning optical microscope, NSOM)來捕捉及操控納米級物體。NSOM是以探針上直徑幾十納米的孔徑在物體上方幾納米處掃描，來擷取近場光。 z|AknEE,
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要將NSOM變成光鑷夾，必須讓激光通過孔徑在近場范圍聚焦于一點。在焦點中，光場強度的梯度會將微小物體拖往電場最強的焦點中心，原理與統(tǒng)光鑷夾一樣，問題是匯聚在顯微鏡探針尖端的光場太強，會破壞對熱敏感的樣品，甚至傷及針尖本身。 (421$w,B%
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最近，巴賽隆那光電科學研究所(Institute of Photonic Sciences)的Romain Quidant等人證明只要采用強度低很多的光，就能捕捉操控微小物體。該團隊的實驗裝置包含直徑1 m的光纖，尖端有寬85 nm的領(lǐng)結(jié)狀開口。他們采用新的自感反作用(self-induced back action)捕捉術(shù)，這種根據(jù)樣品行為實時調(diào)整局部場強度的技術(shù)讓他們得以降低光強度。 oIOeX1$V
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該團隊以功率可在2-5 mW范圍內(nèi)調(diào)整的近場激光，來操控水中粒徑為50 nm的聚苯乙烯微粒達30分鐘。Quidant表示，他們看好這項技術(shù)能成為納米科學中用來非侵入式操控納米物體所的需通用工具。
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