基于光学相控阵的光镊:细胞操纵的新纪元
2024年10月21日——一项来自麻省理工学院的突破性研究为生物研究领域带来了革命性的工具:基于光学相控阵(OPA)的光镊。这种集成光镊不仅结构紧凑、成本低廉,而且能够在不损伤细胞的情况下,从安全距离捕获和操纵生物粒子,为生物物理学和疾病研究开辟了新的可能性。

集成光镊的局限与突破
传统的集成光镊在生物研究中的应用受到限制,因为它们提供的操纵间距非常小。麻省理工学院的研究人员通过使用基于硅光子学的OPA,成功地将操纵间距扩大了两个数量级以上,能够在芯片表面上方5毫米处捕获和镊取生物粒子。
OPA光镊的技术优势
OPA光镊结合了集成镊子的优势和体光学系统的多功能性。这种光镊可以从安全距离捕获和操纵生物粒子,同时这些粒子仍留在无菌盖玻片内,确保芯片和粒子都受到保护,免受污染。这一技术的进步使得OPA光镊在未来可以用于研究DNA、对细胞进行分类、研究疾病机制,以及进行之前集成镊子无法完成的实验。
可控势能阱与微尺度粒子的捕获
OPA用于将芯片发射的光聚焦在芯片辐射近场中的特定点,提供可控势能阱,可用于捕获和镊取微尺度粒子。OPA由一系列使用半导体制造工艺在芯片上制造的微尺度天线组成。通过电子控制每个天线发射的光信号,研究人员可以控制OPA来塑造和控制芯片发射的光束。
精确控制与实验应用
麻省理工学院的研究小组发现,通过为每个天线创建特定的相位模式,可以形成一个高度聚焦的光束,适合在距离芯片表面几毫米的地方进行光学捕获和镊取。通过改变为芯片供电的光信号的波长,研究人员可以在大于1毫米的范围内以微尺度精度控制聚焦光束。
研究人员使用OPA光镊捕获芯片表面5毫米处的聚苯乙烯微球,并校准光镊系统。他们通过改变输入激光波长,非机械地控制光束的焦点。此外,该团队还使用光镊展示了小鼠淋巴母细胞的受控变形,这是首次使用单光束集成光镊进行细胞实验。
未来的改进与应用前景
鉴于用于生产OPA镊子的CMOS兼容制造平台的自然可扩展性和设计灵活性,研究人员设想了多种方法来改进系统,以提高其性能并实现新功能。该团队希望改进系统,使光束的焦距可调,并希望将该设备应用于不同的生物系统,并同时使用多个捕获点以更复杂的方式操纵生物粒子。
通过将焦距扩展到毫米级,该团队为集成光镊引入了一种新模式,大大扩展了镊子在生物实验和新兴体内捕获研究中的使用和兼容性。OPA光镊可能有用的有前景的应用范围从DNA和蛋白质实验到细胞操作和分类。
这项研究发表在《自然方法》(NatureMethods)上,标志着基于光学相控阵的光镊技术在生物物理学和疾病研究中的重要进展,为未来的科学研究提供了强大的新工具。
-
横向色差与纵向色差:镜头色差异从哪里来,怎么测?
白光是由不同波长的光组成的复合光。由于透镜材料对不同波长的光折射率不同,不同颜色的光经过透镜后会产生不同的折射角度和焦距——这就是色差(Chromatic Aberration)。
2026-09-29
-
镜片一装上去像就变?光学元件应力双折射的成因、定量检测与装夹启示
不少装调工程师都遇到过这样的情况:一片单独检测合格的镜片,装进镜筒、拧上压圈后,波前或偏振状态却发生了变化;胶合固化后的透镜,在偏光仪下出现一圈圈彩色条纹。这些现象背后,往往是同一个"看不见的变量"——应力双折射(Stress Birefringence)。本文梳理应力双折射的成因、它对光学性能的影响、定量检测原理与相关标准,并讨论它对光学装夹(预紧力/应力平衡)的实际启示。
2026-09-29
-
130°大视场、25点测量、60秒出MTF 内窥镜光学性能怎么做量产检测?
无论是腹腔、关节、鼻窦等硬管内窥镜,还是电子胃肠镜、胶囊内镜,医生都要通过一根细长的镜体看清体内细节。视场够不够大、边缘清不清晰、有没有变形,直接关系到病灶能否被发现。随着医用内窥镜国产替代加速、工业孔探应用增多,仅靠人工看分辨率板"数线对"已难以满足量产质控要求。本文结合 TRIOPTICS 的 ImageMaster® ENDO PRO 内窥镜专用光学传递函数测量仪,梳理内窥镜光学检测的特殊点、MTF 测量方法与量产化设备实现。
2026-09-28
-
AI 芯片扩产,卡在"最后一道“光学关”——从 CoWoS 到 CPO,为什么光学对准与检测成了新瓶颈
9 月初的 SEMICON Taiwan 2026 上,多家国际机构的调研罕见地指向同一个判断:AI 半导体的扩产,正在从“前端增产”走向“全链条扩产”——产能压力从晶圆厂蔓延到先进封装、光互连和测试。而对光学行业的人来说,这条链的末端藏着本次展会最实在的信号:量产的卡点,恰好落在了光学对准与检测上。
2026-09-28
-
批产一致性数据读图指南:单片合格,为什么批次还是不达标
一条 MTF 曲线、一张波面图、一份偏心报告。但量产阶段真正决定交付质量的,往往是批次数据的一致性:100 片镜头里每一片都过规格,并不意味着这一批就是稳定的。
原因在于下游系统通常由多片光学元件级联构成。单片各自满足容差,其偏差在系统内随机叠加后,合成波前误差会显著放大;批内离散度越大,装配后系统性能的可预测性越差。因此,读批次数据的方法与读单片数据有本质区别:关注的不是"某一片好不好",而是"整批是否受控、变异来自哪里"。2026-09-28
