表面等離激元光鑷捕獲溶液中的單分子

发布日期:2020-09-22     浏览次数:次   

近日,我院田中群教授和洪文晶教授團隊合作,利用等離激元光學納米間隙實現單分子的直接捕獲與釋放方面,相關研究成果以“Single-Molecule Plasmonic Optical Trapping”爲題發表于Cell出版社旗下的Matter期刊。

人們對于在常溫常壓條件下尤其是溶液環境中俘獲或者操控微觀粒子的追求從未停止,以期不斷減少可操控的微觀粒子的尺寸,最終實現單分子操控的目標。然而,分子布朗運動嚴重抑制了分子的順利俘獲。人們僅可在特殊條件下將分子與微結構結合以增大俘獲力,但仍難以實現可控的俘獲和釋放。除了分子量很大的生物大分子之外,迄今尚未能實現溶液中小分子的俘獲。

研究團隊爲此提出了一種新方法,即單分子等離激元光鑷技術。通過自行搭建機械可控裂結與激光聯用裝置,在室溫和溶液環境下實現了2 nm大小的寡聚苯乙炔分子的捕獲與釋放。理論模擬證明俘獲力來源于等離激元納米結構增強的電磁場所産生的光學力,並得到實驗的驗證(如改變入射激光的波長、偏振和光強等)。他們還利用光學梯度力與分子極化率之間的關系,實現了混合溶液中分子的選擇性捕獲。該方法使得在溶液中光學可操控物體的極限尺寸降低到單分子尺度,爲物理、化學、生命科學中的分子或微粒的操控開辟了一條新的途徑,使其不再被強吸附基團、超高真空和超低溫等較苛刻的限制,也爲可控的單分子過程研究以及自下而上的納米器件和分子機器的構建提供了有效方法。

該工作由我院田中群教授、洪文晶教授以及薩本棟微米納米科學技術研究院楊揚副教授共同指導,由我院已畢業博士生戰超提出思路並設計實驗、與薩本棟微米納米研究院已畢業碩士生王幹共同完成主要實驗工作,已畢業博士生易駿完成理論模擬工作。魏珺穎碩士、博士生李之豪、陳招斌高工和師佳副教授參與了部分研究和課題討論。該工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃課題的資助,以及固體表面物理化學國家重點實驗室、能源材料化學協同創新中心的支持。

論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520303775

 

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