近日，我研究院杨扬副教授课题组与校内相关课题组合作，在溶液中的单分子操纵方面取得重要进展，并于Cell Press出版社旗下的材料学旗舰期刊Matter上，以“Single-Molecule Plasmonic Optical Trapping”为题发表了相关研究成果。
游离单分子操纵的实现有助于研究者展开单分子尺度的研究，从而加深对物理、化学、生物等过程的理解，具有十分重要的科学意义。其中，光镊技术以其非接触式、高空间和高时间分辨率的特点而成为单分子领域十分重要的研究工具。传统光镊技术受限于衍射极限，难以对纳米尺寸的物体进行直接的操纵。为此研究者大多只能采用微球作为辅助等一些间接手段，从而引入了干扰因素，并且极大地限制了光镊技术的应用范围。近年来通过引入等离激元效应，光镊技术已经实现了对尺寸为几十到几百纳米的粒子或分子的直接操纵。但是对于尺寸小至1～2nm的常见小分子而言，由于分子的极化率非常小，导致光学力的大小难以克服分子的布朗运动。目前，国际上尚无可以对溶液中的游离单个小分子进行直接操纵的方法。
针对这一问题，研究团队提出了单分子等离激元光镊的全新技术。团队通过搭建激光与机械可控裂结的联用装置，利用纳米间隙中等离激元的光学增强效应，对2 nm大小的寡聚苯乙炔分子在室温、溶液环境下实现了直接光学捕获与释放。通过改变入射激光的波长、偏振方向、光强等实验参数，同时借助于理论模拟，证实了分子的捕获主要是由纳米间隙在光激发所产生的等离激元效应所造成的。研究团队进一步基于光学梯度力大小与物体体积、极化率之间的关系，实现了对混合溶液中的分子的选择性捕获，展现了该方法在研究分子间化学反应、相互作用、构筑分子机器等领域所具有的应用潜力。
我研究院杨扬副教授和化学化工学院田中群教授、洪文晶教授为论文的共同通讯作者。我研究院2017级硕士生王干为论文的共同第一作者。国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目对该工作予以了资助与支持。
论文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520303775
发布：2020年10月07日 15:18
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