1.成果名称

一种基于涡旋对光束的光镊系统

2.所属领域

医疗仪器设备、纳米科技、机械生物学设备、精密光电仪器

3.行业痛点

光镊技术是一类利用光来实现对微粒（如细胞）操纵的光学系统，对于捕获微小粒子、测量微小作用力及生产微小器件等方面具有重要意义，可用于生物医学、微纳加工等领域。最初的光学操纵是利用基模高斯光束的梯度力实现，后来一些新的结构光场也被利用到光学捕获操作，例如拉盖尔高斯光束的涡旋光束。但是，由于涡旋光束在传输的过程中带有轨道角动量，微粒会在光亮环上不可控地公转，难以实现对微粒的稳定操纵。另外，早期的光镊捕获的对象通常是球形的微粒，若想实现单一光束对多粒子或者非球形微粒如棒状微粒等进行可操控的捕获时，通常存在光学装置复杂、操作难度大、可控性不高等缺点。

光镊技术发展至今二十多年来，相关技术主要由美国、日本、德国等国家的企业所主导，国内主体申请光镊技术的专利相对较少。国外公司推出的光镊系统产品存在价格昂贵、功能固定、不便改进等问题。一般实验室自行搭建简单的单光束光镊，但大多存在系统设计冗余、光路松散、占用空间大和系统稳定性差等缺点。

4.解决方案

研究团队设计实现了基于单一涡旋对光束的光镊系统。该技术通过加载到空间光调制器产生不同涡旋对光束光强分布，从而在某一方向上捕获两个微粒的同时捕获，通过涡旋对光束参数实现捕获的两个微粒相对位置的精确调控和定位。该技术还可实现对棒状微粒的定向，以及在平面内速度精准可控的旋转操作。这样的操纵使得该光镊系统的应用对象更加丰富，有效解决传统光镊无法对所捕获的球形粒子进行位置调控，无法实现对长条形等特殊结构的微粒实现定向转动等诸多问题。

图1光镊系统示意图（左上为涡旋对光束的聚焦）

图2光镊捕获长条形微粒实际效果

5.技术优势

该光镊系统的应用对象比传统光镊系统更加丰富，有效解决传统光镊无法对所捕获的球形粒子进行位置调控，无法实现对长条形等特殊结构的微粒实现定向转动等诸多问题。

本成果的模块化设计使得系统稳定性高，兼容性好，可以很好地与荧光显微成像等技术结合，在生物细胞操控、靶向药物研发、细胞成像、微纳加工等领域发挥重要作用。

6.技术成熟度

本成果处于研发升级阶段，已经完成实验室阶段研发并申请中国、美国专利保护。

7.应用前景

（1）适用领域：细胞生物学、单分子生物学、胶体科学以及物理学研究领域

（2）目标客户/消费群体：大学和科研院所从事理论基础和应用基础的相关生物学、医学等领域研究人员

（3）商业计划及市场前景：与光场调控器件（如空间光调制器）公司开展技术合作等方式推进本成果的转化和应用

8.知识产权情况

本成果已申请并获得国内外专利授权。

9.课题资助

本成果受到国家自然基金项目、浙江省自然科学基金重大项目专项支持。

10.合作方式

专利许可、转让、作价投资等，具体详谈。

11.科研团队

王立刚，浙江大学物理学系教授，博士生导师，研究方向包括超分辨与光场调控、新型光镊技术、快光与慢光的群速度调控(正常色散、反常色散)与机制研究，光与多能级原子、新型材料的相互作用等，在权威期刊发表研究论文100 多篇，入选美国斯坦福大学John P. A. Ioannidis教授团队和爱思唯尔数据库（Elsevier Data Repository）发布2023全球前2％顶尖科学家榜单（Stanford University Top 2 Scientists List）。

12.联系方式

浙江大学工业技术转化研究院

成果转化办公室 吴老师：0571-88982822

技术转移中心   余老师：0571-88208236

注：所有成果技术资料来自研究团队，未经授权，请勿转载！

咨询授权请联系：0571-88982822（吴老师）