精儀學院微納測試團隊提出了一種光鑷可控旋轉新方法

2020-11-26 天津大學新聞網

本站訊（通訊員 胡春光）光鑷技術以其精密的力操控與測量性能，在生物大分子力與構象動力學研究中大放異彩，如核酸和蛋白質的摺疊動力學研究。常規的光鑷力譜測量方法主要採用三維平動方式拉伸耦合生物大分子樣品的微球，但平動測試無法測量單個生物大分子在生命活動中肩負重要作用的旋轉運動，如DNA自身的螺旋結構及其在很多重要生命過程中展現的轉動特性。角旋轉光鑷技術被認為是解決這一難題的有效方法，是光鑷技術研究的重要方向。

近日，天津大學精儀學院微納測試團隊提出了一種基於人工化學合成的異質兩面神（Janus）微球的光鑷可控旋轉新方法，為光鑷多自由度操控微結構體提供了新的思路。該研究首先發展了光阱環境微結構體受力的最低能量法仿真方法，快速分析出Janus微球在線性偏振光阱中的穩定捕獲位置與姿態，確定了此類微球在光學特性上與雙折射材料的等效性。隨後，在自主開發的光鑷系統上，實現PMMA/PS型Janus微球的可控旋轉，詳細分析了微球在不同旋轉角度的位姿、穩定性、響應速度以及自旋過程中旋轉中心與微球幾何中心的空間關係，多角度展現了該方法靈活的可控性，實時的可視性，以及在已有光鑷系統上的易拓展性。結合人工合成Janus微球的多樣性和技術的成熟性，該方法有望顯著拓寬光鑷旋轉技術在生物物理領域的應用前景，為在單分子水平精細研究生命結構的多維度力學特性提供了可能。

              

圖1 PMMA與PS組成的Janus微球以及基於最低能量法則仿真的微球穩定捕獲位置與姿態

圖2 Janus微球的可控旋轉

該成果於2020年9月13日以「Angular Trapping of Spherical Janus Particles」為題在線發表在Wiley期刊Small Methods上（影響因子12.13），天津大學精密測試技術及儀器國家重點實驗室博士生高曉晴為第一作者，胡春光副教授和加拿大不列顛哥倫比亞大學李宏斌教授為共同通訊作者。天津大學何學浩教授團隊和華中科技大學朱錦濤教授團隊為研究工作提供了高質量的Janus微球。該研究得到國家自然科學基金（61927808），111計劃（B0714）和國家留學基金委（CSC201706250048）的資助。

論文連結：https://doi.org/10.1002/smtd.202000565

（編輯 張華 陳錚傑）


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