表面等离激元光镊捕获溶液中的单分子

来源：CBG资讯

近日，厦门大学化学化工学院田中群教授和洪文晶教授团队合作，利用等离激元光学纳米间隙实现单分子的直接捕获与释放，相关研究成果以“Single-Molecule Plasmonic Optical Trapping”为题发表于Matter（10.1016/j.matt.2020.07.019）。

人们对于在常温常压条件下尤其是溶液环境中俘获或者操控微观粒子的追求从未停止，以期不断减少可操控的微观粒子的尺寸，最终实现单分子操控的目标。然而，分子布朗运动严重抑制了分子的顺利俘获。人们仅可在特殊条件下将分子与微结构结合以增大俘获力，但仍难以实现可控的俘获和释放。除了分子量很大的生物大分子之外，迄今尚未能实现溶液中小分子的俘获。

研究团队为此提出了一种新方法，即单分子等离激元光镊技术。通过自行搭建机械可控裂结与激光联用装置，在室温和溶液环境下实现了2 nm大小的寡聚苯乙炔分子的捕获与释放。理论模拟证明俘获力来源于等离激元纳米结构增强的电磁场所产生的光学力，并得到实验的验证（如改变入射激光的波长、偏振和光强等）。他们还利用光学梯度力与分子极化率之间的关系，实现了混合溶液中分子的选择性捕获。该方法使得在溶液中光学可操控物体的极限尺寸降低到单分子尺度，为物理、化学、生命科学中的分子或微粒的操控开辟了一条新的途径，使其不再被强吸附基团、超高真空和超低温等较苛刻的限制，也为可控的单分子过程研究以及自下而上的纳米器件和分子机器的构建提供了有效方法。

该工作由田中群教授、洪文晶教授以及萨本栋微米纳米科学技术研究院杨扬副教授共同指导，由已毕业博士生战超提出思路并设计实验、与萨本栋微米纳米研究院已毕业硕士生王干共同完成主要实验工作，已毕业博士生易骏完成理论模拟工作。魏珺颖硕士、博士生李之豪、陈招斌高工和师佳副教授参与了部分研究和课题讨论。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划课题的资助，以及固体表面物理化学国家重点实验室、能源材料化学协同创新中心的支持。