据中国激光杂志社网，于2023年12月10日报道，光镊是一种通过高度聚焦激光产生的力移动和操控微纳物体的装置，可实现无接触的三维操控。光学纳米颗粒通过散射、吸收光、能量转换和发光等过程与激光产生相互作用。利用光镊研究光学纳米颗粒并探索实际应用是国际前沿研究的热点，2018年，美国科学家Arthur Ashkin因发明光镊而获得诺贝尔物理学奖。
光学纳米颗粒在光学领域中扮演着重要的角色。2023年的诺贝尔化学奖授予给量子点的发现和合成者，该奖项肯定了具有特殊光学特性的量子点的重要性。光学纳米颗粒不仅可以对生物组织等进行光学成像，还可以充当高度灵敏的远程传感器。光镊已被证实可以用于分离和操纵单个光学纳米颗粒，这打开了高分辨率的单颗粒扫描成像和传感应用的大门。在这个发展迅速的领域，有必要总结迄今为止所取得的成果。
关键进展
西班牙马德里自治大学的Daniel Jaque教授所带领的研究团队Nanomaterials for Bioimaging Group (nanoBIG) 受邀在英文期刊Opto-Electronic Science（光电科学）上发表了题为“Optical trapping of optical nanoparticles: Fundamentals and applications”的综述文章。该综述概述了传统光镊捕获光学纳米颗粒的基础原理和应用，并对该领域的发展前景进行探讨。
该篇综述总结了光镊捕获单个光学纳米颗粒领域中最相关的报道。 根据颗粒的材料及其光学性质分为以下五类：等离子体纳米颗粒、镧系元素掺杂纳米颗粒、荧光聚合物纳米颗粒、半导体纳米颗粒和纳米金刚石。
等离子体纳米颗粒
等离子体纳米颗粒的成分主要为金属，具有较大的极化率和较高的光热转换效率，这些特性要求对激光的波长进行严格选择。光镊捕获的单个等离子体纳米颗粒的主要应用是研究颗粒间的相互作用和温度传感。这些研究是通过分析纳米颗粒吸收、散射或发射的光谱来完成的。
镧系元素掺杂纳米颗粒
镧系元素掺杂纳米颗粒具有发射带较窄、荧光寿命长和荧光强度对温度敏感等特点。
已有报道表明光镊捕获的单个镧系元素掺杂纳米颗粒可实现细胞的温度传感。镧系元素掺杂纳米颗粒基质材料（四氟化钠）具有双折射效应，在捕获激光的照射下可带动颗粒发生自旋。对于固定的激光功率，旋转速度取决于颗粒周围的介质粘度。这一特性可用于测量液体或细胞内部粘度。此外，对镧系元素掺杂纳米颗粒的表面进行修饰可以将其用于化学传感，如pH值的测量。
荧光聚合物纳米颗粒
将荧光染料分子掺入聚合物纳米颗粒中可使其发光并且易于在光阱内进行追踪。 该综述总结了利用对荧光光聚合物纳米颗粒的追踪进行的单纳米颗粒动力学和生物样品表征研究。这些报道的工作不仅有助于深入理解激光和光学颗粒之间的光机械作用，还展示了光镊捕获发光纳米颗粒与荧光或扫描显微镜相结合的巨大潜力。
半导体纳米颗粒
半导体纳米颗粒，如量子点，由于其特殊的光致发光特性而引起极大的关注，例如可调谐的发射波长、较高的光漂白耐受性、高量子产率和化学稳定性等。利用光镊可以进行评估和研究如何改善单个半导体纳米颗粒的发光性能。此外，半导体纳米颗粒还可以作为细胞成像的局部激发源。
纳米金刚石
纳米金刚石的荧光是由金刚石结构中的点缺陷（称为色心）引起的。这种纳米颗粒对磁场、电场和温度等物理量的探测具有灵敏性。目前有关光镊捕获纳米金刚石的文献报道数量较少，相关研究仍处于起步阶段。首次发表的研究工作证实了单个纳米金刚石可以用作磁场传感器。之后，光镊捕获的纳米金刚石也被证实可用作细胞的温度传感器。
总结与展望
尽管光镊在单个发光纳米颗粒的研究上具有巨大的潜力，但该领域仍处于起步阶段。已报道的大部分工作的关注点都在于如何应用该技术而不是填补理论空白，目前仍有一些理论基础亟需研究。该综述最后总结了光镊捕获纳米颗粒所面临的挑战，比如缺乏精确描述光学力的公式、在应用过程中空间分辨率的不确定性及可能存在的传感误差等。其目的旨在促进该领域在原理、技术、实验设备和应用等方面的丰富和发展。
研究团队简介
纳米材料生物成像研究团队（Nanomaterials for Bioimaging Group, nanoBIG），是一个多学科交叉的课题组，由来自马德里自治大学生理学、生物学、材料物理和应用物理系的 19 名研究人员组成。NanoBIG的主要研究目标是应用发光纳米材料作为当前生物医学问题的新解决方案。这一目标意味着同时发展不同的研究方向，包括新材料研究和表征、新显微镜和成像技术的发展，以及小动物模型的设计和开发，以测试材料和所开发技术的潜在应用。
研究团队网页：http://nanobig.eu
