光鑷?yán)脧?qiáng)光場的梯度力來抓取和操縱納米顆粒、細(xì)胞甚至病毒，使細(xì)胞分裂、細(xì)胞內(nèi)力和一系列其他生物物理問題的研究日趨成熟。但是光鑷強(qiáng)大的光場會損壞一些精巧的活的生物標(biāo)本。為了解決這個(gè)問題，英國三所大學(xué)的一組科學(xué)家提出了一種不同的光學(xué)鑷子。該小組的裝置不使用光直接捕捉和操縱粒子，而是使用全息光學(xué)鑷子將粒子推到適當(dāng)?shù)奈恢?，并以光學(xué)方式驅(qū)動由機(jī)器人控制的微型轉(zhuǎn)子。這些旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子反過來創(chuàng)造了精確的、高度局部化的流體流場，可以在水介質(zhì)中操縱粒子和生物細(xì)胞，而不會因集中的激光功率而造成粒子損壞的風(fēng)險(xiǎn)。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這種方法為在水環(huán)境中移動生物樣品開辟了一些有趣的新應(yīng)用可能性，例如在微流控芯片中移動生物樣品。

由英國三所大學(xué)的科學(xué)家設(shè)計(jì)的一個(gè)系統(tǒng)使用機(jī)器人控制的微型轉(zhuǎn)子，通過直接激光寫入和使用光學(xué)鑷子轉(zhuǎn)動，以流體動力學(xué)控制和操縱微小顆粒。該系統(tǒng)可以保護(hù)一些樣品，例如脆弱的生物顆粒，免受光學(xué)鑷子直接操作所帶來的光損傷。

許多研究人員已經(jīng)探索了利用微流體控制來操縱小顆粒的前景，作為光學(xué)、磁場或電場方法的替代方法。但傳統(tǒng)的流體力學(xué)技術(shù)涉及外部壓力控制器或注射泵，往往產(chǎn)生相對較大的流場。除了感興趣的顆粒之外，這些流場還可以清除溶液或懸浮液中的其他顆粒，從而有可能污染實(shí)驗(yàn)。為了解決這個(gè)問題，目前工作背后的研究團(tuán)隊(duì)，包括格拉斯哥大學(xué)、布里斯托爾大學(xué)和英國埃克塞特大學(xué)的科學(xué)家，開始使用直接激光寫作來創(chuàng)造精巧的小流量驅(qū)動元件。利用Nanoscribe公司的商用3-D激光光刻系統(tǒng)，研究人員制作了直徑約為20微米的圓形三片式塑料轉(zhuǎn)子。每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片都包括一個(gè)小的球狀“手柄”，可以被光學(xué)鑷子抓住。

研究小組將微型轉(zhuǎn)子浸入水相懸浮液中，水相懸浮液中還含有目標(biāo)顆粒，如5微米半徑的二氧化硅珠。然后將懸浮液置于干凈的玻璃樣品池中，放在實(shí)驗(yàn)室制造的全息光學(xué)鑷子裝置的臺上，用倒置的顯微鏡物鏡聚焦，并用空間光調(diào)制器（SLM）控制。SLM以一種快速可重構(gòu)的相位模板刻印光束，可用于在樣品場中產(chǎn)生多個(gè)光學(xué)陷阱。兩臺數(shù)碼相機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤每個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展。為了給微轉(zhuǎn)子提供機(jī)器人控制，研究人員將鑷子裝置與計(jì)算機(jī)軟件聯(lián)系起來，計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了一個(gè)流體動力反饋回路。來自攝像機(jī)的目標(biāo)位置和速度的實(shí)時(shí)信息被輸入到計(jì)算機(jī)程序中，求解了不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與顆粒速度之間的流體動力學(xué)矩陣方程，并計(jì)算了改變流場所需的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和位置的變化。這些數(shù)據(jù)被用于反饋回路，以便在鑷子上刷新下一個(gè)循環(huán)的SLM。

利用這個(gè)裝置，研究小組發(fā)現(xiàn)能夠利用光鑷裝置使微型轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并利用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的流體動力電流圍繞微小顆粒移動，并將它們固定在特定的位置。由于每個(gè)轉(zhuǎn)子所排出的流體量都是皮升的數(shù)量級，因此流場被精確限制，影響附近的目標(biāo)粒子，但不影響周圍的粒子。該團(tuán)隊(duì)還能夠使用該系統(tǒng)移動和定位單個(gè)酵母細(xì)胞，同時(shí)獨(dú)立控制多個(gè)對象。據(jù)作者稱，驅(qū)動光鑷的激光與流體動力捕獲和操縱的粒子之間的空間分離足以保護(hù)粒子免受光損傷。在研究人員看來，光學(xué)控制、自動反饋和可重構(gòu)性以及精確的流體動力轉(zhuǎn)向的結(jié)合可能會打開“各種新的實(shí)驗(yàn)范式”。其中一種可能是創(chuàng)造“動態(tài)可重構(gòu)微流控芯片”，光和計(jì)算機(jī)控制的微轉(zhuǎn)子與粒子一起移動并引導(dǎo)它們通過芯片架構(gòu)。