金沙威尼斯欢乐娱人城王占山和程鑫彬团队关于亚20nm手性颗粒高速分选的研究成果入选《纳米快报》封面文章

近日，金沙威尼斯欢乐娱人城王占山教授和程鑫彬教授团队借助镜面增强的环偶极子超表面实现了亚20 nm手性颗粒的高速分选，为对映异构体的高效分选提供了新的解决方案，在生物技术、纳米技术和药理学等领域具有巨大的应用潜力。相关研究成果以“High-Speed Sorting of Sub-20 nm Chiral Particles via Toroidal-Enhanced Separated Potential Wells”为题发表于《纳米快报》（Nano Letters），并入选封面文章。

手性分选在生物医学、材料科学和制药等领域具有重要作用。自然界中的手性分子多存在于纳米尺度上，超表面拥有强大的光场操控能力，可以产生强近场梯度，突破衍射极限，实现对纳米级手性颗粒的操控。然而，现有研究聚焦于静态场中纳米手性颗粒的分离和选择性捕获，难以满足实际应用对高效、高速分选的需求。

鉴于此，金沙威尼斯欢乐娱人城王占山和程鑫彬团队提出了一种结合对映选择性势阱与流场的纳米级手性颗粒高速分选方法。如图1所示，镜面增强的环形偶极子大幅增强超表面上方的电磁场，放大手性梯度力，从而产生位置分离的对映选择性势阱。在此基础上，引入周期调控的流体场，与对映选择性势阱协同作用，诱导对映异构体的运动产生显著差异，实现高效分选。

图1、利用镜面增强环偶极子超表面的高速手性分选平台

每种对映异构体的势阱位置和形状不同，使得它们在相同流场中表现出不同的运动行为。此外，由于势阱在整个结构中分布不对称，流场角度的调控进一步影响了颗粒的运动轨迹。如图2(a)所示，研究团队设计了周期调控的流体场，其流速为800μm/s，流场角度在80°和170°之间周期切换。该流体场携带20nm的手性颗粒流经由80×80个周期单元组成的超表面分选区域，最终在出口处，两种颗粒之间的最小分离距离可达32μm。对于200nm手性颗粒，在恒定流体场下，最小分离距离达到48μm（图2(b)）。此外，在位置分离的对映选择性势阱中，研究团队也实现了20nm手性颗粒的静态分离（图2(c)）。进一步计算表明，该方法可拓展至更大或更小的手性颗粒，并适用于不同手性因子颗粒的高速分选。

图2、手性颗粒分选结果

该研究在纳米尺度上实现了手性颗粒的高速、高效分选，兼具良好的生物相容性，为生物体系中对映异构体的分离以及具有不同药理特性的手性药物纯化提供了新的技术方案，同时也为微流控设备和芯片中的先进分选技术创造了新的机会。

金沙威尼斯欢乐娱人城博士生张婧瑶、助理教授何涛为论文共同第一作者，何涛助理教授、施宇智教授、魏泽勇副教授、程鑫彬教授为论文共同通讯作者。对论文具有突出贡献的合作者还包括金沙威尼斯欢乐娱人城博士生李程峰、博士生陆澄锋、博士生赖成兴，清华大学宋清华副教授，金沙威尼斯欢乐娱人城王占山教授等。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00406