光鑷技術是一類利用光來實現對微粒（如細胞）操縱的光學系統，對于捕獲微小粒子、測量微小作用力及生產微小器件等方面具有重要意義，可用于生物醫學、微納加工等領域。

最初的光學操縱是利用基模高斯光束的梯度力實現，后來一些新的結構光場也被利用到光學捕獲操作，例如拉蓋爾高斯光束的渦旋光束。但是，由于渦旋光束在傳輸的過程中帶有軌道角動量，微粒會在光亮環上不可控地公轉，難以實現對微粒的穩定操縱。另外，早期的光鑷捕獲的對象通常是球形的微粒，若想實現單一光束對多粒子或者非球形微粒如棒狀微粒等進行可操控的捕獲時，通常存在光學裝置復雜、操作難度大、可控性不高等缺點。

光鑷技術發展至今二十多年來，相關技術主要由美國、日本、德國等國家的企業所主導，國內主體申請光鑷技術的專利相對較少。但國外公司推出的光鑷系統產品存在價格昂貴、功能固定、不便改進等問題。一般實驗室自行搭建簡單的單光束光鑷，但大多存在系統設計冗余、光路松散、占用空間大和系統穩定性差等缺點。

研究團隊設計實現了基于單一渦旋對光束的光鑷系統。該技術通過加載到空間光調制器產生不同渦旋對光束光強分布，從而在某一方向上捕獲兩個微粒的同時捕獲，通過渦旋對光束參數實現捕獲的兩個微粒相對位置的精確調控和定位。該技術還可實現對棒狀微粒的定向，以及在平面內速度精準可控的旋轉操作。這樣的操縱使得該光鑷系統的應用對象更加豐富，有效解決傳統光鑷無法對所捕獲的球形粒子進行位置調控，無法實現對長條形等特殊結構的微粒實現定向轉動等諸多問題。

圖1光鑷系統示意圖（左上為渦旋對光束的聚焦）

圖2光鑷捕獲長條形微粒實際效果

該光鑷系統的應用對象比傳統光鑷系統更加豐富，有效解決傳統光鑷無法對所捕獲的球形粒子進行位置調控，無法實現對長條形等特殊結構的微粒實現定向轉動等諸多問題。

本成果的模塊化設計使得系統穩定性高，兼容性好，可以很好地與熒光顯微成像等技術結合，在生物細胞操控、靶向藥物研發、細胞成像、微納加工等領域發揮重要作用。