光学纳米粒子的光学捕获及其应用介绍

《光电子科学》发表的一篇新文章回顾了光学捕获的光学纳米粒子的基本原理和应用。光学纳米粒子是光子学的关键要素之一。它们不仅可以对多种系统（从细胞到微电子）进行光学成像，还可以作为高度灵敏的远程传感器。 最近，光镊在分离和操纵单个光学纳米粒子方面的成功得到了证实。这为高分辨率、单粒子扫描和传感打开了大门。

光学纳米粒子的光学捕获及其应用 本文总结了单个光学纳米粒子光学捕获这一迅速发展的领域中最相关的结果。根据不同的材料及其光学特性，光学纳米粒子分为五个家族：等离子体纳米粒子、掺镧纳米粒子、聚合物纳米粒子、半导体纳米粒子和纳米金刚石。对于每种情况，都描述了主要进展和应用。

等离子体纳米粒子具有较大的极化率和较高的光热转换效率，这需要对它们的捕获波长进行关键选择。基于光学捕获等离子体纳米粒子发光特性的典型应用是研究粒子-粒子相互作用和温度传感。这项研究是通过分析纳米粒子吸收、散射或发射的辐射来实现的。

镧系元素掺杂的纳米粒子具有窄的发射带、长的荧光寿命和温度敏感的发射强度。这篇综述总结了单光阱镧系元素掺杂的纳米粒子所实现的细胞温度传感。镧系元素掺杂的纳米粒子的主体结构特性使其能够旋转。对于固定的激光功率，旋转速度取决于介质粘度。研究表明，这种特性可用于测量细胞内粘度。

此外，镧系元素掺杂的纳米粒子适当的表面官能化使其可用于化学传感。 将染料掺入聚合物纳米颗粒中使其发光，并易于在光学陷阱内追踪。本综述总结了利用追踪颗粒发光的能力对单颗粒动力学和生物样本特征的研究。它不仅有助于更深入地理解捕获激光和光学颗粒之间的光学和机械相互作用，而且还指出了将光学捕获与荧光或扫描显微镜相结合的巨大潜力。



用于热传感的镧系元素掺杂纳米颗粒 半导体纳米粒子因其特殊的光致发光特性，如可调发射、较低的光漂白敏感性、高量子产率和化学稳定性，最近引起了人们的极大关注。在这篇综述中，作者总结了使用光镊研究和改善单个半导体纳米粒子发光特性的研究。他们还总结了使用半导体粒子作为细胞成像的局域激发源的研究。

纳米金刚石的荧光是由金刚石结构中的点缺陷引起的，被称为色心。文献研究表明，关于纳米金刚石的光学捕获的报道数量有限。关于该主题的第一篇报道显示，单个纳米金刚石可以用作磁场传感器。后来，光学捕获的纳米金刚石也被证明可以作为细胞温度计。

这篇综述文章还揭示了光阱和胶体光学纳米粒子的组合如何用于各种应用。尽管光镊在单纳米粒子研究方面具有巨大潜力，但该领域仍处于起步阶段。大多数工作都集中在应用上，而不是填补知识空白。并且，还有一些问题尚未解决。 该综述总结了纳米颗粒的光学捕获所面临的挑战，包括缺乏描述光力的精确公式、空间分辨率的不确定性、可能存在的传感偏差等。该综述有望促进该领域在原理、技术、设备和应用方面的研究的不断丰富和发展。







审核编辑：刘清