光鑷?yán)脧?qiáng)光場(chǎng)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(chǎng)會(huì)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(guó)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(dòng)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(chǎng)，可以在水介質(zhì)中操縱粒子和生物細(xì)胞，而不會(huì)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(dòng)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(dòng)生物樣品。

由英國(guó)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(dòng)，以流體動(dòng)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(chǎng)或電場(chǎng)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(duì)較大的流場(chǎng)。除了感興趣的顆粒之外，這些流場(chǎng)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(guó)?？巳卮髮W(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(dòng)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(tái)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(chǎng)中產(chǎn)生多個(gè)光學(xué)陷阱。兩臺(tái)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(dòng)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(dòng)力學(xué)矩陣方程，并計(jì)算了改變流場(chǎng)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(dòng)力電流圍繞微小顆粒移動(dòng)，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(jí)，因此流場(chǎng)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(dòng)和定位單個(gè)酵母細(xì)胞，同時(shí)獨(dú)立控制多個(gè)對(duì)象。據(jù)作者稱，驅(qū)動(dòng)光鑷的激光與流體動(dòng)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(dòng)反饋和可重構(gòu)性以及精確的流體動(dòng)力轉(zhuǎn)向的結(jié)合可能會(huì)打開“各種新的實(shí)驗(yàn)范式”。其中一種可能是創(chuàng)造“動(dòng)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(dòng)并引導(dǎo)它們通過芯片架構(gòu)。