微观物质的光学操控是研究光与物质相互作用的核心问题之一。传统的光学操控技术如光学镊子借助于光学力的作用在凝聚态物理、材料科学与工程、生物医学等领域发挥了重大的作用，但是基于光学力的操控长期以来受到作用力小和操控微粒数量有限等因素的制约，在很多场景中无法有效应用。

武汉大学物理科学与技术学院丁涛课题组基于金属/温度响应聚合物复合体系开展了一系列研究，他们与合作者利用金属颗粒的光热效应和聚合物凝胶的温敏特性、表面亲疏水特性，在溶液体系中实现了较高作用力的输出（PNAS 2016, 113, 5503），高效的能量转换效率（ACS App. Mater. Inter. 2019, 11, 42580）和有机污染物的高效萃取（J. Colloid Interf. Sci. 2021, 584, 789）。

最近，他们与土木建筑工程学院刘泽教授课题组合作，利用该聚合物的温敏相变、可逆形变和亲疏水转化等特性，将其与等离激元超表面结合，研究其对粘附于表面物体的光学操控能力。研究发现利用等离激元的光热效应诱导聚合物发生相变，从而在光斑附近产生较大的收缩变形和表面能梯度，粘附在表面的多个二氧化硅微球随着激光的开关产生数微米的往复运动（图1）。这种来回往复的颗粒运动模式可以通过控制激光的开关实现可编程的模式调控，为基于胶体颗粒的数字化计算提供新思路，同时也为细胞力学及细胞操控提供借鉴与启示。

图1 光热驱动金属介质复合超表面上的胶体颗粒往复运动示意图

该论文的第一作者是物理科学与技术学院2022届博士毕业生邓芳芳，共同第一作者还包括土木工程学院的硕士生陈俊涛和博士毕业生向俊庠，刘泽教授和丁涛教授为共同通讯作者，物理科学与技术学院为第一通讯单位。该研究受到国家重点研发计划(2020YFA0211300)，国家自然科学基金(NSFC 11974265, 21703160, 12172260)和湖北省科技重点研发专项(2021BAA192)的资助，武汉大学纳米中心和电镜中心对该研究提供支撑服务。

论文信息：

Light-Programmed Bistate Colloidal Actuation Based on Photothermal Active Plasmonic Substrate

Fangfang Deng^†, Juntao Chen^†, Junxiang Xiang^†, Yong Li, Yan Qiao, Ze Liu* and Tao Ding*

Research 2023, 6, 0020.

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0020

（图文：丁涛教授课题组，编辑：袁娜，审核：张晨栋）