近日，追光生物核心产品 OptoBot®500光电微流控系统的突破性研究成果Tuning Self-Assembled Topological Dipoles in Optoelectronic Traps，登上激光与光子学领域国际知名期刊《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）。
一、Laser & Photonics Reviews——激光与光子学领域的“领航者”
《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）是激光、光子学及交叉领域的权威核心期刊（影响因子＞13），由Wiley-VCH出版发行。其聚焦激光技术、微纳操控、光电子材料等前沿方向，仅收录具有原创性和行业影响力的突破性研究，是全球相关领域科研成果的重要展示平台。追光生物OptoBot®500光电微流控系统的研究成果登上该期刊，标志着该技术获得国际学术界的高度认可，彰显了追光生物在微纳操控领域的技术硬实力。
二、研究亮点：光控“魔法”——三大核心突破重塑微纳组装规则
传统微纳自组装技术常面临拓扑结构可调性差、缺乏动态控制、无自我修复能力等痛点，难以满足先进材料制备、生物制造等领域的精准需求。北京理工大学团队与追光生物及其他合作者基于OptoBot®500光电微流控系统，提出光控拓扑偶极子自组装策略，实现三大核心突破：
1.拓扑结构 “可编程”：通过调控光图案形状、电压参数，可精准诱导微球形成三角形、正方形、六边形等对称晶格结构，还能实现拓扑变形与相变，相关结构演变见原文图5。
2.组装体系 “自修复”：组装结构受外力扰动后，在介电泳（DEP）恢复力作用下可自主恢复原始拓扑构型，无需人工干预，稳定性验证见原文图4。
3.应用场景 “跨体系”：适用于金属微球、聚苯乙烯（PS）微球等合成材料，更可延伸至酵母细胞等生物体系，均能实现有序拓扑自组装，应用场景广泛，实验验证见原文图2。
与传统光学镊子相比，该平台具有低光功率需求、并行操控能力强、图案可编程等优势，在先进微纳制造、光电子材料、生物组装、精准医疗等领域具有广阔应用前景。
三、研究方法：OptoBot®500的光控逻辑——光电镊驱动的精准操控
系统的核心优势源于光电镊（OET）技术与拓扑自组装原理的深度融合，其技术逻辑可概括为“核心系统+力平衡机制+闭环操控流程”：
（一）核心技术系统
1. OptoBot®500光电微流控系统原理图：由正置显微镜、数字微镜器件（DMD）投影仪、信号发生器、功率放大器等组成，可生成形状可调的光图案，精准投射至光导层产生非均匀电场，系统结构见原文图1A。
2. 光电子陷阱器件：采用双层ITO玻璃基板，中间以150μm垫片形成20μL液室，底部基板覆盖氢化非晶硅（a-Si:H）光导层，通过光照调控阻抗分布，进而产生介电泳力，器件结构见上图图1B-C。
3. 多类型操控对象：涵盖20μm金属微球（正介电泳）、10μm PS微球（负介电泳）及酵母细胞，通过匹配光图案类型（圆形、环形）实现精准捕获，对象特性见上图图1D-E。
（二）核心作用机制
1. 光图案投射至光导层，诱导产生非均匀电场，使微纳颗粒受到介电泳（DEP）力作用。
2. 颗粒间存在静电排斥力，与DEP吸引力形成平衡，驱动颗粒自组织为对称拓扑结构，力平衡分布见原文图3B-C。
3. 外力扰动破坏平衡时，DEP恢复力会驱动颗粒回归 equilibrium 位置，实现自我修复，机制验证见原文图4G-L。
（三）操控流程
1. 向液室注入含目标颗粒的溶液，通过DMD生成特定形状光图案（圆形、环形、多边形等）。
2. 施加特定参数的交流电压（10-30 Vpp，10 kHz-500 kHz），诱导颗粒在光电子陷阱中自组装。
3. 调控光图案形状、尺寸或电压参数，实现拓扑结构变形与相变；扰动后观察自我修复过程，全程通过CCD相机记录，流程示意图见原文图2、5。
图2
图5
四、实验结果：多维度验证，彰显技术硬实力
（一）拓扑自组装：结构有序性与多样性兼备
金属微球在圆形光图案中，2-7个颗粒可自发形成三角形、正方形、五边形等对称结构，18个颗粒可形成中心-外围六重对称晶格，结果见原文图2B、3G。
图2B
图3G
PS微球在环形光图案中，同样可形成有序拓扑阵列，与金属微球组装规律一致，结果见原文图2D。
酵母细胞在光照区域自发组装为对称结构，验证了生物体系的适用性，结果见原文图2F。
（二）自我修复：扰动后自主恢复，稳定性突出
金属微球和PS微球组装结构受光图案移动扰动后，停止移动即可在数十秒内恢复原始构型，实验过程见原文图4C-F。
模拟分析表明，颗粒位移时会受到指向平衡位置的DEP恢复力， dipole 矩保持对称，为自我修复提供力学基础，模拟结果见原文图4H-L。
（三）拓扑调控：灵活可调，满足多元需求
改变光图案形状（方形、五边形、三角形），可诱导组装结构发生拓扑变形，保持连通性不变，结果见原文图5B-D。
调整交流电压（5V-30V）或光图案尺寸，可调控颗粒间距，实现结构紧凑度调节，结果见原文图5E-H。
骤变光图案几何形状，可触发拓扑相变（方形晶格→混合相→三角形晶格），实现结构重构，结果见原文图5I-J。
此次成果的发表，不仅彰显了追光生物在光电操控领域的技术领导力，更凸显了我国在微纳科技领域的自主创新实力。随着OptoBot®500的产业化推进，有望在生物制造、微纳机器人、精准检测等多个前沿领域引发技术革新，为相关行业的高质量发展注入新动能。
OptoBot®500光电微流控系统产品介绍：
OptoBot®500采用数字微镜器件（Digital Micromirror Device, DMD）投影技术，集成波形发生功能，无需搭配其他组件，即可完成对微纳目标的操控（金属颗粒、介电颗粒、纳米材料、细胞等）。集成操作软件OptoMind®500，通过软件编辑可实现图形编辑和微纳目标的运动控制。
原文链接：
Tuning Self-Assembled Topological Dipoles in Optoelectronic Traps
https://doi.org/10.1002/lpor.202501697
粤公网安备44030002004557号
