近日，恒达平台物理科學與工程學院王占山教授和程鑫彬教授團隊借助鏡面增強的環偶極子超表面實現了亞20 nm手性顆粒的高速分選，為對映異構體的高效分選提供了新的解決方案👩🏻‍🦱，在生物技術、納米技術和藥理學等領域具有巨大的應用潛力💅🏽👩🏽‍🦲。相關研究成果以“High-Speed Sorting of Sub-20 nm Chiral Particles via Toroidal-Enhanced Separated Potential Wells”為題發表於《納米快報》（Nano Letters），並入選封面文章。

手性分選在生物醫學、材料科學和製藥等領域具有重要作用。自然界中的手性分子多存在於納米尺度上，超表面擁有強大的光場操控能力，可以產生強近場梯度，突破衍射極限👱🏿‍♂️❗️，實現對納米級手性顆粒的操控。然而，現有研究聚焦於靜態場中納米手性顆粒的分離和選擇性捕獲，難以滿足實際應用對高效、高速分選的需求。

鑒於此，恒达平台物理科學與工程學院王占山和程鑫彬團隊提出了一種結合對映選擇性勢阱與流場的納米級手性顆粒高速分選方法💐🤸‍♂️。如圖1所示，鏡面增強的環形偶極子大幅增強超表面上方的電磁場，放大手性梯度力，從而產生位置分離的對映選擇性勢阱。在此基礎上，引入周期調控的流體場，與對映選擇性勢阱協同作用，誘導對映異構體的運動產生顯著差異，實現高效分選。

圖1👨🏼‍🎨、利用鏡面增強環偶極子超表面的高速手性分選平臺

每種對映異構體的勢阱位置和形狀不同，使得它們在相同流場中表現出不同的運動行為🏇🏽。此外🦡🤹🏿‍♂️，由於勢阱在整個結構中分布不對稱，流場角度的調控進一步影響了顆粒的運動軌跡。如圖2(a)所示🙇🏼‍♂️，研究團隊設計了周期調控的流體場🤽🏿，其流速為800μm/s，流場角度在80°和170°之間周期切換。該流體場攜帶20nm的手性顆粒流經由80×80個周期單元組成的超表面分選區域👶🏿，最終在出口處，兩種顆粒之間的最小分離距離可達32μm👩🏿‍🏭。對於200nm手性顆粒👈🏽，在恒定流體場下，最小分離距離達到48μm（圖2(b)）。此外🪈，在位置分離的對映選擇性勢阱中🧜‍♂️，研究團隊也實現了20nm手性顆粒的靜態分離（圖2(c)）。進一步計算表明，該方法可拓展至更大或更小的手性顆粒，並適用於不同手性因子顆粒的高速分選🍯。

圖2、手性顆粒分選結果

該研究在納米尺度上實現了手性顆粒的高速、高效分選，兼具良好的生物相容性，為生物體系中對映異構體的分離以及具有不同藥理特性的手性藥物純化提供了新的技術方案，同時也為微流控設備和芯片中的先進分選技術創造了新的機會🎏⚪️。

恒达平台博士生張婧瑤、助理教授何濤為論文共同第一作者🍄，何濤助理教授🧑🏼、施宇智教授、魏澤勇副教授🏃‍➡️🦹🏻‍♂️、程鑫彬教授為論文共同通訊作者。對論文具有突出貢獻的合作者還包括恒达平台博士生李程峰、博士生陸澄鋒、博士生賴成興，清華大學宋清華副教授，恒达平台王占山教授等。

論文鏈接👨🏽‍✈️：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00406