安徽大学构建三维光纤微镊实现高精度、可编程三维操控

近日，安徽大学光电信息获取与防护技术全国重点实验室青年教师潘登博士与中国科学技术大学吴东教授、胡衍雷教授团队合作，在飞秒激光微纳加工与纤基微纳集成器件研究方面取得重要进展。研究团队提出了面向纤基集成器件的飞秒激光复合制造方法，在商用光纤端部构建了一种三维光纤微镊，实现了微米尺度目标的高精度、低损伤与可编程三维操控。相关研究成果以“Optical fibre gripper for high-performance 3D micromanipulation”为题，发表在国际顶级期刊《Nature》上。

微纳尺度精准操控，是光电信息技术、先进制造、生物医学等领域的重要前沿方向。2018年，光镊因其在生物系统中的应用获得诺贝尔物理学奖，充分体现了光操控技术在基础科学和交叉应用中的重要地位。然而，光镊依靠聚焦光束形成的光学势阱实现目标的精确控制，其优势主要体现在非接触和高精度操控，但作用力较弱，且无法操控不透明物体。传统机械、气动或液压微夹持器虽然可提供较大作用力，但器件体积和外部驱动系统复杂，难以在微细血管、胆管等微尺度受限空间内实现高精度操控。

光纤兼具光能量远距离传输、结构柔性、小型化集成等优势，是连接宏观光电系统与微观操作对象的潜力平台。针对现有微操控技术在操控精度、输出力、器件尺度和系统集成度之间难以兼顾的瓶颈，研究团队提出光纤端部多材料复合微系统设计策略。依托飞秒激光高精度微纳加工技术，研究团队将光传输、光热转换、软材料响应和刚性微结构力学输出集成于同一根光纤端部，构建了新型三维光纤微镊。研究发现，光照引起的材料形变会受到微结构约束，并转化为微尺度下的可控运动和力学输出，实现了光能量向微尺度机械作用力的有效转换。研究进一步表明，光不仅作为能量传递载体，同时也是调控微镊开合状态和作用力大小的重要物理手段，通过调节输入光功率即可实现微尺度作用力的连续控制，从而实现“以光驭力”的精密微操作。

基于上述机制，安徽大学研究团队构建的三维光纤微镊输出力是传统光镊的十万倍以上，能够实现微米尺度目标的精准操控和复杂微结构的精确装配，展现出在微操控领域的重要应用价值。同时，该微镊如同细胞尺度的“微型灵巧手”，能够实现单细胞等微观对象的精密操作，并在百微米狭窄空间内完成微尺度取样，为生命健康和微创医疗等方向提供了新的技术路径。该工作使光纤从传统的光信息、光能量传输载体进一步拓展为可用于光控微纳操作的集成平台，为微纳精密操控提供了新的技术方案。

研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省重点研发计划等项目的支持。

安徽大学助理研究员潘登为论文第一作者，中国科学技术大学吴东教授、胡衍雷教授、汪超炜教授以及合肥工业大学张晨初副研究员为共同通讯作者，安徽大学为论文的第一署名单位。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-026-10673-7