文章导读
当你还在为纳米尺度下的力学测量精度不足而苦恼时，北京航空航天大学的研究团队已经找到了一种突破性解决方案。传统光镊技术往往只能实现单一参数测量，而这项发表在《自然·实验手册》的研究，通过上转换粒子将测量维度扩展到了力、温度与粘度同步感知。更令人惊讶的是，稀土掺杂颗粒的反斯托克斯发光特性，竟能让光学捕获效率提升数倍，让过去难以稳定操控的纳米粒子变得触手可及。这套标准化操作流程背后，藏着一个让跨学科研究者都为之振奋的关键突破——想知道如何用这套系统实现高精度多维测量吗？
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（通讯员 王琳）近日，物理学院王帆、单旭晨团队与合作者，在国际知名方法学期刊《Nature Protocols》上发表了题为《Upconversion particle-based optical tweezers for sensing applications》的论文。该研究详细阐述了一套基于上转换粒子的光镊技术体系，并提出了针对力、温度与粘度等参数进行定量传感的标准化操作与分析方法。
光镊利用高度聚焦的激光束，可实现对微小粒子的精准操控与力学测量。随着光镊技术进入纳米尺度，其功能已从单一操控发展为多参数测量平台，可同步获取力学与环境信息。上转换粒子，尤其是稀土掺杂微纳颗粒，具有反斯托克斯发光特性，在光学捕获过程中易于实时荧光成像；其发光光谱对温度和取向变化高度敏感，使其天然适用于多物理量传感。同时，离子共振效应可增强光学捕获效率，使得更小尺度粒子的稳定操控与高灵敏力学测量成为可能。
稀土掺杂纳米颗粒与金表面纳米级相互作用力探测
基于上述原理，文章系统阐述了基于上转换粒子光镊的搭建方案与流程。以稀土掺杂上转换粒子为探针，通过聚焦激光束实现捕获与激发，并集成高速sCMOS相机、光谱仪与机器学习三维定位算法，详细展示对力、粘度、温度的高精度测量的方法流程。
作为北航物理学院在生物光子学交叉方向的重要成果，王帆教授团队长期致力于生物光子学、纳米光子学、超分辨显微成像和光镊的研究，该工作推动了上转换粒子与光学操控的深度结合，为跨学科研究提供了系统方案与实验指南。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41596-025-01264-3
（审核：王菲）
编辑：贾爱平
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这实验操作难度大吗？看着好像很需要手稳。
北航物理系这波可以啊，发Nature Protocols还是挺硬核的。
光镊这玩意儿以前光听名字觉得很科幻，没想到都能测粘度了。