我院李宝军教授和张垚教授在纳米操控光子学和纳米生物光子学研究中取得重要进展。他们将一种天然的球形酵母细胞附着在光纤探针尖端、作为生物微透镜，在黑暗环境中成功实现了对荧光标记的、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等细胞的精准操控和荧光成像，相关成果于2017年11月28日发表在国际著名学术期刊 ACS Nano 11 (2017) 10672（文章链接）。被美国学者在同期的 ACS Nano 11 (2017) 10644 论文中引用指出：是一个“remarkable strategy”。ACS Nano的影响因子13.942，论文第一作者是我院李宇超。
基于光力的操控技术为人们提供了研究微观粒子的无形的手，而荧光成像技术则为人们点亮了在黑暗环境中观察微观粒子的眼睛。将这两种技术结合，便可在微观尺度的研究中既能“摸得着”也能“看得见”微观粒子。然而，将其结合时会遇到波长不匹配的问题。这是由于对活体细胞的光操控利用的是低损伤的近红外光，而荧光成像则要依赖吸收较大的紫外光或可见光。针对该问题，国际上发展出上转换荧光标记方法，以实现光子由近红外到可见光波段的转换，但上转换荧光材料的发光效率低于1%，阻碍了其在生物成像中的应用。
为解决上述难题，李宝军教授团队将一个生物兼容的球形酵母细胞附着在一根光纤探针的尖端、作为生物微透镜，使得从光纤探针尖端出射的近红外光通过微透镜汇聚成一个高度聚焦的光束，再利用该光束产生的梯度力将被标记的病菌细胞稳定地捕获在微透镜末端。由于微透镜对光的聚焦增强，经荧光标记的病菌细胞表面的上转换荧光强度提高了两个数量级，借助普通光学显微镜，在黑暗环境中清晰地观察到了单细胞的荧光图像。该研究不但将精准光操控与荧光成像融合在病菌细胞的研究中，而且增强了被标记细胞的上转换荧光强度，有望在生物成像、医学诊断等方面的研究中发挥重要作用。
通过附着在光纤探针尖端的球形酵母细胞对荧光标记的大肠杆菌细胞的操控。
