当胶体粒子组装成为二维或三维的上层结构时，往往产生不同于胶体粒子简单加和的特殊集体行为，这使得胶体组装成为胶体科学领域一个重点的研究方向。区别于传统的热力学平衡自组装、电致组装、磁致组装技术，激光光场可在三维空间高度聚焦，并且具有偏振、强度等多个物理参量，这为胶体材料的组装提供了空间分辨率和多个操控自由度，为胶体材料的微结构化、多样化、高精度组装提供了技术路径。

  近日，清华大学孙洪波教授、李正操教授和林琳涵副教授在《Advanced Functional Materials》期刊上发表了题为“Light-Directed Assembly of Colloidal Matter”的综述文章，该文章从晶体学的独特角度，将胶体物质的光学组装过程类比为原子的形核、结晶、和生长的过程，探讨了光在胶体材料的成核、扩散、键合、生长等过程中的作用机制和技术发展现状，梳理了光诱导光力、热泳、流场所产生的形核、富集等效应对胶体组装过程的影响规律。

 图1 光诱导胶体材料组装技术与应用

  由于胶体原子的成分和排列方式不同，光诱导组装的胶体材料具有不同的光机电功能性。例如光诱导组装的胶体材料可用于光控微机械、手性光学器件等（图2）。

 图2 光诱导组装的胶体材料在微机械和功能光学器件中的应用

  此外，由于光能够对胶体粒子进行远程、定域操纵，光诱导组装的胶体材料也可应用于生命科学领域。例如，利用光的热效应进行组织3D打印，实现低阈值高效率的快速生物组织制造。此外，利用光诱导磁性粒子的组装，实现药物的靶向输运等（图3）。

图3 光诱导组装在生物领域的应用

  论文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202104649

作者介绍

  孙洪波，清华大学长聘教授，长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者、全国百篇优博指导教师。主要研究方向为利用超快激光微纳加工技术制备微光学、微电子、微机械、微流控、微光电、传感、生物和仿生结构与器件，探索其工业与国防前沿应用；利用超快光谱技术研究太阳能电池、有机发光器件和低维量子体系的光电和电光转换动力学。围绕上述研究内容，发表SCI论文400余篇，被SCI论文引用近20000次，H因子65；电气电子工程师（IEEE）学会Fellow、国际光学工程学会（SPIE）Fellow、美国光学学会（OSA）Fellow，中国光学学会（COS）Fellow；任《自然》出版集团杂志Light Science &Applications杂志执行主编，任Optics Letters、Nanoscale等十余个国内外杂志编委或顾问编委，任中国光学学会微纳光学专业委员会主任、国务院学位委员会学科评议组成员、自然科学基金重大项目负责人。

  李正操，清华大学材料学院长聘教授、博士生导师。

  1994年考入清华大学材料科学与工程系，1999年免试攻读博士学位，2003年获工学博士学位，同年受聘日本东京大学量子工程与系统科学系，任助理教授。2006年回国，在清华大学执教至今。

  研究方向主要为材料设计与辐照效应、核能材料与系统安全、光电与能源纳米材料。曾任国际核能维护科学与技术大会主席，现为中国能源研究会核能专业委员会副主任委员、中国材料研究学会青年工作委员会副秘书长、中国核学会核材料分会常务理事、中国核学会辐照效应分会理事、国际辐照损伤机制委员会（IGRDM）委员、国家核电厂安全及可靠性工程技术研究中心技术委员会委员、先进能源研究与创新中心高新材料专家委员会委员等。

  林琳涵，清华大学精密仪器系副教授，博士生导师。在2008年和2013年先后获得清华大学材料学院学士学位和博士学位，随后在密歇根大学迪尔伯恩分校、德州大学奥斯汀分校从事博士后研究。美国光学学会、中国光学学会高级会员，中国感光学会光学精密成型专业委员会委员，中国光协激光应用分会青年委员。任Crystals客座编辑、Frontiers in Nanotechnology、Frontiers in Physics编委，Exploration、Ultrafast Science、光子学报青年编委，主要研究方向为纳米光学，光力学，二维材料光子学、量子光学材料与器件。目前已发表SCI论文50余篇，其中以第一作者或通讯作者身份在Nature Photonics、Science Advances、Materials Today、Accounts of Chemical Research、Nano Letters、ACS Nano、Light: Science and Applications、Advanced Functional Materials 等期刊上发表论文30余篇。研究成果被Science、Nature Photonics、Discovery Channel等刊物和媒体专题报道100余次，其中部分工作被Nature 2018年诺贝尔物理学奖专刊、美国光学学会Optics in 2018收录。