線偏振平面光波對襯底上方的拓?fù)浣^緣體微粒的可調(diào)諧捕獲和篩選的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種線偏振平面光波對襯底上方的拓?fù)浣^緣體微粒的可調(diào)諧捕獲和篩選的方法，可應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)及納米操控等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對微小物體的光學(xué)捕獲和篩選一直是光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。光學(xué)梯度力在各種光學(xué)捕獲技術(shù)中扮演著重要的角色，例如通過光學(xué)梯度力實現(xiàn)的光鑷和光學(xué)捆綁等。然而，光學(xué)梯度力具有產(chǎn)生設(shè)備復(fù)雜、不可調(diào)諧和難以捕獲和篩選納米尺寸分子等缺點。2008年，Ward, T.J.等提出通過圓偏振光產(chǎn)生的光學(xué)梯度力可以捕獲和分離具有納米尺寸的手性分子。但是，圓偏振入射光仍然需要使用復(fù)雜的設(shè)備來產(chǎn)生，不利于系統(tǒng)的實際應(yīng)用；且其捕獲和分離的納米分子必需具有手性結(jié)構(gòu)，因此限制了其作用對象的范圍。所以，本發(fā)明提出在位于襯底平板上方的拓?fù)浣^緣體微粒表面覆蓋納米尺寸分子，使其在線偏振平面光波照射下在拓?fù)浣^緣體微粒周圍產(chǎn)生非梯度光學(xué)力；然后，利用拓?fù)浣^緣體量子態(tài)隨外加光場、電場、溫度場、壓力場、和磁場改變而變化的特性，調(diào)諧拓?fù)浣^緣體微粒受到的非梯度光學(xué)力大小和方向，從而實現(xiàn)對附著在拓?fù)浣^緣體微粒表面的納米尺寸分子的捕獲和篩選，其中納米尺寸分子可以為非手性結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服了利用梯度光學(xué)力捕獲和篩選納米尺寸分子這一傳統(tǒng)方法中所具有的入射光源復(fù)雜(即入射光必需為圓偏振或橢圓偏振)、篩選對象局限(即納米尺寸分子必需具有手性結(jié)構(gòu))、由圓偏振或橢圓偏振光產(chǎn)生的梯度光學(xué)力不可調(diào)諧、以及難以捕獲納米尺寸非手性分子等不足，而提供一種具有系統(tǒng)簡單、操作方便、超靈敏、超快速、主動調(diào)諧等優(yōu)點的由線偏振平面光波產(chǎn)生的非梯度光學(xué)力捕獲和篩選位于襯底平板上方的非手性納米尺寸分子的方法，可用于生物，醫(yī)學(xué)以及納米操控等領(lǐng)域。
[0004]本發(fā)明解決問題采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種線偏振平面光波對襯底上方的拓?fù)浣^緣體微粒的可調(diào)諧捕獲和篩選的方法，將拓?fù)浣^緣體微粒置于襯底平板上方，該襯底平板破壞了拓?fù)浣^緣體微粒周圍的玻印亭矢量對稱分布，使拓?fù)浣^緣體微粒上的總玻印亭矢量不為零，產(chǎn)生非梯度光學(xué)力；通過改變拓?fù)浣^緣體的量子態(tài)，改變拓?fù)浣^緣體微粒上的總玻印亭矢量分布，進(jìn)而改變總玻印亭矢量作用在拓?fù)浣^緣體微粒上的非梯度光學(xué)力的方向和大小，來調(diào)控拓?fù)浣^緣體微粒在入射光場中的運動軌跡，從而對附著在拓?fù)浣^緣體微粒表面的納米尺寸分子進(jìn)行可調(diào)諧捕獲和篩選，其中，拓?fù)浣^緣體微粒置于襯底平板上方，襯底平板可以是介質(zhì)板或金屬板，襯底的長、寬、高在10納米到10米，拓?fù)浣^緣體微粒與襯底平板表面的距離為I (1>0);拓?fù)浣^緣體微粒的外形可以是球體、圓柱體、圓錐體等曲面幾何體或者棱柱體、正方體、長方體等多面體，體積在I立方納米至1000立方微米。
[0006]所述的入射光為線偏振平面波；入射光方向平行于襯底平板，頻率范圍為0.3微米?20微米，功率范圍為0.1mff/ μ m2?1mW/ μ m 2。
[0007]所述的入射光的光源采用波長可調(diào)諧激光器、半導(dǎo)體連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)激光、或者發(fā)光二極管。
[0008]所述的襯底平板，襯底材料可以是金屬或介質(zhì)，其中，金屬可以是Al、Ag、Au、Cu、N1、Pt等，介質(zhì)可以是半導(dǎo)體材料如S1、Si02、GaAs、InP、Al2O3等或聚合物。
[0009]所述的表面附有納米尺寸分子的拓?fù)浣^緣體微粒，拓?fù)浣^緣體是BixSb1 x、HgTe,Bi2Te3' Bi2Se3或 Sb 2Te3。
[0010]所述的表面附有納米尺寸分子的拓?fù)浣^緣體微粒，納米尺寸分子可以具有非手性結(jié)構(gòu)或手性結(jié)構(gòu)，如抗原，抗體，酶，激素，胺類，肽類，氨基酸，維生素等。
[0011]所述的表面附有納米尺寸分子的拓?fù)浣^緣體微粒，拓?fù)浣^緣體通過材料生長工藝實現(xiàn)，包括磁控濺射、電子束蒸發(fā)、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀、氣相外延生長、分子束外延等。
[0012]所述的表面附有納米尺寸分子的拓?fù)浣^緣體微粒，可以通過光照、通電、加熱、加壓、和外加磁場等方式實現(xiàn)拓?fù)浣^緣體從拓?fù)浞瞧接沟酵負(fù)淦接沟目赡媪孔酉嘧儭?br>[0013]本發(fā)明系統(tǒng)由光源、顯微鏡和光學(xué)力顯示器構(gòu)成。測試前先將襯底平板置于裝有水或油的樣品池底部，然后將表面附有納米尺寸分子的拓?fù)浣^緣體微粒置于裝有水或油的樣品池中，同時置于襯底平板上方，線偏振平面波光源從樣品池的側(cè)壁進(jìn)入，照射拓?fù)浣^緣體微粒，由于襯底平板破壞了拓?fù)浣^緣體微粒周圍的玻印亭矢量對稱分布，使拓?fù)浣^緣體微粒上的總玻印亭矢量不為零，產(chǎn)生非梯度光學(xué)力；然后，通過改變拓?fù)浣^緣體的量子態(tài)，改變拓?fù)浣^緣體微粒上的總玻印亭矢量分布，進(jìn)而改變總玻印亭矢量作用在拓?fù)浣^緣體微粒上的非梯度光學(xué)力的方向和大小，來調(diào)控拓?fù)浣^緣體微粒在入射光場中的運動軌跡，從而對附著在拓?fù)浣^緣體微粒表面的納米尺寸分子進(jìn)行可調(diào)諧捕獲和篩選。顯微鏡可以用來觀測表面附有納米尺寸分子的拓?fù)浣^緣體微粒在入射光作用下所產(chǎn)生的運動軌跡。所述顯微鏡可以采用普通熒光垂直或正置顯微鏡。
[0014]所述系統(tǒng)可以通過簡單的線偏振平面光波實現(xiàn)對具有納米尺寸非手性結(jié)構(gòu)物體的可調(diào)諧捕獲和篩選?？朔死锰荻裙鈱W(xué)力捕獲和篩選納米尺寸分子這一傳統(tǒng)方法中所具有的入射光源復(fù)雜(即入射光必須為圓偏振或橢圓偏振)、篩選對象局限(即納米尺寸分子必須具有手性)、由圓偏振或橢圓偏振光產(chǎn)生的梯度光學(xué)力不可調(diào)諧、以及難以捕獲納米尺寸分子等問題，具有系統(tǒng)簡單、操作方便、超靈敏、超快速、主動調(diào)諧等優(yōu)點，可用于生物，醫(yī)學(xué)以及納米操控等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0015]圖1為表面附有納米尺寸分子的拓?fù)浣^緣體微粒示意圖。
[0016]圖2為由線偏振光產(chǎn)生的非梯度光學(xué)力捕獲表面附有納米尺寸分子的拓?fù)浣^緣體微粒的過程示意圖。
[0017]圖3為由線偏振光產(chǎn)生的非梯度光學(xué)力捕獲表面附有納米尺寸分子的拓?fù)浣^緣體微粒的系統(tǒng)測試示意圖。
[0018]圖中:I拓?fù)浣^緣體微粒，2納米尺寸分子，3襯底平板，4光源，5顯微鏡，6光學(xué)力顯示器，7樣品池，8控溫器，9CXD攝像機(jī)，10監(jiān)視器，11計算機(jī)，12錄像機(jī)。
【具體實施方式】
[0019]為使得本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容更加清晰，以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實施方式】。其中的材料生長技術(shù)包括:磁控濺射，電子束蒸發(fā)，金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀，氣相外延生長，和分子束外延技術(shù)等常用技術(shù)。
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