斜入射光在液晶材料金屬多層核-殼體表面產(chǎn)生可調(diào)諧非梯度光學(xué)力的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】 斜入射光在液晶材料金屬多層核-殼體表面產(chǎn)生可調(diào)諧非
梯度光學(xué)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種斜入射光在液晶材料金屬多層核-殼體表面產(chǎn)生可調(diào)諧非梯度光學(xué)力的方法，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(duì)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(diǎn)。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(guò)光學(xué)梯度力實(shí)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(diǎn)。2008年，Ward, T.J.等提出通過(guò)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(lái)產(chǎn)生，不利于系統(tǒng)的實(shí)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(duì)象的范圍。所以，本發(fā)明提出在液晶材料/金屬多層核-殼體表面覆蓋納米尺寸分子，使其在線偏振傾斜入射光照射下在多層核-殼體周?chē)a(chǎn)生非梯度光學(xué)力；然后，利用液晶材料的液晶分子軸方向隨外加光場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、和壓力場(chǎng)改變而變化的特性，調(diào)諧多層核-殼體受到的非梯度光學(xué)力大小和方向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)附著在多層核-殼體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(duì)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(jiǎn)單、操作方便、超靈敏、超快速、主動(dòng)調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)的由線偏振傾斜入射光產(chǎn)生的非梯度光學(xué)力捕獲和篩選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(wèn)題采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種斜入射光在液晶材料金屬多層核-殼體表面產(chǎn)生可調(diào)諧非梯度光學(xué)力的方法，通過(guò)使線偏振入射光傾斜照射液晶材料/金屬多層核-殼體，破壞液晶材料/金屬多層核-殼體周?chē)牟Ｓ⊥な噶繉?duì)稱(chēng)分布，使多層核-殼體上的總玻印亭矢量不為零，產(chǎn)生非梯度光學(xué)力；且該總玻印亭矢量隨液晶材料的液晶分子軸方向的變化發(fā)生改變，進(jìn)而改變總玻印亭矢量作用在多層核-殼體上的非梯度光學(xué)力的方向和大小，來(lái)調(diào)控多層核-殼體在入射光場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而對(duì)附著在多層核-殼體表面的納米尺寸分子進(jìn)行可調(diào)諧捕獲和篩選；其中，多層核-殼體處于入射光束內(nèi)，且偏離光束沿入射方向的中心對(duì)稱(chēng)軸(z軸)的距離為1(0彡I彡w(Z))，W(Z)為入射光束寬，隨z的變化發(fā)生改變(-cx^K+cx^);多層核-殼體由金屬層、液晶材料層交替生長(zhǎng)而成，層數(shù)為η層(η>1)，每層厚度在I納米至I微米；多層核-殼體的外形可以是球體、橢球體、圓柱體、圓錐體等曲面幾何體或者棱柱、正方體、長(zhǎng)方體等多面體，體積在I立方納米至1000立方微米；多層核-殼體中核與殼的中心可以重疊或分離。
[0006]所述的線偏振入射光為線偏振非平面波或平面波，類(lèi)型包括高斯波、貝塞爾波、艾里波等；入射光傾斜照射液晶材料/金屬多層核-殼體，入射角Θ范圍是0° < Θ <90° ;頻率范圍為0.3 μ m?20 μ m ;功率范圍為0.1mff/ μ m2?1mW/ μ m2。
[0007]所述的入射光的光源采用波長(zhǎng)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]所述的表面附有納米尺寸分子的液晶材料/金屬多層核-殼體，金屬層是Al、Ag、Au、Cu、N1、Pt 等。
[0009]所述的表面附有納米尺寸分子的液晶材料/金屬多層核-殼體，液晶材料是向列相液晶，近晶相液晶，膽留相液晶，碟型液晶，熱致液晶，重現(xiàn)性液晶，手性液晶，負(fù)性液晶，端烯類(lèi)液晶，嘧啶類(lèi)液晶，含氟類(lèi)液晶，炔類(lèi)液晶，乙烷類(lèi)液晶，苯基環(huán)己烷類(lèi)液晶。
[0010]所述的表面附有納米尺寸分子的液晶材料/金屬多層核-殼體，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(lèi)，肽類(lèi)，氨基酸，維生素等。
[0011]所述的表面附有納米尺寸分子的液晶材料/金屬多層核-殼體，多層結(jié)構(gòu)通過(guò)材料生長(zhǎng)工藝實(shí)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(zhǎng)、分子束外延。
[0012]所述的表面附有納米尺寸分子的液晶材料/金屬多層核-殼體，可以通過(guò)光照、通電、加熱和加壓等方式改變其中液晶材料的液晶分子軸方向，進(jìn)而改變液晶材料的雙折射率和介電系數(shù)。
[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(cè)試前將表面附有納米尺寸分子的液晶材料/金屬多層核-殼體置于裝有水或油的樣品池中，在線偏振光波的傾斜照射下，破壞液晶材料/金屬多層核-殼體周?chē)牟Ｓ⊥な噶繉?duì)稱(chēng)分布，使多層核-殼體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(guò)改變液晶材料的液晶分子軸方向改變液晶材料的雙折射率和介電系數(shù)，改變多層核-殼體上的總玻印亭矢量，進(jìn)而改變總玻印亭矢量作用在多層核-殼體上的非梯度光學(xué)力的方向和大小，來(lái)調(diào)控多層核-殼體在入射光場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而對(duì)附著在多層核-殼體表面的納米尺寸非手性分子進(jìn)行可調(diào)諧捕獲和篩選。顯微鏡可以用來(lái)觀測(cè)表面附有納米尺寸非手性分子的液晶材料/金屬多層核-殼體在入射光作用下所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)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(guò)簡(jiǎn)單的線偏振傾斜入射光實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)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(wèn)題，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作方便、超靈敏、超快速、主動(dòng)調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)，可用于生物，醫(yī)學(xué)以及納米操控等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為表面附有納米尺寸分子的液晶材料/金屬多層核-殼體示意圖。
[0016]圖2為由線偏振傾斜入射光產(chǎn)生的非梯度光學(xué)力捕獲表面附有納米尺寸分子的液晶材料/金屬多層核-殼體的過(guò)程示意圖。
[0017]圖3為由線偏振傾斜入射光產(chǎn)生的非梯度光學(xué)力捕獲表面附有納米尺寸分子的液晶材料/金屬多層核-殼體的系統(tǒng)測(cè)試示意圖。
[0018]圖中:I液晶材料層，2金屬層，3液晶材料/金屬多層核-殼體，4納米尺寸分子，5光源，6顯微鏡，7光學(xué)力顯示器，8樣品池，9控溫器，10CXD攝像機(jī)，11監(jiān)視器，12計(jì)算機(jī)，
13錄像機(jī)。
【具體實(shí)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(shí)施方式】。其中的材料生長(zhǎng)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(zhǎng)，和