本發(fā)明涉及光鑷，具體涉及一種用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、光鑷技術(shù)是一種經(jīng)典的微納米尺寸顆?；蚣?xì)胞的操控技術(shù)，通過(guò)聚焦光場(chǎng)構(gòu)成三維勢(shì)阱以直接捕獲微小顆粒，在光鑷捕獲的過(guò)程中，由于材料吸收光能發(fā)生光熱效應(yīng)，在激光焦點(diǎn)處形成了一個(gè)非均勻溫度場(chǎng)，若不加以控制，會(huì)造成溶液內(nèi)部布朗運(yùn)動(dòng)加劇，捕獲穩(wěn)定性降低。熱泳光鑷是利用光熱效應(yīng)產(chǎn)生熱場(chǎng)分布，受熱梯度和樣品索瑞特（soret）系數(shù)的共同作用，將光熱效應(yīng)轉(zhuǎn)化為樣品捕獲的一大助力，產(chǎn)生比純光場(chǎng)更強(qiáng)大的捕獲力，因此生成熱場(chǎng)也十分重要。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，一般在玻璃表面鍍薄金納米膜形成熱場(chǎng)，但其在波長(zhǎng)大于500nm時(shí)，吸收率直線下降，在紅外波段吸收率不到0.04，這意味著以金膜作為基底的熱泳光鑷的光源波段受到了極大的限制，導(dǎo)致熱場(chǎng)的強(qiáng)度分布不夠強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)大范圍多目標(biāo)的高精度操控。

3、因此，如何對(duì)上述膜結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化，使其具有梯度更大、更為穩(wěn)定的熱梯度場(chǎng)，在不同的激光波長(zhǎng)下完成對(duì)樣品的高效熱泳光鑷捕獲，是本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問(wèn)題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，使其具有梯度更大、更為穩(wěn)定的熱梯度場(chǎng)，在不同的激光波長(zhǎng)下完成對(duì)樣品的高效熱泳光鑷捕獲。

2、本發(fā)明還提供一種上述復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的制備方法。

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合膜結(jié)構(gòu)從下往上依次為包括基底、鉻膜層和二氧化硅膜層。

4、在一種可選的實(shí)施方式中，所述鉻膜層的厚度為10nm-15nm。

5、在一種可選的實(shí)施方式中，所述二氧化硅膜層的厚度為25nm-30nm。

6、在一種可選的實(shí)施方式中，所述基底包括玻片。

7、第二方面，本發(fā)明還提供了一種上述的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

8、（1）在基底表面進(jìn)行一次鍍膜，沉積得到鉻膜層；

9、（2）通過(guò)一次射頻磁控濺射在所述鉻膜層沉積二氧化硅膜層。

10、在一種可選的實(shí)施方式中，所述一次鍍膜方式包括蒸鍍、二次射頻磁控濺射中的至少一種。

11、在一種可選的實(shí)施方式中，所述蒸鍍步驟是在真空下進(jìn)行的，真空度≤10-1pa。

12、在一種可選的實(shí)施方式中，所述蒸鍍步驟的電流為25a-30a。

13、在一種可選的實(shí)施方式中，所述二次射頻磁控濺射的功率為120w-130w。

14、在一種可選的實(shí)施方式中，所述一次射頻磁控濺射的功率為115w-120w。

15、在一種可選的實(shí)施方式中，在所述基底蒸鍍前，還包括一次清洗和干燥步驟。

16、在一種可選的實(shí)施方式中，在所述二次射頻磁控濺射步驟前，還包括二次清洗步驟。

17、在一種可選的實(shí)施方式中，所述干燥方式為采用惰性氣體吹干。

18、在一種可選的實(shí)施方式中，所述二次清洗方式為等離子體清洗。

19、第三方面，本發(fā)明還提供了一種上述復(fù)合膜結(jié)構(gòu)在熱泳光鑷捕獲中的應(yīng)用。

20、第四方面，本發(fā)明還提供了一種光鑷裝置，包括上述復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

22、1、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，復(fù)合膜結(jié)構(gòu)從下往上依次為包括基底、鉻膜層和二氧化硅膜層。本發(fā)明依靠激光照射復(fù)合膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部非均勻溫度場(chǎng)，利用熱點(diǎn)附近的熱梯度場(chǎng)實(shí)現(xiàn)顆粒的熱泳捕獲；具體為：鉻膜材料是一種熱效應(yīng)極強(qiáng)的材料，在紫外到近紅外波段，其吸收率均在0.3以上，高于傳統(tǒng)熱泳光鑷的金材料；同時(shí)，與金膜的導(dǎo)熱系數(shù)相比，鉻膜的導(dǎo)熱系數(shù)約為金膜的一半，意味著鉻膜的熱擴(kuò)散更緩慢，可以在局部形成更強(qiáng)的熱梯度，在同等厚度（10nm）的情況下，鉻比金、石墨烯等常用的光熱材料利用聚焦光場(chǎng)產(chǎn)生的熱點(diǎn)溫度梯度場(chǎng)更強(qiáng)大，可以在較長(zhǎng)波段完成顆粒的光熱捕獲；但由于六價(jià)鉻對(duì)生物體細(xì)胞具有毒性，在材料表面熱損失允許的情況下，本發(fā)明在鉻膜表面磁鍍二氧化硅膜層，可以有效隔絕樣品和鉻膜的直接接觸，防止樣品在鉻膜上粘底，在保證樣品不受到鉻膜毒性的前提下完成對(duì)樣品的熱泳光鑷捕獲和操控；同時(shí)，二氧化硅性質(zhì)穩(wěn)定，化學(xué)結(jié)構(gòu)與玻片結(jié)構(gòu)相似，不會(huì)因?yàn)闊嵝?yīng)的存在而產(chǎn)生過(guò)多的形變和質(zhì)變。

23、以鉻-二氧化硅基底進(jìn)行光熱捕獲時(shí)，利用空間光調(diào)制器產(chǎn)生的陣列光阱（如100個(gè)或以上），可以在列陣光熱阱處進(jìn)行顆粒的片上捕獲且每個(gè)點(diǎn)的捕獲功率小于0.1mw，在激光功率相同的情況下，能完成比金、石墨烯等襯底材料產(chǎn)生更大、更穩(wěn)定的熱梯度場(chǎng)以輔助更多類型的光熱捕獲。

24、2、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，限定鉻膜層的厚度為10nm-15nm，鉻膜層太薄鉻膜熱效應(yīng)太弱且未能成膜，影響后續(xù)二氧化硅的磁控濺射效果，太厚導(dǎo)致透光量較差。

25、3、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，限定二氧化硅膜層的厚度為25nm-30nm，二氧化硅膜層太薄未能成膜，太厚會(huì)減弱鉻膜層的熱效應(yīng)。

26、4、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，限定蒸鍍步驟的電流為25a-30a，使得鉻膜層厚度更加均勻精確。

27、5、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，一次鍍膜方式優(yōu)選為射頻磁控濺射，可以在射頻磁控濺射鍍完鉻膜后鋪設(shè)二氧化硅膜層，射頻磁控濺射是ar離子轟擊靶材，將靶材濺射出去，帶有更高的能量，可以黏附的更加牢固，膜層的純度和均勻度會(huì)更好，同時(shí)可以減少樣品污染。

28、6、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，限定二次清潔方式為等離子體清洗，保證基底的潔凈且提高親水性，使其更容易黏附二氧化硅膜層。

技術(shù)特征：

1.一種用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復(fù)合膜結(jié)構(gòu)從下往上依次為包括基底、鉻膜層和二氧化硅膜層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鉻膜層的厚度為10nm-15nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二氧化硅膜層的厚度為25nm-30nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基底包括玻片。

5.一種權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述一次鍍膜方式包括蒸鍍、二次射頻磁控濺射中的至少一種；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述一次射頻磁控濺射的功率為115w-120w。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在所述基底蒸鍍前，還包括一次清洗和干燥步驟；

9.由權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)或者權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)在熱泳光鑷捕獲中的應(yīng)用。

10.一種光鑷裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)或者權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光鑷技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，從下往上依次為包括基底、鉻膜層和二氧化硅膜層。本發(fā)明依靠激光照射復(fù)合膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部非均勻溫度場(chǎng)，利用熱點(diǎn)附近的熱梯度場(chǎng)實(shí)現(xiàn)顆粒的熱泳捕獲；以鉻?二氧化硅基底進(jìn)行光熱捕獲時(shí)，利用空間光調(diào)制器產(chǎn)生陣列光阱（如100個(gè)或以上），可以在陣列光熱阱處進(jìn)行顆粒的片上捕獲且每個(gè)點(diǎn)的捕獲功率小于0.1mW，在激光功率相同的情況下，能完成比金、石墨烯等襯底材料產(chǎn)生更大、更穩(wěn)定的熱梯度場(chǎng)以輔助更多類型的光熱捕獲。

技術(shù)研發(fā)人員：閔長(zhǎng)俊,楊嘉豪,鄧如平,汪先友,張聿全,袁小聰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23