線偏振非平面光波在二氧化釩/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)明涉及一種利用線偏振非平面光波在二氧化釩/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(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)明提出在二氧化釩/金屬多層核-殼體表面覆蓋納米尺寸分子，使其在線偏振非平面光波照射下在多層核-殼體周圍產(chǎn)生非梯度光學(xué)力；然后，利用二氧化釩晶格結(jié)構(gòu)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)明解決問題采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種線偏振非平面光波在二氧化釩/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，在線偏振非平面光波照射下，通過使二氧化釩/金屬多層核-殼體偏離入射光軸(z軸)中心，破壞二氧化銀/金屬多層核-殼體周圍的玻印亭矢量對(duì)稱分布，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；通過改變二氧化釩的晶格結(jié)構(gòu)，使二氧化釩由單斜結(jié)構(gòu)的絕緣體態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)的金屬態(tài)，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)稱軸(z軸)的距離為1(0<1 ^ w(z)), w(z)為入射光束寬，隨Z的變化發(fā)生改變(-CX3 <z〈+ CX3 );多層核-殼體由金屬層、二氧化釩層交替生長(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]所述的入射光為線偏振非平面波，類型包括高斯波、貝塞爾波、艾里波等；入射光垂直照射二氧化釩/金屬多層核-殼體；頻率范圍為0.3 μ m?20 μ m ;功率范圍為0.1mff/μ m2?1mff/ 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二氧化銀/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二氧化釩/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，肽類，氨基酸，維生素等。
[0010]所述的表面附有納米尺寸分子的二氧化釩/金屬多層核-殼體，多層結(jié)構(gòu)通過材料生長(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、脈沖激光沉積法、S0-Gel法等。
[0011]所述的表面附有納米尺寸分子的二氧化釩/金屬多層核-殼體，可以通過光照、通電、加熱和加壓等方式改變其中二氧化釩的晶格結(jié)構(gòu)，即二氧化釩由單斜結(jié)構(gòu)的絕緣體態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)的金屬態(tài)。
[0012]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二氧化釩/金屬多層核-殼體置于裝有水或油的樣品池中，在線偏振非平面光波的垂直照射下，使二氧化釩/金屬多層核-殼體偏離入射光軸(z軸)中心，破壞二氧化釩/金屬多層核-殼體周圍的玻印亭矢量對(duì)稱分布，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，通過改變二氧化釩的晶格結(jié)構(gòu)，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。顯微鏡可以用來觀測(cè)表面附有納米尺寸非手性分子的二氧化釩/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。
[0013]所述系統(tǒng)可以通過簡(jiǎn)單的線偏振光實(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。
【附圖說明】
[0014]圖1為表面附有納米尺寸分子的二氧化釩/金屬多層核-殼體示意圖。
[0015]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二氧化銀/金屬多層核-殼體的過程示意圖。
[0016]圖3為可由線偏振光產(chǎn)生的非梯度光學(xué)力捕獲表面附有納米尺寸分子的二氧化釩/金屬多層核-殼體的系統(tǒng)測(cè)試示意圖。
[0017]圖中:I 二氧化f凡層，2金屬層，3 二氧化銀/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】
[0018]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: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)，和分子束外延技術(shù)等常用技術(shù)。
[0019]實(shí)施例1