[發明專利]線偏振平面光波對襯底上方的拓撲絕緣體微粒的可調諧捕獲和篩選的方法

在審

• 申請號: 201510432128.X
• 申請日: 2015-07-21
• 公開（公告）號: CN105182521A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 曹暾
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G02B21/32
• 分類號: G02B21/32;G21K1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種線偏振平面光波對襯底上方的拓撲絕緣體微粒的可調諧捕獲和篩選的方法，可應用于生物、醫學及納米操控等領域。

背景技術

對微小物體的光學捕獲和篩選一直是光學領域的研究熱點。光學梯度力在各種光學捕獲技術中扮演著重要的角色，例如通過光學梯度力實現的光鑷和光學捆綁等。然而，光學梯度力具有產生設備復雜、不可調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生的光學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雜的設備來產生，不利于系統的實際應用；且其捕獲和分離的納米分子必需具有手性結構，因此限制了其作用對象的范圍。所以，本發明提出在位于襯底平板上方的拓撲絕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撲絕緣體微粒周圍產生非梯度光學力；然后，利用拓撲絕緣體量子態隨外加光場、電場、溫度場、壓力場、和磁場改變而變化的特性，調諧拓撲絕緣體微粒受到的非梯度光學力大小和方向，從而實現對附著在拓撲絕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構。

發明內容

本發明的目的在于克服了利用梯度光學力捕獲和篩選納米尺寸分子這一傳統方法中所具有的入射光源復雜(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構)、由圓偏振或橢圓偏振光產生的梯度光學力不可調諧、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簡單、操作方便、超靈敏、超快速、主動調諧等優點的由線偏振平面光波產生的非梯度光學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，醫學以及納米操控等領域。

本發明解決問題采用的技術方案如下：

一種線偏振平面光波對襯底上方的拓撲絕緣體微粒的可調諧捕獲和篩選的方法，將拓撲絕緣體微粒置于襯底平板上方，該襯底平板破壞了拓撲絕緣體微粒周圍的玻印亭矢量對稱分布，使拓撲絕緣體微粒上的總玻印亭矢量不為零，產生非梯度光學力；通過改變拓撲絕緣體的量子態，改變拓撲絕緣體微粒上的總玻印亭矢量分布，進而改變總玻印亭矢量作用在拓撲絕緣體微粒上的非梯度光學力的方向和大小，來調控拓撲絕緣體微粒在入射光場中的運動軌跡，從而對附著在拓撲絕緣體微粒表面的納米尺寸分子進行可調諧捕獲和篩選，其中，拓撲絕緣體微粒置于襯底平板上方，襯底平板可以是介質板或金屬板，襯底的長、寬、高在10納米到10米，拓撲絕緣體微粒與襯底平板表面的距離為l(l>0)；拓撲絕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1立方納米至1000立方微米。

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0.1mW/μm²～10mW/μm²。

所述的入射光的光源采用波長可調諧激光器、半導體連續或準連續激光、或者發光二極管。

所述的襯底平板，襯底材料可以是金屬或介質，其中，金屬可以是Al、Ag、Au、Cu、Ni、Pt等，介質可以是半導體材料如Si、SiO₂、GaAs、InP、Al₂O₃等或聚合物。

所述的表面附有納米尺寸分子的拓撲絕緣體微粒，拓撲絕緣體是Bi_xSb_1-x、HgTe、Bi₂Te₃、Bi₂Se₃或Sb₂Te₃。

所述的表面附有納米尺寸分子的拓撲絕緣體微粒，納米尺寸分子可以具有非手性結構或手性結構，如抗原，抗體，酶，激素，胺類，肽類，氨基酸，維生素等。

所述的表面附有納米尺寸分子的拓撲絕緣體微粒，拓撲絕緣體通過材料生長工藝實現，包括磁控濺射、電子束蒸發、金屬有機化合物化學氣相沉淀、氣相外延生長、分子束外延等。

所述的表面附有納米尺寸分子的拓撲絕緣體微粒，可以通過光照、通電、加熱、加壓、和外加磁場等方式實現拓撲絕緣體從拓撲非平庸到拓撲平庸的可逆量子相變。