[發明專利]一種手性納米針的快速制備方法

有效

• 申請號: 202110550488.5
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113296370B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 李家文;曹陽;劉順利;吳東;胡衍雷;褚家如
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F7/30;G03F7/32
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李曉莉

本發明公開一種手性納米針的快速制備方法，包括以下步驟：(1)計算手性納米針全息圖并仿真光場分布情況；(2)利用飛秒激光全息加工系統加工；(3)對加工樣品進行顯影，制得手性納米針。該方法結合飛秒激光全息高效加工技術，可以靈活且快速實現手性納米針的制備。該方法加工效率高，并且納米針的手性、直徑和高度均可靈活控制，在微尺度成像、醫療美容、光電檢測等領域有潛在應用。

技術領域

本發明屬于微納制造領域，具體涉及一種手性納米針的快速制備方法。

背景技術

納米針，指具有納米尖端的針型微結構，針尖處顯示出尖銳的曲率，可作為高空間分辨率探針，或作為增強場的發射尖端。在醫療美容等領域，納米針也有廣泛的應用，如納米針注射器。作為一種典型的手性微納結構，手性納米針不僅保留了納米針高分辨率的優點，同時還具備手性特征，在光電材料和生物檢測方面具有廣闊的應用前景。手性納米針結構有望被用來創建手性等離子體超表面，用于選擇性識別分子和化學復合材料的手性和旋光性，并有潛力為納米尺度成像系統(如原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡)和等離子體納米結構上的化學反應等提供手性選擇性。

目前手性納米針一般是利用相位板整形的脈沖渦旋飛秒激光在金屬片上燒蝕而成，由于相位板元件定制后參數不可調節，因而存在諸多不變，例如成形耗能高、納米針尺寸難以控制且形態單一、加工材料受限。相比而言，飛秒激光直寫技術(fs-DLW)具有納米尺寸特征的真三維加工能力，且可以實現多材料加工，是理想的手性納米針加工手段。然而，由于fs-DLW采取單焦點掃描策略，因此加工效率低下。為解決這一問題，將空間光調制技術與fs-DLW技術相結合，可以在保證加工分辨率的同時實現高效加工，但是卻又難以通過簡單的結構光調制實現手性納米針的加工。

因此，基于空間光調制技術，發展一種手性、直徑和高度可控的手性納米針的高效、高精度飛秒激光加工方法，在微尺度成像、醫療美容、光電檢測等領域意義重大。

發明內容

本發明提出了一種手性納米針的快速制備方法，相對于背景技術中手性納米針的加工方法，該方法結合飛秒激光加工技術和空間光調制技術，可以快速實現可控手性和尺寸的三維手性納米針的大批量制備。

為實現上述目的，本發明提出了一種手性納米針的快速制備方法，首先計算手性納米針全息圖并仿真光場分布情況，然后利用飛秒全息加工系統完成加工，最后對加工樣品進行顯影，獲得所需要的手性納米針并進行表征。

本發明采用如下技術方案：

一種手性納米針的快速制備方法，包括以下步驟：

(1)計算手性納米針全息圖并仿真光場分布情況；

(2)利用飛秒激光全息加工系統加工；

(3)對加工樣品進行顯影，制得手性納米針。

在一種實施方式中，所述步驟(1)包括根據手性納米針全息圖的原始相位，定義所述全息圖中任意一點的極坐標表達為其中r∈(0,540),全息圖外圈部分r∈(r₂,r₃)用于產生渦旋光，內圈r∈(r₁,r₂)采用等相位值產生平面波，其余黑色部分為掩膜，相位分布值表達式為：

其中，是極坐標系下相位值，R為決定渦旋光偏移角的徑向偏移量，l為渦旋光的拓撲電荷，為方位角。

步驟(1)中，通過改變拓撲電荷數l的數值，改變光場的大??；通過改變拓撲電荷數l的符號，改變光場的手性。