[发明专利]一种操纵带电纳米微粒的静电镊

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于操纵带电纳米微粒的静电镊，它能够实现对带电纳米微粒的捕捉、搬运和组装等操纵。属于纳米技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，人们已经能够观测到各类物质的原子结构，也能够运用扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope，STM)和原子力显微镜(Atomic ForceMicroscope，AFM)等仪器搬运单个原子或原子团。这类技术的局限是样品必须置于平整的基片上，探针与样品直接接触，可能带来污染，工作效率低，搬运的距离也受显微镜针尖工作范围的限制(D.M.Eigler et al.，Positioning single atoms with a scanningtunneling microscope.Nature 1990.344，524)。

另一类不需要与样品直接接触的搬运技术是“光镊(Optical Tweezers)”。光镊是把具有一定强度和模式的激光束会聚到微米量级，利用光压产生的指向光束焦点的梯度力，形成三维梯度力势阱，使微小物体受限在光束焦点附近的势阱中，受限的微小物体能随光束焦点的移动而移动或旋转。利用光镊，已经成功地实现了操纵尺寸在0.1-10微米之间的微小微粒、高分子和生物细胞等样品，对细胞、生物大分子、微米与亚微米微粒等样品的离散个体行为的研究有着重要的意义，因而受到科技界的广泛关注(D.G.Grier，A revolution in optical manipulation.Nature 2003，424，810)。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，利用静电库仑作用力同性相斥、异性相吸的基本原理，设计出电荷的空间合理分布，从而制造出一个三维的库仑势阱，能够有效地限制带电纳米微粒的空间位置和运动范围，从而实现对其的捕捉、搬运和组装等操纵。

本发明的技术方案概述如下：

本发明静电镊包含带电圆环一和带电圆环二，两带电圆环所在的平面互相平行，法线互相重合；两带电圆环所带电荷分布均匀，电性相反，带电圆环二固定不动，带电圆环一可以沿其法线方向作微小移动；两圆环的共同法线上存在三维势阱；被操纵的带电纳米微粒所带电荷的电性和带电圆环一所带电荷的电性相同，也就是说，如果带电圆环一带正电，则本发明静电镊只能操纵带正电的纳米微粒，如果带电圆环一带负电，则该静电镊只能操纵带负电的纳米微粒。

进一步，为了实现上述三维势阱，本发明静电镊同时满足下列式子：

                          E′(L)＝0，

                          E″(L)＞0，

                          E′|_x＝0＝0，

                          E″|_x＝0＞0，

其中：

E(L)=q4πϵ0[Q1R12+L2-Q2R22+(L+d)2],]]>