[发明专利]一种气液通用的磁力显微操纵系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁力显微镜系统，特别是一种于气相环境和液相环境下均适用的磁力显微成像操纵系统及方法，属于显微镜领域。

背景技术

磁力显微镜自90年代发明至今，已得到飞速发展，成为人们观测磁性样品磁畴结构的有力工具。磁力显微镜是基于原子力显微镜的二次成像技术发展而来，它的工作原理是采用轻敲模式对样品的同一位置进行两次扫描，第一次扫描通过原子间的相互作用力获得样品的形貌图像，第二次扫描是在第一次扫描的基础上抬起一定的高度，一般为10-200nm，通过探针悬臂的形变感知磁性探针和磁性样品之间的磁性相互作用力，进而获得样品的磁畴结构图。磁力显微镜的空间分辨率高且样品制备简单，能够在观测样品表面形貌的同时获得其磁畴结构。

磁性纳米粒子(Magnetic Nanoparticles,MNPs)自1970年应用于传输药物以来，并随着对癌症等重大疾病的诊断、治疗等研究工作的不断深入，磁性材料在生物医学领域的研究已经引起重视。Martins(2014)等应用特制的具有生物相容性的磁性纳米粒子诊断并治疗乳腺癌，Shen(2014)应用磁性纳米粒子研究了细胞内磁力对生物细胞结构的影响，Kirui(2013)等将磁性纳米粒子应用于结肠癌的激光辅助治疗及核磁共振成像中，Wang(2013)等应用带有绿色荧光蛋白的磁性纳米粒子检测血清中凝血酶的活性。

由于磁性纳米粒子等磁性药物的发展和在生物医学方面的潜在应用，磁力显微镜在生物医药领域的应用也得到关注。生理环境是生物医学领域中应用最多的研究环境，然而传统的磁性原子力显微镜并不适用于液相环境，因此目前与磁力相关的生物医学领域的研究工作受到许多限制，为了满足此需求发明了一种于气相环境和液相环境均可工作的磁力显微操纵系统。

发明内容

针对磁性材料在生物领域现有及潜在的应用需求，本发明提出的目的在于提供一种气液通用的磁力显微操纵系统，一是为了实现在气相和液相环境下实现对磁性样品的显微成像功能；二是为了实现在气相和液相环境下对样品进行所需操纵功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种气液通用的磁力显微操纵系统，其特征在于包括：磁性探针、气液隔离探针架、探针架夹持及水平调节架、激光器、反射镜、光敏位置传感器、XYZ纳米、微米电控位移台及反馈控制器；磁性探针安装在气液隔离探针架上，并被夹持在探针夹片与振动传导基片中间，振动传导基片用于传导压电片产生的振动信号，并隔绝液体对压电片的影响，压电片接受信号发生器产生的振荡信号，驱动磁性探针在共振频率附近工作；气液隔离探针架安装在探针架夹持及水平调节架上；激光器通过气液隔离探针架上的气液隔离片照射在磁性探针的背光基片表面，反射激光再通过气液隔离片反射到反射镜，最后到达光敏位置传感器，XYZ纳米及微米电控位移台根据激光的位置反馈调节运动，通过反馈控制器实现XYZ三个方向纳米及微米级的扫描，获得样品的形貌及磁畴结构分布。

所述气液隔离探针架的气液隔离片边缘设计有光路凹槽，增大了激光入射和反射角度的可调范围，保证激光光路在不同液体环境中实现正常的探测光传输。

所述激光器通过探针架上的气液隔离片以30°-50°可调角度照射在磁性探针的背光基片表面。

所述XYZ纳米及微米电控位移台由XYZ纳米电控位移台和XYZ微米电控位移台分别组成，精细调整和粗略调整可分别进行互不干扰。

一种气液通用的磁力显微操纵系统的操纵方法，通过以下步骤实现：

步骤一、将磁性样品放置在液体池中，加入一定量液体，将液体池放置在XYZ纳米电控位移台上方；

步骤二、将磁性探针安装在气液隔离探针架的夹片和振动传导基片之间；

步骤三、在气液隔离片上滴一滴液体，保证探针完全浸泡在液体中；

步骤四、将气液隔离探针架安装在探针架夹持及水平调节架上，通过卡槽并卡紧；

步骤五、调整旋钮实现气液隔离探针架的水平度调整；

步骤六、调整Z方向微米电控位移台使之升高，当气液隔离片上的液体与液体池中的液体粘合之后停止动作；

步骤七、通过光学显微镜观察样品，调整磁性探针到达相应位置；

步骤八、通过调整位移台和旋转台，调整激光器的入射位置和入射角度，使激光通过空气，再穿过探针架的气液隔离片到达液体中，照射在磁性探针的接近针尖位置的背光基片上；

步骤九、调整反射镜支架的位置，使激光反射到反射镜准确反射透过液体、穿过气液隔离片的激光；