[发明专利]纳米颗粒运输器件及用于颗粒捕获和长距离运输的方法

权利要求书

1.一种纳米颗粒运输器件，其特征在于，所述纳米颗粒运输器件为基于水滴型等离子金纳米结构的纳米颗粒运输器件，所述纳米颗粒运输器件包括二氧化硅基底、水滴型金纳米阵列、偏振光波以及纳米颗粒；所述二氧化硅基底，作为所述纳米颗粒运输器件的基底；所述水滴型金纳米阵列，设置于所述二氧化硅基底上，作为驱动单元，与偏振光光场作用形成激化局部电场，对纳米颗粒进行捕获与定向距离运输；所述偏振光波，用于提供光源，与水滴型金纳米阵列作用产生消逝场；所述纳米颗粒，作为被捕获和运输的对象；

所述水滴型金纳米阵列包括周期性排布的水滴型等离子金纳米结构，所述水滴型等离子金纳米结构由等腰三角形结构的水滴型尾部与圆形主体嵌合构成，各所述水滴型等离子金纳米结构间隔一定距离，所述纳米颗粒的运输方向与所述水滴型尾部之间存在一定夹角。

2.根据权利要求1所述的纳米颗粒运输器件，其特征在于，所述偏振光波的入射方向垂直所述二氧化硅基底设置。

3.根据权利要求1所述的纳米颗粒运输器件，其特征在于，所述偏振光波的光偏振方向与所述水滴型尾部的方向一致。

4.一种如权利要求1所述的纳米颗粒运输器件用于颗粒捕获和长距离运输的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：先将纳米颗粒运输器件进行建模，确定三维分解方向；再计算纳米颗粒运输器件在Z方向不同偏振角度下圆偏振的均匀偏振光波照射下在横向切面的激化电场分布图；

步骤2：确定纳米颗粒运输器件的尺寸以及水滴型等离子金纳米结构的具体排布方式；

步骤3：定量分析纳米颗粒运输器件捕获纳米颗粒的能力；先利用麦克斯韦张量法或者体积法计算线偏振光下光合力在三维方向，即(x,y,z)三个方向上进行三个分力Fx、Fy、Fz的分解，分析三个光分力在水滴型金纳米阵列上方处所受到的光力，得到纳米颗粒的有效捕获范围；

步骤4：根据水滴型等离子金纳米结构的特殊的水滴型结构，以及驱动单元阵列的排布方式，确定运输过程中，光源的偏振旋转角度；

步骤5：计算按照步骤4改变偏振旋转角度的条件下，纳米颗粒运输器件捕获纳米颗粒的能力和运输目标颗粒的能力。

5.根据权利要求4所述的用于颗粒捕获和长距离运输的方法，其特征在于，所述步骤3中，所述定量分析纳米颗粒运输器件捕获纳米颗粒的能力具体为：定量分析纳米颗粒运输器件捕获纳米颗粒的捕获势能；以势能的最后值为能量参考点，将力沿着所需方向一维积分得到势能，当势能大于1K_BT，颗粒就能克服布朗力，被限制在势阱中；势能越大，越能稳定捕获纳米颗粒，其中K_B为玻尔兹曼常数，T为温度。

6.根据权利要求4所述的用于颗粒捕获和长距离运输的方法，其特征在于，所述步骤4中，所述确定运输过程中，光源的偏振旋转角度具体是通过以下步骤确定的：

通过顺序改变光源的偏振旋转角度，激化水滴型等离子金纳米结构产生不同位置的局部激化场强，从而通过寻址热点来定向运输目标颗粒。

7.根据权利要求4所述的用于颗粒捕获和长距离运输的方法，其特征在于，所述步骤5中，所述纳米颗粒运输器件捕获纳米颗粒的能力的计算过程包括：定量分析纳米颗粒运输器件捕获纳米颗粒的捕获势能；以势能的最后值为能量参考点，将力沿着所需方向一维积分得到势能，当势能大于1K_BT，颗粒就能克服布朗力，被限制在势阱中；势能越大，越能稳定捕获纳米颗粒，其中K_B为玻尔兹曼常数，T为温度。

8.根据权利要求4所述的用于颗粒捕获和长距离运输的方法，其特征在于，所述纳米颗粒运输器件处在水的环境中，其水的折射率为1.33。