[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

说明书

本发明公开了一种纳米颗粒运输器件，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；二氧化硅基底作为基底；水滴型金纳米阵列，设置于二氧化硅基底上，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；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；纳米颗粒，作为被捕获和运输的对象；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，水滴型等离子金纳米结构由水滴型尾部与圆形主体嵌合构成，纳米颗粒的运输方向与水滴型尾部之间有一定夹角。本发明可以以更低的光功率实现更稳定捕获，也使得器件对于目标颗粒实现高操作性的运输。

技术领域

本发明涉及光操纵技术领域，具体涉及一种纳米颗粒运输器件及用于颗粒捕获和长距离运输的方法。

背景技术

近年来，随着用于精确医学诊断和生物传感的芯片实验室系统的发展趋势，高精度的粒子操纵变得重要。利用表面等离子体共振(SPR)的优点，光学俘获突破了纳米尺度上的衍射极限。等离子体配置和技术能够将电磁场定位到比自由空间波长小得多的热点，用作捕获和分选纳米颗粒、检测病毒、固定DNA和组装活细胞的非侵入性工具。由于场增强源于金属表面的激发局域表面等离子体共振(LSPR)模式，因此探索具有高捕获效率的新型金属纳米结构始终是该领域的主要目标。在这些金属纳米结构的尖角处可以实现更高的电场强度，如蝴蝶结、四角板、金字塔和纳米孔。然而，由于热点高度局域化，将粒子从一个热点转移到另一个热点并不容易。被捕获的粒子在捕获位置之间转移，需要相邻光学势阱之间的空间重叠。近来，有研究者使用波长选择性结构，例如纳米棒和C形纳米孔，通过周期性改变激发波长实现热点位置的切换，成功地传输了粒子。此外，纳米环和纳米椭圆被提出作为光学传送带的单元，通过旋转激发光束的偏振方向控制热点沿着平滑的轮廓连续移动。虽然规则的对称结构提供了面积更大的热点，但此类结构产生的光学势阱刚度较低，导致捕获效率降低。

现有的技术如专利号为CN114308395B的专利使用领结型结构通过不同的共振波长来进行纳米颗粒的分选，其只能实现不同大小的纳米颗粒的分选；专利号为CN111834028A的专利使用的是硅三聚体通过控制偏振方向让纳米颗粒在硅三聚体的小范围内移动，其只能实现纳米颗粒的捕获和在三聚体内小范围移动。随着纳米制造工艺的进步，需要我们超越常规结构，打破几何约束，提高整个系统的性能。纳米制造工艺需要对纳米颗粒采用更低的光功率实现更稳定的捕获，也要求对纳米颗粒实现高操作性的运输，特别是实现定向长距离的运输。

发明内容

鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种纳米颗粒运输器件及用于颗粒捕获和长距离运输的方法，本发明与传统的方案不同，异于传统的规则结构，提出了一种由三角形与圆形嵌合构成的水滴型结构，使得结构对于激发光源有很好的跟随性的同时，可以在特殊偏振情况时在特定区域产生极强的局部场强，使得可以以更低的光功率实现更稳定捕获，通过旋转光源的偏振角度来操控目标颗粒的定向运输从而对目标纳米颗粒实现高精度、高操作性的运输。

为了达到上述目的，本发明提供了一种纳米颗粒运输器件，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。

依照本发明的一个方面，所述偏振光波的入射方向垂直所述二氧化硅基底设置。

依照本发明的一个方面，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。