一种利用法诺干涉光散射力实现金属纳米颗粒分拣的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属纳米颗粒分拣设备，具体涉及一种利用法诺干涉光散射力实现金属纳米颗粒分拣的设备。
【背景技术】
[0002]1986年A.Ashkin发现强汇聚的单光束照射到粒子上可以形成稳定的三维势讲，将粒子束缚在光束的束腰处的现象，并将此项技术命名为“光镊”。经过近三十年的发展，光镊技术已经得到了极大的提高，比如光镊的操作精度从微米的操控与探测水平发展到了纳米精度的操控与探测水平。另一方面从光镊技术的实际应用来看，光镊己经成为研究单个生物大分子在生命过程中的行为、研究胶体体系稳定性的有效工具。
[0003]众所周知，光与物质的相互作用伴随着能量和动量的交换，而动量的传递在单个粒子感受来看即为光学散射力，也可称光学辐射压力。简单理解即是由于粒子对光子的散射而产生的反作用力，此力一般作为纵向的“推力”推动粒子沿着光束传播方向运动。这种纵向的散射力被广泛运用于粒子分拣中。在光束与粒子的相互作用中还存在另外一种力，称作光学梯度力，其产生的原因是由于粒子在电场中的偶极子极化，偶极矩与非均匀光场相互作用，而小粒子在光束中倾向于使自身受到的相互作用能最小化，从而使自身受力方向指向光束的焦点处，是一种束缚力。利用光学梯度力可以实现束缚，操作单个粒子，汇聚粒子流，实现光悬浮等等。随着光镊的发展，单个粒子操控已不能满足生化反应中多粒子的检测和分选。
[0004]在过去三十年的科技发展中，光学分离法在生化探测，高速分选和精确操作中体现了极高的优越性。目前为止，研究人员已经使用过:基于激光的垂直分离方法，光学层析法，光子晶体分离法，和贝塞尔光法等基于光力的方法。这些方法大多是基于对光本身形态的操控以及微流控芯片的创新。并且多是利用普通光学的纵向散射力，横向梯度力或者两者的组合的形式进行分离，加之对微流系统中微流的操控，可以实现快速的光学分离。但是这些都不能本质上解决超高精度分拣的问题。没有一种方法可以达到1nm量级精度上的分拣，从而无法精确操控和分拣金属纳米颗粒。
[0005]由于局域表面等离激元共振所引发的独特效应，贵金属纳米颗粒比常规介电材料颗粒对光的散射与吸收要强得多，无法用以上所述的方法捕捉和分拣。因此，寻找一种超精度的金属纳米粒子的分拣方法是目前光学操控领域的热点，而理论上寻找适合捕捉、分拣金属纳米颗粒的光学力的新形式是目前最重要的问题之一。在应用上如何实现高精度、高效、快速的粒子分拣也是当前的难点。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种法诺共振引入的径向光学散射力的新形式。在背景中已经介绍至IJ，普通的光学散射力是沿着激光传播的方向，作为一种压力的形式存在。而本发明提供的金属纳米粒子在非对称光源激发的法诺共振条件下产生不对称光散射，产生了径向法诺干涉散射力，即本散射力垂直于光束传播方向，方向沿着光束焦点与粒子所确定的直线，利用该径向法诺干涉散射力将共振的粒子径向拉向光束中心，完成分离。
[0007]所述的法诺共振引入的径向光学散射力，对于不同大小的金属颗粒有不同的法诺共振频率，粒子在共振频率处受到的径向光学散射力最大。所述的法诺共振频率处的径向光学散射力极值被用来分选粒子。
[0008]为了解决【背景技术】中的技术问题，本发明提供的技术方案是:一种利用法诺干涉光散射力实现金属纳米颗粒分拣的设备，包括微流控芯片和能利用法诺干涉引入的径向光学散射力的光路系统，所述微流控芯片包含矩形光学分离腔，在所述矩形光学分离腔一侧通过目标粒子流沟道、粒子流沟道分别与目标粒子流出口、粒子流出口相连接，另一侧有两股辅助流入口、阈值流入口与样品流入口，分别由各自的辅助流沟道、阈值流沟道和样品流沟道连接到矩形光学分离腔上，其辅助流沟道一与其他三股流汇合形成的中线与目标粒子流出口和粒子流出口形成的中线在一条直线上;所述光路系统在垂直矩形光学分离腔引入利用法诺干涉产生径向光学散射力的激光，其激光光斑大小可变且光斑的焦点在上述中线稍偏上处。
[0009]一种实现上述超精度分拣金属纳米颗粒设备的光路系统包括暗场照明部分、激光光路部分以及图像收集部分;所述激光光路部分包含一个光阑，两个凸透镜构成的扩束镜，一个起偏器，一个四分之一玻片，以及一个高数值孔径的物镜一和物镜二，所述激光光路由光阑控制激光通断、强弱，两个凸透镜构成的扩束器使之光斑扩大，接下来通过起偏器以得到线偏振光，线偏振光通过一个四分之一玻片，从此得到圆偏振光，最后圆偏振激光通过高数值孔径的物镜汇聚作用在样品载物台的样品微流控芯片上；
[0010]所述暗场照明系统，由暗场模块反射进入物镜二中，所述图像收集系统部分，由物镜二收集样品的散射光，并通过CCD成像。
[0011]所述阈值流沟道连接在器件中线以下，为粒子设置一个初始y方向上的位移阈值，具体宽度可以由具体分离精度而确定。
[0012]所述微流控芯片的模板由光刻技术制成，微流控芯片由PDMS材料制成，从而可以自由改变PDMS刻蚀结构以集成在光路系统设备上，完成不同精度要求的粒子分选。
[0013]所述微流控芯片包含四个入口，使用时，所有入口均通入去离子水，其中样品流入口的去离子水中加入待分拣样品。
[OOM] 所述辅助流沟道一宽度为30μηι，阈值流沟道宽度为5μηι，样品流沟道宽度为5μηι，辅助流沟道二宽度为20μηι，目标粒子流沟道和粒子流沟道的宽度均为30μηι。
[0015]通过所述阈值流沟道，可以人为的控制所进入样品的初始位置，即预先设定阈值，根据阈值流沟道宽度调控可以调整分选精度。
[0016]所述设备可以用来分拣纳米金属颗粒。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018]本发明提出了引入法诺共振引入的径向光学散射力的新形式的超精度分拣金属纳米颗粒设备的设计。其粒子法诺共振十分依赖入射激光的频率(波长)，然而法诺干涉的光学散射力又基于法诺干涉。由此利用法诺干涉光学散射力可以实现±10nm精度的纳米金属颗粒的分选。
[0019]相比于现有的粒子分拣技术，本发明通过设备简单，过程简易，将一种新发现的法诺共振引入的径向光学散射力集成到微流控芯片中，利用流体作为载体，高效率低成本，且大大提高了分离精度。所述的法诺共振引入的径向光学散射力在未来会成为广泛应用于一种高精度分选、操控的新思路。
【附图说明】
[0020]图1为分选纳米金属颗粒的微流控芯片的结构组成和受力运动轨迹示意图。
[0021 ]图2为超精度分拣金属纳米颗粒的设备光路示意图。
[0022]图中，1-尺寸小于法诺共振半径的纳米金属颗粒，2-处于法诺共振的纳米金属颗粒，3-尺寸大于法诺共振半径的纳米金属颗粒，4-辅助流入口一，5-阈值流入口，6-样品流入口，7-辅助流入口二，8-辅助流沟道一，9-阈值流沟道，I O-样品流沟道，11 -辅助流沟道二，12-高斯光束范围，13-目标粒子流出口，14-目标粒子流沟道，15-粒子流沟道，16-粒子流出口，17-矩形光学分离腔，18-激光，19-光阑，20、21_凸透镜，22-起偏器，23-四分之一玻片，24、25、26-反射镜，27-物镜一，28-样品载物台，29-物镜二，30-暗场光源，31-暗场模块，32-滤光片，33-CCD。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发