線偏振平面光波對處于石墨烯襯底上方微粒的可調諧捕獲和篩選的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種線偏振平面光波對處于石墨烯襯底上方微粒的可調諧捕獲和篩選的方法，可應用于生物、醫學及納米操控等領域。
【背景技術】
[0002]對微小物體的光學捕獲和篩選一直是光學領域的研究熱點。光學梯度力在各種光學捕獲技術中扮演著重要的角色，例如通過光學梯度力實現的光鑷和光學捆綁等。然而，光學梯度力具有產生設備復雜、不可調諧和難以捕獲和篩選納米尺寸分子等缺點。2008年，Ward, T.J.等提出通過圓偏振光產生的光學梯度力可以捕獲和分離具有納米尺寸的手性分子。但是，圓偏振入射光仍然需要使用復雜的設備來產生，不利于系統的實際應用；且其捕獲和分離的納米尺寸分子必需具有手性結構，因此限制了其作用對象的范圍。所以，本發明提出在位于石墨烯襯底平板上方的微粒表面覆蓋納米尺寸分子，使其在線偏振平面光波照射下在微粒周圍產生非梯度光學力；然后，利用改變外加電場、溫度、注入光強、和石墨烯的厚度等方式改變石墨烯的費米能級分布，進而改變石墨烯的介電系數及電導率，調諧石墨烯襯底平板上方微粒受到的非梯度光學力大小和方向，從而實現對附著在微粒表面的納米尺寸分子的捕獲和篩選，其中納米尺寸分子可以為非手性結構。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服了利用梯度光學力捕獲和篩選納米尺寸分子這一傳統方法中所具有的入射光源復雜(即入射光必需為圓偏振或橢圓偏振)、篩選對象局限(即納米尺寸分子必需具有手性結構)、由圓偏振或橢圓偏振光產生的梯度光學力不可調諧、以及難以捕獲納米尺寸非手性分子等不足，而提供一種具有系統簡單、操作方便、超靈敏、超快速、主動調諧等優點的由線偏振平面光波產生的非梯度光學力捕獲和篩選位于石墨烯襯底平板上方的非手性納米尺寸分子的方法，可用于生物，醫學以及納米操控等領域。
[0004]本發明解決問題采用的技術方案如下:
[0005]—種線偏振平面光波對處于石墨烯襯底上方微粒的可調諧捕獲和篩選的方法，將微粒置于石墨烯襯底平板上方，該石墨烯襯底平板破壞了微粒周圍的玻印亭矢量對稱分布，使微粒上的總玻印亭矢量不為零，產生非梯度光學力；通過改變石墨烯襯底平板的石墨烯費米能級，改變微粒上的總玻印亭矢量分布，進而改變總玻印亭矢量作用在微粒上的非梯度光學力的方向和大小，來調控微粒在入射光場中的運動軌跡，從而對附著在微粒表面的納米尺寸分子進行可調諧捕獲和篩選，其中，微粒置于石墨烯襯底平板上方，微粒材料可以是介質或金屬，石墨稀襯底平板的長、寬、高在10納米到10米，微粒與石墨稀襯底平板表面的距離為1(1>0);微粒的外形可以是球體、圓柱體、圓錐體等曲面幾何體或棱柱體、正方體、長方體等多面體，體積在I立方納米至1000立方微米。
[0006]所述的入射光，入射光為線偏振平面波；入射光入射方向平行于石墨烯襯底平板，頻率范圍為0.3微米?20微米，功率范圍為0.1mW/μHI2?1mW/μπι2。
[0007]所述的入射光的光源采用波長可調諧激光器、半導體連續或準連續激光、或者發光二極管。
[0008]所述的表面附有納米尺寸分子的微粒，微粒材料可以是金屬或介質，其中，金屬可以是Al、Ag、Au、Cu、N1、Pt等，介質可以是半導體材料如S1、Si02、GaAs、InP、Al2O3等或聚合物。
[0009]所述的石墨烯襯底平板，石墨烯襯底平板是通過在襯底平板表面覆蓋石墨烯薄層而成，其中襯底平板材料可以是金屬或介質，其中，金屬可以是Al、Ag、Au、Cu、N1、Pt等，介質可以是半導體材料如S1、Si02、GaAs、InP、Al2O3等或聚合物，石墨稀薄層是由M層碳原子層構成，其中KMS 100。
[0010]所述的表面附有納米尺寸分子的微粒，納米尺寸分子可以具有非手性結構或手性結構，如抗原，抗體，酶，激素，胺類，肽類，氨基酸，維生素等。
[0011]所述的石墨烯襯底平板是通過材料生長工藝實現，包括磁控濺射、電子束蒸發、金屬有機化合物化學氣相沉淀、氣相外延生長、分子束外延等。
[0012]所述的石墨烯襯底平板，可以通過改變外加電場、溫度、注入光強、拓撲材料和石墨烯的厚度等方式改變石墨烯的費米能級分布，進而改變石墨烯的介電系數及電導率。
[0013]本發明系統由光源、顯微鏡和光學力顯示器構成。測試前先將石墨烯襯底平板置于裝有水或油的樣品池底部，然后將表面附有納米尺寸分子的微粒置于裝有水或油的樣品池中，同時置于石墨烯襯底平板上方，線偏振平面波光源從樣品池的側壁進入，照射微粒，由于石墨烯襯底平板破壞了微粒周圍的玻印亭矢量對稱分布，使微粒上的總玻印亭矢量不為零，產生非梯度光學力；然后，通過改變石墨烯的費米能級，改變石墨烯襯底平板上方微粒表面的總玻印亭矢量分布，進而改變總玻印亭矢量作用在微粒上的非梯度光學力的方向和大小，來調控微粒在入射光場中的運動軌跡，從而對附著在微粒表面的納米尺寸分子進行可調諧捕獲和篩選。顯微鏡可以用來觀測表面附有納米尺寸分子的微粒在入射光作用下所產生的運動軌跡。所述顯微鏡可以采用普通熒光垂直或正置顯微鏡。
[0014]所述系統可以通過簡單的線偏振平面光波實現對具有納米尺寸非手性結構物體的可調諧捕獲和篩選。克服了利用梯度光學力捕獲和篩選納米尺寸分子這一傳統方法中所具有的入射光源復雜(即入射光必須為圓偏振或橢圓偏振)、篩選對象局限(即納米尺寸分子必須具有手性)、由圓偏振或橢圓偏振光產生的梯度光學力不可調諧、以及難以捕獲納米尺寸分子等問題，具有系統簡單、操作方便、超靈敏、超快速、主動調諧等優點，可用于生物，醫學以及納米操控等領域。
【附圖說明】
[0015]圖1為表面附有納米尺寸分子的微粒示意圖。
[0016]圖2為由線偏振光產生的非梯度光學力捕獲和篩選處于石墨烯襯底平板上方的表面附有納米尺寸分子的微粒的過程示意圖。
[0017]圖3為由線偏振光產生的非梯度光學力捕獲和篩選處于石墨烯襯底平板上方的表面附有納米尺寸分子的微粒的測試系統示意圖。
[0018]圖中:1微粒，2納米尺寸分子，3石墨烯襯底平板，4光源，5顯微鏡，6光學力顯示器，7樣品池，8控溫器，9CXD攝像機，10監視器，11計算機，12錄像機。
【具體實施方式】