[发明专利]基于电偶极旋转散射光探测的纳米微粒识别装置和方法

说明书

本发明公开一种基于电偶极旋转散射光探测的纳米微粒识别装置和方法，依据纳米微粒的散射模型，通过微粒悬浮操控和散射光探测分离的方法，实现光阱中的微粒形态的原位探测。具体为利用两束线偏振激光，第一束激光悬浮纳米微粒，并通过偏振方向调节旋转纳米微粒；第二束线偏振光偏振方向不变，激发特定偶极方向散射光；通过监测固定位置处第二束激光激发的散射光光强的变化推知纳米微粒极化率的变化，进而实现粒子形态识别。本发明的方法可以为真空光镊领域纳米微粒的原位结构如单球、双球等判定提供高效解决方案；同时对于生物化学以及材料应用领域中的纳米微粒标定提供辅助方法。

技术领域

本发明涉及材料检测、真空光镊技术领域，具体涉及一种基于电偶极旋转散射光探测的纳米微粒识别装置和方法。

背景技术

光镊技术自上世纪七十年代由阿瑟·阿什金开创以来，作为捕获和操纵中性粒子的通用工具，已在分子生物学、纳米技术和实验物理学等领域得到广泛研究和应用。光镊技术通过激光束悬浮微粒可以简谐振子模型理解，相比传统的振子模型，光镊技术无接触机械耗散；进一步地，与液体或空气介质中的光镊系统不同，在真空中运作的光镊系统可实现悬浮单元与环境的完全隔离。基于上述优势，真空光镊技术在基础物理学如热力学、量子物理和传感领域应用物理学领域科学家对真空光镊开展了大量研究。

当前基于真空光阱技术的精密传感、基础物理研究采用的敏感单元多为单个纳米微粒。真空光阱中纳米的微粒投送的常规步骤为：微粒悬浮液雾化喷雾到光阱区域，激光形成的光阱随机捕获进入其中的雾化液滴。因此捕获粒子的数量具有很大的随机性，在应用前的关键一步就是鉴别捕获的纳米微粒是否为单个粒子。由于纳米微粒尺寸小，直接的纳米微粒成像方式都是基于电子束扫描或者原子力显微镜的，但是现有的这些扫描技术与光阱平台是不兼容放入。工作人员实际采用的方案是:将光阱真空度到10mbar附近，通过微粒在光阱中的位移信号探测，测量其在光阱中的阻尼率、谐振频率，进而根据热力学相关公式推算粒子的尺寸来判断纳米微粒是否满足要求。从效率上来说，由于现有的粒子投送手段多是室压下的，这种真空下测量的手段需要频繁的真空化与恢复耗时；从参数测量上来说，这种方法的测量精度依赖于空气分子半径、真空度、光阱束腰尺寸的精确测量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于电偶极旋转散射光探测的纳米微粒识别装置和方法，具体技术方案如下：

一种基于电偶极旋转的散射光探测识别纳米微粒的装置，该装置包括第一激光器、第二激光器、偏振调节器、平面镜、合束器、真空腔、物镜、光电探测器、物镜、滤波片；

所述第一激光器出射捕获激光，经过所述偏振调节器后进入合束器；所述第二激光器出射探测激光，经过所述平面镜反射后也进入所述合束器，捕获激光和探测激光经过所述合束器合束后进入位于所述真空腔内部的物镜，由所述物镜汇聚形成光阱捕获纳米微粒；所述纳米微粒光照后的散射光经滤波片滤除激光器第一激光器引发的散射光，仅收集第二激光器激发的散射光，经过透镜组汇聚后被光电探测器探测。

进一步地，所述第一激光器的功率与第二激光器的功率的比值大于10。

进一步地，所述偏振调节器优选二分之一玻片，且通过调节二分之一玻片调节所述捕获激光的偏振方向。

一种基于电偶极旋转的散射光探测识别纳米微粒的方法，该方法具体包括如下步骤：

(1)捕获激光和探测激光汇聚后照射进入真空腔内，形成光阱，悬浮待测目标纳米微粒；

(2)调节所述捕获激光的偏振方向，使纳米微粒在光阱中旋转，所述纳米微粒光照后的散射光经过滤除捕获激光后，在固定位置处收集所述探测激光激发的散射光光强变化；