[发明专利]一种基于光力的片上微纳物体的驱动方法、装置及应用

说明书

本发明提供一种基于光力的片上微纳物体的驱动方法、装置及应用，该方案通过片上波导上搁置微纳容器，微纳物体置于微纳容器内，通过光能和机械能的转换实现微纳容器的平动、摆动以及输运，该方案可在非液体环境下基于光力对片上微纳物体进行驱动，针对性地解决现有片上微纳物体驱动输运的可控性差、液体环境中反应场易受污染等问题。

技术领域

本发明涉及光控领域，特别涉及一种基于光能-机械能转换以实现片上微纳物体的输运的驱动方法及系统，其在片上实验室以及靶向输运系统中有着重要的应用前景。

背景技术

随着半导体集成技术转向了28纳米的线宽工艺，半导体集成技术的研究也开始进入纳米领域，相对应的，片上实验室应运而生，片上实验室指的是把科学的分析操作集成到像半导体集成电路那样的几个平方厘米的玻璃、硅或塑料等微型薄片上的研究。片上实验室由于其微小，具有样本微量化、反应与分析高速化等多种优点而被广泛应用于疾病诊断和治疗、药物筛选、基因测序、中药物种鉴定、农作物优育优选等许多领域。

纳米机器是实现智能化纳米技术最基本的功能单元，可在微纳米级尺度执行特定任务，如计算、分析、数据存储、传感或者驱动等操作。然而，片上实验室中微纳物体的驱动控制始终是困扰科研人员的一大难题，就微纳物体的驱动而言，目前主要实现的方式是通过在液体环境下进行，然而在液体环境下又存在微纳物体布朗运动强烈，不易于实现长距离、稳定的驱动的缺陷。另外，对于片上实验室而言，在微纳物体的输运过程中，液体环境容易对反应场造成污染。

因此，研究一种在非液体环境下实现精确的片上微纳输运的研究，对于基于微纳技术的片上实验室及反应场具有一定的价值意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光力的片上微纳物体的驱动方法、装置及应用，该方案可在非液体环境下基于光力对片上微纳物体进行驱动，针对性地解决现有片上微纳物体驱动输运的可控性差、液体环境中反应场易受污染等问题，以实现在集成芯片上实现微纳物体的可控平动、摆动、输运与释放。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本方案提供一种基于光力的片上微纳物体驱动装置，包括：激光器，片上波导，以及置于片上波导上的微纳容器，其中微纳物体置于微纳容器内，片上波导具有倐逝场效应，激光器产生的激光耦合进入片上波导。

第二方面，本方案提供一种基于光力的片上微纳物体的平动驱动方法，包括以下步骤：将微纳物体置于微纳容器内，其中微纳容器置于片上波导上，且微纳容器在片上波导上轴向受力不对称，脉冲激光耦合于片上波导；调控脉冲激光的参数，驱动微纳容器在片上波导上沿轴向平动。

在一些实施例中，通过调控脉冲激光的脉冲个数以调控微纳容器平动速度，通过调控脉冲激光的单脉冲能量以调控微纳容器平动距离。具体的，当激光脉冲个数一定时，增加单脉冲功率，平动速度增加，当单脉冲功率一定时，增加脉冲个数，运动速度增加。

在一些实施例中，脉冲激光耦合传输到片上波导上，利用片上波导的倐逝场效应将部分光能量由波导模式耦合到外部环境的消逝场中，利用消逝场与微纳容器的相互作用形成近场增强效应，将瞬时局域的光场转化成热场，热场产生的声波在片上波导的轴向方向上发生不对称的反射而产生冲击波。

第三方面，本方案提供一种基于光力的片上微纳物体的摆动驱动方法，包括以下步骤：将微纳物体置于微纳容器内，其中微纳容器置于片上波导上，连续激光耦合于片上波导；调控连续激光的参数，驱动微纳容器在片上波导上原地摆动。

在一些实施例中，通过调控连续激光的开关频率，以调控微纳容器的摆动频率，通过调控连续激光的平均功率，以调控微纳容器的摆动幅度。

在一些实施例中，连续激光器的连续激光对应的光子能量大于微纳容器的微纳材料的带隙。