RU164733U1 - SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE - Google Patents
SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE Download PDFInfo
- Publication number
- RU164733U1 RU164733U1 RU2016102892/28U RU2016102892U RU164733U1 RU 164733 U1 RU164733 U1 RU 164733U1 RU 2016102892/28 U RU2016102892/28 U RU 2016102892/28U RU 2016102892 U RU2016102892 U RU 2016102892U RU 164733 U1 RU164733 U1 RU 164733U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetically transparent
- core
- shell structure
- quantum dots
- carbon nanotube
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий магнитопрозрачные кантилевер с зондирующей иглой, вершина которой соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой с нанометровыми конусообразными порами наименьшего диаметра, которые заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, внешний источник магнитного поля в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП, отличающийся тем, что содержит магнитопрозрачную полимерную сферу со сквозными нанометровыми порами малого и большого диаметра, заполненными соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, двухслойную углеродную нанотрубку, состоящую из подвижной однослойной углеродной нанотрубки большего диаметра, длиной, равной диаметру магнитопрозрачной полимерной сферы со сквозными нанометровыми порами и вложенную в нее с зазором приближенно равным расстоянию между слоями кристаллического графита, однослойную углеродную нанотрубку меньшего диаметра, длиной, равной максимальной глубине сканируемых боковых стенок наноколодцев, причем внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра жестко соединена с внешней поверхностью выполненной электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы, а внешняя поверхность внешней подвижной углеродной нанотрубки большего диаметра продета и жестко закреплена в одной из нанометровых сквозных пор малогоA scanning probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, including a magnetically transparent cantilever with a probe needle, the tip of which is connected to a magnetically transparent polymer sphere with nanometer-sized conical pores of the smallest diameter, which are filled with quantum-dot quantum core structures a shell coated with a protective opto-magnetically transparent polymer layer, an external source of excitation of quantum dots, an external source of magnesium field in the form of a flat micro coil connected to the output of the DAC, characterized in that it contains a magnetically transparent polymer sphere with through nanometer pores of small and large diameters, filled respectively with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, a two-layer carbon nanotube consisting of a moving single-layer carbon nanotube nanotubes of a larger diameter, equal in length to the diameter of the magnetically transparent polymer sphere with through nanometer pores and inserted into it with a gap of approximately about equal distance between layers of crystalline graphite, a single-layer carbon nanotube of smaller diameter, equal to the maximum depth of the side walls of the nanowells scanned, the inner surface of the embedded carbon nanotube of small diameter being rigidly connected to the outer surface of the electrically conductive magnetically transparent probing needle, and the outer surface of the outer movable carbon nanotube of a larger diameter is threaded and rigidly fixed in one of the nanometer through pores of a small
Description
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур.The utility model relates to measuring technique and can be used in probe scanning microscopy and atomic force microscopy to diagnose and study nanoscale structures.
Известен зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка, включающий кантилевер с зондирующей иглой, вершина которой соединена со сферой, выполненной из стекла с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным полимерным слоем, прозрачным для внешнего электромагнитного источника излучения и излучения генерируемого квантовыми точками структуры ядро-оболочка. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной точке поверхности объекта диагнотирования (Патент RU 2541422 С1, 10.02.2015, G01Q 60/24, B82Y 35/00. Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка).A probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots of a core-shell structure, including a cantilever with a probe needle, the tip of which is connected to a sphere made of glass with nanometer pores filled with quantum dots of a core-shell structure coated with a protective polymer layer, is known transparent to an external electromagnetic source of radiation and radiation generated by quantum dots of the core-shell structure. The technical result is the possibility of simultaneous combination of electromagnetic effects with the measurement of a mechanical reaction (elastic modulus) on this stimulating effect at one point on the surface of the object of diagnosis (Patent RU 2541422 C1, 02/10/2015, G01Q 60/24, B82Y 35/00. Atomic force probe microscope with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots of the core-shell structure).
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности осуществления сканирования боковых стенок 3-D нанообъектов и наноколодцев по координате Z с одновременным сочетанием комбинаций точечного теплового, магнитного, и электромагнитного с оптической длиной волны воздействия с одновременным измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования с координатами X, Y, без влияния на соседние участки.A disadvantage of the known technical solution is the inability to scan the side walls of 3-D nano-objects and nanowells in the Z coordinate with the simultaneous combination of thermal, magnetic, and electromagnetic points with an optical wavelength of impact with simultaneous measurement of the mechanical reaction (elastic modulus) to this stimulating effect in one common point on the surface of the diagnostic object with the coordinates X, Y, without affecting neighboring areas.
Наиболее близким по технической сущности является зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий кантилевер с магнитопрозрачной зондирующей иглой, вершина которой соединена со сферой, выполненной из полимера с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками и магнитными частицами структуры ядро-оболочка, покрытой защитным полимерным слоем, прозрачным для внешнего электромагнитного источника излучения и излучения генерируемого квантовыми точками структуры ядро-оболочка, внешний источник магнитного поля, в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки (Патент на полезную модель RU 156174 U1, 13.04.2015, G01Q 60/24, G01Q 70/08. Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка).The closest in technical essence is a probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element, based on quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, including a cantilever with a magnetically transparent probe needle, the tip of which is connected to a sphere made of a polymer with nanometer pores filled with quantum dots and magnetic particles of the core-shell structure coated with a protective polymer layer transparent to an external electromagnetic source of radiation and radiation eriruemogo quantum dot core-shell structure, an external source of magnetic field, as a flat mikrokatushki connected to the output of the DAC. The technical result is the possibility of simultaneously combining electromagnetic effects with measuring a mechanical reaction (elastic modulus) to this stimulating effect at one point on the surface of the diagnostic object without affecting neighboring areas (Utility Model Patent RU 156174 U1, 04/13/2015, G01Q 60/24, G01Q 70/08, A probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element, based on quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure).
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности осуществления сканирования боковых стенок 3-D нанообъектов и наноколодцев по коодинате Z с одновременным сочетанием комбинаций точечного теплового, магнитного, и электромагнитного с оптической длиной волны воздействия с одновременным измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования с координатами X, Y, без влияния на соседние участки.A disadvantage of the known technical solution is the inability to scan the side walls of 3-D nano-objects and nanowells along the Z coordinate with the simultaneous combination of thermal, magnetic, and electromagnetic points with an optical wavelength of impact with simultaneous measurement of the mechanical reaction (elastic modulus) to this stimulating effect in one common point on the surface of the diagnostic object with the coordinates X, Y, without affecting neighboring areas.
Отличие предлагаемого технического решения от изложенных выше решений заключается в том, что магнитопрозрачная полимерная сфера соединена с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой через двухслойную углеродную нанотрубку, что позволяет осуществлять оптическое стимулирование, при линейном перемещении с минимальным трением по электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле, под управлением магнитного поля создаваемого плоской микрокатушкой, без отрыва электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы от контролируемой точки наноструктуры. Возможность опускания и подъема магнитопрозрачной полимерной сферы с квантовыми точками структуры ядро-оболочка в наноколодцы исследуемых наноструктур позволяет сканировать труднодоступные боковые стенки и анализировать изменение механических свойств дна наноколодцев при воздействии на тот или иной точечный облучаемый участок боковой стенки. Приближение или удаление сферы с квантовыми точками к диагностируемой поверхности позволяет обнаружить эффекты резонансного безызлучательного переноса энергии при оптическом возбуждении и механическом съеме информации, например при диагностировании оптомеханических структур в наноэлектроннике или исследовании механических откликов на оптическое стимулирующее воздействие на микробиологические структуры в оптогенетике.The difference between the proposed technical solution and the above solutions is that the magnetically transparent polymer sphere is connected to the electrically conductive magnetically transparent probe through a two-layer carbon nanotube, which allows optical stimulation, with linear movement with minimal friction along the electrically conductive magnetically transparent probe, under the control of the magnetic field generated flat microcoil, without tearing off the electrically conductive magnetically transparent probe needle from point of the nanostructure. The possibility of lowering and raising a magnetically transparent polymer sphere with quantum dots of the core-shell structure into the nanowells of the nanostructures under study makes it possible to scan hard-to-reach side walls and analyze the change in the mechanical properties of the bottom of the nanowells when a particular irradiated point is exposed to a side wall. The approximation or removal of a sphere with quantum dots to the surface being diagnosed makes it possible to detect the effects of resonant non-radiative energy transfer during optical excitation and mechanical information retrieval, for example, when diagnosing optomechanical structures in nanoelectronics or studying mechanical responses to optical stimulating effects on microbiological structures in optogenetics.
Техническим результатом является возможность осуществления сканирования боковых стенок наноколодцев, 3-D нанообъектов, приближение или удаление точечного стимулирующего воздействия к поверхности диагностируемого 2-D нанообъекта, при одновременном сочетании воздействия на диагностируемый объект магнитного, теплового и электромагнитного в оптическом диапазоне волн излучения, с одновременным измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования с координатами X, Y, без отрыва, смещения, нарушения механического контакта вершины зондирующей иглы и без влияния на соседние участки.The technical result is the ability to scan the side walls of nanowells, 3-D nanoobjects, approximate or remove a point stimulating effect to the surface of the diagnosed 2-D nanoobject, while simultaneously combining the exposure of the diagnosed object with magnetic, thermal and electromagnetic in the optical wavelength range, with simultaneous measurement mechanical reaction (elastic modulus) to this stimulating effect at one common point on the surface of the diagnostic object with X, Y coordinates, without separation, displacement, violation of the mechanical contact of the tip of the probe needle and without affecting neighboring sections.
Технический результат предложенного изобретения достигается совокупностью существенных признаков, а именно: сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий магнотопрозрачные кантилевер с зондирующей иглой, вершина которой соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой, с нанометровыми конусообразными порами наименьшего диаметра которые заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, внешний источник магнитного поля, в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП, магнитопрозрачную полимерную сферу со сквозными нанометровыми порами малого и большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, двухслойную углеродную нанотрубку состоящею из подвижной однослойной углеродной нанотрубки большего диаметра, длинной равной диаметру магнитопрозрачной полимерной сферы со сквозными нанометровыми порами и вложенную в нее с зазором приближенно равным расстоянию между слоями кристаллического графита, однослойную углеродную нанотрубку меньшего диаметра, длиной равной максимальной глубине сканируемых боковых стенок наноколодцев, причем внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра, жестко соединена с внешней поверхностью выполненной электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы, а внешняя поверхность внешней подвижной углеродной нанотрубки большего диаметра продета и жестко закреплена в одной из нанометровых сквозных пор малого диаметра магнитопрозрачной полимерной сферы, причем одноименные полюса всех магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка размещенных в ней ориентированы в одном направлении и расположены параллельно вершине электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы.The technical result of the proposed invention is achieved by a combination of essential features, namely: a scanning probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element, based on quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, including a magnetically transparent cantilever with a probe needle, the tip of which is connected to a magnetically transparent polymer sphere, with nanometer conical pores of the smallest diameter which are filled with quantum dots of the core-shell structure coated with a protective a magnetically transparent polymer layer, an external source of excitation of quantum dots, an external source of magnetic field, in the form of a flat microcoil connected to the output of the DAC, a magnetically transparent polymer sphere with through nanometer pores of small and large diameters, filled respectively with quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, a two-layer carbon nanotube consisting of a moving single-layer carbon nanotube of larger diameter, equal to the diameter of a magnetically transparent polymer of a sphere with through nanometer pores and a single-layer carbon nanotube of a smaller diameter, equal to the maximum depth of the scanned side walls of nanowells, the inner surface of the embedded carbon nanotube of small diameter, rigidly connected to the outer surface of the made one with a gap of approximately equal to the distance between the layers of crystalline graphite an electrically conductive magnetically transparent probe needle, and the outer surface of the outer movable carbon nanotube is larger in diameter is threaded and rigidly secured in one of the open pores of nanometer small diameter magnitoprozrachnoy polymer spheres, with like poles of magnetic nanoparticle core-shell structure arranged therein are oriented in one direction and are arranged parallel to the top magnitoprozrachnoy conductive probe needle.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где представлен сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка. На фиг. 2 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и в разрезе, поясняющий конструкцию сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка.The invention is illustrated in FIG. 1, which presents a scanning probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure. In FIG. Figure 2 shows an extension element A (10: 1) on an enlarged scale and in section, illustrating the design of a scanning probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure.
Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка фиг. 1 состоит из: магнитопрозрачного кантилевера 1, соединенного с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, вершина которой продета во внутреннию поверхность внутренней углеродной нанотрубки малого диаметра 9, внешняя поверхность которой продета во внутреннею поверхность внешней углеродной нанотрубки большего диаметра 10 (образующие в совокупности наноподшипник скольжения в виде двухслойной углеродной нанотрубки 8), внешняя поверхность которой продета в одну из сквозных пор 4 малого диаметра магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с нанометровыми сквозными порами малого 4 диаметра, и с нанометровыми сквозными порами большого 5 диаметра.A scanning probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure of FIG. 1 consists of: a magnetically
Элементы 1, 2, 3, 8 выполнены магнитопрозрачными (магнитодиэлектрическими), что достигается отсутствием в их структурах ферромагнитных примесей. Нанометровые сквозные поры малого 4 диаметра заполнены сферическими квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка, возбуждение которых осуществляется внешним источником возбуждения квантовых точек 14 с длиной волны излучения (например, лазерным диодом), расположенным у основания магнитопрозрачного кантилевера 1 с направлением излучения, ориентированным на центр магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Нанометровые сквозные поры большого 5 диаметра заполнены сферическими магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка.
Ядро каждой сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка состоит из магнитожесткого материала, а внешняя оболочка сформирована из магнитомягкого материала. Управление перемещением (вверх или вниз) магнитопрозрачной полимерной сферы 3 относительно объекта диагностирования 18 осуществляется за счет взаимодействия постоянного магнитного поля сферических магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка с изменяющимся (по величине и вектору направления) магнитным полем, создаваемым плоской 15 микрокатушкой, расположенной над основанием электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей 2 иглы и состоящей из одного или нескольких спиралевидных витков, выводы которых, соединены с выходом цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 16. Тип используемого ЦАП 16 (его разрядность и быстродействие) определяется диапазоном проводимых диагностических исследований.The core of each spherical
Также на фиг. 1 представлена подложка 17 с размещенным на ней диагностируемым объектом 18 в момент соприкосновения его с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 (элементы 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) приведены в увеличенном масштабе на фиг. 2).Also in FIG. 1 shows a
На выносном элементе А (10:1) фиг. 2 представлены элементы в разрезе, где магнитопрозрачная полимерной сфера 3, с нанометровыми сквозными порами 4 меньшего диаметра, заполненными сферическими квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка, нанометровые сквозные поры большого 5 диаметра заполнены сферическими магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка.On the extension element A (10: 1) of FIG. Figure 2 shows the elements in the section, where the magnetically
На вершине магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 выполненной электропроводящей с целью исключения электризации, жестко закреплена полимерная сфера 11 с конусообразными нанопорами наименьшего диаметра 12 заполненными квантовыми точками 13 структуры ядро-оболочка наименьшего диаметра с длиной волны излучения λ3.. Эта сфера служит для точечного неразрушающего механического зондирования, например, участков мембран клеток, дна наноколодцев при исследовании их оптомеханических свойств.A
Магнитопрозрачная полимерная сфера 3 соединена с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, через двухслойную углеродную нанотрубку 8 структуры типа «русская матрешка» (russian dolls) представляющую совокупность коаксиально вложенных друг в друга однослойных углеродных нанотрубок 9 и 10 с расстоянием между соседними графитовыми слоями (межтрубочное расстояние) близким к величине (приближенно равным) 0,34 нм, при котором силы Ван-дер-Ваальса минимальны. Вложенные одна в другую однослойные углеродные нанотрубоки 9, 10 образуют наноподшипник скольжения для перемещения магнитопрозрачной полимерной сферы 3 по электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей 2 игле с минимальным трением на расстояние равное максимальной глубине исследуемых наноколодцев. Внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра 9 соединена с поверхностью электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, а внешняя поверхность внешней углеродной нанотрубки большего диаметра 10 продета и закреплена в одной из нанометровых сквозных пор меньшего диаметра 4 магнитопрозрачной полимерной сферы 3, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем. Длинной углеродной нанотрубки 9 определяется диапазон (ΔZ) сканирования боковой поверхности наноколодцев объекта диагностирования 18 и максимальное расстояние удаления магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с излучающими элементами от подложки 17 по координате Z.A magnetically
Минимальный диаметр магнитопрозрачной полимерной сферы 3 определяется минимальным количеством легированных в нее сферических квантовых точек 6 структуры ядро-оболочка и сферических магнитных наночастич 7 структуры ядро-оболочка, образующие в совокупности подвижный нанокомпозитный излучающий элемент. Минимальный диаметр магнитопрозрачной полимерной сферы 11 определяется минимальным количеством легированных в нее сферических квантовых точек 13 наименьшего диаметра структуры ядро-оболочка образующие в совокупности неподвижный нанокомпозитный излучающий элемент. Параметры электромагнитного излучения подвижного (магнитопрозрачная полимерная сфера 3) и неподвижного (магнитопрозрачная полимерная сфера 11) нанокомпозитного излучающего элемента определяются классом диагностируемого объекта 18. Стрелками указываются направления входящего λ1 и преобразованного λ2 и λ3 по длине волны излучения, где λ1 - длина волны внешнего электромагнитного излучения для возбуждения квантовых точек, вызывающего их люминесценцию, λ2 - длина волны люминесценции квантовой точки, смещенной на стоксовый сдвиг относительно длины волны λ1. λ3 - длина волны люминесценции квантовой точки, смещенной на стоксовый сдвиг относительно длины волны λ1 или λ2. Стрелками с символом (вектор магнитной индукции) показано направление магнитных силовых линий внешнего магнитного поля создаваемого плоской 15 микрокатушкой. Внешнее магнитное поле осуществляет притяжение или отталкивание магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка закрепленных в корпусе магнитопрозрачной полимерной сферы 3, которая в свою очередь перемещает закрепленные в ней квантовые точки 6 при взаимодействии разнополярных или однополярных магнитных полей. Двунаправленной стрелкой с символом ΔZ показан примерный диапазон сканирования боковых стенок наноколодцев по координате Z объекта диагностирования 18.The minimum diameter of the magnetically
В зависимости от видов объектов диагностирования, методов диагностирования (например, диагностирование магнито-оптоэлектронных наноструктур или магнито-термо-светочувствительных наноструктур биологических объектов), используемые для легирования сферические квантовые точки 6 структуры ядро-оболочка могут быть как со стоксовым, так и антистоксовым сдвигом длины волны электромагнитного излучения относительно внешнего источника возбуждения квантовых точек 14 (т.е. длина волны λ1 больше λ2, λ3 или λ1 меньше λ2, λ3). Это условие обусловлено требованием помехозащищенности, тем, чтобы λ1 находилась вне диапазона длин волн, на которые реагируют все исследуемые участки диагностируемого объекта 18, а стимулирование диагностируемого объекта 18 осуществлялось только излучением сферических квантовых точек 6 структуры ядро-оболочка с длиной волны λ2, и излучением квантовых точек 13 стуктуры ядро-оболочка с длиной волны λ3, которая вызывает изменение модуля упругости отдельных локальных участков диагностируемого объекта 18 в непосредственной близости от точки соприкосновения магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с объектом диагностирования 18.Depending on the types of objects to be diagnosed, diagnostic methods (for example, the diagnosis of magneto-optoelectronic nanostructures or magneto-thermo-photosensitive nanostructures of biological objects), spherical
Длина волны поглощения λ1 каждой сферической квантовой точкой 6 структуры ядро-оболочка и длина волны излучения λ2 и λ3 каждой сферической квантовой точки 6 структуры ядро-оболочка и каждой сферической квантовой точки 13 структуры ядро-оболочка определяется ее диаметром (в основном от 2 до 20 нанометров), сочетанием материала ядра и материала оболочки, их составом, спектром пропускания защитной прозрачной полимерной пленки и технологией изготовления самой квантовой точки структуры ядро-оболочка. Длина волны электромагнитного излучения квантовых точек, направленная на объект диагностирования, может находиться как в оптическом диапазоне, так и за его пределами, от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного излучения.The absorption wavelength λ1 of each spherical
Ядро каждой сферической квантовой точки 6 структуры ядро-оболочка может, например, включать, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe, CdSeTe, CdZnS, PbSe, AgInZnS, и ZnO, но не ограничивается ими. Оболочка каждой сферической квантовой точки 6 структуры ядро-оболочка может включать в себя, по крайней мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, TiO, SrSe, и HgSe, но этими вариантами не ограничивается.The core of each spherical
Ферромагнитное ядро сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка может, например, включать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, MnBi, MnSb, MnOFe2O3, CrO2, MnAs, SmCo, FePt, или их комбинации но не ограничивается ими. Размер ядра одной сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка может варьироваться от 3 нм до 20 нм. Внешняя оболочка (окружающая магнитный сердечник) сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка сформирована из магнитомягкого или суперпарамагнитного материала, например, может включать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe3O4, FeO, CoFe2O4; MnFe2O4, NiFe2O4; ZnMnFe2O4, или их комбинации, но не ограничивается ими. Внешняя оболочка может иметь толщину в диапазоне от 0,5 нм до 3 нм. Внешняя оболочка защищает ядро от окисления и повышает магнитные свойства сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка и может покрываться дополнительной биосовместимой оболочкой, что в свою очередь защищает исследуемый биологический диагностируемый объект 18, при частичном повреждении общей защитной оболочки магнитопрозрачной полимерной сферы 3.The ferromagnetic core of a spherical
Для осуществления изобретения могут быть использованы, например известные технологии изготовления магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130195767 A1 Pub. Date: Aug. 1, 2013, MAGNETIC NANOPARTICLES); (Patent Application Publication Pub. No.: US 20140225024 A1 Pub. Date: Aug. 14, 2014 (CORE-SHELL STRUCTURED NANOPARTICLE HAVING HARD-SOFT, MAGNETIC HETEROSTRUCTURE, MAGNET PREPARED WITH SAID NANOPARTICLE, AND PREPARING METHOD THEREOF); (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS).For the implementation of the invention can be used, for example, well-known technologies for the manufacture of magnetic nanoparticles of the core-shell structure (Patent Application Publication Pub. No .: US 20130195767 A1 Pub. Date: Aug. 1, 2013, MAGNETIC NANOPARTICLES); (Patent Application Publication Pub. No .: US 20140225024 A1 Pub. Date: Aug. 14, 2014 (CORE-SHELL STRUCTURED NANOPARTICLE HAVING HARD-SOFT, MAGNETIC HETEROSTRUCTURE, MAGNET PREPARED WITH SAID NANOPARTICLE, AND PREPARING METHOD THEREOF) Publication Pub.No .: US20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS).
Для осуществления изобретения кроме классических квантовых точек структуры ядро-оболочка могут быть использованы и ядро-многооболочные квантовые точки (Patent Application Publication Pub. No.: US 20120315391 A1 Pub. Date: Dec. 13, 2012, QUANTUM DOTS HAVING COMPOSITION GRADIENT SHELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF).To implement the invention, in addition to classical quantum dots of the core-shell structure, core-multi-shell quantum dots can also be used (Patent Application Publication Pub. No .: US 20120315391 A1 Pub. Date: Dec. 13, 2012, QUANTUM DOTS HAVING COMPOSITION GRADIENT SHELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF).
Изготовление излучающего элемента осуществляется легированием магнитопрозрачной полимернойной сферы 3 сферическими магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка и сферическими квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка и выполняется за счет проникновения сферических магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка в нанометровые поры 5 большого диаметра и, затем, за счет проникновения сферических квантовых 6 точек структуры ядро-оболочка в оставшиеся не заполненными нанометровые поры меньшего 4 диаметра магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Легирование магнитопрозрачной полимерной сферы 11 осуществляется за счет заполнения конусообразных сфер наименьшего диаметра квантовыми точками наименьшего диаметра структуры ядро-оболочка. Например, процесс легирования может осуществляться по технологии известного метода за счет погружения элемента из стекла с нанометровыми порами в раствор из двух или более квантовых точек с последующей сушкой на воздухе и заполнением оставшихся между квантовыми точками пустот смолой (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130011551 Al Pub. Date: Jan. 10, 2013, QUANTUM DOT-GLASS COMPOSITE LUMINESCENT MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF).The manufacturing of the emitting element is carried out by doping a magnetically transparent polymer sphere with 3 spherical magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure and spherical
Вершина электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 может быть реализована, например, по известной технологии выращивания металлических зондов для атомно-силовых микроскопов из нанопроволки (Patent №.: US 8168251 В2 date of Patent: May 1, 2012 METHOD FOR PRODUCING TAPERED METALLIC NANOWIRE TIPS ON ATOMIC FORCE MICROSCOPE CANTILEVERS).The top of the electrically conductive magnetically
Многослойная углеродная нанотрубка 8 состоящая из однослойной нанотрубки 9 малого диаметра вложенной в однослойную нанотрубку большего диаметра 10 (в совокупности, используемые в качестве наноподшипника скольжения) может быть соединена с иглой при помощи атомно-силового микроскопа или изготовлена выращиванием на электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле 2 при помощи известной технологии выращивания многослойной углеродной нанотрубки (используемой в качестве наноподшипника), непосредственно на оси вращения ротора НЭМС (нано электромеханической системы) электродвигателя или гироскопа с наружным диаметром внешней углеродной нанотрубки от 10 нм (Patent №.: US 8771525 В2, Date of Patent: Jul. 8, 2014, ROTARY NANOTUBE BEARING STRUCTURE AND METHODS FOR MANUFACTURING).A
Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка работает следующим образом: магнитопрозрачный кантилевер 1 с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 на вершине которой закреплена магнитопрозрачная полимерная сфера 11 подводится к объекту диагностирования 18, расположенному на подложке 17, и надавливает на поверхность наноструктурированного участка объекта диагностирования 18, получая данные о механической реакции (модуле упругости) наноструктуры объекта диагностирования 18, до включения и после включения внешнего источника возбуждения квантовых точек 14 с длиной волны λ1. В результате сферические квантовые точки 6 структуры ядро-оболочка возбуждают поверхность диагностируемого объекта 18 излучением длинной волны λ2, λ3 определенной в зависимости от выбранного материала сферической квантовой точки 6, 13 структуры ядро-оболочка и соотношения диаметра ядра к толщине окружающей его оболочки. В зависимости от требуемых режимов, диагностирование может проходить как в непрерывном режиме люминесценции, так и в импульсном режиме флуоресценции (т.е. освещение локального участка объекта диагностирования только излучением λ2 и λ3 квантовых точек в интервале, равному времени их флуоресценции, после выключения внешнего источника возбуждения квантовых точек 14 с целью исключения посторонних засветок и помех).A scanning probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element, based on quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, operates as follows: a magnetically
Одновременно на вход ЦАП 16 подается двоичный код, который в зависимости от выбранной программы исследований, определяет форму и частоту повторения электрического сигнала поступающего на обмотку плоской 15 микрокатушки создающей внешнее управляющее магнитное поле, направленное на центр перемещаемой по координате Z магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Магнитные полюса всех магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка постоянно ориентированы параллельно электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле 2 в совокупности образуют структуру со свойствами постоянного магнита.At the same time, a binary code is supplied to the input of the
Под действием электрического управляющего сигнала, с выхода ЦАП 16 (например, чередующихся импульсов с положительной и отрицательной полярностью, различной амплитудой и длительностью) плоская 15 микрокатушка создает внешнее магнитное поле, (в зависимости от полярности), с тем или иным направлением магнитных силовых линий в соответствии с направлением которых при взаимодействии постоянного магнитного поля магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с переменным магнитным полем создаваемым плоской микрокатушкой 15, в диапазоне ΔZ происходит последовательное перемещение магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка вниз или вверх по координате Z, параллельно сканируемой боковой стенки наноколодца объекта диагностирования 18. Это позволяет формировать вложенные одно в другое круговые зоны излучения с различными длинами волн λ2 и λ3 с возможностью управления площадью точечного излучения и расстоянием между источниками излучения λ2 и λ3 и управлять расстоянием между источниками излучения λ2 и объектом диагностирования 18.Under the influence of an electric control signal, from the output of the DAC 16 (for example, alternating pulses with positive and negative polarity, different amplitude and duration), a flat 15 microcoil creates an external magnetic field, (depending on the polarity), with one or another direction of magnetic field lines in in accordance with the direction of which, in the interaction of a constant magnetic field of a magnetically
Возможность осуществления управления изменением расстояния между излучателем (донором) энергии (квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка) и приемником энергии (акцептором) (диагностируемыми светочувствительными наноструктурами объекта диагностирования 18), позволяет обнаруживать безызлучательный перенос энергии при радиусе взаимодействия меньше чем длина волны излучаемого света. Это позволяет исследовать изменение механических реакций (модуля упругости) опточувствительных наноструктур со спектральным перекрытием спектров излучения и поглощения, в которых на расстояниях от 1 до 10 нм возникает Форстер резонансный перенос энергии (FRET) (Forster (or fluorescence) resonance energy transfer) как в одношаговых, так и в многошаговых эстафетных переходах от донора к акцептору, например в биологии или наноэлектронике.The ability to control the change in the distance between the emitter (donor) of energy (
Предложенная конструкция сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, также обеспечивает при сканировании поверхности объекта диагностирования атомно-силовым микроскопом, возможность осуществления съема топологического распределения механической реакции (модуля упругости) на поверхности объекта диагностирования, в зависимости от стимулирующего воздействия определенной длины волны электромагнитного излучения и магнитного поля на каждую точку с координатами X, Y, непосредственно расположенную под вершиной электропроводящей магнотопрозрачной иглы соединенной с полимерной сферой и получить дополнительную информацию при сканировании наноколодцев по координате Z. Это позволяет обнаружить и исследовать отдельные точечные опто-магнито-термо чувствительные участки биологических объектов и наноструктур, изменяющих свои механические свойства при одновременном точечном наноразмерном стимулирующемThe proposed design of a scanning probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure also provides, when scanning the surface of a diagnostic object with an atomic force microscope, the ability to measure the topological distribution of a mechanical reaction (elastic modulus) on the surface of a diagnostic object , depending on the stimulating effect of a certain wavelength of electromagnetic radiation position and magnetic field at each point with X, Y coordinates, directly located under the top of the electrically conductive magnetically transparent needle connected to the polymer sphere and obtain additional information when scanning nanowells by the Z coordinate. This allows you to detect and study individual point-like magneto-thermo-sensitive biological sites objects and nanostructures that change their mechanical properties with a simultaneous point nanoscale stimulating
воздействии электромагнитного излучения оптического диапазона λ2 и λ3 в сочетании с воздействием постоянным или импульсным магнитным полем или точечным тепловым излучением (нагревом) при различных изменяющихся расстояниях по координате Z между излучающим элементом с длиной волны λ2 и приемной наноструктурой, что ранее невозможно было осуществить известными зондами.exposure to electromagnetic radiation of the optical range λ2 and λ3 in combination with exposure to a constant or pulsed magnetic field or point thermal radiation (heating) at various varying distances along the Z coordinate between a radiating element with a wavelength of λ2 and a receiving nanostructure, which was previously impossible to implement with known probes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016102892/28U RU164733U1 (en) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016102892/28U RU164733U1 (en) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU164733U1 true RU164733U1 (en) | 2016-09-10 |
Family
ID=56893249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016102892/28U RU164733U1 (en) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU164733U1 (en) |
-
2016
- 2016-01-28 RU RU2016102892/28U patent/RU164733U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2723899C1 (en) | Scanning probe of atomic-force microscope with separable remote-controlled nanocomposite emitting element doped with quantum dots, upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure | |
Zhang et al. | Toward quantitative bio-sensing with nitrogen–vacancy center in diamond | |
Dahman | Nanotechnology and functional materials for engineers | |
US6828786B2 (en) | Method and apparatus for nanomagnetic manipulation and sensing | |
US7615739B2 (en) | Spin microscope based on optically detected magnetic resonance | |
RU163240U1 (en) | SCANNING PROBE OF ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT ALLOYED BY QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE | |
Li et al. | Fluorescence enhancement enabled by nanomaterials and nanostructured substrates: A brief review | |
RU2681258C1 (en) | Scanning probe of nuclear power microscope with the separated television controlled nanocomposite radiating element alloyed with quantum dots and magnetic nanoparticles of the nucleus-shell structure | |
RU2615052C1 (en) | Scanning probe atomic-force microscope having nanocomposite radiating element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles having core-shell structure | |
RU2615708C1 (en) | Scanning probe of atomic force microscopy with nanocomposite radiating element, doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of core-shell structure | |
RU184332U1 (en) | SCANNING PROBE OF NUCLEAR-POWER MICROSCOPE WITH A SEPARATED TELEVISION CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT DENTED BY QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANO-PARTY-TEMPLANT-TECTRON. | |
RU164733U1 (en) | SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE | |
RU2541422C1 (en) | Probe of atomic-powered microscope with nanocomposite radiating element doped by quantum points of nucleus-shell structure | |
Hsieh et al. | Ferritin protein imaging and detection by magnetic force microscopy | |
RU182469U1 (en) | A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR STRUCTURE | |
RU156174U1 (en) | ATOMICALLY POWER MICROSCOPE PROBE WITH A RADIATING ELEMENT, BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE | |
RU2675202C1 (en) | Scanning probe of atomic-force microscope with separated television controlled nanocomposite radiating element doped by quantum points and magnetic nanoparticles of core-shell structure | |
RU195925U1 (en) | A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT DOPED WITH QUANTUM DOTS, APCONVERATING NANOMINO AND MAGNETOS | |
RU2716850C1 (en) | Scanning probe of atomic-force microscope with separable remote-controlled nanocomposite radiating element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure | |
RU192782U1 (en) | A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE STRUCTURE OF THE STRUCTURE | |
RU2716861C1 (en) | Scanning probe of atomic-force microscope with detachable remote-controlled nanocomposite radiating element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure | |
RU192810U1 (en) | SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT, DOPED WITH APCONVERAL AND MAGNETIC NANOPARTICLE PARTICLES | |
RU192995U1 (en) | A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT, DOPED WITH APCONVERAL AND MAGNETIC NANOPARTICLE PARTICLES | |
RU193569U1 (en) | A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC STRUCTURE NANOPARTICLES | |
RU2724987C1 (en) | Scanning probe of atomic-force microscope with separated remote-controlled nanocomposite emitting element doped with quantum dots, upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20161008 |