RU2681258C1 - 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 - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: invention relates to a measuring technique and can be used in atomic force microscopy for diagnosing nanoscale structures. Essence of the invention consists in the fact that the scanning probe contains a cantilever connected to a probe needle, which is threaded and rigidly fixed in one of the through nanopores of a larger-diameter glass sphere with quantum dots of the core-shell structure, and the tip of the probe needle, emerging from a glass sphere of larger diameter, is movably connected by means of two imbedded carbon nanotubes with the detachable and autonomously functioning glass sphere of small diameter with through nanopores, filled with quantum dots and magnetic nanoparticles with the same orientation of the core-shell structure poles. Components of the scanning probe are performed to be magnetically transparent and optically and magnetically transparent. Remote control of the excitation of the quantum dots of the core-shell structure and their autonomous movement along the Z coordinate when scanning the side walls of the nanochambers of the object being diagnosed is carried out with the help of two external counter-directed synchronized electromagnetic fields.EFFECT: technical result is the ability to scan nanochambers at the Z coordinate, the depth of which is greater than the length of the probe needle, with simultaneous combination of spot thermal and electromagnetic with optical wavelength of impact on the walls of nanochambers with simultaneous measurement of mechanical characteristics of this stimulating effect at one point on the surface of the object of diagnosis with X, Y coordinates without affecting adjacent areas.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур.The invention relates to measuring technique and can be used in probe scanning microscopy and atomic force microscopy for the diagnosis and study of nanoscale structures.

Известен сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с магнитопрозрачной зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотубку большего диаметра, наружная поверхность которой закреплена в магнитопрозрачной полимерной сфере, содержащей сквозные нанометровые поры малого и большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, вершина зондирующей иглы соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой с конусообразными нанометровыми порами наименьшего диаметра, которые заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, внешний источник магнитного поля в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП [1].A scanning probe of an atomic force microscope with a radiating element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure is known, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with a magnetically transparent probe needle, threaded into a carbon nanotube of small diameter, which is embedded in a larger diameter nanotube, an outer surface which is fixed in a magnetically transparent polymer sphere containing through nanometer pores of small and large diameter, filled respectively to cable-stayed dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, the tip of the probe needle is connected to a magnetically transparent polymer sphere with cone-shaped nanometer pores of the smallest diameter, which are filled with quantum dots of the core-shell structure, coated externally with a protective optically magnetically transparent polymer layer, an external source of excitation of quantum dots, an external source a magnetic field source in the form of a flat micro coil connected to the output of the DAC [1].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности осуществления полного сканирования по координате Z боковых стенок глубоких или сквозных наноколодцев, глубина которых больше длины магнитопрозрачной зондирующей иглы, 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 lack of the ability to perform a full scan along the Z coordinate of the side walls of deep or through nanowells, the depth of which is greater than the length of the magnetically transparent probe needle, with a combination of combinations of point thermal, magnetic, and electromagnetic effects with an optical wavelength while measuring the mechanical reaction ( modulus of elasticity) on this stimulating effect at one common point on the surface of the diagnostic object with X, Y ordinates, without affecting neighboring areas.

Наиболее близким по технической сущности является сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с магнитопрозрачной зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотубку большего диаметра, наружная поверхность которой закреплена в магнитопрозрачной стеклянной сфере, содержащей сквозные нанометровые поры малого и большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, вершина магнитопрозрачной зондирующей иглы соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой с конусообразными нанометровыми порами наименьшего диаметра, которые заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, внешний источник магнитного поля в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП [2].The closest in technical essence is 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, including a two-layer carbon nanotube, a magnetically transparent cantilever with a magnetically transparent probe, threaded into a carbon nanotube with a small diameter a larger diameter nanotube whose outer surface is fixed in a magnetically transparent glass sphere containing through nano small and large diameter pores filled with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, respectively, the tip of the magnetically transparent probe needle is connected to a magnetically transparent polymer sphere with cone-shaped nanometer pores of the smallest diameter, which are filled with quantum dots of the core-shell structure coated on the outside with a protective bulk polymer layer, an external source of excitation of quantum dots, an external source of magnetic field in the form of a flat microc tabs connected to the output DAC [2].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности осуществления полного сканирования по координате Z боковых стенок глубоких или сквозных наноколодцев, глубина которых больше длины магнитопрозрачной зондирующей иглы, 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 lack of the ability to perform a full scan along the Z coordinate of the side walls of deep or through nanowells, the depth of which is greater than the length of the magnetically transparent probe needle, with a combination of combinations of point thermal, magnetic, and electromagnetic effects with an optical wavelength while measuring the mechanical reaction ( modulus of elasticity) on this stimulating effect at one common point on the surface of the diagnostic object with X, Y ordinates, without affecting neighboring areas.

Отличие предлагаемого технического решения от изложенных выше решений заключается в том, что магнитопрозрачная стеклянная сфера, соединенная с магнитопрозрачной зондирующей иглой через двухслойную углеродную нанотрубку, может отстыковываться за счет управляемого соскальзывания с магнитопрозрачной зондирующей иглы, и, отделившись, продолжать функционирование автономно, погружаясь в наноколодец на глубину, большею чем длина магнитопрозрачной зондирующей иглы, что позволяет осуществлять оптическое и тепловое стимулирование удаленных, ранее не доступных участков исследуемого объекта, при линейном реверсивном перемещении под действием встречно-направленных внешних индивидуально управляемых магнитных полей, создаваемых двумя плоскими микрокатушками и двумя встречно-направленными источниками внешнего возбуждения квантовых точек, без отрыва магнитопрозрачной зондирующей иглы от контролируемой точки наноструктуры.The difference between the proposed technical solution and the above solutions is that a magnetically transparent glass sphere connected to a magnetically transparent probe through a two-layer carbon nanotube can undock due to controlled sliding from a magnetically transparent probe, and, having separated, continue to function autonomously, immersed in a nanowell onto depth greater than the length of the magnetically transparent probe needle, which allows optical and thermal stimulation to be carried out remotely of previously unavailable sections of the object under study, with linear reverse movement under the action of counter-directed external individually controlled magnetic fields created by two flat microcoils and two counter-directed sources of external excitation of quantum dots, without detaching the magneto-transparent probe needle from the controlled point of the nanostructure.

Техническим результатом является возможность осуществления полного сканирования по координате Z боковых стенок глубоких или сквозных наноколодцев, глубина которых больше длины магнитопрозрачной зондирующей иглы, 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.The technical result is the ability to carry out a full scan along the Z coordinate of the side walls of deep or through nanowells, the depth of which is greater than the length of the magnetically transparent probe needle, while combining combinations of point thermal, magnetic, and electromagnetic effects with an optical wavelength while measuring the mechanical reaction (elastic modulus) on this stimulating effect at one common point on the surface of the diagnostic object with the coordinates X, Y, without affecting ednie areas.

Технический результат предложенного изобретения достигается совокупностью существенных признаков, а именно: сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с магнитопрозрачной зондирующей иглой, магнитопрозрачные сферы большего и меньшего диаметра с нанометровыми порами, квантовые точки и магнитные наночастицы структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, первый внешний источник возбуждения квантовых точек, первый внешний источник магнитного поля, в виде первой плоской микрокатушки, соединенной с выходом первого ЦАП, содержит второй внешний источник возбуждения квантовых точек, второй внешний источник магнитного поля в виде второй плоской микрокатушки, размещенной на оптомагнитопрозрачной подложке, второй ЦАП, С-образную синхронно-центрирующею магнитопрозрачную скобу, прикрепленную верхней частью к кантилеверу а нижней частью ко второму внешнему источнику возбуждения квантовых точек, второй ЦАП соединен со вторым внешним источником магнитного поля в виде второй плоской микрокатушки, размещенной на оптомагнитопрозрачной подложке, закрепленной на нижней оконечной части С-образной синхронно-центрирующей магнитопрозрачной скобы, на противоположной верхней оконечной части которой, закреплена первая плоская микрокатушка, плоской поверхностью параллельно плоским поверхностям второй микрокатушки и параллельно расположенной между ними оптомагнитопрозрачной подложки с размещенным на ее лицевой стороне объектом диагностирования, причем, оптическая ось второго источника возбуждения квантовых точек выставлена так, что она проходит через центры первой и второй плоских микрокатушек и центр фиксированной магнитопрозрачной стеклянной сферы большего диаметра, причем, отделяемая магнитопрозрачная сфера меньшего диаметра выполнена стеклянной со сквозными нанометровыми порами, размеры наружных диаметров магнитопрозрачных большей и меньшей стеклянных сфер соответственно больше и меньше максимальных и минимальных внутренних диаметров диагностируемых наноколодцев, магнитопрозрачная стеклянная сфера большего диаметра со сквозными нанометровыми порами малого диаметра, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, жестко закреплена на магнитопрозрачной игле на расстоянии от ее поверхности, равным радиусу магнитопрозрачной стеклянной сферы малого диаметра, измеряемого от вершины магнитопрозрачной иглы, на которую, до соприкосновения с поверхностью магнитопрозрачной стеклянной сферы большего диаметра, надета внутренняя поверхность двухслойной нанотрубки, внешняя поверхность которой продета и закреплена в одной из сквозных нанометровых пор магнитопрозрачной стеклянной сферы малого диаметра, содержащей сквозные нанометровые поры большего и малого диаметра соответственно заполненные квантовыми точками и магнитными наночастицами с одинаковым направлением ориентации полюсов.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 separable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with a magnetically transparent probe and a magnetically transparent probe larger and smaller diameters with nanometer pores, quantum dots and magnetic nanochours particles of the core-shell structure, on the outside coated with a protective opto-magnetically transparent polymer layer, the first external source of excitation of quantum dots, the first external source of magnetic field, in the form of a first flat micro coil connected to the output of the first DAC, contains a second external source of excitation of quantum dots, a second external a magnetic field source in the form of a second flat microcoil placed on an opto-magnetically transparent substrate, a second DAC, a C-shaped synchronously centering magneto-transparent bracket, attached connected with the upper part to the cantilever and the lower part to the second external source of excitation of quantum dots, the second DAC is connected to the second external source of magnetic field in the form of a second flat microcoil placed on an optically magnetically transparent substrate mounted on the lower end of the C-shaped synchronously centering magnetically transparent bracket, on the opposite upper end part of which the first flat micro coil is fixed, with a flat surface parallel to the flat surfaces of the second micro coil and parallel of an opto-magnetically transparent substrate located between them with a diagnostic object placed on its front side, the optical axis of the second source of excitation of quantum dots being set so that it passes through the centers of the first and second flat micro coils and the center of a fixed magneto-transparent glass sphere of larger diameter, moreover, a detachable magneto-transparent sphere the smaller diameter is made of glass with through nanometer pores, the dimensions of the outer diameters of magnetically transparent larger and smaller glasses There are more and fewer spheres, respectively, of the maximum and minimum internal diameters of the diagnosed nanowells, a magnetically transparent glass sphere of larger diameter with through nanometer-sized pores of small diameter filled with quantum dots of the core-shell structure, is rigidly fixed to the magnetically transparent needle at a distance from its surface equal to the radius of the magnetically transparent glass sphere small diameter, measured from the top of the magnetically transparent needle, on which, until it contacts the surface of the magnetically transparent of a larger glass sphere of larger diameter, put on the inner surface of a two-layer nanotube, the outer surface of which is threaded and fixed in one of the through nanometer pores of a magnetically transparent glass sphere of small diameter, containing through nanometer pores of a larger and small diameter, respectively, filled with quantum dots and magnetic nanoparticles with the same direction of pole orientation .

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, где представлен сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым 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 разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка.The invention is illustrated in figure 1, which presents a scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure. Figure 2 presents the extension element A (10: 1) on an enlarged scale and in section, explaining the design of the scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure.

На фиг.3 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и в разрезе в период разделения на два автономно функционирующих компонента телеуправляемого нанокомпозитного излучающего элемента сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка.Figure 3 shows the extension element A (10: 1) on an enlarged scale and in section during the separation into two autonomously functioning components of a telecontrolled nanocomposite emitting element of a scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles core-shell structures.

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, фиг.1, включает магнитопрозрачный кантилевер 1, соединенный с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, с жестко закрепленной на ней магнитопрозрачной стеклянной сферой 3 большего диаметра со сквозными нанометровыми порами 4 малого диаметра, заполненными квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка, двухслойную углеродную нанотрубку 6, состоящею из вложенной одна в другую внутреннею углеродную нанотрубку малого диаметра 7 и внешнею углеродную нанотрубку большего диаметра 8, отделяемую магнитопрозрачную стеклянную сферу 9 меньшего диаметра со сквозными нанометровыми порами 4 малого диаметра и с сквозными нанометровыми порами 10 большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка и магнитными наночастицами 11 структуры ядро-оболочка, первый внешний источник возбуждения квантовых точек 12, второй внешний источник возбуждения квантовых точек 13, первую плоскую 14 микрокатушку, вторую плоскую 15 микрокатушку, первый цифро-аналоговой преобразователь (ЦАП) 16, второй цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 17, С-образную синхронно-центрирующею магнитопрозрачную скобу 18. Также на фиг.1 представлена оптомагнитопрозрачная подложка 19 с размещенным на ней диагностируемым объектом 20 содержащим наноколодцы, заполненные смесью газов или жидкостью, в момент соприкосновения верхней части наноколодца с магнитопрозрачной стеклянной сферой 3 большего диаметра. Элементы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11 приведены в увеличенном масштабе на фиг.2. Элементы 1, 2, 3, 5, 7, 8, 9,11, 19, 20 приведены на фиг.3.A scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, Fig. 1, includes a magnetically transparent cantilever 1 connected to a magnetically transparent probe 2, with a magnetically transparent glass sphere 3 being rigidly fixed to it diameter with through nanometer pores 4 small diameters filled with quantum dots 5 of the core-shell structure, a two-layer carbon nanotube 6, consisting with it, an inner carbon nanotube of small diameter 7 and an outer carbon nanotube of larger diameter 8, detachable magnetically transparent glass sphere 9 of smaller diameter with through nanometer pores 4 of small diameter and with through nanometer pores 10 of large diameter, respectively filled with quantum dots 5 of the core structure, inserted into one another -shell and magnetic nanoparticles 11 of the structure of the core-shell, the first external source of excitation of quantum dots 12, the second external source of excitation of quantum dots to 13, the first flat 14 microcoil, the second flat 15 microcoil, the first digital-to-analog converter (DAC) 16, the second digital-to-analog converter (DAC) 17, the C-shaped synchronously-centering magnetically transparent bracket 18. Also shown in Fig. 1 is a magnetically transparent the substrate 19 with the diagnosed object 20 located on it containing nanowells filled with a mixture of gases or liquid, at the moment of contact of the upper part of the nanowell with a magnetically transparent glass sphere 3 of larger diameter. Elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11 are shown on an enlarged scale in figure 2. Elements 1, 2, 3, 5, 7, 8, 9.11, 19, 20 are shown in Fig.3.

С помощью С-образной синхронно-центрирующей магнитопрозрачной скобы 18 осуществляется синхронное перемещение по координатам X, Y магнитопрозрачного кантилевера 1 с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 и первой плоской микрокатушки 14 синхронно со второй плоской микрокатушкой 15, которые жестко закреплены и выставлены параллельно друг другу с юстировкой их центров по одной оси, проходящей через центр магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 большего диаметра и оптическую ось второго внешнего источника возбуждения квантовых точек 13, осуществляющего возбуждение квантовых точек структуры ядро-оболочка 4 с обратной стороны оптомагнитопрозрачной подложки 19, которые недоступны для возбуждения с лицевой стороны первым внешним источником возбуждения квантовых точек 12 из-за большой глубины погружения или из-за реакции живого биологического объекта диагностирования 20 на воздействия, вызывающее деформацию (искривление) стенок сканируемого наноколодца.Using the C-shaped synchronously centering magnetically transparent bracket 18, the magnetically transparent cantilever 1 is synchronously moved along the X, Y coordinates with the magnetically transparent probe 2 and the first flat micro coil 14 synchronously with the second flat micro coil 15, which are rigidly fixed and aligned parallel to each other with their adjustment centers along one axis passing through the center of the magnetically transparent glass sphere 3 of larger diameter and the optical axis of the second external source of excitation of quantum dots 13, excitation of quantum dots of the core-shell structure 4 on the back of the opto-magnetically transparent substrate 19, which are not accessible for excitation from the front side by the first external source of excitation of quantum dots 12 due to the large immersion depth or due to the reaction of a living biological diagnostic object 20 to the effects causing deformation (curvature) of the walls of the scanned nanowell.

Первый внешний источник возбуждения квантовых точек 12 осуществляет возбуждение квантовых точек на начальных стадиях погружения (сканирования), расположенных в верхней полусфере отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра.The first external source of excitation of quantum dots 12 excites quantum dots at the initial stages of immersion (scanning), located in the upper hemisphere of the detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter.

Второй внешний источник возбуждения квантовых точек 13 осуществляет возбуждение квантовых точек на конечных стадиях погружения (сканирования), расположенных на нижней полусфере отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра.The second external source of excitation of the quantum dots 13 excites the quantum dots at the final stages of immersion (scanning) located on the lower hemisphere of the detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter.

В зависимости от программы исследований и для определения механической реакции (модуля упругости) на определенной глубине погружения, временные комбинации импульсов возбуждений с длиной волны λ1 квантовых точек, расположенных в верхней или в нижней полусфере, могут происходить одновременно или раздельно, по мере перемещения отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра по наноколодцу.Depending on the research program and for determining the mechanical reaction (elastic modulus) at a certain immersion depth, temporary combinations of excitation pulses with a wavelength of λ1 quantum dots located in the upper or lower hemisphere can occur simultaneously or separately, as the detachable magnetically transparent glass moves spheres 9 of small diameter along the nanowell.

Элементы 1, 2, 3, 9, 18 выполнены магнитопрозрачными (магнитодиэлектрическими), что достигается отсутствием в их структурах ферромагнитных примесей. Сквозные нанометровые поры 4 малого диаметра заполнены квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка, возбуждение которых осуществляется первым внешним источником возбуждения квантовых точек 12 (например, лазерным диодом), расположенным у основания магнитопрозрачного кантилевера 1 с направлением излучения, ориентированным на центр магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 большего диаметра. Сквозные нанометровые поры большого 10 диаметра заполнены магнитными наночастицами 11 структуры ядро-оболочка. Вторая плоская микрокатушка 15 размещена на оптомагнитопрозрачной подложке для прохождения через нее излучения с длиной волны λ1, используемого для возбуждения перемещаемых в исследуемом наноколодце квантовых точек 4 структуры ядро-оболочка, с обратной стороны оптомагнитопрозрачной подложки 19. Ядро каждой магнитной наночастицы 11 структуры ядро-оболочка состоит из магнитожесткого материала, а внешняя оболочка сформирована из магнитомягкого материала. Дистанционное управление траекторией и скоростью реверсивного перемещения отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра по наноколодцу объекта диагностирования 20 осуществляется за счет взаимодействия постоянного магнитного поля магнитных 11 наночастиц структуры ядро-оболочка с изменяющимся (по величине и вектору направления) магнитным полем, создаваемым первой плоской 14 и второй плоской 15 микрокатушками, состоящими из одного или нескольких спиралевидных витков, выводы которых соединены соответственно с выходами первого ЦАП 16 и второго ЦАП 17. Тип используемых первого и второго ЦАП 16 и ЦАП 17 (их разрядность и быстродействие) определяется диапазоном проводимых диагностических исследований.Elements 1, 2, 3, 9, 18 are made magnetically transparent (magnetodielectric), which is achieved by the absence of ferromagnetic impurities in their structures. The through nanometer pores 4 of small diameter are filled with quantum dots 5 of the core-shell structure, the excitation of which is carried out by the first external source of excitation of quantum dots 12 (for example, a laser diode) located at the base of the magnetically transparent cantilever 1 with the radiation direction oriented to the center of the magnetically transparent glass sphere 3 larger diameter. The through nanometer pores of large diameter 10 are filled with magnetic nanoparticles 11 of the core-shell structure. The second flat microcoil 15 is placed on an opto-magnetically transparent substrate to transmit radiation with a wavelength λ1 used to excite quantum dots 4 of the core-shell structure that are being moved in the nanowell under study, on the back side of the magneto-transparent substrate 19. The core of each magnetic nanoparticle 11 of the core-shell structure consists of of magnetically rigid material, and the outer shell is formed of magnetically soft material. Remote control of the trajectory and speed of the reverse movement of the detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter along the nanowell of the diagnostic object 20 is carried out due to the interaction of the constant magnetic field of magnetic 11 nanoparticles of the core-shell structure with a changing (in magnitude and direction vector) magnetic field created by the first plane 14 and the second flat 15 micro coils, consisting of one or more spiral turns, the conclusions of which are connected respectively to the outputs ervogo DAC 16 and DAC 17. The second type used in the first and second DAC 16 and DAC 17 (their capacity and speed) determined by the range of diagnostic tests conducted.

Отделяемая магннитопрозрачная стеклянная сфера 9 малого диаметра (фиг.2) соединена с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, через двухслойную углеродную нанотрубку 6 структуры типа «русская матрешка» (russian dolls), представляющую совокупность коаксиально вложенных друг в друга однослойных углеродных нанотрубок 7 и 8 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 7, 8 образуют наноподшипник скольжения для перемещения отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра по магнитопрозрачной зондирующей 2 игле с минимальным трением и последующим соскальзыванием с нее. Внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра 7 соединена с поверхностью магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, а внешняя поверхность внешней углеродной нанотрубки большего диаметра 8 продета и закреплена в одной из нанометровых сквозных пор 4 малого диаметра, отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем.A detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter (FIG. 2) is connected to a magnetically transparent probe needle 2 through a two-layer carbon nanotube 6 of the Russian dolls type, representing a collection of single-layer carbon nanotubes 7 and 8 coaxially inserted into each other with a distance of between adjacent graphite layers (inter-tube distance) close to (approximately equal) 0.34 nm, at which the van der Waals forces are minimal. Single-walled single-walled carbon nanotubes 7, 8 inserted into one another form a sliding nanosized bearing to move a detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter along a magnetically transparent probe 2 needle with minimal friction and subsequent sliding off it. The inner surface of the embedded carbon nanotube of small diameter 7 is connected to the surface of the magnetically transparent probing needle 2, and the outer surface of the outer carbon nanotube of larger diameter 8 is threaded and fixed in one of the nanometer through pores 4 of small diameter, separated by a magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter, coated with a protective optically magnetically transparent polymer layer.

Минимальный диаметр отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра определяется минимальным количеством легированных в нее квантовых точек 5 структуры ядро-оболочка и магнитных наночастиц 11 структуры ядро-оболочка, образующих в совокупности отделяемый компонент нанокомпозитного излучающего элемента, параметры электромагнитного излучения которого определяются классом диагностируемого объекта 20. Размер диаметра отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра должен быть меньше наименьшего сужения диаметра наноколодца для свободного перемещения по нему.The minimum diameter of the detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter is determined by the minimum number of quantum dots 5 of the core-shell structure and magnetic nanoparticles 11 of the core-shell structure doped into it, which together form a detachable component of the nanocomposite emitting element, the electromagnetic radiation parameters of which are determined by the class of the diagnosed object 20. The diameter size of the detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter should be less than the smallest narrowing diameter of a nanowell for free movement on it.

Предлагаемая конструкция зонда кроме глубоких наноколодцев, глубина которых больше длины зондирующей иглы, также позволяет диагностировать механические свойства (модуль Юнга) зон с неглубокими наноколодцами. Для выполнения этого магнитопрозрачная стеклянная сфера 3 большего диаметра размещена на магнитопрозрачной зондирующей игле 2 от ее вершины до сферической ее поверхности на расстоянии, равным радиусу отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра. Такая компоновка позволяет создать отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сфере 9 малого диаметра упор о фиксированную поверхность магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 большего диаметра при надавливании, в случае использования ее в качестве измерительной сферы, и исключить при этом выход вершины магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 из сквозной нанометровой поры 4 малого диаметра отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра, для исключения нанесений повреждений поверхностям объекта диагностирования.The proposed probe design, in addition to deep nanowells, the depth of which is greater than the length of the probe needle, also allows you to diagnose the mechanical properties (Young's modulus) of zones with shallow nanowells. To accomplish this, a magnetically transparent glass sphere 3 of larger diameter is placed on a magnetically transparent probe needle 2 from its top to its spherical surface at a distance equal to the radius of the detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter. Such an arrangement makes it possible to create a detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter against a fixed surface of a magnetically transparent glass sphere 3 of a larger diameter when pressed, when used as a measuring sphere, and to exclude the exit of the tip of the magnetically transparent probe needle 2 from the through nanometer pore 4 of small diameter detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter, to prevent damage to the surfaces of the diagnostic object.

Стрелками указываются направления входящего λ1 и преобразованного λ2 по длине волны излучения, где λ1 - длина волны внешнего электромагнитного излучения для возбуждения квантовых точек структуры ядро-оболочка 5, вызывающего их люминесценцию, λ2 - длина волны люминесценции квантовых точек структуры ядро-оболочка 5, смещенных на стоксовый сдвиг относительно длины волны λ1. Стрелками с символом

и

(первый и второй векторы магнитной индукции) показано направление магнитных силовых линий внешних магнитных полей, создаваемых первой плоской 14 и второй плоской 15 микрокатушками. Внешнее магнитное поле осуществляет притяжение или отталкивание магнитных 11 наночастиц структуры ядро-оболочка, закрепленных в корпусе отделяемой магнотопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра, которая в свою очередь перемещает закрепленные в ней квантовые точки 5 структуры ядро-оболочка при взаимодействии разнополярных или однополярных магнитных полей. Двунаправленной стрелкой с символом ΔZ показан примерный диапазон сканирования боковых стенок наноколодцев по координате Z объекта диагностирования 20.The arrows indicate the directions of the incoming λ1 and converted λ2 along the radiation wavelength, where λ1 is the wavelength of external electromagnetic radiation to excite quantum dots of the core-shell 5 structure that causes their luminescence, λ2 is the luminescence wavelength of quantum dots of the core-shell 5 structure shifted by Stokes shift relative to wavelength λ1. Arrows with a symbol

and

(first and second magnetic induction vectors) shows the direction of the magnetic lines of force of the external magnetic fields generated by the first flat 14 and second flat 15 microcoils. An external magnetic field attracts or repels magnetic 11 nanoparticles of the core-shell structure fixed in the housing of a detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter, which in turn moves the quantum dots 5 of the core-shell structure fixed in it during the interaction of unipolar or unipolar magnetic fields. The bidirectional arrow with the symbol ΔZ shows an approximate scanning range of the side walls of nanowells along the Z coordinate of the diagnostic object 20.

В зависимости от видов объектов диагностирования, методов диагностирования (например, диагностирование магнито-оптоэлектронных наноструктур или элементов магнито-термо-светочувствительных наноструктур живых биологических объектов при проведении исследований в области нейрофотоники), используемые для легирования квантовые точки 5 структуры ядро-оболочка могут быть как со стоксовым, так и антистоксовым сдвигом длины волны электромагнитного излучения относительно внешнего источника возбуждения квантовых точек 4 (т.е. длина волны λ1 больше λ2 или λ1 меньше λ2). Это условие обусловлено требованием помехозащищенности, тем, чтобы λ1 находилась вне диапазона длин волн, на которые реагируют все исследуемые участки диагностируемого объекта 20, а стимулирование диагностируемого объекта 20 осуществлялось только излучением квантовых точек 5 структуры ядро-оболочка с длиной волны λ2, которая вызывает изменение модуля упругости отдельных локальных участков диагностируемого объекта 20 в непосредственной близости от точки соприкосновения магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 большего диаметра с объектом диагностирования 20.Depending on the types of objects to be diagnosed, diagnostic methods (for example, the diagnosis of magneto-optoelectronic nanostructures or elements of magneto-thermo-photosensitive nanostructures of living biological objects when conducting research in the field of neurophotonics), quantum dots 5 of the core-shell structure used for doping can be Stokes and anti-Stokes shifts in the wavelength of electromagnetic radiation relative to the external excitation source of quantum dots 4 (i.e., wavelength λ1 b proc eed λ2 λ1 or less λ2). This condition is caused by the requirement of noise immunity, so that λ1 is outside the wavelength range to which all the studied sections of the diagnosed object 20 react, and the diagnosed object 20 is stimulated only by emission of quantum dots 5 of the core-shell structure with a wavelength of λ2, which causes a change in the modulus the elasticity of individual local sections of the diagnosed object 20 in the immediate vicinity of the point of contact of the magnetically transparent glass sphere 3 of larger diameter with the object d diagnosis 20.

Длина волны поглощения λ1 каждой квантовой точкой 5 структуры ядро-оболочка и длина волны излучения λ2 каждой квантовой точки 5 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 quantum dot 5 of the core-shell structure and the radiation wavelength λ2 of each quantum dot 5 of the core-shell structure is determined by its diameter (mainly from 2 to 20 nanometers), a combination of the core material and the shell material, their composition, and transmission spectrum protective transparent polymer film and the manufacturing technology of the quantum dot of the core-shell structure. The wavelength of electromagnetic radiation of quantum dots, aimed at the object of diagnosis, can be both in the optical range and beyond, from ultraviolet to near infrared radiation.

Ядро каждой квантовой точки 5 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 квантовой точки 5 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 quantum dot 5 of the core-shell structure may, for example, include at least one material selected from the group consisting of CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe, CdSeTe, CdZnS, PbSe, AgInZnS, and ZnO, but not limited to them. The shell of each quantum dot 5 of the core-shell structure may include at least one material selected from the group consisting of CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, TiO, SrSe, and HgSe, but not limited to.

Ферромагнитное ядро магнитной наночастицы 11 структуры ядро-оболочка может, например, включать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, FeOFe₂О₃, NiOFe₂О₃, CuOFe₂О₃, MgOFe₂О₃, MnBi, MnSb, MnOFe₂О₃, CrO₂, MnAs, SmCo, FePt, или их комбинации но не ограничивается ими. Размер ядра одной магнитной наночастицы 11 структуры ядро-оболочка может варьироваться от 3 нм до 20 нм. Внешняя оболочка (окружающая магнитный сердечник) магнитной наночастицы 11 структуры ядро-оболочка сформирована из магнитомягкого или суперпарамагнитного материала, например, может включать, по меньшей мере, один материал, выбранный из групп, состоящих из Fe₃О₄, FeO, CoFe₂О₄, MnFe₂О₄, NiFe₂О₄, ZnMnFe₂О₄, 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 магнитной наночастицы 11 структуры ядро-оболочка и может покрываться дополнительной биосовместимой оболочкой, что в свою очередь защищает исследуемый биологический диагностируемый объект 20, при частичном повреждении общей защитной оболочки отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра.The ferromagnetic core of a magnetic nanoparticle 11 of the core-shell structure may, for example, include at least one material selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, FeOFe ₂ O ₃ , NiOFe ₂ O ₃ , CuOFe ₂ O ₃ , MgOFe ₂ O ₃ , MnBi, MnSb, MnOFe ₂ O ₃ , CrO ₂ , MnAs, SmCo, FePt, or a combination thereof, but is not limited to. The core size of one magnetic nanoparticle 11 of the core-shell structure can vary from 3 nm to 20 nm. The outer shell (surrounding the magnetic core) of the magnetic nanoparticle 11 of the core-shell structure is formed from a soft magnetic or superparamagnetic material, for example, may include at least one material selected from the groups consisting of Fe ₃ O ₄ , FeO, CoFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , ZnMnFe ₂ O ₄ , or combinations thereof, but not limited to. The outer shell may have a thickness in the range from 0.5 nm to 3 nm. The outer shell protects the core from oxidation and enhances the magnetic properties of the magnetic nanoparticle 11 of the core-shell structure and can be covered with an additional biocompatible shell, which in turn protects the biologically diagnosed object 20 under study, with partial damage to the general protective shell of the detached magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter.

Для осуществления изобретения могут быть использованы, например известные технологии изготовления магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка [3, 4, 5].For the implementation of the invention can be used, for example, well-known manufacturing techniques of magnetic nanoparticles of the core-shell structure [3, 4, 5].

Для осуществления изобретения кроме классических квантовых точек структуры ядро-оболочка могут быть использованы и ядро-многооболочные квантовые точки [6].To implement the invention, in addition to classical quantum dots of the core-shell structure, core-multi-shell quantum dots can also be used [6].

Изготовление излучающего элемента осуществляется легированием отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра магнитными 11 наночастицами структуры ядро-оболочка и квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка и выполняется за счет проникновения магнитных 11 наночастиц структуры ядро-оболочка в сквозные нанометровые поры 10 большого диаметра и, затем, за счет проникновения квантовых 5 точек структуры ядро-оболочка в оставшиеся не заполненными сквозные нанометровые поры 4 малого диаметра отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра и фиксированной стеклянной сферы 3 большего диаметра. 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 [7].The manufacture of the emitting element is carried out by doping a detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter with magnetic 11 nanoparticles of the core-shell structure and quantum dots 5 of the core-shell structure and is performed by the penetration of magnetic 11 nanoparticles of the core-shell structure into the through nanometer pores 10 of large diameter and, then, due to the penetration of 5 quantum dots of the core-shell structure into the through-nanometer pores 4 of small diameter that are not filled, of a separable magnetically transparent wall the curved sphere 9 of small diameter and the fixed glass sphere 3 of larger diameter. For example, the doping process can be carried out using the technology of the known method by immersing an element of glass with nanometer pores in a solution of two or more quantum dots, followed by drying in air and filling the voids remaining between the quantum dots with resin [7].

Вершина магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 может быть реализована, например, по известной технологии выращивания металлических зондов для атомно-силовых микроскопов из нанопроволки [8].The top of the magnetically transparent probe needle 2 can be realized, for example, by the known technology of growing metal probes for atomic force microscopes from a nanowire [8].

Многослойная углеродная нанотрубка 6, состоящая из однослойной нанотрубки 7 малого диаметра, вложенной в однослойную нанотрубку большего диаметра 8 (в совокупности, используемые в качестве наноподшипника скольжения), может быть соединена с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 при помощи атомно-силового микроскопа или изготовлена выращиванием на 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 [9].A multilayer carbon nanotube 6, consisting of a single-diameter nanotube 7 of small diameter embedded in a single-layer nanotube of larger diameter 8 (collectively used as a sliding nanoparticle), can be connected to a magnetically transparent probe needle 2 using an atomic force microscope or made by growing on a magnetically transparent probe needle 2 using the well-known technology for growing a multilayer carbon nanotube (used as a nanoship), directly on the axis of rotation the rotor of NEMS (nano-electromechanical system) of an electric motor or gyroscope with an outer diameter of an external carbon nanotube from 10 nm [9].

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицими структуры ядро-оболочка, работает следующим образом: магнитопрозрачный кантилевер 1 с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 подводится к объекту диагностирования 20, расположенному на оптомагнитопрозрачной подложке 19, и надавливает на поверхность у входа в наноколодец объекта диагностирования 20 (фиг.2), получая данные об упругих свойствах (механических характеристиках) элемента объекта диагностирования 20, до включения и после включения первого внешнего источника возбуждения квантовых точек 12 с длиной волны λ1. В результате квантовые точки 5 структуры ядро-оболочка возбуждают поверхность наноколодца диагностируемого объекта 20 излучением длинной волны λ2, определенной в зависимости от выбранного материала квантовой точки 5 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 квантовых точек в интервале, равному времени их флуоресценции, после выключения первого внешнего источника возбуждения квантовых точек 12 с целью исключения посторонних засветок и помех).The scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure operates as follows: a magnetically transparent cantilever 1 with a magnetically transparent probe 2 is supplied to a diagnostic object 20 located on an optically transparent translucent substrate 19 and to the surface at the entrance to the nanowell of the diagnostic object 20 (figure 2), receiving data on the elastic properties (mechanical characteristics ik) of the element of the diagnostic object 20, before and after the first external source of excitation of quantum dots 12 with a wavelength of λ1 is turned on. As a result, the quantum dots 5 of the core-shell structure excite the surface of the nanowell of the diagnosed object 20 by the radiation of a long wave λ2 determined depending on the selected material of the quantum dot 5 of the core-shell structure and the ratio of the core diameter to the thickness of the surrounding shell. Depending on the required modes, the diagnostics can take place both in the continuous luminescence mode and in the pulsed fluorescence mode (i.e., illumination of the local part of the diagnostic object only with radiation of λ2 quantum dots in an interval equal to the time of their fluorescence after turning off the first external excitation source quantum dots 12 in order to eliminate extraneous light and interference).

Одновременно на вход первого ЦАП 16 подается двоичный код, который в зависимости от выбранной программы исследований, определяет форму и частоту повторения электрического сигнала поступающего на обмотку первой плоской 14 микрокатушки, создающей внешнее управляющее магнитное поле (

), направленное на центр перемещаемой по координате Z отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра. Магнитные полюса всех магнитных 11 наночастиц структуры ядро-оболочка постоянно ориентированы параллельно магнитопрозрачной зондирующей игле 2 и в совокупности образуют структуру со свойствами постоянного магнита.At the same time, a binary code is supplied to the input of the first DAC 16, which, depending on the chosen research program, determines the shape and repetition rate of the electrical signal supplied to the winding of the first flat 14 microcoil, which creates an external control magnetic field (

) directed to the center of the detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter moved along the Z coordinate. The magnetic poles of all magnetic 11 nanoparticles of the core-shell structure are constantly oriented parallel to the magnetically transparent probe needle 2 and together form a structure with the properties of a permanent magnet.

Под действием электрических управляющих сигналов, с выхода первого ЦАП 16 и второго ЦАП 17 (например, чередующихся импульсов с положительной и отрицательной полярностью, различной амплитудой и длительностью) первая плоская 14 микрокатушка и вторая 15 плоская микрокатушка создают внешнее магнитное поле, с той или иной величиной и направлением магнитных силовых линий, в соответствии с направлением которых при взаимодействии постоянного магнитного поля отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра с переменным магнитным полем, создаваемым первой 14 и второй 15 плоскими микрокатушками в диапазоне ΔZ, происходит последовательное перемещение отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра с квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка вниз или вверх по координате Z, параллельно сканируемой боковой стенки наноколодца объекта диагностирования 20. При диагностировании глубоких наноколодцев, глубина которых больше длины магнитопрозрачной зондирующей иглы (возможно в несколько раз), на вход второго ЦАП 17 подается код, который увеличивает ток, проходящий по обмотке второй плоской микрокатушки 15, которая в свою очередь увеличивает силу притяжения магнитных наночастиц 11 структуры ядро-оболочка, размещенных в отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сфере 9 малого диаметра. В результате, отделяемая магнитопрозрачная стеклянная сфера 9 малого диаметра соскальзывает с магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 и начинает погружаться на дно наноколодца (фиг.3), одного из элементов объекта диагностирования 20. Скорость сканирования стенок наноколодца определяется скоростью изменения двоичного кода, поступающего на вход первого ЦАП 16 и второго 17 ЦАП. В режиме «погружения» (фиг.3) первая плоская микрокатушка 14 создает поле

и осуществляет функции торможения или подталкивания отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра (в зависимости от полярности сигналов подаваемых на первую микрокатушку 14, она создает магнитное поле, которое притягивает или отталкивает магнитные наночастицы 11 структуры ядро-оболочка, расположенные в отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сфере 9 малого диаметра), а вторая микрокатушка 15 осуществляет функции расстыковки отделяемой магнитопрозрачной стеклянной сферы 9 малого диаметра с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, при выполнении условия (

). При обратном сканировании (в режиме «всплытия») соотношение величин

и

меняются местами (

). И отделяемая магнитопрозрачная стеклянная сфера 9 малого диаметра, пристыковавшись, занимает исходное положение на вершине магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, (если по программе исследований требуется ее возвращение), после этого осуществляется переход к исследованию следующего наноколодца.Under the influence of electrical control signals, from the output of the first DAC 16 and the second DAC 17 (for example, alternating pulses with positive and negative polarity, different amplitude and duration), the first flat 14 microcoil and the second 15 flat microcoil create an external magnetic field with one or another magnitude and the direction of the magnetic lines of force, in accordance with the direction of which, in the interaction of a constant magnetic field of a detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter with a variable magnetic A unit created by the first 14 and second 15 flat micro coils in the ΔZ range, sequentially moves a detachable magneto-transparent glass sphere 9 of small diameter with quantum dots 5 of the core-shell structure down or up along the Z coordinate parallel to the side wall of the nanowell of the diagnostic object 20. When diagnosed deep nanowells, the depth of which is greater than the length of the magnetically transparent probe needle (possibly several times), a code is supplied to the input of the second DAC 17, which increases the current, dyaschy the winding mikrokatushki second plane 15, which in turn increases the force of attraction of magnetic nanoparticles 11 core-shell structure, placed in a separable glass sphere 9 magnitoprozrachnoy small diameter. As a result, a detachable magneto-transparent glass sphere 9 of small diameter slides off the magneto-transparent probe needle 2 and begins to sink to the bottom of the nanowell (Fig. 3), one of the elements of the diagnostic object 20. The scanning speed of the walls of the nanowell is determined by the rate of change of the binary code input to the first DAC 16 and second 17 DAC. In the "immersion" mode (figure 3), the first flat micro coil 14 creates a field

and performs the functions of braking or pushing a detachable magneto-transparent glass sphere 9 of small diameter (depending on the polarity of the signals supplied to the first micro coil 14, it creates a magnetic field that attracts or repels magnetic nanoparticles 11 of the core-shell structure located in the detachable magneto-transparent glass sphere 9 of a small diameter), and the second microcoil 15 performs the functions of undocking the detachable magnetically transparent glass sphere 9 of small diameter with magnetically transparent probing her needle 2, when (

) During reverse scanning (in the “ascent” mode), the ratio of values

and

swap (

) And the detachable magneto-transparent glass sphere 9 of small diameter, having docked, occupies the initial position on the top of the magneto-transparent probe needle 2 (if the research program requires its return), after which the transition to the study of the next nanowell is carried out.

Предложенная конструкция сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым 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 величины модуля Юнга на поверхности объекта диагностирования, в зависимости от стимулирующего воздействия определенной длины волны электромагнитного излучения и магнитного поля на каждый наноколодец с координатами X, Y, непосредственно расположенный под вершиной магнотопрозрачной иглы, и получить дополнительную информацию при сканировании по координате Z наноколодцев, глубинны которых больше длины магнитопрозрачной зондирующей иглы. Это позволяет осуществить управление поведением исследуемых живых биологических объектов, обнаружить и исследовать их отдельные точечные опто-магнито-термо чувствительные участки, изменяющие свои механические свойства и размеры при одновременном точечном наноразмерном стимулирующем воздействии электромагнитного излучения оптического диапазона λ2, в сочетании с воздействием постоянным или импульсным магнитным полем или точечным тепловым излучением на различных ранее не доступных для проведения исследований глубинах. Например, при проведении сканирования по координате Z сенсорных наноструктур, расположенных на стенках наноколцев на больших глубинах, в несколько раз больших длины магнитопрозрачной зондирующей иглы, что ранее невозможно было осуществить известными зондами.The proposed design of a scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure also provides the ability to measure the topological distribution of the Young's modulus on the surface of the diagnostic object when scanning the surface of a diagnostic object with an atomic force microscope, depending on the stimulating effect of a certain wavelength of the electromagnet deleterious radiation and magnetic field on each nanokolodets with coordinates X, Y, located directly under the top magnotoprozrachnoy needle, and to receive additional information when scanning the coordinate Z nanokolodtsev whose depth is greater than the length magnitoprozrachnoy probing needle. This makes it possible to control the behavior of the studied living biological objects, to detect and study their individual point opto-magneto-thermo-sensitive areas that change their mechanical properties and dimensions with a simultaneous point nanoscale stimulating effect of electromagnetic radiation of the optical range λ2, in combination with exposure to constant or pulsed magnetic field or point thermal radiation at various depths previously not available for research. For example, when scanning along the Z coordinate of sensor nanostructures located on the walls of nanorings at great depths, several times the length of a magnetically transparent probe needle, which was previously impossible to implement with known probes.

1. Патент на полезную модель RU 164733 U1, 10.09.2016, G01Q 60/24, G01Q 70/08, B82Y 35/00, СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНД АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА С ИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, НА ОСНОВЕ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК И МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ СТРУКТУРЫ ЯДРО-ОБОЛОЧКА. / линьков В.А., Вишняков Н.В., Линьков Ю.В., Линьков П.В.1. Utility Model Patent RU 164733 U1, 09/10/2016, G01Q 60/24, G01Q 70/08, B82Y 35/00, SCANNING PROBE OF AN ATOM POWER MICROSCOPE WITH A RADIATING ELEMENT, BASED ON QUANTUM POINTS OF THE NANO-MAGNOURIS OF MAGNOURIS . / Linkov V.A., Vishnyakov N.V., Linkov Yu.V., Linkov P.V.

2. Патент RU 2615708 С1, 07.04.2017, G01Q 60/24,. B82Y 35/00, СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНД АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА С НАНОКОМПОЗИТНЫМ ИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ЛЕГИРОВАННЫМ КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ И МАГНИТНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ СТРУКТУРЫ ЯДРО-ОБОЛОЧКА. / Линьков В.А., Вишняков Н.В., Линьков Ю.В., Линьков П.В.2. Patent RU 2615708 C1, 04/07/2017, G01Q 60/24 ,. B82Y 35/00, SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT DOPED BY QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE CORE OF THE CORE. / Linkov V.A., Vishnyakov N.V., Linkov Yu.V., Linkov P.V.

3. Patent Application Publication Pub. No.: US 20130195767 A1 Pub. Date: Aug. 1, 2013, MAGNETIC NANOPARTICLES.3. Patent Application Publication Pub. No .: US 20130195767 A1 Pub. Date: Aug. 1, 2013, MAGNETIC NANOPARTICLES.

4. Patent Application Publication Pub. No.: US 20140225024 A1 Pub. Date: Aug. 14, 2014 CORESHELL STRUCTURED NANOP ARTICLE HAVING HARD-SOFT, MAGNETIC HETEROSTRUCTURE, MAGNET PREPARED WITH SAID NANOP ARTICLE, AND PREPARING METHOD THEREOF.4. Patent Application Publication Pub. No .: US 20140225024 A1 Pub. Date: Aug. 14, 2014 CORESHELL STRUCTURED NANOP ARTICLE HAVING HARD-SOFT, MAGNETIC HETEROSTRUCTURE, MAGNET PREPARED WITH SAID NANOP ARTICLE, AND PREPARING METHOD THEREOF.

5. Patent Application Publication Pub. No.: US 20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS.5. Patent Application Publication Pub. No .: US 20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS.

6. Patent Application Publication Pub. No.: US 20120315391 A1 Pub. Date: Dec. 13, 2012, QUANTUM DOTS HAVING COMPOSITION GRADIENT SHELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF.6. Patent Application Publication Pub. No .: US 20120315391 A1 Pub. Date: Dec. 13, 2012, QUANTUM DOTS HAVING COMPOSITION GRADIENT SHELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF.

7. Patent Application Publication Pub. No.: US 20130011551 A1 Pub. Date: Jan. 10, 2013, QUANTUM DOT-GLASS COMPOSITE LUMINESCENT MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF.7. Patent Application Publication Pub. No .: US 20130011551 A1 Pub. Date: Jan. 10, 2013, QUANTUM DOT-GLASS COMPOSITE LUMINESCENT MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF.

8. Patent №.: US 8168251 B2 date of Patent: May 1, 2012 METHOD FOR PRODUCING TAPERED METALLIC NANOWIRE TIPS ON ATOMIC FORCE MICROSCOPE CANTILEVERS.8. Patent No .: US 8168251 B2 date of Patent: May 1, 2012 METHOD FOR PRODUCING TAPERED METALLIC NANOWIRE TIPS ON ATOMIC FORCE MICROSCOPE CANTILEVERS.

9. Patent №.: US 8771525 B2, Date of Patent: Jul. 8, 2014, ROTARY NANOTUBE BEARING STRUCTURE AND METHODS FOR MANUFACTURING.9. Patent No .: US 8771525 B2, Date of Patent: Jul. 8, 2014, ROTARY NANOTUBE BEARING STRUCTURE AND METHODS FOR MANUFACTURING.

Claims (1)

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с магнитопрозрачной зондирующей иглой, магнитопрозрачные сферы большего и меньшего диаметра с нанометровыми порами, квантовые точки и магнитные наночастицы структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытые защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, первый внешний источник возбуждения квантовых точек, первый внешний источник магнитного поля в виде первой плоской микрокатушки, соединенной с выходом первого ЦАП, отличающийся тем, что содержит второй внешний источник возбуждения квантовых точек, второй внешний источник магнитного поля в виде второй плоской микрокатушки, размещенной на оптомагнитопрозрачной подложке, второй ЦАП, С-образную синхронно-центрирующую магнитопрозрачную скобу, прикрепленную верхней частью к кантилеверу, а нижней частью ко второму внешнему источнику возбуждения квантовых точек, второй ЦАП соединен со вторым внешним источником магнитного поля в виде второй плоской микрокатушки, размещенной на оптомагнитопрозрачной подложке, закрепленной на нижней оконечной части С-образной синхронно-центрирующей магнитопрозрачной скобы, на противоположной верхней оконечной части которой закреплена первая плоская микрокатушка плоской поверхностью параллельно плоским поверхностям второй микрокатушки и параллельно расположенной между ними оптомагнитопрозрачной подложке с размещенным на ее лицевой стороне объектом диагностирования, причем оптическая ось второго источника возбуждения квантовых точек выставлена так, что она проходит через центры первой и второй плоских микрокатушек и центр фиксированной магнитопрозрачной стеклянной сферы большего диаметра, причем отделяемая магнитопрозрачная сфера меньшего диаметра выполнена стеклянной со сквозными нанометровыми порами, размеры наружных диаметров магнитопрозрачных большей и меньшей стеклянных сфер соответственно больше и меньше максимальных и минимальных внутренних диаметров диагностируемых наноколодцев, магнитопрозрачная стеклянная сфера большего диаметра со сквозными нанометровыми порами малого диаметра, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, жестко закреплена на магнитопрозрачной игле на расстоянии от ее поверхности, равном радиусу магнитопрозрачной стеклянной сферы малого диаметра, измеряемого от вершины магнитопрозрачной иглы, на которую, до соприкосновения с поверхностью магнитопрозрачной стеклянной сферы большего диаметра, надета внутренняя поверхность двухслойной нанотрубки, внешняя поверхность которой продета и закреплена в одной из сквозных нанометровых пор магнитопрозрачной стеклянной сферы малого диаметра, содержащей сквозные нанометровые поры большего и малого диаметра, соответственно заполненные квантовыми точками и магнитными наночастицами с одинаковым направлением ориентации полюсов.Scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with a magnetically transparent probe, magnetically transparent spheres of larger and smaller diameters with nanometers in diameter core-shell nanoparticles coated on the outside with a protective opto-magnetically transparent polymer layer, per an external external source of excitation of quantum dots, a first external source of magnetic field in the form of a first flat microcoil connected to the output of the first DAC, characterized in that it contains a second external source of excitation of quantum dots, a second external source of magnetic field in the form of a second flat microcoil placed on opto-magnetically transparent the substrate, the second DAC, a C-shaped synchronously centering magnetically transparent bracket attached to the cantilever by the upper part and the excitation from the lower part to the second external source of quantum dots, the second DAC is connected to the second external magnetic field source in the form of a second flat micro coil placed on an opto-magnetically transparent substrate mounted on the lower end of the C-shaped synchronously centering magneto-transparent bracket, on the opposite upper end of which the first flat micro coil is fixed with a flat surface parallel to the flat surfaces of the second microcoil and parallel to the opto-magnetically transparent substrate located between them and placed on its front side it is the object of diagnosis, and the optical axis of the second source of excitation of quantum dots is set so that it passes through the centers of the first and second flat microcoils and the center of a fixed magneto-transparent glass sphere of larger diameter, and the detachable magneto-transparent sphere of smaller diameter is made of glass with through nanometer pores, the dimensions of the outer diameters magnetically transparent larger and smaller glass spheres, respectively, more and less than the maximum and minimum internal diameters of diagnosed nanowells, a magnetically transparent glass sphere of a larger diameter with through nanometer pores of small diameter filled with quantum dots of the core-shell structure is rigidly fixed to a magnetically transparent needle at a distance from its surface equal to the radius of a magnetically transparent glass sphere of small diameter, measured from the tip of the magnetically transparent needle, onto which , until it comes into contact with the surface of a magnetically transparent glass sphere of a larger diameter, the inner surface of a two-layer nanotube is worn and, the outer surface of which is threaded and secured into one of the through pores of nanometer magnitoprozrachnoy glass spheres of small diameter comprising a larger through-pores and nanometer small diameter, respectively, filled with quantum dots and magnetic nanoparticles with the same direction of orientation of the poles.

Images