本發(fā)明屬于激光微納米加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用飛秒激光的實(shí)現(xiàn)磁性納米粒子的光動力組裝的方法，及將其集成到材料表面或生物體中，形成磁性模塊并實(shí)現(xiàn)磁驅(qū)動的應(yīng)用。

技術(shù)背景

隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，將各種功能性(金屬粒子、磁性粒子、量子點(diǎn)等)的納米粒子(1-50nm)組裝并集成到微納器件或生物體中已成為微納加工的重要環(huán)節(jié)。依靠傳統(tǒng)的自組裝方法很難實(shí)現(xiàn)對納米粒子行為的精確控制，包括將其分離、定位、聚集和組裝等。隨后，人們提出了化學(xué)組裝、生物模板組裝和外置電磁場力組裝等方法?；瘜W(xué)組裝主要以共價(jià)鍵、靜電吸引和分子間范德華力這三種作用力作為組裝動力。其弊端在于，需要相當(dāng)復(fù)雜的化學(xué)修飾來調(diào)配上述三種作用力，且難以實(shí)現(xiàn)對粒子行為的精確操控。生物模板組裝主要是利用dna、蛋白質(zhì)和病毒等生物材料進(jìn)行組裝。通過控制這些生物模板的尺寸和機(jī)械性能，目前已廣泛用于對溶膠狀態(tài)下的納米粒子的組裝。但是，生物模板受到其組裝原理的限制，無法用于溶膠狀態(tài)以外的組裝環(huán)境。而通過引入外場來施加靜電力或磁場力，也可以對納米粒子進(jìn)行組裝。然而，由于很難將引入的電磁場限域在納米尺度，導(dǎo)致這種組裝的分辨率極低。此外，一些半導(dǎo)體工藝中的流行技術(shù)也被應(yīng)用于納米粒子的組裝，例如光刻、納米壓印等。這類技術(shù)除了工藝復(fù)雜之外，還必須依賴于高度平整、光滑的組裝表面，為其應(yīng)用帶來了很大的限制。由此可見，尋找一種同時(shí)具備高度限域性和高度可控性的組裝動力，是解決這一問題的關(guān)鍵。

而飛秒激光由于其超高能量的脈沖具有“光鑷”效應(yīng)，恰恰能夠提供這樣一種組裝動力。具體地，激光焦點(diǎn)處的電磁場呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的勢阱分布，而納米粒子被此處的電磁場極化后即受到洛倫茲力作用，最終被束縛在勢阱底部并隨著激光束的移動而移動。同時(shí)，現(xiàn)有的飛秒激光技術(shù)能夠靈活的調(diào)控激光波長、相位、功率等幾乎所有的相關(guān)光學(xué)參數(shù)，保證了對上述洛倫茲力的精準(zhǔn)控制。因此，飛秒激光可以實(shí)現(xiàn)對納米粒子行為的精確控制，是一種理想的、無接觸和無破壞的組裝手段。據(jù)此，人們已經(jīng)利用飛秒激光嘗試了對金屬納米粒子和量子點(diǎn)進(jìn)行光動力組裝，但是目前還未實(shí)現(xiàn)過任何氧化物粒子的組裝。而且，之前的組裝技術(shù)僅能在玻璃這種平面基底上實(shí)現(xiàn)，在加工基底的選擇和器件兼容性方面具有很大的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述納米粒子組裝方面的技術(shù)難題，本發(fā)明提出了一種利用飛秒激光的光動力組裝和集成磁性納米粒子的方法。即利用飛秒激光的“光鑷”效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對尺度在4-45nm范圍內(nèi)的磁性納米粒子進(jìn)行精準(zhǔn)定位、移動和聚集；進(jìn)一步地，利用這種組裝的高度可控性和高空間分辨率，可以通過激光掃描將磁性納米粒子實(shí)現(xiàn)任意設(shè)計(jì)的圖案繪制。在集成方面，由于光動力組裝的電磁力本質(zhì)和高度可控性，完全不受目標(biāo)集成表面的限制，可將磁性納米粒子集成至多種材料和任意形貌的表面。

一種利用飛秒激光的光動力組裝磁性納米粒子的方法，具體步驟如下：

(1)、基底清洗；

(2)、建立飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡；

(3)、利用飛秒激光直寫系統(tǒng)對磁性納米粒子進(jìn)行光動力組裝。

進(jìn)一步地，步驟(1)中所述的基底為無機(jī)物材料(玻璃、金屬、硅等)、聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚二甲基硅氧烷(pdms))、負(fù)性光敏樹脂(聚甲基丙烯酸丁酯(pbma))或活體生物體。

進(jìn)一步地，所述的基底為無機(jī)物材料時(shí)，清洗步驟為：將基底依次置于丙酮、乙醇、去離子水三種環(huán)境下進(jìn)行超聲清洗，各清洗一次，清洗時(shí)間均為30min，隨后在氮?dú)饬飨麓蹈纱?；基底為聚合物時(shí)，由于此類基底可溶于上述清洗所用的有機(jī)溶劑，所以其清潔步驟為：使用3m膠帶清潔其表面，以粘掉表面沉積的灰塵、雜質(zhì)等；基底為負(fù)性光敏樹脂時(shí)，無需清洗步驟，只需在顯影、吹干后盡快使用，以免表面污染；基底為活體生物體時(shí)，需要用去離子水進(jìn)行多次(10次以上)沖洗，隨后浸泡在去離子水中待用。

進(jìn)一步地，步驟(2)所述的建立飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，具體為使用matlab、visualbasic或c語言，依據(jù)待加工基底的具體形貌和加工目標(biāo)圖案，按照點(diǎn)點(diǎn)掃描的方式，建立飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，即一組與目標(biāo)圖案對應(yīng)的空間點(diǎn)陣的坐標(biāo)序列。

進(jìn)一步地，所述的空間點(diǎn)陣的坐標(biāo)序列的點(diǎn)點(diǎn)間距為10-50nm。

進(jìn)一步地，步驟(3)所述的利用飛秒激光直寫系統(tǒng)對磁性納米粒子進(jìn)行光動力組裝，具體步驟為：首先，將基底浸沒在磁性納米粒子溶液中，用60-100倍的數(shù)值孔徑為1.25-1.40的油浸物鏡，將飛秒激光聚焦在待加工基底與磁性納米粒子溶液界面處；其次，將步驟(2)中建立的飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡預(yù)先導(dǎo)入到飛秒激光直寫系統(tǒng)的控制電腦中，在基底上根據(jù)步驟(2)建立的飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡和待加工基底的表面形貌選擇加工的初始位置，在visualbasic軟件控制下用飛秒激光進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，按照預(yù)設(shè)的運(yùn)動軌跡對磁性納米粒子進(jìn)行掃描加工；掃描完畢后，使用超純水沖洗基底若干次，直至完全去除磁性納米粒子；最后，在氮?dú)猸h(huán)境下吹干基底，即完成飛秒激光對磁性納米粒子的光動力組裝。而組裝完畢的這一具有磁性響應(yīng)的區(qū)域，即形成一個(gè)可驅(qū)動的磁性模塊。

進(jìn)一步地，所述的磁性納米粒子為γ-fe2o3磁性納米粒子，所述的γ-fe2o3磁性納米粒子需預(yù)先配置成溶液，掃描時(shí)需將基底置于此溶液中，γ-fe2o3磁性納米粒子溶液的具體配置方法為：在氮?dú)鈿夥障拢葘ecl2·4h2o和fecl3·6h2o以1:2的摩爾比在去氧水中溶解混合，同時(shí)用磁控?cái)嚢鑳x進(jìn)行攪拌；待其充分溶解后，將nh3·h2o(6-10.5ml)加入上述混合溶液，同時(shí)去掉氮?dú)鈿夥?，并繼續(xù)攪拌1-4小時(shí)，最終獲得γ-fe2o3磁性納米粒子的水溶液，所配磁性納米粒子溶液的濃度為0.5-1m。

進(jìn)一步地，所用飛秒激光的脈沖波長為650-1000nm，脈沖寬度100-200fs，所述的磁性納米粒子的直徑為4-45nm。

本發(fā)明還提供了利用飛秒激光對磁性納米粒子進(jìn)行光動力組裝在磁驅(qū)動方面的應(yīng)用，即先將磁性納米粒子集成至微納器件(微型渦輪)或活體生物體(水蚤)表面形成磁性模塊，然后用外磁場對器件或生物體進(jìn)行驅(qū)動，最終可實(shí)現(xiàn)對其運(yùn)動方向、形式和軌跡的精確控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

在磁性納米粒子的集成方面：

1、本發(fā)明提出的飛秒激光的光動力組裝，是一種無接觸、無污染、無破壞性的組裝；

2、適用于多種材料表面，可兼容多種儀器；

3、具有高度的可控性(掃描精度20nm)、較高的空間分辨率(820nm)和高度的圖案化水平；

在磁驅(qū)動方面：

1、提出了一種具有普適性的磁驅(qū)動方法，適用于多種器件和多種活體生物體；

2、集成磁性模塊和驅(qū)動的過程對器件/活體生物體無任何損害，且生物體在集成和驅(qū)動操作后仍可維持一切正常生命體征。

附圖說明

圖1為利用飛秒激光的光動力組裝磁性納米粒子的掃描電鏡圖；

其中，圖1a為實(shí)施例1的飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，圖1b為實(shí)施例2的飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡；

圖2為利用飛秒激光的光動力組裝磁性納米粒子的線寬(即分辨率)隨激光功率變化的控制曲線，即線寬w對激光功率p的依賴關(guān)系；其中，插入圖為曲線中各點(diǎn)線寬值對應(yīng)的實(shí)物線條的掃描電鏡照片；

圖3為實(shí)施例3利用飛秒激光在微型渦輪中集成磁性模塊的示意圖；

圖4為實(shí)施例3利用飛秒激光在微型渦輪中集成磁性模塊的掃描電鏡照片；

圖4(a)為利用聚合物pmma加工成的微型渦輪結(jié)構(gòu)的第一掃描電鏡圖，圖4(b)為利用聚合物pmma加工成的微型渦輪結(jié)構(gòu)的第二掃描電鏡圖；圖4(c)為在微型渦輪的一片輪片上集成的磁性模塊的第一掃描電鏡圖，圖4(d)為在微型渦輪的一片輪片上集成的磁性模塊的第二掃描電鏡圖；

圖5為實(shí)施例3對微型渦輪進(jìn)行磁驅(qū)動的示意圖；

圖5(a)為在微型渦輪附近放置磁鐵后，集成磁性模塊的輪片即受到磁極吸引而帶動渦輪開始轉(zhuǎn)動；圖5(b)是微型渦輪在磁驅(qū)動的作用下連續(xù)、快速地轉(zhuǎn)過大小為θ的角度，轉(zhuǎn)動方向?yàn)轫槙r(shí)針；

圖6為實(shí)施例4利用飛秒激光在活體水蚤中集成磁性模塊的顯微鏡照片；其中，水蚤足部的深色區(qū)域?yàn)榧傻拇判阅K區(qū)域；

圖7為實(shí)施例4對活體水蚤進(jìn)行磁驅(qū)動的示意圖；

圖7(a)為活體水蚤在無磁鐵狀態(tài)下自由運(yùn)動的示意圖，圖7(b)和圖7(c)是活體水蚤在有磁鐵的狀態(tài)下，受到磁極吸引而向著磁鐵運(yùn)動的示意圖，圖7(d)是撤掉磁鐵后活體水蚤恢復(fù)自由運(yùn)動的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。

實(shí)施例1

利用飛秒激光將γ-fe2o3磁性納米粒子組裝成預(yù)設(shè)的綠色食品標(biāo)識圖案。

基于飛秒激光直寫系統(tǒng)，以飛秒激光焦點(diǎn)處的“光鑷”效應(yīng)提供的光捕獲力為組裝動力，可將γ-fe2o3磁性納米粒子團(tuán)(單粒子尺寸在4-45nm間)穩(wěn)固束縛在掃描光點(diǎn)處，讓粒子團(tuán)隨著激光掃描而定位或移動。同時(shí)，在預(yù)設(shè)軟件的控制下可進(jìn)行圖案化掃描，最終實(shí)現(xiàn)將磁性粒子按任意設(shè)計(jì)的圖案進(jìn)行組裝。

利用飛秒激光的光動力組裝磁性納米粒子的方法，具體步驟為：

(1)、基底清洗：將玻璃基底依次置于丙酮、乙醇、去離子水三種環(huán)境下進(jìn)行超聲清洗，各清洗一次，清洗時(shí)間均為30分鐘，隨后在氮?dú)饬飨麓蹈纱茫?/p>

(2)、建立飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡：建立綠色食品標(biāo)識對應(yīng)的運(yùn)動軌跡，按照點(diǎn)點(diǎn)掃描的方式，利用matlab軟件進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)其各自的激光焦點(diǎn)運(yùn)動軌跡，點(diǎn)點(diǎn)間距為10nm；

(3)、利用飛秒激光直寫系統(tǒng)對磁性納米粒子進(jìn)行光動力組裝：所用加工基底為步驟(1)中處理完畢的玻璃基底，所用飛秒激光的脈沖波長為650nm，脈沖寬度100fs；首先，基底需浸沒在待加工的γ-fe2o3磁性納米粒子溶液中，溶液連同基底用3×3cm的微型水槽封裝，再用100倍的數(shù)值孔徑為1.25的油浸物鏡，將飛秒激光聚焦在待加工玻璃基底與磁性納米粒子溶液界面處；將步驟(2)中建立的飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡預(yù)先導(dǎo)入到飛秒激光直寫系統(tǒng)的控制電腦中，然后，在玻璃基底上根據(jù)綠色食品標(biāo)識的形狀和玻璃基底的表面形貌，選擇加工的初始位置；在matlab軟件控制下用飛秒激光進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，將γ-fe2o3磁性納米粒子組裝成綠色食品標(biāo)識圖案；掃描完畢后，使用超純水沖洗基底若干次，直至完全去除γ-fe2o3磁性納米粒子；最后，在氮?dú)猸h(huán)境下吹干基底。

其中，磁性納米粒子溶液配制步驟為：在氮?dú)鈿夥障?，先將fecl2·4h2o和fecl3·6h2o以1:2的摩爾比在去氧水中溶解混合，同時(shí)用磁控?cái)嚢鑳x進(jìn)行攪拌。待其充分溶解后，將6mlnh3·h2o加入上述混合溶液，同時(shí)去掉氮?dú)鈿夥眨⒗^續(xù)攪拌1小時(shí)，最終獲得γ-fe2o3磁性納米粒子溶液，濃度為0.5m。

實(shí)施例2

利用飛秒激光將γ-fe2o3磁性納米粒子組裝成預(yù)設(shè)的中國地圖圖案。

利用飛秒激光的光動力組裝磁性納米粒子的方法，具體步驟為：

(1)、基底清洗：用3m膠帶對聚合物基底pdms(聚二甲基硅氧烷)薄膜進(jìn)行表面清潔，去除表面灰塵、雜質(zhì)等；

(2)、建立飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡：建立中國地圖對應(yīng)的運(yùn)動軌跡，按照點(diǎn)點(diǎn)掃描的方式，利用visualbasic軟件進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)其各自的激光焦點(diǎn)運(yùn)動軌跡，點(diǎn)點(diǎn)間距為50nm；

(3)、利用飛秒激光直寫系統(tǒng)對磁性納米粒子進(jìn)行光動力組裝：所用加工基底為步驟(1)中處理完畢的聚合物基底，所用飛秒激光脈沖波長為650nm，脈沖寬度100fs；首先，基底需浸沒在待加工的γ-fe2o3磁性納米粒子水溶液中，溶液連同基底用3×3cm的微型水槽封裝，再用60倍的數(shù)值孔徑為1.40的油浸物鏡，將飛秒激光聚焦在待加工玻璃基底與磁性納米粒子溶液界面處；將步驟(2)中建立的飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡預(yù)先導(dǎo)入到飛秒激光直寫系統(tǒng)的控制電腦中，然后，在玻璃基底上根據(jù)中國地圖的形狀和玻璃基底的表面形貌，選擇加工的初始位置；在visualbasic軟件控制下用飛秒激光進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，將γ-fe2o3磁性納米粒子組裝成中國地圖圖案；掃描完畢后，使用超純水沖洗基底若干次，直至完全去除γ-fe2o3磁性納米粒子；最后，在氮?dú)猸h(huán)境下吹干基底。

其中，磁性納米粒子溶液配制步驟為：在氮?dú)鈿夥障拢葘ecl2·4h2o和fecl3·6h2o以1:2的摩爾比在去氧水中溶解混合，同時(shí)用磁控?cái)嚢鑳x進(jìn)行攪拌。待其充分溶解后，將6mlnh3·h2o加入上述混合溶液，同時(shí)去掉氮?dú)鈿夥眨⒗^續(xù)攪拌4小時(shí)，最終獲得γ-fe2o3磁性納米粒子溶液，濃度為1m。

圖1為利用飛秒激光的光動力組裝磁性納米粒子的掃描電鏡圖；由圖可知，通過控制飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，可以將磁性納米粒子用光動力組裝成任意圖案。

圖2為利用飛秒激光的光動力組裝磁性納米粒子的線寬(即分辨率)隨激光功率變化的控制曲線，即線寬w對激光功率p的依賴關(guān)系；其中，插入圖為曲線中各點(diǎn)線寬值對應(yīng)的實(shí)物線條的掃描電鏡照片。線寬表征了飛秒激光的光動力組裝圖案化的分辨率(即所能圖案化的最小寬度)，并由激光功率所控制。曲線中的每個(gè)測量點(diǎn)對應(yīng)著不同激光功率所能實(shí)現(xiàn)的線寬，而每個(gè)測量點(diǎn)的線寬值可由其上方對應(yīng)位置插入的電鏡照片直接讀出。從圖中可以看出，在組裝效果方面，飛秒激光的光動力組裝方法可實(shí)現(xiàn)高分辨率、高度圖案化的磁性納米粒子組裝；在組裝分辨率上，能達(dá)到820nm的高分辨率，并能通過調(diào)節(jié)激光功率靈活調(diào)控掃描線寬。

實(shí)施例3

利用飛秒激光將γ-fe2o3磁性納米粒子集成至微型渦輪中并實(shí)現(xiàn)磁驅(qū)動方面的應(yīng)用。

圖3為利用飛秒激光的光動力組裝在微型渦輪中集成磁性模塊的示意圖。由圖可知，利用飛秒激光的“光鑷”效應(yīng)可將磁性納米粒子團(tuán)束縛在激光焦點(diǎn)處，從而對粒子進(jìn)行抓取和移動，最終可將粒子按照預(yù)設(shè)位置集成到微型渦輪中并形成磁性模塊。

根據(jù)實(shí)施例1和2中的描述，利用飛秒激光的光動力組裝方法可實(shí)現(xiàn)對磁性納米粒子的準(zhǔn)確定位和移動，并且這種控制具有高分辨率和線寬控制能力，因此支持將磁性粒子集成至多種材料表面，形成可調(diào)控區(qū)域位置和大小的磁性模塊并實(shí)現(xiàn)磁驅(qū)動。具體步驟為：

(1)、基底準(zhǔn)備：利用飛秒激光直寫系統(tǒng)，將滴涂在玻璃襯底上的聚甲基丙烯酸甲酯膜(pmma)(膜厚為800μm)掃描加工成微型渦輪；加工步驟同實(shí)施例1中的(2)和(3)中所描述的“建立飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡→導(dǎo)入運(yùn)動軌跡并控制激光進(jìn)行掃描”這兩步的內(nèi)容。注意，建立飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡時(shí)需依照圖4(a-b)中微型渦輪的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，點(diǎn)點(diǎn)間距為10nm；三維微型渦輪的掃描方式為“點(diǎn)點(diǎn)掃描成層→層層掃描成體”，加工原理為飛秒激光誘導(dǎo)的甲基丙酸丁酯膜的光聚合反應(yīng)。

(2)、建立飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡：根據(jù)待集成磁性模塊的圓形區(qū)域形狀和渦輪輪片的表面形貌，按照點(diǎn)點(diǎn)掃描的方式，利用visualbasic軟件建立激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，點(diǎn)點(diǎn)間距為50nm。

(3)、利用飛秒激光直寫系統(tǒng)對磁性納米粒子進(jìn)行光動力組裝：所用加工基底為步驟(1)中準(zhǔn)備完成的微型渦輪基底(聚合物基底)；飛秒激光脈沖波長為650nm，脈沖寬度為100fs；首先，基底需浸沒在γ-fe2o3磁性納米粒子溶液中，溶液連同基底用尺寸3×3cm的微型水槽封裝。其中，溶液配制步驟同實(shí)施例1；選定一片渦輪輪片作為待集成/驅(qū)動輪片，用60倍的數(shù)值孔徑為1.40的油浸物鏡，將飛秒激光聚焦在該輪片上表面與磁性納米粒子溶液界面處；然后，將微型渦輪基底置于飛秒激光直寫系統(tǒng)上進(jìn)行光動力組裝加工，選擇圓形磁性模塊區(qū)域的加工初始位置；在visualbasic軟件控制下用飛秒激光進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，將γ-fe2o3磁性納米粒子組裝成直徑約為30μm的磁性模塊區(qū)域；掃描完畢后，使用超純水沖洗基底若干次，直至完全去除γ-fe2o3磁性納米粒子；最后，在氮?dú)猸h(huán)境下吹干基底。

其中，磁性納米粒子溶液配制步驟同實(shí)施例1，所用nh3·h2o體積為10.5ml，所配溶液濃度為1m。

磁性模塊的集成效果如圖4所示：

圖4是微型渦輪結(jié)構(gòu)和利用飛秒激光在微型渦輪中集成磁性模塊的掃描電鏡照片；由圖可知，基于光動力組裝的對磁性納米粒子的高度控制力，磁性模塊在器件中的具體集成位置和區(qū)域尺度都可以嚴(yán)格依據(jù)驅(qū)動目的來調(diào)控。由于本實(shí)施例中的驅(qū)動目的是使微型渦輪進(jìn)行定軸轉(zhuǎn)動，因此只需在一片輪片上施加一個(gè)轉(zhuǎn)動力矩；據(jù)此，磁性模塊被集成在其中一片輪片上，待驅(qū)動時(shí)由磁場力來提供該力矩。

具體驅(qū)動步驟為：將磁鐵置于加工完畢的微型渦輪一側(cè)，渦輪即在磁極吸引作用下轉(zhuǎn)動。具體驅(qū)動效果如圖5所示：

圖5為對微型渦輪進(jìn)行磁驅(qū)動的示意圖；由圖可知，通過在微納器件中定點(diǎn)集成磁性模塊，可以實(shí)現(xiàn)對器件的有效磁驅(qū)動；在器件附件放置磁鐵后，磁性模塊在磁極的吸引/排斥作用下即可推動整個(gè)器件進(jìn)行快速平移、轉(zhuǎn)動等各種形式的運(yùn)動。而運(yùn)動的具體形式取決于器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和磁性模塊的集成位置。通過二者的有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對微納器件靈活、高效的驅(qū)動。

實(shí)施例4

利用飛秒激光將γ-fe2o3磁性納米粒子集成至活體水蚤并實(shí)現(xiàn)磁驅(qū)動方面的應(yīng)用。

根據(jù)實(shí)施例3中的描述，飛秒激光的光動力組裝方法對磁性納米粒子具有強(qiáng)大的集成能力，因此集成目標(biāo)除了常見襯底和器件表面，還可以是活體生物體；通過對生物體的集成磁性模塊，同樣可以實(shí)現(xiàn)磁驅(qū)動。

集成的具體步驟為：

(1)、基底清洗：將購置的水蚤用去離子水沖洗10次后浸泡在去離子水中

待用。

(2)、建立飛秒激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡：根據(jù)待集成磁性模塊的區(qū)域大小和水蚤足部的表面形貌，按照點(diǎn)點(diǎn)掃描的方式，利用visualbasic軟件建立激光焦點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，點(diǎn)點(diǎn)間距為50nm。

(3)、利用飛秒激光直寫系統(tǒng)對磁性納米粒子進(jìn)行光動力組裝：水蚤基底準(zhǔn)備：先在載玻片上滴一滴直徑為2mm左右γ-fe2o3粒子溶液液滴(溶液配制步驟同實(shí)施例1，濃度為0.5m)，然后用鑷子夾一只清洗后的干凈水蚤(尺寸為1mm左右)放在該液滴上，水蚤即被溶液的表面張力束縛在液滴中；所用飛秒激光脈沖波長為1000nm，脈沖寬度200fs；首先，用100倍的數(shù)值孔徑為1.40的油浸物鏡，將飛秒激光聚焦在待集成磁性模塊的水蚤足部表面與磁性納米粒子溶液界面處；然后，選擇集成磁性模塊的初始位置，在visualbasic軟件控制下用飛秒激光進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，在水蚤左右各兩只足部分別集成磁性模塊；掃描完畢后，使用超純水沖洗水蚤若干次，直至完全去除γ-fe2o3磁性納米粒子。

其中，磁性納米粒子溶液配制步驟同實(shí)施例1，所用nh3·h2o體積為10.5ml，所配溶液濃度為1m。

集成效果如圖6所示：圖6是利用飛秒激光在活體水蚤中集成磁性模塊的顯微鏡照片；其中水蚤足部的深色區(qū)域?yàn)榧傻拇判阅K區(qū)域。由圖可知，利用飛秒激光的“光鑷”效應(yīng)可將磁性納米粒子團(tuán)束縛在激光焦點(diǎn)處，從而對粒子進(jìn)行抓取和移動，最終可將粒子按照預(yù)設(shè)位置集成到活體生物中并形成磁性模塊。

驅(qū)動的具體步驟為：先將加工完畢的活體水蚤置于清潔干燥的培養(yǎng)皿中，然后將磁極置于培養(yǎng)皿一側(cè)，水蚤即在磁極吸引作用下向著磁鐵位置運(yùn)動。

活體水蚤的驅(qū)動效果如圖7所示：圖7是對活體水蚤進(jìn)行磁驅(qū)動的示意圖；由圖可知，通過在活體水蚤足部集成幾個(gè)磁性模塊，活體水蚤可以在磁鐵驅(qū)動下做快速的受控移動；并且，在撤掉磁鐵后，活體水蚤又可以進(jìn)行自由運(yùn)動，其生命體征沒有受到任何來自集成、驅(qū)動步驟的影響。這說明，一方面，飛秒激光的光動力組裝由于其高度可控性、高分辨率和無接觸、無破壞的增材加工特性，可對活體生物進(jìn)行準(zhǔn)確定位的磁性模塊集成；另一方面，由于集成模塊的位置和區(qū)域尺度的高度可控性，磁驅(qū)動得以有效地對活體生物體實(shí)施，即利用磁鐵即可靈活操控水蚤這種微小生物體的運(yùn)動方向和運(yùn)動軌跡。本發(fā)明提出的具有普遍意義的磁驅(qū)動方法得以進(jìn)一步驗(yàn)證。