專利名稱：一種單根納米線或納米管的超聲操控方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米制造和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，主要涉及利用超聲實(shí)現(xiàn)納米物質(zhì)的捕捉、移動(dòng)、釋放和等位等操控。
背景技術(shù)：
納米尺度物質(zhì)是制造微電子器件、光學(xué)器件、微/納作動(dòng)器和換能器的基礎(chǔ)。納米尺度物質(zhì)的捕捉、移動(dòng)、釋放和定位是一種重要而且很有發(fā)展前景的新技術(shù)，在納米制造領(lǐng)域等都有著廣泛的應(yīng)用。納米尺度物質(zhì)由于較大的比表面積，其操控如捕捉、移動(dòng)、釋放和定向等是一項(xiàng)難度較大的工作。國(guó)內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)、科研工作者在此領(lǐng)域進(jìn)行了很多研究，已有的納米尺度物質(zhì)操控方法包括激光鉗、原子力探針、電泳和磁性作動(dòng)器等。但是這些現(xiàn)存的方法存在許多不足，例如光學(xué)方法產(chǎn)生的熱量可能對(duì)被操控的生物樣品產(chǎn)生損害，原子力探針方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本很高，電泳和方法難以對(duì)單個(gè)納米物體進(jìn)行操縱，磁性作動(dòng)器方法對(duì)被操控樣品的材料有選擇性。納米制造和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)δ芸朔鲜鰡栴}的納米操控技術(shù)存在著巨大的需求。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供了一種單根納米線或納米管的超聲操控方 法及其裝置，具有結(jié)構(gòu)接單、便于操作、對(duì)生物樣品無損害、對(duì)樣品的材料無選擇性等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種單根納米線或納米管的超聲操控方法，包括以下步驟a、利用超聲換能器對(duì)微針進(jìn)行勵(lì)振，從而使一端浸沒于含有納米線或納米管的懸濁液的微針產(chǎn)生聲學(xué)渦流，進(jìn)而沿著微針振動(dòng)方向吸引納米線或納米管，并將被捕捉的納米線或納米管壓在微針的端部表面；被捕捉的納米線或納米管與微針的振動(dòng)方向垂直山、移動(dòng)微針，從而使吸附在微針端部表面上的納米線或納米管隨著微針移動(dòng)到指定位置；C、關(guān)閉超聲換能器停止勵(lì)振，被捕捉的納米線或納米管從微針上釋放，從而完成對(duì)單根納米線或納米管的操控。本發(fā)明的另一目的是提供基于上述操控方法的納米線或納米管超聲操控裝置，它包括超聲換能器、微針和載有納米線或納米管懸濁液薄膜的基板，所述微針一端與超聲換能器連接，并受超聲換能器的勵(lì)振，另一端浸沒在基板上的懸濁液中。作為優(yōu)選，所述超聲換能器和微針之間通過超聲針連接，該超聲針為直徑均勻的不銹鋼針，而所述微針采用等直徑圓柱體狀的玻璃纖維制成。作為優(yōu)選，所述微針浸沒在懸濁液中的一端直徑均勻。作為優(yōu)選，所述基板采用硅片制成。作為優(yōu)選，所述微針浸沒在懸濁液薄膜中的一端與基板的距離為10 μ m，。
作為優(yōu)選，所述超聲針的長(zhǎng)度為5 300mm，直徑為O. 01 IOmm ;所述微針的長(zhǎng)度為 O.1 30mm，直徑為 O. 0001 100 μ m。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.實(shí)現(xiàn)對(duì)納米線和納米管的捕捉、移動(dòng)和釋放方法，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、對(duì)生物樣品無損害、對(duì)于樣品的材料無選擇性等的優(yōu)點(diǎn)。2.由于所述微針浸沒在懸濁液中的一端直徑均勻，因此能夠得到操控所需的聲學(xué)渦流，振動(dòng)平行方向?yàn)橄蛑⑨樉奂駝?dòng)垂直方向?yàn)楸畴x微針，使得可以將納米線抓取在微針上，并隨著結(jié)構(gòu)移動(dòng)而移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三維移動(dòng)，并且關(guān)閉振動(dòng)后，納米線被釋放。另外可以保證振動(dòng)產(chǎn)生的聲學(xué)渦流的穩(wěn)定性，進(jìn)而確保抓取的單根納米線更牢固。3.由于所述基板采用硅片制成，因?yàn)楣杵饣?，因而顏色?duì)比等有利于顯微鏡下對(duì)納米線的觀察。4.由于所述微針浸沒在懸濁液薄膜中的一端與基板的距離為ΙΟμπι，從而使得操作時(shí)可以不讓微針觸及硅片，避免接觸引起的操控不穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明所述超聲操控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，超聲換能器1、超聲針2、微針3、基板4、銀納米線懸濁液薄膜5、被捕捉的銀納米線6。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不 用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。一種單根納米線或納米管的超聲操控方法，包括以下步驟a、利用超聲換能器對(duì)微針進(jìn)行勵(lì)振，從而使一端浸沒于含有納米線或納米管的懸濁液的微針產(chǎn)生聲學(xué)渦流，進(jìn)而沿著微針振動(dòng)方向吸引納米線或納米管，并將被捕捉的納米線或納米管壓在微針的端部表面；被捕捉的納米線或納米管與微針的振動(dòng)方向垂直山、移動(dòng)微針，從而使吸附在微針端部表面上的納米線或納米管隨著微針移動(dòng)到指定位置；C、關(guān)閉超聲換能器停止勵(lì)振，被捕捉的納米線或納米管從微針上釋放，從而完成對(duì)單根納米線或納米管的操控。如圖1所示，現(xiàn)針對(duì)銀納米線，具體說明本發(fā)明所述單根納米線或納米管的超聲操控裝置的工作過程。該裝置包括一個(gè)超聲換能器1，超聲針2和微針3所構(gòu)成，普通的三明治型壓電換能器被用作超聲換能器1，直徑均勻的不銹鋼針被用作超聲針2，直徑均勻的玻璃纖維被用作微針3，超聲換能器I對(duì)超聲針2根部勵(lì)振使其作彎曲振動(dòng)，從而進(jìn)一步激勵(lì)連接在超聲針2另一端的微針3發(fā)生彎曲振動(dòng)，微針3的下部浸沒于基板4上的銀納米線懸濁液薄膜5中，振動(dòng)的玻璃纖維在其周圍產(chǎn)生聲學(xué)渦流，利用該渦流對(duì)懸濁液中的銀納米線進(jìn)行捕捉、移動(dòng)和釋放。換能器由兩塊中間帶孔(孔半徑6mm)的方板(邊長(zhǎng)20mm,厚度2mm),被方板夾持的四塊環(huán)形壓電陶瓷(內(nèi)徑6mm，外徑12mm)，以及用于緊固的M5螺栓組成，其諧振頻率為93kHz ο超聲針2的長(zhǎng)度為27mm,直徑為Imm, —端2mm的長(zhǎng)度被焊接到方形基板4 一條邊上。玻璃纖維的長(zhǎng)度為2. 5 mm,直徑為IOMm,—端Imm的長(zhǎng)度被粘結(jié)在超聲針2的另一端，玻璃纖維與超聲針2相垂直。換能器對(duì)超聲針2根部進(jìn)行激勵(lì)使針作彎曲振動(dòng)，從而激勵(lì)連接于超聲針2另一端的玻璃纖維做振動(dòng)，進(jìn)而在玻璃纖維端部周圍產(chǎn)生聲學(xué)渦流，以捕捉單根的銀納米線。銀納米線懸濁液薄膜5厚度為O. 6_，放置懸濁液的基板4為硅片，其邊長(zhǎng)15mm，厚度O. 7 mm。銀納米線的直徑為lOOnm，長(zhǎng)度為14 μ m。操控納米物質(zhì)時(shí)，始終保持玻璃纖維端部與硅基板4距離為10 μ m,玻璃纖維基板4大致垂直。當(dāng)電壓為30Vp-p頻率為135 kHz(超聲針2的諧振頻率之一)的交流電壓被加到換能器上時(shí)(此時(shí)玻璃纖維根部振幅為1OOnm (0-P))，與玻璃纖維端部相距220Mm以內(nèi)、長(zhǎng)度為HMffl的銀納米線能被聲學(xué)流驅(qū)動(dòng)到玻璃纖維的端部，并被捕捉到玻璃纖維端部的表面，被捕捉的銀納米線6與玻璃纖維及其振動(dòng)方向相垂直，在與振動(dòng)垂直方向上聲學(xué)渦流是背向微針的，所以只有針振動(dòng)方向上，納米線或者納米管才會(huì)被吸引到微針上。保持玻璃纖維的振動(dòng)并移動(dòng)由換能器、聲學(xué)針和微針3組成的操控系統(tǒng)，可移動(dòng)被捕捉的銀納米線6，關(guān)閉振動(dòng)，捕捉的銀納米線被釋放。
權(quán)利要求
1.一種單根納米線或納米管的超聲操控方法，其特征在于包括以下步驟a、利用超聲換能器對(duì)微針進(jìn)行勵(lì)振，從而使一端浸沒于含有納米線或納米管的懸濁液的微針產(chǎn)生聲學(xué)渦流，進(jìn)而沿著微針振動(dòng)方向吸引納米線或納米管，并將被捕捉的納米線或納米管壓在微針的端部表面；被捕捉的納米線或納米管與微針的振動(dòng)方向垂直；b、移動(dòng)微針，從而使吸附在微針端部表面上的納米線或納米管隨著微針移動(dòng)到指定位置；C、關(guān)閉超聲換能器停止勵(lì)振，被捕捉的納米線或納米管從微針上釋放，從而完成對(duì)單根納米線或納米管的操控。
2.一種基于權(quán)利要求1所述單根納米線或納米管超聲操控方法的超聲操控裝置，其特征在于包括超聲換能器、微針和載有納米線或納米管懸濁液薄膜的基板，所述微針一端與超聲換能器連接，并受超聲換能器的勵(lì)振，另一端浸沒在基板上的懸濁液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述單根納米線或納米管超聲操控裝置，其特征在于所述超聲換能器和微針之間通過超聲針連接，該超聲針為直徑均勻的不銹鋼針，而所述微針采用等直徑圓柱體狀的玻璃纖維制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述單根納米線或納米管超聲操控裝置，其特征在于所述微針浸沒在懸濁液中的一端直徑均勻。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述單根納米線或納米管超聲操控裝置，其特征在于所述基板采用硅片制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述單根納米線或納米管超聲操控裝置，其特征在于所述微針浸沒在懸濁液薄膜中的一端與基板的距離為10 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述單根納米線或納米管超聲操控裝置，其特征在于所述超聲針的長(zhǎng)度為5mm 300mm,直徑為O. Olmm IOmm ;所述微針的長(zhǎng)度為O.1 mm 30mm,直徑為 O. 0001 μ m 100 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單根納米線或納米管的超聲操控方法及其裝置，該方法包括以下步驟a、利用超聲換能器對(duì)微針進(jìn)行勵(lì)振，從而使一端浸沒于含有納米線或納米管的懸濁液的微針產(chǎn)生聲學(xué)渦流，進(jìn)而沿著微針振動(dòng)方向吸引納米線或納米管，并將被捕捉的納米線或納米管壓在微針的端部表面；b、移動(dòng)微針，從而使吸附在微針端部表面上的納米線或納米管隨著微針移動(dòng)到指定位置；c、關(guān)閉超聲換能器停止勵(lì)振，被捕捉的納米線或納米管從微針上釋放，從而完成對(duì)單根納米線或納米管的操控。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、對(duì)生物樣品無損害、對(duì)于樣品的材料無選擇性等的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK103030108SQ20121055630
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者胡俊輝, 李寧, 李華清, 周玉杰 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)