本發(fā)明涉及一種搬移磁性納米粒子的操縱方法，屬于納米操縱技術領域。

背景技術：

磁性納米粒子(Magnetic Nanoparticles,MNPs)具有生物相容性和超順磁性等不同物理及化學特性，是目前應用范圍比較廣泛的磁性材料，其不僅可以應用在癌癥的治療與診斷、載藥、磁共振成像(MRI)等生物領域還可以應用在污水處理及電子器件等其他不同領域。磁性原子力顯微鏡(Magnetic Force Microscope,MFM)發(fā)展源于原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)，其最大特點在于所用的探針具有磁性，可用于檢測被測樣品表面的磁疇結構及其分布，也可用于操縱磁性樣品。

目前，在納米操縱方面，常用的操縱方法包括推(pushing)、滾(rolling)和滑(sliding)。推即操縱探針使之在目標粒子的后方或前方施加力，令粒子沿著規(guī)劃好的路徑移動，實現(xiàn)操縱。滾即控制探針在目標粒子的恰當位置施加力，且基底和樣品表面光滑，令粒子沿著既定軌跡滾動。滑即利用探針在目標粒子的恰當位置施加力，且能夠令目標粒子沿著已規(guī)劃路徑進行滑動，以達到操縱的目的。對于以上三種方法，要求使用的設備必須具有足夠高的分辨率才能實現(xiàn)高效率的納米級操縱，且操縱時均需要根據(jù)待操縱樣品的實際結構設計操縱路徑，對于復雜結構的樣品，操縱復雜且難度較大，成功率較低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術解決問題：克服現(xiàn)有操縱技術的不足，提供一種搬移磁性納米粒子的操縱方法，操作簡單，可精確拾取待搬移磁性納米粒子并搬離原位置。

本發(fā)明技術解決方案：一種搬移磁性納米粒子的操縱方法，其特征包括以下步驟：

(1)將一定濃度的磁性納米粒子溶液用超聲波清洗震蕩，得到分散均勻的磁性納米粒子溶液；

(2)將少量震蕩后分散均勻的磁性納米粒子溶液滴于云母基底上，潔凈環(huán)境下自然風干，作為待操縱樣品；

(3)將制備好的樣品放置于磁力顯微鏡樣品臺上，使用磁力探針對待操縱樣品進行掃描成像，選取一處作為待操作區(qū)域；

(4)選取待操作區(qū)域中的一個磁性納米粒子作為目標磁性納米粒子，用于搬移操縱，以由外向內圈的螺旋線作為操縱路徑，最終螺旋線結束在以該粒子為中心的位置；

(5)驅動探針接觸到云母基底表面，然后令探針以一定大小的力和速度沿著螺旋線結構的路徑由外向內接近目標磁性納米粒子，最后將目標磁性納米粒子粘附在探針上；

(6)驅動探針抬起，離開云母基底表面，將目標磁性納米粒子搬離原位置；

(7)重新掃描目標區(qū)域，確認被操縱粒子是否被搬離云母基底表面。

所述步驟(1)中，所述磁性納米粒子溶液的濃度范圍為10μg/mL-20μg/mL。

所述步驟(1)中，磁性納米粒子溶液用超聲波清洗機震蕩3-5次，每次10-15分鐘。

所述步驟(1)中，對磁性納米粒子溶液超聲震蕩時，設置溫度低于40攝氏度。

所述步驟(1)中，磁性納米粒子溶液為四氧化三鐵納米粒子溶液，粒徑為10～50nm。

所述步驟(2)中，將2.5μL震蕩后分散均勻的磁性納米粒子溶液滴于云母基底上。

所述步驟(3)中，選擇的待操作區(qū)域范圍為(0.4～2μm)×(0.4～2μm)。

所述步驟(4)中，螺旋線路徑為由外向內為3～8圈。

所述步驟(5)中，探針為普通磁性探針，并且沒有進行修飾或其他特殊處理。

所述步驟(5)中，螺旋線結構的路徑由外向內接近目標磁性納米粒子具體為：磁性探針以由遠及近的環(huán)形方式接近磁性納米粒子，在改變磁性探針與磁性納米粒子之間相互作用力的大小及方向的同時也增加了磁性納米粒子粘附到探針表面的概率。

所述步驟(5)中，一定大小的力和速度是指力為30～80nN，速度為0.3～1μm/s。

所述步驟(7)具體實現(xiàn)過程為：首先操縱磁力顯微鏡在Tapping模式下掃描圖像，然后選擇一個磁性納米粒子作為待搬移的目標粒子。將磁力顯微鏡工作模式更換為Manipulation模式，修改磁力顯微鏡操作系統(tǒng)的Setpoint值與Speed給針尖提供向下的壓力和速度用于將目標磁性納米粒子粘附在磁性探針表面，以目標粒子為中心由外向內的螺旋線作為操縱路徑，點擊Run運行操作模式，令探針接觸到云母表面并沿著螺旋線路徑趨近目標粒子，最終接觸到目標粒子使之粘附到探針表面；抬起探針，將磁力顯微鏡的工作模式更換為Tapping模式，再次掃描目標區(qū)域，檢測磁性納米粒子是否被磁性探針拾起并搬離原位置。

本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比的優(yōu)點在于：本發(fā)明操作簡單，可準確將待搬離磁性納米粒子搬離原位置。使用的探針為普通磁力探針，沒有進行修飾或其他特殊處理。采用由外向內的螺旋線結構作為操縱路徑，以環(huán)形方式接近目標磁性納米粒子，在改變磁性探針與磁性納米粒子之間相互作用力的大小及方向的同時也增加了磁性納米粒子粘附到探針表面的概率。對于納米粒子分布密度較大且雜亂無序的樣品，路徑規(guī)劃復雜，應用推、滾和滑的操縱方法難度較大、成功率低，而本實施方式所述的方法避免了路徑規(guī)劃，簡化了操縱方法，提高了操縱磁性納米粒子的靈活性和成功率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的操縱方法示意圖，其中(a)為操縱前，(b)為操縱后；

圖2為本發(fā)明所述的操縱磁性納米粒子的螺旋線結構路徑示意圖，其中箭頭指示了行進方向；

圖3是操縱目標磁性納米粒子前的分布圖，其中(a)是形貌圖，(b)是磁力圖，圓環(huán)內為目標磁性納米粒子；

圖4是操縱目標磁性納米粒子路徑的示意圖，其中的螺旋線為設計的操縱路徑；

圖5是搬離目標磁性納米粒子后的結果圖，其中(a)是形貌圖,(b)是磁力圖；

圖6是采用本發(fā)明方法連續(xù)操縱磁性納米粒子的結果圖，其中(a)是目標區(qū)域的磁性納米粒子分布圖；(b)將磁性納米粒子P1搬離后的結果圖；(c)將磁性納米粒子P2搬離后的結果圖；(d)將磁性納米粒子P3搬離后的結果圖。

具體實施方式

結合附圖說明本發(fā)明的具體實施方式和所能達到的效果。

本發(fā)明實施例的操作對象是四氧化三鐵磁性納米粒子，粒徑范圍為10～50nm。使用前對磁性納米粒子溶液用超聲波清洗機對其進行震蕩分散處理，處理3次，每次10分鐘，并設置溶液溫度低于40攝氏度。所用磁力探針為普通磁力探針BudgetSensors Multi75M-G，沒有經過修飾或其他特殊處理。使用的磁力顯微鏡是JPK公司的

如圖1所示，1為磁性探針，2為磁性納米粒子，3為云母基底，4為螺旋線結構操縱路徑。如圖2所示，螺旋線結構的方向為由外向內，且結束在以磁性納米粒子為中心的位置。

實施例1

步驟(1)：將濃度為10μg/mL、粒徑為10～50nm的四氧化三鐵磁性納米粒子溶液進行超聲震蕩3次，每次10分鐘，設置溫度為20攝氏度，得到分散均勻的納米粒子溶液。

步驟(2)：將2.5μL分散均勻的四氧化三鐵磁性納米粒子溶液滴于10mm×10mm云母基底上，潔凈環(huán)境下自然風干。

步驟(3)：將干燥后的磁性納米粒子樣品置于磁力顯微鏡樣品臺上，將磁力顯微鏡的工作模式設置為Tapping模式，掃描樣品表面，選取一處范圍為0.4μm×0.65μm的區(qū)域作為待操縱區(qū)域，如圖3所示，(a)為操縱前的磁性納米粒子分布的形貌圖像，(b)為其對應的磁疇圖像。

步驟(4)：選取一個磁性納米粒子作為目標磁性納米粒子，如圖3所示，圓環(huán)內粒子為目標磁性納米粒子。將磁力顯微鏡工作模式更換為Manipulation模式，由外向內畫螺旋線結構的操縱路徑，且結束在以該目標粒子為中心的位置，如圖4所示，螺旋線結構是探針操縱納米粒子的路徑為5圈，且終點在納米粒子上。

步驟(5)：以待操縱的目標磁性納米粒子為中心，驅動沒有經過任何修飾和特殊處理的普通磁性探針接觸到云母表面。修改磁力顯微鏡操作系統(tǒng)的Setpoint值為45nN，Speed值為0.3μm/s，點擊Run運行Manipulation操作模式，由外向內以螺旋線結構作為操縱路徑趨近磁性納米粒子，如圖4所示，普通磁力探針沿著該螺旋線結構以0.3μm/s的速度、45nN大小的力由遠及近接近磁性納米粒子，并最終令磁性納米粒子粘附在磁性探針表面。

步驟(6)：驅動探針抬起，離開云母基底表面。在磁性探針趨近磁性納米粒子的過程中，磁性探針與磁性納米粒子之間相互作用力的方向隨之改變，力的大小逐漸增大；當探針接觸到粒子表面后，運動的探針施加給粒子額外的推動力和慣性力，令納米粒子與云母表面之間的粘附力減到最小。在抬起磁力探針過程中，目標磁性納米粒子被搬離原位置。

步驟(7)：操縱磁力顯微鏡工作在Tapping模式下，重新掃描0.4μm×0.65μm的目標區(qū)域，對比操縱前后的納米粒子分布圖，確認被操縱粒子是否被搬離云母表面。圖5所示，(a)為將目標磁性納米粒子搬離原位置后的形貌圖像，(b)為其對應的磁疇圖像。對比圖3和圖5可以看出，目標磁性納米粒子已經被成功搬離原位置。

實施例2

圖6所示為采用本發(fā)明所述的操縱方法，連續(xù)搬移3個磁性納米粒子的操縱結果圖。

步驟(1)：將濃度為10μg/mL、粒徑為10～50nm的四氧化三鐵磁性納米粒子溶液進行超聲震蕩3次，每次10分鐘，設置溫度為20攝氏度，得到分散均勻的納米粒子溶液。

步驟(2)：將2.5μL分散均勻的四氧化三鐵磁性納米粒子溶液滴于10mm×10mm云母基底上，潔凈環(huán)境下自然風干。

步驟(3)：將干燥后的磁性納米粒子樣品置于磁力顯微鏡樣品臺上，設置磁力顯微鏡的工作模式為Tapping模式，掃描樣品表面，選取一處范圍為0.4μm×0.65μm的區(qū)域作為待操縱區(qū)域，圖6(a)所示為目標區(qū)域；

步驟(4)：選取一個磁性納米粒子作為目標磁性納米粒子，如圖6(a)所示，箭頭標示的P1，P2和P3為目標磁性納米粒子，數(shù)字標識為其操縱順序。將磁力顯微鏡工作模式更換為Manipulation模式，由外向內畫螺旋線結構的操縱路徑為6圈，且結束在以該目標粒子為中心的位置。

步驟(5)：以待操縱的目標磁性納米粒子為中心，驅動沒有經過任何修飾和特殊處理的普通磁性探針接觸到云母表面。修改磁力顯微鏡操作系統(tǒng)的Setpoint值為45nN，Speed值為0.3μm/s，點擊Run運行Manipulation操作模式，由外向內以螺旋線結構作為操縱路徑趨近磁性納米粒子，并最終令磁性納米粒子粘附在磁性探針表面。

步驟(6)：驅動探針抬起，離開云母基底表面。在磁性探針趨近磁性納米粒子的過程中，磁性探針與磁性納米粒子之間相互作用力的方向隨之改變，力的大小逐漸增大；當探針接觸到粒子表面后，運動的探針施加給粒子額外的推動力和慣性力，令納米粒子與云母表面之間的粘附力減到最小。在抬起磁力探針過程中，目標磁性納米粒子被搬離原位置。

步驟(7)：操縱磁力顯微鏡工作在Tapping模式下，重新掃描0.4μm×0.65μm的目標區(qū)域，對比操縱前后的納米粒子分布圖，確認被操縱粒子是否被搬離云母表面，如圖6(b)所示為搬移磁性納米粒子P1后的結果；重復權利要求書所述步驟(4)、(5)、(6)和(7)，可將目標磁性納米粒子P2和P3先后搬離，如圖6(c)和(d)所示,(c)為將目標粒子P2搬移后的結果，(d)為將目標粒子P3搬移后的結果?？梢钥吹剑?個磁性納米粒子均已經被成功搬離原位置。

本實施方式所述的磁性納米粒子的操縱方法與現(xiàn)有方法相比操作簡單，可準確將待搬離磁性納米粒子搬離原位置。使用的探針為普通磁力探針，沒有進行修飾或其他特殊處理。采用由外向內的螺旋線結構作為操縱路徑，以環(huán)形方式接近目標磁性納米粒子，在改變磁性探針與磁性納米粒子之間相互作用力的大小及方向的同時也增加了磁性納米粒子粘附到探針表面的概率。對于納米粒子分布密度較大且雜亂無序的樣品，路徑規(guī)劃復雜，應用推、滾和滑的操縱方法難度較大、成功率低，而本實施方式所述的方法避免了路徑規(guī)劃，簡化了操縱方法，提高了操縱磁性納米粒子的靈活性和成功率。

提供以上實施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內。