本發(fā)明涉及光鑷，具體涉及一種用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)及其制備方法與應用。

背景技術：

1、光鑷技術是一種經(jīng)典的微納米尺寸顆粒或細胞的操控技術，通過聚焦光場構(gòu)成三維勢阱以直接捕獲微小顆粒，在光鑷捕獲的過程中，由于材料吸收光能發(fā)生光熱效應，在激光焦點處形成了一個非均勻溫度場，若不加以控制，會造成溶液內(nèi)部布朗運動加劇，捕獲穩(wěn)定性降低。熱泳光鑷是利用光熱效應產(chǎn)生熱場分布，受熱梯度和樣品索瑞特（soret）系數(shù)的共同作用，將光熱效應轉(zhuǎn)化為樣品捕獲的一大助力，產(chǎn)生比純光場更強大的捕獲力，因此生成熱場也十分重要。

2、現(xiàn)有技術中，一般在玻璃表面鍍薄金納米膜形成熱場，但其在波長大于500nm時，吸收率直線下降，在紅外波段吸收率不到0.04，這意味著以金膜作為基底的熱泳光鑷的光源波段受到了極大的限制，導致熱場的強度分布不夠強，難以實現(xiàn)大范圍多目標的高精度操控。

3、因此，如何對上述膜結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化，使其具有梯度更大、更為穩(wěn)定的熱梯度場，在不同的激光波長下完成對樣品的高效熱泳光鑷捕獲，是本領域亟需解決的技術問題之一。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)，使其具有梯度更大、更為穩(wěn)定的熱梯度場，在不同的激光波長下完成對樣品的高效熱泳光鑷捕獲。

2、本發(fā)明還提供一種上述復合膜結(jié)構(gòu)的制備方法。

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)，所述復合膜結(jié)構(gòu)從下往上依次為包括基底、鉻膜層和二氧化硅膜層。

4、在一種可選的實施方式中，所述鉻膜層的厚度為10nm-15nm。

5、在一種可選的實施方式中，所述二氧化硅膜層的厚度為25nm-30nm。

6、在一種可選的實施方式中，所述基底包括玻片。

7、第二方面，本發(fā)明還提供了一種上述的復合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

8、（1）在基底表面進行一次鍍膜，沉積得到鉻膜層；

9、（2）通過一次射頻磁控濺射在所述鉻膜層沉積二氧化硅膜層。

10、在一種可選的實施方式中，所述一次鍍膜方式包括蒸鍍、二次射頻磁控濺射中的至少一種。

11、在一種可選的實施方式中，所述蒸鍍步驟是在真空下進行的，真空度≤10-1pa。

12、在一種可選的實施方式中，所述蒸鍍步驟的電流為25a-30a。

13、在一種可選的實施方式中，所述二次射頻磁控濺射的功率為120w-130w。

14、在一種可選的實施方式中，所述一次射頻磁控濺射的功率為115w-120w。

15、在一種可選的實施方式中，在所述基底蒸鍍前，還包括一次清洗和干燥步驟。

16、在一種可選的實施方式中，在所述二次射頻磁控濺射步驟前，還包括二次清洗步驟。

17、在一種可選的實施方式中，所述干燥方式為采用惰性氣體吹干。

18、在一種可選的實施方式中，所述二次清洗方式為等離子體清洗。

19、第三方面，本發(fā)明還提供了一種上述復合膜結(jié)構(gòu)在熱泳光鑷捕獲中的應用。

20、第四方面，本發(fā)明還提供了一種光鑷裝置，包括上述復合膜結(jié)構(gòu)。

21、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有如下優(yōu)點：

22、1、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)，復合膜結(jié)構(gòu)從下往上依次為包括基底、鉻膜層和二氧化硅膜層。本發(fā)明依靠激光照射復合膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部非均勻溫度場，利用熱點附近的熱梯度場實現(xiàn)顆粒的熱泳捕獲；具體為：鉻膜材料是一種熱效應極強的材料，在紫外到近紅外波段，其吸收率均在0.3以上，高于傳統(tǒng)熱泳光鑷的金材料；同時，與金膜的導熱系數(shù)相比，鉻膜的導熱系數(shù)約為金膜的一半，意味著鉻膜的熱擴散更緩慢，可以在局部形成更強的熱梯度，在同等厚度（10nm）的情況下，鉻比金、石墨烯等常用的光熱材料利用聚焦光場產(chǎn)生的熱點溫度梯度場更強大，可以在較長波段完成顆粒的光熱捕獲；但由于六價鉻對生物體細胞具有毒性，在材料表面熱損失允許的情況下，本發(fā)明在鉻膜表面磁鍍二氧化硅膜層，可以有效隔絕樣品和鉻膜的直接接觸，防止樣品在鉻膜上粘底，在保證樣品不受到鉻膜毒性的前提下完成對樣品的熱泳光鑷捕獲和操控；同時，二氧化硅性質(zhì)穩(wěn)定，化學結(jié)構(gòu)與玻片結(jié)構(gòu)相似，不會因為熱效應的存在而產(chǎn)生過多的形變和質(zhì)變。

23、以鉻-二氧化硅基底進行光熱捕獲時，利用空間光調(diào)制器產(chǎn)生的陣列光阱（如100個或以上），可以在列陣光熱阱處進行顆粒的片上捕獲且每個點的捕獲功率小于0.1mw，在激光功率相同的情況下，能完成比金、石墨烯等襯底材料產(chǎn)生更大、更穩(wěn)定的熱梯度場以輔助更多類型的光熱捕獲。

24、2、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)，限定鉻膜層的厚度為10nm-15nm，鉻膜層太薄鉻膜熱效應太弱且未能成膜，影響后續(xù)二氧化硅的磁控濺射效果，太厚導致透光量較差。

25、3、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)，限定二氧化硅膜層的厚度為25nm-30nm，二氧化硅膜層太薄未能成膜，太厚會減弱鉻膜層的熱效應。

26、4、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，限定蒸鍍步驟的電流為25a-30a，使得鉻膜層厚度更加均勻精確。

27、5、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，一次鍍膜方式優(yōu)選為射頻磁控濺射，可以在射頻磁控濺射鍍完鉻膜后鋪設二氧化硅膜層，射頻磁控濺射是ar離子轟擊靶材，將靶材濺射出去，帶有更高的能量，可以黏附的更加牢固，膜層的純度和均勻度會更好，同時可以減少樣品污染。

28、6、本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，限定二次清潔方式為等離子體清洗，保證基底的潔凈且提高親水性，使其更容易黏附二氧化硅膜層。

技術特征：

1.一種用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復合膜結(jié)構(gòu)從下往上依次為包括基底、鉻膜層和二氧化硅膜層。

2.根據(jù)權利要求1所述的復合膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鉻膜層的厚度為10nm-15nm。

3.根據(jù)權利要求1所述的復合膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二氧化硅膜層的厚度為25nm-30nm。

4.根據(jù)權利要求1所述的復合膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基底包括玻片。

5.一種權利要求1-4任一項所述的復合膜結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述一次鍍膜方式包括蒸鍍、二次射頻磁控濺射中的至少一種；

7.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述一次射頻磁控濺射的功率為115w-120w。

8.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于，在所述基底蒸鍍前，還包括一次清洗和干燥步驟；

9.由權利要求1-4任一項所述的復合膜結(jié)構(gòu)或者權利要求5-8任一項所述的制備方法制備得到的復合膜結(jié)構(gòu)在熱泳光鑷捕獲中的應用。

10.一種光鑷裝置，其特征在于，包括權利要求1-4任一項所述的復合膜結(jié)構(gòu)或者權利要求5-8任一項所述的制備方法制備得到的復合膜結(jié)構(gòu)。

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及光鑷技術領域，公開了一種用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)及其制備方法與應用，本發(fā)明提供的用于熱泳光鑷捕獲的復合膜結(jié)構(gòu)，從下往上依次為包括基底、鉻膜層和二氧化硅膜層。本發(fā)明依靠激光照射復合膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部非均勻溫度場，利用熱點附近的熱梯度場實現(xiàn)顆粒的熱泳捕獲；以鉻?二氧化硅基底進行光熱捕獲時，利用空間光調(diào)制器產(chǎn)生陣列光阱（如100個或以上），可以在陣列光熱阱處進行顆粒的片上捕獲且每個點的捕獲功率小于0.1mW，在激光功率相同的情況下，能完成比金、石墨烯等襯底材料產(chǎn)生更大、更穩(wěn)定的熱梯度場以輔助更多類型的光熱捕獲。

技術研發(fā)人員：閔長俊,楊嘉豪,鄧如平,汪先友,張聿全,袁小聰
受保護的技術使用者：深圳大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23