基于金纳米棒胶体的光流体芯片光场偏振分布的检测方法与流程

本发明涉及一种基于金纳米棒胶体的光流体芯片光场偏振分布的检测方法，属于光流体和纳米尺度检测技术领域。

背景技术：

随着纳米技术，微加工技术，生命科学等学科的不断交叉和融合，光流体以及以光流体为核心的芯片技术，受到越来越广泛的重视和应用。

光流体技术可以理解为光和流体在微尺度上的结合，利用光来监控流体的性质及利用流体来控制光子学仪器的可调性。具体应用比如表面拉曼增强检测，应用微流体可以明显减少样品的用量，并且提高检测的精度和灵敏度。

光流体技术可以用来俘获，旋转，组装，移动金属纳米粒子，生物细胞，蛋白质大分子，dna长链，微流泵等等，在药理研究，进行细胞手术，操控纳米机器人等等方面具有不可替代的作用。而光流体芯片可以将某一种具体功能固化，集成在某一个微小芯片上，提高稳定性，为该技术的进一步推广十分重要。而光的偏振特性是所有芯片设计的十分重要的参数，以微流体中的微型马达为例，当微米甚至纳米尺度的螺旋桨被一束激光用光镊(opticaltweezer)效应俘获以后，其旋转是通过改变激光的偏振来进行操控的。即利用光镊效应固定微型螺旋桨，再利用旋转激光的偏振方向来旋转该螺旋桨从而驱动周围流体的流动。因此，光的偏振特性在光流体芯片中十分重要。但是，另一方面，光流体芯片不像精确设计的光波导结构，它的设计受到加工技术，微流体技术等多方面的限制，从而使得它的结构具有复杂性，多样性。针对这种情况，解析分析光场分布甚至偏振特性是无法实现的，而利用建立模型，通过数值分析的手段来分析光场的偏振特性，也会十分复杂，甚至无法实现。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于金纳米棒胶体的光流体芯片光场偏振分布的检测方法，使其适用于光流体芯片偏振特性检测，仪器小型化操作简便，能实现精确测量。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于金纳米棒胶体的光流体芯片光场偏振分布的检测方法，其特征是，包括如下步骤：

1)制备金胶以及金纳米棒，准备光流体芯片，搭建测试平台。

2)选择合适的激光波长、入射角度以及偏振方式，选用激光作为光源；从激光器输出的激光束入射到样品上，激光器工作波长在可见光和红外光范围内选择；

3)固定白光偏振，改变用于俘获纳米棒的激光偏振方向，即变化激光偏振方向与白光偏振方向之间夹角；

4)保持激光方向不变，等待溶液蒸发，打开光流体芯片，测sem图像。

进一步地，所述步骤1)中金纳米棒平均长度为40nm，

进一步地，所述步骤2)中选择的激光波长为830nm。

进一步地，所述步骤2)中选择的激光功率在50到100mw之间。

进一步地，所述步骤2)中偏振方式可根据测量要求选定。

进一步地，所述步骤2)中激光器工作波长在可见光和红外光范围内选择。

本发明所达到的有益效果：本发明适用于光流体芯片偏振特性检测，仪器小型化操作简便，设计简单，操作方便，现象明显，耗时少，验证性强，能实现精确测量。

附图说明

图1是本发明的装置示意图；

图2是用有限元仿真得到的纳米棒周围的强度增强示意图；

图3是sem测得的制备的金纳米棒图。

图中附图标记的含义：

1-激光器，2-偏振片，3-分束器，4-光电二极管，5-反射镜，6-偏振器，7-暗场聚光器，8-光流体芯片，9-显微镜平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的装置有激光器，偏振片，显微镜，分束器，光电二极管，反射镜，光流体芯片，暗场聚光器。如图1所示，其中激光偏振方向可由反射镜控制，用偏振器获得线性偏振白光光照。

本发明方法基于上述测量装置，用一种全新的思路实现了光流体芯片偏振特性的检测，具体步骤如下：

第一步：制备金胶，金纳米棒平均长度约为40nm，准备光流体芯片，搭建测试平台。

第二步：选择合适的激光波长和入射角度以及偏振方式，选用激光作为光源。从激光器输出的激光束入射到样品上，工作波长可以在可见光和红外光范围内选择。偏振方式可根据测量要求选定。

本实施例中选择激光波长为830nm,功率在50到100mw之间，固定白光偏振，改变激光偏振方向与白光偏振方向之间夹角。

第三步：固定白光偏振，改变用于俘获纳米棒的激光偏振方向，也就是变化激光偏振方向与白光偏振方向之间夹角(调节反射镜方向)，使白光偏振方向最终平行于激光偏振方向。

旋转俘获光束的偏振方向，即当夹角减小的时候，暗场中的光点越来越亮，散射峰的强度也相应增强。这说明纳米棒的长轴逐渐变得和白光偏振方向重合。也就是说纳米棒倾向于沿激光偏振方向排列，从而使光学势能最小化。

当白光偏振方向垂直于激光偏振方向时，一个光点会出现在暗场中；当白光偏振方向逐渐平行于激光偏振方向时，光点颜色变化，谱线红移，相应的峰值变大。这表明极化的局域等离激元平行于纳米棒的长轴。同时这些结果说明被俘获的纳米棒平行于激光偏振。

当纳米棒与激光偏振方向对齐时，极化很强，相当于一个电偶极子。而电偶极子总是沿电场方向即偏振方向。当纳米棒与激光偏振方向对齐时，纳米棒端点的极化最强。波长越长，纳米棒端点的极化越明显。如附图2所示。

第四步：保持激光方向不变，等待溶液蒸发，打开光流体芯片，测sem图像。发现纳米棒与激光偏振方向对齐。

图2用有限元仿真得到的纳米棒周围的强度增强示意图。图中由a到d，激光波长分别为400nm,500nm,600nm,700nm.粒子长度为50nm,宽度为10nm。图中箭头指明了激发光场的偏振方向。由图中可见，当粒子的朝向与光的偏振方向一致的时候，粒子的极化场很强，而当粒子的转向与偏振方向垂直的时候，粒子的极化场很弱。根据电子学原理，一个电偶极子在电场中，总会使自己与电场偏振方向一致，因此可以得知，金属棒粒子与偏振方向一致的时候，整个系统的能量更低，系统更加稳定，所以金属棒粒子总会使自己的转向与它所处位置的光场的偏振方向一致。

波长越长，当纳米棒与激光偏振方向对齐时，相应的纳米棒端点的极化越明显；而纳米棒与激光偏振方向垂直时，极化很弱。

图3为sem测得的制备的金纳米棒图。

制备金纳米棒采用现有的方法，分为两步：第一步主要是利用少量的强还原剂nabh4还原au³⁺成形貌均匀尺寸微小的au单晶晶种；第二步则是在含有au³⁺的生长溶液中加入第一步生长的单晶au种子，同时利用弱还原剂aa使au³⁺还原成au⁺，再与晶种结合，au⁺在已经形成的晶种上被进一步还原而生长成au颗粒。

本方案能够将由原先的建模计算模场情况和偏振信息，转为观察激光偏振与粒子频谱红移情况从而得到一般光流体中的偏振信息，大大地提高偏振信息的准确度和降低获取的难度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。