Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка



Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка
Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка

 


Владельцы патента RU 2541422:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур. Сущность изобретения заключается в том, что кантилевер соединен с зондирующей иглой, вершина которой соединена со сферой, выполненной из стекла с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным полимерным слоем, прозрачным для длины внешнего электромагнитного источника излучения и длины волны со стоксовым сдвигом, генерируемой квантовыми точками структуры ядро-оболочка. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур.

Известен зонд атомно-силового микроскопа для измерения модуля упругости (модуля Юнга) биологических объектов и предотвращения повреждения их поверхности, состоящий из кантилевера с прикрепленной зондовой иглой, на вершине которой закреплен шарик диаметром 5 мкм [1].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки.

Наиболее близким по технической сущности является зонд атомно-силового микроскопа для механического определения упругости (модуля Юнга) клеток крови, состоящий из кантилевера с прикрепленной зондирующей иглой, на вершине которой закреплена полая полимерная микросфера диаметром 10 мкм [2].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки.

Отличие предлагаемого технического решения от изложенных выше заключается в использовании нанокомпозитного излучающего элемента в виде стеклянной сферы легированной квантовыми точками структуры ядро-оболочка, закрепленной на вершине зондирующей иглы, что позволяет осуществить оптомеханические исследования наноразмерных структур материалов с оптомеханическими свойствами и биологических объектов с фотобиологическими свойствами.

Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки.

Технический результат предложенного изобретения достигается совокупностью существенных признаков, а именно: зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка, включающий кантилевер, соединенный с зондирующей иглой с нанометровым радиусом кривизны вершины, которая соединена со сферой, выполненной из стекла с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, количество которых больше двух, и определяется диаметром сферы и количеством пор, способных разместить квантовые точки без выхода их оболочек за периметр окружности сферы, причем сфера крепится к зонду за счет жесткой посадки вершины зондирующей иглы с нанометровым радиусом кривизны в одну из пор стеклянной сферы с нанометровыми порами, остальные поры с заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка покрыты защитным полимерным слоем, прозрачным для длины волны внешнего электромагнитного источника возбуждения квантовых точек структуры ядро-оболочка и длины волны со стоксовым сдвигом генерируемой квантовыми точками структуры ядро-оболочка, внешний источник возбуждения квантовых точек закреплен у основания кантилевера и его излучение ориентированно на центр стеклянной сферы с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, где представлен зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка, (выносной элемент A представлен на фиг 2). На фиг.2 представлен выносной элемент A (10:1) в увеличенном масштабе и в разрезе, поясняющий конструкцию зонда атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка.

Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка (фиг.1) состоит из: кантилевера 1, соединенного с зондирующей иглой 2, на вершине которой закреплена стеклянная сфера 3 с нанометровыми порами 4, легированными квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка, возбуждение которых осуществляется внешним электромагнитным источником возбуждения квантовых точек 6 (например, лазерным диодом), расположенным у основания кантилевера 1 с направлением излучения ориентированным на центр стеклянной сферы 3, также на фиг.1 представлена подложка 7 с размещенным на ней диагностируемым объектом 8 в момент соприкосновения ее со сферой 3 (элементы 4, 5, 8 приведены в увеличенном масштабе на фиг.2).

На выносном элементе A (10:1) фиг.2 представлены элементы в разрезе, где стеклянная сфера 3 с нанометровыми порами 4, заполненными квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка, в одной из нанометровых пор 4 стеклянной сферы 3 жестко закреплена вершина зондирующей иглы 2, под стеклянной сферой 3 расположена подложка 7 с диагностируемым объектом 8. Минимальный диаметр стеклянной сферы 3 определяется минимальным количеством легированных квантовых точек 5 структуры ядро-оболочка, образующих в совокупности нанокомпозитный излучающий элемент, параметры электромагнитного излучения которого определяются классом диагностируемого объекта 8. Стрелками указываются направления входящего λ1 и преобразованного λ2 по длине волны излучения, где λ1 - длина волны внешнего электромагнитного излучения для возбуждения квантовых точек, вызывающих их люминесценцию, λ2 - длина волны люминесценции квантовой точки, смещенной на стоксовый сдвиг относительно длины волны λ1.

В зависимости от видов объектов диагностирования, методов диагностирования (например, диагностирование светочувствительных зрительных тканей биологических объектов) используемые для легирования квантовые точки 5 структуры ядро-оболочка могут быть как со стоксовым, так и антистоксовым сдвигом длины волны электромагнитного излучения относительно внешнего источника возбуждения 6 (т.е. длина волны λ1 больше λ2 или λ1 меньше λ2). Это условие обусловлено требованием помехозащищенности с тем, чтобы λ1 находилась вне зоны длин волн, на которые реагируют все исследуемые участки диагностируемого объекта 8, а стимулирование его осуществлялось только излучением квантовых точек 5 структуры ядро-оболочка с длиной волны λ2, которая вызывает изменение модуля упругости отдельных локальных участков диагностируемого объекта 8 в непосредственной близости от точки соприкосновения сферы 3 с объектом диагностирования 8.

Длина волны поглощения λ1 квантовой точкой 5 структуры ядро-оболочка и длина волны излучения λ2 квантовой точки 5 структуры ядро-оболочка определяется ее диаметром (в основном от 2 до 20 нанометров), сочетанием материала ядра и материала оболочки, их процентным соотношением, спектром пропускания защитной прозрачной полимерной пленки и технологией изготовления самой квантовой точки структуры ядро-оболочка. Длина волны электромагнитного излучения квантовых точек, направленная на объект диагностирования, может находиться как в оптическом диапазоне, так и за его пределами, от ультрафиолетового до инфракрасного излучения.

Ядро квантовой точки 5 структуры ядро-оболочка может, например, включать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe, CdSeTe, CdZnS, PbSe, AgInZnS и ZnO, но не ограничивается ими. Оболочка квантовой точки 5 структуры ядро-оболочка может включать в себя по крайней мере один материал, выбранный из группы, состоящей из CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, TiO, SrSe и HgSe, но этими вариантами не ограничивается.

Для осуществления изобретения кроме классических квантовых точек структуры ядро-оболочка могут быть использованы и ядро-многооболочные квантовые точки [3].

Изготовление нанокомпозитного излучающего элемента осуществляется легированием стеклянной сферы 3, квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка и выполняется за счет проникновения квантовых точек в наноразмерные поры 4 стеклянной сферы 3. Например, процесс легирования может осуществляется по технологии известного метода, за счет погружения элемента из стекла с нанометровыми порами в раствор из двух или более квантовых точек с последующей сушкой на воздухе и заполнением оставшихся между квантовыми точками пустот смолой [4].

Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка, работает следующим образом: кантилевер 1 с зондирующей иглой 2 подводится к объекту диагностирования 8, расположенному на подложке 7, и надавливает на него, получая данные об упругих свойствах объекта диагностирования 8, до включения и после включения внешнего источника возбуждения 6 квантовых точек с длиной волны λ1. В результате квантовые точки 5 возбуждают поверхность диагностируемого объекта 8 длиной волны λ2, определенной в зависимости от выбранного материала квантовой точки 5 и соотношения диаметра ядра к толщине окружающей его оболочки. В зависимости от требуемых режимов диагностирование может проходить как в непрерывном режиме люминесценции, так и в импульсном режиме флуоресценции (т.е. освещение локального участка объекта диагностирования только излучением λ2 квантовых точек в интервале, равном времени их флуоресценции, после выключения внешнего оптического источника 6 с целью исключения посторонних засветок и помех).

Предложенная конструкция зонда с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка, также обеспечивает при сканировании поверхности объекта диагностики атомно-силовым микроскопом возможность осуществления съема топологического распределения корреляции изменения модуля Юнга в зависимости от стимулирующего воздействия определенной длины волны электромагнитного излучения на каждую точку с координатами X, Y, непосредственно расположенную под излучающей сферой. Это позволяет обнаружить и исследовать отдельные светочувствительные участки биологических объектов и наноструктур, изменяющие свои механические свойства и размеры под действием точечного электромагнитного излучения, что ранее невозможно было осуществить с известными зондами.

Источники информации

1. Д.В. Лебедев, А.П. Чукланов, А.А. Бухараев, О.С.Дружинина. Измерение модуля Юнга биологических объектов в жидкой среде с помощью специального зонда атомно-силового микроскопа // Письма в ЖТФ. - 2009 - Т.35. Вып.8 - С.54-61.

2. Патент RU 2466401 C1, 10.11.2012, G01N 33/49. Способ определения упругости клеток крови.

3. Patent Application Publication Pub. No.: US 20120315391 A1 Pub. Date: Dec. 13, 2012, QUANTUM DOTS HAVING COMPOSITION GRADIENT SHELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF.

4. Patent Application Publication Pub. No.: US 20130011551 A1 Pub. Date: Jan. 10, 2013, QUANTUM DOT-GLASS COMPOSITE LUMINESCENT MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF.

1. Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка, включающий кантилевер, соединенный с зондирующей иглой с нанометровым радиусом кривизны вершины, которая соединена со сферой, отличающийся тем, что сфера выполнена из стекла с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, количество которых больше двух, и определяется диаметром сферы и количеством пор, способных разместить квантовые точки без выхода их оболочек за периметр окружности сферы, причем сфера крепится к зонду за счет жесткой посадки вершины зондирующей иглы с нанометровым радиусом кривизны в одну из пор стеклянной сферы с нанометровыми порами, остальные поры с заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка покрыты защитным полимерным слоем, прозрачным для длины волны внешнего электромагнитного источника возбуждения квантовых точек структуры ядро-оболочка и длины волны со стоксовым сдвигом, генерируемой квантовыми точками структуры ядро-оболочка.

2. Зонд по п.1, отличающийся тем, что внешний источник возбуждения квантовых точек закреплен у основания кантилевера и его излучение ориентированно на центр стеклянной сферы с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой зонд на основе полевого транзистора с наноразмерным каналом и может быть использовано при определении физико-химических и электрических параметров наноразмерных объектов физической, химической и биологической природы.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа, и может быть использовано для определения изменения рельефа, линейных размеров и физических характеристик поверхности объекта при пропускании электрического тока.

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии. Микроскоп с устройством включает платформу (1), держатель образца (2) с образцом (3), установленные на сканирующем устройстве (4), сопряженном с платформой (1), блок сближения (5), систему регистрации (6), состоящую из источника излучения (7) и фотоприемника (8), многозондовый датчик контурного типа (9), содержащий основание (10) с гибкими консолями (15), остриями (16, 17) и первый установочный модуль (18), закрепленный посредством второго установочного модуля (19) на захвате (20), сопряженном с приводом вращения (21), соединенным с платформой (1), а также блок управления (30) и модуль ориентации по углу (25), сопряженный с захватом (20).

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и профилометрии, и может быть использовано для калибровки профилометров и сканирующих зондовых микроскопов в плоскости.

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и профилометрии и может быть использовано для калибровки профилометров и сканирующих зондовых микроскопов в трех измерениях.

Система оптического зонда имеет зонд с оптической направляющей (G) с дистальным концом. Оптическая направляющая (G) устанавливается в корпусе (H), так чтобы дистальный конец мог перемещаться относительно корпуса (H).

Изобретение относится к области прецизионной наноэлектроники. Способ контролируемого роста квантовых точек (КТ) из коллоидного золота в системе совмещенного АСМ/СТМ заключается в выращивании КТ при отрицательном приложенном напряжении между иглой кантилевера совмещенного АСМ/СТМ и проводящей подложкой, причем в процессе роста КТ периодически переключают полярность внешнего напряжения с отрицательной на положительную и фиксируют единичный пик на туннельной ВАХ при определенном значении приложенного напряжения из диапазона значений от 1 до 5 В.

Сканирующий зондовый микроскоп включает в себя первый и второй зонды для сканирования образца при поддержании расстояния до поверхности образца, кварцевые резонаторы, удерживающие каждый из первого и второго зондов, и модулирующий генератор для обеспечения вибрации определенной частоты первого зонда, которая отличается от резонансной частоты каждого кварцевого резонатора.

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для замкнутого цикла производства и измерения новых изделий наноэлектроники. Нанотехнологический комплекс включает робот-раздатчик с возможностью осевого вращения, сопряженный с камерой загрузки образцов и модулем локального воздействия, а также измерительный модуль, включающий сканирующий зондовый микроскоп, аналитическую камеру, монохроматор и источник рентгена.

Изобретение относится к полупроводниковым нитридным наногетероструктурам и может быть использовано для изготовления светодиодов видимого диапазона с длиной волны 460±5 нм.
Изобретение относится к твердым топливам, которые могут быть использованы в энергетических установках и газогенераторах различного назначения. Композиция содержит нитрат аммония марки ЖВ, гуанидиниевую соль динитрамида, ортокарборан, ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтилбензол, смесь микродисперсного порошка алюминия марки АСД-6 и ультрадисперсного порошка алюминия, метилполивинилтетразол и смесевой пластификатор метилполивинилтетразола, состоящий из 1-этил-3-нитро-1,2,4-триазола и 2-этил-3-нитро-1,2,4-триазола.

Изобретение относится к получению порошков металлов газофазным методом. Варианты устройства и способа позволяют получить ультрадисперсный и наноразмерный монопорошок металла.

Изобретение является способом и относится к технологии модификации поверхностных слоев изделий из металлических материалов. Изобретение может быть использовано для модификации поверхности металлообрабатывающего инструмента и деталей машин в инструментальной, сельскохозяйственной, автомобильной, металлургической промышленности и др.
Изобретение относится к области машиностроения, к способам образования защитных покрытий на изделиях, имеющих тонкостенные и толстостенные части и выполненных из стали или титанового сплава.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности и представляет собой средство внутриклеточной доставки биологически активного высокомолекулярного соединения, содержащее высокомолекулярное соединение, выбранное из белка сыворотки молока, пептидных фрагментов белка сыворотки молока, белка вируса трансмиссивного гастроэнтерита свиней, термостабильного белка туберкулина, выделенного из микобактерии Mycobacterium bovi, белка M1 вируса гриппа штамма PR8, белка вируса ящура VP1, наночастицы - коллоидный селен, дистиллированную воду, причем компоненты в средстве находятся в определенном соотношении в мас.%.
Изобретение относится к облегченному резинополимерному материалу для изготовления защитной одежды и способу его изготовления. Заявленный материал включает хлорсульфированный полиэтилен, наполнители (каолин, диоксид титана), антипирен (декабромдифенилоксид), вулканизующие агенты (оксид магния, оксид цинка), ускорители вулканизации (тиурам Д, каптакс), дополнительно содержит флуралит (нанополитетрафторэтилен), нанодобавку «Cloisite 30B», полихлоропрен, хлорпарафин-470, трехокись сурьмы, канифоль, смесь нефраса и этилацетата в соотношении 1:1 и текстильную основу - ткань техническую полиэфирную, или ткань хлопкополиэфирную, или стекловолоконную ткань.

Изобретение относится к пористым высококремнеземистым стеклам. Технический результат изобретения заключается в получении пористых стекол в форме массивных изделий толщиной 0,1÷2 мм с размерами кристаллитов 5÷20 нм.

Изобретение относится к способу получения пористых стекол. Технический результат изобретения заключается в получении пористого стекла с размером пор в интервале от 10 нм до 4 мкм.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано в медицине, фармацевтике, косметологии. Наночастицы платиновых металлов получают в прозрачной жидкости на водной основе 7 при разрушении мишени 6 из платинового металла или сплава кавитацией, возникающей путем доставки лазерного излучения 2, представленного в виде импульсов сфокусированного излучения лазера на парах меди 1 с величиной энергии импульса 1-5 мДж и длительностью импульса 20 нс, с частотой следования импульсов 10-15 кГц и плотностью мощности 5,7 ГВт/см2, через прозрачное дно кюветы 5 к мишени 6, помещенной в кювету 5 с прозрачной жидкостью на водной основе 7.

Изобретение относится к привитому полимеру, имитирующему адгезивный белок мидии, к способу получения привитого полимера, к диспергированным в водной среде наночастицам, коллоидному раствору и контрастному агенту. Привитой полимер представляет собой полиэтиленимин, привитый полиэтиленгликолем и полидигидроксифенилаланином (PEI-graft-(PEG; PDOPA)). Полидигидроксифенилаланин представляет собой конденсационный полимер 3,4-дигидроксифенилаланина (DOPA). Способ получения привитого полимера включает несколько стадий. На первой стадии проводят привитую сополимеризацию полиэтиленгликоля с полиэтиленимином. На второй стадии после защиты гидроксильных групп 3,4-дигидроксифенилаланина проводят синтез N-карбоксиангидрид 3,4-дигидроксифенилаланина в присутствии трифосгена в качестве катализатора. Далее проводят реакцию полимера, полученного на первой стадии, и N-карбоксиангидрид 3,4-дигидроксифенилаланина в органическом растворителе. Коллоидный раствор содержит диспергированные в водной среде наночастицы, при этом в качестве стабилизатора дисперсии используют вышеуказанный привитой полимер. Контрастный агент для магнитно-резонансной томографии (МРТ) включает вышеуказанный коллоидный раствор. Изобретение позволяет получить биосовместимый стабилизатор, обеспечивающий устойчивую дисперсию наночастиц в водной среде, а также получить высокоэффективные наночастицы в качестве контрастного агента для МРТ. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл., 6 пр.
Наверх