Способ исследования поверхности на атомно-силовом микроскопе с помощью флуоресцентных квантовых точек



Способ исследования поверхности на атомно-силовом микроскопе с помощью флуоресцентных квантовых точек
Способ исследования поверхности на атомно-силовом микроскопе с помощью флуоресцентных квантовых точек

 


Владельцы патента RU 2631529:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области техники зондовой микроскопии. Технический результат изобретения заключается в упрощении используемой экспериментальной техники, с одной стороны, и в увеличении возможностей в исследовании физических явлений на поверхности с нанометровым пространственным разрешением (химический состав, вязкоупругие свойства, диэлектрическая проницаемость и т.д.), с другой стороны. Технический результат достигается за счет квантовой точки, закрепленной на острие иглы кантилевера и находящейся в тесном механическом контакте с исследуемым образцом. Облучение квантовой точки заставляет ее высвечивать флуоресцентное излучение. Свойства флуоресцентного излучения определяются как свойствами самой квантовой точки, так и свойствами поверхности исследуемого образца в ее окрестности. 1 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения преимущественно к измерительной технике. Оно может быть использовано, например, в материаловедении при исследовании химического состава образцов с нанометровым пространственным разрешением, фононного спектра изучаемых образцов, при исследовании закономерностей поведения наноструктур на поверхности с целью дальнейшей разработки наноустройств.

Известен способ исследования объектов, называемый флуоресцентной микроскопией. В рамках этого метода какие-то интересующие исследователя элементы (молекулы, клетки и т.д.) помечаются специфическими флуоресцентными метками. Далее объект освещается лучом лазера, заставляющего эти метки флуоресцировать. После этого может быть построено изображение исследуемого объекта по флуоресцентным меткам, которое показывает пространственное распределение интересующих исследователя элементов и то, как с течением времени это распределение меняется. Также может быть исследовано время флуоресценции, анизотропия, спектры и кинетика флуоресценции, могут быть использованы и более сложные методы анализа с использованием флуоресценции [Optical Fluorescence Microscopy: From the Spectral to the Nano Dimension Summary, ed. By A. Diaspro, Springer, 2011; Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. 1986. 488].

К недостаткам такого способа исследования с помощью флуоресценции относится:

- низкое разрешение без использования сверхразрешения;

- невозможность управлять положением флуоресцентной метки при использования сверхразрешения.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является способ возбуждения и регистрации оптических фононов в игле кантилевера атомно-силового микроскопа (АСМ), который позволяет возбуждать и регистрировать оптические фононы на острие иглы кантилевера АСМ непосредственно вблизи исследуемой поверхности, а за счет тесной механической связи острия иглы кантилевера с исследуемой поверхностью исследовать спектры оптических фононов исследуемого образца.

К недостаткам такого способа возбуждения и регистрации оптических фононов в игле кантилевера АСМ относятся:

- довольно сложная экспериментальная техника, предполагающая использование фемтосекундного лазера;

- ограниченный функционал, позволяющий экспериментатору работать только с оптическими фононами.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в упрощении используемой экспериментальной техники, с одной стороны, и в увеличении возможностей в исследовании физических явлений на поверхности с нанометровым пространственным разрешением (химический состав, вязкоупругие свойства, диэлектрическая проницаемость и т.д.), с другой стороны.

Указанный технический результат достигается тем, что способ исследования поверхности на атомно-силовом микроскопе с помощью флуоресцентных квантовых точек, включающий облучение лазером активного слоя материала, нанесенного на острие иглы кантилевера, прижатой к исследуемому образцу, возбуждение и регистрацию в нем оптических фононов, обработку полученной информации, отличается тем, что в качестве слоя материала, нанесенного на острие иглы кантилевера, служит взаимодействующая с исследуемой поверхностью квантовая точка, в которой возбуждаются электроны с помощью импульса лазерного излучения, далее с помощью регистрирующего устройства, сфокусированного на квантовой точке, регистрируется флуоресцентное излучение, которое высвечивается квантовой точкой, обрабатывают полученную информацию, и на основании характеристик флуоресцентного излучения делается вывод о свойствах среды, в которой находится квантовая точка.

В отличие от наиболее близкого аналога можно использовать квантовые точки различного состава и устройства, что позволит исследовать не только спектр оптических фононов, но и другие свойства поверхности, доступные методам флуоресцентной спектроскопии. Кроме того, при экспериментах не требуется фемтосекундный лазер.

Характер флуоресцентного излучения зависит от непосредственного окружения квантовой точки, закрепленной на острие иглы кантилевера.

Отличительным признаком предложенного способа является использование флуоресцентного излучения, генерируемого квантовой точкой, закрепленной на острие иглы кантилевера, после ее возбуждения лучом лазера. За счет механического контакта между квантовой точкой и исследуемой поверхностью свойства флуоресцентного излучения зависят от свойств поверхности. Благодаря тому что квантовая точка размещена на острие иглы кантилевера, появляется возможность точно позиционировать ее размещение на исследуемой поверхности.

Примеры технической реализации заявляемого метода.

Схема устройства для исследования поверхности на АСМ с помощью флуоресцентных квантовых точек изображена на рис. 1. Устройство включает лазер 1, кантилевер 2, иглу кантилевера 3, острие иглы кантилевера 4, квантовую точку 5, закрепленную на острие иглы кантилевера 4, исследуемый образец 6, систему регистрации флуоресцентного излучения 7.

Способ исследования поверхности на АСМ с помощью флуоресцентных квантовых точек реализуется следующим образом (рис. 1). Лазер 1 генерирует импульс, который возбуждает квантовую точку 5, закрепленную на острие иглы кантилевера 4 и прижатую к исследуемому образцу 6. Возбужденное состояние квантовой точки высвечивается в виде флуоресцентного излучения, которое регистрируется системой регистрации 7. Благодаря тесному механическому контакту квантовой точки 4 с исследуемым образцом 6 характеристики флуоресцентного излучения зависят от свойств поверхности, на которые настроена квантовая точка. Таким образом, изучая характеристики флуоресцентного излучения, можно изучать свойства поверхности в окрестности квантовой точки. Перемещая квантовую точку из одного места в другое с помощью кантилевера, мы можем получать изображение поверхности для соответствующего свойства, в том числе в жидкости, что может представлять особый интерес для биологических исследований.

Получение спектров флуоресцентного излучения (а также исследование его других характеристик, таких как время флуоресценции, анизотропия, спектры и кинетика и т.д.), совмещенного с 3D изображением зондового микроскопа, позволит ответить на многие актуальные вопросы физики конденсированных сред, химии, биологии, медицины.

Способ исследования поверхности на атомно-силовом микроскопе с помощью флуоресцентных квантовых точек, включающий облучение лазером активного слоя материала, нанесенного на острие иглы кантилевера, прижатой к исследуемому образцу, возбуждение и регистрацию в нем оптических фононов, обработку полученной информации, отличающийся тем, что в качестве слоя материала, нанесенного на острие иглы кантилевера, служит взаимодействующая с исследуемой поверхностью квантовая точка, в которой возбуждаются электроны с помощью импульса лазерного излучения, далее с помощью регистрирующего устройства, сфокусированного на квантовой точке, регистрируется флуоресцентное излучение, которое высвечивается квантовой точкой, обрабатывают полученную информацию и на основании характеристик флуоресцентного излучения делается вывод о свойствах среды, в которой находится квантовая точка.



 

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 точной механике и может быть использовано для сближения зонда и образца в сканирующей зондовой микроскопии. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве механического перемещения для сканирующего зондового микроскопа, содержащем основание 1, СЗМ головку 2, оснащенную первой опорой 3, второй опорой 4, третьей опорой 5, при этом первая опора 3 сопряжена с основанием 1 и снабжена первым приводом 6, установленным на СЗМ головке 2, а вторая опора 4 и третья опора 5 также сопряжены с основанием, вторая опора 4 снабжена вторым приводом 7, установленным на СЗМ головке 2, и третья опора 5 снабжена третьим приводом 8, установленным на СЗМ головке 2.

Группа изобретений относится к оборудованию для контроля рабочих параметров при бурении и может быть использована для ремонта средств передачи сигналов измерения из скважины на поверхность в процессе бурения как в горизонтальных, так и в других скважинах в процессе бурения.

Изобретение предназначено для исследования и модификации поверхности измеряемых объектов с помощью источников излучения. Сканирующее устройство локального воздействия включает образец (1) с первой (2) и второй поверхностями (3), зонд (4) с острием (5), закрепленный в модуле зонда (7), сканер (8), первый модуль перемещения (9) и блок управления (10).

Изобретение предназначено для оптической микроскопии и спектрометрии комбинационного рассеяния, люминесценции или флуоресценции с использованием зондового датчика в качестве оптической антенны.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в атомно-силовой микроскопии. Сущность изобретения заключается в том, что магнитопрозрачный кантилевер соединен с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой, вершина которой соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой с нанометровыми конусообразными порами наименьшего диаметра, которые заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка, а поверхность вершины зондирующей иглы подвижно соединена с помощью двух вложенных углеродных нанотрубок с магнитопрозрачной стеклянной сферой со сквозными нанометровыми порами малого и большого диаметра, заполненными соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей и атомно-силовой микроскопии. Магнитопрозрачный кантилевер соединен с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой, вершина которой подвижно соединена с помощью двух вложенных углеродных нанотрубок с магнитопрозрачной сферой, выполненной из стекла со сквозными нанометровыми порами малого и большого диаметра, заполненными соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка.

Использование: для комплексной диагностики физико-химических свойств наноструктурированных покрытий на основе единичных наночастиц металлов и металлооксидов. Сущность изобретения заключается в том, что образец, представляющий собой проводящую или полупроводниковую подложку с нанесенным на ее поверхность покрытием на основе единичных наночастиц металлов и металлооксидов, сканируют с помощью металлического острия сканирующего туннельного микроскопа и исследуют спектроскопически путем измерения вольт-амперных зависимостей туннельного наноконтакта с целью установления формы и размеров наночастиц, электронной структуры наночастиц, степени кристалличности наночастиц и наличия у наночастиц дефектов, после чего, не прекращая процессов сканирования и измерения вольт-амперных зависимостей туннельного наноконтакта, подвергают дозированной выдержке в газовой среде химического реагента с целью расчета адсорбционного коэффициента прилипания и установления продуктов и формы адсорбции химического реагента на поверхности наночастиц, с последующим удалением адсорбировавшегося на наночастицах покрытия реагента путем прогрева образца, причем в процессе выдержки образца в газовой среде химического реагента время сканирования выбранного участка поверхности образца и давление реагента подбирают так, чтобы их произведение составляло не более 1×10-6 торр×сек.

Изобретение относится к области техники зондовой спектроскопии, которая занимается разработкой устройств и методов для исследования спектров поверхности с нанометровым разрешением.

Изобретение относится к области формирования зондов сканирующих зондовых микроскопов и к их конструкциям, в частности кантилеверов, состоящих из консоли и иглы. Зонд для сканирующих приборов содержит кантилевер на массивном держателе и монолитный с кантилевером ус, расположенный на свободной части кантилевера.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул оксидов металлов. Указанный способ характеризуется тем, что 1 г оксида металла медленно добавляют в суспензию 3 г агар-агара в изопропаноле в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1200 об/мин, далее приливают 5 мл гексана, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Изобретение может быть использовано при получении декоративных и автомобильных лакокрасочных покрытий, антикоррозионных покрытий, при окраске пластиков, в полиграфии, в производстве красок для стекла и керамики и декоративной косметики.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов диоксида гафния, которые могут быть использованы в качестве компонентов сцинтилляционных детекторов, лазеров, иммобилизаторов нуклеиновых кислот, биосенсоров, биодатчиков.

Изобретение относится к составным частям устройств для получения полупроводниковых материалов, а именно дисперсного нитрида алюминия. Реакционная камера выполнена из жаропрочной стали, футерована нитридом алюминия, снабжена герметично соединенными с корпусом камеры средством для отвода газов и гибким трубопроводом, который выполнен с возможностью герметичного соединения со средством подачи азотсодержащих газов, и снабжена устройством нагрева, выполненным с возможностью создания градиента температуры вдоль реакционной камеры.

В изобретении представлена методика (способ) инициации образования пор в полимерном материале, который содержит термопластичную композицию. Термопластичная композиция содержит добавки микровключения и нановключения, диспергированные в непрерывной фазе, которая включает матричный полимер.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул сухого экстракта шиповника. Указанный способ характеризуется тем, что в качестве оболочки нанокапсул используется каррагинан, при этом сухой экстракт шиповника диспергируют в суспензию каррагинана в толуоле в присутствии препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1300 об/мин, затем приливают 5 мл метиленхлорида, после чего выпавший осадок отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение сухого экстракта шиповника к каррагинану составляет 1:1, 1:3 или 5:1.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул унаби в агар-агаре. Указанный способ характеризуется тем, что порошок ягод унаби диспергируют в суспензию агар-агара в метаноле в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1000 об/мин, затем приливают 10 мл толуола, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:3 или 1:1.

Изобретение относится к химической и фармацевтической промышленности и может быть использовано в медицине для лечения аллергии, астмы, дерматитов, ишемических болезней, радиационных поражений.
Группа изобретений относится к получению композиционного материала, содержащего металлическую матрицу и упрочняющие наночастицы. Способ включает подготовку смеси исходных материалов и ее механическое легирование.

Изобретение относится к защитному элементу, поглощающему энергию удара, и к защитной экипировке, содержащей этот защитный элемент. Защитный элемент содержит полимерный материал, образованный вытягиванием из термопластичной композиции.

Изобретение относится к получению сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного наночастицами серебра. Способ включает импрегнирование СВМПЭ органическим раствором наносеребра. Импрегнирование осуществляют путем введения порошкообразного СВМПЭ, предварительно пропитанного этанолом, в раствор соли серебра в этиленгликоле или метилцеллозольве, содержащий аскорбиновую кислоту в эквимолярном по отношению к соли количестве, и полученную суспензию перемешивают в течение 1,5-3 часов при температуре 20-30°С со скоростью 750-1000 об/мин, затем отфильтровывают полученный порошок и промывают его дистиллированной водой. В качестве соли серебра используют метансульфонат серебра, или трифторацетат серебра, или монохлорацетат серебра в количестве, соответствующем заданному содержанию серебра в модифицированном СВМПЭ. Обеспечивается равномерное модифицирование наночастицами серебра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 пр.
Наверх