本發(fā)明屬于手性納米粒子檢測與分選，具體涉及一種基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法。

背景技術(shù)：

1、手性是指物質(zhì)無論如何旋轉(zhuǎn)、移動都無法與其鏡像重合的特性。檢測與分選具有相反手性的物質(zhì)在化學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，對手性納米粒子進(jìn)行高效檢測與分選的需求日益增加。

2、光場同樣具有手性，當(dāng)手性粒子與手性光場相互作用時，粒子的光學(xué)響應(yīng)以及所受的光學(xué)力表現(xiàn)出明顯的光場手性依賴特性，是分子手性的一種重要檢測與表征手段。然而目前所采用的遠(yuǎn)場激發(fā)光場的光學(xué)手性產(chǎn)生的光學(xué)手性力受限于衍射極限，無法有效驅(qū)動納米尺度的手性粒子，從而無法實(shí)現(xiàn)對納米尺度手性粒子的分選。因此，對納米尺度粒子的手性檢測和分選依然存在挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選平臺及方法，用于解決納米尺度手性粒子的檢測與分選問題，該方法通過構(gòu)建介質(zhì)圓孔超表面結(jié)構(gòu)基底，其具體的結(jié)構(gòu)為在硅基底上刻蝕圓形孔，孔的深度不超過硅層的厚度，將一束圓偏振極化光垂直入射到基底上方，在結(jié)構(gòu)周圍會產(chǎn)生具有增強(qiáng)的單一光學(xué)手性分布，包含大量手性納米粒子的微流體從平臺的一側(cè)持續(xù)注入，在單一手性光學(xué)力的作用下，具有相反手性的納米粒子分別被基底吸引與排斥，從而實(shí)現(xiàn)手性納米粒子的檢測與分選。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案。

3、一方面，本發(fā)明提供了一種基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其包括如下步驟：

4、s1：基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的介質(zhì)圓孔結(jié)構(gòu)基底構(gòu)建，選擇介質(zhì)的材質(zhì)，并確定介質(zhì)的厚度、圓孔的深度以及背景介質(zhì)。

5、s2：將步驟s1構(gòu)建的介質(zhì)圓孔超表面結(jié)構(gòu)基底置于襯底上，得到基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的光學(xué)平臺；

6、s3：確定入射的圓偏振平面光的波長，并使用一束圓偏振平面光波垂直入射，在圓孔結(jié)構(gòu)周圍產(chǎn)生光學(xué)手性增強(qiáng)的光場；

7、s4：利用偶極近似法計算手性納米粒子在近場中所受的光場力，獲得不同手性納米粒子所受的光場力，利用郎之萬方程計算不同手性納米粒子在光場中的運(yùn)動軌跡，評估所述基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的光學(xué)平臺對手性納米粒子的分選能力。

8、s5：將包含大量手性納米粒子的微流體從所述基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的光學(xué)平臺的一側(cè)持續(xù)注入，進(jìn)行手性納米粒子的檢測與分選。

9、可選地，該方法還包括如下步驟：

10、s6：切換入射光的偏振態(tài)，如將左旋圓偏振光切換為右旋圓偏振光，可實(shí)現(xiàn)與s5相反的分選效果。

11、進(jìn)一步地，步驟s1包括如下子步驟：

12、s101：根據(jù)光學(xué)手性的計算公式，選擇具有產(chǎn)生強(qiáng)電場及強(qiáng)磁場的介質(zhì)材料，如選擇折射率為3.57的硅作為介質(zhì)超表面結(jié)構(gòu)的材料；

13、s102：根據(jù)光學(xué)手性分布的計算，選擇圓孔的深度為50nm，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)周圍的光學(xué)手性；

14、s103：將背景介質(zhì)選擇為水溶液。

15、進(jìn)一步地，步驟s2包括將介質(zhì)圓孔超表面結(jié)構(gòu)置于襯底、優(yōu)選二氧化硅襯底上，超表面結(jié)構(gòu)為圓形孔，選擇硅層厚度為100nm，圓孔半徑為300nm；

16、進(jìn)一步地，步驟s3包括如下子步驟:

17、s301：根據(jù)s1建立的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算不同波長圓偏振平面波垂直入射下的透過率；

18、s302：選擇透過率較低時的波長，計算此時的光學(xué)近場手性分布，獲得單一手性的增強(qiáng)光學(xué)手性分布，根據(jù)s1的參數(shù)，選擇入射光波長為1.0307μm；

19、步驟s4的目的是評估上述結(jié)構(gòu)對不同手性納米粒子的分選能力，包括不同手性納米粒子所受的光場力，結(jié)構(gòu)的捕獲勢阱，不同手性粒子在勢阱中的運(yùn)動軌跡模擬等，包括如下子步驟：

20、s401：根據(jù)s302計算得到的介質(zhì)圓孔超表面結(jié)構(gòu)基底周圍電磁場分布，利用偶極近似法計算超表面結(jié)構(gòu)附近手性納米粒子所受的光場力，再計算捕獲勢阱；

21、s402：根據(jù)s401所計算出的納米粒子所受的光學(xué)力，利用郎之萬方程計算不同手性的納米粒子的運(yùn)動軌跡。判斷手性納米粒子是否得到了有效分離。

22、進(jìn)一步地，在步驟s5中，將包含大量手性納米粒子的微流體從光學(xué)平臺的一側(cè)注入，進(jìn)行手性納米粒子的分選，具有相反手性的粒子將分別被結(jié)構(gòu)表面吸引與排斥，從而實(shí)現(xiàn)手性納米粒子分選。

23、進(jìn)一步地，可自由選擇地，在步驟s6中切換入射光的偏振態(tài)，如將左旋圓偏振光切換為右旋圓偏振光，可實(shí)現(xiàn)與步驟s5相反的分選效果。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

25、本發(fā)明提出的手性納米粒子分選與檢測平臺與方法功能性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)納米尺寸手性粒子的檢測與分選，還可控制手性納米粒子的動力學(xué)行為。

26、本發(fā)明的可擴(kuò)展性強(qiáng)，改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)不同入射波長激發(fā)，可滿足不同生物粒子的實(shí)用需求，同時可通過切換入射光的左旋與右旋狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對相反手性粒子的捕獲與吸引。相比于遠(yuǎn)場光場，近場光場可突破衍射極限，并可增強(qiáng)光場的光學(xué)手性。

技術(shù)特征：

1.一種基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其特征在于，還包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其特征在于，所述步驟s1包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其特征在于，所述步驟s3包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其特征在于，所述步驟s4包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其特征在于，在步驟s101中，選擇折射率為3.57的硅作為介質(zhì)圓孔超表面結(jié)構(gòu)基底的介質(zhì)材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其特征在于，選擇硅層厚度為100nm，圓孔半徑為300nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其特征在于，在步驟s102中，將圓孔的深度選擇為50nm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，其特征在于，所述襯底為二氧化硅襯底。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于近場光學(xué)手性增強(qiáng)的手性納米粒子分選方法，該方法通過構(gòu)建介質(zhì)圓孔超表面結(jié)構(gòu)基底，其具體的結(jié)構(gòu)為在硅基底上刻蝕圓形孔，將一束圓偏振極化光垂直入射到基底上方，在結(jié)構(gòu)周圍會產(chǎn)生具有增強(qiáng)的單一光學(xué)手性分布，包含大量手性納米粒子的微流體從平臺的一側(cè)持續(xù)注入，在單一手性光學(xué)力的作用下，具有相反手性的納米粒子分別被基底吸引與排斥，從而實(shí)現(xiàn)手性納米粒子的檢測與分選。本發(fā)明提出的手性納米粒子分選方法功能性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)納米尺寸手性粒子的檢測與分選，還可控制手性粒子的動力學(xué)行為。本發(fā)明的可擴(kuò)展性強(qiáng)，改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)不同入射波長激發(fā)，可滿足不同生物粒子的實(shí)用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：盧凡凡,張佳晨,張文定,張顏艷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22