本發(fā)明涉及一種基于金納米棒膠體的光流體芯片光場偏振分布的檢測方法，屬于光流體和納米尺度檢測技術領域。

背景技術：

隨著納米技術，微加工技術，生命科學等學科的不斷交叉和融合，光流體以及以光流體為核心的芯片技術，受到越來越廣泛的重視和應用。

光流體技術可以理解為光和流體在微尺度上的結合，利用光來監(jiān)控流體的性質(zhì)及利用流體來控制光子學儀器的可調(diào)性。具體應用比如表面拉曼增強檢測，應用微流體可以明顯減少樣品的用量，并且提高檢測的精度和靈敏度。

光流體技術可以用來俘獲，旋轉，組裝，移動金屬納米粒子，生物細胞，蛋白質(zhì)大分子，dna長鏈，微流泵等等，在藥理研究，進行細胞手術，操控納米機器人等等方面具有不可替代的作用。而光流體芯片可以將某一種具體功能固化，集成在某一個微小芯片上，提高穩(wěn)定性，為該技術的進一步推廣十分重要。而光的偏振特性是所有芯片設計的十分重要的參數(shù)，以微流體中的微型馬達為例，當微米甚至納米尺度的螺旋槳被一束激光用光鑷(opticaltweezer)效應俘獲以后，其旋轉是通過改變激光的偏振來進行操控的。即利用光鑷效應固定微型螺旋槳，再利用旋轉激光的偏振方向來旋轉該螺旋槳從而驅動周圍流體的流動。因此，光的偏振特性在光流體芯片中十分重要。但是，另一方面，光流體芯片不像精確設計的光波導結構，它的設計受到加工技術，微流體技術等多方面的限制，從而使得它的結構具有復雜性，多樣性。針對這種情況，解析分析光場分布甚至偏振特性是無法實現(xiàn)的，而利用建立模型，通過數(shù)值分析的手段來分析光場的偏振特性，也會十分復雜，甚至無法實現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于金納米棒膠體的光流體芯片光場偏振分布的檢測方法，使其適用于光流體芯片偏振特性檢測，儀器小型化操作簡便，能實現(xiàn)精確測量。

為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術方案：

一種基于金納米棒膠體的光流體芯片光場偏振分布的檢測方法，其特征是，包括如下步驟：

1)制備金膠以及金納米棒，準備光流體芯片，搭建測試平臺。

2)選擇合適的激光波長、入射角度以及偏振方式，選用激光作為光源；從激光器輸出的激光束入射到樣品上，激光器工作波長在可見光和紅外光范圍內(nèi)選擇；

3)固定白光偏振，改變用于俘獲納米棒的激光偏振方向，即變化激光偏振方向與白光偏振方向之間夾角；

4)保持激光方向不變，等待溶液蒸發(fā)，打開光流體芯片，測sem圖像。

進一步地，所述步驟1)中金納米棒平均長度為40nm，

進一步地，所述步驟2)中選擇的激光波長為830nm。

進一步地，所述步驟2)中選擇的激光功率在50到100mw之間。

進一步地，所述步驟2)中偏振方式可根據(jù)測量要求選定。

進一步地，所述步驟2)中激光器工作波長在可見光和紅外光范圍內(nèi)選擇。

本發(fā)明所達到的有益效果：本發(fā)明適用于光流體芯片偏振特性檢測，儀器小型化操作簡便，設計簡單，操作方便，現(xiàn)象明顯，耗時少，驗證性強，能實現(xiàn)精確測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝置示意圖；

圖2是用有限元仿真得到的納米棒周圍的強度增強示意圖；

圖3是sem測得的制備的金納米棒圖。

圖中附圖標記的含義：

1-激光器，2-偏振片，3-分束器，4-光電二極管，5-反射鏡，6-偏振器，7-暗場聚光器，8-光流體芯片，9-顯微鏡平臺。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明的裝置有激光器，偏振片，顯微鏡，分束器，光電二極管，反射鏡，光流體芯片，暗場聚光器。如圖1所示，其中激光偏振方向可由反射鏡控制，用偏振器獲得線性偏振白光光照。

本發(fā)明方法基于上述測量裝置，用一種全新的思路實現(xiàn)了光流體芯片偏振特性的檢測，具體步驟如下：

第一步：制備金膠，金納米棒平均長度約為40nm，準備光流體芯片，搭建測試平臺。

第二步：選擇合適的激光波長和入射角度以及偏振方式，選用激光作為光源。從激光器輸出的激光束入射到樣品上，工作波長可以在可見光和紅外光范圍內(nèi)選擇。偏振方式可根據(jù)測量要求選定。

本實施例中選擇激光波長為830nm,功率在50到100mw之間，固定白光偏振，改變激光偏振方向與白光偏振方向之間夾角。

第三步：固定白光偏振，改變用于俘獲納米棒的激光偏振方向，也就是變化激光偏振方向與白光偏振方向之間夾角(調(diào)節(jié)反射鏡方向)，使白光偏振方向最終平行于激光偏振方向。

旋轉俘獲光束的偏振方向，即當夾角減小的時候，暗場中的光點越來越亮，散射峰的強度也相應增強。這說明納米棒的長軸逐漸變得和白光偏振方向重合。也就是說納米棒傾向于沿激光偏振方向排列，從而使光學勢能最小化。

當白光偏振方向垂直于激光偏振方向時，一個光點會出現(xiàn)在暗場中；當白光偏振方向逐漸平行于激光偏振方向時，光點顏色變化，譜線紅移，相應的峰值變大。這表明極化的局域等離激元平行于納米棒的長軸。同時這些結果說明被俘獲的納米棒平行于激光偏振。

當納米棒與激光偏振方向對齊時，極化很強，相當于一個電偶極子。而電偶極子總是沿電場方向即偏振方向。當納米棒與激光偏振方向對齊時，納米棒端點的極化最強。波長越長，納米棒端點的極化越明顯。如附圖2所示。

第四步：保持激光方向不變，等待溶液蒸發(fā)，打開光流體芯片，測sem圖像。發(fā)現(xiàn)納米棒與激光偏振方向對齊。

圖2用有限元仿真得到的納米棒周圍的強度增強示意圖。圖中由a到d，激光波長分別為400nm,500nm,600nm,700nm.粒子長度為50nm,寬度為10nm。圖中箭頭指明了激發(fā)光場的偏振方向。由圖中可見，當粒子的朝向與光的偏振方向一致的時候，粒子的極化場很強，而當粒子的轉向與偏振方向垂直的時候，粒子的極化場很弱。根據(jù)電子學原理，一個電偶極子在電場中，總會使自己與電場偏振方向一致，因此可以得知，金屬棒粒子與偏振方向一致的時候，整個系統(tǒng)的能量更低，系統(tǒng)更加穩(wěn)定，所以金屬棒粒子總會使自己的轉向與它所處位置的光場的偏振方向一致。

波長越長，當納米棒與激光偏振方向對齊時，相應的納米棒端點的極化越明顯；而納米棒與激光偏振方向垂直時，極化很弱。

圖3為sem測得的制備的金納米棒圖。

制備金納米棒采用現(xiàn)有的方法，分為兩步：第一步主要是利用少量的強還原劑nabh4還原au³⁺成形貌均勻尺寸微小的au單晶晶種；第二步則是在含有au³⁺的生長溶液中加入第一步生長的單晶au種子，同時利用弱還原劑aa使au³⁺還原成au⁺，再與晶種結合，au⁺在已經(jīng)形成的晶種上被進一步還原而生長成au顆粒。

本方案能夠將由原先的建模計算模場情況和偏振信息，轉為觀察激光偏振與粒子頻譜紅移情況從而得到一般光流體中的偏振信息，大大地提高偏振信息的準確度和降低獲取的難度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。