RU2716861C1

RU2716861C1 - Scanning probe of atomic-force microscope with detachable remote-controlled nanocomposite radiating element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure

Info

Publication number: RU2716861C1
Application number: RU2019121734A
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Линьков; Юрий Владимирович Линьков; Павел Владимирович Линьков
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-03-17

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to a measuring technique and can be used in atomic force microscopy for diagnosing nanoscale structures. Magnetically transparent cantilever is connected to an electrically conductive magnetically transparent probing needle, the vertex of which is movably connected by means of two embedded nanotubes with a magnetically transparent detachable and autonomous functioning glass sphere with through nanosized pores, filled with upconverting nanoparticles and magnetic nanoparticles of core-shell structure, constantly located in control electromagnetic fields. Remote control of excitation of upconverting nanoparticles of nucleus-shell structure and their independent movement along coordinate Z at scanning side walls of nanowalls is carried out using two oppositely directed external excitation sources of upconverting nanoparticles and two controlled external counter-directed synchronized electromagnetic fields operating at selected wavelengths in the range of near infrared radiation.

EFFECT: technical result is possibility of nanowalls scanning along coordinate Z electromagnetic, with different optical wavelengths by exposing the walls of nanowalls with simultaneous measurement of electrical characteristics to this stimulating effect at one point of the surface of the diagnosed object with coordinates X, Y, without affecting adjacent sections.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур.The invention relates to measuring technique and can be used in probe scanning microscopy and atomic force microscopy for the diagnosis and study of nanoscale structures.

Известен сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с электропроводящей зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотрубку большего диаметра, наружная поверхность которой закреплена в магнитопрозрачной стеклянной сфере, содержащей сквозные нанометровые поры малого и большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, внешний источник магнитного поля в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП [1].A known probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, comprising a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with an electrically conductive probe needle, inserted into a small diameter nanotube that is embedded in a larger diameter nanotube the surface of which is fixed in a magnetically transparent glass sphere containing through nanometer pores of small and large diameter, core-shell structures filled with quantum dots and magnetic nanoparticles, respectively, coated with a protective opto-magnetically transparent polymer layer on the outside, an external source of excitation of quantum dots, an external source of magnetic field in the form of a flat microcoil connected to the output of the DAC [1].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности, при сканировании боковых стенок наноколодцев, осуществлять возбуждение нанокомпозитного излучающего элемента наиболее безопасным для биотканей, ближним инфракрасным излучением, обладающим наибольшей глубиной проникновения в биоткань при диагностировании биологических объектов в оптическом диапазоне длин волн.A disadvantage of the known technical solution is the lack of the ability, when scanning the side walls of nanowells, to excite the nanocomposite emitting element with the most safe for biological tissues, near infrared radiation, which has the greatest penetration depth into biological tissue when diagnosing biological objects in the optical wavelength range.

Наиболее близким по технической сущности является сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с электропроводящей зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотрубку большего диаметра, наружная поверхность которой закреплена в магнитопрозрачной стеклянной сфере, содержащей сквозные нанометровые поры малого и большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами с одинаковым направлением ориентации полюсов, структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем. Включающий также синхронизированную, с перемещаемой электропроводящей зондирующей иглой С-образную синхронно-центрирующею скобу, на которой закреплены и направлены на центр магнитопрозрачной стеклянной сферы первый и второй внешние источники возбуждения квантовых точек, первый и второй внешние источники магнитного поля в виде первой и второй, плоских микрокатушек, размещенных на оптомагнитопрозрачных подложках и соединенных с выходами первого и второго ЦАП [2].The closest in technical essence is a scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with an electrically conductive probe, threaded into a small carbon nanotube embedded in a larger diameter nanotube, the outer surface of which is fixed in a magnetically transparent glass sphere D containing small through-pores and nanometer large diameter, filled respectively quantum dots and magnetic nanoparticles with the same direction of orientation of the poles, the core-shell structure, the outer side covered with a protective polymer layer optomagnitoprozrachnym. It also includes a synchronized, with a movable conductive probe needle, a C-shaped synchronously-centering bracket on which the first and second external sources of excitation of quantum dots are fixed and directed to the center of the magnetically transparent glass sphere, the first and second external sources of magnetic field in the form of the first and second, flat microcoils placed on opto-magnetically transparent substrates and connected to the outputs of the first and second DACs [2].

Отличие предлагаемого технического решения от изложенных выше решений заключается в том, что в сквозные нанометровые поры малого диаметра магнитопрозрачной стеклянной сферы введены апконвертирующие наночастицы, заменяющие квантовые точки, возбуждаемые ультрафиолетовым светом. Для возбуждения апконвертирующих наночастиц, введены первый и второй внешние источники возбуждения апконвертирующих наночастиц работающие на различных выделенных длинах волн в диапазоне ближнего инфракрасного света, что позволяет снизить или исключить радиационную нагрузку цитотоксичного ультрафиолетового излучения на исследуемые живые биологические клеточные культуры. Введение апконвертирующих наночастиц, возбуждаемых ближним инфракрасным светом, позволило увеличить глубину исследования наноколодцев до глубины 4-7 мм за счет минимального поглощения большинством биомолекул ближнего инфракрасного света в диапазоне длин волн от 700-1100 нм в «окне прозрачности» биоткани, а использование двунаправленного встречного возбуждения апконвертирующих наночастиц позволило увеличить глубину исследования изогнутых (волнообразных) наноколодцев в два раза, до 8-14 мм и уменьшить эффекты фотоповреждения биоткани. Это также позволило осуществить сканирование боковых стенок наноколодцев на разных длинах волн, полученных в результате антистоксового сдвига относительно различных выделенных длин волн возбуждения апконвертирующих наночастиц.The difference between the proposed technical solution and the above solutions is that up-converting nanoparticles are introduced into the through nanometer pores of a small diameter magnetically transparent glass sphere, replacing quantum dots excited by ultraviolet light. To excite upconverting nanoparticles, the first and second external excitation sources of upconverting nanoparticles operating at different selected wavelengths in the near infrared range are introduced, which allows reducing or eliminating the radiation load of cytotoxic ultraviolet radiation on living biological cell cultures under study. The introduction of up-converting nanoparticles excited by near infrared light made it possible to increase the depth of research of nanowells to a depth of 4-7 mm due to the minimum absorption of near infrared light by most biomolecules in the wavelength range from 700-1100 nm in the transparency window of biological tissue, and the use of bidirectional counter-excitation upconverting nanoparticles allowed to increase the depth of study of curved (wave-like) nanowells twice, up to 8-14 mm and to reduce the effects of photodamage of biological tissue. This also made it possible to scan the side walls of the nanowells at different wavelengths obtained as a result of the anti-Stokes shift with respect to different isolated excitation wavelengths of the converting nanoparticles.

Техническим результатом является возможность осуществления возбуждения нанокомпозитного излучающего элемента наиболее безопасным ближним инфракрасным излучением, обладающим наибольшей глубиной проникновения в биоткань при сканировании боковых стенок наноколодцев диагностируемых биологических объектов в оптическом диапазоне длин волн.The technical result is the possibility of exciting the nanocomposite emitting element with the safest near infrared radiation having the greatest penetration depth into the biological tissue when scanning the side walls of the nanowells of diagnosed biological objects in the optical wavelength range.

Технический результат предложенного изобретения достигается совокупностью существенных признаков, а именно: сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с электропроводящей зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотрубку большего диаметра, наружная поверхность которой закреплена в магнитопрозрачной стеклянной сфере, содержащей сквозные нанометровые поры, из которых сквозные нанометровые поры большого диаметра заполнены магнитными наночастицами с одинаковым направлением ориентации полюсов, структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, синхронизированную с перемещаемой электропроводящей зондирующей иглой С-образную синхронно-центрирующею скобу, на которой закреплены и направлены на центр магнитопрозрачной стеклянной сферы первый и второй внешние источники магнитного поля в виде первой и второй плоских микрокатушек, размещенных на оптомагнитопрозрачных подложках и соединенных с выходами первого и второго ЦАП, апконвертирующие наночастицы структуры ядро-оболочка, диаметр которых меньше диаметра магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, первый и второй внешние источники возбуждения апконвертирующих наночастиц, излучающие различные выделенные длины волн в диапазоне ближнего инфракрасного излучения, закрепленные на противоположных сторонах С-образной синхронно-центрирующей скобы и оптические оси которых направлены на центр магнитопрозрачной стеклянной сферы, сквозные нанометровые поры малого диаметра которой заполнены апконвертирующими наночастицами структуры ядро-оболочка, без выхода их оболочек за сферическую поверхность магнитопрозрачной стеклянной сферы.The technical result of the proposed invention is achieved by a combination of essential features, namely: a scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with an electrically conductive conducting probe small diameter nanotube, which is embedded in a larger diameter nanotube, the outer surface the core of which is fixed in a magnetically transparent glass sphere containing through nanometer pores, of which through nanometer through pores of large diameter are filled with magnetic nanoparticles with the same direction of pole orientation, the core-shell structure coated on the outside with a protective optically magnetically transparent polymer layer, synchronized with a movable conductive probe needle C -shaped synchronous-centering bracket on which are fixed and directed to the center of the magnetically transparent glass sphere ne first and second external magnetic field sources in the form of the first and second flat microcoils placed on optically magnetically transparent substrates and connected to the outputs of the first and second DACs, up-converting nanoparticles of the core-shell structure, the diameter of which is smaller than the diameter of the magnetic nanoparticles of the core-shell structure, the first and second external excitation sources of converting nanoparticles emitting various selected wavelengths in the range of near infrared radiation, mounted on opposite sides in a C-shape synchronously-centering clamps and optical axes which are directed to the center magnitoprozrachnoy glass spheres, nano-sized pores through which the small diameter filled apkonvertiruyuschimi nanoparticle core-shell structure, without departing from their shells for magnitoprozrachnoy spherical surface of the glass sphere.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где представлен сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка. На фиг. 2 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и в разрезе, поясняющий конструкцию сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка. На фиг. 3 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и в разрезе в период автономного функционирования отделяемого телеуправляемого нанокомпозитного излучающего элемента сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка.The invention is illustrated in FIG. 1, which presents a scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure. In FIG. Figure 2 shows an extension element A (10: 1) on an enlarged scale and in section, illustrating the construction of a scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of a core-shell structure. In FIG. Figure 3 shows the extension element A (10: 1) on an enlarged scale and in section during the autonomous operation of a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element of a scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with inverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure.

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка фиг. 1, включает магнитопрозрачный кантилевер 1, соединенный с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, магнитопрозрачную стеклянную сферу 3 со сквозными нанометровыми порами малого 4 диаметра, и со сквозными нанометровыми порами большого 5 диаметра, апконвертирующие наночастицы 6 структуры ядро-оболочка, магнитные 7 наночастицы структуры ядро-оболочка, двухслойную углеродную нанотрубку 8, состоящею из вложенной одна в другую внутреннею углеродную нанотрубку малого диаметра 9, внешнею углеродную нанотрубку большего диаметра 10, первую плоскую 11 микрокатушку, вторую плоскую 12 микрокатушку, первый цифро-аналоговой преобразователь (ЦАП) 13, второй цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 14, первый внешний источник возбуждения апконвертирующих наночастиц 15, второй внешний источник возбуждения апконвертирующих наночастиц 16, С-образную синхронно-центрирующею магнитопрозрачную скобу 17. Также на фиг. 1 представлена оптомагнитопрозрачная подложка 18 с размещенным на ней диагностируемым объектом 19, содержащим наноколодцы, заполненные электропроводяцей жидкостью в момент соприкосновения его с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2. Элементы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 приведены в увеличенном масштабе на фиг. 2 и фиг. 3.A scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure of FIG. 1 includes a magnetically transparent cantilever 1 connected to an electrically conductive magnetically transparent probe needle 2, a magnetically transparent glass sphere 3 with through nanometer pores of small 4 diameters, and with through nanometer pores of large 5 diameters, inverting nanoparticles 6 of a core-shell structure, 7 magnetic nanoparticles of a core-structure shell, a two-layer carbon nanotube 8, consisting of a small diameter inner carbon nanotube 9 inserted into one another, a larger diameter outer carbon nanotube 1 0, the first flat 11 microcoil, the second flat 12 microcoil, the first digital-to-analog converter (DAC) 13, the second digital-to-analog converter (DAC) 14, the first external excitation source of the converting nanoparticles 15, the second external excitation source of the converting nanoparticles 16, C- figurative synchronously centering magnetically transparent bracket 17. Also in FIG. 1 shows an opto-magnetically transparent substrate 18 with a diagnosed object 19 placed on it, containing nanowells filled with an electrically conductive liquid at the moment of contact with an electrically conductive magnetically transparent probe 2. Elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 shown on an enlarged scale in FIG. 2 and FIG. 3.

С помощью С-образной синхронно-центрирующей скобы 17, осуществляется синхронное перемещение кантилевера 1 с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 по координатам X, Y и первой плоской микрокатушки 11 синхронно со второй плоской микрокатушкой 12, которые жестко закреплены и выставлены параллельно друг другу с юстировкой их центров по одной оси, проходящей через центр магнитопрозрачной стеклянной сферы 3. Первый 15 и второй 16 источники возбуждения апконвертирующих наночастиц закрепленны на противоположных сторонах С-образной синхронно-центрирующей скобы 17 с направлением их оптических осей на центр магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 для возбуждения апконвертирующих наночастиц, перемещаемых с помощью магнитного поля в исследуемой зоне по координате Z.Using the C-shaped synchronous-centering bracket 17, the cantilever 1 is synchronously moved with the electrically conductive magnetically transparent probe needle 2 along the X, Y coordinates and the first flat micro coil 11 synchronously with the second flat micro coil 12, which are rigidly fixed and aligned parallel to each other with their adjustment centers along one axis passing through the center of the magnetically transparent glass sphere 3. The first 15 and second 16 sources of excitation of the converting nanoparticles are mounted on opposite sides in a C-shape synchronous-centering brackets 17 with the direction of their optical axes to the center of the magnetically transparent glass sphere 3 to excite upconverting nanoparticles moving with the help of a magnetic field in the studied area along the Z coordinate.

Первый внешний источник возбуждения апконвертирующих наночастиц 15 осуществляет возбуждение апконвертирующих наночастиц, расположенных в верхней полусфере магнитопрозрачной стеклянной сферы 3. Второй внешний источник возбуждения апконвертирующих наночастиц 16 осуществляет возбуждение апконвертирующих наночастиц, расположенных на нижней полусфере магнитопрозрачной стеклянной сферы 3. Первый 15 и второй 16, встречно направленные внешние источники возбуждения апконвертирующих наночастиц, через биоткань осуществляют возбуждение апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка на длинах волн 800-1100 нм и глубинах до 8-14 мм (проникновение на 4-7 мм с каждого направления). Для возбуждения апконвертирующих наночастиц могут быть использованы лазерные диоды с гауссовым профилем распределения интенсивности пучка (одномодовые лазерные диоды) и выделенными длинами волн, например, 975 нм и 808 нм и с плотностью мощности излучения (около 0.5 Вт см²) допустимой для работы с живой биотканью (in vivo).The first external excitation source of the converting nanoparticles 15 excites the converting nanoparticles located in the upper hemisphere of the magnetically transparent glass sphere 3. The second external excitation source of the converting nanoparticles 16 carries out excitation of the converting nanoparticles 16 located on the lower hemisphere of the magnetically transparent glass sphere 3. The first 15 and second 16, oppositely directed external sources of excitation of the converting nanoparticles; through the biological tissue, the excitation of apcon nuclei-shell-oriented nanoparticles at wavelengths of 800-1100 nm and depths of 8-14 mm (penetration of 4-7 mm from each direction). To excite upconverting nanoparticles, laser diodes can be used with a Gaussian beam intensity distribution profile (single-mode laser diodes) and selected wavelengths, for example, 975 nm and 808 nm and with a radiation power density (about 0.5 W cm ² ) acceptable for working with living biological tissue (in vivo).

В зависимости от программы исследований и для определения электрических реакций на определенной глубине погружения, временные комбинации импульсов возбуждений с длиной волны λ₁ или λ₂, воздействующие на апконвертирующие наночастицы, расположенные в верхней или в нижней полусфере, могут генерироваться одновременно или раздельно, по мере перемещения магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 по наноколодцу, сканируя его боковую стенку длинной волны λ₃.Depending on the research program and for determining electrical reactions at a certain immersion depth, temporary combinations of excitation pulses with a wavelength of λ ₁ or λ ₂ acting on up-converting nanoparticles located in the upper or lower hemisphere can be generated simultaneously or separately, as they move magnetically transparent glass sphere 3 along the nanowell, scanning its side wall of a long wave λ ₃ .

Элементы 1, 2, 3, 17 выполнены магнитопрозрачными, что достигается отсутствием в их структурах ферромагнитных примесей. Сквозные нанометровые поры малого 4 диаметра заполнены апконвертирующими наночастицами 6 структуры ядро-оболочка. Сквозные нанометровые поры большого 5 диаметра заполнены магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка. Ядро каждой магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка состоит из магнитожесткого материала, а внешняя оболочка сформирована из магнитомягкого материала. Дистанционное управление траекторией и скоростью реверсивного перемещения магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 по наноколодцу объекта диагностирования 19 осуществляется за счет взаимодействия постоянного магнитного поля магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка с изменяющимся (по величине и вектору направления) магнитным полем, создаваемым первой плоской 11 и второй плоской 12 микрокатушками, состоящими из одного или нескольких спиралевидных витков, выводы которых соединены соответственно с выходами первого ЦАП 13 и второго ЦАП 14. Тип используемых первого ЦАП 13 и второго ЦАП 14 (их разрядность и быстродействие) определяется диапазоном проводимых диагностических исследований.Elements 1, 2, 3, 17 are magnetically transparent, which is achieved by the absence of ferromagnetic impurities in their structures. The through nanometer pores of small 4 diameters are filled with upconverting nanoparticles 6 of the core-shell structure. The through nanometer pores of large 5 diameter are filled with magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure. The core of each magnetic nanoparticle 7 of the core-shell structure consists of a magnetically rigid material, and the outer shell is formed of soft magnetic material. Remote control of the trajectory and speed of the reverse movement of the magnetically transparent glass sphere 3 along the nanowell of the diagnostic object 19 is carried out due to the interaction of the constant magnetic field of the magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure with a changing (in magnitude and direction vector) magnetic field created by the first plane 11 and second plane 12 micro coils consisting of one or more spiral turns, the terminals of which are connected respectively to the outputs of the first DAC 13 and the second DAC 14. The type of the first DAC 13 and the second DAC 14 used (their capacity and speed) is determined by the range of diagnostic tests.

Магнитопрозрачная стеклянная сфера 3 соединена с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 через двухслойную углеродную нанотрубку 8 структуры типа «русская матрешка» (russian dolls), представляющую совокупность коаксиально вложенных друг в друга однослойных углеродных нанотрубок 9 и 10 с расстоянием между соседними графитовыми слоями (межтрубочное расстояние), близким к величине (приближенно равным) 0,34 нм, при котором силы Ван-дер-Ваальса минимальны. Вложенные одна в другую однослойные углеродные нанотрубоки 9, 10 образуют наноподшипник скольжения для перемещения магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 по электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей 2 игле с минимальным трением. Внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра 9 соединена с поверхностью электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, а внешняя поверхность внешней углеродной нанотрубки большего диаметра 10 продета и закреплена в одной из сквозных нанометровых пор малого диаметра 4 магнитопрозрачной стеклянной сферы 3, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем.A magnetically transparent glass sphere 3 is connected to an electrically conductive magnetically transparent probe needle 2 through a two-layer carbon nanotube 8 of the Russian dolls type, which is a collection of single-layer carbon nanotubes 9 and 10 coaxially inserted into each other with the distance between adjacent graphite layers (intertubular distance) close to the value (approximately equal) of 0.34 nm, at which the van der Waals forces are minimal. Single-walled single-walled carbon nanotubes 9, 10 inserted into one another form a sliding nanowear to move a magnetically transparent glass sphere 3 along an electrically conductive magnetically transparent probe 2 needle with minimal friction. The inner surface of the embedded carbon nanotube of small diameter 9 is connected to the surface of the electrically conductive magnetically transparent probe needle 2, and the outer surface of the outer carbon nanotube of larger diameter 10 is threaded and fixed in one of the through nanometer pores of small diameter 4 of the magnetically transparent glass sphere 3 coated with a protective optically magnetically transparent polymer layer.

Минимальный диаметр магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 определяется минимальным количеством легированных в нее апконвертирующих наночастиц 6 структуры ядро-оболочка и магнитных наночастиц 7 структуры ядро-оболочка, образующих в совокупности нанокомпозитный излучающий элемент, параметры электромагнитного излучения которого определяются классом диагностируемого объекта 19.The minimum diameter of the magnetically transparent glass sphere 3 is determined by the minimum number of up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure and magnetic nanoparticles 7 of the core-shell structure doped into it, which together form a nanocomposite emitting element, the electromagnetic radiation parameters of which are determined by the class of the diagnosed object 19.

Стрелками указываются направления возбуждающего λ₁, λ₂ ближнего инфракрасного излучения и преобразованного λ₃ по длине волны излучения, где λ₁ и λ₂ - длины волн внешних электромагнитных излучений для возбуждения апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка 6, вызывающих их флуоресценцию, λ₃ - длина волны флуоресценции апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка 6, смещенных на антистоксовый сдвиг относительно длины волны λ₁ или λ₂. Стрелками с символом

и

(первый и второй векторы магнитной индукции) показано направление магнитных силовых линий внешних магнитных полей, создаваемых первой плоской 11 и второй плоской 12 микрокатушками. Внешнее магнитное поле осуществляет притяжение или отталкивание магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка, закрепленных в корпусе магнотопрозрачной стеклянной сферы 3, которая в свою очередь перемещает закрепленные в ней апконвертирующие наночастицы 6 структуры ядро-оболочка, при взаимодействии разнополярных или однополярных магнитных полей. Двунаправленной стрелкой с символом ΔZ показан примерный диапазон сканирования боковых стенок наноколодцев по координате Z объекта диагностирования 19.The arrows indicate the directions of the exciting λ ₁ , λ ₂ near infrared radiation and the converted λ ₃ along the radiation wavelength, where λ ₁ and λ ₂ are the wavelengths of external electromagnetic radiation for excitation of the inverting nanoparticles of the core-shell 6 structure that cause their fluorescence, λ ₃ - the fluorescence wavelength of upconverting nanoparticles of the core-shell structure 6, shifted by anti-Stokes shift relative to the wavelength λ ₁ or λ ₂ . Arrows with a symbol

and

(first and second magnetic induction vectors) shows the direction of the magnetic lines of force of the external magnetic fields generated by the first flat 11 and second flat 12 microcoils. An external magnetic field attracts or repels magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure, fixed in the body of a magnetically transparent glass sphere 3, which in turn moves the inverting nanoparticles 6 of the core-shell structure fixed in it during the interaction of unipolar or unipolar magnetic fields. The bidirectional arrow with the symbol ΔZ shows an approximate scanning range of the side walls of nanowells along the Z coordinate of the diagnostic object 19.

Сверхконвертирующая флуоресценция относится к процессу антистоксового типа, в котором последовательное поглощение двух и более фотонов приводит к излучению света λ₃ с более короткой длиной волны, чем длина волны возбуждения λ₁ или λ₂. Длина волны поглощения λ₁ или λ₂ каждой апконвертирующей наночастицы 6 структуры ядро-оболочка и длина волны излучения λ₃ каждой апконвертирующей наночастицы 6 структуры ядро-оболочка определяется ее диаметром, сочетанием материала ядра и материала оболочки, их составом, спектром пропускания защитной прозрачной полимерной пленки и технологией изготовления самой апконвертирующей наночастицы структуры ядро-оболочка. Длина волны электромагнитного излучения апконвертирующих наночастиц, направленная на объект диагностирования, может находиться как в видимом диапазоне (400-700 нм), так и за его пределами, в ультрафиолетовой (200-400 нм) или ближней инфракрасной (700-1000 нм) зоне флуоресцентного излучения, в зависимости от антистоксового сдвига относительно длины волны возбуждения.Superconverting fluorescence refers to an anti-Stokes type process in which the sequential absorption of two or more photons results in light emission λ ₃ with a shorter wavelength than the excitation wavelength λ ₁ or λ ₂ . The absorption wavelength λ ₁ or λ _{2 of} each up-converting nanoparticle 6 of the core-shell structure and the radiation wavelength λ _{3 of} each up-converting nanoparticle 6 of the core-shell structure is determined by its diameter, combination of core material and shell material, their composition, transmission spectrum of the protective transparent polymer film and manufacturing technology of the most converting nanoparticles of the core-shell structure. The wavelength of electromagnetic radiation of the converting nanoparticles, aimed at the object of diagnosis, can be both in the visible range (400-700 nm) and beyond, in the ultraviolet (200-400 nm) or near infrared (700-1000 nm) fluorescent zone radiation, depending on the anti-Stokes shift relative to the excitation wavelength.

Для реализации изобретения могут быть использованы, например известные технологии изготовления апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка повышающие конверсионные свойства композиции, имеющие кубическую структуру (α) или гексагональную структуру (β), композиции α-NaYF₄: Yb, Er @ CaF₂. Рекомендуемый размер ядра - от 2 до 80 нм, а оболочка - толщиной от 2 до 40 нм. В качестве оболочки могут быть использованы другие материалы, улучшающие преобразовательные функции наночастиц, включающие в себя NaYF₄ (α или β), CaF₂, LiYF₄, NaGdF₄, NaScF₄, NaYbF₄, NaLaF₄, LaF₃, GdF₃, GdOF, La₂O₃, Lu₂O₃, Y₂O₃, Y₂O₂S, YbF₃, YF₃, KYF₄, KGdF₄, BaYF₅, BaGdF₅, NaLuF₄, KLuF₄ и BaLuF₅, но не ограничиваться ими. Сочетание компонентов и процентное содержание определяет интенсивность излучения тех или иных пиков в оптическом диапазоне от ультрафиолетового до красной области спектра, генерируемых апконвертирующими наночастицами [3].For the implementation of the invention can be used, for example, well-known manufacturing techniques of up-converting nanoparticles of a core-shell structure that increase the conversion properties of a composition having a cubic structure (α) or hexagonal structure (β), α-NaYF ₄ : Yb, Er @ CaF ₂ composition. The recommended core size is from 2 to 80 nm, and the shell is from 2 to 40 nm thick. As a shell, other materials can be used that improve the conversion functions of nanoparticles, including NaYF ₄ (α or β), CaF ₂ , LiYF ₄ , NaGdF ₄ , NaScF ₄ , NaYbF ₄ , NaLaF ₄ , LaF ₃ , GdF ₃ , GdOF , La ₂ O ₃ , Lu ₂ O ₃ , Y ₂ O ₃ , Y ₂ O ₂ S, YbF ₃ , YF ₃ , KYF ₄ , KGdF ₄ , BaYF ₅ , BaGdF ₅ , NaLuF ₄ , KLuF ₄ and BaLuF ₅ , but not limited to them. The combination of components and percentage determines the radiation intensity of certain peaks in the optical range from the ultraviolet to the red region of the spectrum generated by up-converting nanoparticles [3].

В качестве дополнительной оболочки при синтезе апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка также может быть использован диоксид титана TiO₂, который наносится на ядро апконвертирующей наночастицы (TiO₂ coated NaYF₄:Yb,Tm @ SiO₂), в зависимости от процентного сочетания компонентов длина волны излучения может находиться в диапазоне от 330 нм до 675 нм [4].As an additional shell in the synthesis of up-converting nanoparticles of the core-shell structure, titanium dioxide TiO ₂ can also be used, which is deposited on the core of the up-converting nanoparticle (TiO ₂ coated NaYF ₄ : Yb, Tm @ SiO ₂ ), depending on the percentage combination of components, wavelength radiation can be in the range from 330 nm to 675 nm [4].

Так же для получения апконвертирующих наночастиц может быть использован известный способ синтеза биосовместимых апконвертирующих наночастиц α-NaYF₄: Yb, Tm @ CaF₂ в одном реакционном сосуде (в трехгорлой реакционной колбе) [5], [6].Also, to obtain up-converting nanoparticles, a known method for the synthesis of biocompatible up-converting α-NaYF ₄ nanoparticles: Yb, Tm @ CaF ₂ in one reaction vessel (in a three-necked reaction flask) can be used [5], [6].

Ферромагнитное ядро магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка может, например, включать, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, FeOFe₂O₃, NiOFe₂O₃, CuOFe₂O₃, MgOFe₂O₃, MnBi, MnSb, MnOFe₂O₃, CrO₂, MnAs, SmCo, FePt или их комбинации, но не ограничивается ими. Размер ядра одной магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка может варьироваться от 3 нм до 20 нм. Внешняя оболочка (окружающая магнитный сердечник) магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка сформирована из магнитомягкого или суперпарамагнитного материала, например, может включать, по меньшей мере один материал, выбранный из групп, состоящих из Fe₃O₄, FeO, CoFe₂O₄, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, ZnMnFe₂O₄, или их комбинации, но не ограничивается ими. Внешняя оболочка может иметь толщину в диапазоне от 0,5 нм до 3 нм. Внешняя оболочка защищает ядро от окисления и повышает магнитные свойства магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка и может покрываться дополнительной биосовместимой оболочкой, что, в свою очередь, защищает исследуемый биологический диагностируемый объект 19 при частичном повреждении общей защитной оболочки магнитопрозрачной стеклянной сферы 3. Для осуществления изобретения могут быть использованы, например, известные технологии изготовления магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка [7, 8, 9].The ferromagnetic core of a magnetic nanoparticle 7 of a core-shell structure may, for example, include at least one material selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, FeOFe ₂ O ₃ , NiOFe ₂ O ₃ , CuOFe ₂ O ₃ , MgOFe ₂ O ₃ , MnBi, MnSb, MnOFe ₂ O ₃ , CrO ₂ , MnAs, SmCo, FePt, or combinations thereof, but not limited to. The core size of one magnetic nanoparticle 7 of the core-shell structure may vary from 3 nm to 20 nm. The outer shell (surrounding the magnetic core) of the magnetic nanoparticle 7 of the core-shell structure is formed of a soft magnetic or superparamagnetic material, for example, may include at least one material selected from the groups consisting of Fe ₃ O ₄ , FeO, CoFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , ZnMnFe ₂ O ₄ , or combinations thereof, but not limited to. The outer shell may have a thickness in the range from 0.5 nm to 3 nm. The outer shell protects the core from oxidation and increases the magnetic properties of the magnetic nanoparticle 7 of the core-shell structure and can be covered by an additional biocompatible shell, which, in turn, protects the studied biological diagnosed object 19 with partial damage to the general protective shell of the magnetically transparent glass sphere 3. To implement the invention can be used, for example, well-known manufacturing techniques of magnetic nanoparticles of the core-shell structure [7, 8, 9].

Изготовление излучающего элемента осуществляется легированием магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка и апконвертирующими наночастицами 6 структуры ядро-оболочка и выполняется за счет проникновения магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка в сквозные нанометровые поры 5 большого диаметра и, затем, за счет проникновения апконвертирующих наночастиц 6 структуры ядро-оболочка в оставшиеся не заполненными сквозные нанометровые поры малого 4 диаметра магнитопрозрачной стеклянной сферы 3. Например, аналогично процессу легирования 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 [10].The manufacture of the emitting element is carried out by alloying a magnetically transparent glass sphere 3 with magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure and up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure and is performed due to the penetration of magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure into the through nanometer pores 5 of large diameter and then due to penetration upconverting nanoparticles of 6 core-shell structure into the remaining empty through nanometer pores of small 4 diameter magnetically transparent glass sphere 3. For example, it is similar to the alloying process using the technology of the known method by immersing an element of glass with nanometer pores in a solution of two or more quantum dots, followed by drying in air and filling the voids remaining between the quantum dots with resin [10].

Вершина электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 может быть реализована, например, по известной технологии выращивания металлических зондов для атомно-силовых микроскопов из нанопроволки [11].The top of the electrically conductive magnetically transparent probe needle 2 can be realized, for example, by the known technology of growing metal probes for atomic force microscopes from a nanowire [11].

Многослойная углеродная нанотрубка 8, состоящая из однослойной нанотрубки 9 малого диаметра вложенной в однослойную нанотрубку большего диаметра 10 (в совокупности, используемые в качестве наноподшипника скольжения), может быть соединена с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой при помощи атомно-силового микроскопа или изготовлена выращиванием на электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле 2 при помощи известной технологии выращивания многослойной углеродной нанотрубки (используемой в качестве наноподшипника) непосредственно на оси вращения ротора НЭМС (нано электромеханической системы) электродвигателя или гироскопа с наружным диаметром внешней углеродной нанотрубки от 10 нм [12].A multilayer carbon nanotube 8, consisting of a single-layer nanotube 9 of small diameter embedded in a single-layer nanotube of larger diameter 10 (collectively used as a sliding nanoparticle), can be connected to an electrically conductive magnetically transparent probe using an atomic force microscope or made by growing on an electrically conductive magnetoproduct probe needle 2 using a known technology for growing a multilayer carbon nanotube (used as nanoships Single) directly with the rotor rotation axis NEMS (nano-electromechanical systems) or Gyro motor with an outer diameter of the outer carbon nanotubes 10 nm [12].

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка работает следующим образом: магнитопрозрачный кантилевер 1 с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 подводится к объекту диагностирования 19, расположенному на оптомагнитопрозрачной подложке 18, и касается поверхности электропроводящей жидкости, которой заполнен наноколодец объекта диагностирования 19 (фиг. 2), получая данные об электрических характеристиках элемента объекта диагностирования 19, до включения и после включения первого внешнего источника возбуждения апконвертирующих наночастиц 15 с длиной волны λ₁ или включения и выключения второго внешнего источника возбуждения апконвертирующих наночастиц 16 с длиной волны λ₂. В результате апконвертирующие наночастицы 6 структуры ядро-оболочка возбуждают поверхность наноколодца диагностируемого объекта 19 излучением длинной волны λ₃, определенной в зависимости от выбранного материала апконвертирующей наночастицы 6 структуры ядро-оболочка и соотношения диаметра ядра к толщине окружающей его оболочки и антистоксовому сдвигу относительно λ₁ или λ₂. В зависимости от программы проводимых исследований, диагностирование может проходить как в непрерывном режиме люминесценции, так и в импульсном режиме флуоресценции (т.е. освещение локального участка объекта диагностирования только излучением λ₃ апконвертирующих наночастиц в интервале, равному времени их флуоресценции, после выключения первого внешнего источника возбуждения апконвертирующих наночастиц 15 или второго внешнего источника возбуждения апконвертирующих наночастиц 16 с целью исключения посторонних засветок и помех).A scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure operates as follows: a magnetically transparent cantilever 1 with an electrically conductive magnetically transparent probe 2 is connected to a diagnostic object 19 located on an opaque magnetically transparent surface 18 conductive fluid, which is filled with the nanowell of the diagnostic object 19 (Fig. 2), receiving data on the electrical characteristics of the object diagnosing member 19 to turn on and after the first external excitation source apkonvertiruyuschih nanoparticles 15 with a wavelength λ ₁ or turn on and off the second outer driving source apkonvertiruyuschih nanoparticles 16 with a wavelength λ _2. As a result, up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure excite the surface of the nanowell of the diagnosed object 19 by long-wave radiation λ ₃ determined depending on the selected material of the up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure and the ratio of the diameter of the core to the thickness of its surrounding shell and anti-Stokes shift relative to λ ₁ or λ ₂ . Depending on the research program, the diagnostics can take place both in the continuous luminescence mode and in the pulsed fluorescence mode (i.e., illumination of the local part of the diagnosed object only by radiation of λ _{3 up-} converting nanoparticles in the interval equal to the time of their fluorescence after turning off the first external the excitation source of the converting nanoparticles 15 or the second external excitation source of the converting nanoparticles 16 in order to exclude extraneous light and interference).

Одновременно на вход первого ЦАП 13 подается двоичный код, который в зависимости от выбранной программы исследований, определяет форму и частоту повторения электрического сигнала, поступающего на обмотку первой плоской 11 микрокатушки, создающей внешнее управляющее магнитное поле (

), направленное на центр перемещаемой по координате Z магнитопрозрачной стеклянной сферы 3. Магнитные полюса всех магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка постоянно ориентированы параллельно электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле 2 и в совокупности образуют структуру со свойствами постоянного магнита.At the same time, a binary code is supplied to the input of the first DAC 13, which, depending on the chosen research program, determines the shape and repetition rate of the electric signal fed to the winding of the first flat 11 microcoil, which creates an external control magnetic field (

) directed to the center of the magneto-transparent glass sphere moved along the Z coordinate. 3. The magnetic poles of all magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure are constantly oriented parallel to the electrically conductive magneto-transparent probe needle 2 and together form a structure with the properties of a permanent magnet.

Под действием электрических управляющих сигналов с выхода первого ЦАП 13 и второго ЦАП 14 (например, чередующихся импульсов с положительной и отрицательной полярностью, различной амплитудой и длительностью) первая плоская 11 микрокатушка и вторая 12 плоская микрокатушка создают внешнее магнитное поле с той или иной величиной и направлением магнитных силовых линий, в соответствии с направлением которых при взаимодействии постоянного магнитного поля магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 с переменным магнитным полем, создаваемым первой 11 и второй 12 плоскими микрокатушками в диапазоне ΔZ, происходит последовательное перемещение магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 с апконвертирующими наночастицами 6 структуры ядро-оболочка вниз или вверх по координате Z параллельно сканируемой боковой стенки наноколодца объекта диагностирования 19. При диагностировании глубоких наноколодцев, глубина которых больше длины электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы (возможно в десятки раз), на вход второго ЦАП 14 подается код, который увеличивает ток, проходящий по обмотке второй плоской микрокатушки 12, которая, в свою очередь, увеличивает силу притяжения магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка 7, размещенных в магнитопрозрачной стеклянной сфере 3. В результате магнитопрозрачная стеклянная сфера 3 соскальзывает с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 и начинает погружаться на дно наноколодца (фиг. 3) одного из элементов объекта диагностирования 19. Скорость сканирования стенок наноколодца определяется скоростью изменения двоичного кода, поступающего на вход первого ЦАП 13 и второго 14 ЦАП. В режиме «погружение» (фиг. 3) первая плоская микрокатушка 11 создает поле

и осуществляет функции торможения или подталкивания магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 (в зависимости от полярности сигналов подаваемых на первую микрокатушку 11, она создает магнитное поле, которое притягивает или отталкивает магнитные наночастицы структуры ядро-оболочка 7, расположенные в магнитопрозрачной стеклянной сфере 3), а вторая микрокатушка 12 осуществляет функции стаскивания магнитопрозрачной стеклянной сферы 3 с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, при выполнении условия

В зависимости от сочетаний комбинаций включений и выключений первого 15 и второго 16 внешних источников возбуждения апконвертирующих наночастиц на разных участках сканирования осуществляется сканирование разными длинами волн λ₃, сформированными в зависимости от антистоксового сдвига относительно различных выделенных длин волн λ₁ и λ₂. При обратном сканировании (в режиме «всплытие») соотношение величин

и

меняются местами (

). И магнитопрозрачная стеклянная сфера 3, пристыковавшись, занимает исходное положение на вершине электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, (если по программе исследований требуется ее возвращение). После этого осуществляется переход к исследованию следующего наноколодца.Under the influence of electrical control signals from the output of the first DAC 13 and the second DAC 14 (for example, alternating pulses with positive and negative polarity, different amplitude and duration), the first flat 11 microcoil and the second 12 flat microcoil create an external magnetic field with one or another magnitude and direction magnetic field lines, in accordance with the direction of which in the interaction of a constant magnetic field of a magnetically transparent glass sphere 3 with an alternating magnetic field created by the first 11 and With 12 flat micro coils in the ΔZ range, the magnetically transparent glass sphere 3 is sequentially moved with up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure down or up along the Z coordinate of the parallel-scanned side wall of the nanowell of the diagnostic object 19. When diagnosing deep nanowells, the depth of which is greater than the length of the electrically conductive magnetically transparent probing needles (possibly tens of times), a code is supplied to the input of the second DAC 14, which increases the current passing through the winding of the second oskoy mikrokatushki 12, which in turn increases the force of attraction of magnetic nanoparticle core-shell structure 7 placed in the glass sphere magnitoprozrachnoy 3. As a result magnitoprozrachnaya glass sphere 3 slides with magnitoprozrachnoy conductive probe needle 2 and begins to sink to the bottom nanokolodtsa (FIG. 3) one of the elements of the diagnostic object 19. The scanning speed of the walls of the nanowell is determined by the rate of change of the binary code supplied to the input of the first DAC 13 and the second 14 DACs. In the "immersion" mode (Fig. 3), the first flat micro coil 11 creates a field

and performs the functions of braking or pushing the magnetically transparent glass sphere 3 (depending on the polarity of the signals supplied to the first micro coil 11, it creates a magnetic field that attracts or repels magnetic nanoparticles of the core-shell structure 7 located in the magnetically transparent glass sphere 3), and the second micro coil 12 performs the functions of pulling off a magnetically transparent glass sphere 3 from an electrically conductive magnetically transparent probe needle 2, under the condition

Depending on combinations of on and off combinations of the first 15 and second 16 external sources of excitation of the converting nanoparticles, different wavelengths λ ₃ are generated at different scan sites, depending on the anti-Stokes shift with respect to different distinguished wavelengths λ ₁ and λ ₂ . During reverse scanning (in the “ascent” mode), the ratio of values

and

swap (

) And the magnetically transparent glass sphere 3, having docked, occupies the initial position on the top of the electrically conductive magnetically transparent probe needle 2 (if the research program requires its return). After this, a transition to the study of the next nanowell is carried out.

Предложенная конструкция сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным апконвертирующими и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, также обеспечивает при сканировании поверхности объекта диагностирования атомно-силовым микроскопом возможность осуществления съема топологического распределения характеристик электрических сигналов на поверхности объекта диагностирования, в зависимости от стимулирующего воздействия определенной длины волны электромагнитного излучения на каждый наноколодец с координатами X, Y, непосредственно расположенный под вершиной электропроводящей магнотопрозрачной иглы и получить дополнительную информацию при сканировании по координате Z наноколодцев, глубины которых в десятки раз больше длины электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы. Возможность осуществления возбуждения отделяемого нанокомпозитного излучающего элемента, состоящего из апконвертирующих и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, наиболее безопасным ближним инфракрасным излучением, обладающим наибольшей глубиной проникновения в биоткани при сканировании боковых стенок наноколодцев, диагностируемых биологических объектов, позволило исследовать живые наноструктуры на глубинах в десятки раз больших длины электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы, что ранее невозможно было осуществить известными зондами.The proposed design of a scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure also provides the ability to measure the topological distribution of the characteristics of electrical signals on the surface of the diagnostic object when scanning the surface of a diagnostic object, in depending on the stimulating effect of a certain length in us electromagnetic radiation at each nanokolodets with coordinates X, Y, located directly under the top magnotoprozrachnoy electroconductive needle and to receive additional information when scanning the coordinate Z nanokolodtsev depth which is tens of times greater than the length of the electroconductive needle magnitoprozrachnoy probe. The possibility of exciting a detachable nanocomposite emitting element consisting of upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, the safest near infrared radiation, which has the greatest penetration depth into biological tissues when scanning the side walls of nanowells, diagnosed biological objects, has made it possible to study living nanostructures at depths tens of times large lengths of an electrically conductive magnetically transparent probe needle, which was previously impossible to carry out known probes.

Источники информацииSources of information

1. Патент RU 2615052 С1, 03.04.2017, G01Q 60/24, B82Y 35/00, СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНД АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА С НАНОКОМПОЗИТНЫМ ИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ЛЕГИРОВАННЫМ КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ И МАГНИТНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ СТРУКТУРЫ ЯДРО-ОБОЛОЧКА / Линьков В.А., Вишняков Н.В., Линьков Ю.В., Линьков П.В.1. Patent RU 2615052 C1, 04/03/2017, G01Q 60/24, B82Y 35/00, SCANNING PROBE OF AN ATOM POWER MICROSCOPE WITH A NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT OF LAMINO VARIETA AND AUMANOIDER N.V., Linkov Yu.V., Linkov P.V.

2. Патент RU 2675202 С1, 17.12.2018, G01Q 60/24, G01Q 70/08, B82Y 35/00, СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНД АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА С ОТДЕЛЯЕМЫМ ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМЫМ НАНОКОМПОЗИТНЫМ ИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ЛЕГИРОВАННЫМ КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ И МАГНИТНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ СТРУКТУРЫ ЯДРО-ОБОЛОЧКА / Линьков В.А., Линьков Ю.В., Линьков П.В.2. Patent RU 2675202 C1, 12/17/2018, G01Q 60/24, G01Q 70/08, B82Y 35/00, SCANNING PROBE OF AN ATOM POWER MICROSCOPE WITH SEPARATE TELEO-OPERATED NANOCOMPANIUM NANOMETHOMANOMYNOMYNOMYNOMYNOMYNOMYNOMYNOMYNOMYCHANOMYANOMYANOMYANOMYNOMYNOMYNOMYNOMYNOMYNOMYNOMYCHYNOMYNOMYCHYNOMYNOMYCHYNYRY Linkov V.A., Linkov Yu.V., Linkov P.V.

3. Patent № US 9956426 В2 Date of Patent: May 1, 2018, UPCONVERTING NANOPARTICLES.3. Patent No. US 9956426 B2 Date of Patent: May 1, 2018, UPCONVERTING NANOPARTICLES.

4. Patent Application Publication Pub. No: US 20170000887 A1, Pub. Date: Jan. 5, 2017, UNIFORM CORE-SHELL TIO2 COATED UPCONVERSION NANOPARTICLES AND USE THEREOF.4. Patent Application Publication Pub. No: US 20170000887 A1, Pub. Date: Jan. 5, 2017, UNIFORM CORE-SHELL TIO2 COATED UPCONVERSION NANOPARTICLES AND USE THEREOF.

5. Patent № US 10179177 B2 Date of Patent: jan.15, 2019, coated UPCONVERSION NANOPARTICLES.5. Patent No. US 10179177 B2 Date of Patent: Jan. 15, 2019, coated UPCONVERSION NANOPARTICLES.

6. Patent Application Publication Pub. No: US 20190099505 A1, Pub. Date: Apr. 5, 2019, COATED UP-CONVERSION NANOPARTICLES.6. Patent Application Publication Pub. No: US 20190099505 A1, Pub. Date: Apr. 5, 2019, COATED UP-CONVERSION NANOPARTICLES.

7. Patent Application Publication Pub. No: US 20130195767 A1 Pub. Date: Aug. 1, 2013, MAGNETIC NANOPARTICLES.7. Patent Application Publication Pub. No: US 20130195767 A1 Pub. Date: Aug. 1, 2013, MAGNETIC NANOPARTICLES.

8. Patent Application Publication Pub. No: US 20140225024 A1 Pub. Date: Aug. 14, 2014 CORE_SHELL STRUCTURED NANOPARTICLE HAVING HARD-SOFT, MAGNETIC HETEROSTRUCTURE, MAGNET PREPARED WITH SAID NANOPARTICLE, AND PREPARING METHOD THEREOF.8. Patent Application Publication Pub. No: US 20140225024 A1 Pub. Date: Aug. 14, 2014 CORE_SHELL STRUCTURED NANOPARTICLE HAVING HARD-SOFT, MAGNETIC HETEROSTRUCTURE, MAGNET PREPARED WITH SAID NANOPARTICLE, AND PREPARING METHOD THEREOF.

9. Patent Application Publication Pub. No: US 20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS.9. Patent Application Publication Pub. No: US20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS.

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

11. Patent №: US 8168251 B2 date of Patent: May 1, 2012 METHOD FOR PRODUCING TAPERED METALLIC NANOWIRE TIPS ON ATOMIC FORCE MICROSCOPE CANTILEVERS.11. Patent No: US 8168251 B2 date of Patent: May 1, 2012 METHOD FOR PRODUCING TAPERED METALLIC NANOWIRE TIPS ON ATOMIC FORCE MICROSCOPE CANTILEVERS.

12. Patent №: US 8771525 B2, Date of Patent: Jul. 8, 2014, ROTARY NANOTUBE BEARING STRUCTURE AND METHODS FOR MANUFACTURING.12. Patent No: US 8771525 B2, Date of Patent: Jul. 8, 2014, ROTARY NANOTUBE BEARING STRUCTURE AND METHODS FOR MANUFACTURING.

Claims

Scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with an electrically conductive probe needle, threaded into a carbon nanotube with a larger diameter the surface of which is fixed in a magnetically transparent glass sphere containing through nanometer pores, from which The through-hole nanometer pores of large diameter are filled with magnetic nanoparticles with the same direction of pole orientation, the core-shell structure, on the outside covered with a protective optically magnetically transparent polymer layer, synchronized with a movable electrically conductive probe needle, a C-shaped synchronously centering bracket, on which are fixed and directed to the center magnetically transparent glass sphere, the first and second external sources of magnetic field in the form of the first and second flat microcoils placed on the op magnetically transparent substrates and connected to the outputs of the first and second DACs, characterized in that it contains up-converting nanoparticles of the core-shell structure, the diameter of which is smaller than the diameter of the magnetic nanoparticles of the core-shell structure, the first and second external sources of excitation of the up-converting nanoparticles emitting various selected wavelengths in the range near infrared radiation, mounted on opposite sides of the C-shaped synchronously-centering staples, and whose optical axes are directed to the center of the a nitro-transparent glass sphere, through which nanometer-sized pores of small diameter are filled with up-converting nanoparticles of the core-shell structure, without their shells extending beyond the spherical surface of the magnetically transparent glass sphere.