CN110057751A - 光学微粒探针的制作设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种光学微粒探针的制作设备和方法，包括：位置控制装置、扫描头、扫描台、成像装置和照明装置，扫描台位于扫描头的下方，扫描头的底部设置有与扫描头联动的探针，扫描台上固定有透明衬底和位于透明衬底表面的不同类型的光学微粒；成像装置设置在扫描台的下方，用于在照明装置发出的照射光的作用下对光学微粒进行成像，所输出的图像用于从不同类型的光学微粒中确定待粘附微粒；位置控制装置分别与扫描台和扫描头配合连接，以根据待粘附微粒的位置控制扫描台或者扫描头移动，使得探针粘附待粘附微粒以形成所述光学微粒探针。其制作工序简单，制作效率较高。

Description

光学微粒探针的制作设备和方法

技术领域

本发明涉及光学测量领域，特别是涉及一种光学微粒探针的制作设备和方法。

背景技术

随着精密仪器制作技术的发展，扫描探针显微镜广泛的应用于物理、化学、生物、医学等领域，尤其在超分辨成像和超衍射分辨多物理参数测量领域具有重要应用，而特种探针是实现上述多物理参数近场测量的关键核心器件。

传统技术中，特种探针的制作方式大多采用离子束刻蚀等自上而下的加工方式，或者采用在液相环境内或气液两相界面处随机粘附单分散系纳米微粒样品的自下而上的加工方式。

但是，采用传统技术在制作不同种类的探针时，其制作工序复杂，制作效率较低。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术在制作不同种类的探针时，其制作工序复杂，制作效率较低的问题，提供一种光学微粒探针的制作设备和方法。

本发明实施例提供一种光学微粒探针的制作设备，包括：

位置控制装置、扫描头、扫描台、成像装置和照明装置，所述扫描台位于所述扫描头的下方，所述扫描头的底部设置有与所述扫描头联动的探针，所述扫描台上固定有透明衬底和位于所述透明衬底表面的不同类型的光学微粒；所述成像装置设置在所述扫描台的下方，用于在所述照明装置发出的照射光的作用下对所述光学微粒进行成像，所输出的图像用于从所述不同类型的光学微粒中确定待粘附微粒；

所述位置控制装置分别与所述扫描台和所述扫描头配合连接，以根据所述待粘附微粒的位置控制所述扫描台或者所述扫描头移动，使得所述探针粘附所述待粘附微粒以形成所述光学微粒探针。

在其中一个实施例中，所述成像装置包括：倒置式光学显微镜、第一分光棱镜和电荷耦合元件CCD摄像头；

所述倒置式光学显微镜位于所述扫描台的下方，所述第一分光棱镜设置在所述倒置式光学显微镜的下方，所述CCD摄像头设置在所述第一分光棱镜的下方，所述照明装置设置在所述第一分光棱镜的一侧；

所述照明装置发出的照射光依次经过所述第一分光棱镜、并经所述倒置式光学显微镜聚焦后到达所述透明衬底，并经所述透明衬底上的光学微粒散射后再次经所述倒置式光学显微镜和所述第一分光棱镜到达所述CCD摄像头。

在其中一个实施例中，所述成像装置还包括：设置在所述第一分光棱镜和所述CCD摄像头之间的第二分光棱镜，以及设置在所述第二分光棱镜一侧的光谱仪；

所述第二分光棱镜将来自于所述第一分光棱镜的照射光分光至所述光谱仪和所述CCD摄像头；

所述光谱仪在来自于所述第二分光棱镜的光线作用下，对位于所述透明衬底的预设区域处的一个光学微粒进行光谱分析。

在其中一个实施例中，所述扫描台上设置有通光孔，所述倒置式光学显微镜聚焦后的照射光经过所述通光孔到达所述透明衬底上的光学微粒。

在其中一个实施例中，所述照明装置包括光源、位于所述第一分光棱镜和所述光源之间的调整装置；

所述调整装置用于对来自于所述光源的照射光进行如下操作；所述操作包括对所述照射光整形、滤波、偏振态控制和直接输出中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述调整装置包括：反射镜、耦合棱镜、扩束准直透镜、滤波器、起偏器、波片、偏振控制器中的至少一个。

在其中一个实施例中，所述透明衬底的厚度为[0.12mm，0.4mm]。

在其中一个实施例中，所述光学微粒为光学纳米微粒。

在其中一个实施例中，所述光学纳米微粒包括：尺寸为10nm量级的量子点、尺寸为[50nm，100nm]量级的金属微粒、尺寸为[100nm，200nm]量级的高折射率介质微粒中的任一种。

在其中一个实施例中，所述探针包括：裸光纤探针、镀金属膜的光纤孔径探针、原子力显微镜探针中的任一种。

一种上述的光学微粒探针的制作方法，包括：

所述制作设备中的位置控制装置根据所述制作设备的成像装置输出的图像，确定待粘附微粒的位置；其中，所述图像为所述成像装置在所述制作设备的照明装置的照射光的作用下，对位于所述制作设备的扫描台的透明衬底上的光学微粒进行成像得到的，所述图像用于从所述不同类型的光学微粒中确定待粘附微粒；

所述位置控制装置根据所述待粘附微粒的位置，控制所述制作设备的扫描头或者所述制作设备的扫描台移动，使得位于所述扫描头下方的探针粘附所述待粘附微粒以形成所述光学微粒探针。

本发明实施例提供的光学微粒探针的制作设备和方法，包括位置控制装置、扫描头、扫描台、成像装置和照明装置。通过照明装置发出照射光，该照射光经过透明衬底得到携带有不同类型的光学微粒和探针的散射光，通过成像装置输出该散射光中的光学微粒图像，进而从不同类型的光学微粒图像中选中待粘附的光学微粒，进一步地，通过位置控制装置移动扫描头，从而带动探针移动完成与待粘附光学微粒的对准粘附，相较于传统的探针制作，其无需只针对单一的光学微粒完成与探针的粘附，而是可以从不同种类中选中待粘附的光学微粒，可见，本发明提供的光学微粒探针的制作设备和方法制作工序简单，制作效率较高，应用范围更广泛。

附图说明

图1为一个实施例提供的光学微粒探针的制作设备的结构示意图；

图2为另一个实施例提供的探针粘附光学微粒的两种工作模式；

图3为另一个实施例提供的光学微粒探针的制作设备的结构示意图；

图4为另一个实施例提供的光学微粒探针的制作设备的结构示意图；

图5为另一个实施例提供的纳米微粒探针制作方法的流程示意图；

图5a为另一个实施例提供的硅纳米微粒探针制作方法的流程示意图；

图5b为另一个实施例提供的金纳米微粒探针制作方法的流程示意图；

图5c为另一个实施例提供的碲化镉量子点纳米微粒探针制作方法的流程示意图；

图6为另一个实施例提供的裸光纤探针的结构示意图；

图7为另一个实施例提供的硅纳米微粒探针的扫描电镜图。

附图标记说明：

10：位置控制装置； 11：扫描头； 12：扫描台；

13：成像装置； 14：照明装置； 15：探针；

16：透明衬底； 17：光学微粒；

300：倒置式光学显微镜； 310：第一分光棱镜； 320：CCD摄像头；

400：第二分光棱镜； 410：光谱仪； 420：光源；

430：调整装置； 440：通光孔。

具体实施方式

随着精密仪器制作技术的发展，扫描探针显微镜的应用也越来越广泛，该扫描探针显微镜是国际上近年发展起来的表面分析仪器，是综合运用光电子技术、激光技术、精密机械设计和加工、应用光学技术、计算机高速采集和控制及高分辨图形处理技术等现代科技成果的光、机、电一体化的高科技产品。目前广泛应用于物理、化学、生物、医学等领域。

上述扫描探针显微镜中可以包括探针，该探针是扫描探针显微镜中的核心组件，通常制作该探针的方法是在单分散剂纳米微粒样品在液相环境随机粘附到探针上，但是，采用传统技术制作探针时，其制作工序复杂，制作效率较低。

本发明实施例旨在解决传统技术在制作不同种类的探针时，其制作工序复杂，制作效率较低的问题。

为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一个实施例提供的光学微粒探针的制作设备的结构示意图。如图1所示，该光学微粒探针的制作设备，包括：位置控制装置10、扫描头11、扫描台12、成像装置13和照明装置14，所述扫描台12位于扫描头11的下方，所述扫描头11的底部设置有与扫描头11联动的探针15，扫描台12上固定有透明衬底16和位于透明衬底16表面的不同类型的光学微粒17；成像装置13设置在扫描台12的下方，用于在照明装置14发出的照射光的作用下对光学微粒17进行成像，所输出的图像用于从不同类型的光学微粒17中确定待粘附微粒；

位置控制装置10分别与扫描台12和扫描头11配合连接，以根据待粘附微粒的位置，控制扫描台12或者扫描头11移动，使得探针15粘附待粘附微粒以形成光学微粒探针。

具体地，本实施例所提供的光学微粒探针的制作设备包括位置控制装置10、扫描头11、扫描台12、成像装置13和照明装置14，其中，扫描头11底部安装有探针15，可选地，探针15的类型可以是光纤探针也可以是原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)探针，本实施例对探针15的类型不做限定。上述位置控制装置10分别与扫描台12和扫描头11配合连接，可选地，该配合连接可以是通过机械连接，也可以是电连接。可选的，该机械连接可以是转动连接、啮合连接等方式，本实施例对位置控制装置10分别与扫描台12和扫描头11的连接方式并不做限定，只要扫描台12和扫描头11能够在位置控制装置10的控制作用下移动即可。并且，上述扫描台12位于扫描头11的下方，扫描头11的底部设置有与扫描头11联动的探针15，通过上述位置控制装置10控制扫描头11移动，通过扫描头11移动进而可以带动探针15移动。

针对上述成像装置13和照明装置14，该成像装置13设置在扫描台12的下方，当照明装置14发出照射光时，照射光通过扫描台12照射到透明衬底16上，并经过透明衬底16散射得到散射光，该散射光中包含有探针15和透明衬底16上视场范围内所有光学微粒17的信息，该散射光在成像装置13的作用下输出光学微粒图像。工作人员根据该光学微粒图像中光学微粒17的色彩，选中待粘附微粒，并控制位置控制装置10移动，进而带动探针15移动，从而完成探针15与待粘附微粒的对准与粘附操作。可选的，上述照明装置14可以是用于测量弹性散射光谱的宽带光源，例如：卤素灯、氙灯和超连续谱激光光源；也可以是用于测量非弹性散射光谱的相干光源，如气体或固体激光器。也就是说，本实施例中的照明装置14可以为不同的种类，其可以更好的针对不同种类的光学微粒17成像。可选地，上述光学微粒17可以是量子点的纳米微粒，也可以是金属微粒，例如，金、银、铝，还可以是一些高折射率介质微粒，例如，硅、二氧化钛材质的介质微粒。

需要说明的是，上述位置控制装置10可以控制探针15或者光学微粒17移动的速度，从而更进一步地精确所待粘附微粒的具体位置。另外，扫描台12的透明衬底16可以是显微镜盖玻片或生物细胞爬片，也可以是标准石英透明衬底16，本实施例对透明衬底16的选择不做限定，只要能使照明装置14发出的照明光通过透明衬底16在成像装置13成像即可。另外，该透明衬底16的表面铺设有不同类型的光学微粒17。

上述光学微粒探针的制作设备可以制作不同类型的光学微粒探针，具体过程为：先将不同类型的光学微粒17均匀分散在透明衬底16的表面，然后通过照明装置14发出照射光，该照射光透过透明衬底16到达光学微粒17，然后经衬底散射出携带有视场范围内所有光学微粒17和探针15信息的散射光，该散射光通过成像装置13并在成像装置13输出光学微粒图像。工作人员根据制作需要和所输出的图像，从光学微粒图像中根据光学微粒色彩的分布选择待粘附微粒。当选择待粘附微粒后，工作人员通过控制位置控制装置10，移动扫描台12或者扫描头11，从而将探针15和待粘附微粒对准。

可选的，当探针15与待粘附微粒对准后，可通过不同的控制模式使得探针15与待粘附微粒粘附，例如，可以是工作在横向振动的剪切力模式，也可以是工作在纵向的轻敲模式，如图2示出了两种不同的模式，应当指出的是，上述位置控制装置10移动探针15是三维运动，既可以平面内前后左右的控制探针15的进针与退针，也可是上下控制探针15的移动。

可选的，当位置控制装置10分别与扫描台12和扫描头11通过机械连接时，工作人员通过控制位置控制装置10使扫描台12或扫描头11移动，完成光学微粒17与探针15的粘附。

可选的，当位置控制装置10分别与扫描台12和扫描头11通过电连接时，在工作人员通过上述成像装置13输出的图像选择待粘附微粒之后，工作人员可以标定待粘附微粒的位置信息，然后将此位置信息输入给位置控制装置10，位置控制装置10接收到此位置信息后，自动移动探针15到达此位置的坐标点，使得探针15与待粘附微粒对准。

当需要制作其他类型的光学微粒探针时，可以基于光学微粒17所呈现的图像再次选择需要的光学微粒，然后重复上述过程，得到其他类型的光学微粒探针。也就是说，本实施例的一台制作设备可以制作不同的类型的光学微粒探针，相较于传统技术，传统技术在制作光学微粒探针时，首先需要准备单一种类的光学微粒17，然后将这一光学微粒17分散在液相环境中随机粘附，再次制作其他种类光学微粒探针的时候，还需要重新准备另一种类的光学微粒17，并重新将准备的光学微粒17分散在液相环境中，即多种光学微粒17不能混在一块制备，因此，传统技术在制作不同种类的光学微粒探针时其不能从多种混合的光学微粒中选择具体需要的光学微粒类型，若需要制备具体类型的光学微粒实施过程较为复杂。但是，本实施例中，工作人员仅需要根据成像装置所输出的图像选择不同种类的待粘附微粒，然后通过控制位置控制装置10带动探针移动至对应种类的待粘附微粒处，二者进行粘附就可以得到不同种类的光学微粒探针，其可以从成像装置输出的图像中根据光学微粒的色彩分布多次选择不同类型的光学微粒，因此本实施例并不需要不断的重新分散光学微粒17，大大提高了光学微粒探针的制作效率，减少了光学微粒探针的制作工序。

本实施例所提供的光学探针制作设备，在透明衬底上分散不同种类的光学微粒，通过照明装置发射出的照明光经过透明衬底，经透明衬底上的光学微粒散射后的散射光传送至成像装置，通过成像装置对散射光处理得到成像图像，并基于该图像中包含的多个光学微粒的成像选择所需要的待粘附微粒，然后通过控制位置控制装置以带动扫描台和扫描头移动，从而带动探针朝向待粘附微粒的方向移动，最终致使探针和待粘附微粒对准实现粘附过程，从而得到光学微粒探针。本实施例中，工作人员仅需要根据成像装置所输出的图像选择不同种类的待粘附微粒，然后通过控制位置控制装置带动探针移动至对应种类的待粘附微粒处，二者进行粘附就可以得到不同种类的光学微粒探针，因此本实施例并不需要不断的重新分散光学微粒，大大提高了光学微粒探针的制作效率，减少了光学微粒探针的制作工序。

图3为另一个实施例提供的光学微粒探针的制作设备的结构示意图，在上述实施例基础上，本实施例中，成像装置13可以包括倒置式光学显微镜300、第一分光棱镜310和电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)摄像头；倒置式光学显微镜300位于扫描台12的下方，第一分光棱镜310设置在倒置式光学显微镜300的下方，CCD摄像头320设置在第一分光棱镜310的下方，照明装置14设置在第一分光棱镜310的一侧；照明装置14发出的照射光依次经过第一分光棱镜310、并经倒置式光学显微镜300聚焦后到达透明衬底16，并经透明衬底16上的光学微粒17散射后再次经倒置式光学显微镜300和第一分光棱镜310到达CCD摄像头320。

具体地，上述成像装置13中的倒置式光学显微镜300和放大镜起着同样的作用，即把近处的微小物体进行成像，得到放大的图像，以供人眼观察，并且，该倒置式光学显微镜300可以实现多倍率物镜配置，可选的，其可以在10倍、50倍和100倍三个物镜间实现齐焦切换，该倒置式光学显微镜300还可以实现多工作模式配置，可选的，其可以在暗场成像工作模式、荧光成像工作模式及共焦成像工作模式间进行切换。其中，10倍物镜用于监控位置控制装置10控制探针15进针过程，50倍物镜用于实时监控探针15与待粘附微粒的对准和粘附过程，100倍物镜用于待粘附微粒的暗场显微成像、共焦显微成像，本实施例通过在不同阶段切换不同倍数的物镜，进一步提高了光学微粒探针制作的精准度。

可选地，上述成像装置13中的第一分光棱镜310可以是透明的玻璃材质，也可以是透明的水晶材质，该第一分光棱镜310可以将照明装置14发射出的照射光进行分光处理，使得在CCD摄像头320成像质量更高。另外，上述成像装置13中的CCD摄像头320中的CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为电信号，CCD上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号，通过该CCD摄像头320呈现包含有透明衬底16上的视场范围内所有光学微粒17和探针15信息的彩色图像，进而可以根据该彩色图像中光学微粒17色彩的分布初选出需要的光学微粒，即上述待粘附微粒。

进一步地，上述倒置式光学显微镜300位于扫描台12的下方，第一分光棱镜310设置在倒置式光学显微镜300的下方，CCD摄像头320设置在第一分光棱镜310的下方，即倒置式光学显微镜300、第一分光棱镜310和CCD摄像头320呈线性依次垂直排列，照明装置14设置在第一分光棱镜310的一侧，即照明装置14只需将发射出的光传输至第一分光棱镜310即可，本实施例对照明装置14设置在第一分光棱镜310的一侧的具体位置并不做限定，需要说明的是，图3所示的照明装置14的位置仅是一种示例。

上述光学微粒探针的制作设备中的成像装置13，通过倒置式光学显微镜300、第一分光棱镜310和CCD摄像头320三者之间依次垂直放置，使得光路呈直线依次穿过，其不需要对光路进行其他操作，即可使得经透明衬底16上的光学微粒散射的散射光通过。另外，上述光学微粒探针的制作设备，其通过照明装置14发射照明光，该照明光经过透明衬底16照射至分散在透明衬底16上的光学微粒17，并通过该透明衬底16散射得到携带有视场范围内所有光学微粒17和探针15信息的散射光，该散射光依次经过倒置式光学显微镜300、第一分光棱镜310和CCD摄像头320，并最终在CCD摄像头320上呈现出清晰的光学微粒彩色图像，通过对该彩色图像中不同颜色光学微粒17的筛选，提高了待粘附微粒选择的准确率。

本实施例所提供的光学探针制作设备，其通过照明装置发出的照射光依次经过第一分光棱镜，并经倒置式光学显微镜聚焦后到达透明衬底，并经透明衬底上的光学微粒散射后，再次经倒置式光学显微镜和第一分光棱镜到达CCD摄像头，从而在CCD摄像头呈现包含有光学微粒和探针的清晰的彩色图像。该彩色图像中包含有探针和光学微粒的信息，其中，不同类型的光学微粒呈现不同的颜色，工作人员可以根据其不同的颜色确定需要的待粘附微粒，通过从不同颜色的光学微粒中选择待粘附微粒，从而确定待粘附微粒的类型，大大提高了待粘附微粒选择的准确率。

图4为另一个实施例提供的光学微粒探针的制作设备的结构示意图，在上述图3所示实施例的基础上，本实施例中，成像装置13还包括：设置在第一分光棱镜310和CCD摄像头320之间的第二分光棱镜400，以及设置在第二分光棱镜400一侧的光谱仪410；第二分光棱镜400将来自于第一分光棱镜310的散射光分光至光谱仪410和CCD摄像头320；光谱仪410在来自于第二分光棱镜400的光线作用下，对位于透明衬底16的预设区域处的一个光学微粒17进行光谱分析。

具体地，参见图4所示，成像装置13中的第二分光棱镜400将来自于第一分光棱镜310的散射光分光至光谱仪410和CCD摄像头320，应当指出的是，图4中的光谱仪410位置仅是一种示例，本实施例对光谱仪410设置在第二分光棱镜400一侧的具体位置不做限定，只要保证从第二分光棱镜400分出的一束光能传递至光谱仪410即可。该光谱仪410可测量经光学微粒散射的光线，由于该散射光线中携带了光学微粒的信息，因此光谱仪410可以通过对散射光的分析，得到该光学微粒的散射光谱、吸收光谱和发射光谱等，当其应用到本实施例中时，具体的：来自于第一分光棱镜310的照射光是经过光学微粒17散射后的光线，该光线中携带了光学微粒17的信息，该散射光经过第二分光棱镜400后，发射出两束光，这两束光都包含有位于透明衬底16上的光学微粒信息，因此，当其中的一束光经过光谱仪410后，该光谱仪可以得到该散射光中的光学微粒17的具体光谱信息。

由于成像装置13中的第二分光棱镜400可以将来自于第一分光棱镜310的散射光分光至CCD摄像头320，因此，上述CCD摄像头320可以呈现出透明衬底16上视场范围内所有光学微粒17的彩色图像，可选的，CCD摄像头320可以配合场镜使用，场镜具有聚焦的作用，当光学微粒17处于倒置式光学显微镜300物镜的物面处(焦面附近)，经物镜转化为平行光，最后经由场镜聚焦成像于CCD摄像头320，最终在CCD摄像头320呈现光学微粒17的彩色图像。

工作人员通过从彩色图像中的色彩分布初步选中所需要的光学微粒(设为初选光学微粒)，若需要更精确尺寸的待粘附微粒，则需要进一步测量初选光学微粒的具体光谱信息，即使用光谱仪410对初选光学微粒进行光谱测量，在使用之前，需要对光谱仪410的成像位置进行标定，即在CCD摄像头320可视的范围内，选择一个预设区域，该预设区域用于放置初选光学微粒。如果通过光谱仪410观察初选光学微粒的共振波长不是所需要的待粘附微粒的波长，则工作人员可以重新选择光学微粒，并通过位置控制装置10移动扫描台12使得所选择的光学微粒移动至预设区域，从而再一次通过光谱仪410观察该选择的光学微粒的共振信息，如此反复，直到选中所需波长的待粘附微粒。之后，可以通过位置控制装置10控制探针15朝向待粘附微粒的方向移动，并使得探针15与待粘附微粒对准，实现粘附的操作。这样通过工作人员初选光学微粒和进一步地通过光谱仪410对该初选微粒的共振波长测量，大大提高了光学微粒探针的制作精度。

可选地，上述扫描台12上设置有通光孔440，倒置式光学显微镜300聚焦后的照射光经过该通光孔440到达透明衬底16上的光学微粒17。该通光孔440的大小根据倒置式光学显微镜300的物镜设定。通过上述照明装置14发射出的照明光经过倒置式光学显微镜300后可以直接通过该通光孔440，将照明光照射至位于扫描台12上的透明衬底16，使得在成像装置13所呈的像更清晰。

本实施例所提供的光学探针制作设备，通过照明装置发出的照射光经第一分光棱镜和倒置式光学显微镜，最终到达透明衬底并经透明衬底散射，得到散射光，该散射光携带有位于透明衬底上的光学微粒和探针信息，然后该散射光依次通过倒置式光学显微镜、第一分光棱镜和第二分光棱镜，当该散射光经过第二分光棱镜后，会将该散射光分成两束光，分别被CCD摄像头和光谱仪接收。CCD摄像头可以呈现位于上述透明衬底上的光学微粒的彩色图像，该彩色图像中包含了不同类型的光学微粒，当工作人员基于该图像初步选择光学微粒后，可以通过光谱仪进一步确定该初选的光学微粒是否满足所需要的共振波长，当不满足时重新控制位置控制装置以带动扫描台移动，从而确定出符合共振波长条件的待粘附微粒。也就是说，本实施例大大提高了光学微粒探针的制作精度；进一步地，通过在扫描台上设置有通光孔，使得照射光能更好的通过倒置式光学显微镜，从而使得照射光能更好的聚焦照明于透明衬底上，使得在成像装置所呈的像更清晰。继续参见图4，本实施例中，照明装置14可以包括光源420、位于第一分光棱镜310和光源420之间的调整装置430；调整装置430用于对来自于光源420的照射光进行如下操作，包括对照射光整形、滤波、偏振态控制和直接输出中的至少一种。可选地，该调整装置430包括反射镜、耦合棱镜、扩束准直透镜、滤波器、起偏器、波片或偏振控制器中的至少一个。

具体地，照明装置14中的光源420用于提供照明光给倒置式光学显微镜300，该光源420为多个，可以根据需要选择提供照明光给倒置式光学显微镜300，可选地，该光源420可以是用于测量弹性散射光谱的宽带光源，如卤素灯、氙灯和超连续谱激光光源；也可以是用于测量非弹性散射光谱的相干光源，如气体或固体激光器，其中该光源的波长可以为355nm、514nm和532nm中的任一种。

进一步地，上述调整装置430可以对光源420提供的照射光进行整形、滤波、偏振态控制和直接输出中的至少一种操作。可选的，该调整装置430包括多个器件，根据需要可以选择一个或者多个器件对照射光进行调整，并输出。例如，当需要对照射光进行整形时，可以通过扩束准直棱镜对照射光实现多种形状的照明光，如圆形、环形及扇形等；也可以通过偏振器或起偏器对照射光实现多种偏振态的照明光，如线偏振、圆偏振、径向或切向偏振等。

上述调整装置用于对光源提供的照射光进行处理，其主要目的是为了针对透明衬底上的不同类型的光学微粒，因为不同类型的光学微粒在不同照射光下在成像装置所呈现的图像色彩不同，工作人员根据需要选择的待粘附微粒，选择需要的光源，并通过调整装置中的反射镜、耦合棱镜、扩束准直透镜、滤波器、起偏器、波片或偏振控制器，可选地组合使用，更好的在成像装置中能清楚的识别待粘附微粒。

可选地，上述透明衬底16的厚度为[0.12mm，0.4mm]；上述光学微粒17为光学纳米微粒，其中纳米微粒可以是尺寸为10nm量级的量子点、尺寸为[50nm，100nm]量级的金属微粒、尺寸为[100nm，200nm]量级的高折射率介质微粒中的任一种；上述探针15可以是裸光纤探针、镀金属膜的光纤孔径探针、原子力显微镜探针中的任一种。

具体地，上述透明衬底16可以是厚度约0.12mm至0.17mm的显微镜盖玻片或生物细胞爬片，也可以是厚度约0.4mm的标准石英透明衬底16，透明衬底16放置于上述扫描台12的上方，透明衬底16上摆放有多种光学微粒17，可选地，该多种光学微粒17可以是种类相同但尺寸不同的光学微粒17，也可以是种类不同但尺寸相同的光学微粒17，还可以是种类不同尺寸也不同的光学微粒17。通过上述光学探针的制作设备，可以将不同种类和不同尺寸的光学微粒17混合在一起，并通过操作该光学微粒探针的制作设备，得到不同种类和不同尺寸的待粘附微粒，从而制备光学微粒探针，大大提高了光学微粒探针的制作效率。可选地，安装在扫描头11底部的探针15可以是基于光纤的裸光纤探针、镀金属膜的光纤孔径探针，金属材料可以是金、银、铝等；可以是基于硅材料的原子力显微镜探针、沉积介质膜的原子力显微镜探针，介质材料可以是氧化硅和氮化硅等。

本实施例所提供的光学微粒探针制作设备，通过调整装置中的反射镜、耦合棱镜、扩束准直透镜、滤波器、起偏器、波片或偏振控制器中的器件组合使用，可以对光源发出的照明光整形、滤波、偏振态控制或直接输出中的任一种操作，工作人员根据需要选择的待粘附微粒，选择合适的光源，并通过该调整装置中的器件可选地组合使用，提高在成像装置中呈现的光学微粒图像的可识别度。

本实施例提供的一种光学微粒探针的制作方法，在上述光学微粒探针的制作设备上进行，包括：

制作设备中的位置控制装置根据制作设备的成像装置输出的图像，确定待粘附微粒的位置；其中，图像为成像装置在制作设备的照明装置的照射光的作用下，对位于制作设备的扫描台的透明衬底上的光学微粒进行成像得到的，图像用于从不同类型的光学微粒中确定待粘附微粒；

位置控制装置根据待粘附微粒的位置，控制制作设备的扫描头或者制作设备的扫描台移动，使得位于扫描头下方的探针粘附待粘附微粒以形成光学微粒探针。

如上述实施例中所描述的，本实施例所提供的光学微粒探针制作设备，可以制备不同类型的光学微粒探针，例如，图5示出了当光学微粒17为纳米微粒时，通过该光学微粒制作设备制作纳米微粒探针的流程示意图，该纳米微粒探针制作的方法，包括以下步骤：

S110，探针表面修饰，用于增强探针针尖处的粘附性。

S120，固相纳米微粒制备，用于在透明衬底上固相分散所述纳米微粒。

其中，固相纳米微粒指的是将纳米微粒溶液经过加热蒸发方法或旋涂方法制作成固态的纳米微粒。

S130，待粘附微粒选取。

具体地，照明装置提供照明光并经过上述透明衬底得到携带有纳米微粒信息的散射光，该散射光传送至成像装置，利用成像装置及光谱仪选择特定种类或特定尺寸的待粘附微粒。

S140，探针与待粘附微粒对准与粘附，通过上述位置控制装置移动扫描头，进一步通过扫描头带动探针移动，使得探针与待粘附微粒对准实现粘附操作。

具体地，在制作上述纳米微粒步骤前，先经过探针表面修饰，增强探针的粘附性，采用旋涂法或者热蒸发法制得固态的纳米微粒，并分散在透明衬底上，通过上述照明装置提供的照明光，经透明衬底散射，将散射光传输至成像装置，先通过成像装置的成像初步选中纳米微粒，再进一步通过光谱仪精确所选纳米微粒的尺寸和种类。该方法制作工艺简单，其无需每次都准备纳米微粒，并每次都需要更换位于衬底上的纳米微粒，而是通过该光学微粒探针的制作设备可以从不同种类和不同尺寸中多次筛选出需要的纳米微粒，大大提高了纳米微粒探针的制作效率。

为了便于理解本方案，提供以下三个可选的实施例。

第一个可选的实施例，结合图5a，本实施例提供的是当纳米微粒为硅纳米微粒时，采用上述光学微粒探针的制作设备制作硅纳米微粒探针的方法过程。如图5a所示，该方法包括以下步骤：

S201、采用热拉法及氢氟酸化学腐蚀法获得旋转抛物面型的裸光纤探针。

其中，针尖直径约100nm至200nm，如图6示出了针尖直径为112nm的裸光纤探针，采用上述旋转抛物线形的裸光纤探针可以减小制作过程中针尖断裂的概率。

S202、利用飞秒激光烧蚀方法获得多分散系的硅纳米微粒溶液。

其中，粒径分布在100nm至200nm左右，这时所述硅纳米微粒暗场瑞利散射光谱在可见光波段会存在显著的磁偶极共振峰，因而可以作为光频磁场测量的传感单元。

S203、对透明衬底进行表面化学处理增强亲水性，并用旋涂方式将硅纳米微粒均匀分散在透明衬底上表面，制成固态样品。

S204、在光源的照射下，通过倒置式光学显微镜和光谱仪配合使用，选择具体尺寸的待粘附硅纳米微粒。

其中，倒置式光学显微镜工作在暗场成像工作模式，光源为宽带的卤素灯，采用100倍物镜配合光谱仪对待粘附硅纳米微粒进行微区暗场瑞利散射光谱测量，由暗场瑞利散射谱确定磁偶极共振峰位置，特定共振峰位置信息可以确定特定尺寸的待粘附硅纳米微粒。从多个硅纳米微粒的暗场瑞利散射光谱中选择磁偶极共振峰在633nm附近的待粘附硅纳米微粒。

S205、裸光纤探针的表面羟基化处理。

具体地，将裸光纤探针置于碱性标准洗液(氨水：过氧化氢：去离子水＝1:1:5)中，在70℃至80℃环境中水浴约15分钟，进行裸光纤探针的表面羟基化处理，以加强化学交联剂与上述探针的粘附程度。

S206、裸光纤探针的化学处理。

具体地，配置体积比为2％至5％的化学交联剂溶液，溶质为氨丙基三乙氧基硅烷(3-Aminopropyltriethoxysilane，APTS)，溶剂为异丙醇(isopropanol，IPA)。将裸光纤探针置于化学交联剂溶液中30分钟至1小时，以在其表面形成单分子层或多分子层。再将含有化学交联剂的探针置于异丙醇溶液中5分钟至10分钟，去除多余交联剂。

S207、硅纳米微粒探针的制备。

具体地，采用位置控制装置驱动扫描头，控制探针进针并与所选择的待粘附硅纳米微粒对准；其次，控制探针15进行小范围(不超过2μm)、低速(不超过5μm/s)的近场扫描，实现探针与待粘附硅纳米微粒接触和粘附。扫描粘附过程中，利用倒置式光学显微镜对探针和待粘附硅纳米微粒实时成像，当待粘附硅纳米微粒随着探针一同低速运动时，即成功制备硅纳米微粒探针，如图7示出了该硅纳米微粒探针扫描电镜图。

第二个可选地实施例，结合图5b，本实施例提供的是当纳米微粒为金纳米微粒时，采用上述光学微粒探针的制作设备制作金纳米微粒探针的方法过程，如图5b所示，该方法包括以下步骤：

S301、采用化学合成方法制备金纳米微粒溶液。

其中，当金纳米微粒直径约为60nm，并利用该金纳米微粒制作的单分散系金纳米微粒溶液时，其可见光波段满足电偶极子近似，可以用于矢量场及自旋-轨道角动量测量的传感单元。

S302、透明衬底的亲水性操作，并制备金纳米微粒样品。

具体地，对透明衬底进行表面化学处理增强亲水性。将稀释后含有金纳米微粒的微小液滴涂覆在透明衬底上表面，采用旋涂方式制成金纳米微粒分布较均匀的固态纳米微粒样品。

S303、利用倒置式光学显微镜选择待粘附的金纳米微粒。

具体地，倒置式光学显微镜工作在共焦成像工作模式，光源为窄线宽的532nm激光，采用100倍物镜对金纳米微粒进行共焦显微成像，选择金纳米微粒分散较均匀、间距较大的区域，利用扫描台将其移动至CCD摄像头视场中心附近，然后根据CCD摄像头中光学微粒的共聚焦像，选择具体待粘附的金纳米微粒。

S304、原子力显微镜探针的表面羟基化处理。

具体地，采用曲率半径约30nm的商用原子力显微镜探针，并将其置于酸性标准洗液(过氧化氢：浓硫酸＝1:3)中约30分钟，去除探针表面有机物及重金属等污染，并对探针15表面进行羟基化处理。

S305、原子力显微镜探针的化学处理。

具体地，配置体积比约为5％的化学交联剂溶液，溶质为聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine，PEI)，溶剂为乙醇。将原子力显微镜探针置于化学交联剂溶液30分钟至1小时，以在其表面形成单分子层或多分子层。

S306、金纳米微粒探针的制备。

具体地，采用位置控制装置驱动扫描头，控制原子力显微镜探针进针并与所选择的待粘附金纳米微粒对准；其次，控制该原子力显微镜探针进行小范围(不超过2μm)、低速(不超过5μm/s)的近场扫描，实现该原子力显微镜探针与待粘附金纳米微粒接触和粘附。扫描粘附过程中，利用倒置式光学显微镜对原子力显微镜探针和待粘附金纳米微粒实时成像，当待粘附金纳米微粒随着该原子力显微镜探针一同低速运动时，即成功制备金纳米微粒探针。

第三个可选的实施例，结合图5c，本实施例提供的是当纳米微粒为碲化镉量子点纳米微粒时，采用上述光学微粒探针的制作设备制作碲化镉量子点纳米微粒探针的方法过程，该方法包括以下步骤：

S401、采用化学合成方法制备碲化镉量子点纳米微粒溶液。

其中，当碲化镉量子点纳米微粒的直径约为5nm，并利用该碲化镉量子点纳米微粒制作亲水性单分散系溶液时，该碲化镉量子点纳米微粒可以由紫外至绿光的短波长激光激发并辐射较长波长的荧光，可以用于自发辐射寿命及局域光子态密度等物理量测量的传感单元。

S402、透明衬底的亲水性操作，并制备碲化镉量子点纳米微粒样品。

对透明衬底进行表面化学处理增强亲水性。将含有碲化镉量子点纳米微粒的微小液滴涂覆在透明衬底的上表面，并用旋涂方式制成碲化镉量子点纳米微粒分布较均匀的固态纳米微粒样品。

S403、在光源的照射下，通过倒置式光学显微镜和光谱仪配合使用，选择具体尺寸的待粘附碲化镉量子点纳米微粒。

具体地，倒置式光学显微镜工作在暗场成像工作模式和荧光成像工作模式，采用100倍物镜配合光谱仪对待粘附碲化镉量子点纳米微粒实现微区暗场散射光谱测量和微区荧光光谱测量。暗场成像工作模式时，光源为超连续谱激光，通过暗场显微成像确定待粘附碲化镉量子点纳米微粒；荧光成像工作模式时，光源为355nm紫外激光器光源，对可见光波段的荧光光谱进行测量，利用荧光光谱选择待粘附碲化镉量子点纳米微粒。

S404、原子力显微镜探针表面羟基化处理。

具体地，采用曲率半径约30nm的商用原子力显微镜探针，并将其置于酸性标准洗液(过氧化氢：浓硫酸＝1:3)中约30分钟，去除该原子力显微镜探针表面有机物及重金属等污染，并对该探针表面进行羟基化处理。

S405、原子力显微镜探针的化学处理。

具体地，配置体积比约为2％至5％的化学交联剂溶液，溶质为氨丙基三甲氧基硅烷(3-Aminopropyltrimethoxysilane，简称APTMS)，溶剂为甲苯。将探针15置于70℃至80℃的水浴环境下的化学交联剂溶液约30分钟，以在其表面形成单分子层。水浴时需采用冷凝管进行回流。

S406、碲化镉量子点纳米微粒探针的制备。

具体地，采用位置控制装置驱动扫描头，控制原子力显微镜探针进针并与所待粘附碲化镉量子点纳米微粒对准；其次，控制原子力显微镜探针进行小范围(不超过2μm)、低速(不超过5μm/s)的近场扫描，实现原子力显微镜探针与待粘附碲化镉量子点纳米微粒接触和粘附。扫描粘附过程中，利用倒置式光学显微镜对原子力显微镜探针和待粘附碲化镉量子点纳米微粒实时成像，当碲化镉量子点纳米微粒随着原子力显微镜探针一同低速运动时，即成功制备碲化镉量子点纳米微粒的探针。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种光学微粒探针的制作设备，其特征在于，包括：位置控制装置、扫描头、扫描台、成像装置和照明装置，所述扫描台位于所述扫描头的下方，所述扫描头的底部设置有与所述扫描头联动的探针，所述扫描台上固定有透明衬底和位于所述透明衬底表面的不同类型的光学微粒；所述成像装置设置在所述扫描台的下方，用于在所述照明装置发出的照射光的作用下对所述光学微粒进行成像，所输出的图像用于从所述不同类型的光学微粒中确定待粘附微粒；

所述位置控制装置分别与所述扫描台和所述扫描头配合连接，以根据所述待粘附微粒的位置控制所述扫描台或者所述扫描头移动，使得所述探针粘附所述待粘附微粒以形成所述光学微粒探针。

2.根据权利要求1所述的制作设备，其特征在于，所述成像装置包括：倒置式光学显微镜、第一分光棱镜和电荷耦合元件CCD摄像头；

所述倒置式光学显微镜位于所述扫描台的下方，所述第一分光棱镜设置在所述倒置式光学显微镜的下方，所述CCD摄像头设置在所述第一分光棱镜的下方，所述照明装置设置在所述第一分光棱镜的一侧；

所述照明装置发出的照射光依次经过所述第一分光棱镜、并经所述倒置式光学显微镜聚焦后到达所述透明衬底，并经所述透明衬底上的光学微粒散射后再次经所述倒置式光学显微镜和所述第一分光棱镜到达所述CCD摄像头。

3.根据权利要求2所述的制作设备，其特征在于，所述成像装置还包括：设置在所述第一分光棱镜和所述CCD摄像头之间的第二分光棱镜，以及设置在所述第二分光棱镜一侧的光谱仪；

所述第二分光棱镜将来自于所述第一分光棱镜的照射光分光至所述光谱仪和所述CCD摄像头；

所述光谱仪在来自于所述第二分光棱镜的光线作用下，对位于所述透明衬底的预设区域处的一个光学微粒进行光谱分析。

4.根据权利要求2所述的制作设备，其特征在于，所述扫描台上设置有通光孔，所述倒置式光学显微镜聚焦后的照射光经过所述通光孔到达所述透明衬底上的光学微粒。

5.根据权利要求2所述的制作设备，其特征在于，所述照明装置包括光源、位于所述第一分光棱镜和所述光源之间的调整装置；

所述调整装置用于对来自于所述光源的照射光进行如下操作，所述操作包括对所述照射光整形、滤波、偏振态控制和直接输出中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的制作设备，其特征在于，所述调整装置包括：反射镜、耦合棱镜、扩束准直透镜、滤波器、起偏器、波片、偏振控制器中的至少一个。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制作设备，其特征在于，所述透明衬底的厚度为[0.12mm，0.4mm]。

8.根据权利要求1-6任一项所述的制作设备，其特征在于，所述光学微粒为光学纳米微粒。

9.根据权利要求8所述的制作设备，其特征在于，所述光学纳米微粒包括：尺寸为10nm量级的量子点、尺寸为[50nm，100nm]量级的金属微粒、尺寸为[100nm，200nm]量级的高折射率介质微粒中的任一种。

10.根据权利要求1所述的制作设备，其特征在于，所述探针包括：裸光纤探针、镀金属膜的光纤孔径探针、原子力显微镜探针中的任一种。

11.一种光学微粒探针的制作方法，其特征在于，所述方法适用于如上述权利要求1-10任一项所述的光学微粒探针的制作设备，所述方法包括：

所述制作设备中的位置控制装置根据所述制作设备的成像装置输出的图像，确定待粘附微粒的位置；其中，所述图像为所述成像装置在所述制作设备的照明装置的照射光的作用下，对位于所述制作设备的扫描台的透明衬底上的光学微粒进行成像得到的，所述图像用于从所述不同类型的光学微粒中确定待粘附微粒；

所述位置控制装置根据所述待粘附微粒的位置，控制所述制作设备的扫描头或者所述制作设备的扫描台移动，使得位于所述扫描头下方的探针粘附所述待粘附微粒以形成所述光学微粒探针。