EA034576B1 - Method for analysing surface on atomic-power microscope using fluorescent quantum dots - Google Patents
Method for analysing surface on atomic-power microscope using fluorescent quantum dots Download PDFInfo
- Publication number
- EA034576B1 EA034576B1 EA201650138A EA201650138A EA034576B1 EA 034576 B1 EA034576 B1 EA 034576B1 EA 201650138 A EA201650138 A EA 201650138A EA 201650138 A EA201650138 A EA 201650138A EA 034576 B1 EA034576 B1 EA 034576B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- quantum dot
- properties
- tip
- fluorescence
- cantilever needle
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
- G01Q70/08—Probe characteristics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно к измерительной технике.The invention relates to the field of instrumentation, mainly to measuring equipment.
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.It can be used, for example, in materials science, in studying the chemical composition of samples with nanometer spatial resolution, in the phonon spectrum of samples under study, in studying the patterns of behavior of nanostructures on the surface with the aim of further developing nanodevices.
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].A known method of researching objects, called fluorescence microscopy. In the framework of this method, some elements of interest to the researcher (molecules, cells, etc.) are labeled with specific fluorescent labels. Next, the object is illuminated by a laser beam, causing these labels to fluoresce. After that, an image of the object under study can be constructed using fluorescent labels, which shows the spatial distribution of the elements of interest to the researcher and how this distribution changes over time. Fluorescence time, anisotropy, spectra, and fluorescence kinetics can also be investigated, and more sophisticated fluorescence analysis methods can be used [Optical Fluorescence Microscopy: From the Spectral to the Nano Dimension Summary, ed. By A. Diaspro, Springer, 2011; Lakovich J. Fundamentals of fluorescence spectroscopy. - 1986. - 488].
К недостаткам такого способа исследования с помощью флуоресценции относятся низкое разрешение без использования сверхразрешения;The disadvantages of this method of research using fluorescence include low resolution without the use of superresolution;
невозможность управлять положением флуоресцентной метки при использования сверхразрешения.the inability to control the position of the fluorescent label when using superresolution.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является способ возбуждения и регистрации оптических фононов в игле кантилевера атомно-силового микроскопа (АСМ) [ссылка на мою заявку], 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.The closest analogue in technical essence and the achieved result is the method of excitation and registration of optical phonons in the cantilever needle of an atomic force microscope (AFM) [link to my application], which allows you to excite and register optical phonons on the tip of the AFM cantilever needle directly near the surface under study, and due to the close mechanical connection of the tip of the cantilever needle with the surface to be studied, to study the optical phonon spectra of the sample under study.
К недостаткам такого способа возбуждения и регистрации оптических фононов в игле кантилевера АСМ относятся довольно сложная экспериментальная техника, предполагающая использование фемтосекундного лазера;The disadvantages of this method of excitation and registration of optical phonons in the AFM cantilever needle include a rather complex experimental technique involving the use of a femtosecond laser;
ограниченный функционал, позволяющий экспериментатору работать только с оптическими фононами.limited functionality that allows the experimenter to work only with optical phonons.
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.The technical result of the invention is to simplify the experimental technique used, on the one hand, and to increase the possibilities for studying physical phenomena on the surface with nanometer spatial resolution (chemical composition, viscoelastic properties, dielectric constant, etc.) on the other hand.
Указанный технический результат достигается тем, что способ исследования поверхности на атомно-силовом микроскопе с помощью флуоресцентных квантовых точек включает 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 делают вывод о свойствах среды, в которой находится квантовая точка.The specified technical result is achieved by the fact that the method of studying the surface using an atomic force microscope using fluorescence quantum dots includes laser irradiation of the active layer of the material deposited on the tip of the cantilever needle pressed to the test sample, excitation and registration of optical phonons in it, processing the received information, characterized in that as a layer of material deposited on the tip of the cantilever needle, there is a quantum dot interacting with the surface to be studied, in which the electrons are excited by a laser pulse, then using a recording device focused on a quantum dot, the fluorescent radiation is detected, which is highlighted by a quantum dot, the received information is processed and, based on the characteristics of the fluorescent radiation, a conclusion is made about the properties of the medium in which the quantum dot is located.
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.In contrast to the closest analogue, one can use quantum dots of various compositions and devices, which will make it possible to study not only the spectrum of optical phonons, but also other surface properties accessible by fluorescence spectroscopy methods. In addition, a femtosecond laser is not required in experiments.
Характер флуоресцентного излучения зависит от непосредственного окружения квантовой точки, закрепленной на острие иглы кантилевера.The nature of the fluorescence radiation depends on the immediate environment of the quantum dot fixed on the tip of the cantilever needle.
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.A distinctive feature of the proposed method is the use of fluorescence radiation generated by a quantum dot, mounted on the tip of the cantilever needle, after its excitation by a laser beam. Due to the mechanical contact between the quantum dot and the surface under study, the properties of fluorescent radiation depend on the properties of the surface. Due to the fact that the quantum dot is located on the tip of the cantilever needle, it becomes possible to accurately position its placement on the surface under study.
Примеры технической реализации заявляемого методаExamples of technical implementation of the proposed method
Схема устройства для исследования поверхности на АСМ с помощью флуоресцентных квантовых точек изображена на чертеже. 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.A diagram of a device for studying a surface on an AFM using fluorescent quantum dots is shown in the drawing. The device includes a laser 1, cantilever 2, cantilever needle 3, the tip of the cantilever needle 4, a quantum dot 5 attached to the tip of the cantilever needle 4, the test sample 6, and a fluorescence emission recording system 7.
Способ исследования поверхности на АСМ с помощью флуоресцентных квантовых точек реализуA method for studying a surface on an AFM using fluorescence quantum dots
- 1 034576 ется следующим образом (чертеж). 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.- 1 034576 is as follows (drawing). Laser 1 generates a pulse that excites a quantum dot 5, mounted on the tip of the cantilever needle 4 and pressed against the sample 6. The excited state of the quantum dot is highlighted in the form of fluorescence radiation, which is detected by the registration system 7. Due to the close mechanical contact of quantum dot 4 with the sample 6, the characteristics of fluorescence radiation depend on the surface properties on which the quantum dot is tuned. Thus, by studying the characteristics of fluorescent radiation, one can study the properties of the surface in the vicinity of a quantum dot. Moving a quantum dot from one place to another using a cantilever, we can obtain a surface image for the corresponding property, including in a liquid, which may be of particular interest for biological research.
Получение спектров флуоресцентного излучения (а также исследование его других характеристик, таких как время флуоресценции, анизотропия, спектры и кинетика и т.д.), совмещенного с 3-D изображением зондового микроскопа, позволит ответить на многие актуальные вопросы физики конденсированных сред, химии, биологии, медицины.Obtaining fluorescence emission spectra (as well as studying its other characteristics, such as fluorescence time, anisotropy, spectra and kinetics, etc.), combined with a 3-D image of a probe microscope, will answer many pressing questions in condensed matter physics, chemistry, biology, medicine.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016110060A RU2631529C2 (en) | 2016-03-18 | 2016-03-18 | Method for analysing surface on atomic-power microscope using fluorescent quantum dots |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201650138A1 EA201650138A1 (en) | 2017-11-30 |
EA034576B1 true EA034576B1 (en) | 2020-02-21 |
Family
ID=59930983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201650138A EA034576B1 (en) | 2016-03-18 | 2016-12-30 | Method for analysing surface on atomic-power microscope using fluorescent quantum dots |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA034576B1 (en) |
RU (1) | RU2631529C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009043368A1 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-09 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster | Colloid-sensor for afm |
US7608820B1 (en) * | 2007-08-28 | 2009-10-27 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Spin microscope based on optically detected magnetic resonance |
EP2570815A1 (en) * | 2010-05-13 | 2013-03-20 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas (CSIC) | Modification of atomic force microscopy tips by deposition of nanoparticles with an aggregate source |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7528947B2 (en) * | 2003-07-10 | 2009-05-05 | Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem | Nanoparticles functionalized probes and methods for preparing such probes |
US8766630B2 (en) * | 2008-11-04 | 2014-07-01 | The University Of Melbourne | Method and apparatus for monitoring a property of a sample |
-
2016
- 2016-03-18 RU RU2016110060A patent/RU2631529C2/en not_active IP Right Cessation
- 2016-12-30 EA EA201650138A patent/EA034576B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7608820B1 (en) * | 2007-08-28 | 2009-10-27 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Spin microscope based on optically detected magnetic resonance |
WO2009043368A1 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-09 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster | Colloid-sensor for afm |
EP2570815A1 (en) * | 2010-05-13 | 2013-03-20 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas (CSIC) | Modification of atomic force microscopy tips by deposition of nanoparticles with an aggregate source |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016110060A (en) | 2017-09-21 |
RU2631529C2 (en) | 2017-09-25 |
EA201650138A1 (en) | 2017-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kumar et al. | Nanoscale chemical imaging using tip-enhanced Raman spectroscopy | |
Hartschuh et al. | Tip-enhanced optical spectroscopy | |
Petibois | Imaging methods for elemental, chemical, molecular, and morphological analyses of single cells | |
Budich et al. | Cell wall investigations utilizing tip‐enhanced Raman scattering | |
Hopper et al. | Amplified sensitivity of nitrogen-vacancy spins in nanodiamonds using all-optical charge readout | |
JP6283104B2 (en) | Optical analyzer | |
Neacsu et al. | Tip-enhanced Raman imaging and nanospectroscopy: sensitivity, symmetry, and selection rules | |
Prats‐Mateu et al. | Tip in–light on: Advantages, challenges, and applications of combining AFM and Raman microscopy on biological samples | |
Aoki et al. | Conformational analysis of single polymer chains in three dimensions by super-resolution fluorescence microscopy | |
Mochalov et al. | An instrumental approach to combining confocal microspectroscopy and 3D scanning probe nanotomography | |
Rigutti et al. | Optical contactless measurement of electric field-induced tensile stress in diamond nanoscale needles | |
Russell et al. | Optimizing optical tweezers experiments for magnetic resonance sensing with nanodiamonds | |
Ganesh | Application of nanotechnology in forensic science | |
Wang et al. | Toward the next frontiers of vibrational bioimaging | |
RU2631529C2 (en) | Method for analysing surface on atomic-power microscope using fluorescent quantum dots | |
Rao et al. | Atomic Force Microscopy (AFM) in biomedical research | |
Le Ru | Snapshots of vibrating molecules | |
DE102008023766A1 (en) | Method for detection of functional structures in biological sample e.g. living cells, involves detecting combination of near field-microscopy in infrared or terahertz range and spectroscopy processes e.g. Raman microscopy, in sample | |
Sousa et al. | Introduction: nanoimaging techniques in biology | |
Premadasa et al. | Spatially co-registered wide-field nonlinear optical imaging of living and complex biosystems in a total internal reflection geometry | |
EA034343B1 (en) | Method for luminescent analysis on atomic-force microscope using fluorophore-fluorescent probes | |
Tetard et al. | Applications of subsurface microscopy | |
Stanciu et al. | Nonlinear optical effects used for investigations on biological samples at micro and nanoscale | |
Mehrotra et al. | Nanomaterial Characterization Unveiling Insights and Resolving Challenges | |
Manjubaashini et al. | Characterization Techniques for Graphene Quantum Dots |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |