RU172625U1

RU172625U1 - ATOMICALLY POWER MICROSCOPE PROBE WITH PROGRAMMABLE DYNAMICS OF CHANGING THE SPECTRAL PORTRAITS OF A RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE

Info

Publication number: RU172625U1
Application number: RU2017105937U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Линьков; Николай Владимирович Вишняков; Юрий Владимирович Линьков; Павел Владимирович Линьков
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2017-07-17

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур. Согласно полезной модели кантилевер соединен с зондирующей иглой, вершина которой закреплена в одной из конусообразных нанопор полимерной сферы, содержащей равномерно распределенный по ее поверхности упорядоченный массив ранжированных по диаметру конусообразных нанопор, заполненных безызлучательными и излучательными квантовыми точками структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции с различными дискретными спектрами излучения и различными интервалами времени излучения, с помощью комбинации сочетаний которых программируются общий пакет спектральных портретов излучения и их последовательность. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного мультиволнового с программируемой динамикой изменения спектров излучения воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки. 6 ил.The utility model relates to measuring technique and can be used in probe scanning microscopy and atomic force microscopy to diagnose and study nanoscale structures. According to a utility model, the cantilever is connected to a probe needle, the tip of which is fixed in one of the cone-shaped nanopores of the polymer sphere, which contains an evenly distributed array of cone-shaped nanopores ranked by diameter, filled with non-radiative and radiative quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals with various discrete emission spectra and various radiation time intervals, using a combination of combinations which program a common package of spectral portraits of radiation and their sequence. The technical result is the possibility of simultaneous combination of the electromagnetic multi-wave with programmable dynamics of the change of the radiation spectra of the impact with the measurement of the mechanical reaction (elastic modulus) on this stimulating effect at one common point on the surface of the diagnostic object without affecting neighboring areas. 6 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур.The utility model relates to measuring technique and can be used in probe scanning microscopy and atomic force microscopy to diagnose and study nanoscale structures.

Известен зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка, включающий кантилевер, соединенный с зондирующей иглой, вершина которой закреплена в одной из нанопор стеклянной сферы, остальные нанопоры заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка без выхода их оболочек за периметр стеклянной сферы, покрытой с внешней стороны защитным прозрачным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек. направленный на центр стеклянной сферы (Патент RU 2541422 С1, 10.02.2015, G01Q 60/24, B82Y 35/00. Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка. / Линьков В.А., Вишняков Н.В., Литвинов В.Г.).A known atomic force microscope probe with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots of the core-shell structure, including a cantilever connected to a probe needle, the tip of which is fixed in one of the nanopores of the glass sphere, the remaining nanopores are filled with quantum dots of the core-shell structure without leaving their shells beyond the perimeter of the glass sphere, coated on the outside with a protective transparent layer, an external source of excitation of quantum dots. aimed at the center of the glass sphere (Patent RU 2541422 C1, 02/10/2015, G01Q 60/24, B82Y 35/00. An atomic force microscope probe with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots of a core-shell structure. / Linkov V.A., Vishnyakov N.V., Litvinov V.G.).

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности одновременного сочетания электромагнитного мультиволнового с программируемой динамикой изменения спектра излучения воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки.A disadvantage of the known technical solution is the lack of the possibility of simultaneously combining the electromagnetic multi-wave with programmable dynamics of the change in the spectrum of the exposure radiation with measuring the mechanical reaction (elastic modulus) to this stimulating effect at one common point on the surface of the diagnostic object without affecting neighboring areas.

Наиболее близким по технической сущности является зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка, включающий кантилевер, соединенный с зондирующей иглой, вершина которой закреплена в одной из нанопор полимерной сферы, остальные нанопоры заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка без выхода их оболочек за периметр полимерной сферы, покрытой с внешней стороны защитным прозрачным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, направленный на центр полимерной сферы (Патент на полезную модель RU 140229 U1, 10.05.2014, G01Q 60/24. Зонд атомно-силового микроскопа с излучающим элементом на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка / Линьков В.А., Вишняков Н.В., Литвинов В.Г.).The closest in technical essence is an atomic force microscope probe with a nanocomposite emitting element based on quantum dots of the core-shell structure, including a cantilever connected to a probe needle, the tip of which is fixed in one of the nanopores of the polymer sphere, the remaining nanopores are filled with quantum dots of the core structure a shell without exiting their shells beyond the perimeter of the polymer sphere coated on the outside with a protective transparent layer, an external source of excitation of quantum dots aimed at prices p of the polymer sphere (Utility Model Patent RU 140229 U1, 05/10/2014, G01Q 60/24. Probe of an atomic force microscope with a radiating element based on quantum dots of a core-shell structure / Linkov V.A., Vishnyakov N.V., Litvinov V.G.).

Отличие предлагаемого технического решения от вышеизложенных заключается в использовании программируемого нанокомпозитного излучающего элемента в виде полимерной сферы, содержащей равномерно распределенный по ее поверхности ранжированный массив групп последовательно изменяющих свой диаметр конусообразных нанопор, упорядочено заполненных безызлучательными квантовыми точками структуры ядро-оболочка и излучательными квантовыми точками структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, с ранжированными дискретными длинами волн и временными интервалами флуоресценции, образующие, в свою очередь, управляющий объектом диагностирования пакет кодовых комбинаций с точечным воздействием в виде набора спектров определенных длин волн, излучаемых в определенные интервалы времени, в совокупности образующие динамически изменяющиеся программируемые спектральные портреты излучения.The difference between the proposed technical solution and the foregoing is the use of a programmable nanocomposite emitting element in the form of a polymer sphere containing a ranked array of groups of cone-shaped nanopores that are uniformly distributed over its surface, ordered, filled with non-radiative quantum dots of the core-shell structure and radiative quantum dots of the structure of the core shell with calibrated fluorescence time intervals, with ranked discrete wavelengths and time intervals of fluorescence, which, in turn, form a packet of code combinations with a point action in the form of a set of spectra of certain wavelengths emitted at specific time intervals that together form a dynamically changing programmable spectral radiation portraits that controls the diagnostic object.

Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного мультиволнового с программируемой динамикой изменения спектра излучения воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки.The technical result is the possibility of simultaneous combination of the electromagnetic multi-wave with programmable dynamics of the change in the spectrum of the exposure radiation with the measurement of the mechanical reaction (elastic modulus) on this stimulating effect at one common point on the surface of the diagnostic object without affecting neighboring areas.

Технический результат предложенной полезной модели достигается совокупностью существенных признаков, а именно: зонд атомно-силового микроскопа с программируемой динамикой изменения спектральных портретов излучающего элемента на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка, включающий кантилевер, соединенный с зондирующей иглой, вершина которой закреплена в одной из нанопор полимерной сферы, остальные нанопоры которой заполнены без выхода их оболочек за периметр полимерной сферы квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытыми с внешней стороны защитным слоем, внешний электромагнитный источник возбуждения квантовых точек структуры ядро-оболочка, полимерная сфера содержит равномерно распределенный по ее поверхности массив, состоящий из более чем двух ранжированных по диаметру наноразмерных групп конусообразных нанопор с равным количеством конусообразных нанопор одинакового диаметра в каждой наноразмерной группе, квантовые точки структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, геометрические параметры которых ранжированы по наноразмерным группам, а излучательные параметры по флуоресцентно-временным подгруппам, безызлучательные квантовые точки структуры ядро-оболочка, имеющие диаметры, равные диаметрам используемых квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, общее количество безызлучательных квантовых точек структуры ядро-оболочка в сумме с квантовыми точками структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции равно количеству заполненных ими конусообразных нанопор, число наноразмерных групп которых равно максимальному количеству используемых дискретных длин волн, максимальное количество ранжированных интервалов времени излучения которых равно количеству используемых флуоресцентно-временных подгрупп квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, которые вложены в соответствующие их диаметру конусообразные нанопоры, причем программируемая комбинация сочетаний диаметров квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции и безызлучательных квантовых точек структуры ядро-оболочка, вложенных в соответствующие их диаметру конусообразные нанопоры, определяет последовательность сочетаний излучаемых в определенные интервалы времени и не излучаемых дискретных длин волн, в совокупности формирующих заданную последовательность спектральных портретов излучения зонда атомно-силового микроскопа с программируемой динамикой изменения спектральных портретов излучающего элемента на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка.The technical result of the proposed utility model is achieved by a set of essential features, namely: an atomic force microscope probe with programmable dynamics of changing spectral portraits of a radiating element based on quantum dots of a core-shell structure, including a cantilever connected to a probe needle, the tip of which is fixed in one of the nanopores polymer sphere, the remaining nanopores of which are filled without leaving their shells beyond the perimeter of the polymer sphere by quantum dots of the core-shell structure, with a protective layer from the outside, an external electromagnetic source of excitation of quantum dots of the core-shell structure, the polymer sphere contains an array uniformly distributed over its surface, consisting of more than two cone-shaped nanopores ranged by diameter with an equal number of cone-shaped nanopores of the same diameter in each nanoscale group, quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals, the geometric parameters of which are ranked by nanoscale groups, and the radiative parameters by fluorescence-time subgroups, nonradiative quantum dots of the core-shell structure, having diameters equal to the diameters of the used quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals, the total number of nonradiative quantum dots of the core-shell structure in total with quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals is equal to the number of cone-shaped nanopores filled with them, the number per of which sized groups is equal to the maximum number of discrete wavelengths used, the maximum number of ranked emission time intervals of which is equal to the number of used fluorescence-time subgroups of quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals that are embedded in conical nanopores corresponding to their diameter, and a programmable combination of combinations diameters of quantum dots of the core-shell structure with calibrated time intervals fluor of decay and nonradiative quantum dots of the core-shell structure embedded in cone-shaped nanopores corresponding to their diameter determines the sequence of combinations of emitted at certain time intervals and non-emitted discrete wavelengths that together form a given sequence of spectral portraits of radiation from an atomic force microscope probe with programmable change dynamics spectral portraits of the radiating element based on quantum dots of the core-shell structure.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где представлен зонд атомно-силового микроскопа с программируемой динамикой изменения спектральных портретов излучающего элемента на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка (выносной элемент А представлен на фиг. 2).The invention is illustrated in FIG. 1, where a probe of an atomic force microscope with programmable dynamics of changing spectral portraits of a radiating element based on quantum dots of a core-shell structure is represented (the remote element A is shown in Fig. 2).

На фиг. 2 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и в разрезе, поясняющий конструкцию зонда атомно-силового микроскопа с программируемой динамикой изменения спектральных портретов излучающего элемента на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка.In FIG. Figure 2 shows the extension element A (10: 1) on an enlarged scale and in section, explaining the construction of the probe of an atomic force microscope with programmable dynamics of changing the spectral portraits of the radiating element based on quantum dots of the core-shell structure.

На фиг. 3 приведены схематические изображения сопрягаемых поверхностей квантовой точки структуры ядро-оболочка и конусообразной нанопоры и их допусковые отклонения геометрических размеров, не нарушающие повторяемости спектральных портретов при тиражировании зондов.In FIG. Figure 3 shows schematic representations of the mating surfaces of a quantum dot of the core-shell structure and a cone-shaped nanopore and their tolerances of geometric dimensions that do not violate the frequency of spectral portraits when replicating probes.

На фиг. 4 приведены примерные временные характеристики флуоресценции квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, допусковые отклонения их параметров и их кодировка, используемая при программировании излучающего элемента.In FIG. Figure 4 shows the approximate fluorescence temporal characteristics of quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals, tolerances of their parameters and their coding used when programming the emitting element.

На фиг. 5 приведено схематическое изображение пошагового программирования конусообразных нанопор излучающего элемента квантовыми точками структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции при использовании технологической донорской матрицы.In FIG. Figure 5 shows a schematic depiction of the step-by-step programming of cone-shaped nanopores of a radiating element by quantum dots of a core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals using a technological donor matrix.

На фиг. 6 приводится трехмерный график, поясняющий динамику процесса изменения спектральных портретов в зависимости от сочетаний, ранжированных по параметрам квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, введенных при программировании, в излучающий элемент.In FIG. Fig. 6 is a three-dimensional graph explaining the dynamics of the process of changing spectral portraits depending on combinations ranked by the parameters of quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals introduced during programming into the radiating element.

Под используемым в тексте словосочетанием «наноразмерная группа» понимается следующее: наноразмерная группа Nn - это множество наносфер или конусообразных нанопор, имеющих одинаковые номинальные размеры соответственно внешних и внутренних диаметров, где n - порядковый номер наноразмерной группы, присвоенный по ранжиру в зависимости от возрастающих номинальных размеров диаметров элементов, образующих группу (например, N1, N2, …, Nn,). Наноразмерная группа Nn, включающая квантовые точки структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, имеющие одинаковые наружные диаметры, состоит из нескольких флуоресцентно-временных подгрупп Mn с одинаковыми временными интервалами флуоресценции τ_n квантовых точек в каждой подгруппе, но с различными временными интервалами флуоресценции квантовых точек, входящими в соседние подгруппы.The phrase “nanoscale group” used in the text means the following: the nanoscale group Nn is a set of nanospheres or cone-shaped nanopores having the same nominal dimensions, respectively, of the outer and inner diameters, where n is the serial number of the nanoscale group assigned according to the ranking depending on increasing nominal sizes the diameters of the elements forming the group (for example, N1, N2, ..., Nn,). The nanoscale group Nn, including quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals having the same outer diameters, consists of several fluorescence-time subgroups Mn with the same fluorescence time intervals τ _n quantum dots in each subgroup, but with different time intervals of fluorescence quanta points in neighboring subgroups.

Под используемым в тексте словосочетанием «флуоресцентно-временная подгруппа» понимается следующее: флуоресцентно-временная подгруппа Mn - это множество квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, имеющих одинаковые геометрические размеры и одинаковые интервалы времени флуоресценции, где n - порядковый номер флуоресцентно-временной подгруппы, присвоенный по ранжиру возрастания дискретных величин интервалов времени флуоресценции квантовых точек (n=0, 1, 2, …, n-1).The phrase “fluorescence-time subgroup” used in the text means the following: the fluorescence-time subgroup Mn is the set of quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals having the same geometric dimensions and the same fluorescence time intervals, where n is the fluorescence ordinal number -time subgroup assigned according to the ranking of increasing discrete values of the quantum dot fluorescence time intervals (n = 0, 1, 2, ..., n-1).

Зонд атомно-силового микроскопа с программируемой динамикой изменения спектральных портретов излучающего элемента на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка фиг. 1 состоит из кантилевера 1, соединенного с зондирующей иглой 2, на вершине которой закреплена полимерная сфера 3 с конусообразными нанопорами 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, заполненными квантовыми точками 5, 7, 9, 11, 13, 17 структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции и безызлучательной квантовой точкой 15 структуры ядро-оболочка, возбуждение которых осуществляется внешним электромагнитным источником возбуждения квантовых точек структуры ядро-оболочка 18 (например, лазерным диодом), расположенным у основания кантилевера 1 с направлением излучения, ориентированным на центр полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами, также, на фиг. 1 представлен диагностируемый объект 19, размещенный на подложке 20 в момент соприкосновения его с полимерной сферой 3 с конусообразными нанопорами (элементы 4-17 приведены в увеличенном масштабе на фиг. 2).A probe of an atomic force microscope with programmable dynamics of changing spectral portraits of a radiating element based on quantum dots of the core-shell structure of FIG. 1 consists of a cantilever 1 connected to a probe needle 2, on top of which a polymer sphere 3 is fixed with conical nanopores 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 filled with quantum dots 5, 7, 9, 11, 13, 17 core-shell structures with calibrated fluorescence time intervals and nonradiative quantum dot 15 core-shell structures, which are excited by an external electromagnetic source of excitation of quantum dots of the core-shell 18 structure (for example, a laser diode) located at the base of cantilever 1 with the direction by radiation directed to the center of the polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores, also, in FIG. 1 shows the diagnosed object 19, placed on the substrate 20 at the moment of its contact with the polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores (elements 4-17 are shown on an enlarged scale in Fig. 2).

На выносном элементе А (10:1) фиг. 2 представлены элементы в разрезе, где: зондирующая игла 2; полимерная сфера с конусообразными нанопорами 3; конусообразная нанопора 4 и вложенная в нее квантовая точка структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции 5 четвертой флуоресцентно-временной подгруппы с диаметром, входящим в первую наноразмерную группу; конусообразная нанопора 6 и вложенная в нее квантовая точка структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции 7 второй флуоресцентно-временной подгруппы с диаметром, входящим во вторую наноразмерную группу; конусообразная нанопора 8 и вложенная в нее квантовая точка структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции 9 первой флуоресцентно-временной подгруппы с диаметром, входящим в третью наноразмерную группу; конусообразная нанопора 10 и вложенная в нее квантовая точка структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции 11 второй флуоресцентно-временной подгруппы с диаметром, входящим в четвертую наноразмерную группу; конусообразные нанопоры 12, в одну из которых вложена квантовая точка структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции 13 третьей флуоресцентно-временной подгруппы с диаметром, входящим в пятую наноразмерную группу, а в другой конусообразной нанопоре 12, также входящей в пятую наноразмерную группу, закреплена вершина зондирующей иглы 2; конусообразная нанопора 14 и вложенная в нее безызлучательная квантовая точка структуры ядро-оболочка 15 нулевой флуоресцентно-временной подгруппы с диаметром, входящим в шестую наноразмерную группу; конусообразную нанопора 16 и вложенная в нее квантовая точка структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции 17 первой флуоресцентно-временной подгруппы с диаметром, входящим в седьмую наноразмерную группу; внешний источник электромагнитного излучения для возбуждения квантовых точек структуры ядро-оболочка 18; объект диагностирования 19; подложка 20, на которой расположен объект диагностирования 19.On the extension element A (10: 1) of FIG. 2 shows elements in section, where: probing needle 2; polymer sphere with cone-shaped nanopores 3; a conical nanopore 4 and a quantum dot of the core-shell structure embedded in it with a calibrated fluorescence time interval 5 of the fourth fluorescence-time subgroup with a diameter included in the first nanoscale group; a cone-shaped nanopore 6 and a quantum dot of the core-shell structure embedded in it with a calibrated fluorescence time interval 7 of the second fluorescence-time subgroup with a diameter included in the second nanoscale group; a cone-shaped nanopore 8 and a quantum dot of the core-shell structure embedded in it with a calibrated fluorescence time interval 9 of the first fluorescence-time subgroup with a diameter included in the third nanoscale group; a cone-shaped nanopore 10 and a quantum dot of the core-shell structure embedded in it with a calibrated fluorescence time interval 11 of the second fluorescence-time subgroup with a diameter included in the fourth nanoscale group; cone-shaped nanopores 12, one of which contains a quantum dot of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval 13 of the third fluorescence-time subgroup with a diameter included in the fifth nanoscale group, and is fixed in another conical nanopore 12, also included in the fifth nanoscale group the tip of the probe needle 2; a cone-shaped nanopore 14 and a non-radiating quantum dot of the core-shell structure 15 embedded in it of a zero fluorescence-time subgroup with a diameter included in the sixth nanoscale group; a cone-shaped nanopore 16 and a quantum dot of the core-shell structure embedded in it with a calibrated fluorescence time interval 17 of the first fluorescence-time subgroup with a diameter included in the seventh nanoscale group; an external electromagnetic radiation source for exciting quantum dots of the core-shell structure 18; diagnostic object 19; substrate 20 on which the diagnostic object 19 is located.

Крупными сдвоенными параллельными стрелками на фиг. 2 указывается направление входящего импульсного электромагнитного излучения для возбуждения квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции λ0 и преобразованного по длине волны излучения f₁(λ1, τ₄), f₂(λ2, τ₂), f₃(λ3, τ₁), f₄(λ4, τ₂), f₅(λ5, τ₃), f₆(λ6, τ₀) f7(λ7, τ₁), где λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6, λ7 - длина волны флуоресценции квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого наноразмера, где τ₀, τ₁, τ₂, τ₃, τ₄ - интервалы времени флуоресценции квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции соответственно нулевой (безызлучательной), первой, второй, третьей и четвертой флуоресцентно-временной подгруппы.The large double parallel arrows in FIG. Figure 2 indicates the direction of the incoming pulsed electromagnetic radiation to excite quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals λ0 and radiation converted to wavelengths f ₁ (λ1, τ ₄ ), f ₂ (λ2, τ ₂ ), f ₃ (λ3, τ ₁ ), f ₄ (λ4, τ ₂ ), f ₅ (λ5, τ ₃ ), f ₆ (λ6, τ ₀ ) f7 (λ7, τ ₁ ), where λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6 , λ7 is the fluorescence wavelength of quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals, respectively, of the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh nanoscale, where τ ₀ , τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ are the time intervals of fluorescence of quantum dots of the core-shell structure with a calibrated time interval of fluorescence, respectively, of the zero (non-radiative), first, second, third, and fourth fluorescence-time subgroups.

Сдвоенными параллельными перечеркнутыми чертой стрелками указывается отсутствие излучения с длиной волны, равной λ6. В данном примере она не генерируется вследствие вложения в конусообразную нанопору 14 безызлучательной квантовой точки 15 структуры ядро-оболочка нулевой флуоресцентно-временной подгруппы с интервалом времени флуоресценции τ₀ равным нулю, на этапе программирования спектральных портретов полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами согласно техническому заданию.The arrows marked with double parallel crossed out lines indicate the absence of radiation with a wavelength equal to λ6. In this example, it is not generated due to embedding in the cone-shaped nanopore 14 a nonradiative quantum dot 15 of the core-shell structure of a zero fluorescence-time subgroup with a fluorescence time interval τ ₀ equal to zero at the stage of programming spectral portraits of the polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores according to the statement of work.

Мелкими стрелками на фиг. 2 указывается направление выходящего мультиволнового излучения F{λ_i, τ_i}, где i=1, 2, …, n. F{λ_i, τ_i}={f₁(λ1, τ₄), f₂(λ2, τ₂), f₃(λ3, τ₁), f₄(λ4, τ₂), f₅(λ5, τ₃), f₆(λ6, τ₀), f7(λ7, τ₁} - спектр излучения полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами, образованный совокупным излучением всех квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, динамически изменяющийся по времени.The small arrows in FIG. 2 indicates the direction of the emerging multi-wave radiation F {λ _i, τ _i }, where i = 1, 2, ..., n. F {λ _i, τ _i } = {f ₁ (λ1, τ ₄ ), f ₂ (λ2, τ ₂ ), f ₃ (λ3, τ ₁ ), f ₄ (λ4, τ ₂ ), f ₅ (λ5 , τ ₃ ), f ₆ (λ6, τ ₀ ), f7 (λ7, τ ₁ } is the emission spectrum of polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores, formed by the total radiation of all quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals, dynamically varying time.

На фиг. 3 приведены схематические изображения сопрягаемых поверхностей квантовой точки и конусообразной нанопоры и их допусковые отклонения размеров, не нарушающих повторяемость спектральных портретов при тиражировании зондов.In FIG. Figure 3 shows schematic representations of the mating surfaces of a quantum dot and a cone-shaped nanopore and their tolerance deviations of sizes that do not violate the frequency of spectral portraits when replicating probes.

На фрагменте А) (фиг. 3) приведены технические требования к допуску диаметра квантовых точек структуры ядро-оболочка наноразмерной группы Nn, который может колебаться на величину Δ от номинального размера dn-Δ в меньшую сторону, для осуществления сопряжения с конусообразными нанопорами наноразмерной группы Nn.Fragment A) (Fig. 3) shows the technical requirements for the tolerance of the diameter of quantum dots of the structure of the core-shell of the nanoscale group Nn, which can fluctuate by a smaller value Δ from the nominal size dn-Δ, for pairing with cone-shaped nanopores of the nanoscale group Nn .

На фрагменте Б) (фиг. 3) приведены технические требования к диаметру конусообразных нанопор наноразмерной группы Nn, где конусообразная нанопора, диаметр которой на глубине Н по осевой лини от основания конуса равен радиусу (1/2 диаметра) квантовой точки структуры ядро-оболочка, dn+Δ/2 наноразмерной группы Nn колеблется на величину Δ от номинального размера Dn+Δ в большею сторону для осуществления сопряжения с квантовыми точками структуры ядро-оболочка наноразмерной группы Nn.Fragment B) (Fig. 3) shows the technical requirements for the diameter of cone-shaped nanopores of the nanoscale group Nn, where a cone-shaped nanopore, whose diameter at a depth H along the axial line from the base of the cone is equal to the radius (1/2 of the diameter) of the quantum dot of the core-shell structure, dn + Δ / 2 of the nanoscale group Nn varies by Δ from the nominal size Dn + Δ in the larger direction for conjugation with quantum dots of the core-shell structure of the nanoscale group Nn.

На фрагменте В) (фиг. 3) приведены выполненные технические требования сопряжения, предъявленные к паре, состоящей из квантовой точки 11 структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции (фрагмент фиг. 2), вложенной в конусообразную нанопору 10, входящие в одну наноразмерную группу N4, где представлена квантовая точка 11 структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции диаметром d4-Δ, вложенная в соответствующею нанопору диаметром D4+Δ без выхода оболочки квантовой точки структуры за периметр поверхности полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами. Стрелками показано, соответственно, входная длина волны возбуждения квантовой точки λ0 и функция преобразованной длины волны f₄(λ4, τ₂). Где: d - номинальный размер наружного диаметра квантовой точки структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции; D - номинальный размер внутреннего диаметра конусообразной нанопоры; n - номер наноразмерной группы; Δ - максимальный размер разбросов диаметров с учетом температурного дрейфа, при котором сохраняется достоверность повторяемости спектральных портретов (т.е. исключается попадание квантовой точки, относящейся к одной группе Nn, в нанопоры Nn-1 или Nn+1, относящиеся к другой рядом расположенной наноразмерной группе).Fragment B) (Fig. 3) shows the fulfilled conjugation specifications presented for a pair consisting of a quantum dot 11 of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval (fragment of Fig. 2) embedded in a cone-shaped nanopore 10 included in one nanoscale group N4, where a quantum dot 11 of the core-shell structure is represented with a calibrated fluorescence time interval of diameter d4-Δ embedded in the corresponding nanopore with diameter D4 + Δ without leaving the shell of a quantum dot of the structure beyond the perimeter features of the polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores. The arrows show, respectively, the input wavelength of the excitation of the quantum dot λ0 and the function of the converted wavelength f ₄ (λ4, τ ₂ ). Where: d is the nominal size of the outer diameter of the quantum dot of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval; D is the nominal size of the inner diameter of the conical nanopore; n is the number of the nanoscale group; Δ is the maximum size of the variation in diameters, taking into account the temperature drift, at which the repeatability of the spectral portraits is preserved (i.e., the quantum dot belonging to one group Nn is excluded from the nanopores Nn-1 or Nn + 1 related to another adjacent nanoscale group).

Где: на координате Y - ОЕ - относительные единицы интенсивности излучения квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции в интервале от 0.0 до 1.0; уровень 0.37 (1.0/е, где е - основание натуральных логарифмов) - выбранный уровень, на котором проводится калибровка интервалов времени флуоресценции квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции. На координате X - τ (нс) - длительность времени флуоресценции в наносекундах, где горизонтальными двухсторонними стрелками указана длительность времени флуоресценции τ₀; τ₁; τ₂; τ₃; τ₄ с шагом дискретизации равным τ₁, соответственно для квантовых точек с излучательными параметрами, относящихся к нулевой, первой, второй, третьей, четвертой, флуоресцентно-временным подгруппам, входящим по геометрическим параметрам в первую наноразмерную группу. В верхней части фиг. 4 приведен ранжированный ряд квантовых точек, временные характеристики которых представлены ниже в виде затухающих экспоненциально-образных зависимостей интенсивности излучения от длительности флуоресценции. Пунктирными линиями с одной стрелкой указаны параметры величин временных интервалов флуоресценции каждой квантовой точки структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции, кодируемые, например, в трехразрядном двоичном коде τ₁=〈100〉, τ₂=〈010〉, τ₃=〈110〉, τ₄=〈001〉 (по количеству оболочек и сочетанию материалов оболочек), расположенные на оси X под точками пересечения линий экспоненциально-образных характеристик с уровнем калибровки 0.37 (1.0/е). Стрелками с символом «δ» указаны допусковые зоны нормального рассеивания относительно номинальных величин интервалов времени флуоресценции, используемые при проведении калибровки квантовых точек ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, не нарушающие повторяемость спектров излучения при тиражировании зондов. Ширина допусковой зоны «δ» определяется технологией синтеза квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции. Чем качественней технология и выше точность, тем меньше предельный разброс и уже допусковая зона. Шириной допусковой зоны «δ» ограничивается предельное количество флуоресцентно-временных подгрупп на определенном временном интервале (их скученность). На фиг. 4 приведены соотношения величины ширины допусковой зоны и величины шага квантования по длительности для исключения попадания квантовых точек с близкими параметрами в соседние подгруппы. Чем больше расстояние между соседними подгруппами, тем выше достоверность программируемых спектров. Квантовые точки структуры ядро-оболочка, кодируемые как τ₀=〈000〉, т.е. со временем флуоресценции равным 0, являются безызлучательными квантовыми точками структуры ядро-оболочка.Where: at the coordinate Y - ОЕ - relative units of radiation intensity of quantum dots of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval in the range from 0.0 to 1.0; level 0.37 (1.0 / e, where e is the base of the natural logarithms) is the selected level at which the fluorescence time intervals of quantum dots of the core-shell structure are calibrated with the calibrated fluorescence time interval. At the coordinate X - τ (ns) is the duration of fluorescence time in nanoseconds, where the horizontal double-sided arrows indicate the duration of fluorescence time τ ₀ ; τ ₁ ; τ ₂ ; τ ₃ ; τ ₄ with a sampling step equal to τ ₁ , respectively, for quantum dots with radiative parameters related to the zero, first, second, third, fourth, fluorescence-time subgroups, which, according to geometric parameters, are included in the first nanoscale group. At the top of FIG. Figure 4 shows a ranked series of quantum dots whose temporal characteristics are presented below in the form of decaying exponentially shaped dependences of the radiation intensity on the fluorescence duration. The dashed lines with one arrow indicate the parameters of the fluorescence time intervals of each quantum dot of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval, encoded, for example, in a three-digit binary code τ ₁ = 〈100〉, τ ₂ = 〈010〉, τ ₃ = 〈 110〉, τ ₄ = 〈001〉 (in terms of the number of shells and combination of shell materials) located on the X axis under the intersection points of the lines of exponentially shaped characteristics with a calibration level of 0.37 (1.0 / e). The arrows with the symbol "δ" indicate the tolerance zones of normal scattering relative to the nominal values of the fluorescence time intervals used in the calibration of quantum dots core-shell with calibrated fluorescence time intervals that do not violate the frequency of emission spectra when replicating probes. The width of the tolerance zone "δ" is determined by the synthesis technology of quantum dots of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval. The better the technology and the higher the accuracy, the less the maximum spread and the narrower the tolerance zone. The width of the tolerance zone "δ" is limited by the limiting number of fluorescence-time subgroups at a certain time interval (their crowding). In FIG. Figure 4 shows the ratio of the width of the tolerance zone and the quantization step in duration to prevent quantum dots with similar parameters from entering neighboring subgroups. The greater the distance between neighboring subgroups, the higher the reliability of the programmed spectra. Quantum dots of the core-shell structure, encoded as τ ₀ = 〈000〉, i.e. with a fluorescence time equal to 0, are nonradiative quantum dots of the core-shell structure.

На фрагменте А) (фиг. 5) представлен спектральный портрет излучения F{λ_i, τ_i} полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами, где на координате Z - ОЕ - относительные единицы интенсивности излучения квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции в интервале от 0.0 до 1.0. На координате Y - τ (нс) - дискретные интервалы времени флуоресценции в наносекундах и соответствующая кодировка дискретных временных интервалов в трехразрядном двоичном коде. На координате X - λ (нм) - длина волны излучения в нанометрах, λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6, λ7 - дискретные длины волн излучения соответственно квантовых точек 5, 7, 9, 11, 13, 17 структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции. Излучение с длиной волны λ6 отсутствует, т.к. при программировании в конусообразную нанопору 14 вложена безызлучательная квантовая точка 15 структуры ядро-оболочка с интервалом времени флуоресценции τ₀, равным нулю. F{λ_i, τ_i}={f₁(λ1, τ₄), f₂(λ2, τ₂), f₃(λ3, τ₁), f₄(λ4, τ₂), f₅(λ5, τ₃), f₆(λ6, τ₀), f7{λ7, τ₁)} - спектр излучения полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами, образованный совокупным излучением всех квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции.Fragment A) (Fig. 5) shows the spectral portrait of the radiation F {λ _i, τ _i } of the polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores, where at the coordinate Z - ОЕ are the relative units of radiation intensity of quantum dots of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval in the range from 0.0 to 1.0. On the Y coordinate, τ (ns) are the discrete time intervals of fluorescence in nanoseconds and the corresponding encoding of the discrete time intervals in a three-bit binary code. At the X-coordinate, λ (nm) is the radiation wavelength in nanometers, λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6, λ7 are the discrete radiation wavelengths of quantum dots 5, 7, 9, 11, 13, 17 of the shell with a calibrated fluorescence time interval. There is no radiation with a wavelength of λ6, because when programming, a nonradiative quantum dot 15 of the core-shell structure with a fluorescence time interval τ ₀ equal to zero is embedded in a cone-shaped nanopore 14. F {λ _i, τ _i } = {f ₁ (λ1, τ ₄ ), f ₂ (λ2, τ ₂ ), f ₃ (λ3, τ ₁ ), f ₄ (λ4, τ ₂ ), f ₅ (λ5 , τ ₃ ), f ₆ (λ6, τ ₀ ), f7 {λ7, τ ₁ )} is the emission spectrum of the polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores, formed by the total radiation of all quantum dots of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval.

На фрагменте Б) (фиг. 5) схематически представлено пошаговое заполнение конусообразных нанопор 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 квантовыми точками структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17. Вертикальными фигурными указательными стрелками с символами Sn (где n - номер шага операции программы от 1 до 7) показаны схематические траектории и направления маршрутов перемещения квантовых точек структуры ядро-оболочка из упорядоченной технологической донорской матрицы коллоидных растворов квантовых точек структуры ядро-оболочка в конусообразные нанопоры полимерной сферы 3.In fragment B) (Fig. 5), a step-by-step filling of conical nanopores with 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 quantum dots of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval of 5, 7, 9, 11, 13, 15 is shown schematically. , 17. The vertical curly pointing arrows with the symbols Sn (where n is the program operation step number from 1 to 7) show the schematic trajectories and directions of the routes of movement of quantum dots of the core-shell structure from the ordered technological donor matrix of colloidal solutions of quantum dots of quantum dots of the core-shell structure shell into cone-shaped nanopores of the polymer sphere 3.

На фрагментах В) - З) (фиг. 5) схематически изображена технологическая донорская матрица, расположенная внутри периметра выделенного пунктирной линией. Технологическая донорская матрица, используемая в процессе программирования, состоит из упорядоченных ячеек с калиброванными ранжированными коллоидными растворами квантовых точек структуры ядро-оболочка. Количество ячеек равно максимальному числу возможных сочетаний, используемых при программировании соотношений геометрических размеров квантовых точек с их излучательными характеристиками (длина волны λi и длительность времени флуоресценции τi). Матрица состоит из строк М0 - М4, представленных на фрагментах В) - З) (фиг. 5) и столбцов N1 - N7, представленных на фрагменте И) (фиг. 5). Каждому столбцу соответствует наноразмерная группа N1 - N7 и соответствующая ей длина волны излучения λ1 - λ7, а каждой строке соответствует флуоресцентно-временная подгруппа М0 - М4 и соответствующий интервал времени флуоресценции от τ₀ до τ₄ (кодируемый, например, трехразрядными двоичными кодами от 〈000〉 до 〈001〉.On fragments B) - H) (Fig. 5) a technological donor matrix is located schematically, located inside the perimeter highlighted by a dashed line. The technological donor matrix used in the programming process consists of ordered cells with calibrated ranked colloidal solutions of quantum dots of the core-shell structure. The number of cells is equal to the maximum number of possible combinations used in programming the ratios of the geometric dimensions of quantum dots with their radiative characteristics (wavelength λi and fluorescence time length τi). The matrix consists of rows M0 - M4, presented on fragments B) - H) (Fig. 5) and columns N1 - N7, presented on fragment I) (Fig. 5). Each column corresponds to a nanoscale group N1 - N7 and its corresponding radiation wavelength λ1 - λ7, and each row corresponds to a fluorescence-time subgroup M0 - M4 and the corresponding fluorescence time interval from τ ₀ to τ ₄ (encoded, for example, by three-digit binary codes from 〈 000〉 to 〈001〉.

На фрагменте И) (фиг. 5) приведены номера N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7 наноразмерных групп (столбцы технологической донорской матрицы), в которые входят конусобразные нанопоры, квантовые точки структуры ядро-оболочка, с совместимыми по допускам и посадкам диаметрами.Fragment I) (Fig. 5) shows the numbers N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7 of nanoscale groups (columns of the technological donor matrix), which include cone-shaped nanopores, quantum dots of the core-shell structure with compatible tolerances and fit diameters.

На фрагменте К) (фиг. 5) приведено, в качестве примера, двадцать одно разрядное кодовое идентификационное слово {001 010 100 010 110 000 100} (сигнатура динамики спектра), согласно которому происходит пошаговое программирование.The fragment K) (Fig. 5) shows, as an example, twenty-one bit code identification word {001 010 100 010 110 000 100} (signature of the dynamics of the spectrum), according to which step-by-step programming occurs.

На фрагменте Л) (фиг. 5) приведены номера шагов программирования S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 и горизонтальными фигурными указательными стрелками показано направление маршрута заполнения ранжированных конусообразных нанопор, ранжированными квантовыми точками структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, от большего диаметра к меньшему диаметру, где «Пуск» - начальная точка запуска процесса программирования.Fragment A) (Fig. 5) shows the numbers of programming steps S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 and the horizontal curly pointing arrows show the direction of the filling route for the ranked cone-shaped nanopores, the ranked quantum dots of the core-shell structure with calibrated time intervals fluorescence, from a larger diameter to a smaller diameter, where “Start” is the starting point for starting the programming process.

На фиг. 6 приводится трехмерный график, поясняющий динамику процесса изменения спектральных портретов в зависимости от сочетаний, ранжированных по параметрам квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции, введенных при программировании в излучающий элемент.In FIG. Figure 6 is a three-dimensional graph explaining the dynamics of the process of changing spectral portraits depending on combinations ranked according to the parameters of quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals introduced during programming into the radiating element.

Где на представленном трехмерном графике на координате Z - ОЕ - относительные единицы интенсивности излучения квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции в интервале от 0.0 до 1.5. На координате X - τ (нс) длительность времени флуоресценции в наносекундах. На координате Y - λ, (нм) - длина волны излучения в нанометрах, λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, _, λ7 - дискретные длины волн излучения соответственно квантовых точек 5, 7, 9, 11, 13, 17 структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции. Излучение с длиной волны λ6 отсутствует, т.к. при программировании в конусообразную нанопору 14 вложена безызлучательная квантовая точка 15 структуры ядро-оболочка со временем флуоресценции τ₀ равным нулю. Динамика процесса изменения сочетаний длин волн от времени представлена виде последовательно изменяющихся спектральных портретов F{f_i(λ_i)}={f1(λ), f2(λ), f3(λ), f4(λ), f5(λ)}, отображенных в дискретные моменты времени с шагом, равным длительности τ₁, где f1(λ)=(λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7); f2(λ)=(λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7); f3(λ)=(λ1, λ2, λ4, λ5); f4(λ)=(λ1, λ5); f5(λ)=(λ1) - первый, второй, третий, четвертый, пятый спектральные портреты, соответственно, в моменты времени τ₀=0; τ₁=5 нс; τ₂=10 нс; τ₃=15 нс; τ₄=20 нс.Where in the presented three-dimensional graph at the Z - OE coordinate are relative units of the radiation intensity of quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals in the range from 0.0 to 1.5. At the X coordinate, τ (ns) is the duration of fluorescence in nanoseconds. At the coordinate Y - λ, (nm) is the radiation wavelength in nanometers, λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, _, λ7 are the discrete radiation wavelengths of quantum dots of 5, 7, 9, 11, 13, 17 of the core structure, respectively -shell with a calibrated fluorescence time interval. There is no radiation with a wavelength of λ6, because when programming, a nonradiative quantum dot 15 of the core-shell structure with a fluorescence time τ ₀ equal to zero is embedded in a cone-shaped nanopore 14. The dynamics of the process of changing combinations of wavelengths with time is presented as sequentially changing spectral portraits F {f _i (λ _i )} = {f1 (λ), f2 (λ), f3 (λ), f4 (λ), f5 (λ)} mapped at discrete time instants with a step equal to the duration τ ₁ , where f1 (λ) = (λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7); f2 (λ) = (λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7); f3 (λ) = (λ1, λ2, λ4, λ5); f4 (λ) = (λ1, λ5); f5 (λ) = (λ1) - the first, second, third, fourth, fifth spectral portraits, respectively, at time instants τ ₀ = 0; τ ₁ = 5 ns; τ ₂ = 10 ns; τ ₃ = 15 ns; τ ₄ = 20 ns.

В начале координаты Y изображен короткий стартовый импульс «СТАРТ n» с длиной волны λ0, подаваемый внешним электромагнитным источником возбуждения квантовых точек 18, который запускает генерацию детерминированных последовательностей спектральных портретов с периодом повторения Т (при условии, если Т>τ₄) и следующий за ним стартовый импульс «СТАРТ n+1», запускающий следующий аналогичный пакет спектральных портретов.At the origin of Y coordinate, a short start pulse “START n” with a wavelength λ0 is shown, supplied by an external electromagnetic source of excitation of quantum dots 18, which starts the generation of determinate sequences of spectral portraits with a repetition period T (provided that T> τ ₄ ) and the next the start pulse “START n + 1”, which launches the next similar package of spectral portraits.

Длина волны возбуждения λ0 квантовых точек 5, 7, 9 11, 13, 17 структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции и длины волн преобразованного излучения λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7 квантовых точек 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17 структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции определяются их диаметром (в основном от 2 до 20 нанометров), сочетанием материала ядра и материала оболочки, их процентным соотношением, спектром пропускания защитной прозрачной полимерной пленки и технологией изготовления самой квантовой точки структуры ядро-оболочка. Длина волны электромагнитного излучения квантовых точек, направленная на объект диагностирования, может находиться как в оптическом диапазоне, так и за его пределами от ультрафиолетового до инфракрасного спектра излучения. При одном и том же внешнем диаметре квантовой точки длина волны ее излучения может корректироваться за счет изменения соотношения диаметра ядра и толщины окружающей оболочки, а изменение интервала времени флуоресценции за счет создания вокруг ядра многооболочных структур из разных материалов (Patent Application Publication Pub. No.: US 20120315391 A1 Pub. Date: Dec. 13, 2012, QUANTUM DOTS HAVING COMPOSITION GRADIENT SHELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF). Для превращения излучательной квантовой точки в безызлучательную, в структуре квантовой точки создаются дефекты (необратимые) с помощью внешних воздействий (или естественного брака), которые запускают безызлучательные переходы. В результате квантовая точка становится безызлучательной без изменения геометрических параметров.Excitation wavelength λ0 of quantum dots 5, 7, 9 11, 13, 17 of the core-shell structure with calibrated intervals of fluorescence time and wavelengths of converted radiation λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7 of quantum dots 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17 of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals are determined by their diameter (mainly from 2 to 20 nanometers), the combination of core material and shell material, their percentage, the transmission spectrum of the protective transparent polymer film and the manufacturing technology of the quantum itself point p Keturah core-shell. The wavelength of electromagnetic radiation of quantum dots, aimed at the object of diagnosis, can be both in the optical range and beyond from the ultraviolet to infrared radiation spectrum. With the same external diameter of a quantum dot, the wavelength of its radiation can be adjusted by changing the ratio of the core diameter and the thickness of the surrounding shell, and changing the fluorescence time interval by creating multi-shell structures of different materials around the core (Patent Application Publication Pub. No .: US 20120315391 A1 Pub. Date: Dec. 13, 2012, QUANTUM DOTS HAVING COMPOSITION GRADIENT SHELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF). To turn a radiative quantum dot into a nonradiative, defects (irreversible) are created in the structure of the quantum dot by external influences (or natural defects) that trigger nonradiative transitions. As a result, the quantum dot becomes nonradiative without changing the geometric parameters.

Ядро квантовых точек 5, 7, 9 11, 13, 15, 17 структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции может, например, включать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe, CdSeTe, CdZnS, PbSe, AgInZnS, и ZnO, но не ограничивается ими. Оболочка квантовых точек 5, 7, 9 11, 13, 15, 17 структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции может включать в себя по крайней мере один материал, выбранный из группы, состоящей из CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, TiO, SrSe, и HgSe, но этими вариантами не ограничивается.The core of quantum dots 5, 7, 9 11, 13, 15, 17 of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals may, for example, include at least one material selected from the group consisting of CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe , CdSeTe, CdZnS, PbSe, AgInZnS, and ZnO, but not limited to. The shell of quantum dots 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17 of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals may include at least one material selected from the group consisting of CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, TiO, SrSe, and HgSe, but are not limited to these options.

Изготовление нанокомпозитного излучающего элемента осуществляется легированием полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами, квантовыми точками 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17 структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции и выполняется за счет проникновения квантовых точек структуры ядро-оболочка в конусообразные нанопоры 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами. Например, процесс легирования может осуществляется 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. (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130011551 A1 Pub. Date: Jan. 10, 2013, QUANTUM DOT-GLASS COMPOSITE LUMINESCENT MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF). Длительность времени флуоресценции в зависимости от материалов, их сочетаний и технологии получения квантовых точек может колебаться в интервале от единиц пикосекунд до единиц микросекунд. Выборочная разбраковка квантовых точек по длительности флуоресценции может быть осуществлена, например, с помощью устройства, выполняющего обнаружение, классификацию и разбраковку квантовых точек по длительности переходного процесса выключения квантовой точки (Патент RU 2493631 С1, 20.09.2013, H01L 21/66, В82В 3/00. Способ обнаружения квантовых точек и устройство для его осуществления. / Линьков В.А., Вихров С.П., Вишняков Н.В., Литвинов В.Г.).A nanocomposite emitting element is fabricated by doping a polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores, quantum dots 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17 of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals and is performed due to the penetration of quantum dots of the core-shell structure into the cone-shaped nanopores 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 of polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores. For example, the doping process can be carried out according to 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. (Patent Application Publication Pub. No .: US 20130011551 A1 Pub. Date: Jan. 10, 2013, QUANTUM DOT-GLASS COMPOSITE LUMINESCENT MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF). The duration of fluorescence, depending on the materials, their combinations, and the technology for producing quantum dots, can range from units of picoseconds to units of microseconds. Selective sorting of quantum dots by the duration of fluorescence can be carried out, for example, using a device that detects, classifies and classifies quantum dots by the duration of the transient process of switching off a quantum dot (Patent RU 2493631 C1, 09.20.2013, H01L 21/66, B01B 3 / 00. A method for detecting quantum dots and a device for its implementation. / Linkov V.A., Vikhrov S.P., Vishnyakov N.V., Litvinov V.G.).

Зонд атомно-силового микроскопа с программируемой динамикой изменения спектральных портретов излучающего элемента на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка работает следующим образом: перед началом работы производится программирование излучающей полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами (фиг. 2). Программирование спектра излучения осуществляется переносом квантовых точек структуры ядро-оболочка из технологической донорской матрицы в излучающею сферу. Это происходит за счет последовательного погружения полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами, предварительно соединенной с вершиной иглы 2 в ячейки технологической донорской матрицы с ранжированными калиброванными коллоидными растворами квантовых точек с определенными диаметрами и излучательными характеристиками, соответствующими длине волны излучения λi=(λ1, λ2, …, λ7) и длительности флуоресценции τ_i,=(τ₀, τ₁, τ₂, τ₃, τ₄) на длинах волн λi, что поясняется на фиг. 5.A probe of an atomic force microscope with programmable dynamics of changing spectral portraits of a radiating element based on quantum dots of the core-shell structure works as follows: before starting work, a radiating polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores is programmed (Fig. 2). The radiation spectrum is programmed by transferring quantum dots of the core-shell structure from the technological donor matrix to the radiating sphere. This is due to the sequential immersion of the polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores, pre-connected to the tip of the needle 2 in the cells of the technological donor matrix with ranked calibrated colloidal solutions of quantum dots with certain diameters and emissive characteristics corresponding to the radiation wavelength λi = (λ1, λ2, ... , λ7) and fluorescence duration τ _i, = (τ ₀ , τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ ) at wavelengths λi, which is illustrated in FIG. 5.

Максимальные допусковые отклонения геометрических размеров сопрягаемых элементов и интервалов времени флуоресценции квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванными временными интервалами флуоресценции, не влияющие на точность повторяемости спектральных портретов, приведены соответственно на фиг. 3, и фиг. 4. После каждого погружения полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами в очередной коллоидный раствор квантовые точки структуры ядро-оболочка заполняют все конусообразные нанопоры, в которые они могут проникнуть, т.е. при первом погружении квантовые точки структуры ядро-оболочка наибольшего диаметра заполняют конусообразные нанопоры наибольшего диаметра, но не могут проникнуть в конусообразные нанопоры следующих групп меньшего диаметра; при втором погружении квантовые точки структуры ядро-оболочка меньшего диаметра заполняют конусообразные нанопоры меньшего диаметра, но не могут проникнуть в конусообразные нанопоры наименьшего диаметра и уже заполненные ранее квантовыми точками структуры ядро-оболочка большего диаметра, и так до полного заполнения конусообразных нанопор минимального диаметра соответствующими квантовыми точками структуры ядро-оболочка, что поясняется на фиг. 5. Последовательность ввода тех или иных квантовых точек в конусообразные нанопоры определяется заданным идентификационным кодовым словом, например {001 010 100 010 110 000 100}, на основании которого формируется динамически изменяющаяся последовательность спектральных портретов излучения полимерной сферы 3 с конусообразными нанопорами, необходимая для целенаправленного воздействия на исследуемый объект диагностирования 19.The maximum tolerances of the geometric dimensions of the mating elements and the fluorescence time intervals of quantum dots of the core-shell structure with calibrated time intervals of fluorescence that do not affect the accuracy of the repeatability of spectral portraits are shown in FIG. 3 and FIG. 4. After each immersion of the polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores in the next colloidal solution, the quantum dots of the core-shell structure fill in all the cone-shaped nanopores into which they can penetrate, that is, during the first immersion, quantum dots of the core-shell structure of the largest diameter fill the cone-shaped nanopores of the largest diameter, but cannot penetrate into the cone-shaped nanopores of the following groups of smaller diameter; during the second immersion, the quantum dots of the core-shell structure of smaller diameter fill the cone-shaped nanopores of a smaller diameter, but cannot penetrate the cone-shaped nanopores of the smallest diameter and the core-shell of a larger diameter already filled with quantum dots before, and the cone-shaped nanopores of the minimum diameter are completely filled with the corresponding quantum points of the core-shell structure, as illustrated in FIG. 5. The sequence of introducing certain quantum dots into cone-shaped nanopores is determined by a given identification code word, for example {001 010 100 010 110 000 100}, on the basis of which a dynamically changing sequence of spectral portraits of radiation of the polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores is formed, which is necessary for targeted exposure to the investigated object of diagnosis 19.

По окончании этапа программирования зонд атомно-силового микроскопа с программируемой динамикой изменения спектральных портретов излучающего элемента на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка работает следующим образом: кантилевер 1 с зондирующей иглой 2 подводится к объекту диагностирования 19, расположенному на подложке 20, и надавливает на него полимерной сферой 3 с конусообразными нанопорами, получая данные об упругих свойствах объекта диагностирования 19, до включения и после включения внешнего электромагнитного источника возбуждения 18 квантовых точек структуры ядро-оболочка с длиной волны λ0. Сформированный источником возбуждения 18 квантовых точек структуры ядро-оболочка короткий стартовый импульс с длиной волны λ0 (обозначенный на фиг. 6 словом «СТАРТ n») передним фронтом переводит квантовые точки структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции в состояние люминесценции. В результате квантовые точки 5, 7, 9, 11, 13, 17 структуры ядро-оболочка с калиброванными интервалами времени флуоресценции возбуждают поверхность диагностируемого объекта 19 сочетанием длин волн f1(λ)=(λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, _, λ7) согласно сформированному при программировании первому спектральному портрету излучения, заданному идентификационным кодовым двоичным словом, например {001 010 100 010 110 000 100}. В момент завершения стартового импульса его задним фронтом запускается процесс флуоресценции квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванным временем флуоресценции F{λ_i, τ_i}={f₁(λ1, τ₄), f₂(λ2, τ₂), f₃(λ3, τ₁), f₄(λ4, τ₂), f₅(λ5, τ₃), f₆(λ6, τ₀), f7(λ7, τ₁)}. По мере затухания флуоресценции каждая квантовая точка структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции генерирует излучение определенной длины волны (λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, _, λ7) и определенной длительности (τ₁, τ₂, τ₃, τ₄). Сочетание определенных геометрических и излучательных параметров квантовых точек осуществляется при программировании полимерной сферы 3 с конусообразными порами. В совокупности излучения всех квантовых точек структуры ядро-оболочка с калиброванным интервалом времени флуоресценции образуются периодически повторяющиеся последовательно изменяющиеся мультиволновые композиции спектральных портретов. Динамика процесса изменения сочетаний длин волн от времени представлена в виде последовательно изменяющихся спектральных портретов F{f_i(λ_i)}={f1(λ), f2(λ), f3(λ), f4(λ), f5(λ)}, отображенных в дискретные моменты времени с шагом, равным длительности τ₁, где f1(λ)=(λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7); f2(λ)=(λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7); f3(λ)=(λ1, λ2, λ4, λ5); f4(λ)=(λ1, λ5); f5(λ)=(λ1) - первый, второй, третий, четвертый, пятый, спектральные портреты, соответственно в моменты времени τ₀, τ₁, τ₂, τ₃, τ₄ что поясняется на фиг. 6. Интервал времени повторения между управляющими стартовыми импульсами (период Т фиг. 6) должен быть больше максимальной длительности (например, τ₄) флуоресценции используемых при программировании квантовых точек структуры ядро-оболочка, что необходимо для выдачи идентичных повторяющихся (детерминированных) управляющих кодовых микрокоманд в виде набора спектральных портретов для запуска нанофотонных процессов (например, запуска механизмов регенерации тканей) в исследуемых биологических объектах, или для тестирования и диагностирования нанофотонных систем, а также осуществление новых видов исследований в нанофотонике, оптогенетике, нейрофотонике.At the end of the programming stage, an atomic force microscope probe with programmable dynamics of changing the spectral portraits of the emitting element based on quantum dots of the core-shell structure works as follows: cantilever 1 with a probe needle 2 is fed to the diagnostic object 19 located on the substrate 20 and presses on it polymer sphere 3 with cone-shaped nanopores, receiving data on the elastic properties of the diagnostic object 19, before and after the inclusion of an external electromagnetic source excitation of 18 quantum dots of the core-shell structure with a wavelength of λ0. Formed by the source of excitation of 18 quantum dots of the core-shell structure, a short start pulse with a wavelength of λ0 (indicated by the word “START n” in Fig. 6) by the leading edge translates the quantum points of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval to the luminescence state. As a result, quantum dots 5, 7, 9, 11, 13, 17 of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals excite the surface of the diagnosed object 19 by a combination of wavelengths f1 (λ) = (λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, _, λ7) according to the first spectral radiation pattern generated by the programming, defined by the binary identification code word, for example {001 010 100 010 110 000 100}. At the moment the start pulse ends with its trailing edge, the process of fluorescence of quantum dots of the core-shell structure with the calibrated fluorescence time F {λ _i, τ _i } = {f ₁ (λ1, τ ₄ ), f ₂ (λ2, τ ₂ ), f ₃ (λ3, τ ₁ ), f ₄ (λ4, τ ₂ ), f ₅ (λ5, τ ₃ ), f ₆ (λ6, τ ₀ ), f7 (λ7, τ ₁ )}. As the fluorescence decays, each quantum dot of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval generates radiation of a certain wavelength (λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, _, λ7) and a certain duration (τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ ). The combination of certain geometric and radiative parameters of quantum dots is carried out when programming the polymer sphere 3 with cone-shaped pores. In the aggregate radiation of all quantum dots of the core-shell structure with a calibrated fluorescence time interval, periodically repeating sequentially changing multi-wavelength compositions of spectral portraits are formed. The dynamics of the process of changing wavelength combinations over time is presented in the form of sequentially changing spectral portraits F {f _i (λ _i )} = {f1 (λ), f2 (λ), f3 (λ), f4 (λ), f5 (λ) } mapped at discrete time instants with a step equal to the duration τ ₁ , where f1 (λ) = (λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7); f2 (λ) = (λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ7); f3 (λ) = (λ1, λ2, λ4, λ5); f4 (λ) = (λ1, λ5); f5 (λ) = (λ1) - the first, second, third, fourth, fifth, spectral portraits, respectively, at time instants τ ₀ , τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ which is explained in FIG. 6. The repetition time interval between the control start pulses (period T of Fig. 6) should be greater than the maximum duration (for example, τ ₄ ) of fluorescence used in programming quantum dots of the core-shell structure, which is necessary for issuing identical repeating (deterministic) control code microcommands in the form of a set of spectral portraits for triggering nanophotonic processes (for example, triggering tissue regeneration mechanisms) in biological objects under study, or for testing and diagnostics Nia nanophotonic systems, as well as the implementation of new kinds of research in nanophotonics, optogenetics, neyrofotonike.

Предложенная конструкция зонда атомно-силового микроскопа с программируемой динамикой изменения спектральных портретов излучающего элемента на основе квантовых точек структуры ядро-оболочка обеспечивает при сканировании поверхности объекта диагностирования атомно-силовым микроскопом возможность осуществления съема топологического распределения изменения модуля Юнга в зависимости от стимулирующего воздействия определенной последовательностью спектров электромагнитного мультиволнового излучения на каждую точку с координатами X, Y, непосредственно расположенную под излучающей полимерной сферой с конусобразными нанопорами. Возможность осуществления программирования спектра излучения с использованием квантовых точек структуры ядро-оболочка с кодируемым дискретным ранжированным рядом интервалов флуоресценции также дает возможность идентичной повторяемости спектральных портретов при тиражировании зондов. Все это позволяет обнаружить и исследовать отдельные светочувствительные участки биологических объектов и наноструктур, изменяющих свои механические свойства и размеры под действием только строго определенных последовательностей кодовых наборов длин волн электромагнитного излучения, направленных в определенную точку, без засветок окружающих участков исследуемого объекта, что ранее невозможно было осуществить известными зондами.The proposed design of an atomic force microscope probe with programmable dynamics of changes in the spectral portraits of a radiating element based on quantum dots of the core-shell structure allows scanning the surface of an object to be diagnosed by an atomic force microscope to take a topological distribution of the change in Young's modulus depending on the stimulating effect by a certain sequence of electromagnetic spectra multiwave radiation at each point with coordinate and X, Y, directly beneath the radiating polymer sphere with konusobraznymi nanopores. The possibility of programming the emission spectrum using quantum dots of the core-shell structure with a coded discrete ranked series of fluorescence intervals also makes it possible to repeat spectral portraits identically when replicating probes. All this makes it possible to detect and study individual photosensitive sections of biological objects and nanostructures that change their mechanical properties and sizes under the influence of only strictly defined sequences of code sets of wavelengths of electromagnetic radiation directed to a certain point, without exposure to surrounding areas of the studied object, which was previously impossible known probes.

Claims

A probe of an atomic force microscope with programmable dynamics of changing spectral portraits of a radiating element based on quantum dots of a core-shell structure, including a cantilever connected to a probe needle, the tip of which is fixed in one of the nanopores of the polymer sphere, the remaining nanopores of which are filled without leaving their shells around the perimeter polymer spheres with quantum dots of a core-shell structure, covered with a protective layer on the outside, an external electromagnetic source of excitation of quantum dots of a structure i core-shell, characterized in that the polymer sphere contains an array uniformly distributed over its surface, consisting of more than two cone-shaped nanopores with an equal number of cone-shaped nanopores of the same diameter in each nanoscale group, quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals, the geometric parameters of which are ranked by nanoscale groups, and the radiative parameters - by fluorescence-time subgroup m, nonradiative quantum dots of the core-shell structure having diameters equal to the diameters of the used quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals, the total number of nonradiative quantum dots of the core-shell structure in total with quantum dots of the core-shell structure with calibrated time intervals fluorescence is equal to the number of cone-shaped nanopores filled with them, the number of nanoscale groups of which is equal to the maximum number of discrete lengths used ln, the maximum number of ranked emission time intervals of which is equal to the number of used fluorescence-time subgroups of quantum dots of the core-shell structure with calibrated fluorescence time intervals that are embedded in cone-shaped nanopores corresponding to their diameter, with a programmable combination of diameters of quantum dots of the core-shell structure with calibrated time intervals of fluorescence and nonradiative quantum dots of the core-shell structure embedded in the corresponding The cone-shaped nanopores that determine their diameter determine the sequence of combinations of emitted at certain time intervals and non-emitted discrete wavelengths, which together form a given sequence of spectral portraits of radiation from the probe of an atomic force microscope with programmable dynamics of spectral portraits of the emitting element based on quantum dots of the core-shell structure .