RU193569U1 - A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC STRUCTURE NANOPARTICLES - Google Patents

A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC STRUCTURE NANOPARTICLES Download PDF

Info

Publication number
RU193569U1
RU193569U1 RU2019121841U RU2019121841U RU193569U1 RU 193569 U1 RU193569 U1 RU 193569U1 RU 2019121841 U RU2019121841 U RU 2019121841U RU 2019121841 U RU2019121841 U RU 2019121841U RU 193569 U1 RU193569 U1 RU 193569U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
core
nanoparticles
shell structure
magnetically transparent
magnetic
Prior art date
Application number
RU2019121841U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Линьков
Сергей Игоревич Гусев
Николай Владимирович Вишняков
Юрий Владимирович Линьков
Павел Владимирович Линьков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина"
Priority to RU2019121841U priority Critical patent/RU193569U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU193569U1 publication Critical patent/RU193569U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00General 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
    • G01Q70/08Probe characteristics

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в атомно-силовой микроскопии для диагностирования наноразмерных структур. Магнитопрозрачный кантилевер соединен с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой, вершина которой подвижно соединена с помощью двух вложенных углеродных нанотрубок с магнитопрозрачной отделяемой и автономно функционирующей полимерной сферой со сквозными нанометровыми порами, заполненными апконвертирующими наночастицами и магнитными наночастицами с одинаковой ориентацией полюсов структуры ядро-оболочка, постоянно находящимися в управляющих электромагнитных полях. Дистанционное управление возбуждением апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка и их автономное перемещение по координате Z при сканировании боковых стенок наноколодцев биологического объекта диагностирования осуществляется с помощью работающего в ближнем ИК-диапазоне волн внешнего источника возбуждения апконвертирующих наночастиц и двух управляемых внешних встречно направленных синхронизированных электромагнитных полей. Техническим результатом является возможность осуществления сканирования наноколодцев по координате Z, глубина которых в десятки раз больше длины зондирующей иглы, электромагнитным, с оптической длиной волны воздействием на стенки наноколодцев с одновременным измерением электрических характеристик на это воздействие в одной точке поверхности объекта диагностирования с координатами X, Y, без влияния на соседние участки. 3 ил.The utility model relates to measuring technique and can be used in atomic force microscopy to diagnose nanoscale structures. The magnetically transparent cantilever is connected to an electrically conductive magnetically transparent probe needle, the tip of which is movably connected using two embedded carbon nanotubes with a magnetically transparent detachable and autonomously functioning polymer sphere with through nanometer pores filled with up-converting nanoparticles and magnetic nanoparticles with the same core orientation control electromagnetic fields. Remote control of the excitation of converting nanoparticles of the core-shell structure and their autonomous movement along the Z coordinate when scanning the side walls of the nanowells of a biological diagnostic object is carried out using an external excitation nanoparticle excitation source operating in the near infrared wavelength range and two controlled external counterclockwise synchronized electromagnetic fields. The technical result is the ability to scan nanoscale wells along the Z coordinate, the depth of which is ten times greater than the length of the probe needle, by applying electromagnetic radiation with an optical wavelength to the walls of nanowells while measuring the electrical characteristics of this effect at one point on the surface of the diagnostic object with coordinates X, Y , without affecting neighboring areas. 3 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 сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с электропроводящей зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотрубку большего диаметра, наружная поверхность которой закреплена в магнитопрозрачной стеклянной сфере, содержащей сквозные нанометровые поры малого и большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, внешний источник магнитного поля в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП (Патент RU 2615052 С1, 03.04.2017, G01Q 60/24, B82Y 35/00, СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНД АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА С НАНОКОМПОЗИТНЫМ ИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ЛЕГИРОВАННЫМ КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ И МАГНИТНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ СТРУКТУРЫ ЯДРО-ОБОЛОЧКА. / Линьков В.А., Вишняков Н.В., Линьков Ю.В., Линьков П.В.).A known probe of an atomic force microscope with a nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, comprising a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with an electrically conductive probe needle, inserted into a small diameter carbon nanotube that is embedded in a larger diameter nanotube the surface of which is fixed in a magnetically transparent glass sphere containing through nanometer pores of small and large diameter, core-shell structures filled with quantum dots and magnetic nanoparticles, respectively, coated with a protective opto-magnetically transparent polymer layer, an external source of excitation of quantum dots, an external source of magnetic field in the form of a flat microcoil connected to the output of the DAC (Patent RU 2615052 C1, 04/03/2017, G01Q 60/24, B82Y 35/00, SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT DOPED WITH QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICULES OF STRUCTURES. / Linkov V.A., Vishnyakov N.V., Linkov Yu.V., Linkov P.V.).

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

Наиболее близким по технической сущности является сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с электропроводящей зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотрубку большего диаметра, наружная поверхность которой закреплена в магнитопрозрачной полимерной сфере, содержащей сквозные нанометровые поры малого и большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами с одинаковым направлением ориентации полюсов, структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем. Включающий также синхронизированную, с перемещаемой электропроводящей зондирующей иглой, С-образную синхронно-центрирующею скобу, на которой закреплены и направлены на центр магнитопрозрачной полимерной сферы первый и второй внешние источники возбуждения квантовых точек, первый и второй внешние источники магнитного поля в виде первой и второй, плоских микрокатушек, размещенных на оптомагнитопрозрачных подложках и соединенных с выходами первого и второго ЦАП (Патент на полезную модель RU 184332 U1, 22.10.2018, G01Q 60/24, G01Q 70/08, B82Y 35/00, СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНД АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА С ОТДЕЛЯЕМЫМ ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМЫМ НАНОКОМПОЗИТНЫМ ИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ЛЕГИРОВАННЫМ КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ И МАГНИТНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ СТРУКТУРЫ ЯДРО-ОБОЛОЧКА. / Линьков В.А., Линьков Ю.В., Линьков П.В.).The closest in technical essence is a scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with an electrically conductive probe, threaded into a small carbon nanotube embedded in a larger diameter nanotube, the outer surface of which is fixed in a magnetically transparent polymer sphere D containing small through-pores and nanometer large diameter, filled respectively quantum dots and magnetic nanoparticles with the same direction of orientation of the poles, the core-shell structure, the outer side covered with a protective polymer layer optomagnitoprozrachnym. It also includes a synchronized, with a movable conductive probe needle, a C-shaped synchronously-centering bracket on which the first and second external sources of excitation of quantum dots, the first and second external sources of magnetic field in the form of the first and second are fixed and directed to the center of the magnetically transparent polymer sphere flat microcoils placed on opto-magnetically transparent substrates and connected to the outputs of the first and second DACs (Utility Model Patent RU 184332 U1, 10.22.2018, G01Q 60/24, G01Q 70/08, B82Y 35/00, SCAN SCO D atomic force microscope with a detachable remote controlled nanocomposite radiating element doped quantum dots and magnetic nanoparticles are core-shell structure. / Lin'kov VA, Lin'kov YV, PV Lin'kov).

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

Отличие предлагаемого технического решения от изложенных выше решений заключается в том, что в нанометровые поры малого диаметра магнитопрозрачной полимерной сферы введены апконвертирующие наночастицы, заменяющие квантовые точки, возбуждаемые ультрафиолетовым светом. Для возбуждения апконвертирующих наночастиц введен внешний источник возбуждения апконвертирующих наночастиц, работающий в диапазоне ближнего инфракрасного света, что позволяет снизить или исключить радиационную нагрузку цитотоксичного ультрафиолетового излучения на исследуемые живые биологические клеточные культуры. Введение апконвертирующих наночастиц, возбуждаемых ближним инфракрасным светом позволило увеличить глубину исследования наноколодцев до глубины 4-7 мм за счет минимального поглощения большинством биомолекул ближнего инфракрасного света в диапазоне длин волн от 700-1100 нм в «окне прозрачности» биоткани.The difference between the proposed technical solution and the above solutions is that up-converting nanoparticles are introduced into the nanometer pores of the small diameter of the magnetically transparent polymer sphere, replacing the quantum dots excited by ultraviolet light. To excite the converting nanoparticles, an external excitation source of the converting nanoparticles, operating in the range of near infrared light, has been introduced, which allows reducing or eliminating the radiation load of cytotoxic ultraviolet radiation on the living biological cell cultures under study. The introduction of up-converting nanoparticles excited by near infrared light made it possible to increase the depth of research of nanowells to a depth of 4-7 mm due to the minimum absorption of near infrared light by most biomolecules in the wavelength range from 700-1100 nm in the transparency window of the biological tissue.

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

Технический результат предложенной полезной модели достигается совокупностью существенных признаков, а именно: сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе апконвертирующих и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с электропроводящей зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотрубку большего диаметра, наружная поверхность которой закреплена в магнитопрозрачной полимерной сфере, содержащей сквозные нанометровые поры, из которых сквозные нанометровые поры большого диаметра заполнены магнитными наночастицами с одинаковым направлением ориентации полюсов, структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, синхронизированную с перемещаемой электропроводящей зондирующей иглой С-образную синхронно-центрирующею скобу, на которой закреплены и направлены на центр магнитопрозрачной полимерной сферы первый и второй внешние источники магнитного поля в виде первой и второй плоских микрокатушек, размещенных на оптомагнитопрозрачных подложках и соединенных с выходами первого и второго ЦАП, апконвертирующие наночастицы структуры ядро-оболочка, диаметр которых меньше диаметра магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, внешний источник возбуждения апконвертирующих наночастиц, закрепленный на верхней стороне С-образной синхронно-центрирующей скобы, оптическая ось которого направлена на центр магнитопрозрачной полимерной сферы, сквозные нанопоры поры малого диаметра которой заполнены апконвертирующими наночастицами структуры ядро-оболочка, без выхода их оболочек за сферическую поверхность магнитопрозрачной полимерной сферы.The technical result of the proposed utility model is achieved by a combination of essential features, namely: a scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element based on upconverting and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with an electrically conductive probing needle, small diameter carbon nanotube, which is embedded in a larger diameter nanotube, the outer surface of which is fixed in a magnetically transparent polymer sphere containing through nanometer pores, of which through nanometer pores of large diameter are filled with magnetic nanoparticles with the same direction of pole orientation, the core-shell structure is coated on the outside with a protective opto-magnetically transparent polymer layer, synchronized with a movable conducting probe C- a shaped synchronous-centering bracket on which the first and there are external magnetic field sources in the form of the first and second flat microcoils placed on optically magnetically transparent substrates and connected to the outputs of the first and second DACs, up-converting core-shell nanoparticles, whose diameter is smaller than the diameter of the magnetic nanoparticles of the core-shell structure, an external excitation source of up-converting nanoparticles, fixed on the upper side of the C-shaped synchronously centering bracket, the optical axis of which is directed to the center of the magnetically transparent polymer sphere, through the pores of small pore diameter of which are filled with up-converting nanoparticles of the core-shell structure, without their shells extending beyond the spherical surface of the magnetically transparent polymer sphere.

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

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

С помощью С-образной синхронно-центрирующей скобы 16, осуществляется синхронное перемещение кантилевера 1 с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 по координатам X, Y и первой плоской микрокатушки 11 синхронно со второй плоской микрокатушкой 12, которые жестко закреплены и выставлены параллельно друг другу с юстировкой их центров по одной оси, проходящей через центр магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Внешний источник возбуждения апконвертирующих наночастиц 15 закреплен на верхней стороне С-образной синхронно-центрирующей скобы 16 с направлением его оптической оси на центр магнитопрозрачной полимерной сферы 3 для возбуждения апконвертирующих наночастиц, перемещаемых с помощью магнитного поля в исследуемой зоне по координате Z.Using a C-shaped synchronous-centering bracket 16, the cantilever 1 is synchronously moved with an electrically conductive magnetically transparent probe needle 2 along the X, Y coordinates and the first flat micro coil 11 synchronously with the second flat micro coil 12, which are rigidly fixed and aligned parallel to each other with their adjustment centers along one axis passing through the center of the magnetically transparent polymer sphere 3. An external source of excitation of the converting nanoparticles 15 is fixed on the upper side of the C-shaped synchronously-centering it bracket 16 with the direction of its optical axis center 3 magnitoprozrachnoy polymer spheres to excite nanoparticles apkonvertiruyuschih moved by a magnetic field in the test zone in the coordinate Z.

Внешний источник возбуждения апконвертирующих наночастиц 15 через биоткань осуществляет возбуждение апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка, расположенных в сквозных нанометровых порах магнитопрозрачной полимерной сферы 3, электромагнитным излучением с длиной волны в диапазоне 800-1100 нм. Погружение магнитопрозрачной полимерной сферы 3 в наноколодцы, при этом, может достигать глубины до 4-7 мм. Для возбуждения апконвертирующих наночастиц могут быть использованы лазерные диоды с гауссовым профилем распределения интенсивности пучка (одномодовые лазерные диоды).An external source of excitation of the converting nanoparticles 15 through the biological tissue excites the converting nanoparticles of the core-shell structure located in the through nanometer pores of the magnetically transparent polymer sphere 3 by electromagnetic radiation with a wavelength in the range of 800-1100 nm. The immersion of the magnetically transparent polymer sphere 3 in nanowells, in this case, can reach a depth of 4-7 mm. To excite upconverting nanoparticles, laser diodes with a Gaussian beam intensity distribution profile (single-mode laser diodes) can be used.

Элементы 1, 2, 3, 16 выполнены магнитопрозрачными, что достигается отсутствием в их структурах ферромагнитных примесей. Сквозные нанометровые поры малого 4 диаметра заполнены апконвертирующими наночастицами 6 структуры ядро-оболочка. Сквозные нанометровые поры большого 5 диаметра заполнены магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка. Ядро каждой магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка состоит из магнитожесткого материала, а внешняя оболочка сформирована из магнитомягкого материала. Дистанционное управление траекторией и скоростью реверсивного перемещения магнитопрозрачной полимерной сферы 3 по наноколодцу объекта диагностирования 18 осуществляется за счет взаимодействия постоянного магнитного поля магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка с изменяющимся (по величине и вектору направления) магнитным полем, создаваемым первой плоской 11 и второй плоской 12 микрокатушками, состоящими из одного или нескольких спиралевидных витков, выводы которых соединены соответственно с выходами первого ЦАП 13 и второго ЦАП 14. Тип используемых первого ЦАП 13 и второго ЦАП 14 (их разрядность и быстродействие) определяется диапазоном проводимых диагностических исследований.Elements 1, 2, 3, 16 are made magnetically transparent, which is achieved by the absence of ferromagnetic impurities in their structures. The through nanometer pores of small 4 diameters are filled with upconverting nanoparticles 6 of the core-shell structure. The through nanometer pores of large 5 diameter are filled with magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure. The core of each magnetic nanoparticle 7 of the core-shell structure consists of a magnetically rigid material, and the outer shell is formed of a soft magnetic material. Remote control of the trajectory and speed of the reverse movement of the magnetically transparent polymer sphere 3 along the nanowell of the diagnostic object 18 is carried out due to the interaction of the constant magnetic field of the magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure with a changing (in magnitude and direction vector) magnetic field created by the first plane 11 and second plane 12 micro coils consisting of one or more spiral turns, the terminals of which are connected respectively to the outputs of the first DAC 13 and the second DAC 14. The type of the first DAC 13 and the second DAC 14 used (their capacity and speed) is determined by the range of diagnostic tests.

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

Минимальный диаметр магнитопрозрачной полимерной сферы 3 определяется минимальным количеством легированных в нее апконвертирующих наночастиц 6 структуры ядро-оболочка и магнитных наночастиц 7 структуры ядро-оболочка, образующих в совокупности нанокомпозитный излучающий элемент, параметры электромагнитного излучения которого определяются классом диагностируемого объекта 18. Стрелками указываются направления входящего λ1 и преобразованного λ2 по длине волны излучения, где λ1 - длина волны внешнего электромагнитного излучения для возбуждения апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка 6, вызывающего их флуоресценцию, λ2 - длина волны флуоресценции апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка 6, смещенных на антистоксовый сдвиг относительно длины волны λ1. Стрелками с символом

Figure 00000001
и
Figure 00000002
(первый и второй векторы магнитной индукции) показано направление магнитных силовых линий внешних магнитных полей, создаваемых первой плоской 11 и второй плоской 12 микрокатушками. Внешнее магнитное поле осуществляет притяжение или отталкивание магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка, закрепленных в корпусе магнотопрозрачной полимерной сферы 3, которая в свою очередь перемещает закрепленные в ней апконвертирующие наночастицы 6 структуры ядро-оболочка, при взаимодействии разнополярных или однополярных магнитных полей. Двунаправленной стрелкой с символом ΔZ показан примерный диапазон сканирования боковых стенок наноколодцев по координате Z объекта диагностирования 18.The minimum diameter of the magnetically transparent polymer sphere 3 is determined by the minimum number of up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure and magnetic nanoparticles 7 of the core-shell structure doped into it, which together form a nanocomposite emitting element, the electromagnetic radiation parameters of which are determined by the class of the diagnosed object 18. The arrows indicate the directions of the incoming λ 1 and λ 2 of the converted wavelength of the radiation, where 1 λ - wavelength of the external electromagnetic radiation to at excitation apkonvertiruyuschih nanoparticle core-shell structure 6, causing their fluorescence, λ 2 - wavelength of fluorescence apkonvertiruyuschih nanoparticle core-shell structure 6, displaced on the anti-Stokes shift relative to the wavelength λ 1. Arrows with a symbol
Figure 00000001
and
Figure 00000002
(first and second magnetic induction vectors) shows the direction of the magnetic lines of force of the external magnetic fields generated by the first flat 11 and second flat 12 microcoils. An external magnetic field attracts or repels magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure fixed in the body of the magnetically transparent polymer sphere 3, which in turn moves the inverting nanoparticles 6 of the core-shell structure fixed in it during the interaction of unipolar or unipolar magnetic fields. The bidirectional arrow with the symbol ΔZ shows the approximate scanning range of the side walls of the nanowells along the Z coordinate of the diagnostic object 18.

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

Для реализации полезной модели могут быть использованы, например, известные технологии изготовления апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка, повышающие конверсионные свойства композиции имеющие кубическую структуру (α) или гексагональную структуру (β), композиции α-NaYF4: Yb, Er @ CaF2. Рекомендуемый размер ядра - от 2 до 80 нм, а оболочка - толщиной от 2 до 40 нм. В качестве оболочки могут быть использованы другие материалы, улучшающие преобразовательные функции наночастиц, включающие в себя NaYF4 (α или β), CaF2, LiYF4, NaGdF4, NaScF4, NaYbF4, NaLaF4, LaF3, GdF3, GdOF, La2O3, Lu2O3, Y2O3, Y2O2S, YbF3, YF3, KYF4, KGdF4, BaYF5, BaGdF5, NaLuF4, KLuF4 и BaLuF5, но не ограничиваться ими. Сочетание компонентов и процентное содержание определяет интенсивность излучения тех или иных пиков в оптическом диапазоне от ультрафиолетового до красной области спектра, генерируемых апконвертирующими наночастицами (Patent № US 9956426 В2 Date of Patent: May 1, 2018, UPCONVERTING NANOPARTICLES).For the implementation of the utility model, for example, the well-known manufacturing technologies of up-converting nanoparticles of the core-shell structure can be used, increasing the conversion properties of the composition having a cubic structure (α) or hexagonal structure (β), α-NaYF 4 compositions: Yb, Er @ CaF 2 . The recommended core size is from 2 to 80 nm, and the shell is from 2 to 40 nm thick. Other materials that improve the conversion functions of nanoparticles, including NaYF 4 (α or β), CaF 2 , LiYF 4 , NaGdF 4 , NaScF 4 , NaYbF 4 , NaLaF 4 , LaF 3 , GdF 3 , GdOF, can be used as a shell , La 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Y 2 O 3 , Y 2 O 2 S, YbF 3 , YF 3 , KYF 4 , KGdF 4 , BaYF 5 , BaGdF 5 , NaLuF 4 , KLuF 4 and BaLuF 5 , but not limited to them. The combination of components and the percentage determines the radiation intensity of certain peaks in the optical range from the ultraviolet to the red region of the spectrum generated by up-converting nanoparticles (Patent No. US 9956426 B2 Date of Patent: May 1, 2018, UPCONVERTING NANOPARTICLES).

В качестве дополнительной оболочки при синтезе апконвертирующих наночастиц структуры ядро-оболочка также может быть использован диоксид титана TiO2, который наносится на ядро апконвертирующей наночастицы (TiO2 coated NaYF4:Yb, Tm @ SiO2), в зависимости от процентного сочетания компонентов длина волны излучения может находиться в диапазоне от 330 нм до 675 нм (Patent Application Publication Pub. No.: US 20170000887 A1, Pub. Date: Jan. 5, 2017, UNIFORM CORE-SHELL TIO2 COATED UPCONVERSION NANOPARTICLES AND USE THEREOF).As an additional shell in the synthesis of up-converting nanoparticles of the core-shell structure, titanium dioxide TiO 2 can also be used, which is deposited on the core of the up-converting nanoparticle (TiO 2 coated NaYF 4 : Yb, Tm @ SiO 2 ), depending on the percentage combination of components wavelength radiation can range from 330 nm to 675 nm (Patent Application Publication Pub. No .: US 20170000887 A1, Pub. Date: Jan. 5, 2017, UNIFORM CORE-SHELL TIO2 COATED UPCONVERSION NANOPARTICLES AND USE THEREOF).

Так же для получения апконвертирующих наночастиц может быть использован известеный способ синтеза биосовместимых апконвертирующих наночастиц α-NaYF4: Yb, Tm @ CaF2 в одном реакционном сосуде (в трехгорлой реакционной колбе) (Patent №US 10179177 В2 Date of Patent: jan.15, 2019, COATED UP-CONVERSION NANOPARTICLES), (Patent Application Publication Pub. No.: US 20190099505 A1, Pub. Date: Apr. 5, 2019, COATED UP-CONVERSION NANOPARTICLES).Also, to obtain up-converting nanoparticles, the known method for synthesizing biocompatible up-converting nanoparticles of α-NaYF 4 : Yb, Tm @ CaF 2 in one reaction vessel (in a three-necked reaction flask) can be used (Patent No. US 10179177 B2 Date of Patent: jan.15, 2019, COATED UP-CONVERSION NANOPARTICLES), (Patent Application Publication Pub. No .: US 20190099505 A1, Pub. Date: Apr. 5, 2019, COATED UP-CONVERSION NANOPARTICLES).

Ферромагнитное ядро магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка может, например, включать, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, MnBi, MnSb, MnOFe2O3, CrO2, MnAs, SmCo, FePt или их комбинации, но не ограничивается ими. Размер ядра одной магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка может варьироваться от 3 нм до 20 нм. Внешняя оболочка (окружающая магнитный сердечник) магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка сформирована из магнитомягкого или суперпарамагнитного материала, например, может включать, по меньшей мере один материал, выбранный из групп, состоящих из Fe3O4, FeO, CoFe2O4, MnFe2O4, NiFe2O4, ZnMnFe2O4, или их комбинации, но не ограничивается ими. Внешняя оболочка может иметь толщину в диапазоне от 0,5 нм до 3 нм. Внешняя оболочка защищает ядро от окисления и повышает магнитные свойства магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка и может покрываться дополнительной биосовместимой оболочкой, что, в свою очередь, защищает исследуемый биологический диагностируемый объект 18 при частичном повреждении общей защитной оболочки магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Для осуществления полезной модели могут быть использованы, например, известные технологии изготовления магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130195767 A1 Pub. Date: Aug. 1, 2013, magnetic nanoparticles), (Patent Application Publication Pub. No.: US 20140225024 A1 Pub. Date: Aug. 14, 2014 CORE_SHELL STRUCTURED NANOPARTICLE HAVING HARD-SOFT, MAGNETIC HETEROSTRUCTURE, MAGNET PREPARED WITH SAID NANOPARTICLE, AND PREPARIG METHOD THEREOF), (patent Application Publication Pub. No.: US 20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS).The ferromagnetic core of a magnetic nanoparticle 7 of a core-shell structure may, for example, include at least one material selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, FeOFe 2 O 3 , NiOFe 2 O 3 , CuOFe 2 O 3 , MgOFe 2 O 3 , MnBi, MnSb, MnOFe 2 O 3 , CrO 2 , MnAs, SmCo, FePt, or combinations thereof, but not limited to. The core size of one magnetic nanoparticle 7 of the core-shell structure can vary from 3 nm to 20 nm. The outer shell (surrounding the magnetic core) of the magnetic nanoparticle 7 of the core-shell structure is formed of soft magnetic or superparamagnetic material, for example, may include at least one material selected from the groups consisting of Fe 3 O 4 , FeO, CoFe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , ZnMnFe 2 O 4 , or combinations thereof, but not limited to. The outer shell may have a thickness in the range from 0.5 nm to 3 nm. The outer shell protects the core from oxidation and increases the magnetic properties of the magnetic nanoparticle 7 of the core-shell structure and can be covered by an additional biocompatible shell, which, in turn, protects the studied biological diagnosed object 18 with partial damage to the general protective shell of the magnetically transparent polymer sphere 3. To implement a useful models can be used, for example, well-known technologies for the manufacture of magnetic nanoparticles of a core-shell structure (Patent Application Publication Pub. No .: US 20130195767 A1 Pub. D ate: Aug. 1, 2013, magnetic nanoparticles), (Patent Application Publication Pub. No .: US 20140225024 A1 Pub. Date: Aug. 14, 2014 CORE_SHELL STRUCTURED NANOPARTICLE HAVING HARD-SOFT, MAGNETIC HETEROSTRUCTURE, MAGNET PREPARED WITH SAID NANOPARTIC AND PREPARIG METHOD THEREOF), (patent Application Publication Pub. No .: US 20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS).

Изготовление излучающего элемента осуществляется легированием магнитопрозрачной полимерной сферы 3 магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка и апконвертирующими наночастицами 6 структуры ядро-оболочка и выполняется за счет проникновения магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка в сквозные нанометровые поры 5 большого диаметра и, затем, за счет проникновения апконвертирующих наночастиц 6 структуры ядро-оболочка в оставшиеся не заполненными сквозные нанометровые поры малого 4 диаметра магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Например, аналогично процессу легирования по технологии известного метода за счет погружения элемента из стекла с нанометровыми порами в раствор из двух или более квантовых точек с последующей сушкой на воздухе и заполнением оставшихся между квантовыми точками пустот смолой (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130011551 A1 Pub. Date: Jan. 10, 2013, QUANTUM DOT-GLASS COMPOSITE LUMINESCENT MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF).The manufacturing of the emitting element is carried out by alloying a magnetically transparent polymer sphere 3 with magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure and up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure and is carried out due to the penetration of magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure into the through nanometer pores 5 of large diameter and then due to penetration of upconverting nanoparticles of 6 core-shell structure into through-nanometer pores of a small 4-diameter magnetically transparent polymer sphere that are not filled 3. For example, it is similar to the alloying process 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 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).

Вершина электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 может быть реализована, например, по известной технологии выращивания металлических зондов для атомно-силовых микроскопов из нанопроволки (Patent №.: US 8168251 В2 date of Patent: May 1, 2012 METHOD FOR PRODUCING TAPERED METALLIC NANOWIRE TIPS ON ATOMIC FORCE MICROSCOPE CANTILEVERS).The top of the electrically conductive magnetically transparent probe needle 2 can be implemented, for example, by the known technology of growing metal probes for atomic force microscopes from nanowires (Patent No .: US 8168251 B2 date of Patent: May 1, 2012 METHOD FOR PRODUCING TAPERED METALLIC NANOWIRE TIPS ON ATOMIC FORCE MICROSCOPE CANTILEVERS).

Многослойная углеродная нанотрубка 8, состоящая из однослойной нанотрубки 9 малого диаметра вложенной в однослойную нанотрубку большего диаметра 10 (в совокупности, используемые в качестве наноподшипника скольжения), может быть соединена с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой при помощи атомно-силового микроскопа или изготовлена выращиванием на электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле 2 при помощи известной технологии выращивания многослойной углеродной нанотрубки (используемой в качестве наноподшипника) непосредственно на оси вращения ротора НЭМС (нано электромеханической системы) электродвигателя или гироскопа с наружным диаметром внешней углеродной нанотрубки от 10 нм (Patent №.: US 8771525 В2, Date of Patent: Jul. 8, 2014, ROTARY NANOTUBE BEARING STRUCTURE AND METHODS FOR MANUFACTURING).A multilayer carbon nanotube 8, consisting of a single-walled nanotube 9 of small diameter embedded in a single-walled nanotube of larger diameter 10 (collectively used as a sliding nanoparticle), can be connected to an electrically conductive magnetically transparent probe using an atomic force microscope or made by growing on an electrically conductive magnetoproduct probe needle 2 using a known technology for growing a multilayer carbon nanotube (used as nanoships k) directly on the axis of rotation of the rotor of a NEMS (nano-electromechanical system) electric motor or gyroscope with an outer diameter of an external carbon nanotube from 10 nm (Patent No .: US 8771525 B2, Date of Patent: Jul. 8, 2014, ROTARY NANOTUBE BEARING STRUCTURE AND METHODS FOR MANUFACTURING).

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе апконвертирующих и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка работает следующим образом: магнитопрозрачный кантилевер 1 с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 подводится к объекту диагностирования 18, расположенному на оптомагнитопрозрачной подложке 17, и касается поверхности электропроводящей жидкости, которой заполнен наноколодец объекта диагностирования 18 (фиг. 2), получая данные об электрических характеристиках элемента объекта диагностирования 18, до включения и после включения внешнего источника возбуждения апконвертирующих наночастиц 15 с длиной волны λ1. В результате апконвертирующие наночастицы 6 структуры ядро-оболочка возбуждают поверхность наноколодца диагностируемого объекта 18 излучением длинной волны λ2, определенной в зависимости от выбранного материала апконвертирующей наночастицы 6 структуры ядро-оболочка и соотношения диаметра ядра к толщине окружающей его оболочки и антистоксовому сдвигу относительно λ1. В зависимости от требуемых режимов, диагностирование может проходить как в непрерывном режиме люминесценции, так и в импульсном режиме флуоресценции (т.е. освещение локального участка объекта диагностирования только излучением λ2 апконвертирующих наночастиц в интервале, равному времени их флуоресценции, после выключения внешнего источника возбуждения апконвертирующих наночастиц 15 с целью исключения посторонних засветок и помех).A scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element based on upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure operates as follows: a magnetically transparent cantilever 1 with an electrically conductive magnetically transparent probe needle 2 is fed to a diagnostic object 18 located on an optically magnetically transparent surface 17 conductive fluid, which is filled with the nanowell of the diagnostic object 18 (Fig. 2), receiving data on the elec ble characteristics member diagnosis object 18, to turn on and after the external excitation source apkonvertiruyuschih nanoparticles 15 with a wavelength λ 1. As a result, up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure excite the surface of the nanowell of the diagnosed object 18 with long-wavelength radiation λ 2 determined depending on the selected material of the up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure and the ratio of the core diameter to the thickness of its shell and anti-Stokes shift relative to λ 1 . Depending on the required modes, the diagnostics can take place both in the continuous luminescence mode and in the pulsed fluorescence mode (i.e., illumination of the local part of the diagnostic object only with λ 2 radiation of upconverting nanoparticles in the interval equal to the time of their fluorescence after switching off the external excitation source 15 converting nanoparticles in order to exclude extraneous light and interference).

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

Figure 00000003
направленное на центр перемещаемой по координате Z магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Магнитные полюса всех магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка постоянно ориентированы параллельно электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле 2 и в совокупности образуют структуру со свойствами постоянного магнита.At the same time, a binary code is supplied to the input of the first DAC 13, which, depending on the chosen research program, determines the shape and repetition frequency of the electric signal fed to the winding of the first flat 11 microcoil, which creates an external control magnetic field
Figure 00000003
directed to the center of the magnetically transparent polymer sphere 3 moved along the Z coordinate. The magnetic poles of all magnetic 7 nanoparticles of the core-shell structure are constantly oriented parallel to the electrically conductive magnetically transparent probe needle 2 and together form a structure with the properties of a permanent magnet.

Под действием электрических управляющих сигналов с выхода первого ЦАП 13 и второго ЦАП 14 (например, чередующихся импульсов с положительной и отрицательной полярностью, различной амплитудой и длительностью) первая плоская 11 микрокатушка и вторая 12 плоская микрокатушка создают внешнее магнитное поле с той или иной величиной и направлением магнитных силовых линий, в соответствии с направлением которых при взаимодействии постоянного магнитного поля магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с переменным магнитным полем, создаваемым первой 11 и второй 12 плоскими микрокатушками в диапазоне ΔZ, происходит последовательное перемещение магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с апконвертирующими наночастицами 6 структуры ядро-оболочка вниз или вверх по координате Z параллельно сканируемой боковой стенки наноколодца объекта диагностирования 18. При диагностировании глубоких наноколодцев, глубина которых больше длины электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы (в десятки раз), на вход второго ЦАП 14 подается код, который увеличивает ток, проходящий по обмотке второй плоской микрокатушки 12, которая, в свою очередь, увеличивает силу притяжения магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка 7, размещенных в магнитопрозрачной полимерной сфере 3. В результате магнитопрозрачная полимерная сфера 3 соскальзывает с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 и начинает погружаться на дно наноколодца (фиг. 3), одного из элементов объекта диагностирования 18. Скорость сканирования стенок наноколодца определяется скоростью изменения двоичного кода, поступающего на вход первого ЦАП 13 и второго 14 ЦАП. В режиме «погружение» (фиг. 3) первая плоская микрокатушка 11 создает поле

Figure 00000004
и осуществляет функции торможения или подталкивания магнитопрозрачной полимерной сферы 3 (в зависимости от полярности сигналов подаваемых на первую микрокатушку 11, она создает магнитное поле, которое притягивает или отталкивает магнитные наночастицы структуры ядро-оболочка 7, расположенные в магнитопрозрачной полимерной сфере 3), а вторая микрокатушка 12 осуществляет функции стаскивания магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, при выполнении условия
Figure 00000005
. При обратном сканировании (в режиме «всплытие») соотношение величин
Figure 00000004
и
Figure 00000006
меняются местами
Figure 00000007
И магнитопрозрачная полимерная сфера 3, пристыковавшись, занимает исходное положение на вершине электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, (если по программе исследований требуется ее возвращение). После этого осуществляется переход к исследованию следующего наноколодца.Under the influence of electrical control signals from the output of the first DAC 13 and the second DAC 14 (for example, alternating pulses with positive and negative polarity, different amplitude and duration), the first flat 11 microcoil and the second 12 flat microcoil create an external magnetic field with one or another magnitude and direction magnetic lines of force, in accordance with the direction of which in the interaction of a constant magnetic field of a magnetically transparent polymer sphere 3 with an alternating magnetic field created by the first 11 and With 12 flat micro coils in the ΔZ range, the magneto-transparent polymer sphere 3 is sequentially moved with up-converting nanoparticles 6 of the core-shell structure down or up along the Z coordinate of the parallel-scanned side wall of the nanowell of the diagnostic object 18. When diagnosing deep nanowells, the depth of which is greater than the length of the electrically conductive translucent probing needles (ten times), a code is supplied to the input of the second DAC 14, which increases the current passing through the winding of the second flat rokatushki 12, which in turn increases the force of attraction of magnetic nanoparticle core-shell structure 7 placed in the field of polymer magnitoprozrachnoy 3. As a result magnitoprozrachnaya polymer sphere 3 slides with magnitoprozrachnoy conductive probe needle 2 and begins to sink to the bottom nanokolodtsa (FIG. 3), one of the elements of the diagnostic object 18. The scanning speed of the walls of the nanowell is determined by the rate of change of the binary code supplied to the input of the first DAC 13 and the second 14 DACs. In the "immersion" mode (Fig. 3), the first flat micro coil 11 creates a field
Figure 00000004
and performs the functions of braking or pushing the magnetically transparent polymer sphere 3 (depending on the polarity of the signals supplied to the first microcoil 11, it creates a magnetic field that attracts or repels magnetic nanoparticles of the core-shell structure 7 located in the magnetically transparent polymer sphere 3), and the second microcoil 12 performs the functions of pulling off a magnetically transparent polymer sphere 3 from an electrically conductive magnetically transparent probe needle 2, under the condition
Figure 00000005
. During reverse scanning (in the “ascent” mode), the ratio of values
Figure 00000004
and
Figure 00000006
swap
Figure 00000007
And the magnetically transparent polymer sphere 3, having docked, occupies the initial position on the top of the electrically conductive magnetically transparent probe needle 2 (if the research program requires its return). After this, a transition to the study of the next nanowell is carried out.

Предложенная конструкция сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе апконвертирующих и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, также обеспечивает при сканировании поверхности объекта диагностирования атомно-силовым микроскопом возможность осуществления съема топологического распределения характеристик электрических сигналов на поверхности объекта диагностирования, в зависимости от стимулирующего воздействия определенной длины волны электромагнитного излучения и магнитного поля на каждый наноколодец с координатами X, Y, непосредственно расположенный под вершиной электропроводящей магнотопрозрачной иглы и получить дополнительную информацию при сканировании по координате Z наноколодцев, глубинны которых в десятки раз больше длины электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы. Возможность осуществления возбуждения отделяемого нанокомпозитного излучающего элемента, состоящего из апконвертирующих и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, наиболее безопасным ближним инфракрасным излучением, обладающим наибольшей глубиной проникновения в биоткани при сканировании боковых стенок наноколодцев, диагностируемых биологических объектов позволило исследовать живые наноструктуры на глубинах в десятки раз больших длины электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы, что ранее невозможно было осуществить известными зондами.The proposed design of a scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element based on upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure also provides the ability to record the topological distribution of the characteristics of electrical signals on the surface of the diagnostics object when scanning the surface of a diagnostic object using an atomic force microscope. depending on the stimulating effect of a certain wavelength electromagnetic radiation and magnetic field for each nanowell with X, Y coordinates, located directly below the top of the electrically conductive magnetically transparent needle and get additional information when scanning along the Z coordinate of nanowells, whose depths are tens of times greater than the length of the electrically conductive magnetically transparent probe. The possibility of exciting a detachable nanocomposite emitting element consisting of upconverting and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, the safest near infrared radiation, which has the greatest penetration depth into biological tissues when scanning the side walls of nanowells, diagnosed biological objects, made it possible to study living nanostructures at depths tens of times larger the length of the electrically conductive magnetically transparent probe needle, which previously was not possible Tweets known probes.

Claims (1)

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с отделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе апконвертирующих и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с электропроводящей зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотрубку большего диаметра, наружная поверхность которой закреплена в магнитопрозрачной полимерной сфере, содержащей сквозные нанометровые поры, из которых сквозные нанометровые поры большого диаметра заполнены магнитными наночастицами с одинаковым направлением ориентации полюсов, структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, синхронизированную с перемещаемой электропроводящей зондирующей иглой С-образную синхронно-центрирующую скобу, на которой закреплены и направлены на центр магнитопрозрачной полимерной сферы первый и второй внешние источники магнитного поля в виде первой и второй плоских микрокатушек, размещенных на оптомагнитопрозрачных подложках и соединенных с выходами первого и второго ЦАП, отличающийся тем, что содержит апконвертирующие наночастицы структуры ядро-оболочка, диаметр которых меньше диаметра магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, внешний источник возбуждения апконвертирующих наночастиц, закрепленный на верхней стороне С-образной синхронно-центрирующей скобы, оптическая ось которого направлена на центр магнитопрозрачной полимерной сферы, сквозные нанометровые поры малого диаметра которой заполнены апконвертирующими наночастицами структуры ядро-оболочка, без выхода их оболочек за сферическую поверхность магнитопрозрачной полимерной сферы.Scanning probe of an atomic force microscope with a detachable telecontrolled nanocomposite emitting element based on upconverting and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with an electrically conductive probe needle, inserted into a small diameter nanotube, which is embedded in a larger diameter nanotube with a larger diameter the surface of which is fixed in a magnetically transparent polymer sphere containing through nanometer pores, of which through e nanometer pores of large diameter are filled with magnetic nanoparticles with the same direction of pole orientation, core-shell structure, coated with a protective opto-magnetically transparent polymer layer on the outside, synchronized with a movable electrically conductive probe needle C-shaped synchronously centering bracket, on which are fixed and directed to the center of magnetically transparent polymer sphere, the first and second external sources of magnetic field in the form of the first and second flat microcoils placed on optomagneto transparent substrates and connected to the outputs of the first and second DACs, characterized in that it contains up-converting nanoparticles of the core-shell structure, the diameter of which is smaller than the diameter of the magnetic nanoparticles of the core-shell structure, an external excitation source of up-converting nanoparticles, mounted on the upper side of the C-shaped synchronously centering staples, the optical axis of which is directed to the center of the magnetically transparent polymer sphere, the through nanometer pores of small diameter of which are filled with up-converting nanoparticles and a core-shell structure, without departing from their shells for a spherical surface magnitoprozrachnoy polymer spheres.
RU2019121841U 2019-07-09 2019-07-09 A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC STRUCTURE NANOPARTICLES RU193569U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121841U RU193569U1 (en) 2019-07-09 2019-07-09 A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC STRUCTURE NANOPARTICLES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121841U RU193569U1 (en) 2019-07-09 2019-07-09 A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC STRUCTURE NANOPARTICLES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU193569U1 true RU193569U1 (en) 2019-11-05

Family

ID=68500119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019121841U RU193569U1 (en) 2019-07-09 2019-07-09 A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC STRUCTURE NANOPARTICLES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU193569U1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3883846B2 (en) * 2001-11-16 2007-02-21 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 Scanning probe microscope
US20170254996A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-07 Gwangju Institute Of Science And Technology Method for three-dimensional imaging using upconverting nanoparticles
RU2637630C1 (en) * 2016-12-07 2017-12-05 федеральное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Method for microscopic study of biological samples marked by phosphorescent probes in vitro

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3883846B2 (en) * 2001-11-16 2007-02-21 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 Scanning probe microscope
US20170254996A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-07 Gwangju Institute Of Science And Technology Method for three-dimensional imaging using upconverting nanoparticles
RU2637630C1 (en) * 2016-12-07 2017-12-05 федеральное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Method for microscopic study of biological samples marked by phosphorescent probes in vitro

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2723899C1 (en) Scanning probe of atomic-force microscope with separable remote-controlled nanocomposite emitting element doped with quantum dots, upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure
Khan et al. Classification and properties of nanoparticles
Rondin et al. Magnetometry with nitrogen-vacancy defects in diamond
Song et al. Cytotoxicity and cellular uptake of iron nanowires
US9175412B2 (en) Iron-gold barcode nanowire and manufacturing method thereof
RU163240U1 (en) SCANNING PROBE OF ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT ALLOYED BY QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE
RU2681258C1 (en) Scanning probe of nuclear power microscope with the separated television controlled nanocomposite radiating element alloyed with quantum dots and magnetic nanoparticles of the nucleus-shell structure
Barbiero et al. Nanoscale magnetic imaging enabled by nitrogen vacancy centres in nanodiamonds labelled by iron–oxide nanoparticles
RU193569U1 (en) A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC STRUCTURE NANOPARTICLES
RU2716848C1 (en) Scanning probe of atomic-force microscope with separable remote-controlled nanocomposite radiating element based on upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure
RU192810U1 (en) SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT, DOPED WITH APCONVERAL AND MAGNETIC NANOPARTICLE PARTICLES
RU192782U1 (en) A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON APCONVERTING AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE STRUCTURE OF THE STRUCTURE
RU2716861C1 (en) Scanning probe of atomic-force microscope with detachable remote-controlled nanocomposite radiating element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure
RU2716850C1 (en) Scanning probe of atomic-force microscope with separable remote-controlled nanocomposite radiating element doped with upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure
RU192995U1 (en) A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT, DOPED WITH APCONVERAL AND MAGNETIC NANOPARTICLE PARTICLES
RU2716849C1 (en) Scanning probe of atomic-force microscope with separable telecontrol nanocomposite emitting element based on upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure
Cao et al. Fe/Mn multilayer nanowires as high-performance T1-T2 dual modal MRI contrast agents
RU2615052C1 (en) Scanning probe atomic-force microscope having nanocomposite radiating element doped with quantum dots and magnetic nanoparticles having core-shell structure
RU195925U1 (en) A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT DOPED WITH QUANTUM DOTS, APCONVERATING NANOMINO AND MAGNETOS
RU2724987C1 (en) Scanning probe of atomic-force microscope with separated remote-controlled nanocomposite emitting element doped with quantum dots, upconverting and magnetic nanoparticles of core-shell structure
RU195784U1 (en) SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT DOPED WITH QUANTUM DOTS, APON-CONVERTER OF NON-MAGNET AND MAGNETOS
RU184332U1 (en) SCANNING PROBE OF NUCLEAR-POWER MICROSCOPE WITH A SEPARATED TELEVISION CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT DENTED BY QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANO-PARTY-TEMPLANT-TECTRON.
RU2675202C1 (en) Scanning probe of atomic-force microscope with separated television controlled nanocomposite radiating element doped by quantum points and magnetic nanoparticles of core-shell structure
RU156174U1 (en) ATOMICALLY POWER MICROSCOPE PROBE WITH A RADIATING ELEMENT, BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR SHELL STRUCTURE
RU2615708C1 (en) Scanning probe of atomic force microscopy with nanocomposite radiating element, doped with quantum dots and magnetic nanoparticles of core-shell structure

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20191013