[发明专利]使用全息光学俘获操纵和处理材料的系统和方法

说明书

本申请是申请号为200480035538.0，国际申请日为2004年10月28日、发明名称为“使用全息光学俘获操纵和处理材料的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉参考

【0001】本发明涉及以下临时专利申请并是下面临时申请的转换文本：

【0002】于2004年2月11日申请的第60/543,488号。

【0003】于2003年11月12日申请的第60/519,407号。

【0004】于2003年10月28日申请的第60/515,091号。

【0005】于2003年10月28日申请的第60/515,092号。

【0006】于2003年12月20日申请的第60/531,254号。

【0007】上面所确定的本申请的公开的内容以参考文献的方式合并入本文。

技术领域

【0008】本发明涉及使用全息俘获来操纵和处理纳米材料、微材料以及皮材料(nanomaterial，micromaterial，and picomaterial)的系统和方法。

背景技术

【0009】纳米材料一般被描述为特征是其至少一个维度的尺寸处于纳米区域的材料或者结构。这些材料具有很多和各种各样的应用。纳米材料包括元素或单质材料(elemental material)，例如诸如金的单质原子块；以及更有序或规则的结构，例如纳米管和巴基球(buckeyball)。纳米管是中空、对称的物体(object)，其由一个或多个原子或分子层组成，特别感兴趣的是由碳组成的纳米管。巴基球是中空的原子球体或碳元素球体。纳米材料和有序的纳米结构的其它例子将在下面讨论。

【0010】纳米管是一种人们尤其感兴趣的纳米结构，因为它们非凡的机械、电子以及光学特性，这也使其具有广泛的应用。由碳形成的纳米管可提供高度的与碳结构相联系的多功能性(versatility)，例如与DNA分子连接(inteface)的能力。近十年来对纳米管的不断的研究已产生难以计数的成功技术：注入纳米管的绝缘材料可被转变为导体；纳米管-增强材料正在被开发用于提高机械强度；研究者还生长出整齐的纳米管巨型阵列，作为显示器中的电子发射器。

【0011】其它应用着眼于利用碳纳米管的独特特性。这些应用包括具有大弹性模量的无定形材料(bulk material)、纳米管基的电子元件，以及使用纳米管来引导光的结构。

【0012】在许多这些技术的发展中存在广泛公知的难题或挑战。一个难题包括基于结构特性(例如这些结构的手征、直径、长度以及其它特性)来分离或提纯纳米材料。最近的进展包括分离不同种类纳米管，例如，利用DNA的特定键接或利用电泳现象。另一个严重的难题涉及操纵纳米材料用于可控组装(assembly)、沉积以及定向或定位。尽管存在用于特定类型沉积的方法，但仍然缺乏在三维上移动单一物体和图案化大基团物体的能力。

发明内容

【0013】本发明基于对一种用光学陷阱操纵具有一个或多个特性的材料粒子的方法的发现，所述光学陷阱是通过用衍射光学元件(DOE)调制一束激光光束而形成的。根据本方法，选择材料的至少一个特性；产生具有选择的、与材料的至少一个选择的特性相对应的波长的激光光束；选择与材料的至少一个选择的特性相对应的DOE的计算值；调制所述光束和DOE，以产生全息光学陷阱，其具有与至少一个选择的特性相对应的特性；所述陷阱被聚焦；以及所述光束焦点位于在其中俘获粒子的粒子位置附近。

【0014】根据更进一步的方面，本发明包括观测陷阱的功能性；对应于该观测结果来重新计算DOE值，以调整功能性；以及重复观测步骤和重新计算步骤，直到对至少一个选择的特性获得了满意的功能性。

【0015】根据本发明，陷阱的功能性可以通过塑造陷阱的形状而变化。本发明涉及操纵粒子的多个方面，包括一种或多于一种的以下情况：

【0016】将所俘获的粒子移动到所选择的位置；

【0017】将所俘获的粒子的一部分附着到表面或另一个粒子上；

【0018】对附着的粒子中选择的粒子有选择地加热，以在临近介质中建立选择的流动图案；

【0019】将粒子稳定在位置上；

【0020】以陷阱能量来加热所述粒子；

【0021】将粒子移动，以使其与最近的物体相碰撞；

【0022】采用冲击波使粒子变形，以在最近的物体上打孔；