RU182469U1

RU182469U1 - A SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A SEPARABLE TELEO-CONTROLLED NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE NUCLEAR STRUCTURE

Info

Publication number: RU182469U1
Application number: RU2018105165U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Линьков; Николай Владимирович Вишняков; Юрий Владимирович Линьков; Павел Владимирович Линьков
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2018-08-20

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в атомно-силовой микроскопии для диагностирования наноразмерных структур. Сканирующий зонд содержит кантилевер, соединенный с зондирующей иглой, которая продета и жестко закреплена в одной из сквозных нанопор полимерной сферы большего диаметра с квантовыми точками структуры ядро-оболочка, а вершина зондирующей иглы, выходящая из полимерной сферы большего диаметра, подвижно соединена с помощью двух вложенных углеродных нанотрубок с отделяемой и автономно функционирующей полимерной сферой малого диаметра со сквозными нанопорами, заполненными квантовыми точками и магнитными наночастицами с одинаковой ориентацией полюсов структуры ядро-оболочка. Компоненты сканирующего зонда выполнены магнитопрозрачными и оптомагнитопрозрачными. Дистанционное управление возбуждением квантовых точек структуры ядро-оболочка и их автономное перемещение по координате Z при сканировании боковых стенок наноколодцев объекта диагностирования осуществляется с помощью двух внешних встречно-направленных синхронизированных электромагнитных полей. Техническим результатом является возможность осуществления сканирования наноколодцев по координате Z, глубина которых больше длины зондирующей иглы, с одновременным сочетанием комбинаций точечного теплового и электромагнитного с оптической длиной волны воздействия на стенки наноколодцев с одновременным измерением механических характеристик (модуля ЮНГА) на это стимулирующее 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 scanning probe contains a cantilever connected to a probe needle, which is threaded and rigidly fixed in one of the through nanopores of the larger diameter polymer sphere with quantum dots of the core-shell structure, and the tip of the probe needle emerging from the larger diameter polymer sphere is movably connected using two nested carbon nanotubes with a detachable and autonomously functioning polymer sphere of small diameter with through nanopores filled with quantum dots and magnetic nanoparticles with the same orientation tation of poles of the core-shell structure. The components of the scanning probe are made magneto-transparent and opto-magneto-transparent. Remote control of the excitation of quantum dots of the core-shell structure and their autonomous movement along the Z coordinate when scanning the side walls of the nanowells of the diagnostic object is carried out using two external counter-directional synchronized electromagnetic fields. The technical result is the ability to scan nanoscale wells along the Z coordinate, the depth of which is greater than the length of the probe needle, while combining a combination of thermal and electromagnetic points with an optical wavelength of exposure to the walls of nanowells with simultaneous measurement of mechanical characteristics (UNGA module) on this stimulating effect at one point surfaces 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 магнитопрозрачной зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотубку 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, вершина магнитопрозрачной зондирующей иглы соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой с конусообразными нанометровыми порами наименьшего диаметра, которые заполнены квантовыми точками 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 2615708 С1, 07.04.2017, 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, a magnetically transparent cantilever with a magnetically transparent probe needle, inserted into a small diameter nanotube that is embedded in a larger diameter nanotube, is inserted into 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, filled with quantum dots and magnetic nanoparticles, respectively, of the core-shell structure, the tip of the magnetically transparent probe needle is connected to a magnetically transparent polymer sphere with cone-shaped nanometer pores of the smallest diameter, which are filled with quantum dots of the core-shell structure, coated externally with a protective optically magnetically transparent external polymer layer dots, an external source of magnetic field in the form of a flat microcoil connected to the output of the DAC (Patent RU 2 615708 C1, 04/07/2017, G01Q 60/24 ,. B82Y 35/00, SCANNING PROBE OF AN ATOMICALLY POWER MICROSCOPE WITH A NANOCOMPOSITE RADIATING ELEMENT DOPED BY QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES OF THE CORE OF THE CORE. / Linkov V.A., Vishnyakov N.V., Linkov Yu.V., Linkov P.V.).

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности осуществления полного сканирования по координате Z боковых стенок глубоких или сквозных наноколодцев, глубина которых больше длины магнитопрозрачной зондирующей иглы, с одновременным сочетанием комбинаций точечного теплового, магнитного, и электромагнитного с оптической длиной волны воздействия с одновременным измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования с координатами X, Y, без влияния на соседние участки.A disadvantage of the known technical solution is the lack of the ability to perform a full scan along the Z coordinate of the side walls of deep or through nanowells, the depth of which is greater than the length of the magnetically transparent probe needle, with a combination of combinations of point thermal, magnetic, and electromagnetic effects with an optical wavelength while measuring the mechanical reaction ( modulus of elasticity) on this stimulating effect at one common point on the surface of the diagnostic object with X, Y ordinates, without affecting neighboring areas.

Наиболее близким по технической сущности является сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с магнитопрозрачной зондирующей иглой, продетой в углеродную нанотрубку малого диаметра, которая вложена в нанотубку 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 структуры ядро-оболочка, вершина зондирующей иглы соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой с конусообразными нанометровыми порами наименьшего диаметра, которые заполнены квантовыми точками 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 НАЛ (Патент на полезную модель RU 164733 U1, 10.09.2016, G01Q 60/24, G01Q 70/08, B82Y 35/00, СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНД АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА С ИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, НА ОСНОВЕ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК И МАГНИТНЫХ наночастиц структуры ядро-оболочка. / Линьков В. А., Вишняков Н.В., Линьков Ю.В., Линьков П. В.).The closest in technical essence is a scanning probe of an atomic force microscope with a radiating element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with a magnetically transparent probe, inserted into a small diameter carbon nanotube, which is embedded in a nanotube a larger diameter, the outer surface of which is fixed in a magnetically transparent polymer sphere containing through nanometer pores of small and large of the diameter, respectively filled with quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, the tip of the probe needle is connected to a magnetically transparent polymer sphere with cone-shaped nanometer pores of the smallest diameter, which are filled with quantum dots of the core-shell structure coated on the outside with a protective opto-magnetically transparent polymer source excitation of quantum dots, an external source of magnetic field in the form of a flat microcoil connected to the output of the NAL (Patent model RU 164733 U1, 09/10/2016, G01Q 60/24, G01Q 70/08, B82Y 35/00, SCANNING PROBE OF A NUCLEAR POWER MICROSCOPE WITH A RADIATING ELEMENT, BASED ON QUANTUM DOTS AND MAGNETIC NANOPARTICLES. / Linkov V.A., Vishnyakov N.V., Linkov Yu.V., Linkov P.V.).

Отличие предлагаемого технического решения от изложенных выше решений заключается в том, что магнитопрозрачная полимерная сфера, соединенная с магнитопрозрачной зондирующей иглой через двухслойную углеродную нанотрубку, может отстыковываться за счет управляемого соскальзывания с магнитопрозрачной зондирующей иглы, и, отделившись, продолжать функционирование автономно, погружаясь в наноколодец на глубину, большею чем длина магнитопрозрачной зондирующей иглы, что позволяет осуществлять оптическое и тепловое стимулирование удаленных, ранее не доступных участков исследуемого объекта, при линейном реверсивном перемещении под действием встречно-направленных внешних индивидуально управляемых магнитных полей, создаваемых двумя плоскими микрокатушками и двумя встречно-направленными источниками внешнего возбуждения квантовых точек, без отрыва магнитопрозрачной зондирующей иглы от контролируемой точки наноструктуры.The difference between the proposed technical solution and the above solutions lies in the fact that the magnetically transparent polymer sphere connected to the magneto-transparent probe through a two-layer carbon nanotube can undock due to controlled sliding from the magneto-transparent probe, and, having separated, continue to function autonomously, plunging into the nanowell onto depth greater than the length of the magnetically transparent probe needle, which allows optical and thermal stimulation to be carried out remotely of previously unavailable sections of the object under study, with linear reverse movement under the action of counter-directed external individually controlled magnetic fields created by two flat microcoils and two counter-directed sources of external excitation of quantum dots, without detaching the magneto-transparent probe needle from the controlled point of the nanostructure.

Техническим результатом является возможность осуществления полного сканирования по координате Z боковых стенок глубоких или сквозных наноколодцев, глубина которых больше длины магнитопрозрачной зондирующей иглы, с одновременным сочетанием комбинаций точечного теплового, магнитного, и электромагнитного с оптической длиной волны воздействия с одновременным измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования с координатами X, Y, без влияния на соседние участки.The technical result is the ability to carry out a full scan along the Z coordinate of the side walls of deep or through nanowells, the depth of which is greater than the length of the magnetically transparent probe needle, while combining combinations of point thermal, magnetic, and electromagnetic effects with an optical wavelength while measuring the mechanical reaction (elastic modulus) on this stimulating effect at one common point on the surface of the diagnostic object with the coordinates X, Y, without affecting ednie areas.

Технический результат предложенной полезной модели достигается совокупностью существенных признаков, а именно: сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий двухслойную углеродную нанотрубку, магнитопрозрачные кантилевер с магнитопрозрачной зондирующей иглой, магнитопрозрачные сферы большего и меньшего диаметра с нанометровыми порами, квантовые точки и магнитные наночастицы структуры ядро-оболочка, с внешней стороны покрытыми защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, первый внешний источник возбуждения квантовых точек, первый внешний источник магнитного поля, в виде первой плоской микрокатушки, соединенной с выходом первого ПАП, содержит второй внешний источник возбуждения квантовых точек, второй внешний источник магнитного поля в виде второй плоской микрокатушки, размещенной на оптомагнитопрозрачной подложке, второй ЦАП, С-образную синхронно-центрирующею магнитопрозрачную скобу, прикрепленную верхней частью к кантилеверу а нижней частью ко второму внешнему источнику возбуждения квантовых точек, второй ЦАП соединен со вторым внешним источником магнитного поля в виде второй плоской микрокатушки, размещенной на оптомагнитопрозрачной подложке, закрепленной на нижней оконечной части С-образной синхронно-центрирующей магнитопрозрачной скобы, на противоположной верхней оконечной части которой, закреплена первая плоская микрокатушка, плоской поверхностью параллельно плоским поверхностям второй микрокатушки и параллельно расположенной между ними оптомагнитопрозрачной подложки с размещенным на ее лицевой стороне объектом диагностирования, причем, оптическая ось второго источника возбуждения квантовых точек выставлена так, что она проходит через центры первой и второй плоских микрокатушек и центр фиксированной магнитопрозрачной полимерной сферы большего диаметра, причем, отделяемая магнитопрозрачная сфера меньшего диаметра выполнена полимерной со сквозными нанометровыми порами, размеры наружных диаметров магнитопрозрачных большей и меньшей полимерных сфер соответственно больше и меньше максимальных и минимальных внутренних диаметров диагностируемых наноколодцев, магнитопрозрачная полимерная сфера большего диаметра со сквозными нанометровыми порами малого диаметра, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, жестко закреплена на магнитопрозрачной игле на расстоянии от ее поверхности, равным радиусу магнитопрозрачной полимерной сферы малого диаметра, измеряемого от вершины магнитопрозрачной иглы, на которую, до соприкосновения с поверхностью магнитопрозрачной полимерной сферы большего диаметра, надета внутренняя поверхность двухслойной нанотрубки, внешняя поверхность которой продета и закреплена в одной из сквозных нанометровых пор магнитопрозрачной полимерной сферы малого диаметра, содержащей сквозные нанометровые поры большего и малого диаметра соответственно заполненные квантовыми точками и магнитными наночастицами с одинаковым направлением ориентации полюсов.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 separable telecontrolled nanocomposite emitting element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with a magnetically transparent probe, spheres of larger and smaller diameters with nanometer pores, quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure, on the outside coated with a protective opto-magnetically transparent polymer layer, the first external source of excitation of quantum dots, the first external source of magnetic field, in the form of a first flat micro coil connected to the output of the first PAP, contains a second external source of excitation of quantum dots, a second external source magnetic field in the form of a second flat microcoil placed on an opto-magnetically transparent substrate, a second DAC, a C-shaped synchronously-centering magneto-transparent bracket attached to the part to the cantilever and the lower part to the second external source of excitation of the quantum dots, the second DAC is connected to the second external source of the magnetic field in the form of a second flat microcoil placed on an optically magnetically transparent substrate mounted on the lower end of the C-shaped synchronously centering magnetically transparent bracket on the opposite upper end part of which, the first flat micro coil is fixed, with a flat surface parallel to the flat surfaces of the second micro coil and parallel to between them an opto-magnetically transparent substrate with a diagnostic object placed on its front side, the optical axis of the second source of excitation of quantum dots being set so that it passes through the centers of the first and second flat micro coils and the center of a fixed magneto-transparent polymer sphere of larger diameter, moreover, a detachable magneto-transparent sphere the smaller diameter is made of polymer with through nanometer pores, the dimensions of the outer diameters of magnetically transparent larger and smaller polymer spheres p, respectively, more and less than the maximum and minimum internal diameters of the diagnosed nanowells, a magnetically transparent polymer sphere of larger diameter with through nanometer-sized pores of small diameter filled with quantum dots of the core-shell structure, is rigidly fixed to the magnetically transparent needle at a distance from its surface equal to the radius of the magnetically transparent polymer sphere of small diameter, measured from the top of the magnetically transparent needle, on which, until it touches the surface of the magnetically transparent polymer molecular spheres larger diameter is fitted the inner surface of the bilayer nanotubes outer surface is threaded and fixed in one of through-nanometer pore magnitoprozrachnoy polymer spheres of small diameter, comprising a through-nanometer pores greater and small diameter respectively filled with quantum dots and magnetic nanoparticles with the same direction of the pole orientation.

Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, где представлен сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек 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 разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек 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 separable telecontrolled nanocomposite emitting element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure. In FIG. Figure 2 shows an extension element A (10: 1) on an enlarged scale and in section, illustrating the construction of a scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure.

На фиг. 3 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и в разрезе в период разделения на два автономно фунцкционирующих компонента телеуправляемого нанокомпозитного излучающего элемента сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка.In FIG. Figure 3 shows the extension element A (10: 1) on an enlarged scale and in the context during the separation into two autonomously functioning components of a telecontrolled nanocomposite emitting element of a scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of the core structure shell.

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, фиг. 1, включает магнитопрозрачный кантилевер 1, соединенный с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, с жестко закрепленной на ней магнитопрозрачной полимерной сферой 3 большего диаметра со сквозными нанометровыми порами 4 малого диаметра, заполненными квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка, двухслойную углеродную нанотрубку 6, состоящею из вложенной одна в другую внутреннею углеродную нанотрубку малого диаметра 7 и внешнею углеродную нанотрубку большего диаметра 8, отделяемую магнитопрозрачную полимерную сферу 9 меньшего диаметра со сквозными нанометровыми порами 4 малого диаметра и со сквозными нанометровыми порами 10 большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка и магнитными наночастицами 11 структуры ядро-оболочка, первый внешний источник возбуждения квантовых точек 12, второй внешний источник возбуждения квантовых точек 13, первую плоскую 14 микрокатушку, вторую плоскую 15 микрокатушку, первый цифро-аналоговой преобразователь (ЦАП) 16, второй цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 17, С-образную синхронно-центрирующею магнитопрозрачную скобу 18. Также на фиг.1 представлена оптомагнитопрозрачная подложка 19 с размещенным на ней диагностируемым объектом 20, содержащим наноколодцы, заполненные смесью газов или жидкостью, в момент соприкосновения верхней части наноколодца с магнитопрозрачной полимерной сферой 3 большего диаметра. Элементы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11 приведены в увеличенном масштабе на фиг. 2. Элементы 1, 2, 3, 5, 7, 8, 9, 11, 19, 20 приведены на фиг. 3.A scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, FIG. 1 includes a magnetically transparent cantilever 1 connected to a magnetically transparent probing needle 2, with a magnetically transparent polymer sphere 3 of larger diameter rigidly fixed thereon with through nanometer pores 4 of small diameter, filled with quantum dots 5 of the core-shell structure, a two-layer carbon nanotube 6, consisting of an embedded carbon nanotube 6, consisting of an embedded one into the other, an inner carbon nanotube of small diameter 7 and an outer carbon nanotube of larger diameter 8, a detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of smaller diameter with through nanometer pores 4 of small diameter and with through nanometer pores 10 of large diameter, respectively filled with quantum dots 5 of the core-shell structure and magnetic nanoparticles 11 of the core-shell structure, the first external source of excitation of quantum dots 12, the second external source of excitation of quantum dots 13, the first a flat 14 microcoil, a second flat 15 microcoil, a first digital-to-analog converter (DAC) 16, a second digital-to-analog converter (DAC) 17, a C-shaped synchronously centering magnesium oprozrachnuyu bracket 18. Also shown in Figure 1 optomagnitoprozrachnaya substrate 19 placed thereon diagnosed object 20 comprising nanokolodtsy filled with a mixture of gases or a liquid at the time of contact with the upper part nanokolodtsa magnitoprozrachnoy polymer sphere 3 of larger diameter. Elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11 are shown on an enlarged scale in FIG. 2. Elements 1, 2, 3, 5, 7, 8, 9, 11, 19, 20 are shown in FIG. 3.

С помощью С-образной синхронно-центрирующей магнитопрозрачной скобы 18 осуществляется синхронное перемещение по координатам X, Y магнитопрозрачного кантилевера 1 с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 и первой плоской микрокатушки 14 синхронно со второй плоской микрокатушкой 15, которые жестко закреплены и выставлены параллельно друг другу с юстировкой их центров по одной оси, проходящей через центр магнитопрозрачной полимерной сферы 3 большего диаметра и оптическую ось второго внешнего источника возбуждения квантовых точек 13, осуществляющего возбуждение квантовых точек структуры ядро-оболочка 4 с обратной стороны оптомагнитопрозрачной подложки 19, которые недоступны для возбуждения с лицевой стороны первым внешним источником возбуждения квантовых точек 12 из-за большой глубины погружения или из-за реакции живого биологического объекта диагностирования 20 на воздействия, вызывающее деформацию (искривление) стенок сканируемого наноколодца.Using the C-shaped synchronously centering magnetically transparent bracket 18, the magnetically transparent cantilever 1 is synchronously moved along the X, Y coordinates with the magnetically transparent probe 2 and the first flat micro coil 14 synchronously with the second flat micro coil 15, 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 of larger diameter and the optical axis of the second external source of excitation of quantum dots 13, excitation of quantum dots of the core-shell structure 4 on the back of the opto-magnetically transparent substrate 19, which are not accessible for excitation from the front side by the first external source of excitation of quantum dots 12 due to the large immersion depth or due to the reaction of a living biological diagnostic object 20 to the effects causing deformation (curvature) of the walls of the scanned nanowell.

Первый внешний источник возбуждения квантовых точек 12 осуществляет возбуждение квантовых точек на начальных стадиях погружения (сканирования), расположенных в верхней полусфере отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра.The first external source of excitation of quantum dots 12 excites quantum dots at the initial stages of immersion (scanning), located in the upper hemisphere of the detachable magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter.

Второй внешний источник возбуждения квантовых точек 13 осуществляет возбуждение квантовых точек на конечных стадиях погружения (сканирования), расположенных на нижней полусфере отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра.The second external source of excitation of quantum dots 13 carries out the excitation of quantum dots at the final stages of immersion (scanning), located on the lower hemisphere of the separated magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter.

В зависимости от программы исследований и для определения механической реакции (модуля упругости) на определенной глубине погружения, временные комбинации импульсов возбуждений с длиной волны λ1 квантовых точек, расположенных в верхней или в нижней полусфере, могут происходить одновременно или раздельно, по мере перемещения отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра по наноколодду.Depending on the research program and for determining the mechanical reaction (elastic modulus) at a certain immersion depth, temporary combinations of excitation pulses with a wavelength of λ1 quantum dots located in the upper or lower hemisphere can occur simultaneously or separately, as the detachable magnetically transparent polymer moves spheres 9 of small diameter according to nanocold.

Элементы 1, 2, 3, 9, 18 выполнены магнитопрозрачными (магнитодиэлектрическими), что достигается отсутствием в их структурах ферромагнитных примесей. Сквозные нанометровые поры 4 малого диаметра заполнены квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка, возбуждение которых осуществляется первым внешним источником возбуждения квантовых точек 12 (например, лазерным диодом), расположенным у основания магнитопрозрачного кантилевера 1 с направлением излучения, ориентированным на центр магнитопрозрачной полимерной сферы 3 большего диаметра. Сквозные нанометровые поры большого 10 диаметра заполнены магнитными наночастицами 11 структуры ядро-оболочка. Вторая плоская микрокатушка 15 размещена на оптомагнитопрозрачной подложкеElements 1, 2, 3, 9, 18 are made magnetically transparent (magnetodielectric), which is achieved by the absence of ferromagnetic impurities in their structures. The through nanometer pores 4 of small diameter are filled with quantum dots 5 of the core-shell structure, the excitation of which is carried out by the first external source of excitation of quantum dots 12 (for example, a laser diode) located at the base of the magnetically transparent cantilever 1 with the radiation direction oriented to the center of the magnetically transparent polymer sphere 3 of larger diameter. The through nanometer pores of large diameter 10 are filled with magnetic nanoparticles 11 of the core-shell structure. The second flat microcoil 15 is placed on an opto-magnetically transparent substrate

для прохождения через нее излучения с длиной волны λ1, используемого для возбуждения перемещаемых в исследуемом наноколодце квантовых точек 4 структуры ядро-оболочка, с обратной стороны оптомагнитопрозрачной подложки 19. Ядро каждой магнитной наночастицы 11 структуры ядро-оболочка состоит из магнитожесткого материала, а внешняя оболочка сформирована из магнитомягкого материала. Дистанционное управление траекторией и скоростью реверсивного перемещения отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра по наноколодцу объекта диагностирования 20 осуществляется за счет взаимодействия постоянного магнитного поля магнитных 11 наночастиц структуры ядро-оболочка с изменяющимся (по величине и вектору направления) магнитным полем, создаваемым первой плоской 14 и второй плоской 15 микрокатушками, состоящими из одного или нескольких спиралевидных витков, выводы которых соединены соответственно с выходами первого ЦАП 16 и второго ЦАП 17. Тип используемых первого и второго ЦАП 16 и ЦАП 17 (их разрядность и быстродействие) определяется диапазоном проводимых диагностических исследований.to pass radiation with a wavelength λ1 used to excite quantum dots 4 of the core-shell structure moved in the nanowell under study, from the back of the optically magnetically transparent substrate 19. The core of each magnetic nanoparticle 11 of the core-shell structure consists of a magnetically rigid material, and the outer shell is formed from soft magnetic material. Remote control of the trajectory and speed of the reverse movement of the detachable magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter along the nanowell of the diagnostic object 20 is carried out due to the interaction of the constant magnetic field of the magnetic 11 nanoparticles of the core-shell structure with a changing (in magnitude and direction vector) magnetic field created by the first plane 14 and the second flat 15 micro coils, consisting of one or more spiral turns, the conclusions of which are connected respectively to the outputs ervogo DAC 16 and DAC 17. The second type used in the first and second DAC 16 and DAC 17 (their capacity and speed) determined by the range of diagnostic tests conducted.

Отделяемая магннитопрозрачная полимерная сфера 9 малого диаметра (фиг.2) соединена с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, через двухслойную углеродную нанотрубку 6 структуры типа «русская матрешка» (russian dolls), представляющую совокупность коаксиально вложенных друг в друга однослойных углеродных нанотрубок 7 и 8 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 7, 8 образуют наноподшипник скольжения для перемещения отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра по магнитопрозрачной зондирующей 2 игле с минимальным трением и последующим соскальзыванием с нее. Внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра 7 соединена с поверхностью магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, а внешняя поверхность внешней углеродной нанотрубки большего диаметра 8 продета и закреплена в одной из нанометровых сквозных пор 4 малого диаметра, отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем.A detachable magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter (FIG. 2) is connected to a magnetically transparent probe needle 2 through a two-layer carbon nanotube 6 of the Russian dolls structure, representing a collection of single-layer carbon nanotubes 7 and 8 coaxially inserted into each other with a distance of between adjacent graphite layers (inter-tube distance) close to (approximately equal) 0.34 nm, at which the van der Waals forces are minimal. Single-walled carbon nanotubes 7, 8 inserted into each other form a sliding nanosized bearing to move a detachable magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter along a magnetically transparent probe 2 needle with minimal friction and subsequent sliding off it. The inner surface of the embedded carbon nanotube of small diameter 7 is connected to the surface of the magnetically transparent probing needle 2, and the outer surface of the outer carbon nanotube of larger diameter 8 is threaded and fixed in one of the nanometer through pores 4 of small diameter, separated by a magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter, coated with a protective optically magnetically transparent polymer layer.

Минимальный диаметр отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра определяется минимальным количеством легированных в нее квантовых точек 5 структуры ядро-оболочка и магнитных наночастиц 11 структуры ядро-оболочка, образующих в совокупности отделяемый компонент нанокомпозитного излучающего элемента, параметры электромагнитного излучения которого определяются классом диагностируемого объекта 20. Размер диаметра отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра должен быть меньше наименьшего сужения диаметра наноколодца для свободного перемещения по нему.The minimum diameter of the detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of small diameter is determined by the minimum number of quantum dots 5 of the core-shell structure and magnetic nanoparticles 11 of the core-shell structure doped into it, which together form a detachable component of the nanocomposite emitting element, the electromagnetic radiation parameters of which are determined by the class of the diagnosed object 20. The diameter of the detachable magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter should be less than the smallest narrowing diameter of a nanowell for free movement on it.

Предлагаемая конструкция зонда кроме глубоких наноколодцев, глубина которых больше длины зондирующей иглы, также позволяет диагностировать механические свойства (модуль Юнга) зон с неглубокими наноколодцами. Для выполнения этого магнитопрозрачная полимерная сфера 3 большего диаметра размещена на магнитопрозрачной зондирующей игле 2 от ее вершины до сферической ее поверхности на расстоянии, равным радиусу отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра. Такая компоновка позволяет создать отделяемой магнитопрозрачной полимерной сфере 9 малого диаметра упор о фиксированную поверхность магнитопрозрачной полимерной сферы 3 большего диаметра при надавливании, в случае использования ее в качестве измерительной сферы, и исключить при этом выход вершины магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 из сквозной нанометровой поры 4 малого диаметра отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра, для исключения нанесений повреждений поверхностям объекта диагностирования.The proposed probe design, in addition to deep nanowells, the depth of which is greater than the length of the probe needle, also allows you to diagnose the mechanical properties (Young's modulus) of zones with shallow nanowells. To accomplish this, a magnetically transparent polymer sphere 3 of a larger diameter is placed on a magnetically transparent probe needle 2 from its top to its spherical surface at a distance equal to the radius of the detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of small diameter. This arrangement allows you to create a detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of small diameter focus on the fixed surface of the magneto-transparent polymer sphere 3 of a larger diameter when pressed, when used as a measuring sphere, and to exclude the exit of the tip of the magneto-transparent probe needle 2 from the through nanometer pore 4 of small diameter detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of small diameter to prevent damage to the surfaces of the diagnostic object.

Стрелками указываются направления входящего λ1 и преобразованного λ2 по длине волны излучения, где λ1 - длина волны внешнего электромагнитного излучения для возбуждения квантовых точек структуры ядро-оболочка 5, вызывающего их люминесценцию, λ2 - длина волны люминесценции квантовых точек структуры ядро-оболочка 5, смещенных на стоксовый сдвиг относительно длины волны λ1. Стрелками с символом

(первый и второй векторы магнитной индукции) показано направление магнитных силовых линий внешних магнитных полей, создаваемых первой плоской 14 и второй плоской 15 микрокатушками. Внешнее магнитное поле осуществляет притяжение или отталкивание магнитных 11 наночастиц структуры ядро-оболочка, закрепленных в корпусе отделяемой магнотопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра, которая в свою очередь перемещает закрепленные в ней квантовые точки 5 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 20.The arrows indicate the directions of the incoming λ1 and converted λ2 along the radiation wavelength, where λ1 is the wavelength of external electromagnetic radiation to excite quantum dots of the core-shell 5 structure that causes their luminescence, λ2 is the luminescence wavelength of quantum dots of the core-shell 5 structure shifted by Stokes shift relative to wavelength λ1. Arrows with a symbol

(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 14 and second flat 15 microcoils. An external magnetic field attracts or repels magnetic 11 nanoparticles of the core-shell structure, fixed in the housing of a detachable magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter, which in turn moves the quantum dots 5 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 an approximate scanning range of the side walls of nanowells along the Z coordinate of the diagnostic object 20.

В зависимости от видов объектов диагностирования, методов диагностирования (например, диагностирование магнито-оптоэлектронных наноструктур или элементов магнито-термо-светочувствительных наноструктур живых биологических объектов при проведении исследований в области нейрофотоники), используемые для легирования квантовые точки 5 структуры ядро-оболочка могут быть как со стоксовым, так и антистоксовым сдвигом длины волны электромагнитного излучения относительно внешнего источника возбуждения квантовых точек 4 (т.е. длина волны λ1 больше λ2 или λ1 меньше λ2). Это условие обусловлено требованием помехозащищенности, тем, чтобы λ1 находилась вне диапазона длин волн, на которые реагируют все исследуемые участки диагностируемого объекта 20, а стимулирование диагностируемого объекта 20 осуществлялось только излучением квантовых точек 5 структуры ядро-оболочка с длиной волны λ2, которая вызывает изменение модуля упругости отдельных локальных участков диагностируемого объекта 20 в непосредственной близости от точки соприкосновения магнитопрозрачной полимерной сферы 3 большего диаметра с объектом диагностирования 20.Depending on the types of objects to be diagnosed, diagnostic methods (for example, the diagnosis of magneto-optoelectronic nanostructures or elements of magneto-thermo-photosensitive nanostructures of living biological objects when conducting research in the field of neurophotonics), quantum dots 5 of the core-shell structure used for doping can be Stokes and anti-Stokes shifts in the wavelength of electromagnetic radiation relative to the external excitation source of quantum dots 4 (i.e., wavelength λ1 b proc eed λ2 λ1 or less λ2). This condition is caused by the requirement of noise immunity, so that λ1 is outside the wavelength range to which all the studied sections of the diagnosed object 20 react, and the diagnosed object 20 is stimulated only by emission of quantum dots 5 of the core-shell structure with a wavelength of λ2, which causes a change in the modulus elasticity of individual local sections of the diagnosed object 20 in the immediate vicinity of the contact point of the magnetically transparent polymer sphere 3 of larger diameter with the object d diagnosis 20.

Длина волны поглощения λ1 каждой квантовой точкой 5 структуры ядро-оболочка и длина волны излучения λ2 каждой квантовой точки 5 структуры ядро-оболочка определяется ее диаметром (в основном от 2 до 20 нанометров), сочетанием материала ядра и материала оболочки, их составом, 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 ближнего инфракрасного излучения.The absorption wavelength λ1 of each quantum dot 5 of the core-shell structure and the radiation wavelength λ2 of each quantum dot 5 of the core-shell structure is determined by its diameter (mainly from 2 to 20 nanometers), a combination of the core material and the shell material, their composition, and transmission spectrum protective transparent polymer film and the manufacturing technology of the quantum dot of the core-shell structure. The wavelength of electromagnetic radiation of quantum dots, aimed at the object of diagnosis, can be both in the optical range and beyond, from ultraviolet to near infrared radiation.

Ядро каждой квантовой точки 5 структуры ядро-оболочка может, например, включать, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe, CdSeTe, CdZnS, PbSe, AglnZnS, и ZnO, но не ограничивается ими. Оболочка каждой квантовой точки 5 структуры ядро-оболочка 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 each quantum dot 5 of the core-shell structure may, for example, include at least one material selected from the group consisting of CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe, CdSeTe, CdZnS, PbSe, AglnZnS, and ZnO, but not limited to them. The shell of each quantum dot 5 of the core-shell structure may include at least one material selected from the group consisting of CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, TiO, SrSe, and HgSe, but not limited to.

Ферромагнитное ядро магнитной наночастицы 11 структуры ядро-оболочка может, например, включать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, FeOFe₂О₃, NiOFe₂О₃, CuOFe₂Оз, MgOFe₂О₃, MnBi, MnSb, MnOFe₂О₃, СrO₂, MnAs, SmCo, FePt, или их комбинации но не ограничивается ими. Размер ядра одной магнитной наночастицы 11 структуры ядро-оболочка может варьироваться от 3 нм до 20 нм. Внешняя оболочка (окружающая магнитный сердечник) магнитной наночастицы 11 структуры ядро-оболочка сформирована из магнитомягкого или суперпарамагнитного материала, например, может включать, по меньшей мере, один материал, выбранный из групп, состоящих из Fe₃О₄, FeO, CoFe₂О₄, MnFe₂О₄, NiFe₂О₄, ZnMnFe₂О₄, 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 11 структуры ядро-оболочка и может покрываться дополнительной биосовместимой оболочкой, что в свою очередь защищает исследуемый биологический диагностируемый объект 20, при частичном повреждении общей защитной оболочки отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра.The ferromagnetic core of a magnetic nanoparticle 11 of the 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 Oz, MgOFe ₂ O ₃ , MnBi, MnSb, MnOFe ₂ O ₃ , CrO ₂ , MnAs, SmCo, FePt, or a combination thereof, but is not limited to. The core size of one magnetic nanoparticle 11 of the core-shell structure can vary from 3 nm to 20 nm. The outer shell (surrounding the magnetic core) of the magnetic nanoparticle 11 of the core-shell structure is formed from a 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 11 of the core-shell structure and can be covered with an additional biocompatible shell, which in turn protects the biological object being diagnosed 20, with partial damage to the general protective shell of the detached magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter.

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 PREPARING METHOD THEREOF); (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130342297 Al Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS).For the implementation of the utility model, for example, well-known technologies for manufacturing magnetic nanoparticles of a core-shell structure can be used (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 PREPARING METHOD THEREOF) (Patent Application Publication Pub. No .: US 20130342297 Al Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS).

Для осуществления полезной модели кроме классических квантовых точек структуры ядро-оболочка могут быть использованы и ядро-многооболочные квантовые точки (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 implement the utility model, in addition to classical quantum dots of the core-shell structure, core-multiband quantum dots can also be used (Patent Application Publication Pub. No .: US 20120315391 A1 Pub. Date: Dec. 13, 2012, QUANTUM DOTS HAVING COMPOSITION GRADIENT SHELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF).

Изготовление излучающего элемента осуществляется легированием отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра магнитными И наночастицами структуры ядро-оболочка и квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка и выполняется за счет проникновения магнитных 11 наночастиц структуры ядро-оболочка в сквозные нанометровые поры 10 большого диаметра и, затем, за счет проникновения квантовых 5 точек структуры ядро-оболочка в оставшиеся не заполненными сквозные нанометровые поры 4 малого диаметра отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра и фиксированной полимерной сферы 3 большего диаметра. Например, процесс легирования может осуществляться 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 manufacture of the emitting element is carried out by doping a detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of small diameter with magnetic And nanoparticles of the core-shell structure and quantum dots 5 of the core-shell structure and is performed due to the penetration of magnetic 11 nanoparticles of the core-shell structure into the through nanometer pores 10 of large diameter and, then, due to the penetration of 5 quantum dots of the core-shell structure into the through-nanometer pores 4 of a small diameter that are not filled, a separable magnetically transparent field measuring sphere 9 of small diameter and a fixed polymer sphere 3 of larger diameter. For example, the doping process can be carried out according to 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 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 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 6, состоящая из однослойной нанотрубки 7 малого диаметра вложенной в однослойную нанотрубку большего диаметра 8, (в совокупности, используемые в качестве наноподшипника скольжения), может быть соединена с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 при помощи атомно-силового микроскопа или изготовлена выращиванием на 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 6, consisting of a single-walled nanotube 7 of small diameter embedded in a single-walled nanotube of larger diameter 8, (collectively used as a sliding nanoparticle), can be connected to a magnetically transparent probe needle 2 using an atomic force microscope or made by growing on a magnetically transparent probe needle 2 using the well-known technology for growing a multilayer carbon nanotube (used as a nanoship), directly on the axis of rotation the rotor of a NEMS (nano-electromechanical system) of an 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 разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, работает следующим образом: магнитопрозрачный кантилевер 1 с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 подводится к объекту диагностирования 20, расположенному на оптомагнитопрозрачной подложке 19, и надавливает на поверхность у входа в наноколодец объекта диагностирования 20 (фиг.2), получая данные об упругих свойствах (механических характеристиках) элемента объекта диагностирования 20, до включения и после включения первого внешнего источника возбуждения квантовых точек 12 с длиной волны λ1. В результате квантовые точки 5 структуры ядро-оболочка возбуждают поверхность наноколодца диагностируемого объекта 20 излучением длинной волны λ2, определенной в зависимости от выбранного материала квантовой точки 5 структуры ядро-оболочка и соотношения диаметра ядра к толщине окружающей его оболочки. 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 квантовых точек в интервале, равному времени их флуоресценции, после выключения первого внешнего источника возбуждения квантовых точек 12 с целью исключения посторонних засветок и помех).A scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure operates as follows: a magnetically transparent cantilever 1 with a magnetically transparent probe 2 is applied to a diagnostic object 20 located on an opto-magnetically transparent substrate 19 and presses to the surface at the entrance to the nanowell of the diagnostic object 20 (figure 2), receiving data on the elastic properties (mechanical characteristics) of the element This diagnostic object 20, before and after the first external source of excitation of quantum dots 12 with a wavelength of λ1. As a result, the quantum dots 5 of the core-shell structure excite the surface of the nanowell of the diagnosed object 20 by the radiation of a long wave λ2 determined depending on the selected material of the quantum dot 5 of the core-shell structure and the ratio of the core diameter to the thickness of the surrounding shell. 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 radiation of λ2 quantum dots in an interval equal to the time of their fluorescence after turning off the first external excitation source quantum dots 12 in order to eliminate extraneous light and interference).

Одновременно на вход первого ЦАП 16 подается двоичный код, который в зависимости от выбранной программы исследований, определяет форму и частоту повторения электрического сигнала поступающего на обмотку первой плоской 14 микрокатушки, создающей внешнее управляющее магнитное поле

, направленное на центр перемещаемой по координате Z отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра. Магнитные полюса всех магнитных 11 наночастиц структуры ядро-оболочка постоянно ориентированы параллельно 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 16, which, depending on the chosen research program, determines the shape and repetition frequency of the electric signal supplied to the winding of the first flat 14 microcoil, which creates an external control magnetic field

directed to the center of the detachable magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter moved along the Z coordinate. The magnetic poles of all magnetic 11 nanoparticles of the core-shell structure are constantly oriented parallel to the 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 16 и второго ЦАП 17 (например, чередующихся импульсов с положительной и отрицательной полярностью, различной амплитудой и длительностью) первая плоская 14 микрокатушка и вторая 15 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 отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра с переменным магнитным полем, создаваемым первой 14 и второй 15 плоскими микрокатушками в диапазоне ΔZ, происходит последовательное перемещение отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра с квантовыми точками 5 структуры ядро-оболочка вниз или вверх по координате Z, параллельно сканируемой боковой стенки наноколодца объекта диагностирования 20. При диагностировании глубоких наноколодцев, глубина которых больше длины магнитопрозрачной зондирующей иглы (возможно в несколько раз), на вход второго ЦАП 17 подается код, который увеличивает ток, проходящий по обмотке второй плоской микрокатушки 15, которая в свою очередь увеличивает силу притяжения магнитных наночастиц 11 структуры ядро-оболочка, размещенных в отделяемой магнитопрозрачной полимерной сфере 9 малого диаметра. В результате, отделяемая магнитопрозрачная полимерная сфера 9 малого диаметра соскальзывает с магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 и начинает погружаться на дно наноколодца (фиг.3), одного из элементов объекта диагностирования 20. Скорость сканирования стенок наноколодца определяется скоростью изменения двоичного кода, поступающего на вход первого ЦАП 16 и второго 17 ЦАП. В режиме «погружения» (фиг.3) перваяUnder the influence of electrical control signals, from the output of the first DAC 16 and the second DAC 17 (for example, alternating pulses with positive and negative polarity, different amplitude and duration), the first flat 14 microcoil and the second 15 flat microcoil create an external magnetic field with one or another magnitude and the direction of the magnetic lines of force, in accordance with the direction of which, in the interaction of a constant magnetic field of a detachable magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter with variable magnetic In the field created by the first 14 and second 15 flat micro coils in the ΔZ range, a detachable magneto-transparent polymer sphere of small diameter 9 with quantum dots 5 of the core-shell structure 5 is moved down or up along the Z coordinate parallel to the side wall of the nanowell of the diagnostic object 20. When diagnosing deep nanowells, the depth of which is greater than the length of the magnetically transparent probe needle (possibly several times), a code is supplied to the input of the second DAC 17, which increases the current, dyaschy the winding mikrokatushki second plane 15, which in turn increases the force of attraction of magnetic nanoparticles 11 core-shell structure, placed in the field of polymer detachable magnitoprozrachnoy 9 small diameter. As a result, the detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of small diameter slides off the magneto-transparent probe needle 2 and begins to sink to the bottom of the nanowell (Fig. 3), one of the elements of the diagnostic object 20. The scanning speed of the walls of the nanowell is determined by the rate of change of the binary code input to the first DAC 16 and second 17 DAC. In the mode of "immersion" (figure 3) the first

плоская микрокатушка 14 создает поле В1 и осуществляет функции торможения или подталкивания отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра (в зависимости от полярности сигналов подаваемых на первую микрокатушку 14, она создает магнитное поле, которое притягивает или отталкивает магнитные наночастицы 11 структуры ядро-оболочка, расположенные в отделяемой магнитопрозрачной полимерной сфере 9 малого диаметра), а вторая микрокатушка 15 осуществляет функции расстыковки отделяемой магнитопрозрачной полимерной сферы 9 малого диаметра с магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, при выполнении условия

При обратном сканировании (в режиме «всплытия») соотношение величин

меняются местами

И отделяемая магнитопрозрачная полимерная сфера 9 малого диаметра, пристыковавшись, занимает исходное положение на вершине магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, (если по программе исследований требуется ее возвращение), после этого осуществляется переход к исследованию следующего наноколодца.a flat micro coil 14 creates a field B1 and performs the functions of braking or pushing a detachable magnetically transparent polymer sphere 9 of small diameter (depending on the polarity of the signals supplied to the first micro coil 14, it creates a magnetic field that attracts or repels magnetic nanoparticles 11 of the core-shell structure located in detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of small diameter), and the second microcoil 15 performs the functions of undocking the detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of small Diameter with magnitoprozrachnoy probe needle 2, under condition

During reverse scanning (in the “ascent” mode), the ratio of values

swap

And the detachable magneto-transparent polymer sphere 9 of small diameter, docked, takes up its initial position on the top of the magneto-transparent probe needle 2 (if the research program requires its return), after which the transition to the study of the next nanowell is carried out.

Предложенная конструкция сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с разделяемым телеуправляемым нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, также обеспечивает при сканировании поверхности объекта диагностирования атомно-силовым микроскопом возможность осуществления съема топологического распределения величины модуля Юнга 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 магнотопрозрачной иглы, и получить дополнительную информацию при сканировании по координате Z наноколодцев, глубинны которых больше длины магнитопрозрачной зондирующей иглы. Это позволяет осуществить управление поведением исследуемых живых биологических объектов, обнаружить и исследовать их отдельные точечные опто-магнито-термо чувствительные участки, изменяющие свои механические свойства и размеры при одновременном точечном наноразмерном стимулирующем воздействии электромагнитного излучения оптического диапазона λ2, в сочетании с воздействием постоянным или импульсным магнитным полем или точечным тепловым излучением на различных ранее не доступных для проведения исследований глубинах. Например, при проведении сканирования по координате Z сенсорных наноструктур, расположенных на стенках наноколцев на больших глубинах, в несколько раз больших длины магнитопрозрачной зондирующей иглы, что ранее невозможно было осуществить известными зондами.The proposed design of a scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of the core-shell structure also provides the ability to measure the topological distribution of the Young's modulus on the surface of the diagnostic object when scanning the surface of a diagnostic object with an atomic force microscope, depending on the stimulating effect of a certain wavelength of electromagnetic radiation position and magnetic field for each nanowell with X, Y coordinates, located directly under the top of the magnetically transparent needle, and get additional information when scanning along the Z coordinate of nanowells whose depths are greater than the length of the magnetically transparent probe. This makes it possible to control the behavior of the studied living biological objects, to detect and study their individual point opto-magneto-thermo-sensitive areas that change their mechanical properties and dimensions with a simultaneous point nanoscale stimulating effect of electromagnetic radiation of the optical range λ2, in combination with exposure to constant or pulsed magnetic field or point thermal radiation at various depths previously not available for research. For example, when scanning along the Z coordinate of sensor nanostructures located on the walls of nanorings at great depths, several times the length of a magnetically transparent probe needle, which was previously impossible to implement with known probes.

Claims

A scanning probe of an atomic force microscope with a separable telecontrolled nanocomposite emitting element based on quantum dots and magnetic nanoparticles of a core-shell structure, including a two-layer carbon nanotube, magnetically transparent cantilever with an magnetically transparent probe, magnetically transparent spheres of larger and smaller diameters with nanometer points core-shell nanoparticles coated on the outside with a protective opto-magnetically transparent polymer layer, the first externally a source of excitation of quantum dots, a first external source of magnetic field in the form of a first flat microcoil connected to the output of the first DAC, characterized in that it contains a second external source of excitation of quantum dots, a second external source of magnetic field in the form of a second flat microcoil placed on an optically transparent substrate, the second DAC, a C-shaped synchronously centering magnetically transparent bracket attached to the cantilever by the upper part and the second external source of excitation of quanta, the lower part of the second points, the second DAC is connected to the second external magnetic field source in the form of a second flat microcoil placed on an opto-magnetically transparent substrate mounted on the lower end of the C-shaped synchronously centering magneto-transparent bracket, on the opposite upper end of which the first flat microcoil is fixed, with a flat surface parallel to the flat surfaces of the second microcoil and parallel to the opto-magnetically transparent substrate located between them with an object placed on its front side diagnosis, and the optical axis of the second source of excitation of quantum dots is set so that it passes through the centers of the first and second flat microcoils and the center of a fixed magneto-transparent polymer sphere of larger diameter, and the detachable magneto-transparent sphere of smaller diameter is made of polymer with through nanometer pores, the dimensions of the outer diameters are magnetically transparent larger and smaller polymer spheres, respectively, more and less than the maximum and minimum internal diameters of the diagnostics nanowell, a magnetically transparent polymer sphere of a larger diameter with through nanometer pores of small diameter filled with quantum dots of the core-shell structure, is rigidly fixed to a magneto-transparent needle at a distance from its surface equal to the radius of a magneto-transparent polymer sphere of small diameter, measured from the top of the magneto-transparent needle, onto which until it comes into contact with the surface of a magnetically transparent polymer sphere of a larger diameter, the inner surface of a two-layer nanotube is put on, the outer overhnost which is threaded and secured into one of the through pores of nanometer magnitoprozrachnoy polymer spheres of small diameter comprising a larger through-pores and nanometer small diameter respectively, filled with quantum dots and magnetic nanoparticles with the same direction of orientation of the poles.