用于眼内压监测的可调谐超材料器件研究

摘要

青光眼做为第二大常见的致盲性眼病，影响着世界上1％的人口。眼内压则是诊断和治疗青光眼的一个关键参数，而单次的检测眼内压有可能错过眼内压的峰值，导致医生无法对患者进行准确的诊断和治疗，因此，急需一种能24小时全天监测眼内压的医疗设备。可调谐超材料是一种周期排列的单元结构可重构的人工制造电磁材料，由于其电磁性能对周期排列的单元结构的敏感性，可调谐超材料有望被应用在检测传感领域。本文研究了眼内压升高对眼球组织及佩戴的隐形眼镜的形变影响，并对应用于眼内压监测的可调谐超材料器件进行研究。
　　使用基于有限元方法的数值仿真软件COMSOL Multiphysics，仿真眼球组织及佩戴的隐形眼镜在眼内压升高时的形变情况，并分析眼球组织及隐形眼镜的不同结构参数和物理参数对形变程度的影响。
　　提出了一种利用三维光子晶体的可变色性来监测青光眼患者眼内压的方法。使用 MEMS工艺制备了用于液滴生成的流动聚焦型微流控芯片，并用其制备了三维光子晶体，实验测试观察到所制备的三维光子晶体在受到外力压迫作用时的变色现象。
　　设计了一种双带 MEMS调谐太赫兹超材料吸收器，该吸收器结构由上层具有频率选择作用的金属谐振器和下层金属薄板，并采用电磁仿真软件进行数值仿真。通过分析表面电流分布和能量流分布发现，低频和高频吸收分别是由四个“L”型的金属谐振器和“十”字形的金属谐振器实现。通过电压驱动调节金属谐振器和金属薄板之间的距离，可调谐吸收器的吸收率。若将吸收器衬底换成柔性材料，通过压力控制金属谐振器和金属薄板的距离，可实现压力检测，有望应用于眼内压监测。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2智能眼内压监测器件研究现状

1.3眼球疾病模型的数值仿真研究现状

1.4可调谐超材料研究现状

1.5本论文的主要研究内容及构架

第2章 有限元方法介绍及人眼模型

2.1引言

2.2有限元方法及COMSOL Multiphysics简介

2.3 COMSOL Multiphysics仿真流程

2.4人眼球标准模型

2.5本章小结

第3章 眼球及隐形眼镜形变仿真模拟

3.1引言

3.2眼球在眼内压升高时形变仿真

3.2.1模型建立

3.3隐形眼镜在眼内压升高时的形变仿真

3.4本章小结

第4章 三维光子晶体制备及应用

4.1引言

4.2微流控芯片制备光子晶体

4.3流动聚焦型微流控芯片制备

4.4微流控芯片实验平台搭建

4.5光子晶体微液滴生成实验

4.6光子晶体变色实验

4.7本章小结

第5章 MEMS调谐超材料吸收器设计与仿真

5.1引言

5.2超材料吸收器

5.3超材料吸收器结构设计

5.4超材料吸收器吸波性能仿真

5.5超材料吸收器工作原理分析

5.6极化不敏感性及广角吸收性分析

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢