基于光诱导介电泳力的微粒操纵研究

摘要

光诱导介电泳是基于介电泳基础上发展出来的一种新型微粒操纵技术，相对于传统的介电泳操纵，光电子镊最大的特点是可灵活操控的虚拟电极，通过软件控制可以在光电导层的任意位置形成需要的光学图案从而达成灵活的操纵效果。光诱导介电泳对微粒的无接触、无损伤的操纵，在生物科学、医学、药理学领域具有广泛的应用前景。
　　本文首先详细介绍了不同类型微纳操纵手段的理论与优缺点，随后介绍了光诱导介电泳的研究进展和在微纳操纵方面的应用，还对光诱导介电泳的理论进行了分析，在理论上推导了介电泳的操纵机制，并使用COMSOL和MATLAB软件对其进行了分析，同时详述了光电导层的材料—非晶硅薄膜的结构、性能和常用制备方法。为后期淀积实验选择的合理参数提供了理论基础。最后对细胞的介电泳操纵进行研究，介绍了细胞的介电模型，和常用的介电分析方法。在实验部分，首先是对光电导层的淀积实验，根据实际情况设定合适的参数，通过对淀积结果的测试，得出最优的一组参数。最后进行了试验台的搭建，设计了光诱导介电泳芯片，通过激发光电导层的光电效应形成虚拟电极，同时施加高频交流电压，实现了对4μm和10μm聚苯乙烯微球的介电泳力操纵。最终微球在负介电泳力的作用下分别以8.8μm/s和35μm/s的速度运动。通过光诱导介电泳实现了对微球的无接触无损伤的操纵。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 微纳操纵技术研究现状

1.3 光诱导介电泳的研究进展

1.4 本文主要内容及章节安排

第二章 光诱导介电泳的操纵原理

2.1介电泳原理

2.2 细胞的介电理论

2.3 非晶硅薄膜

2.3 本章小结

第三章 光诱导介电泳针对微粒操纵的建模与仿真

3.1 介电泳影响元素的分析

3.2 COMSOL Multiphysics数值仿真简介

3.3光诱导介电泳的数值仿真

3.4本章小结

第四章 光诱导介电泳系统实验

4.1光诱导介电泳实验系统搭建与优化

4.2 氢化非晶硅的加工测试

4.3 光诱导介电泳对聚苯乙烯粒子的操纵

4.4 本章小结

第五章 工作总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢