光诱导介电泳微操纵过程中的光电旋转

摘要

本文从电路模型、有限元建模和分析及物理实验三个方面，深入理解并首次验证了在光诱导介电泳芯片中因光电增益不仅存在因亮暗分压（电场幅值非均匀分布）而产生的第一类光诱导介电泳力，而且还存在由亮暗相位差（电场相位非均匀分布）而产生的第二类光诱导介电泳力，以及因存在光致旋转电场而产生的光诱导电旋转现象，解决了目前介电泳力理论计算因采用仅考虑光致分压效应的简化电偶极矩模型而造成实际光诱导介电泳力被低估的困局．同时通过对相应过程的有限元数值模拟，以及酵母菌细胞的光控电旋转实验确认了光诱导电旋转现象的真实存在，得出了光诱导电旋转转向与微粒相对于光电极边缘的位置有关且对应旋转速率与二者相对距离成反比的一般规律，并发现在三电极式光诱导电旋转芯片结构中对应扭矩分布极不均匀且相应位置的光诱导介电泳力不利于对应微粒的定轴旋转．为此，提出了具有对称相位角分布的双层四电极式光诱导电旋转设计方案，为后续光诱导介电泳芯片实现生物粒子微操纵与介电频谱测量一体化提供了必要的理论准备及技术支撑．