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文檔簡介
1、馬達作為微流系統(tǒng)中攪拌器,在微全分析系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的角色。為了獲得高轉(zhuǎn)速、非接觸驅(qū)動的高性能馬達,人們開始使用光驅(qū)動。光致旋轉(zhuǎn)是實現(xiàn)微機械馬達的有效手段。由于傳統(tǒng)激光驅(qū)動裝置的復(fù)雜性,并且考慮到應(yīng)用波導(dǎo)光驅(qū)動具備體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、易操作、易封裝固定等優(yōu)點,尤其在微流系統(tǒng)中,本文結(jié)合國家自然科學基金儀器專項項目(項目編號:60927008)的主要研究內(nèi)容,基于波導(dǎo)光驅(qū)動的光馬達系統(tǒng),并主要對微轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計、光學驅(qū)動
2、力矩的理論建模和計算以及與微流相互作用仿真等問題進行了研究。
本文根據(jù)光束的線性動量引起的光致旋轉(zhuǎn)原理,首先設(shè)計了具有特定外形結(jié)構(gòu)的“類風車”結(jié)構(gòu)的微轉(zhuǎn)子,然后利用光束正出射端出射光場和波導(dǎo)的倏逝場驅(qū)動微轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。然后,針對本文所設(shè)計的“類風車”結(jié)構(gòu)的微轉(zhuǎn)子,運用了時域有限差分法和光線-波動光學復(fù)合計算模型對微轉(zhuǎn)子的光驅(qū)動力和旋轉(zhuǎn)力矩進行了嚴格的理論計算,所求得旋轉(zhuǎn)力矩結(jié)果不僅優(yōu)化了微轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù),而且證實了帶有半圓柱側(cè)面
3、的微轉(zhuǎn)子相比于Ukita提出的毽子狀微轉(zhuǎn)子具有的優(yōu)越性。另外,又通過應(yīng)用Comsol Multiphysics的流體動力學計算分析模塊對光馬達附近的微流情況進行仿真,從而評估所設(shè)計的光馬達在樣本溶液中的性能和攪拌效果。最后,根據(jù)理論計算和仿真所得到的依據(jù),本文提出了幾個具有不同應(yīng)用作用和優(yōu)勢的波導(dǎo)光驅(qū)動的光馬達系統(tǒng),它們不僅可以作為攪拌器應(yīng)用到微全分析系統(tǒng)中,還可以應(yīng)用到微泵中,也可以用來研究旋轉(zhuǎn)馬達蛋白、細胞膜剪切力、流體的微觀性質(zhì)、
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