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| 马达作为微流系统中搅拌器，在微全分析系统中起到至关重要的角色。为了获得高转速、非接触驱动的高性能马达，人们开始使用光驱动。光致旋转是实现微机械马达的有效手段。由于传统激光驱动装置的复杂性，并且考虑到应用波导光驱动具备体积小、重量轻、结构简单、价格便宜、易操作、易封装固定等优点，尤其在微流系统中，本文结合国家自然科学基金仪器专项项目(项目编号:60927008)的主要研究内容，基于波导光驱动的光马达系统，并主要对微转子的结构设计、光学驱动力矩的理论建模和计算以及与微流相互作用仿真等问题进行了研究。本文根据光束的线性动量引起的光致旋转原理，首先设计了具有特定外形结构的“类风车”结构的微转子，然后利用光束正出射端出射光场和波导的倏逝场驱动微转子旋转。然后，针对本文所设计的“类风车”结构的微转子，运用了时域有限差分法和光线-波动光学复合计算模型对微转子的光驱动力和旋转力矩进行了严格的理论计算，所求得旋转力矩结果不仅优化了微转子结构参数，而且证实了带有半圆柱侧面的微转子相比于Ukita提出的毽子状微转子具有的优越性。另外，又通过应用Comsol Multiphysics的流体动力学计算分析模块对光马达附近的微流情况进行仿真，从而评估所设计的光马达在样本溶液中的性能和搅拌效果。最后，根据理论计算和仿真所得到的依据，本文提出了几个具有不同应用作用和优势的波导光驱动的光马达系统，它们不仅可以作为搅拌器应用到微全分析系统中，还可以应用到微泵中，也可以用来研究旋转马达蛋白、细胞膜剪切力、流体的微观性质、微钻等。因此，该技术的深入研究为微生命科学和生物医学提供了一种强有力的工具。 |
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