| 题名 | 基于光诱导介电泳的微纳操控理论和实验方法研究 |
| 作者 | 王淑娥 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-12-17 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 导师 | 李文荣 ; 董再励 ; 李国宾 |
| 关键词 | 光诱导介电泳 微纳米操作 聚苯乙烯粒子 碳纳米管 碳纳米粒子 三维微纳米结构 PEGDA 纳米传感器 |
| 其他题名 | Theoretical Analysis and Experimental Method of Optically induced Dielectrophoresis for Micro/Nano Manipulation |
| 学位专业 | 机械电子工程 |
| 中文摘要 | 微纳米科技为众多科学技术领域提供了新的发展动力和机遇，被认为是新技术革命的引擎。发展微纳米尺度的自动化观测和操控技术，对促进微纳米科学技术发展，形成先进制造技术的新突破具有重要意义。 实现微纳米材料的规模化、自动化、无损伤、低成本的可控操作，对实现微纳米材料一致性筛选制备、微纳米规模化组装与制造、生物医药工程等领域的技术发展具有关键性作用。因此，柔性、高效、低成本的微纳米尺度自动化操控技术是目前微/纳米科学技术领域关注的热点和亟待解决的挑战性问题。 目前采用的探针、光镊、磁镊和介电泳由于存在各自的局限性而不能同时达到高效率、高分辨率以及高吞吐量的微纳米操控。近年来光诱导介电泳（ODEP）作为一种新的微观尺度操控技术，具有操作简便、高效率、无损、低成本，可自动化实现等优点，因而更具有发展前景。 本论文结合机器人学和自动化理论方法，开展了基于光诱导介电泳机理的微纳米尺度自动化操控理论方法和实验技术研究，主要包括： （1）在光诱导介电泳基本工作原理方面，系统地研究了内光电效应、非均匀电场、粒子极化和光诱导介电泳力的生成机制和表征方法；研究了以非晶硅薄膜为代表的光电导材料工作机理；研究了微纳米材料的极化模型以及光诱导介电泳操控的频谱特性；进行了光诱导介电泳操控过程中电渗流等干扰因素的理论分析研究。 （2）设计构建了由投影模块、视频监控模块、三维电动控制模块、芯片设计与封装模块组成的光诱导介电泳实验平台。 （3）以聚苯乙烯粒子为操控对象，研究分析了以球形粒子为对象的光诱导介电泳操控频谱特性；进行了交变电场幅值和频率、溶液电导率以及粒子尺寸对介电泳力大小和方向的影响分析和实验研究；通过实验研究，得到了光诱导介电泳操控微纳米粒子的最佳频段范围；实现了聚苯乙烯微粒的单个捕获、不同尺寸分离、批量化收集与排列的编程操作。 （3）开展了碳纳米管极化模型及其ODEP操作的频谱特性研究，开展了基于超声和离心技术的碳纳米管分散，FITC荧光素修饰，光诱导介电泳操控等实验研究，实现了碳纳米管的批量、实时、动态操控。 （4）以50 nm和500 nm碳纳米粒子为对象，实验研究了其光诱导介电泳操控的频谱特性；实现了两种离子在非晶硅基底表面沉积结构的形状、尺寸可控操作；并给出了操控时间与其沉积结构的影响关系。 （5）首次提出基于可见光和交变电场的高分子聚合物三维形状可控、尺寸可控的微纳米结构构建方法；以PEGDA分子与Irgacure 2959为例，分析了其交联聚合过程和微纳米结构构建过程；通过实验，深入研究了PEGDA三维阵列结构的形成机理，获得了光诱导介电泳作用时间与结构高度形成成正比的结论；进行了PEGDA结构表面粗糙度及其电致形变的研究，为基于光诱导介电泳构建PEGDA三维结构提供了技术可行性。 本论文所开展的光诱导介电泳微纳米操控基本理论和实验方法研究，为ODEP技术在微纳米规模化制造领域的发展和应用提供了相关理论依据和有意义的实验方法。 |
| 索取号 | TB383/W36/2011 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-07-27 |
| 分类号 | TB383 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sia.ac.cn/handle/173321/9384]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_机器人学研究室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王淑娥. 基于光诱导介电泳的微纳操控理论和实验方法研究[D]. 中国科学院沈阳自动化研究所. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2011. |
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