Photorefractive Optoelectronic Tweezers and Their Applications

در تلاش بی‌پایان برای کوچک‌سازی، به دام انداختن ذرات با کنترل نوری، فرصت‌های جدیدی را برای مدیریت مواد میکروسکوپی غیرتهاجمی باز کرده است. این پایان‌نامه کاربرد کریستال‌های انکسار نوری را به‌عنوان مواد زیرلایه فعال برای موچین‌های اپتوالکترونیک ارائه می‌کند. در این موچین‌ها، الگوهای نوری انعطاف‌پذیر توسط یک ماده رسانا نوری به نیروهای الکتریکی تبدیل می‌شوند و امکان رسیدگی به مواد با نیروهای بسیار بالا و توان عملیاتی بالا را فراهم می‌کنند. خواص بالقوه مواد بستر بررسی شده و راه هایی برای تنظیم ارقام شایستگی آنها نشان داده شده است. بخش بزرگی از پایان نامه به کاربردهای بالقوه در زمینه اپتوفلویدیک اختصاص دارد، جایی که موچین های نوری انکساری نوری برای به دام انداختن، مرتب کردن و هدایت قطرات یا ذرات در کانال های میکروسیال یا برای شکل دادن پلیمرهای مایع به عناصر نوری قبل از انجماد آنها استفاده می شود. علاوه بر این، یک مدل تخلیه سطحی جدید برای بحث در مورد شرایط آزمایشی مورد نیاز برای انکسارهای نوری انکساری نوری استفاده شده است.

In the never-ending quest for miniaturization, optically controlled particle trapping has opened up new possibilities for handling microscopic matter non-invasively. This thesis presents the application of photorefractive crystals as active substrate materials for optoelectronic tweezers. In these tweezers, flexible optical patterns are transformed into electrical forces by a photoconductive material, making it possible to handle matter with very high forces and high throughput. Potential substrate materials’ properties are investigated and ways to tune their figures-of-merit are demonstrated. A large part of the thesis is devoted to potential applications in the field of optofluidics, where photorefractive optoelectronic tweezers are used to trap, sort and guide droplets or particles in microfluidic channels, or to shape liquid polymers into optical elements prior to their solidification. Furthermore, a new surface discharge model is employed to discuss the experimental conditions needed for photorefractive optoelectronic tweezers.