生命单元的基本功能取决于单个大分子,因而在现代生物及医学领域,研究人员越来越关注在分子级别开展研究及诊断、治疗疾病,单分子操控技术已成为微纳流控芯片技术领域中的热门方向。传统光镊技术具备非接触、远程操控及并行处理等优点,但受限于衍射极限及高输入功率导致的热效应,无法有效操控亚微米级别目标粒子。作为新型近场光镊中的重要分支,表面等离子体共振光镊技术可以将远场电磁场耦合到局域增强场,在几百乃至几十纳米级别的空间内产生梯度剧烈变化的局域电场,产生的梯度力可用于捕获微纳粒子。研究人员设计出各种表面等离子体共振光镊实现微纳粒子的动态操控,包括长距离传送,粒子筛选等,用于构建单分子操控基本功能单元。但这些操控方案存在一些问题:首先,调控激励光步骤繁琐,通常需要多波长调控或波长与偏振按特定时序同步调控,提高了操控成本、增加了操作复杂度,容易出现时序错乱从而引发粒子传送路径紊乱;其次,目前研究成果局限在一维粒子传送带方面。相对于二维任意传送,一维传送带的空间利用率有限,且难以进行结构拓展及构建大规模粒子操控系统。本文提出了采用非对称圆环结构替代前人研究中的对称圆盘结构,设计出不对称纳米环阵列,实现微粒的定向传递。在该设计中,不对称纳米环首尾相接,沿一定方向延展形成单向光学传送带。在线偏振光激励下,传送带上每个纳米环周边沿偏振方向处会产生局域增强场,也就是通常所说的“热点”。受梯度力作用,目标粒子被限制在热点周围,随激励光偏振方向转变沿不对称纳米环边沿绕行。目标粒子到达相邻两环间时,在非平衡局域场作用下进行定向转移。调整传送带中各环间距,通过理论分析验证了粒子分拣的可行性。所提出的纳米环阵列具备单波长激励,结构紧凑,调控简便等优点,在微纳流控系统中极具应用前景。基于不对称纳米环的光学传送带仅能实现一维单向传送,为了拓展传送维度,本文提出采用具有平移对称性的椭圆阵列构建二维传送超表面。在线偏振光激励下,椭圆结构在边沿上会形成一对热点。转动激励光偏振方向,热点位置也随之发生转移,同时强度也会发生改变,其中长轴方向上热点强度最强,短轴方向上热点强度最弱。相互垂直的纳米金椭圆结构既可以组成一维传送带,也可以组成大规模二维传送阵列,实现粒子在平面内的自由传送。该结构提高了微纳流控芯片的空间利用率、系统集成性和动态配置能力,可应用于粒子储存、富集、反应等流程。上述两项工作总体思路是通过线偏振光激励微纳结构超表面,在照射区域内形成多势阱分布,通过对偏振的时序调控,实现粒子传送操控。基于此,我们首次提出了利用表面等离子体共振光镊操控颗粒构建光驱微流泵。转子微粒运动方向及初始位置与泵盘上镂空结构排列顺序密切相关,因而可以通过改变镂空结构排序调整单个微流泵转向与相位。此外,引入多相位泵可有效的抑制单对微流泵条件下的液流脉动效应,仿真结果显示效果显著。我们所提出的光驱微流泵具备操作简单、小型化等优势,为构建大规模微纳流控器件系统提供了新的思路。本文所提出几种操控方案更为简单,传送维度得到拓展,液流控制也更为精准,有助于实现多功能,高集成度的微纳流控芯片,高通量并行操控目标颗粒。