如今,光学手段在生物医学领域获得了越来越丰富的应用,其中,一种称为光学超材料的人造特殊材料也受到了广泛关注。本论文阐述了光学超材料在生物医学领域的一些应用,例如利用它的超强透射与反射特性进行生化物质的检测,或者利用其超强等离子体共振性质设计具有捕捉生化微粒作用的光镊。但是,这些应用场景中超材料同样存在许多的实用限制,包括其等离子共振频率不可调谐,用途单一等。针对超材料的这些限制,本论文尝试采用新方法设计超材料。首先本论文讲述了设计光学超材料所涉及的理论原理,包括等离子体共振原理,二氧化钒相变原理,光学捕获生化微粒原理等。随后,本论文介绍了分析超材料电磁性质的电磁场数值计算方法,并对本论文所使用的时域有限差分法做了详细分析,包括它的原理,优势与缺陷,以及如何应用与本论文的设计中。本论文提出了一种周期性开孔结构,并使用时域有限差分法对这种开孔结构的电磁性质进行分析,在透射谱中发现了很明显的等离子体共振现象。再改变开孔结构的几何尺寸,发现了其共振谱线与其几何尺寸有明显关系。在获得了具有等离子共振性质的结构后,本论文添加一种可以改变光学性质的二氧化钒材料,这种材料可以通过改变温度等条件人为获得不同的光学折射率,在另外一些光学场景中已有所应用。在此材料为一种光学相态时,本论文所设计的超材料仍具有很强的等离子体共振,而这种材料相态改变后,之前的共振现象变得非常微弱。这样,本论文提出的这种超材料获得了可调谐的等离子体共振性质。最后,将这种可调谐电磁特性的超材料应用于光镊应用中,本论文发现,在具有强等离子共振现象时,这种超材料具有较强的捕获生化微粒的作用力,而在转变相态使得共振现象很微弱后,这种作用力变得十分微小,因此,我们获得了可以人为控制捕获效果的光镊设计。总体来说,这种超材料具有不错的创新意义和实用价值,前景远大。