高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種微操作探針。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科技水平的發(fā)展，在生物科技及生命科學(xué)等領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)基因、胚胎干細(xì)胞、人工受精和動(dòng)物克隆等技術(shù)中，涉及到對細(xì)胞注射DNA、RNA，核酶，抗體和細(xì)胞器等操作都需要對細(xì)胞進(jìn)行高精度的快速刺入。因此發(fā)明設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)快速高精度刺入的微操作裝置，已成為人們關(guān)注和研宄的熱點(diǎn)。目前典型的探刺方法是通過手工或者油壓推動(dòng)的方法將微探針刺入細(xì)胞內(nèi)，但由于力度控制比較困難，導(dǎo)致探針刺入細(xì)胞的速度和行程控制困難，有可能會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞擠壓變形過大的情況，對細(xì)胞造成了一定的破壞，進(jìn)而影響了細(xì)胞的機(jī)能和活性，大大降低了生物工程試驗(yàn)的成功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有的微操作探針存在探針刺入細(xì)胞的速度和行程控制困難的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種能夠精確控制探針刺入細(xì)胞的速度和行程的高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針。
[0004]高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針，包括三自由度微動(dòng)平臺(tái)，固定于微動(dòng)平臺(tái)上的探針支架和玻璃微探針；其特征在于:玻璃微探針與壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器、壓電微位移驅(qū)動(dòng)器固定連接，壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括與玻璃微探針固定的壓電陶瓷片安裝基體，均勻分布于壓電陶瓷片安裝基體外側(cè)面的壓電陶瓷片和電極，壓電陶瓷片和電極間隔布置；壓電陶瓷片的數(shù)量為偶數(shù)，壓電陶瓷片的極化方向相反，相鄰的電極極性相反；壓電微位移驅(qū)動(dòng)器與壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)；壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器以超聲波電壓信號作為激勵(lì)信號，壓電微位移以交流電壓作為激勵(lì)信號。
[0005]進(jìn)一步，壓電陶瓷片安裝基體呈圓柱環(huán)體，壓電陶瓷片呈瓦片形，壓電陶瓷片粘接固定于壓電陶瓷片安裝基體的外圓周面；壓電陶瓷片安裝基體套裝于玻璃微探針的基體上，壓電陶瓷片安裝基體與玻璃微探針的基體粘接固定。
[0006]進(jìn)一步，壓電微位移驅(qū)動(dòng)器由圓環(huán)形陶瓷壓電片疊堆制成，各陶瓷壓電片的電路輸入為并聯(lián)關(guān)系，各陶瓷壓電片的位移輸出方向?yàn)榇?lián)關(guān)系。
[0007]本實(shí)用新型的具體工作過程如下:將微動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到指定位置后，通過對壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器施加超聲波激勵(lì)電壓實(shí)現(xiàn)微探針的高頻轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)對壓電微位移驅(qū)動(dòng)器施加相應(yīng)的控制電壓實(shí)現(xiàn)微探針的軸向進(jìn)給，二者復(fù)合作用驅(qū)動(dòng)微操作探針產(chǎn)生高精度、高頻的螺旋刺入運(yùn)動(dòng)，微操作探針從切向刺入細(xì)胞，故可以輕松順利的刺入細(xì)胞膜或者細(xì)胞壁，實(shí)現(xiàn)高精度的快速螺旋刺入，避免了擠壓細(xì)胞產(chǎn)生大變形造成的損傷，提高了生物細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的成功率?？刂瞥暡?lì)電壓即可控制微探針的高頻轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。
[0008]陶瓷壓電片與位移有著較好的線性關(guān)系及復(fù)位性能，保證了微探針在進(jìn)行刺入操作時(shí)具有較高的刺入精度，同時(shí)有著較好的可靠性和穩(wěn)定性。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:由壓電陶瓷電壓與位移有著較好的線性關(guān)系及復(fù)位性能，在超聲波電場的激勵(lì)下壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器高速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)玻璃微探針高頻轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)調(diào)節(jié)加在壓電微位移驅(qū)動(dòng)器的電場大小來控制玻璃微探針的行程，微操作探針的高頻轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向位移兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高精度快速螺旋刺入細(xì)胞，而不會(huì)因注射針的緩慢推進(jìn)令整個(gè)細(xì)胞受壓變形造成的損傷，提高了生物細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的成功率。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的微探針裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明的壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，a是壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的軸測圖，b是壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的正視圖。
[0012]圖3為壓電微位移驅(qū)動(dòng)器中應(yīng)用的壓電逆效應(yīng)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1和圖2所示，高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針，包括三自由度微動(dòng)平臺(tái)1，固定于微動(dòng)平臺(tái)I上的探針支架2和玻璃微探針6 ;玻璃微探針6與壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器4、壓電微位移驅(qū)動(dòng)器3固定連接，壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器4包括與玻璃微探針6固定的壓電陶瓷片安裝基體5，均勻分布于壓電陶瓷片安裝基體5外側(cè)面的壓電陶瓷片42和電極41，壓電陶瓷片42和電極41間隔布置；壓電陶瓷片42的數(shù)量為偶數(shù)，壓電陶瓷片42的極化方向相反，相鄰的電極41極性相反；壓電微位移驅(qū)動(dòng)器3與壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器4串聯(lián)；壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器4以超聲波電壓信號作為激勵(lì)信號，壓電微位移驅(qū)動(dòng)器3以交流電壓作為激勵(lì)信號。
[0014]如圖2所示，壓電陶瓷片42安裝基體5呈圓柱環(huán)體，壓電陶瓷片42呈瓦片形，壓電陶瓷片42粘接固定于壓電陶瓷片42安裝基體5的外圓周面；壓電陶瓷片42安裝基體5套裝于玻璃微探針6的基體上，壓電陶瓷片42安裝基體5與玻璃微探針6的基體粘接固定。
[0015]壓電微位移驅(qū)動(dòng)器3由圓環(huán)形陶瓷壓電片疊堆制成，各陶瓷壓電片的電路輸入為并聯(lián)關(guān)系，各陶瓷壓電片的位移輸出方向?yàn)榇?lián)關(guān)系。
[0016]本實(shí)用新型的具體工作過程如下:將微動(dòng)平臺(tái)I移動(dòng)到指定位置，所謂指定位置，指的是玻璃微探針6的操作端與目標(biāo)操作細(xì)胞之間的距離為操作距離的位置。目標(biāo)操作細(xì)胞盛放于細(xì)胞培養(yǎng)皿7中，細(xì)胞培養(yǎng)皿放置于細(xì)胞操作臺(tái)上，如圖1所示。
[0017]然后通過對壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器4施加超聲波激勵(lì)電壓實(shí)現(xiàn)玻璃微探針6的高頻轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)對壓電微位移驅(qū)動(dòng)器3施加相應(yīng)的控制電壓實(shí)現(xiàn)微探針的軸向進(jìn)給，如圖3所示。玻璃微探針6的高頻轉(zhuǎn)動(dòng)和軸線進(jìn)給復(fù)合成驅(qū)動(dòng)微操作探針產(chǎn)生高精度、高頻的螺旋刺入運(yùn)動(dòng)，微操作探針從切向刺入細(xì)胞，故可以輕松順利的刺入細(xì)胞膜或者細(xì)胞壁，實(shí)現(xiàn)高精度的快速螺旋刺入，避免了擠壓細(xì)胞產(chǎn)生大變形造成的損傷，提高了生物細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的成功率。
[0018]壓電陶瓷電壓與位移有著較好的線性關(guān)系及復(fù)位性能，保證了微探針在進(jìn)行刺入操作時(shí)具有較高的刺入精度，同時(shí)有著較好的可靠性和穩(wěn)定性。
[0019]本實(shí)用新型的有益效果是:由壓電陶瓷電壓與位移有著較好的線性關(guān)系及復(fù)位性能，在超聲波電場的激勵(lì)下壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器高速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)玻璃微探針高頻轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)調(diào)節(jié)加在壓電微位移驅(qū)動(dòng)器的電場大小來控制玻璃微探針的行程，微操作探針的高頻轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向位移兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高精度快速螺旋刺入細(xì)胞，而不會(huì)因注射針的緩慢推進(jìn)令整個(gè)細(xì)胞受壓變形造成的損傷，提高了生物細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的成功率。
[0020]本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針，包括三自由度微動(dòng)平臺(tái)，固定于微動(dòng)平臺(tái)上的探針支架和玻璃微探針；其特征在于:玻璃微探針與壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器、壓電微位移驅(qū)動(dòng)器固定連接，壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括與玻璃微探針固定的壓電陶瓷片安裝基體，均勻分布于壓電陶瓷片安裝基體外側(cè)面的壓電陶瓷片和電極，壓電陶瓷片和電極間隔布置；壓電陶瓷片的數(shù)量為偶數(shù)，壓電陶瓷片的極化方向相反，相鄰的電極極性相反；壓電微位移驅(qū)動(dòng)器與壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)；壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器以超聲波電壓信號作為激勵(lì)信號，壓電微位移以交流電壓作為激勵(lì)信號。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針，其特征在于:壓電陶瓷片安裝基體呈圓柱環(huán)體，壓電陶瓷片呈瓦片形，壓電陶瓷片粘接固定于壓電陶瓷片安裝基體的外圓周面；壓電陶瓷片安裝基體套裝于玻璃微探針的基體上，壓電陶瓷片安裝基體與玻璃微探針的基體粘接固定。
3.如權(quán)利要求2所述的高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針，其特征在于:壓電微位移驅(qū)動(dòng)器由圓環(huán)形陶瓷壓電片疊堆制成，各陶瓷壓電片的電路輸入為并聯(lián)關(guān)系，各陶瓷壓電片的位移輸出方向?yàn)榇?lián)關(guān)系。
【專利摘要】高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針，包括三自由度微動(dòng)平臺(tái)，固定于微動(dòng)平臺(tái)上的探針支架和玻璃微探針；玻璃微探針與壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器、壓電微位移驅(qū)動(dòng)器固定連接，壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括與玻璃微探針固定的壓電陶瓷片安裝基體，均勻分布于壓電陶瓷片安裝基體外側(cè)面的壓電陶瓷片和電極，壓電陶瓷片和電極間隔布置；壓電陶瓷片的數(shù)量為偶數(shù)，壓電陶瓷片的極化方向相反，相鄰的電極極性相反；壓電微位移驅(qū)動(dòng)器與壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)；壓電陶瓷扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器以超聲波電壓信號作為激勵(lì)信號，壓電微位移以交流電壓作為激勵(lì)信號。本實(shí)用新型具有能夠精確控制探針刺入細(xì)胞的速度和行程的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C12M1-42
【公開號】CN204342798
【申請?zhí)枴緾N201420713625
【發(fā)明人】廖江江, 婁軍強(qiáng), 楊依領(lǐng), 謝鋒然, 趙曉偉
【申請人】寧波大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年11月24日