[發明專利]用于微操作的顯微操作裝置

有效

• 申請號: 200710072468.1
• 申請日: 2007-07-06
• 公開（公告）號: CN101082548A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發明（設計）人: 汝長海;郭書祥;王希花;葉秀芬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N33/48;C12Q1/02
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司
• 代理人: 劉婭

(一)技術領域

本發明涉及一種對微米級物體的穿刺的操作裝置。

(二)背景技術

生物細胞的穿刺是顯微切割的基礎，可以對單細胞進行DNA、RNA和蛋白質分析的一種簡單快捷的方法，特別是對細胞病變、癌癥等的研究，該技術應用于單細胞可以給研究人員提供一種基于形態學傳統方法和分子技術相結合的新技術。例如研究病變組織的分子機理，需要對病變細胞進行顯微分析，由于組織切片中存在正常細胞因此一些生物信息經常被干擾，因而抑制細胞診斷技術的應用。從這個角度來講必須從切片中提取制定的細胞或細胞群。在此提取過程中就要用到穿刺技術。目前醫院和科研機構普遍采用人工操作，操作者使用微玻璃針等工具，在顯微鏡下長期工作，工作強度大，操作人員容易疲勞，人為誤差很難避免。因此手動系統操作復雜效率低，生物醫學工程中提供一套自動或半自動的微操作系統，提高微操作成功率，提高工作效率有著重要意義。

目前國外主要的顯微穿刺系統包括，一是應用紅外激光熱熔切割技術，如美國ArcturuS公司研制的激光捕獲微切割系統LCM，二是應用紫外激光冷切割技術，如德國萊卡公司研制的激光為切割系統LMD，但是使用激光切割技術整套機構龐大，設備復雜，費用高。三是日本Nogoya大學研制的超聲波振動切割技術。但是超聲波的引入加入了外場效應，從而會改變物體本身的某些物理化學行為，以至于影響對真實過程的理解。國內研究的有哈爾濱工業大學研制的壓電陶瓷驅動顯微操作針的穿刺技術。壓電陶瓷驅動存在的缺點有驅動電壓較大等等。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種閉環系統，利用反饋的位移量控制形狀記憶合金的電流的頻率和幅值，實現形狀記憶合金帶動顯微操作針的前后運動，引入加速記憶合金冷卻時間的半導體制冷片，提高運動效率，最終能夠實現對生物細胞進行穿刺操作的用于微操作的顯微操作裝置。

本發明的目的是這樣實現的：它包括控制單元和顯微操作手，控制單元包括控制器、連接控制器的A/D轉換電路和位移采集單元，顯微操作手包括兩條形狀記憶合金、顯微操作針和固定部分，兩條形狀記憶合金通過固定部分設置在顯微操作針兩側，兩條形狀記憶合金與控制單元連接；。所述的控制器為單片機，位移采集單元為激光測位儀，A/D轉換電路包括連接激光測位儀和單片機的AD轉換電路和連接單片機和顯微操作手的DA轉換電路，激光測位儀同時連接顯微操作手；所述的連接單片機和顯微操作手的DA轉換電路包括兩條DA轉換電路，兩條DA轉換電路的輸出端分別連接放大電路，其中一條放大電路的輸出端連接顯微操作手，另一條放大電路的輸出端連接半導體制冷片，半導體制冷片的輸出端連接顯微操作手；所述的顯微操作針的一端與一條形狀記憶合金固定在一起，另一端與另一條形狀記憶合金固定在一起，每條形狀記憶合金的另一端固定在用于盛放顯微操作針的外圍裝置。

本發明還有這樣一些技術特征：

1、所述的形狀記憶合金通過導線與控制單元連接，導線通過粘接劑粘接在形狀記憶合金兩端。

本發明提供的用于生物細胞顯微穿刺的微操作裝置，其特點有：

(1)采用兩條形狀記憶合金。本發明中顯微操作針是由形狀記憶合金驅動的，結合圖7，形狀記憶合金2驅動顯微操作針1前進，形狀記憶合金3控制顯微操作針1后退；形狀記憶合金驅動具有電壓低，無噪聲，高彈性、金屬橡膠性能、高強度等優點。形狀記憶效應來源于一種熱彈性馬氏體相變。一般的馬氏體相變作為鋼的淬火強化的方法，就是把鋼加熱到某個臨界溫度以上保溫一段時間，然后迅速冷卻，例如直接插入冷水中(稱為淬火)，這時鋼轉變為一種馬氏體的結構，并使鋼硬化。后來，在某些合金中發現了不同于上述的另一種所謂熱彈性馬氏體相變，熱彈性馬氏體一旦產生便可以隨著溫度降低繼續長大。相反，當溫度回升時，長大的馬氏體又可以縮小，直至恢復到原來的狀態，即馬氏體隨著溫度的變化可以可逆地長大或縮小。本發明應用形狀記憶合金作驅動裝置驅動顯微操作針的前進和后退實現對生物細胞的穿刺等顯微操作，達到了操作時控制簡單自如、電壓低、高效率的目的；

(2)在閉環系統中，采用激光測位儀采集顯微操作針的位移量作為反饋信號，同時通過單片機和放大電路轉換成PWM信號控制形狀記憶合金的位移；

(3)為加速形狀記憶合金的冷卻速度，引入半導體制冷片，提高了運動效率，控制信號也根據激光測位儀采集的位移經單片機和放大電路轉換成直流電流信號控制半導體制冷片；

(4)顯微操作針后端為圓柱體，顯微操作針的前端為圓錐體，圓錐體的錐度為30度，尖端內徑3微米外徑7微米；