[發明專利]一種用于移動和旋轉微小球狀物體的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810029295.3
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108303793B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 劉曉明;唐小慶;李鵬云;董勝男;陳俊男;黃強;新井建生
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B21/32
• 分類號: G02B21/32
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;李愛英

本申請提供一種用于移動和旋轉微小球狀物體的裝置，利用振動機構的振動帶動置入水中的玻璃針高速旋轉從而在水中引起渦流，最終達到對微小球狀物體進行移動和旋轉的目的；對比已有的利用微操作機械手操作微小球狀物體的系統，本申請不與微小球狀物體進行機械接觸，避免了對微小球狀物體的直接或間接的損害，且玻璃針末端可在原位對微小球狀物體進行連續的旋轉，易于將微小球狀物體控制在視野范圍內，便于觀察；對比已有的在微流控芯片內操作微小球狀物體的系統，本申請不受操作任務和微小球狀物體大小的限制，操作靈活性強。

技術領域

本發明屬于微納操作技術領域，尤其涉及一種用于移動和旋轉微小球狀物體的裝置及方法。

背景技術

隨著微納米技術的迅速發展，顯微操作技術在制造復雜機構以及單細胞操作中起著越來越重要的作用。微小球狀物體的旋轉是顯微操作中最基本最重要的操作技術，細胞的顯微注射和微結構的組裝都需要對目標進行多自由度旋轉和定向，以調整姿態來適應相應的操作。因此尋找一種在微尺度范圍內簡單、高效、連續的旋轉方法至關重要。

目前存在的用于旋轉的微操作技術主要有多自由度的微操作機械手對微小球狀物體進行的旋轉操作，利用磁驅動、光鑷等方式對微小球狀物體進行旋轉操作等方面。多自由度的微操作機械手的工作基于微觀之間的機械接觸,要實現對末端執行器和微小球狀物體精確運動的控制一般需要復雜的機械結構，而且這種操作要通過顯微鏡來獲得圖像，但顯微鏡的視野極為有限，所以操作末端旋轉很容易移出顯微鏡視野，旋轉角度受到了限制。另外如果操作對象是細胞，那么由于微操作機械手與細胞之間的直接接觸會產生粘附力，從而使有效釋放變得非常困難，而且直接接觸還會對細胞造成一定的機械損害。

而利用磁驅動、光鑷等方式對細胞進行的旋轉操作，雖然避免了以上的弊端，但因為操作介質的原因會造成對微小球狀物體的潛在損害，限制這些方法的使用。另外現在流行的微流控芯片對微小球狀物體的旋轉操作，通常用流體充當介質，并提供一個非接觸式顯微操作環境。流場在通道內提供驅動力，它不會對微小球狀物體造成任何額外的損害，在生物顯微操作中顯示出巨大的潛力。然而，微流控芯片的結構受限于確定操作和目標，一旦操作目標或任務改變，就需要對微流體裝置進行重新設計，操作靈活性差。

綜上所述，目前現有的用于旋轉的微操作技術已經越來越不能滿足微納米技術發展的需求。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種用于移動和旋轉微小球狀物體的裝置及方法，通過玻璃針的振動使水中形成渦流，從而帶動微小球狀物體移動和/或旋轉，有效解決接觸式微操作運動控制的復雜性、直接接觸對于微小球狀物體造成損害的問題。

一種用于移動和旋轉微小球狀物體的裝置，包括三坐標操作平臺1、手動平臺2、金屬棒3、振動機構4以及玻璃針6；所述金屬棒3一端固定在手動平臺2上，另一端與振動機構4相連；所述玻璃針6與振動機構4遠離金屬棒3的一端連接，且玻璃針6的針尖置于水滴7中；

所述手動平臺2固定在三坐標操作平臺1上，其中三坐標操作平臺1用于調節手動平臺2的位置；

所述振動機構4用于產生振動，使玻璃針6的針尖振動軌跡為圓形；

所述玻璃針6用于通過自身振動使水滴7中形成渦流，從而帶動位于水滴7中的微小球狀物體8進行移動和旋轉。

可選地，所述金屬棒3和玻璃針6分別垂直連接在振動機構4的兩端。

可選地，所述振動機構4包括壓電致動器和壓電驅動器；

所述金屬棒3和玻璃針6分別連接在壓電致動器的兩端；所述壓電驅動器用于給壓電致動器輸入正弦電壓信號，使壓電致動器產生振動。

可選地，一種用于移動和旋轉微小球狀物體的裝置，還包括金屬連接件5，所述玻璃針6通過金屬連接件5與振動機構4連接。