[發(fā)明專利]基于磁力驅動的微小目標抓取裝置及其制備與抓取方法

有效

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• 申請日: 2019-03-01
• 公開（公告）號: CN109956321B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設計）人: 劉曉明;柳丹;李鵬云;唐小慶;黃強;新井健生
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B65G47/92
• 分類號: B65G47/92
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;高燕燕

本發(fā)明公開了基于磁力驅動的微小目標抓取裝置及其制備與抓取方法，該裝置通過改變電磁鐵與抓取裝置之間的距離及改變電磁鐵通電電流能夠對微小目標提供大小可控的抓取力，進而準確抓取微小目標；制備該裝置時，對毛細玻璃管拉伸熔斷獲得兩段長度相等且具備細長尖端的短毛細玻璃管，作為末端執(zhí)行器，其尖端與微小目標接觸，作為末端執(zhí)行器的接觸端，將設定末端執(zhí)行器的尖端充滿磁性納米粒子獲得具有磁性的末端執(zhí)行器并彎折尖端；使用該裝置抓取時，兩根末端執(zhí)行器相對放置，且彎折面相對；與電磁鐵磁性相同的末端執(zhí)行器靠近電磁鐵放置；所述電磁鐵產生磁場，以驅動兩個所述末端執(zhí)行器相向移動，通過兩個所述末端執(zhí)行器的尖端夾持所述微小目標。

技術領域

本發(fā)明涉及微納米操作技術領域，具體涉及一種基于磁力驅動的微小目標抓取裝置及其制備與抓取方法。

背景技術

隨著微納米技術的迅速發(fā)展，科技領域對精密操作的精度要求已經(jīng)越來越高，精密操作的對象已經(jīng)達到納米級尺度。這種微納米級的操作在單細胞操作中起著越來越重要的作用。對微小目標進行操作的過程中，抓取目標是整個操作過程很重要的一部分工作。在宏觀世界里對物體的抓取很容易控制，而在微納米尺度下，操作目標非常小，一般的操作器對細胞的抓取只是考慮到把目標夾緊，而在夾緊的過程中夾緊力的控制變得非常重要。

目前，常用的微納米操作平臺主要包括接觸式操作平臺和非接觸式操作平臺。接觸式操作是直接對目標物理作用，我們用的最多的是機械接觸式操作和液壓接觸式操作；非接觸式操作是利用遠程力或局部能量場，如利用靜電力、光場力、超聲波力和磁場力等實現(xiàn)非接觸操作。因為要考慮微小目標的性質，所以在保證微小目標表面活性的基礎上抓取力的變化很難控制。例如，當我們對一些生物材料等微小目標(比如細胞)進行抓取時，細胞的表面活性很脆弱，在夾緊細胞的過程中形態(tài)很容易受到損傷，夾緊細胞時力度太小不能有效的夾持，力度太大又會破壞細胞的表面活性。要想在微納米尺度下對目標進行有效的抓取，首先要考慮的是抓取目標能承受的力的大小，然后在抓取目標能承受的力的范圍內對目標進行夾緊，最后對目標進行抓取。

因此，我們需要一種在微尺度范圍內簡單、有效的新型裝置和方法來實現(xiàn)對微小目標的準確抓取。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于磁力驅動的微小目標抓取裝置及其制備與抓取方法，通過改變電磁鐵與抓取裝置之間的距離及改變電磁鐵通電電流能夠對微小目標提供大小可控的抓取力，進而準確抓取微小目標。

本發(fā)明中抓取裝置的技術方案為：基于磁力驅動的微小目標抓取裝置，包括電磁鐵和兩根具有磁性的末端執(zhí)行器，兩根末端執(zhí)行器的磁性相反；所述末端執(zhí)行器一端為尖端，且在尖端處彎折設定角度；

使用時，兩根末端執(zhí)行器相對放置，且彎折面相對；與電磁鐵磁性相同的末端執(zhí)行器靠近電磁鐵放置；所述電磁鐵產生磁場，以驅動兩個所述末端執(zhí)行器相向移動，通過兩個所述末端執(zhí)行器的尖端夾持所述微小目標。

作為一種優(yōu)選方案，所述末端執(zhí)行器為一端具有尖端的毛細玻璃管；毛細玻璃管的尖端設定長度范圍內填充有順磁性納米粒子，通過磁化所述順磁性納米粒子，使所述末端執(zhí)行器具有磁性。

本發(fā)明中抓取裝置的技術方案為：基于磁力驅動的微小目標抓取裝置，其特征在于，包括電磁鐵和兩根末端執(zhí)行器，其中一根末端執(zhí)行器具有磁性，另一根末端執(zhí)行器沒有磁性；所述末端執(zhí)行器一端為尖端，且在尖端處彎折設定角度；所述電磁鐵用于產生磁場，以驅動具有磁性的所述末端執(zhí)行器移動；

使用時，兩根末端執(zhí)行器相對放置，且彎折面相對；不具磁性的末端執(zhí)行器靠近電磁鐵放置；通過兩個所述末端執(zhí)行器的尖端夾持所述微小目標。

作為一種優(yōu)選方案，所述末端執(zhí)行器為一端具有尖端的毛細玻璃管；將其中一根毛細玻璃管的尖端設定長度范圍內填充有磁性納米粒子。

作為一種優(yōu)選方案，所述磁性納米粒子為順磁性納米粒子或磁性顆粒。