[實(shí)用新型]基于微尺度氣泡的執(zhí)行與傳感一體化系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202022608940.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN213580688U
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)珺嘉;劉吉曉;周一笛;郭士杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/84
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/84
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長(zhǎng)杰;張國(guó)榮

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于微尺度氣泡的執(zhí)行與傳感一體化系統(tǒng)，包括毛細(xì)管、三自由度微操作平臺(tái)、CCD顯微鏡、氣泵、同軸光顯微鏡、顯微鏡調(diào)焦移動(dòng)平臺(tái)和攝像機(jī)；所述CCD顯微鏡的載物臺(tái)上放置有裝有目標(biāo)對(duì)象的培養(yǎng)皿，同軸光顯微鏡安裝在顯微鏡調(diào)焦移動(dòng)平臺(tái)上，攝像機(jī)安裝在同軸光顯微鏡上，同軸光顯微鏡作用在目標(biāo)對(duì)象的側(cè)面；三自由度微操作平臺(tái)上安裝有連接板，連接板的側(cè)面延伸出一個(gè)支撐桿，支撐桿的末端鉸接有夾持桿；毛細(xì)管卡在夾持桿的安裝槽內(nèi)；毛細(xì)管的一端通過(guò)送氣管與氣泵的輸出端連接，末端生成氣泡。本系統(tǒng)氣泡作為氣?液柔性界面作用在目標(biāo)對(duì)象上，避免目標(biāo)對(duì)象與剛性執(zhí)行器直接接觸，對(duì)目標(biāo)對(duì)象造成損傷。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及微操作技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于微尺度氣泡的執(zhí)行與傳感一體化系統(tǒng)。

背景技術(shù)

研究細(xì)胞的力學(xué)特性不但可以了解細(xì)胞的組成結(jié)構(gòu)及其功能，還可以為疾病治療找到新方向，為發(fā)展個(gè)性化醫(yī)療提供理論基礎(chǔ)。微操作技術(shù)是細(xì)胞研究領(lǐng)域必不可少的技術(shù)，目前通過(guò)微操作技術(shù)研究細(xì)胞力學(xué)特性的方法有很多，其中一種是通過(guò)毛細(xì)管直接對(duì)細(xì)胞樣本進(jìn)行施力，由于毛細(xì)管是剛性的，與細(xì)胞直接接觸會(huì)對(duì)細(xì)胞造成傷害，進(jìn)而影響研究結(jié)果。現(xiàn)有方法在獲得毛細(xì)管與細(xì)胞接觸力時(shí)，需要附加參照物或在毛細(xì)管末端連接PVDF膜來(lái)獲得電信號(hào)，以此計(jì)算接觸力大小，操作過(guò)程復(fù)雜，而且結(jié)果準(zhǔn)確性較低。

Xinyu Liu等學(xué)者(參見(jiàn)文獻(xiàn)《Xinyu Liu,Yu Sun,Wenhui Wang and BobLansdorp.Vision-based cellular force measurement using an elasticmicrofabricated device[J].Journal of Micromechanics and Microengineering,17(2007):1281-1288.》)在用毛細(xì)管操作小鼠的卵細(xì)胞時(shí)，將細(xì)胞放在由PDMS柱形結(jié)構(gòu)圍成的細(xì)胞固定器中，通過(guò)測(cè)量柱形結(jié)構(gòu)的形變來(lái)計(jì)算接觸力的大小，毛細(xì)管直接作用在細(xì)胞上會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷，導(dǎo)致細(xì)胞成活率不高，而且細(xì)胞固定器的制作和測(cè)量柱形結(jié)構(gòu)形變的過(guò)程較復(fù)雜，實(shí)施較困難。

Yu Xie等學(xué)者(參見(jiàn)文獻(xiàn)《AForce Control Based Cell InjectionApproach inaBio-Robotics System[J].IEEE International Conference on RoboticsandAutomation,2009.》)采用在毛細(xì)管末端添加PVDF膜的方式，通過(guò)接收電信號(hào)和測(cè)量PVDF膜的變形得到接觸力，該系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜且其準(zhǔn)確性主要依賴(lài)于PVDF膜的楊氏模量的測(cè)量準(zhǔn)確性，因此測(cè)量結(jié)果不可靠。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種基于微尺度氣泡的執(zhí)行與傳感一體化系統(tǒng)；該系統(tǒng)以氣泡作為媒介對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行柔性施力，不會(huì)破壞目標(biāo)對(duì)象。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)的方案是：

一種基于微尺度氣泡的執(zhí)行與傳感一體化系統(tǒng)，包括毛細(xì)管、三自由度微操作平臺(tái)和CCD顯微鏡；其特征在于，該系統(tǒng)還包括氣泵、同軸光顯微鏡、顯微鏡調(diào)焦移動(dòng)平臺(tái)和攝像機(jī)；

所述CCD顯微鏡的載物臺(tái)上放置有裝有目標(biāo)對(duì)象的培養(yǎng)皿，同軸光顯微鏡安裝在顯微鏡調(diào)焦移動(dòng)平臺(tái)上，攝像機(jī)安裝在同軸光顯微鏡上，同軸光顯微鏡作用在目標(biāo)對(duì)象的側(cè)面；

三自由度微操作平臺(tái)上安裝有連接板，連接板的側(cè)面延伸出一個(gè)支撐桿，支撐桿的末端鉸接有夾持桿；毛細(xì)管卡在夾持桿的安裝槽內(nèi)；毛細(xì)管的一端通過(guò)送氣管與氣泵的輸出端連接，末端生成氣泡。

所述毛細(xì)管出氣的一端呈錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)的管徑由進(jìn)氣口向出氣口方向逐漸縮小。

所述毛細(xì)管末端的內(nèi)徑可被加工的范圍為10～900微米。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于：