[發明專利]一種基于低頻振動探針的顆粒操控裝置和方法

有效

• 申請號: 202111652272.6
• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114367319B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 黃俊;劉家銘;龔佳群;王璐
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于低頻振動探針的顆粒操控裝置和方法，包括至少一個壓電懸臂梁振子、至少一個金屬探針、容器、顯微鏡、計算機和信號發生器；所述壓電懸臂梁振子與信號發生器連接；所述金屬探針的一端與壓電懸臂梁振子連接，另一端插入容器的顆粒流體中，所述顯微鏡位于容器的下方，所述容器的底部為透明材質制成的，顯微鏡與計算機連接，顯微鏡用于觀察和采集金屬探針對顆粒的操控信息，并傳送給計算機。本發明利用低頻振動進行微顆粒操控，基于流體的低速渦流對被控顆粒進行驅動，可實現對微納米級微顆粒的捕捉、移動、轉移和釋放，具有結構簡單、操作方便、對被操控顆粒無選擇性，對于活性顆粒或細胞的無傷操控等優點。

技術領域

本發明屬于壓電作動器操控領域，尤其涉及一種基于低頻振動探針的顆粒操控裝置和方法。

背景技術

隨著現代科技的進步，生物醫學工程、微納米器件制造、3D打印等領域都對微納米尺度物體的操縱技術提出了迫切的需求。近幾年在納米制造、生物傳感、微電子器件制造等多個領域中，對于納米物質的操控吸引了諸多研究者關注。納米物質由于其特有的納米效應，在運動控制方面有很大的難度。傳統的操控方法有介電泳技術、電磁場場技術、激光光鑷技術、超聲技術、膜分離技術等。這些方法通常對工作環境和被操控顆粒都有比較苛刻的要求，如被控微顆粒需要帶電、控制方式需高電壓作為驅動或者需要磁性微粒作為載體等。并且，有的操控方法效率較低，如激光光鑷一般只能對少量微顆粒進行操控，并對微顆粒的光學性質有一定的要求，對所捕獲粒子的透明度和折射率有較嚴格的要求。有的操控方法成本高，如膜分離技術，且膜分離技術容易產生膜堵塞。同時，利用這些方法操控活性顆粒或細胞時，都會造成一定程度的損傷。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提出了一種基于低頻振動探針的顆粒操控裝置，該裝置利用低頻振動進行微納米顆粒操控，基于流體的低速渦流對被控微納米顆粒進行驅動，可對大量的活體顆粒或細胞進行有效的無損操控，本發明操作簡單、成本低廉、操縱過程持續穩定、可靠性高、對操縱物體無選擇性、操控顆粒量大、對活體顆粒或細胞的操控過程無損害。

本發明通過以下技術方案實現的，所述基于低頻振動探針的顆粒操控裝置，包括至少一個壓電懸臂梁振子、至少一個金屬探針、容器、顯微鏡、計算機和信號發生器；

所述壓電懸臂梁振子與信號發生器連接；所述金屬探針的一端與壓電懸臂梁振子連接，另一端插入容器內混合有微納米顆粒的流體中，所述顯微鏡位于容器的下方，所述容器的底部為透明材質制成的，顯微鏡與計算機連接，顯微鏡用于觀察和采集金屬探針顆粒的操控信息，并傳送給計算機。

上述方案中，還包括XYZ三維可調節載物臺；所述壓電懸臂梁振子置于XYZ三維可調節載物臺上。

上述方案中，還包括支架；所述容器和顯微鏡從上之下依次安裝在支架上。

上述方案中，所述壓電懸臂梁振子包括銅基底和壓電材料；所述壓電材料位于銅基底的上部。

上述方案中，還包括功率放大器；所述信號發生器通過功率放大器與壓電懸臂梁振子連接。

進一步的，所述信號發生器輸出電壓幅值低于100V，輸出頻率低于500Hz，功率放大器的輸出電壓為100V～200V。

上述方案中，所述金屬探針呈彎折的桿狀，所述金屬探針彎折的一端插入容器的流體中，彎折的角度為10°～90°；所述金屬探針的直徑為0.2～0.8mm；所述金屬探針的自由端與容器底部不接觸、且距離容器底部最大距離為20mm。

上述方案中，所述流體在容器中的液面高度為5mm—200mm。

上述方案中，還包括萬向燈；所述萬向燈位于容器的上方。

上述方案中，所述顯微鏡為倒置高速顯微鏡，鏡頭放大倍數為500～1000，顯微鏡與容器底部的距離為1.5mm～2mm，最高掃描速度為30幀/秒。