[实用新型]单细胞位姿混合驱动式全方位调节装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及单细胞位姿调节技术领域，特别涉及单细胞位姿混合驱动式全方位调节装置。

背景技术

目前，生物工程中的细胞显微操作基本处于手动或半自动状态，存在着效率低、精度低、可重复性低、成本高、劳动强度大等问题，大大制约了显微操作技术的普及和应用。此外，培养一个熟练的操作人员要花2年的时间。科研人员普遍希望能够以机械代替手工，以自动代替手动，使显微操作技术能够简单化、自动化，进而实现工程化。

细胞显微操作过程中，细胞的定位操作可以通过吸持管的吸吐来完成，比较容易实现，但是对细胞进行姿态调节却是一件十分艰难的任务。大多数细胞大小在1-100μm之间，属于微米级范围，细胞的姿态调节操作可以采用直接接触式与非接触式两种方法。直接接触式的方法会伤害到细胞，影响实验的成功率，而且细胞操作的效率也非常低。非接触式的操作方法可避免或减少给细胞带来的伤害，是国内外研究人员研究的主流。对于非接触式细胞显微姿态调节操作方法，目前国内外主要采用两种操作思想。一是运用某一种“力”或者“力矩”直接作用于细胞上，让其移动或者旋转；另外一种是让细胞所处的溶液产生微流动，以此带动细胞移动或者旋转。

1.第一种思想可以分有几种具体的方法，如激光法、介电泳法、静电场法等细胞显微操作方法。激光法是使用某些特定条件下的光束，这些光束不仅具有线性动量，还携带角动量，包括自旋角动量和轨道角动量，当光束照射到细胞上时，细胞可以吸收光子获得光束的角动量从而产生转动。虽然激光操作可以达到很高的控制精度，但是细胞吸收光子会产生一定影响，不利于生物实验研究。介电泳法、静电场法都是让细胞在变化的电场中极化受力，使其转动起来。用这两种方法操作时，需要在细胞的四周放置电极或磁极。但是如果想让细胞在两个正交平面内分别旋转，则需要在空间放置更多的电极或磁极，将会导致没有足够的空间角度来放置细胞吸持管、注射针等。

2.第二种操作思想也有几种具体的方法。在日本，已经有人研究出可以利用振动玻璃微杆的方法，在微杆周围产生一定的流场，包括旋涡流场。这些流场可以将远处的细胞引到杆附近，也可以将细胞旋转。在这种方法中玻璃微杆振动的频率和振幅，需要根据细胞参数的变化而调整，特别是当细胞尺寸和溶液粘度变化时，需要重新对振动频率和振幅进行标定和设置，甚至重新设计，将导致实际应用的困难。南京理工大学的章维一提出一种两喷管对流法。将细胞由存储导管输送到两根水平面内不同轴喷管之间，液体喷射对流时产生的流场使细胞在水平面内转动。在竖直平面内则是采用喷射流体推着细胞滚动以达到需要的方位。但是由于两根喷射管是固定在水平面内，则对细胞大小的要求是固定的，且在细胞姿态调整之前的定位操作比较困难。此外，也有学者研究通过激光或磁场控制某一微小工具进行运动，让其在细胞周围产生流场，以培养液的粘性力带动细胞运动。对于两种方法，前者的激光装置十分昂贵且操作的效率也并不高，后者只能用于细胞的二维定位操作，用于姿态调节并不理想。可见，在现有的基于微流动的细胞位姿控制方法中，一般只能针对某种固定尺寸，形状的细胞和一定粘度的培养液，当这些参数发生变化时，微流体的驱动和控制参数都必须重新调整，甚至需要重新设计。

在这样的背景下，本实用新型提出使用音圈马达控制玻璃微弯管实现亚微米级的轴向运动。本装置可以根据细胞尺寸，形状的变化，自动调整玻璃微弯管之间的相对位置，微弯管内压力，实现细胞的任意三维姿态和位置调节。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供单细胞位姿混合驱动式全方位调节装置，具体技术方案如下。

本实用新型提供单细胞位姿混合驱动式全方位调节装置，包括细胞吸持管、四根玻璃微弯管、用于分别控制每根玻璃微弯管做伸缩移动的控制单元和为玻璃微弯管提供所需要的负压或流量的微泵单元；每根玻璃微弯管均有一端通过软微管与所述微泵单元相连接，另一端为弯头部分，且弯头部分的管口朝向细胞吸持管的轴线；四根玻璃微弯管安装在所述控制单元上且均匀间隔分布在细胞吸持管的周围。

上述的混合驱动式全方位调节装置中，所述软微管为Z型软微管。

上述的混合驱动式全方位调节装置中，所述控制单元包括四个音圈马达和用于控制四个音圈马达工作的四通道控制器，四根玻璃微弯管分别固定安装在四个音圈马达上，四个音圈马达均与所述四通道控制器连接。

上述的混合驱动式全方位调节装置中，所述微泵单元包括两个微泵，其中一个微泵与细胞吸持管连接，每根玻璃微弯管均通过软微管与另一个微泵连接，每根软微管上均设有阀门。