[发明专利]一种模块化设计的适配多型针头的压电超声显微注射装置

说明书

本发明公开了一种模块化设计的适配多型针头的压电超声显微注射装置。该注射装置包括用于起连接作用的连接杆，用于提供运动的压电驱动模块，与连接杆连接且用于提供容置空间的外壳，与压电驱动模块连接且用于传递压电驱动模块产生的运动的柔性机构，与柔性机构可替换地连接且用于固定注射针的多个基座模块，不同的基座模块适配于不同类型的注射针。本发明实施例所提供的一种模块化设计的适配多型针头的压电超声显微注射装置采用可替换基座模块设计，使得显微注射装置不仅可以抑制注射过程中有害的横向振动，同时可兼容不同类型的注射针。

技术领域

本发明涉及生物医学相关的外科装置的技术领域，特别是涉及一种模块化设计的适配多型针头的压电超声显微注射装置。

背景技术

随着现代生物医学的快速发展，生物细胞显微注射的应用也愈发火热，如转基因生物、人工辅助生殖、生物制药以及克隆技术等等。显微注射分为三个过程：破膜、注射和退针。在破膜过程中，由于被操作对象(eg.卵细胞)是一个脆弱的粘弹性体，注射针直接插入的方法会使细胞发生巨大的形变，容易造成细胞骨架和内部结构的损伤，导致被注射细胞成活率低。科研界针对显微注射时如何减小破膜过程中对细胞的伤害，降低注射振动对细胞带来的影响，做出大量的研究。科学家们引入了超声压电技术，在破膜过程中，注射针针尖产生超声振动，细胞只需要一个很小的形变便可顺利破膜，减少了针尖插入过程中对细胞造成的损伤。针尖的振动包含沿振动轴方向的轴向振动和其他方向的横向振动，过大的横向振动会加大对细胞的损伤。因此，如何抑制横向振动是进一步提高注射成功率和注射后细胞存活率的关键。如图1(a)所示，美国康涅狄格大学所设计的超声振动发生器，该装置由压电陶瓷，注射微针以及微针固定结构组成；这种压电陶瓷后置的方案，使得能量传递到注射针距离较长，并且长距离的振动传输会产生有害横向振动，容易对细胞造成损伤。如图1(b)所示，针对康涅狄格大学所设计的超声振动发生器所存在的问题，苏州大学黄海波教授提出压电陶瓷前置的设计方案，该方案通过减少压电陶瓷与注射针之间的距离，提高能量传递效率，消除了振动长距离传递过程中产生的不必要的横向振动，减少对细胞的损伤。如今，压电陶瓷前置的方案得到了广泛的应用，如Eppendorf公司生产的商用PiezoXpert压电破膜仪，将压电陶瓷直接与固定微针的金属杆相连，能量利用率高，能有效的对细胞进行膜钻孔。

与此同时，在显微注射领域，常用的注射针包括直针和弯针两种类型。在显微注射过程中，首先需要将DNA、精子等被注射的溶液填充至显微注射针内。由于注射针口径极细，采用直接吸取法吸取足量的物质非常耗时。为了加快实验进程，通常将被注射溶液加载于显微注射针尾端，通过虹吸作用，溶液缓慢地到达注射针尖端，虹吸法相比直接填充法，大大减少了装载时间。直针可以利用虹吸法快速装载大量的注射溶液，因此适用于转基因工程，并且直针价格低廉，制作方便，在一般的实验室就可制备，但是直针不利于在显微镜下对焦，操作繁琐。弯针由于特殊结构，无法使用虹吸法装载大量溶液，因此弯针只适用于只需吸取微量注射溶液的场景，如ICSI，而且弯针制作相对困难，需要特殊的器材，价格略贵；但是弯针方便在显微视觉下对焦，在破膜，注射，退针过程中始终与细胞处于同一焦平面，操作简便。

虽然现有技术已经针对显微注射装置做了很多改进，但是现有技术中的显微装置均只针对一种注射针(直针或弯针)进行设计，而不同注射针(直针或弯针)所适用的领域和范围不同，因此，若在进行不同的显微注射实验时，需要将整个显微注射装置进行更换，增加了成本且增加了使用的难度。进一步地，现有技术中的显微注射装置设计过于复杂和一体化，不仅加工和装配难度大、加工成本高，且由于压电陶瓷的使用寿命有限，还不利于后期维护。

因此，针对上述技术问题，有必要提供能够根据应用场景选择不同注射针且设计简单、有利于后期维护的一种模块化设计的适配多型针头的压电超声显微注射装置。

发明内容