[发明专利]一种声波与微气泡共驱动的多功能微操作装置和方法

说明书

本发明提出了一种声波与微气泡共驱动的多功能微操作装置和方法，通过压电换能器产生声波激发置于液体中管内气泡振荡，气泡附近的卵母细胞在振荡气泡所产生的流场力和二次辐射力的共同作用下实现旋转和移动，再通过调节微压控制系统将卵母细胞固定并利用细胞注射系统完成卵母细胞的注射；避免了在整个操作过程中操作末端与卵母细胞的机械接触，不会对卵母细胞产生损害，且卵母细胞能够保持在原位旋转，能够将其很好地控制在观测范围内；因此本发明具有更好地安全性；另外本发明实现了将卵母细胞的移动、定向和固定通过一个执行器来完成，避免了传统多执行器而引起的操作复杂程度高，低成功率，低效等问题。

技术领域

本发明属于微纳操作技术领域，尤其涉及一种声波与微气泡共驱动的多功能微操作装置和方法。

背景技术

近年来，显微操作技术的快速进步为工业、生物医学等领域提供了非常重要的工具。随着在生物组织及细胞检测和操控、微器件的分类和组装等过程中的深入应用，对显微操作技术提出了更高的要求。其中，最为典型的是细胞的显微注射，作为细胞内传递基因、细胞质及药物等物质的一种基本方法，已经广泛应用于细胞发育学、遗传学、转基因等多个领域。细胞显微注射包含细胞的移动、定位、固定及注射四个基本过程，其中细胞的定位主要是通过旋转操作将细胞调整到预期的姿态来适应后期注射位置的需求。特别是对于卵母细胞浆内单精子注射，其细胞核位于细胞的边缘位置，不对称分布，在细胞注射过程中需要通过旋转操作将其重新定向到合适位置，调整细胞核、注射针和固定针在同一平面以保证在显微镜下能够同时观察。因此，在卵母细胞注射过程中，细胞的移动、定位及固定过程是否顺利决定着注射操作的成败。于是，迫切需要创建一种具有多功能的、高效、精准且无损的微操作装置及方法。

迄今为止，实现卵母细胞移动和定位操作较为有效的方式主要分为接触式和非接触式两种。其中，接触式指的是利用多自由度高精度微机械手与固定针配合，通过物理接触的方式直接拨动卵母细胞，从而实现位置控制。其本质上是单纯将宏观上的操作策略通过尺寸上的缩小，然而更高精度的要求使机械手过于复杂并且难以实现较高的稳定性，同时操作终端往往会干扰微操作系统对卵母细胞的监测，影响其位置信息的反馈从而出现操作失误，另外也会给卵母细胞的观测带来不便。最重要的是操作终端常为细玻璃针，与卵母细胞物理接触时会不可避免的对其造成一定程度的机械损伤，严重时会导致卵母细胞变性或失活。而以磁、电、光等作为外场间接作用于卵母细胞的非接触式操作，虽然能够克服机械手物理操作所存在的一些弊端，但仍不能完全防止因磁场、电场或者高温等对卵母细胞的潜在损害，并且此类方法设备复杂且昂贵推广门槛高。

另外，目前在卵母细胞注射过程中，细胞的移动与定位和后面的固定操作大多使用的两个不同的操作器，需要相互配合。这就会增加操作的复杂程度，降低了操作的成功率，延长了操作时间。

综上所述，现有的显微操作技术越来越难以满足例如卵母细胞注射等具有移动、定位和固定等复杂操作过程的需求。

发明内容

为克服上述技术现有的缺陷，本发明提出一种声波与微气泡共驱动的多功能微操作装置和方法。通过声波激发管中气泡周期性振荡，在其周围产生时均流场和二次辐射力实现对目标物的旋转定向操作，通过调节本装置的移动平台可实现目标物的移动，并通过控制微玻璃管内压强实现目标物的固定，有效解决现阶段微操作方法中所存在的功能单一、损害目标物、系统复杂、灵活性差等问题。

一种声波与微气泡共驱动的微操作装置，包括三轴移动平台(1)、微调平台(2)、微压控制系统(3)、微玻璃管(4)、玻璃皿(5)以及压电换能器(6)；

所述微调平台(2)固定在三轴移动平台(1)上，其中三轴移动平台(1)用于调整微调平台(2)的位置；

所述微玻璃管(4)固定在微调平台(2)上，并在后端端口处连有微压控制系统(3)；

所述微压控制系统(3)用于在微玻璃管(4)内产生负压，以使得在充满液体微玻璃管(4)的前端端口处生成气泡(7)，且气泡(7)的整体位于微玻璃管(4)内；