[发明专利]用于微操作的显微操作装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种对微米级物体的穿刺的操作装置。

(二)背景技术

生物细胞的穿刺是显微切割的基础，可以对单细胞进行DNA、RNA和蛋白质分析的一种简单快捷的方法，特别是对细胞病变、癌症等的研究，该技术应用于单细胞可以给研究人员提供一种基于形态学传统方法和分子技术相结合的新技术。例如研究病变组织的分子机理，需要对病变细胞进行显微分析，由于组织切片中存在正常细胞因此一些生物信息经常被干扰，因而抑制细胞诊断技术的应用。从这个角度来讲必须从切片中提取制定的细胞或细胞群。在此提取过程中就要用到穿刺技术。目前医院和科研机构普遍采用人工操作，操作者使用微玻璃针等工具，在显微镜下长期工作，工作强度大，操作人员容易疲劳，人为误差很难避免。因此手动系统操作复杂效率低，生物医学工程中提供一套自动或半自动的微操作系统，提高微操作成功率，提高工作效率有着重要意义。

目前国外主要的显微穿刺系统包括，一是应用红外激光热熔切割技术，如美国ArcturuS公司研制的激光捕获微切割系统LCM，二是应用紫外激光冷切割技术，如德国莱卡公司研制的激光为切割系统LMD，但是使用激光切割技术整套机构庞大，设备复杂，费用高。三是日本Nogoya大学研制的超声波振动切割技术。但是超声波的引入加入了外场效应，从而会改变物体本身的某些物理化学行为，以至于影响对真实过程的理解。国内研究的有哈尔滨工业大学研制的压电陶瓷驱动显微操作针的穿刺技术。压电陶瓷驱动存在的缺点有驱动电压较大等等。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种闭环系统，利用反馈的位移量控制形状记忆合金的电流的频率和幅值，实现形状记忆合金带动显微操作针的前后运动，引入加速记忆合金冷却时间的半导体制冷片，提高运动效率，最终能够实现对生物细胞进行穿刺操作的用于微操作的显微操作装置。

本发明的目的是这样实现的：它包括控制单元和显微操作手，控制单元包括控制器、连接控制器的A/D转换电路和位移采集单元，显微操作手包括两条形状记忆合金、显微操作针和固定部分，两条形状记忆合金通过固定部分设置在显微操作针两侧，两条形状记忆合金与控制单元连接；。所述的控制器为单片机，位移采集单元为激光测位仪，A/D转换电路包括连接激光测位仪和单片机的AD转换电路和连接单片机和显微操作手的DA转换电路，激光测位仪同时连接显微操作手；所述的连接单片机和显微操作手的DA转换电路包括两条DA转换电路，两条DA转换电路的输出端分别连接放大电路，其中一条放大电路的输出端连接显微操作手，另一条放大电路的输出端连接半导体制冷片，半导体制冷片的输出端连接显微操作手；所述的显微操作针的一端与一条形状记忆合金固定在一起，另一端与另一条形状记忆合金固定在一起，每条形状记忆合金的另一端固定在用于盛放显微操作针的外围装置。

本发明还有这样一些技术特征：

1、所述的形状记忆合金通过导线与控制单元连接，导线通过粘接剂粘接在形状记忆合金两端。

本发明提供的用于生物细胞显微穿刺的微操作装置，其特点有：

(1)采用两条形状记忆合金。本发明中显微操作针是由形状记忆合金驱动的，结合图7，形状记忆合金2驱动显微操作针1前进，形状记忆合金3控制显微操作针1后退；形状记忆合金驱动具有电压低，无噪声，高弹性、金属橡胶性能、高强度等优点。形状记忆效应来源于一种热弹性马氏体相变。一般的马氏体相变作为钢的淬火强化的方法，就是把钢加热到某个临界温度以上保温一段时间，然后迅速冷却，例如直接插入冷水中(称为淬火)，这时钢转变为一种马氏体的结构，并使钢硬化。后来，在某些合金中发现了不同于上述的另一种所谓热弹性马氏体相变，热弹性马氏体一旦产生便可以随着温度降低继续长大。相反，当温度回升时，长大的马氏体又可以缩小，直至恢复到原来的状态，即马氏体随着温度的变化可以可逆地长大或缩小。本发明应用形状记忆合金作驱动装置驱动显微操作针的前进和后退实现对生物细胞的穿刺等显微操作，达到了操作时控制简单自如、电压低、高效率的目的；

(2)在闭环系统中，采用激光测位仪采集显微操作针的位移量作为反馈信号，同时通过单片机和放大电路转换成PWM信号控制形状记忆合金的位移；

(3)为加速形状记忆合金的冷却速度，引入半导体制冷片，提高了运动效率，控制信号也根据激光测位仪采集的位移经单片机和放大电路转换成直流电流信号控制半导体制冷片；

(4)显微操作针后端为圆柱体，显微操作针的前端为圆锥体，圆锥体的锥度为30度，尖端内径3微米外径7微米；