[实用新型]一种自动化显微注射装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物工程中显微注射设备的技术领域，尤其是指一种自动化显微注射装置。

背景技术

在生物工程中，显微操作是细胞培养、基因注射等再生技术的关键。而目前国内外主要的技术手段是依靠技术高度纯熟的临床生物专家来操作执行。由于显微注射的操作对象的尺寸通常是几十个到几百个微米不等，精度要求极高，对于操作人员的生理极限是一个极大的挑战。

因此，如何实现显微注射的自动化对于生物工程的发展有重大推进作用。目前，国内外已经开始对显微操作机器人进行自动化研究，以自动化显微操作机器人的驱动原理和工作方式来化分，主要有以下几个类型：压电陶瓷驱动型、气流动力驱动型、精密电机驱动型、形状记忆合金驱动型和磁滞伸缩驱动型等。其中，压电陶瓷具有体积小、推力大、精度及位移分辨率高和频响高等优点，在目前光学精密机械设计中得到广泛应用。但现有的压电陶瓷方案只能解决水平方向的运动问题，无法解决垂直方向上微操作工具(吸附针和注射针)的调整问题，同时还存在其它缺点，譬如成本高、操作麻烦等，仍有待进一步改善与克服。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种结构紧凑、成本低、操作简便、无需专业高度依赖的自动化显微注射装置。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种自动化显微注射装置，包括有带工作台的机架，可水平方向平移的X-Y转换平台，放置在X-Y转换平台上的铁磁吸附板，用于产生频率可变正弦波和方波的信号发生器，用于对信号发生器输出的正弦波电压信号进行放大的电压放大器，用于对信号发生器输出的方波电流信号进行放大的电流放大器，用于实现显微操作中的细胞吸附和基因物质注射的微小机器人群，用于监控微小机器人群在各自铁磁吸附板上位置的全局摄像机，用于驱动微小机器人群进行细胞吸附和注射的差分式气泵，以及用于对X-Y转换平台上的培养皿中的操作对象进行局部成像的倒置显微镜和显微镜局部摄像机；其中，所述微小机器人群由两个或两个以个的微小机器人组成，每个微小机器人配置有所需的微操作工具，并由压电陶瓷、电流线圈和音圈马达混合驱动，可通过压电陶瓷和电流线圈实现水平方向的动作，可通过改变音圈马达电流调整微操作工具的上、下位移，其支撑脚为U形电磁铁，可吸附在相应的铁磁吸附板上做尺蠖运动；每个微小机器人分别与各自相应的电压放大器、电流放大器和差分式气泵连接，其内的压电陶瓷由电压放大器驱动，其内的电流线圈由电流放大器驱动，所述电压放大器和电流放大器分别连接信号发生器，所述差分式气泵有三个端口，其两个端口通过软管插入装有水的器皿，另一端口通过软管连接微小机器人上的微操作工具；所述全局摄像机和显微镜局部摄像机分别设在微小机器人群的上方，所述倒置显微镜设在X-Y转换平台的下方，且所述倒置显微镜和显微镜局部摄像机朝向X-Y转换平台上的培养皿。

所述信号发生器、全局摄像机、显微镜局部摄像机分别连接于电脑，通过全局摄像机采集到的全局视野，实现对微小机器人的位置监控，从而可进一步将微小机器人粗调到倒置显微镜的局部视野范围内进行显微操作。

所述X-Y转换平台上放置培养皿的部位贯穿有通孔，并通过搁置透明玻璃板支撑培养皿，所述倒置显微镜和显微镜局部摄像机设在该通孔的上、下方。

所述微小机器人包括有一对压电陶瓷、一对U形电磁铁、两组电流线圈、一块弹簧片和一个音圈马达，其中，所述两组电流线圈间隔对置，每一组电流线圈配置有一U形电磁铁，所述压电陶瓷设置在该两组电流线圈之间，并通过弹簧片固定，所述音圈马达设置在两组电流线圈的顶部，并由单独的电源供电。

所述微操作工具安装在音圈马达处。

所述微操作工具为吸附针或注射针。

所述电压放大器包括有信号隔离电路、比例-积分控制器、多级功率放大电路、主电路限流保护电路、反馈补偿电路和过压保护电路。

所述电流放大器包括有信号调节电路、比例-积分运算放大器、功率放大电路、限流保护电路、反馈电路和过流保护电路。

所述全局摄像机为USB接口高速高清摄像机，通过支撑架固定在工作台上。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型整体上是一个视觉伺服反馈的闭环系统，完成细胞的选择与吸附、自动注射两个过程；

2、通过单独电源控制音圈马达电流，调整显微操作的微操作工具(吸附针和注射针)的上、下位移，同时结合差分式气泵的抽气与出气特点，实现显微操作中的细胞吸附和基因物质注射；