[发明专利]基于振动激励产生微流体用于操作微小目标的装置及方法

说明书

本发明公开了基于振动激励产生微流体用于操作微小目标的装置，包括处于同一平面内的铜棒、压电陶瓷致动器、连接块和微移液管；微移液管的一端为尖端，另一端为连接端；压电陶瓷致动器的一端与铜棒的一端垂直固定，压电陶瓷致动器的另一端通过连接块与微移液管的连接端垂直固定连接，微移液管的尖端和微小目标均放置在开放的液体环境中；使用时，当微小目标位于微移液管尖端的外圆周方向设定范围内的任一位置处，通过向压电陶瓷致动器输入共振正弦波电压使微移液管在液体环境中产生微流体驱动微小目标移动；当微小目标位于微移液管尖端的外侧时，通过向压电陶瓷致动器输入非共振正弦波电压使微移液管在液体环境中产生微流体驱动微小目标移动。

技术领域

本发明涉及微纳米操作技术领域，具体涉及一种基于振动激励产生微流体用于操作微小目标的装置及方法。

背景技术

随着技术的进步，科技领域对精密操作的精度要求已经越来越高。精密操作的对象的尺度也越来越小已经达到微纳米级。这种微纳米级别的操作在微组装、生物领域的细胞操作等一系列前沿领域都发挥着重要的作用。微纳米操作技术的快速发展使得操作微小生物目标甚至是单个细胞成为可能。捕获、移动和旋转操作是微纳米操作技术中最为基本的三种操作形式。

目前操作微小目标的方式主要包括接触式操作和非接触式操作。接触式操作主要是以直接机械接触为主的微纳米操作，接触式操作通常是利用末端执行器和目标之间的黏附力、负压力以及双末端执行器的协作进行操作，实现灵活高效且高度可重复的操作。然而，直接的机械接触使得微纳米尺度下微小目标的释放比宏观尺度下更加困难。非接触式操作主要由各种能量场驱动，主要包括磁场、光镊和电场等。但是，利用电场、光镊和磁场对生物进行操作时会对目标进行显著的损害。不论是接触式操作和非接触式操作，现有技术中大多数的微纳米操作方法在操作的过程中不可避免的给生物目标带来一定的损伤。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于振动激励产生微流体用于操作微小目标的装置及方法，能够在开放液体环境中利用振动激励产生的微流体驱动微小目标移动，减小给微小目标带来损伤。

本发明装置的技术方案为：基于振动激励产生微流体用于操作微小目标的装置，包括处于同一平面内的铜棒、压电陶瓷致动器、连接块和微移液管；所述微移液管的一端为尖端，另一端为连接端；所述压电陶瓷致动器的一端与所述铜棒的一端垂直固定，所述压电陶瓷致动器的另一端通过连接块与所述微移液管的连接端垂直固定连接，所述微移液管的尖端和微小目标均放置在开放的液体环境中；

通过向所述压电陶瓷致动器输入正弦波电压使所述微移液管在液体环境中产生微流体驱动微小目标移动。

作为一种优选方案，所述铜棒的另一端固定在具有三个自由度的微操作机器人上。

本发明方法的技术方案一为：

将微小目标放置在所述微移液管尖端的外圆周方向设定范围内的任一位置处并使微小目标处于液体环境中，向所述压电陶瓷致动器输入共振电压，带动所述微移液管振动使液体环境产生微流体涡流，微小目标靠近微流体涡流中心的一侧表面的绝对压强小于另一侧，形成一个施加在微小目标上的指向微流体涡流中心的压力作为捕获力，推动微小目标向微流体涡流中心运动，直至微小目标高压侧受力与微流体涡流对微小目标的反作用力达到平衡；此时，所述微移液管圆周运动使微流体涡流产生的流速梯度使微小目标在相应平面内按照与所述微移液管圆周运动方向相反的方向旋转；

当所述装置整体移动时，微小目标通过微流体涡流跟随所述微移液管一起平移运动。

本发明方法的技术方案二为：