具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法及实现该方法的装置，涉及微/纳颗粒操作技术。它为了解决现有基于毛细力的微/纳颗粒转移方法无法实现毛细力检测的问题。本发明专利技术首先在微/纳颗粒待释放位置分配一滴操作液滴；利用具有微力传感功能的操作探针蘸取液滴，将操作探针移动至微/纳颗粒上方，依靠拾取液滴的毛细力实现微/纳颗粒的拾取；将操作探针移动至待释放位置，利用释放液滴的毛细力实现微/纳颗粒的释放。本发明专利技术能够实时检测微/纳颗粒转移过程中的液桥毛细力，精度为nN量级；毛细力和液滴的自校准特点可实现微/纳颗粒的可靠释放；通过控制探针蘸取液滴的速度和改变末端执行器的结构形态可以创造合适的液滴操作条件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微/纳颗粒操作技术，具体涉及具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移技术。
技术介绍
随着微对象特征尺寸的逐渐减小，尺寸效应和表面效应越来越显著，粘着力相对重力将逐渐占据主导位置。基于液滴的毛细力微/纳颗粒转移方法具有特有的柔顺性，可以适应结构复杂的微对象，避免传统机械夹持产生的应力集中，并实现微/纳颗粒释放中的自校准。现有毛细力操作工具不具有微力检测功能，无法实时检测微/纳颗粒转移过程中的动态毛细力。此外，微/纳颗粒特征尺寸的进一步减小，微/纳颗粒容易粘着在探针的末端不能顺利脱落，对微/纳颗粒转移的可靠性和释放精度提出了更高的要求。具有微力传感功能的可靠微/纳颗粒柔顺转移方法依旧是微/纳操作技术的研宄重点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有基于毛细力的微/纳颗粒转移方法无法实现毛细力检测，导致无法对微/纳颗粒转移过程受力情况进行分析，无法实现闭环控制的问题，提供一种具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法及实现该方法的装置。本专利技术所述的具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法包括以下步骤:步骤一:在微/纳颗粒待释放位置分配一液滴，该液滴定义为操作液滴；步骤二:将具有微力传感功能的操作探针移动至操作液滴上方，并与操作液滴接触，控制操作探针的接触深度及分离速度，以获取微/纳颗粒转移所需的拾取液滴，微/纳颗粒待释放位置剩余的液滴定义为释放液滴；步骤三:将操作探针移动至微/纳颗粒的上方，依靠拾取液滴的毛细力实现微/纳颗粒的拾取；步骤四:将操作探针移动至待释放位置，利用释放液滴的毛细力实现微/纳颗粒的释放，至此，完成微/纳颗粒的转移过程。在操作探针的末端集成微执行器，以改变液桥的接触形态和控制操作液滴与释放液滴的体积比。实现上述具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法的装置包括三轴精密电动位移平台、一号三轴显微镜平台、一号光学显微镜、具有微力传感功能的操作探针、操作基底、二号光学显微镜、二号三轴显微镜平台、连接底板和隔振台；隔振台位于水平面上，连接底板固定在隔振台上；三轴精密电动位移平台固定在连接底板上；—号三轴显微镜平台固定在三轴精密电动位移平台上；一号光学显微镜和操作探针均固定在一号三轴显微镜平台上；操作基底固定在连接底板上，且操作基底位于操作探针下方；二号三轴显微镜平台固定在连接底板上；二号光学显微镜固定在二号三轴显微镜平台；一号光学显微镜与二号光学显微镜均用于沿水平方向观察操作探针，且一号光学显微镜与二号光学显微镜互相垂直。基于液滴毛细力的微/纳颗粒转移方法，不仅要实现微/纳颗粒的拾取和释放，还要对整个转移过程进行分析，例如拾取和释放微/纳颗粒的毛细力的阈值等等，后续还要对微/纳颗粒转移过程实现自动化闭环控制，因而对微/纳颗粒的整个转移过程中毛细力的监测是必不可少的。微/纳颗粒属于微观领域，常规的宏观力的监测手段均不适用。能够检测微力的常规手段有激光测力和压阻式传感器等，而激光微力测量不利于集成在微/纳颗粒转移系统中，无法对本专利技术动态操作过程中的力进行实时检测，压阻式传感器侧重检测法向力，而本专利技术需要检测的是沿操作探针长度方向的轴向力，因而也不适用。本专利技术采用一种基于电容测量原理的操作探针，并在操作探针末端集成不同形态的微执行器，该探针使用方便，只需要接入外围采集电路即可实现动态过程中微力的实时检测，可以根据获得的检测数据来控制探针，提高拾取和释放的成功率，也为整个过程的分析和将来实现闭环控制提供必要的理论依据。不同形态的末端微执行器为操作液滴的获取提供重要的结构基础。本专利技术所述的方法及装置，能够进行微米级对象拾取-转移-释放操作任务，操作外形尺寸为20-100 μ m的微球对象；测试实验表明，具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法及装置能够实现微球颗粒的柔顺拾取及可靠释放，且能够实时反馈操作进程中的动态毛细力。本专利技术的有益效果是:一、能够实时检测微/纳颗粒转移过程中的液桥毛细作用力，解决毛细力操作进程中的微力检测问题，检测精度能够达到nN量级；二、利用辅助液滴的毛细力和自校准特点可实现微/纳颗粒的可靠释放；三、通过控制操作探针蘸取液滴的速度，可控制操作液滴的获取，创造合适的液滴操作条件。本专利技术适用于生物工程、机械工程及微机电系统等领域。【附图说明】图1为实施方式三中的毛细微力变化曲线图；图2为实施方式五所述的实现具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法的装置的结构示意图。【具体实施方式】【具体实施方式】一:本实施方式所述的具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法包括以下步骤:步骤一:在微/纳颗粒待释放位置分配一液滴，该液滴定义为操作液滴；步骤二:将具有微力传感功能的操作探针移动至操作液滴上方，并与操作液滴接触，控制操作探针的接触深度及分离速度，以获取微/纳颗粒转移所需的拾取液滴，微/纳颗粒待释放位置剩余的液滴定义为释放液滴；步骤三:将操作探针移动至微/纳颗粒的上方，依靠拾取液滴的毛细力实现微/纳颗粒的拾取；步骤四:将操作探针移动至待释放位置，利用释放液滴的毛细力实现微/纳颗粒的释放，至此，完成微/纳颗粒的转移过程。本实施方式提供了一种具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法，首先在微/纳颗粒的待释放位置分配一滴操作液滴；控制操作探针使其移动至操作液滴上方，使操作探针的末端与操作液滴接触，当操作探针与操作液滴分离后，操作探针末端便留下用来获取微/纳颗粒转移所需的拾取液滴；然后控制操作探针使其移动至微/纳颗粒的上方，微/纳颗粒因拾取液滴的毛细力的作用而粘附在操作探针上；控制操作探针使其移动至待释放位置，释放液滴对微/纳颗粒的毛细力大于拾取液滴对微/纳颗粒的毛细力，微/纳颗粒由操作探针的末端转移至待释放位置的释放液滴处，至此，完成微/纳颗粒的转移过程。步骤一中的在待释放位置分配的液滴，其尺寸与待移动的微/纳颗粒尺寸相当，既能够保证获取拾取液滴后，剩余的释放液滴对微/纳颗粒的吸附力足够大，又能够保证微/纳颗粒释放后不被释放液滴淹没。该方法利一方面用具有微力传感功能的操作探针作为毛细力操作工具，可实现操作进程中动态毛细力的实时获取，通过监测毛细力来判断微/纳颗粒是否被成功拾取或释放，监测的毛细力数据可用来对拾取和释放过程进行分析，进一步实现拾取和释放的闭环控制，为分析过程和实现自动控制提供必要的数据；另一方面控制操作探针与液滴的接触深度和分离速度，可获取微/纳颗粒拾取所需的拾取液滴；最后，液滴辅助的微/纳颗粒释放方法，能够实现操作颗粒的柔顺释放，且液滴自校准功能能够确保微/纳颗粒的释放位置严格位于释放液滴处，提高释放精度。【具体实施方式】二:本实施方式是对实施方式一所述的具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法的进一步限定，本实施方式中，在操作探针的末端集成微执行器，以改变液桥的接触形态和控制操作液滴与释放液滴的体积比。所述的微执行器可以为球形粒子、圆锥、幂律曲面等不同形态的结构，不同结构形态的微执行器不仅可以改变液桥的接触形态(对应不同的液桥毛细力)，相应的也可以控制操作液滴获取后的体积比。【具体实施方式】三:结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的具有微力传感和液滴自校准功能的微/本文档来自技高网...
【技术保护点】
具有微力传感和液滴自校准功能的微/纳颗粒转移方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：在微/纳颗粒待释放位置分配一液滴，该液滴定义为操作液滴；步骤二：将具有微力传感功能的操作探针移动至操作液滴上方，并与操作液滴接触，控制操作探针的接触深度及分离速度，以获取微/纳颗粒转移所需的拾取液滴，微/纳颗粒待释放位置剩余的液滴定义为释放液滴；步骤三：将操作探针移动至微/纳颗粒的上方，依靠拾取液滴的毛细力实现微/纳颗粒的拾取；步骤四：将操作探针移动至待释放位置，利用释放液滴的毛细力实现微/纳颗粒的释放，至此，完成微/纳颗粒的转移过程。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王乐锋，苏凤婷，范增华，荣伟彬，孙立宁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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