一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，通过多个振动发生器共同振动，在液态环境中形成特定流场，带动不同的微目标沿不同路径通过流场，从而实现对微目标的筛选；由此可见，本发明专利技术不仅能够实现对细胞的无损伤筛选，而且能显著提高微目标筛选的效率，且易于实现自动化，降低微目标筛选的成本；对比现有的微目标筛选方式，本发明专利技术可以在与微目标筛选相关的生命科学研究领域，显著提升实验效率、降低实验操作成本，具有广泛的应用前景，预计在生命科学研究领域和产业方面有好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置
本专利技术属于微纳操作
，尤其涉及一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置。
技术介绍
随着微纳技术的快速发展，当前社会对微操作的关注度逐渐升高。无论是临床医学中的体外受精、生物研究中的克隆技术，还是医学研究中对细胞的三维观测，都需要根据单个细胞的物理特性来筛选出最符合当前实验条件的细胞。当前对微小球形物体的筛选操作主要分为接触式操作和非接触式操作。接触式操作以接触式机械手为主要方式，由于接触式机械手的微操控直接对生物目标进行操作，从而其具有高精度、高灵活性以及高可重复性等特点。然而，这种接触式机械手的操作会显著增加细胞受损的风险，从而增加了潜在的操作成本。当前最常见的非接触式操作为通过微流控芯片对细胞在封闭环境中进行无接触式操控，保证了细胞的生理特性。然而该方法需要针对不同的操作目标或操作任务设计不同的微流控芯片，从而增加了操作成本与操作难度。因此，当前技术无法快速且无损地对微目标进行筛选，需要设计一种新的装置及方法来提升对微目标筛选的安全性以及效率。
技术实现思路
为解决当前技术无法快速且无损地对微目标进行筛选的问题，本专利技术提供一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，能够同时满足细胞筛选的安全性以及高效性的要求。一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，包括三自由度操作平台1、手动位移台2、金属阵列板3、电子显微镜7、载玻片8、处理单元以及三个以上的振动单元，其中，振动单元包括金属连接件4、振动发生器5以及玻璃针6；所述金属阵列板3固定在手动位移台2上；所述振动发生器5的一端通过金属连接件4固接在金属阵列板3上，另一端用于安装玻璃针6，同时，所有玻璃针6的针尖末端位于同一平面，且均处于载玻片8上的液态环境中；所述手动位移台2固定在三自由度操作平台1上，其中，三自由度操作平台1用于调节手动位移台2的位置；所述振动发生器5用于在外部输入的正弦电压信号控制下产生振动，使玻璃针6的针尖振动轨迹为圆形；所述玻璃针6用于通过自身振动使液态环境中形成涡流，从而带动位于液态环境中的微目标12进行移动，其中，微目标12的移动方向与其所处位置上各涡流场的流速矢量和的方向相同；所述电子显微镜7用于获取液态环境中的流场图像；所述处理单元用于根据至少连续的五帧流场图像获取微目标12移动速度的大小和方向，然后根据微目标12移动速度的大小和方向调节所述正弦电压信号，使得微目标12按照预设速度大小沿预定轨迹移动，实现微目标12的筛选。进一步地，所述振动发生器5包括金属杆9与压电致动器10；所述金属杆9和玻璃针6分别连接在压电致动器10的两端，同时，金属杆9的另一端通过金属连接件4固接在金属阵列板3上；所述压电致动器10用于在外部输入的正弦电压信号控制下产生振动。进一步地，所述振动发生器5还包括玻璃针连接件11，所述玻璃针6通过玻璃针连接件11与压电致动器10连接。进一步地，所述金属杆9和玻璃针6分别垂直连接在压电致动器10的两端。进一步地，振动单元的数量为三，且三个玻璃针的针尖所在位置形成一个等边三角形，同时，将三个玻璃针分别记为第一玻璃针、第二玻璃针以及第三玻璃针；假设微目标12位于第一玻璃针和第二玻璃针的针尖之间，且所述预定轨迹为第一玻璃针与第三玻璃针的针尖之间形成的通道，则所述处理单元调节输入三个振动发生器的正弦电压信号的相位，使得第一振动单元形成的涡流方向为顺时针，第二振动单元形成的涡流方向为逆时针，第三振动单元的涡流方向为逆时针。进一步地，振动单元的数量为三，且三个玻璃针的针尖所在位置形成一个等边三角形，同时，将三个玻璃针分别记为第一玻璃针、第二玻璃针以及第三玻璃针；假设微目标12位于第一玻璃针和第二玻璃针的针尖之间，且所述预定轨迹为第二玻璃针与第三玻璃针的针尖之间形成的通道，则所述处理单元调节输入三个振动发生器的正弦电压信号的相位，使得第一振动单元形成的涡流方向为顺时针，第二振动单元形成的涡流方向为逆时针，第三振动单元的涡流方向为顺时针。进一步地，振动单元的数量为四，且四个玻璃针的针尖所在位置形成一个正方形，同时，将四个玻璃针沿顺时针方向分别记为第一玻璃针、第二玻璃针、第三玻璃针以及第四玻璃针；假设微目标12位于第一玻璃针和第二玻璃针的针尖之间，且所述预定轨迹为第三玻璃针与第四玻璃针的针尖之间形成的通道，则所述处理单元调节输入四个振动发生器的正弦电压信号的相位，使得第一振动单元与第四振动单元形成的涡流方向均为顺时针，第二振动单元与第三振动单元形成的涡流方向均为逆时针。进一步地，振动单元的数量为四，且四个玻璃针的针尖所在位置形成一个正方形，同时，将四个玻璃针沿顺时针方向分别记为第一玻璃针、第二玻璃针、第三玻璃针以及第四玻璃针；假设微目标12位于第一玻璃针和第二玻璃针的针尖之间，且所述预定轨迹为第一玻璃针与第四玻璃针的针尖之间形成的通道，则所述处理单元调节输入四个振动发生器的正弦电压信号的相位，使得第一振动单元形成的涡流方向为顺时针，第二振动单元行程的涡流方向为逆时针，第三振动单元保持静止，第四振动单元形成的涡流方向为逆时针。进一步地，振动单元的数量为四，且四个玻璃针的针尖所在位置形成一个正方形，同时，将四个玻璃针沿顺时针方向分别记为第一玻璃针、第二玻璃针、第三玻璃针以及第四玻璃针；假设微目标12位于第一玻璃针和第二玻璃针的针尖之间，且所述预定轨迹为第二玻璃针与第三玻璃针的针尖之间形成的通道，则所述处理单元调节输入四个振动发生器的正弦电压信号的相位，使得第一振动单元形成的涡流方向为顺时针，第二振动单元行程的涡流方向为逆时针，第三振动单元形成的涡流方向为顺时针，第四振动单元保持静止。进一步地，所述处理单元根据微目标12移动速度的大小和方向调节所述正弦电压信号的方法具体为：S1：连续读取至少五帧流场图像，根据微目标12在相邻流场图像中的位移获取微目标12移动速度的大小和方向；S2：判断微目标12移动速度的大小是否高于预期速度范围或低于预期速度范围，若高于预期速度范围，则同时减小输入各振动发生器5的正弦电压信号的峰峰值，并返回步骤S1；若低于预期速度范围，则同时增大输入各振动发生器5的正弦电压信号的峰峰值，并返回步骤S1；若位于预期速度范围，则进入步骤S3；S3：判断微目标12移动速度的方向是否偏离预定轨迹，若偏离，确定与该微目标12最近的振动发生器5，并减小输入该振动发生器5的正弦电压信号的峰峰值，同时返回步骤S1；若不偏离，则进入步骤S4；S4：判断微目标12的当前位置是否到达预定轨迹的终点，若未到达，则重新读取连续的至少五帧流场图像，重复上述步骤S1～S3，直到微目标12到达预定轨迹的终点。有益效果：本专利技术提供一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，通过多个振动发生器共同振动，在液态环境中形成特定流场，带动不同的微目标沿不同路径通过流场，从而实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，其特征在于，包括三自由度操作平台(1)、手动位移台(2)、金属阵列板(3)、电子显微镜(7)、载玻片(8)、处理单元以及三个以上的振动单元，其中，振动单元包括金属连接件(4)、振动发生器(5)以及玻璃针(6)；/n所述金属阵列板(3)固定在手动位移台(2)上；所述振动发生器(5)的一端通过金属连接件(4)固接在金属阵列板(3)上，另一端用于安装玻璃针(6)，同时，所有玻璃针(6)的针尖末端位于同一平面，且均处于载玻片(8)上的液态环境中；/n所述手动位移台(2)固定在三自由度操作平台(1)上，其中，三自由度操作平台(1)用于调节手动位移台(2)的位置；/n所述振动发生器(5)用于在外部输入的正弦电压信号控制下产生振动，使玻璃针(6)的针尖振动轨迹为圆形；/n所述玻璃针(6)用于通过自身振动使液态环境中形成涡流，从而带动位于液态环境中的微目标(12)进行移动，其中，微目标(12)的移动方向与其所处位置上各涡流场的流速矢量和的方向相同；/n所述电子显微镜(7)用于获取液态环境中的流场图像；/n所述处理单元用于根据至少连续的五帧流场图像获取微目标(12)移动速度的大小和方向，然后根据微目标(12)移动速度的大小和方向调节所述正弦电压信号，使得微目标(12)按照预设速度大小沿预定轨迹移动，实现微目标(12)的筛选。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，其特征在于，包括三自由度操作平台(1)、手动位移台(2)、金属阵列板(3)、电子显微镜(7)、载玻片(8)、处理单元以及三个以上的振动单元，其中，振动单元包括金属连接件(4)、振动发生器(5)以及玻璃针(6)；
所述金属阵列板(3)固定在手动位移台(2)上；所述振动发生器(5)的一端通过金属连接件(4)固接在金属阵列板(3)上，另一端用于安装玻璃针(6)，同时，所有玻璃针(6)的针尖末端位于同一平面，且均处于载玻片(8)上的液态环境中；
所述手动位移台(2)固定在三自由度操作平台(1)上，其中，三自由度操作平台(1)用于调节手动位移台(2)的位置；
所述振动发生器(5)用于在外部输入的正弦电压信号控制下产生振动，使玻璃针(6)的针尖振动轨迹为圆形；
所述玻璃针(6)用于通过自身振动使液态环境中形成涡流，从而带动位于液态环境中的微目标(12)进行移动，其中，微目标(12)的移动方向与其所处位置上各涡流场的流速矢量和的方向相同；
所述电子显微镜(7)用于获取液态环境中的流场图像；
所述处理单元用于根据至少连续的五帧流场图像获取微目标(12)移动速度的大小和方向，然后根据微目标(12)移动速度的大小和方向调节所述正弦电压信号，使得微目标(12)按照预设速度大小沿预定轨迹移动，实现微目标(12)的筛选。


2.如权利要求1所述的一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，其特征在于，所述振动发生器(5)包括金属杆(9)与压电致动器(10)；
所述金属杆(9)和玻璃针(6)分别连接在压电致动器(10)的两端，同时，金属杆(9)的另一端通过金属连接件(4)固接在金属阵列板(3)上；所述压电致动器(10)用于在外部输入的正弦电压信号控制下产生振动。


3.如权利要求2所述的一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，其特征在于，所述振动发生器(5)还包括玻璃针连接件(11)，所述玻璃针(6)通过玻璃针连接件(11)与压电致动器(10)连接。


4.如权利要求2所述的一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，其特征在于，所述金属杆(9)和玻璃针(6)分别垂直连接在压电致动器(10)的两端。


5.如权利要求1所述的一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，其特征在于，振动单元的数量为三，且三个玻璃针的针尖所在位置形成一个等边三角形，同时，将三个玻璃针分别记为第一玻璃针、第二玻璃针以及第三玻璃针；
假设微目标(12)位于第一玻璃针和第二玻璃针的针尖之间，且所述预定轨迹为第一玻璃针与第三玻璃针的针尖之间形成的通道，则所述处理单元调节输入三个振动发生器的正弦电压信号的相位，使得第一振动单元形成的涡流方向为顺时针，第二振动单元形成的涡流方向为逆时针，第三振动单元的涡流方向为逆时针。


6.如权利要求1所述的一种基于多针阵列振动激励流体的微目标筛选装置，其特征在于，振动单元的数量为三，且三个玻璃针的针尖所在位置形成一个等边三角形，同时，将三个玻璃针分别记为第一玻璃针、第二玻璃针以及第三玻璃针；
假设微目标(12)位于第一玻璃针和第二玻璃针的针尖之间，且所述预定轨迹为第二玻璃针与第三玻璃针的针尖之间形成的通道，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓明，李磊，李玉洋，黄强，新井健生，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11