用于产生工具运动的设备和方法技术

本发明专利技术涉及根据本发明专利技术的用于产生工具的运动的设备，尤其用于生物细胞材料的操作，尤其用于执行ICSI，所述设备包括至少一个致动器元件、被致动的构件、运动部分，在所述运动部分处能够布置有工具，并且所述运动部分与所述被致动的构件连接，所述被致动的构件能够弹性变形，所述致动器元件连接到所述被致动的构件，从而所述致动器元件的致动使得所述被致动的构件弹性变形一段距离，所述一段距离对应于所述被致动的构件的长度变化，其中所述长度变化引起所述运动部分的运动。此外，还提供一种用于产生工具运动的对应方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本发 明涉及，尤其是应用于软生物细胞材料。
技术介绍
这样的设备和方法在生物医学应用中是已知的，例如尤其是用于细胞的去核和移核。在人类或动物细胞的体外受精(IVF)领域中，已知所谓的精子卵浆内注射(ICSI)的方法，这是体外受精过程，在该过程中，单个精子被注射到卵细胞(卵母细胞)中。小鼠或大鼠的卵母细胞的直径通常为100至120 ii m。这种较大的细胞允许机械地处理涉及的生物成分。在显微镜下用微操纵装置执行ICSI方法，具体地，该微操纵装置包括用于精确定位的微操纵器，用于施加压力或进给例如几微升级别的小体积的微注射器，同时用于引导小体积流动路径且用于与活的细胞接触的微毛细部件。通过微注射器施加的微微抽吸由保持毛细部件稳定卵母细胞。从相对侧，具有通常仅仅几(例如7) iim的开口直径的薄的中空玻璃微毛细部件用来收集单个精子，通过利用微毛细部件的末端切精子的尾部而将其固定。微毛细部件刺穿卵膜并且进入到卵母细胞(细胞质)的内部。然后精子被释放到卵母细胞中。在ICSI期间，卵母细胞必须被微毛细部件刺穿。由此，卵母细胞的外部保护壳(透明膜环)失去抗性并且需要特定的设备用于刺穿。这对于辅助孵化的生物医学方法同样是需要的，其中透明膜环被从外侧点状腐蚀，以便于孵出产生的胚胎。还从软细胞材料例如组织的解剖中已知这样的设备和方法。附图的图I中示出了这种已知的设备，微解剖器。微解剖器I用于切开细胞组织，例如用于从组织学标本提取生物成分和结构。由于微解剖器I的工作原理，基部通常具有U形构型。在“U”的上部开口中安装有压电致动器2，其相对于右侧部分移动“U”的左侧部分。因为“U”的左侧部分安装成经由可枢转支撑臂4而能够在基部上位移，所以安装到基部3的运动部分5b上的工具5能够沿着X轴的方向移动。然而，由于明显的U形，具体是支撑臂4的较大确定长度，所以该运动还示出了沿y方向的较大分量。此外，“U”形基部由于其沿7方向的长杠杆臂而特别倾向于绕X轴扭转。压电致动器通常不会例如仅仅沿X方向以最佳线性方式膨胀和约束。相反，它们趋于稍稍弯曲，在这种情况下转换为沿y方向和z方向的附加运动。这样的多维运动有时候是有用的，但并不总是期望的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于产生工具运动的改进的设备和方法，尤其适用于软的生物细胞材料。本专利技术通过提供根据权利要求I的设备和根据权利要求12的方法来实现所述目的。从属权利要求描述了本专利技术的优选实施例。根据本专利技术的用于产生工具运动，尤其应用于生物细胞材料的操作的设备，包括至少一个致动器元件、能够弹性变形的被致动的构件、可以布置有工具且联结到被致动的构件上的运动部分，至少一个致动器元件联结到被致动的构件，使得至少一个致动器元件的致动使被致动的构件弹性变形一定距离，该距离对应于被致动的构件的长度变化，其中所述长度变化弓I起运动部分的所述运动。根据本专利技术的设备和方法优选地适用于生物、医学、生物医学或化学(例如生物化学)应用等，优选地适用于软的物质并且优选地不适用于非软物质。软的物质被理解为类似于生物物质的物质，例如组织，例如具有的杨氏模量优选地相应小于10GPa、5GPa、lGPa、0. lGPa、0.01GPa或O.OOlGPa。然而，根据本专利技术的设备和方法关于非软物质的应用，尤其是对于杨氏模量大于IOGPa的物质，也是可能的。根据本专利技术的设备和方法优选地用于或适用于IVF、ICSI、辅助孵化、去核、移核、微外科、膜片夹紧和其它生物和医学领域，尤其适用于人类、动物(例如小鼠、大鼠或牛)的细胞，具体是适用于卵母细胞，或者相应地适用于多种这样的应用。该设备还优选地适于执行细胞材料的切开，例如从石蜡部分切开单个细胞，从组织学部分的区域的切开和/或与从3D细胞培养聚合的干细胞分离。然而，该设备和/或方法也可以用于其它的应用，具体是用于非生物医学应用，其尤其需要幅度在纳米到微米范围或其它范围的运动，并且通常用于能够从根据本专利技术的设备和/或方法的优点和特征获益的那些应用。借助被致动的构件实现根据本专利技术的设备的运动部分的运动，该被致动的构件由至少一个致动器元件致动并且其自身致动该运动部分，该运动部分联结到被致动的构件。优选地，由至少一个致动器元件产生的一个致动作用使被致动的构件弹性变形一段距离，该距离基本上等于被致动的构件的受影响的一个长度变化。优选地，至少一个致动器元件的致动作用导致被致动的构件的净长度变化。优选地，基本上通过执行一个致动作用的至少一个致动器元件的第一长度变化来弓I起被致动的构件的第二长度变化。所述第一长度变化和所述第二长度变化优选地基本上同时发生。优选地，被致动的构件的运动和至少一个致动器元件的运动之间基本上没有相移。优选地，第二长度变化的值(v_am)和第一长度变化的值(v_ae)相同。这种构型提供的优点在于，优选地实现致动器元件的作用与被致动的构件的(反)作用之间的直接相互作用，这允许更加精确地控制运动部分的运动并且能够实现运动部分以受控数量的位移进行位移，例如1、2、3、4、5或更多个确定的位移，而不是以无限数量的振荡来执行振荡运动。优选地，比v_am/V_ae满足以下条件之一，分别为v_am/v_ae=l ； I v_am/v_ae-l |〈O. 5或0. 2或0. I或0. 01。优选地,所述净长度变化的值为v_am。设备优选地被构造为使得与运动部分(由被致动的构件致动)的至少部分地线性的运动的方向平行的直线(其穿过运动部分或穿过安装在运动部分处的细长工具的长度)不会穿过致动器元件或穿过致动器元件的一部分。对于这样的构型，从外侧作用在运动部分或安装到运动部分的工具上的冲击不会沿着力传递直线直接作用在致动器元件上。相反，所述冲击和其它机械载荷至少部分地或(几乎)完全被被致动的构件吸收。最优选地，设备被构造为使得尤其是从设备外侧施加在运动部分或安装到运动部分的工具上的力基本上被传递至被致动的构件，并且基本上被进一步从被致动的构件朝向优选地设置在被致动的构件处的连接部分传递，并且优选地能够经由所述连接部分进一步传递到保持装置，该保持装置优选地适于保持设备并且吸收从外侧(几乎)完全或至少部分地施加的力。因此，运动部分、被致动的构件和连接部分以及优选地还有可能的保持装置， 优选地串联，以形成直接力传递链。此外，至少一个致动器元件优选地安装在被致动的构件处，使得尤其是从设备外侧施加在运动部分或安装到运动部分的工具上的力仅仅以最小的比率作用在致动器元件上，例如优选地小于0.001、0.01、0. I或0.5的比率。相反，所述力主要进行传递并且进一步由被致动的构件优选地朝向被致动的构件处的连接部分分布，并且优选地能够进一步分布到保持装置，这可以将设备保持在所述连接部分处。优选地,作用在运动部分上的力以比force_on_ae/force_on_am分布在致动器元件(ae)和被致动的构件(am)之间，所述比优选地分别小于0. 5 ；0. 25 ；0. 2 ；0. I ；0. 5 ；0. 01 ；0. 005 ；0. 001。具体地，如果抵消作用在运动部件上的冲击力的抗性主要是基于被致动的构件的抗性并且很少基于致动器元件的抗性，那么可以实现上述这种情况。为此，被致动的构件和至少一个致动器元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.23 EP 09015977.3;2009.12.23 US 61/289,6691.一种用于产生工具的运动的设备，尤其用于生物细胞材料的操作，所述设备包括 至少一个致动器元件， 被致动的构件，所述被致动的构件能够弹性变形，以及 运动部分，在所述运动部分处能够布置有工具，并且所述运动部分与所述被致动的构件连接， 所述至少一个致动器元件连接到所述被致动的构件，从而所述至少一个致动器元件的致动作用使得所述被致动的构件弹性变形一段距离，所述一段距离对应于所述被致动的构件的长度变化， 其中所述长度变化引起所述运动部分的运动。2.根据权利要求I所述的致动器设备，其中所述被致动的构件提供第一位置和第二位置，所述第一位置和所述第二位置间隔开一直线距离，所述直线距离限定了轴线，所述致动器元件至少在所述第一位置和所述第二位置处连接到所述被致动的构件，其中在所述致动器元件致动的情况下，所述被致动的构件沿所述轴线的方向经受长度变化，其中所述长度变化对应于所述被致动的构件在所述第一位置和所述第二位置之间的弹性变形的距离。3.根据权利要求I或2所述的致动器设备，其中所述被致动的构件由弹性材料制成或者包括由弹性材料制成的部分。4.根据前述权利要求中至少一项所述的致动器设备，其中所述被致动的构件由弹性材料制成或者包括由弹性材料制成的部分，其中所述弹性材料的杨氏模量优选地大于0. 2kN/mm2,优选地大于lOOkN/mm2，优选地大于200kN/mm2，优选地在180到240kN/mm2之间，和/或其中所述弹性材料为钢。5.根据前述权利要求中至少一项所述的致动器设备，其中所述被致动的构件沿着中心轴线延伸，并且其中所述致动器元件至少在第一位置和第二位置处连接到所述被致动的构件，使得在所述至少一个致动器元件致动的情况下由所述被致动的构件的长度变化引起的运动至少具有沿着所述中心轴线的分量并且优选地为线性的且平行于所述中心轴线。6.根据前述权利要求中至少一项所述的致动器设备，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·席尔，J·伦布克，A·格拉夫，
申请(专利权)人：埃佩多夫股份公司，
类型：发明
国别省市：