基于水壓的亞納米級單細胞運動控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及單細胞顯微操作系統，尤其是涉及一種基于水壓的亞納米級單細胞運動控制系統。
【背景技術】
[0002]工程學與生物醫學相結合可以解決很多傳統生物學方法無法解決的問題，將工程領域研究問題的方法應用到生物學的研究當中是工程學與生物醫學相結合的重要途徑。隨著近年來生物物理方法的發展，其中很多新穎、高效的方法已經漸漸成為了生物醫學研究的重要工具。這些新興的系統市場上往往沒有集成的產品，而是用戶根據需要將成型的子模塊巧妙地整合到新系統中。
[0003 ]細胞運動的控制是很多生物力學領域研究方法的基礎，完整的細胞運動的精密控制子系統卻鮮有提及。由于細胞尺寸小，其運動控制要求精度高、響應快。目前市場上很少有成型的單細胞運動控制系統，尤其是作為子模塊，可以簡單、方便地整合進新系統的單細胞運動控制系統更加少見。
[0004]實現細胞運動的控制首先要抓取單個細胞并將其固定在探針尖端。目前應用較多的方法主要是用水壓/氣壓系統形成負壓產生吸力，將單細胞吸附在毛細微吸管尖端。考慮到很多單細胞實驗都有防震動的要求，氣栗的使用顯然會對實驗過程產生影響，因而水壓控制吸取單個細胞適用性更強。細胞運動控制方面，細胞的小尺寸往往需要高倍物鏡進行觀察，而高倍物鏡的視野通常很小，因而需要對細胞實現極為精確的納米甚至亞納米級別的操縱。因此，需要一種基于水壓的亞納米級單細胞運動控制系統。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種基于水壓的亞納米級單細胞運動控制系統。用滑動尺移動臺的升降實現對水壓的控制，進而控制抓取細胞的吸力，用納米級微操平臺對單細胞進行精確的三維控制，并用單軸亞納米定位系統實現對細胞單軸運動的超精密控制。
[0006]為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案是:
本發明包括探針，探針夾持器，探針夾持器夾具，第一轉接板，單軸亞納米定位系統，第二轉接板，微操平臺，滑動尺支撐架，滑動尺，第三轉接板，U形框架，液體容器，三個螺紋轉接頭，兩個魯爾二通閥，注射器和三根醫用硅膠管；滑動尺支撐架垂直固定在工作臺上，滑動尺安裝在滑動尺支撐架側面，第三轉接板固定在滑動尺的移動臺上，U形框架底面固定在第三轉接板上;U形框架內裝有液體容器，液體容器用螺桿固定在U形框架內，液體容器上蓋裝有第一、第二螺紋轉接頭，第一、第二螺紋轉接頭分別與各自的醫用硅膠管的一端連接，第一、第二醫用硅膠管的另一端與各自的魯爾二通閥連接，兩個魯爾二通閥的另一端都能連接注射器，液體容器下蓋裝有第三螺紋轉接頭，第三螺紋轉接頭與第三醫用硅膠管的一端連接，第三醫用硅膠管的另一端連接到探針夾持器的一端，探針夾持器的另一端裝有探針;探針夾持器卡在探針夾持器夾具的彈簧卡槽內，探針夾持器夾具固定在第一轉接板下端螺孔內，第一轉接板上端連接到單軸亞納米定位系統側面，單軸亞納米定位系統背面固定在第二轉接板的表面，第二轉接板固定在微操平臺上。
[0007]所述探針夾持器型號為Narishige公司產品H1-7探針夾持器。
[0008]所述探針夾持器夾具型號為Narishige公司產品HIK-3探針夾持器夾具。
[0009]所述第一轉接板下端設有均勻分布的螺紋孔，滿足探針所需不同高度。
[0010]所述單軸亞納米定位系統型號為Physik Instrument公司產品P-753.10)，行程12微米，閉環精度0.05納米。
[0011 ]所述微操平臺型號為為Sensapex三維微操平臺。
[0012]所述滑動尺型號為Velmex公司產品A1512DE-S1.5快速移動線性平臺。
[0013]本發明具有的有益效果是:
用滑動尺移動臺的升降實現對水壓的控制，進而控制抓取細胞的吸力，用納米級微操平臺對單細胞進行精確的三維控制，并用單軸亞納米定位系統實現對細胞單軸運動的超精密控制。
[0014]本發明主要針對生命科學領域中單細胞精密運動控制問題，同時適用于單個微米顆粒的精密運動控制。用滑動尺移動臺升降對水壓進行精確控制從而實現對探針尖端吸力的控制進行取、放細胞或微米顆粒；用納米級微操平臺對單細胞或單個微米顆粒進行精確的三維控制，并用單軸亞納米定位系統實現對細胞單軸運動的超精密控制，兼具以下優勢:
1)單細胞操作簡便，空間控制精度高且范圍廣(X，Y，Z三軸精度可達?7nm，控制范圍?20mm)，控制過程對活體細胞損傷小；
2)細胞控制穩定，水壓壓力控制精度高。(滑動尺精度0.05毫米)
3)運動控制精密，閉環精度達到0.05納米。
[0015]4)Velmex公司產品A1512DE-S1.5快速移動線性平臺操作簡單直接，移動迅速，使該系統水壓控制操作方便。
[0016]5)由于Sensapex微操平臺三維尺寸小，節省載物臺空間，易于整合到其他復雜實驗系統。
【附圖說明】
[0017]圖1是是本發明的系統結構原理圖。
[0018]圖2是本發明水壓通路的結構圖。
[0019]圖3是亞納米級單細胞運動控制系統的結構圖。
[0020]圖4是本發明滑動尺支撐架的結構圖。
[0021 ]圖5是本發明U形框架的結構圖。
[0022]圖6是本發明第一轉接板的結構圖。
[0023]圖7是本發明第二轉接板的結構圖。
[0024]圖8是本發明第三轉接板的結構圖。
[0025]圖9是本發明所涉及的滑動尺，即Velmex公司產品A1512DE-S1.5快速移動線性平臺的結構圖。
[0026]圖中:1、探針，2、探針夾持器，3、探針夾持器夾具，4、第一轉接板，5、單軸亞納米定位系統，6、第二轉接板，7、微操平臺，8、滑動臺支撐架，9、滑動尺，1、第三轉接板，11、U形框架，12、液體容器，13、螺紋轉接頭。14、魯爾二通閥，15、注射器，16、醫用硅膠管。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0028]如圖1所示，本發明包括探針I，探針夾持器2，探針夾持器夾具3，第一轉接板4，單軸亞納米定位系統5，第二轉接板6，微操平臺7，滑動尺支撐架8，滑動尺9，第三轉接板10，U形框架11，液體容器12，三個螺紋轉接頭13，兩個魯爾二通閥14，注射器15和三根醫用硅膠管16。
[0029 ]如圖1、圖2所示，滑動尺支撐架8垂直固定在工作臺上，滑動尺9安裝在滑動尺支撐架8側面(如圖4所示)，第三轉接板10固定在滑動尺9的移動臺上(如圖8所示)，U形框架11底面固定在第三轉接板10上(如圖5所示)；U形框架11內裝有液體容器12，液體容器12用螺桿固定在U形框架11內，液體容器12上蓋裝有第一、第二螺紋轉接頭13，第一、第二螺紋轉接頭13分別與各自的醫用硅膠管16的一端連接，第一、第二醫用硅膠管16的另一端與各自的魯爾二通閥14連接，兩個魯爾二通閥14的另一端都能連接注射器15，液體容器12下蓋裝有第三螺紋轉接頭13，第三螺紋轉接頭13與第三醫用硅膠管16的一端連接，第三醫用硅膠管16的另一端連接到探針夾持器2的一端，探針夾持器2的另一端裝有探針I;如圖3所示，探針夾持器2卡在探針夾持器夾具3的彈簧卡槽內，探針夾持器夾具3固定在第一轉接板4下端螺孔內(如圖6所示)，第一轉接板4上端連接到單軸亞納米定位系統5側面，單