BG110436A

BG110436A - Микроманипулатор

Info

Publication number: BG110436A
Application number: BG10110436A
Authority: BG
Inventors: Joachim Schryeder; Мохамед АЛ-УАХАБ; Костадин Костадинов
Original assignee: Институт По Механика-Бан
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-02-28
Also published as: BG66278B1

Abstract

Изобретението се отнася до микроманипулатор, който намира приложение за автоматизиране на микро- и наноманипулации в микробиологията и микро- и нанотехнологиите, в областта на флуидите и механиката, както и като регулиращо звено на задействане на релета в електротехниката, медицината, роботиката и други. Микроманипулаторът се състои от кухо тяло (1) и пиезоелементи (2, 3, 4) и се характеризира с това, че в кухото цилиндрично тяло (1) са поместени три пиезоелемента (2, 3, 4), единият край на които е свързан към предната страна (5) на кухото тяло (1), чрез равнинни или сферични връзки (6, 7, 8), а другият край се опира в лагерните гнезда (9, 10, 11) на интегратор (12), който, чрез пружина (13) е свързан към задния край (14) на кухото тяло (1), в предната страна на което има осев отвор, през който минава лост (15), като единият му край е закрепен неподвижно към интегратора (12), а към другия му край, чрез държач (16), е монтирана пипета (17).

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до микроманипулатор, който намира приложение за автоматизиране на микро и нано манипулации в микробиологията и микро- и нанотехнологиите, в областта на флуидите и механиката, както и като регулиращо звено на задействане на релета в елекгротехниката, медицината, роботиката и др.

Предшестващо състояние на техниката

Известно е Пиезоактивно устройство с висока коравина [1], състоящо се от кухо елипсовидно тяло, в чиято кухина по големия диаметър на тялото са разположени два пиезоелемента, единият край на които е закрепен към кухо тяло, а другите им крайща се свързват чрез напрягащ елемент, представляващ две клиновидни тела. Клиновидните тела напрягат пиезоелементите, които от своя страна напрягат механичната конструкция на елипсовидното тяло.

Недостатък на това устройство е, че намалява активната част на преместването, генериращо се от пиезоелементите.

Друг недостатък на устройството е, че има ограничени премествания, поради което не може да се използва в малки работни пространства.

Освен това недостатък е, че ни дава транслационно преместване само по една ос на движение.

Известно е Пиезозадвижващо устройство с усилвател на движение [2], състоящо се от повече от две пиезоустройства, монтирани чрез винтове към долната страна на подвижна маса. Всяко пиезоустройство представлява кухо елипсовидно тяло с разположени по големия му диаметър два пиезоелемента, единият край, на които е закрепен към кухо тяло, а другият им край опира в напрягащ елемент, представляващ две клиновидни тела.

Клиновидните тела напрягат пиезоелементите, които от своя страна напрягат механичната конструкция на елипсовидното тяло. Чрез три или четири такива пиезоустройства се задвижва масата по три оси, две ориентиращи движения и едно транслационно по оста на устройството.

Недостатък на поезозадвижващото устройство са ограничените му движения спрямо големината на устройството, което го прави неподходящо за манипулации на биологични и други микрообекти.

Техничеста същност

Задачата на изобретението е да се създаде микроманипулатор за биологични микрообекти, който да позволи автоматизиране на процеса - инжектиране на клетки чрез точно позициониране и ориентиране на пипетата спрямо клетки и други микрообекти.

Задачата се осъществява от микроманипулатор, състоящ се от кухо цилиндрично тяло /1/, в което са поместени три пиезоелемента /2,3,4/, единият край на които е свързан към предната страна /5/ на кухото тяло /1/, чрез равнинни или сферични връзки /6,7,8/, а другият им край опира в лагерни гнезда /9,10,11/ на интегратор /12/, който чрез пружина /13/ е свързан към задния край /14/ на кухото тяло /1/. Предната страна /5/ на кухото тяло /1 / има осев отвор, през който минава лост /15/, на който единият му край е закрепен неподвижно към интегратора /12/, а към другият му край чрез държач /16/ е монтирана пипета /17/.

Трите пиезоелемента са взимно пространствено ориентирани на 120 градуса, а равнините или сферичните връзки /6,7,8/ са предварително напрегнати чрез пружина /18/ за гарантиране на желаната коравина на механичната система.

Предимство на микроманипулатора е неговата малка, компактна и опростена конструкция.

Друго предимство е, че трите пиезоелемента релизират бързи ориенитращи и позиционираши движения при инжектиране на биологични клетки до 800 микрона.

Освен това предимство е, че микроманипулаторяа не се нуждае от допълнителни сили за напрягане на конструкцията, като по този начин се използва цялото движение за реализиране на бързи позициониращи и ориентиращи движения.

Предимство е, че микроманипулатора позволява автоматизиране на процеса - инжектиране на клетки, с което се увеличава производителността и се намалява риска от унищожаване на клетките.

Описание на приложените фигури

Изобретението се пояснява от приложените фигури, където:

Фигура 1 представлява общ вид на микроманипулатора в три проекции, реализиран с два пиезоелемента;

Фигура 2 представлява общ вид на микроманипулатора в три проекции, реализиран с три пиезоелемента;

Фигура 3 представлява общ вид на роботизираната система.

• ft • · • ft ft • · · · • ·

Пример за изпълнение

Задачата се осъществява от микроманипулатор, състоящ се от кухоцилиндрично тяло /1/, в което са поместени три пиезоелемента /2,3,4/, единият край на които е свързан към предната страна /5/ на кухото тяло /1/, чрез равнинни или сферични връзки /6,7,8/, а другият им край опира в лагерни гнезда /9,10,11/ на интегратор /12/, който чрез пружина /13/ е свързан към задния край /14/ на кухото тяло /1/. Предната страна /5/ на кухото тяло /1/ има осев отвор, през който минава лост /15/, на който единият му край е закрепен неподвижно към интегратора /12/, а към другият му край чрез държач /16/ е монтирана пипета /17/.

Използване на изобретението

Изобретението работи по следния начин:

За изпълнение на процеса автоматизирано инжектиране на клетки от контролния блок 18 се изработват управляващи сигнали към робота 19, който довежда пипетата 17 на микроманипулатора 20 в зоната на държателя на клетки 21. От контролния блок 18 се изработвар управляващи сигнали към един или няколко от пиезоелементите 2, 3, 4 на микроманипулатора 20. В случая когато се подава на един се реализира ориентиращо микропреместване на пипетата 17, разположено на 120 градуса спрямо същите микропремествания на пипетата 17, реализирани от другите два пиезоелемента в случая когато само на тях поотделно се подават управляващи сигнали. При произволна комбинация от съвместната работа на два или трите пиезоелемента 2, 3,4 се постига произволна ориентация на пипетата 17 в равнината ХУ. В случая когато управляващият сигнал е еднакъв и се подава едновременно на трите пиезоелемента 2, 3, 4 се реализира транслационно микропреместване по ос перпендикулярна на равнината ХУ за инжектиране на клетки с пипета 17. Така след управляема поредица от ориентиращи инжектиращи микропремествания на пиезоактуаторите 2, 3, 4 микроманипулаторът 189 извършва автоматизирано инжектиране на клетките от матрицата на държателя 21 при визуално наблюдение на процеса чрез сифрова видеокамера 22.

Литература:

Claims

Патентни претенции

1. Микроманипулатор, състоящ се от кухо тяло /1/ и пиезоелементи /2,3,4/, характеризиращ се с това, че в кухо цилиндрично тяло /1/ са поместени три пиезоелемента /2,3,4/, единият край на които е свързан към предната страна /5/ на кухото тяло /1/, чрез равнинни или сферични връзки /6,7,8/, а другият край се опира в лагерните гнезда /9,10,11/ на интегратор /12/, който, чрез пружина /13/ е свързан към задния край /14/ на кухото тяло /1/, има осев отвор, през който минава лост /15/, на който единият му край е закрепен неподвижно към интегратора /12/, а към другия му край, чрез държач /16/, е монтирана пипета /17/.
2. Микроманипулатор, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че трите пиезоелемента /2,3,4/ са взаимно ориентирани на 120 градуса.
3. Микроманипулатор, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че равнините или сферичните връзки /6,7,8/ са предварително напрегнати чрез пружина /13/.