BG66277B1

BG66277B1 - Робот за микро и нано манипулации

Info

Publication number: BG66277B1
Application number: BG10110432A
Authority: BG
Inventors: Костадин Костадинов; Димитър ЧАКЪРОВ; Тихомир ТЯНКОВ; Florin IONESCU
Original assignee: Институт По Механика-Бан
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2012-12-28
Also published as: BG110432A

Abstract

Роботът намира приложение в областта на микро- и нанотехнологиите за автоматизиране на микро- и наноманипулации, по-специално манипулации на биологични клетки. Роботът за микро- и наноманипулации се състои от макроманипулатор (1), към който е монтиран микроманипулатор, състоящ се от кухо тяло (2), в чиято кухина са поместени разпределител (3), свързан чрез еластична връзка (4) с кухото тяло (2) и три пиезоактуатора (5, 6 и 11), като пиезоактуаторите (5 и 6) в единия си край са свързани с разпределителя (3) чрез сферични стави (7 и 8), а в другия си край те са свързани с кухото тяло (2) чрез еластични връзки (9 и 10). Третият пиезоактуатор (11) в единия си край е монтиран към разпределителя (3), а към другия му край, чрез държач (12), е монтирана пипета (13).

Description

Изобретението се отнася до робот, който ще намери приложение в областта на микро- и нанотехнологиите за автоматизиране на микрои наноманипулации, по-специално, манипулации на биологични клетки.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е апарат за микроманипулации на биологични спесимени под оптичен контрол [1], състоящ се от микроманипулатор с хващач, задвижван от управляеми актуатори. Към апарата е монтиран микроскоп с управляема фокусна система и лост за управление, които чрез контролен панел са свързани с управляемите актуатори. Манипулациите се извършват чрез телеуправление.

Недостатък на апарата е, че не позволява автоматизация на процеса.

Друг недостатък е, че използваните актуатори не са подходящи за бързо проникване в клетки без да разрушат клетъчното ядро.

Освен това недостатък е, че в процеса на телеуправление съществува риск от заразяване на клетките от оператора, извършващ манипулацията, чрез нарушаване на стерилността на средата.

Известно е устройство, предназначено за преместване на биологични микрообекти [2] от техния основен субстракт в друг субстракт. Устройството се състои от микроманипулатор с подвижна пипета, която е свързана с микрогенератор за налягане, чрез която се засмукват, фиксират и преместват биологичните обекти.

Недостатък на устройството е, че използваните актуатори не позволяват с необходима точност да се извърши инжектиране на клетките.

Техническа същност на изобретението

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

Задачата се осъществява с робот, включващ макроманипулатор, към който е монтиран микроманипулатор, състоящ се от кухо тяло, в чиято кухина са поместени разпределител, свързан чрез еластична връзка с кухото тяло и три пиезоактуатора, като два от пиезоактуаторите в единия си край са свързани с разпределителя чрез сферични стави, а в другия си край тези пиезоактуатори са свързани с кухото тяло чрез еластични връзки, при което осъществяват позициониращи движения на трети пиезоактуатор, който в единия си край е монтиран към разпределителя, а към другия му край чрез държач е монтирана пипета, която извършва инжектиращи движения. Трите пиезоактуатора са взаимно перпендикулярни, а еластичните връзки са предварително напрегнати.

Предимство на робота е, че осигурява бързи инжектиращи движения, чрез пиезоактуатор с пипета.

Друго предимство е, че роботът не разрушава ядрото на клетките в процеса на инжектиране, което е постигнато чрез два взаимно перпендикулярни пиезоактуатора с натегнати еластични стави без хлабина.

Освен това предимство е, че роботът позволява автоматизиране на процеса на инжектиране на клетки, с което се увеличава производителността и се намалява риска от заразяване на клетките.

Пояснение на приложените фигури

Фигура 1 представлява общ вид на робота за микро- и наноманипулации;

фигура 2 представлява разрез в две проекции а) и б) на робота за микро- и наноманипулации.

Пример за изпълнение на изобретението

Роботът за микро- и наноманипулации се състои от макроманипулатор 1, към който е монтиран микроманипулатор, състоящ се от кухо тяло 2, в чиято кухина са поместени разпределител 3, свързан чрез еластична връзка 4 с кухото тяло 2 и три пиезоактуатора 5, 6 и 11, като пиезоактуаторите 5 и 6 в единия си край са свързани с разпределителя 3 чрез сферични стави 7 и 8, а в другия си край, тези пиезоактуатори 5 и 6 са свързани с кухото тяло 2 чрез еластични

66277 Bl връзки 9 и 10, при което те осъществяват позициониращи движения на трети пиезоактуатор 11, извършващ инжектиращи движения, който в единия си край е монтиран към разпределителя 3, а към другия му край чрез държач 12 е монтирана пипета 13. Трите пиезоактуатора 5,6 и 11 са взаимно перпендикулярни, а еластичните връзки 4, 9 и 10 са предварително напрегнати. От една страна на пипетата 13 е разположен обективът на микроскоп 15 за визуализиране на процеса, а под микроскопа 15 е поставен държателят 14 на клетки за инжектиране. Клетките са предварително фиксирани в правоъгълна матрица на държателя на клетки 14. Пиезодвигателите 5, 6 и 11, както и макроманипулаторът 1 и микроскопът 15 са свързани чрез кабели с контролен блок 16.

Използване на изобретението

За изпълнение на процеса автоматизирано инжектиране на клетки от контролния блок 16 се подават управляващи сигнали към макроманипулатора 1, който довежда пипетата 13 на микроробота в зоната на държателя на клетки 14. От контролния блок 16 се подават управляващи сигнали към пиезоактуаторите 5 и 6 на робота, в резултат на което те извършват позициониращи микропремествания в две перпендикулярни посоки съобразно местата на клетките в правоъгълната матрица на държателя 14. Микроскопът 15 е снабден със CCD камера, която изпраща цифрова картина на процеса в контролния блок 16, където съгласно алгоритъма на управление се извършват корекции в управляващите сигнали към пиезоактуаторите. Сигналите от контролния блок 16 към пиезоактуатора 11 водят до извършване на инжектиращи микродвижения на държача 12 с пипетата

13. Пиезоактуаторът 11 осигурява бързи инжек тиращи движения на пипетата 13, която пробива клетката без да разрушава ядрото й. Така след поредица от позициониращи - инжектиращи микропремествания на пиезоактуаторите 5, 6 и 11, 5 се извършва автоматизирано инжектиране на клетките от матрицата на държателя 14, с което се увеличава производителността и се намалява риска от заразяване на клетките.

Claims

1. Робот за микро- и наноманипулации, състоящ се от микроманипулатор с пипета, актуатори и микроскоп, характеризиращ се с това, че микроманипулаторът (2) с пипетата (13) е монтиран на макроманипулатор (1), като микроманипулаторът представлява кухо тяло (2), в чиято кухина са поместени разпределител (3), свързан чрез еластична връзка (4) с кухото тяло (2) и три пиезоактуатора (5, 6 и 11), като пиезоактуаторите (5 и 6) в единия си край са свързани с разпределителя (3) чрез сферични стави (7 и 8), а в другия си край, тези пиезоактуатори (5 и 6) са свързани чрез еластични връзки (9 и 10) с кухото тяло (2), а третият пиезоактуатор (11) в единия

25 си край е монтиран към разпределителя (3), а на другия му край чрез държач (12) е монтирана пипетата (13).

2. Робот за микро - и наноманипулации съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че пиезоактуаторите (5, 6 и 11) са взаимно перпендикулярни.

3. Робот за микро- и наноманипулации съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че еластичните връзки (4,9 и 10) са предварително ^J5 напрегнати.