BG66278B1

BG66278B1 - Micromanipulator

Info

Publication number: BG66278B1
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: 2012-12-28
Also published as: BG110436A

Abstract

The invention refers to a micromanipulator which finds applications in the automaton of micro- and nano-manipulations in microbiology and in micro- and nano-technologies, in the field of fluids and mechanics, as well as a regulating unit for actuating relays in electrical engineering, medicine, robotics, and others. The micromanipulator consists of a void cylindrical unit (1) and of positioned init three piezoelements (2, 3, 4), one end of which is connected with the front side (5) of the void unit (1) by means of plane and spherical links (6, 7 8) while the other end touches the bearing nests (9, 10, 11) of an integrator (12), which is connected through the spring (13) is attached to the back end (14) of the void unit (1), in the fore side of which there is an axis opening, through which the lever (15) passes one end of which is immovably fastened to the integrator (12), while to the other end, by means of a holder (16), a pipette (17) is fixed.

Description

Област на техникатаTechnical field

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 др.The invention relates to a micromanipulator, which is used for automation of micro- and nano-manipulations in microbiology and micro- and nanotechnology, in the field of fluids and mechanics, as well as a control unit for actuating relays in electrical engineering, medicine, robotics, etc.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

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 краища се свързват чрез напрягащ елемент, представляващ две клиновидни тела. Клиновидните тела напрягат пиезоелементите, които от своя страна напрягат механичната конструкция на елипсовидното тяло.A high-rigidity piezoactive device [1] is known, consisting of a hollow ellipsoid body, in which a cavity along the large diameter of the body contains two piezoelectric elements, one end of which is attached to a hollow body and the other ends are connected by a tension element. representing two wedge-shaped bodies. The wedge-shaped bodies strain the piezoelectric elements, which in turn strain the mechanical construction of the ellipsoid body.

Недостатък на това устройство е, че намалява активната част на преместването, генериращо се от пиезоелементите.The disadvantage of this device is that it reduces the active part of the displacement generated by the piezo elements.

Друг недостатък на устройството е, че има ограничени премествания, поради което не може да се използва в малки работни пространства.Another drawback of the device is that it has limited displacements and therefore cannot be used in small workspaces.

Освен това недостатък е, че ни дава транслационно преместване само по една ос на движение.The disadvantage is that it gives us translational movement on only one axis of motion.

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.A piezoelectric actuator with a motion amplifier [2] is known, consisting of more than two piezoelectric devices mounted by screws to the underside of a movable mass. Each piezoelectric device is a hollow elliptical body with two large piezoelectric elements arranged in its large diameter, one end of which is attached to a hollow body and the other end rests on a tension element representing two wedge-shaped bodies.

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.The wedge-shaped bodies strain the piezoelectric elements, which in turn strain the mechanical construction of the ellipsoid body. Through three or four such piezoelectric devices, the mass is driven on three axes, two orienting motions and one translational along the axis of the device.

Недостатък на пиезозадвижващото уст ройство са ограничените му движения спрямо големината на устройството, което го прави неподходящо за манипулации на биологични и други микрообекти.A disadvantage of the piezoelectric device is its limited movement relative to the size of the device, which makes it unsuitable for manipulation of biological and other micro-objects.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

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.It is an object of the invention to provide a micromanipulator for biological micro-objects that enables the automation of the cell injection process by accurately positioning and orienting the pipette to cells and other micro-objects.

Задачата се осъществява от микроманипулатор, състоящ се от кухо цилиндрично тяло, в което са поместени три пиезоелемента, единият край на които е свързан към предната страна на кухото тяло, чрез равнинни или сферични връзки, а другият им край опира в лагерни гнезда на интегратор, който чрез пружина е свързан към задния край на кухото тяло . Предната страна на кухото тяло има осев отвор, през който минава лост, на който единият му край е закрепен неподвижно към интегратора, а към другия му край чрез държач е монтирана пипета.The task is performed by a micromanipulator consisting of a hollow cylindrical body, in which three piezoelements are placed, one end of which is connected to the front of the hollow body by plane or spherical connections, and the other end rests in integrator sockets, which is connected by a spring to the back end of the hollow body. The front of the hollow body has an axial opening through which a lever passes, at which one end is fixed to the integrator and a pipette is attached to its other end by a holder.

Трите пиезоелемента са взаимно пространствено ориентирани на 120 градуса, а равнините или сферичните връзки са предварително напрегнати чрез пружина за гарантиране на желаната коравина на механичната система.The three piezoelectric elements are spatially oriented at 120 degrees, and the planes or spherical connections are pre-stressed by a spring to guarantee the desired rigidity of the mechanical system.

Предимство на микроманипулатора е неговата малка, компактна и опростена конструкция.The advantage of a micromanipulator is its small, compact and simple design.

Друго предимство е, че трите пиезоелемента реализират бързи ориентиращи и позициониращи движения при инжектиране на биологични клетки до 800 микрона.Another advantage is that the three piezoelectric elements produce rapid orienting and positioning movements when injecting biological cells up to 800 microns.

Освен това предимство е, че микроманипулаторът 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.The advantage is that the micromanipulator does not require additional forces to exert the structure, thus utilizing the entire movement for quick positioning and orientation movements.

Предимство е, че микроманипулаторът позволява автоматизиране на процеса - инжектиране на клетки, с което се увеличава производителността и се намалява риска от унищожаване на клетките.The advantage is that the micromanipulator allows the automation of the process - injection of cells, which increases productivity and reduces the risk of cell destruction.

Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures

Изобретението се пояснява от приложенитеThe invention is illustrated by the attached

66278 Bl фигури,където:66278 Bl figures where:

Фигура 1 представлява общ вид на микроманипулатора в три проекции, реализиран с два пиезоелемента;Figure 1 is a general view of a micromanipulator in three projections realized with two piezoelectric elements;

фигура 2 представлява общ вид на микроманипулатора в три проекции, реализиран с три пиезоелемента;Figure 2 is a general view of a micromanipulator in three projections realized with three piezoelectric elements;

фигура 3 представлява общ вид на роботизираната система.Figure 3 is a general view of a robotic system.

Пример за изпълнение на изобретениетоAn embodiment of the invention

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 другия му край чрез държач 16 е монтирана пипета 17.The task is performed by a micromanipulator consisting of a hollow cylindrical body 1, which houses three piezoelectric elements 2, 3,4, one end of which is connected to the front side 5 of the hollow body 1, by plane or spherical connections 6, 7, 8 and their other end rests in the bearing sockets 9, 10, 11 of the integrator 12, which through a spring 13 is connected to the rear end 14 of the hollow body 1. The front side 5 of the hollow body 1 has an axial opening through which a lever 15 passes. on which one end is fixed to the integrator 12, and to its other end by a holder 16 is mounted and pipette 17.

Трите пиезоелемента са взаимно 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.The three piezoelectric elements are spatially oriented at 120 degrees, and the planes or spherical connections 6, 7, 8 are pre-stressed by a spring 18 to guarantee the desired rigidity of the mechanical system.

Използване на изобретениетоUse of the invention

Изобретението работи по следния начин.The invention works as follows.

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 изработват 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 са мо 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.In order to perform the process of automated injection of cells from the control unit 18, control signals are generated to the robot 19, which feeds the pipettes 17 of the micromanipulator 20 into the area of the cell holder 21. From the control unit 18, control signals are generated to one or more of the piezoelements 2 , 3.4 of the micromanipulator 20. In the case of feeding one, an orienting micromanage of the pipette 17 is arranged, 120 degrees relative to the same micromanagement of the pipette 17, realized by the other two piezoelements in when they are individually control signals are given to them. By arbitrary combination of the joint work of two or three piezoelectric elements 2,3, 4, an arbitrary orientation of the pipette 17 in the XY plane is achieved. In the case where the control signal is the same and is transmitted simultaneously to the three piezoelectric elements 2, 3, 4, translational micro-displacement is realized along an axis perpendicular to the XU plane for injection of cells with a pipette 17. Thus, after a controlled series of orienting-injecting microprojections of the piezoelements The 3.4 micromanulator 189 performs an automated injection of cells from the holder matrix 21 upon visual observation of the process through a encryption video camera 22.

Claims

A micromanipulator consisting of a hollow body (1) and a piezoelectric element (2, 3,4), characterized in that the three hollow cylindrical body (1) contains three piezoelements (2, 3, 4), one end of which is connected to the front (5) of the hollow body (1) by plane or spherical connections (6,7,8) and the other end rests on the bearing sockets (9, 10, 11) of the integrator (12), which it is connected by a spring (13) to the rear end (14) of the hollow body (1) having an axial opening through which a lever (15) passes, to which one end is fixed to the integrator (12) and to the other its over, chr a pipette (17) is mounted on the holder (16).

Micromanipulator according to claim 1, characterized in that the three piezoelectric elements (2, 3, 4) are oriented 120 degrees apart.

Micromanipulator according to claim 1, characterized in that the planes or spherical connections (6, 7, 8) are pre-stressed by a spring (13).