CN102268363A - 显微注射机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显微注射机构，其包括显微注射器、与显微注射器连接的注射器套筒、与注射器套筒连接的封装式陶瓷组件以及若干辅助固定件，所述封装式陶瓷组件包括形状记忆合金以及与形状记忆合金连接的压电陶瓷。本发明显微注射机构采用形状记忆合金与压电陶瓷复合驱动的结构，所述形状记忆合金可以实现较大位移的调节，所述压电陶瓷可以实现较小位移的调节，并且，所述压电陶瓷具有较高定位精度，所以在保证显微注射机构具有高定位精度的同时，能够具有较大的输出位移。

Description

显微注射机构

技术领域

本发明涉及一种显微注射机构，尤其是涉及一种由压电陶瓷和形状记忆合金复合驱动的显微注射机构。

背景技术

显微注射器是生物科学领域进行细胞核移植、显微注射及转基因注射显微操作必备的装置，而显微注射机构则是显微注射环节中的关键结构。现有细胞注射普遍采用机械传动式、液压球铰式等驱动方式进行显微注射，操作者为减小微注射针刺膜引起的细胞变形，大多会采用注射针回吸方法在细胞膜上凿一个通孔，供微注射针进退。该过程操作繁琐、生产效率低且易损伤细胞。最新细胞注射系统出现了电动微操作手，提高了微注射针初始对针自动化程度，但由于刺膜瞬时速度低和定位精度不高等不足，无法满足细胞注射实验要求。

现有技术中的一种微注射装置，包括微注射器以及微操作持卵器。微注射器包括具有移动控制旋钮和移动部件的微操作器、与移动部件相联的持针器、注射针，微注射器的移动部件以及设于持针器之间的一个超声波换能器晶片。该种微注射装置可明显提高显微注射精确率、操作效率，减少注射针对卵细胞的损伤，但是，此种结构微注射装置的有效行程非常小，未能解决注射针刺膜速度和定位精度与有效行程之间的矛盾。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的显微注射机构，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种显微注射机构，该显微注射机构具有输出位移大以及定位精度高的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种显微注射机构，包括显微注射器、与显微注射器连接的注射器套筒、与注射器套筒连接的封装式陶瓷组件以及若干辅助固定件，所述封装式陶瓷组件包括形状记忆合金以及与形状记忆合金连接的压电陶瓷。

优选的，在上述显微注射机构中，所述形状记忆合金设有与一个电流输出端相连接的合金引线输入端。

优选的，在上述显微注射机构中，所述压电陶瓷设有与一个驱动电源线连接的陶瓷引线输入端。

优选的，在上述显微注射机构中，所述压电陶瓷包括柱状主体部、位于主体部一端且直径小于主体部的柱状连接柱以及位于主体部另一端的压接部。

优选的，在上述显微注射机构中，所述形状记忆合金的一端与压接部连接。

优选的，在上述显微注射机构中，所述封装式陶瓷组件还包括柔性铰链，所述柔性铰链的一端与连接柱铰接。

优选的，在上述显微注射机构中，所述封装式陶瓷组件还包括封装形状记忆合金、压电陶瓷以及柔性铰链的封装外壳，所述形状记忆合金的另一端与封装外壳固连，所述柔性铰链的另一端与封装外壳固连，所述连接柱凸出封装外壳的外表面。

优选的，在上述显微注射机构中，还包括陶瓷套筒，所述封装式陶瓷组件包括驱动端以及固定端，所述注射器套筒设有第一安装孔，所述驱动端套入第一安装孔中，所述固定端套入陶瓷套筒中并通过辅助固定件与陶瓷套筒固定在一起。

优选的，在上述显微注射机构中，所述注射器套筒还设有第二安装孔，所述显微注射器套入第二安装孔中。

优选的，在上述显微注射机构中，所述显微注射器包括显微注射针头、密封橡胶圈以及注射夹持器，所述注射夹持器套入第二安装孔中并通过辅助固定件与注射器套筒固定在一起。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例的显微注射机构采用形状记忆合金与压电陶瓷复合驱动的结构，所述形状记忆合金可以实现较大位移的调节，所述压电陶瓷可以实现较小位移的调节，并且，所述压电陶瓷具有较高定位精度，所以在保证显微注射机构具有高定位精度的同时，能够具有较大的输出位移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明显微注射机构的立体图；

图2是本发明显微注射机构的另一状态立体图；

图3是本发明显微注射机构中的压电陶瓷的立体图；

图4是本发明显微注射机构中的封装式陶瓷组件的内部结构示意图。

1、显微注射针头    2、密封橡胶圈    3、显微注射夹持器    4、注射器套筒    5、第一螺钉    6、第二螺钉    7、陶瓷套筒    8、第三螺钉    9、封装式陶瓷组件    10、第四螺钉    11、形状记忆合金    12、压电陶瓷    13、柔性铰链    14、封装外壳    15、陶瓷引线输入端    16、合金引线输入端17、主体部    18、连接柱    19、压接部

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种显微注射机构，用以对细胞进行注射，该显微注射机构具有输出位移大以及定位精度高的特点。

请参阅图1及图2所示，所述显微注射机构包括显微注射器、与显微注射器连接的注射器套筒4、与注射器套筒4连接的封装式陶瓷组件9、套在封装式陶瓷组件9外部的陶瓷套筒7以及若干辅助固定件。在本发明实施例中，所述若干辅助固定件包括第一螺钉5、第二螺钉6、第三螺钉8以及第四螺钉10。

请参阅图2所示，所述显微注射器包括显微注射针头1、密封橡胶圈2以及注射夹持器3。所述注射夹持器3套入注射器套筒4中并通过第一螺钉5与注射器套筒固定在一起。

请参阅图2所示，所述注射器套筒4包括位于下方的第一基部以及位于上方且与第一基部垂直连接的第二基部。所述第一基部设有第一安装孔，所述封装式陶瓷组件9套入第一安装孔中。所述第二基部设有沿第二基部的延伸方向贯穿第二基部的第二安装孔以及沿垂直第二基部的延伸方向凹陷的螺孔。所述注射夹持器3套入第二安装孔中，然后将所述第一螺钉5拧入螺孔以使得注射夹持器3与注射器套筒4固定在一起。

请参阅图2及图4所示，所述封装式陶瓷组件9包括形状记忆合金11、与形状记忆合金11连接的压电陶瓷12以及柔性铰链13。所述形状记忆合金11及柔性铰链13分别位于压电陶瓷12的两端且分别从两端定位压电陶瓷12，以此保证压电陶瓷12的位置稳定。所述形状记忆合金这种材料具有特殊的形状记忆功能，能够输出较大的位移，而且可以通过外界条件的变化改变自身刚度，进而改变整个系统的响应频率；除此之外形状记忆合金还具有良好的减振效果，因此，将利用形状记忆合金材料的显微注射驱动的结构运用到细胞显微注射领域，可以明显提高细胞显微注射操作的成功率。所述压电陶瓷12具有相对较高的响应速度和定位精度，所以注射精确率、操作效率相对较高。

所述形状记忆合金11设有与一个电流输出端相连接的合金引线输入端16。所述压电陶瓷12设有与一个驱动电源线连接的陶瓷引线输入端15。如此设置，通过合金引线输入端16传输的电流来驱动形状记忆合金11实现较大位移(毫米级)调节，通过陶瓷引线输入端15传输的电压来驱动压电陶瓷实现较小位移(微米级)的调节。所述压电陶瓷12具有相对较高的响应速度和定位精度。

请参阅图3所示，所述压电陶瓷12包括柱状主体部17、位于主体部17一端且直径小于主体部17的柱状连接柱18以及位于主体部17另一端的压接部19。所述封装式陶瓷组件9还包括封装形状记忆合金11、压电陶瓷12以及柔性铰链13的封装外壳14。所述形状记忆合金11的一端与压接部19连接，所述形状记忆合金11的另一端与封装外壳14固连。所述柔性铰链13的一端与连接柱18铰接，所述柔性铰链13的另一端与封装外壳14固连。所述连接柱18凸出封装外壳14的外表面。

所述封装式陶瓷组件9包括驱动端以及固定端，所述驱动端套入注射器套筒4的第一安装孔中并通过第四螺钉10将驱动端与注射器套筒4拧紧。所述固定端套入陶瓷套筒7中并通过第二螺钉6及第三螺钉8将固定端与陶瓷套筒7固定在一起。

在本实施方式中，所有零件间的连接均采用机械连接方法，即TiZrCuNi钎焊法，如此设置，可以改善连接处的性能，并能提高连接处的抗剪强度。

本实施方式显微注射机构的工作原理是：用微型机械手夹持住陶瓷套筒7，手动调整好角度与位置后，由电流驱动形状记忆合金11，所述形状记忆合金11受电流作用伸长，形状记忆合金11将产生较大位移输出，在形状记忆合金11伸长过程中，所述形状记忆合金11推动压电陶瓷12和注射夹持器3向前移动，使得显微注射针头1逐渐接近需要注射的细胞表面，然后由驱动电源输出电压驱动压电陶瓷12实现微位移调节，所述显微注射机构振动过程中刺破细胞膜，随后即完成细胞注射。

在本实施方式显微注射机构中，所述形状记忆合金11具有记忆功能，所述形状记忆合金11因为受力膨胀运动后，如果达到本身的记忆温度时，所述形状记忆合金11将自动恢复变形前的原有形状。

形状记忆合金11与压电陶瓷12串联时频率响应公式为：

$\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{k}{m}}$

$k=\frac{1}{1/k_1+1/k_2}$

(其中：k1为压电陶瓷12刚度，k2为形状记忆合金11刚度，k为串联后刚度，m为质量，ω为频率)

参照上面公式可知，在本发明实施例显微注射机构输入电流后，所述形状记忆合金11的温度会改变，通过调节输入电流的大小，可以改变形状记忆合金11的温度，所述形状记忆合金11的刚度会随着温度的变化而变化，进而可以改变整个系统的响应频率。

本发明实施例的显微注射机构采用形状记忆合金11与压电陶瓷12复合驱动的结构，所述形状记忆合金11可以实现较大位移的调节，所述压电陶瓷12可以实现较小位移的调节，并且，所述压电陶瓷12具有较高定位精度，所以在保证显微注射机构具有高定位精度的同时，能够具有较大的输出位移。

本发明实施例的显微注射机构的形状记忆合金11设有与一个电流输出端相连接的合金引线输入端16，所述压电陶瓷12设有与一个驱动电源线连接的陶瓷引线输入端15，通过合金引线输入端16传输的电流来驱动形状记忆合金11实现较大位移(毫米级)调节，通过陶瓷引线输入端15传输的电压来驱动压电陶瓷实现较小位移(微米级)的调节，使得整个显微注射机构在保证定位精度的同时，可以输出较大位移。

本发明实施例的显微注射机构中通过输入电流来改变形状记忆合金11的温度，所述形状记忆合金11的刚度会随着温度的变化而变化，所以通过调节输入电流的大小来改变形状记忆合金11的刚度，进而可以改变整个系统的响应频率。

本发明实施例的显微注射机构中，所述形状记忆合金11具有记忆功能，所述形状记忆合金11因为受力膨胀运动后，如果达到本身的记忆温度时，所述形状记忆合金11将自动恢复变形前的原有形状。

本发明实施例的显微注射机构采用形状记忆合金这种材料，因为形状记忆合金这种材料具有特殊的形状记忆功能，能够输出较大的位移，而且可以通过外界条件的变化改变自身刚度，进而改变整个系统的响应频率；除此之外形状记忆合金还具有良好的减振效果，因此，将形状记忆合金材料的显微注射驱动的结构运用到细胞显微注射领域，可以明显提高细胞显微注射操作的成功率。

本发明实施例的显微注射机构采用压电陶瓷12这种结构，因为压电陶瓷12具有相对较高的响应速度和定位精度，所以注射精确率、操作效率相对较高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种显微注射机构，其特征在于，包括显微注射器、与显微注射器连接的注射器套筒(4)、与注射器套筒(4)连接的封装式陶瓷组件(9)以及若干辅助固定件，所述封装式陶瓷组件(9)包括形状记忆合金(11)以及与形状记忆合金(11)连接的压电陶瓷(12)。

2.根据权利要求1所述显微注射机构，其特征在于，所述形状记忆合金(11)设有与一个电流输出端相连接的合金引线输入端(16)。

3.根据权利要求1所述显微注射机构，其特征在于，所述压电陶瓷(12)设有与一个驱动电源线连接的陶瓷引线输入端(15)。

4.根据权利要求1所述显微注射机构，其特征在于，所述压电陶瓷(12)包括柱状主体部(17)、位于主体部一端且直径小于主体部的柱状连接柱(18)以及位于主体部另一端的压接部(19)。

5.根据权利要求4所述显微注射机构，其特征在于，所述形状记忆合金的一端与压接部(19)连接。

6.根据权利要求5所述显微注射机构，其特征在于，所述封装式陶瓷组件(9)还包括柔性铰链(13)，所述柔性铰链(13)的一端与连接柱(18)铰接。

7.根据权利要求6所述显微注射机构，其特征在于，所述封装式陶瓷组件(9)还包括封装形状记忆合金(11)、压电陶瓷(12)以及柔性铰链(13)的封装外壳(14)，所述形状记忆合金(11)的另一端与封装外壳(14)固连，所述柔性铰链(13)的另一端与封装外壳(14)固连，所述连接柱凸出封装外壳(14)的外表面。

8.根据权利要求1所述显微注射机构，其特征在于，还包括陶瓷套筒(7)，所述封装式陶瓷组件(9)包括驱动端以及固定端，所述注射器套筒(4)设有第一安装孔，所述驱动端套入第一安装孔中，所述固定端套入陶瓷套筒(7)中并通过辅助固定件与陶瓷套筒(7)固定在一起。

9.根据权利要求8所述显微注射机构，其特征在于，所述注射器套筒(4)还设有第二安装孔，所述显微注射器套入第二安装孔中。

10.根据权利要求9所述显微注射机构，其特征在于，所述显微注射器包括显微注射针头(1)、密封橡胶圈(2)以及注射夹持器(3)，所述注射夹持器(3)套入第二安装孔中并通过辅助固定件与注射器套筒(4)固定在一起。

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