CN102510899A - 用于产生工具运动的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生工具的运动的系统，尤其应用于生物细胞材料的操作，包括设备，其设置有工具部分，在工具部分处能够布置有工具，并且至少一个致动器元件布置成移动工具部分，系统还包括系统控制装置，其设有控制器件，控制器件被构造为使设备借助至少一个致动器元件执行工具部分的脉冲运动，脉冲运动从工具部分的第一位置开始，使工具部分移动至第二位置，并且使工具部分从第二位置移动至第三位置或返回到第一位置，系统还包括进给运动装置，进给运动装置分别联结到工具部分或者联结到设备，并且能够提供工具部分的进给运动，控制器件被构造为控制工具部分的进给运动，其中控制器件被构造为使得工具部分执行包括进给运动和脉冲运动的组合运动，其中通过控制器件提供和预先确定脉冲运动期间的第一时刻与进给运动期间的第二时刻之间的时间移位。另外，提供一种对应的用于产生工具运动的方法。

Description

用于产生工具运动的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于产生工具运动的系统和方法，尤其是应用于软生物细胞材料。用于产生工具运动的系统优选地包括用于执行工具运动的设备和同样用于执行所述工具运动的构造，其中所述构造可以包括控制工具运动的程序代码。

根据本发明的“系统”指的是类别“设备”的主题。因此，具体而言，在本发明的说明书以及权利要求1和15中使用的术语“系统”可以任选地在形式上用术语“组合设备”代替。

背景技术

这样的设备和方法在生物医学应用中是已知的，例如尤其是用于细胞的去核和移核。在人类或动物细胞的体外受精(IVF)领域中，已知所谓的精子卵浆内注射(ICSI)的方法，这是体外受精过程，在该过程中，单个精子被注射到卵细胞(卵母细胞)中。小鼠或大鼠的卵母细胞的直径通常为100至120μm。这种较大的细胞允许机械地处理涉及的生物成分。在显微镜下用微操纵装置执行ICSI方法，具体地，该微操纵装置包括用于精确定位的微操纵器，用于施加压力或进给例如几微升级别的小体积的微注射器，同时用于引导小体积流动路径且用于与活的细胞接触的微毛细部件。通过微注射器施加的微微抽吸由保持毛细部件稳定卵母细胞。从相对侧，具有通常仅仅几(例如7)μm的开口直径的薄的中空玻璃微毛细部件用来收集单个精子，通过利用微毛细部件的末端切精子的尾部而将其固定。微毛细部件刺穿卵膜并且进入到卵母细胞(细胞质)的内部。然后精子被释放到卵母细胞中。在ICSI期间，卵母细胞必须被微毛细部件刺穿。由此，卵母细胞的外部保护壳(透明膜环)失去抗性并且需要特定的设备用于刺穿。这对于辅助孵化的生物医学方法同样是需要的，其中透明膜环被从外侧点状腐蚀，以便于孵出产生的胚胎。

还从软细胞材料例如组织的解剖中已知这样的设备和方法。附图的图1中示出了这种已知的设备，微解剖器。微解剖器1用于切开细胞组织，例如用于从组织学标本提取生物成分和结构。由于微解剖器1的工作原理，基部通常具有U形构型。在“U”的上部开口中安装有压电致动器2，其相对于右侧部分移动“U”的左侧部分。因为“U”的左侧部分安装成经由可枢转支撑臂4而能够在基部上位移，所以安装到基部3的运动部分5b上的工具5能够沿着x轴的方向移动。然而，由于明显的U形，具体是支撑臂4的较大确定长度，所以该运动还示出了沿y方向的较大分量。此外，“U”形基部由于其沿y方向的长杠杆臂而特别倾向于绕x轴扭转。压电致动器通常不会例如仅仅沿x方向以最佳线性方式膨胀和约束。相反，它们趋于稍稍弯曲，在这种情况下转换为沿y方向和z方向的附加运动。这样的多维运动有时候是有用的，但并不总是期望的。

通过首先例如从第一位置移动至第二位置，接着从所述第二位置朝向所述第一位置返回，用于产生工具运动的已知设备能够影响工具的运动，其中该运动是脉冲运动。这样的脉冲运动可以周期性地重复，其中改变幅度和改变循环的数量。然而，对于某些应用，具体地，振动运动不足以实现期望的结果，该期望的结果可以有效地接卸处理生物材料，例如以刺穿较软的生物膜。用于刺穿较软膜的典型策略包括步骤：首先借助工具的末端按压膜，然后从该位置开始通过循环运动刺穿该膜。通常，通过手动地使工具前进靠着膜(利用显微镜)，直到膜向内充分弯曲，来实现第一步骤中的膜的按压。该过程在用户的手动控制下执行，是复杂精细的，并且不会总是导致再生结果，尤其是在由不同用户或不数量的用户执行时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于产生工具运动的改进的系统和方法，尤其适用于软的生物细胞材料，其能够舒适地执行工具运动，以用于使用的扩展领域。

本发明通过提供根据权利要求1的设备和根据权利要求15的方法来实现所述目的。从属权利要求描述了本发明的优选实施例。

根据本发明的系统包括设备，所述设备设置有工具部分，在所述工具部分处能够布置有工具，并且至少一个致动器元件布置成移动所述工具部分，所述系统包括系统控制装置，所述系统控制装置设有控制器件，所述控制器件被构造为使所述设备借助所述至少一个致动器元件执行所述工具部分的脉冲运动，所述脉冲运动从所述工具部分的第一位置开始，使所述工具部分移动至第二位置，并且使所述工具部分从所述第二位置返回到第一位置，系统还包括进给运动装置，所述进给运动装置分别联结到所述工具部分或者联结到所述设备，并且能够提供所述工具部分的进给运动，所述系统控制装置设有被构造为使所述进给运动装置执行所述工具部分的进给运动的控制器件，并且所述系统控制装置设有被构造为使所述工具部分执行包括进给运动和脉冲运动的组合运动的控制器件，其中通过所述系统控制装置提供和预先确定所述脉冲运动期间的第一时刻与所述进给运动期间的第二时刻之间的时间移位。

根据本发明的系统提供所述工具部分的组合运动，其可被称为脉冲运动和进给运动的同步运动。然而，脉冲运动和进给运动不会强制同时执行，但是通过所述时间移位而暂时相关。以下将描述基于所述时间移位的可能的运动模式。通常，组合运动允许提供更通用的运动模式，这尤其用于机械地处理生物材料，例如活的细胞。此外，该系统允许进行较精确的组合运动，这是通过基本上手动执行的运动不可能实现的。

系统的设备能够执行工具部分的脉冲运动。根据本发明的用于产生工具运动的系统的设备的优选实施例，尤其应用于生物细胞材料的操作，包括至少一个致动器元件、能够弹性变形的致动的构件、可以布置有工具且联结到致动的构件上的运动部分，至少一个致动器元件联结到致动的构件，使得至少一个致动器元件的致动使致动的构件弹性变形一定距离，该距离对应于致动的构件的长度变化，其中所述长度变化引起运动部分的所述运动。

用于产生工具运动的设备的可供选择的实施例还可以且优选地用于根据本发明的系统，这暗示该系统并不限于根据优选实施例的设备。通常要求的是，设备设置有致动器元件和工具部分，该设备适合于或者被构造为用于执行工具部分的脉冲运动，该脉冲运动从工具部分(也称为“运动部分”)的第一位置开始，该工具部分移动到第二位置，并且使得工具部分从第二位置朝向第三位置移动。这样的设备可以是已知的设备，然后其实施于或者优选地适应于根据本发明的系统。在下文中，如果没有以其它方式描述或者如果不是不可应用，术语“设备”指的是满足所述通用定义的任何设备，而不仅仅指的是设备的优选实施例。

可以通过不同的方式借助至少一个致动器元件实现工具部分的脉冲运动，该脉冲运动从工具部分的第一位置开始，使工具部分移动至第二位置，优选地在第二位置处改变运动方向，优选地改变基本上180°或不同的角度，或者停止在第二位置处，然后使工具部分从第二位置朝向第三位置移动。脉冲运动的目的可以是例如通过较小的运动幅度局部地弱化细胞膜，这可以允许随后通过弱化的细胞膜注射工具。第三位置优选地与第一位置基本上相同。脉冲运动优选地为循环运动，该循环运动从工具部分的第一位置开始，使工具部分移动到第二位置，并且使工具部分从第二位置朝向第一位置返回。脉冲运动的范围提供，例如工具部分在基本上理想的圆上移动或者进行前后运动，但是另一方面，工具部分也能够不再确切地返回到开始点或者仅仅在断开设备之后返回到开始点。脉冲运动可以是基本线性的运动，例如这通过与x轴平行地前后移动来执行。通过跟随椭圆形、圆形、螺旋形轨迹等，脉冲运动还可以表现一个或两个非线性的分量。脉冲运动可以在重复循环运动的一个周期内或者在多个周期之后使工具返回到开始位置。还允许的是，在每次位移之后，循环运动不会使工具部分精确地返回到开始点，只要脉冲运动使工具部分至少部分地回到开始点。另外，在另一个优选实施例中，设备的“脉冲运动”仅仅使工具部分停止一段短的时间，然后使工具再次沿着非返回方向位移，并且在例如向设备供电的情况下使工具部分以后返回到开始位置。脉冲运动还可以跟随随机运动，其中如果这样的脉冲运动的相应精度被认为足以或用于特定应用，那么重复脉冲运动的开始点不会清楚地限定。

根据优选实施例的设备优选地适用于生物、医学、生物医学或化学(例如生物化学)应用等，优选地适用于软的物质并且优选地不适用于非软物质。软的物质被理解为类似于生物物质的物质，例如组织，例如具有的杨氏模量优选地相应小于10GPa、5GPa、1GPa、0.1GPa、0.01GPa或0.001GPa。然而，根据优选实施例的设备关于非软物质的应用，尤其是对于杨氏模量大于10GPa的物质，也是可能的。根据优选实施例的设备优选地用于或适用于IVF、ICSI、辅助孵化、去核、移核、微外科、膜片夹紧和其它生物和医学领域，尤其适用于人类、动物(例如小鼠、大鼠或牛)的细胞，具体是适用于卵母细胞，或者相应地适用于多种这样的应用。该设备还优选地适于执行细胞材料的切开，例如从石蜡部分切开单个细胞，从组织学部分的区域的切开和/或与从3D细胞培养聚合的干细胞分离。然而，该设备和/或方法也可以用于其它的应用，具体是用于非生物医学应用，其尤其需要幅度在纳米到微米范围或其它范围的运动，并且通常用于能够从根据优选实施例的设备的优点和特征获益的那些应用。

借助致动的构件实现根据优选实施例的设备的运动部分的运动，该致动的构件由至少一个致动器元件致动并且其自身致动该运动部分，该运动部分联结到致动的构件。优选地，由至少一个致动器元件产生的一个致动作用使致动的构件弹性变形一段距离，该距离基本上等于致动的构件的受影响的一个长度变化。优选地，至少一个致动器元件的致动作用导致致动的构件的净长度变化。优选地，基本上通过执行一个致动作用的至少一个致动器元件的第一长度变化来引起致动的构件的第二长度变化。所述第一长度变化和所述第二长度变化优选地基本上同时发生。优选地，致动的构件的运动和至少一个致动器元件的运动之间基本上没有相移。优选地，第二长度变化的值(v_am)和第一长度变化的值(v_ae)相同。这种构型提供的优点在于，优选地实现致动器元件的作用与致动的构件的(反)作用之间的直接相互作用，这允许更加精确地控制运动部分的运动并且能够实现运动部分以受控数量的位移进行位移，例如1、2、3、4、5或更多个确定的位移，而不是以无限数量的振荡来执行振荡运动。优选地，比v_am/v_ae满足以下条件之一，分别为：v_am/v_ae＝1；|v_am/v_ae-1|＜0.5或0.2或0.1或0.01。优选地，所述净长度变化的值为v_am。

设备优选地被构造为使得与运动部分(由致动的构件致动)的至少部分地线性的运动的方向平行的直线(其穿过运动部分或穿过安装在运动部分处的细长工具的长度)不会穿过致动器元件或穿过致动器元件的一部分。对于这样的构型，从外侧作用在运动部分或安装到运动部分的工具上的冲击不会沿着力传递直线直接作用在致动器元件上。相反，所述冲击和其它机械载荷至少部分地或(几乎)完全被致动的构件吸收。

最优选地，设备被构造为使得尤其是从设备外侧施加在运动部分或安装到运动部分的工具上的力基本上被传递至致动的构件，并且基本上被进一步从致动的构件朝向优选地设置在致动的构件处的连接部分传递，并且优选地能够经由所述连接部分进一步传递到保持装置，该保持装置优选地适于保持设备并且吸收从外侧(几乎)完全或至少部分地施加的力。因此，运动部分、致动的构件和连接部分以及优选地还有可能的保持装置，优选地串联，以形成直接力传递链。

此外，至少一个致动器元件优选地安装在致动的构件处，使得尤其是从设备外侧施加在运动部分或安装到运动部分的工具上的力仅仅以最小的比率作用在致动器元件上，例如优选地小于0.001、0.01、0.1或0.5的比率。相反，所述力主要进行传递并且进一步由致动的构件优选地朝向致动的构件处的连接部分分布，并且优选地能够进一步分布到保持装置，这可以将设备保持在所述连接部分处。

优选地，作用在运动部分上的力以比force_on_ae/force_on_am分布在致动器元件(ae)和致动的构件(am)之间，所述比优选地分别小于0.5；0.25；0.2；0.1；0.5；0.01；0.005；0.001。具体地，如果抵消作用在运动部件上的冲击力的抗性主要是基于致动的构件的抗性并且很少基于致动器元件的抗性，那么可以实现上述这种情况。为此，致动的构件和至少一个致动器元件的布置是优选的，其促进了所述力以较大的比率分布在致动的构件上并且以较小的比率分布在致动器元件上，具体地，这是通过根据优选实施例的设备的几个实施例实现的。

另外，如果例如与致动器元件的对应能力相比致动的构件在施加变形能量的情况下(例如，在冲击力的情况下)变形的能力较低而对于致动器元件而言该能力较高，那么致动的构件将提供较大量的抗性。从而，致动的构件的材料的杨氏模量(Y_am)优选地较高，且致动器元件的材料的杨氏模量(Y_ae)优选地较低。优选地，Y_ae比Y_am小的因子为至少0.9、0.85、0.75、0.5、0.25、0.1或0.05。例如，优选的是，0.85＜Y_ae/Y_am＜0.90，0.5＜Y_ae/Y_am＜0.80或0.1＜Y_ae/Y_am＜0.5。

这些构型提供的优点在于，该设备比其它设备更稳固，其中运动部分以力传递直链而直接连接到例如压电元件的致动器，该致动器可能在工具无意中撞击玻璃基底、经由所述分量线而无阻尼地作用在致动器上的长期应力或其它机械应力的情况下损坏。根据优选实施例的设备采用致动元件，该致动元件缓冲冲击，提供较高的结构稳定性和稳固性，并且使得根据本发明的方法更加可靠。在这样的构型中，致动的构件可以看作是根据优选实施例的设备的“主干”，其通过致动器元件而移动，致动器元件优选地安装成与致动的构件(“主干”)平行，从而形成“肌肉”。

另外，根据优选实施例的设备，致动器元件相对于致动的构件的联结允许使用较轻和较小的部件，从而提供整体质量较小的系统，这允许较快的致动变化，并且对于振荡运动的情况允许较高的振荡频率。此外，致动器元件可以布置成靠近运动部分，以使得力更加有效地传递至可能的工具(毛细部件等)。具体而言，优选地避免已知的U形布置使得设备具有较好的扭转刚度。这对于使用压电致动器的优选情况而言是至关重要的。压电致动器通常不会例如仅仅沿x方向以最佳线性方式膨胀和约束。相反，它们另外往往会稍稍弯曲，如果不被致动的构件阻止，那么这种弯曲将会转换为运动部分沿x方向和/或y方向的不期望运动。U形由于其沿y方向的长杠杆臂而特别倾向于绕x轴扭转。

在根据本发明的系统和根据优选实施例的设备的内容中，第一元件与第二元件的联结优选地指的是两个部件的运动联接，其中优选的是第一元件的运动引起第二元件的运动。联结和“联结到”可以指的是两个部件在所有维度或至少一个维度或两个维度上彼此永久地或非永久地彼此固定，例如通过借助力封闭、形成封闭或粘合剂粘结中的至少一个类型的连接而一体地形成两个部件。第一部件和第二部件的联结还包括这样的情况：第一部件经由第三部件或另外的部件联结到第二部件，其中例如第一部件联结到第三部件，第三部件联结到第二部件。这里，例如第一部件可以是致动器元件，第二部件可以是致动的元件，第三部件可以是一个或多个连接器件。对于根据优选实施例的设备，优选的是，部件的联结使得避免部件之间的游隙。具体地，没有浮动支承被强制用于该设备。这使得该设备的设计成本较低并且提高了产生的运动的精度和该设备的能力。

运动部分优选地与设备的另一个部件一体地构建，例如与致动的构件一体地构建。致动的构件优选地沿着中心轴线延伸，并且运动部分优选地布置在致动的构件处，使得所述轴线延伸穿过所述运动部分。具体地，运动部分优选为设备的适于安装工具的部分。

运动部分优选地适于永久性地或可移除地承载或连接或保持进一步的元件，具体为工具，例如微解剖器针或毛细部件，所述工具优选地由金属、玻璃或塑料制成。

优选地，用于可移除地安装工具的安装头部牢固地连接或能够连接到运动部分，使得由设备(具体由致动的构件)提供的运动优选地完全传递到工具，但是优选至少部分地传递到工具，以移动该工具。安装头部可以包括用于将例如工具的元件连接到安装头部上的连接器件。连接器件可以包括螺纹、用于闭锁的器件、磁体和/或类似物。安装头部可以与设备的例如致动的构件或承载体的另一个部件一体地形成。第二安装头部优选地设置成通过第二连接器件与第一安装头部可移除地连接，以允许使用不同的第二安装头部，该第二安装头部分别适于保持特定类型的元件，例如工具，例如取决于毛细部件或针的外径的类型。

安装头部可以适于形成至少一个通道，使得流体可以流过安装头部。如果例如毛细部件用作工具，那么这可以用来施加压力或低压力，以利用所述压力变化和受控的压力来用于目标材料，例如细胞。对于设备与显微注射器组合使用或者对于垫片夹紧应用(其中经由通道中的导电电解质形成点触头)而言，通道的使用是优选的，或者对于通道有用的其它应用而言，通道的使用是优选的。另外，任选的第二安装头部可以适于形成通道，使得流体可以流过安装头部。如果需要的话，例如塑料制成的O形环的密封器件设置成相对于外部密封所述通道的内部，具体是在接头位置处密封该通道，在该接头处两个通道部分连接。

致动的构件优选地为设备的能够被致动器元件致动的部分，并且为设备的用于使运动部分移动的致动器的部分。

致动的构件优选地为优选地承载设备的其它部件的基部部分或基部部分的一部分。例如，基部部分可以是至少一个致动器元件的承载体和/或任何联结器件的承载体，该联结器件将致动器元件在其第一和第二位置处联结至致动的构件。优选地，致动的构件为一体地形成的部件。然而，还可能且优选的是，致动的构件包括至少两个部件或更多部件，这些部件彼此联结，优选地在所有三个维度上彼此固定。

致动的构件优选地提供至少一个通道，使得流体可以流过致动的构件。此外，如果例如毛细部件用作工具，那么这可以用来施加压力或低压力，以利用所述压力变化和/或受控的压力来用于目标材料，例如细胞。如果需要的话，例如塑料制成的O形环的密封器件设置成相对于外部密封所述通道的内部，具体是在接头位置处密封该通道。通道可以适于填充有气体、液体，尤其是填充有细胞等离子体、培养基、水、溶液或汞、Fluorinert^TM或硅油。然而，对于根据优选实施例的设备而言，提供通道或填充的通道并不是强制性的，而是任选的。

致动的构件可以是杆部件或管状部件，其优选地沿着(虚)轴延伸，并且优选地相对于所述轴至少部分地同时构建。优选地，致动的元件为细长装置，其中长度分别大于高度或深度，虚轴穿过致动的构件，且与其长度平行；另外，致动器元件布置成基本上沿着第二虚轴作用，以主要产生致动器元件的与所述第二轴平行的线性运动；致动的构件和至少一个致动器元件优选地布置成使得第一轴和第二轴平行或同轴。还优选的是，从与所述第二轴平行的所述致动器元件的运动得到的净力矢量与致动的构件的横截面的形心或矩心匹配，取得的所述横截面优选地垂直于所述第一轴，这优选地应用于致动的构件的所有可能的横截面或横截面的至少主要部分。这提供的优点在于，致动的构件将正好为细长的但是基本上不会弯曲，这使得工具具有小的切割或钻孔宽度。优选地，致动的构件为或包括中空圆柱体形部件或管，以形成通道。管或通道提供的优点在于，压力或下压力可以施加到合适的工具，例如毛细部件，以通过压力或通过将一定体积的注射材料(例如精子)注射到目标材料(例如细胞)而机械地处理目标软样品材料(例如细胞)，或者从样品中去除一定体积的目标软材料。优选的是，所述管或通道填充有流体，该流体优选为气体(例如空气)、液体(例如

)或汞。

致动的构件优选地包括第三连接器件，该第三连接器件优选地与致动的构件一体地构建，以用于将其它部件(例如至少一个致动器元件)联结或连接到致动的构件。这样的第三连接器件优选地联结到致动的构件上的位置为所述第一和/或第二位置，在该位置处至少一个致动器构件优选地联结到致动的构件。

所述第三连接器件可以包括至少一个凸起或至少一个凹部，其优选地绕着致动的构件延伸的轴线轴向地布置在致动的构件处。优选地，第三连接器件在致动的构件的外表面上包括凸起、凹部或台阶，其优选地分别提供用于接合互补地形成的连接器件的接合位置。

致动的构件优选地提供第一位置和第二位置，其中致动的构件优选地沿着其延伸，优选地与所述第一位置和所述第二位置之间的距离平行地延伸，并且优选地与所述第一位置和所述第二位置之间的限定了轴线的直线距离平行地延伸。在所述第一和所述第二位置之间，优选地在不使其弯曲的情况下或优选地通过额外地使其弯曲，致动的构件优选地形成为使得所述距离的增大或减小优选地使得致动的构件的材料沿着所述距离膨胀或压缩。所述第一位置和所述第二位置之间的直线距离优选地在5到100mm之间，优选地在5到50mm之间，优选地在10到50mm之间，优选地在10到30mm之间，同样优选地处于第一状态以及处于第二状态，在该第一状态，致动的构件没有弹性地变形，在该第二状态，致动的构件弹性变形。优选地，所述距离仅仅用于致动的构件的膨胀，以便沿着所述距离的长度膨胀该致动的构件。将所述弹性变形直接施加到优选地形成设备主干的致动的构件所提供的优点在于，与例如已知的具有U形基部的设备相比，该设备可以保持为较小。另外，在设备中提供内部膨胀距离所提供的优点在于，操作更加独立于设备的悬挂，该设备可以利用线性马达等连接到其它的微操纵器，从而允许设备的应用具有更多的灵活性。

致动的构件优选地在其第一状态不变形，在其第二状态变形，并且在第三状态较少地变形。在第三状态中，致动的构件的变形优选地比第二状态中小的因子为至少10^2、10^3或10^4或不同的值。在第三状态中，至少一个致动器元件借助致动的构件优选地保持处于弹性机械应力下，优选地处于压缩下。压缩(优选地为偏压压缩)优选地选择成使得致动器元件在设备操作器件绝不处于拉伸应力下。在致动器元件的静止状态下，如果压缩致动器元件的抵触支撑件的紧固转矩为500Nmm，那么所述压缩例如可产生1025N的偏压力。这可以通过例如包括螺纹的连接器件实现，该连接器件优选地将致动器元件固定到致动的构件，该致动的构件优选地承载所述部件。这样的偏压应力的好处在于，可以在其所有状态下避免致动器元件与致动的构件之间的游隙。因此，致动器元件的力可以立即直接传递到致动的构件。如果致动器元件包括压电元件，那么偏压压缩具体地引起压电元件的负载容量增大。压电元件在压力下工作的能力比在张力下工作的能力高得多，有时候高10到20倍。当压电元件以错误的电压处于拉伸应力下时，除了易碎失效的风险，还有使压电元件偏极的风险。当在持久(偏压)压缩下驱动压电元件时，与具有混合张力/压缩状态的系统相比可以增大机械负载容量，并且可以施加较高的交流电频率。提供偏压力的主要优点在于，可以实现运动部分的较快速的前后运动。运动部分可以通过快速电压偏移返回，而没有在张力载荷的情况下可能出现的致动器元件(例如压电元件)偏极的风险。

致动的构件优选地由弹性材料制成或至少部分地由弹性材料制成，或者包括由弹性材料制成的部分。另外，致动的构件优选地包括弹性不同的部分。所述弹性材料具有的杨氏模量优选地大于0.2kN/mm²，优选地大于100kN/mm²，优选地大于200kN/mm²以及优选地在180到240kN/mm²之间。优选地，所述弹性材料为或包括钢、陶瓷或玻璃。杨氏模量优选地大于180kN/mm²的钢或其它材料提供的优点在于，可以设计稳定的结构，具体是稳定的致动的部分。具体地，这允许构造更加稳固和耐久的设备，并且提供更加可靠的用于产生运动的方法。另一方面，这样的材料适合于由于其弹性而优选地借助致动器元件进行压缩或膨胀，该致动器元件包括作为致动器构件的常规的压电元件或其它压电元件，例如这种强效的压电元件，该压电元件例如应用于汽车工业，该汽车工业中它们用于燃料喷射器，其可以用于根据优选实施例的设备。优选地，致动的构件用作电导体并且优选地用作设备的电路元件。

通过至少一个致动器元件的致动所引起的致动的构件相对于任何方向的长度变化优选地对应于所述第一位置和所述第二位置之间的直线距离在它们分别在致动的构件的变形的第二状态和不变形的第一状态中测量时的差。通过限定，对于膨胀的致动的构件，长度变化具有正的指示，对于压缩的致动的构件，长度变化具有相对于所述方向的负的指示。致动的构件的长度变化优选地取自长度变化的范围的组，包括0.5至2.0μm、0.5至1.0μm、0.1至0.5μm、0.05至0.5μm、0.01至0.5μm、0.01至1.8μm或不同的范围。

优选地，通过提供具有至少一个压电元件的致动器元件，并且分布在优选地为200V至425V、200V至600V或100V至300V的电压状况下驱动所述致动器元件，来实现所述幅度。向所述致动器元件施加相应的电压，可以实现幅度，其中在这种情况下没有施加偏压压缩，如以下的实例参考列表示意性地描述的，(电压[V]；幅度[μm])：(700；1.1032)，(600；0.9456)；(425；0.6698)，(200；0.3152)，(300；0.4728)，(100；0.1576)。在偏压压缩下，幅度可以期望稍稍较小，例如小于5.0、1.0或0.01％。

最大长度变化取决于致动的部分的长度或具体取决于所述直线距离，并且取决于所采用的至少一个致动器元件的强度。对于给定的力，具有较高杨氏模量的弹性材料将提供较小的长度变化。

运动部分优选地联结到致动的部分，使得致动的元件沿限定的方向的长度变化引起运动部分的运动，运动的幅度对应于(优选地等于)所述长度变化。例如50至250nm的幅度可以用于ICSI，其例如在牛的卵母细胞上进行，具体地用于利用玻璃毛细部件刺穿透明膜环，该玻璃毛细部件具有直径为几μm(例如5-8)的开口。杨氏模量优选地大于180kN/mm²的钢或其它材料可以提供这种合适的幅度，其允许精确地适用于生物细胞材料或其它结构。

优选地以1或10μm级别的宏观比例看，所述弹性材料优选地为均匀的，或者具有至少均匀的部分。另外，优选的是，所述弹性材料不是均匀的或包括至少不均匀的部分。例如该材料可以具有一结构，例如颗粒尺寸为微米状况，如典型的可变结构或结构值大于微米或毫米的结构。弹性材料可以由实心材料制成，其可以具有中空部分，该中空部分填充有任何压力的气体，所述中空部分优选地是孔或开口或类似物。

例如沿着x方向延伸的致动的构件通过在x方向上作用的力的任选弯曲可以引起运动部分在x方向上的位置的变化。然而，对于根据优选实施例的设备，优选的是，致动的构件在致动器构件沿x方向进行致动的情况下由于其弹性变形而引起的长度变化优选地为主要的影响，其使得运动部分沿x方向移动，其中弯曲优选地忽略不计。具体地，这对于运动部分的期望线性运动的优选情况而言是优选的。然而，致动的构件的弯曲也可以期望到一定的量，具体产生沿不止一个方向的运动，例如，还至少部分地沿x方向、y方向和/或z方向。如果期望运动部分进行线性运动，则优选的是，至少一个致动器元件联结到致动的构件，使得在致动器构件致动的情况下沿所述方向(基本上)不会出现致动的构件的弯曲。如果运动部分将要进行线性运动，则优选的是，所述弯曲优选地忽略不计。忽略不计意味着容许实现设备应用的期望技术目的，例如用于执行ICSI。优选地，线性运动提供运动部分或近侧端部伸长至运动部分的工具的远侧末端沿y方向(和/或z方向，分别地)的最大幅度A_y(A_z)与沿优选的x方向的最大幅度A_x的比R，其中R＝A_y/A_x和/或R＝A_z/A_x相应地优选小于0.5、0.2、0.1、0.05、0.01、0.005、0.001、0.0005、0.0001，更优选地小于0.00005、0.00001、0.000005、0.000001、0.0000005、0.0000001。

另外，优选的是，至少一个致动器元件联结到致动的构件，使得在致动器元件致动的情况下致动的构件沿运动方向发生有限量的弯曲，所述方向优选地为在致动器构件致动的情况下致动的构件由于其弹性变形而发生长度变化的方向。有限量意味着，致动的构件的所述弯曲沿期望线性方向偏移运动部分所根据的第一比率小于由于弹性变形的致动的构件沿所述方向的长度变化而出现的第二比率。优选地，第一比率处于第二比率的商小于2或小于1，并且相应地优选小于值0.5、0.1、0.01或0.001中的任何一个。

在所述第一或第二位置处，至少一个致动器元件优选地联结到致动的构件，使得致动的构件在通过致动器元件致动的情况下承受所述长度变化。第一位置可以包括或可以为点或接触区域或者多个点或接触区域，在该位置处，传递由致动器元件(例如致动器元件自身)产生的力的元件接触致动的构件或联结到致动的构件，以具体地将致动器元件产生的力传递至致动的构件。优选地，至少第三位置设置在致动的构件上，在该位置处，致动器元件联结到致动的构件。

优选地，联结到致动的构件的致动器元件的致动引起致动的构件沿着所述第一位置和所述第二位置之间的线性距离的长度变化。优选地，致动的构件适于在所述第一位置和所述第二位置之间膨胀第一长度变化的长度。还优选地，致动的构件适于在所述第一位置和所述第二位置之间压缩第二长度变化的长度。还优选地，致动的构件适于在所述第一位置和所述第二位置之间膨胀第一长度变化的长度，同时适于在第三位置和第四位置之间压缩第二长度变化的长度。可以通过将致动的构件构造为在所述位置处提供抵触支撑件(例如凸起、凹部、开口、台阶)以用于至少一个致动器元件联结到所述位置，来实现这样的改型。

设有至少一个致动器元件。优选地设有多个，例如两个、三个、四个、五个、六个或者更多个致动器元件。每个致动器元件优选地包括至少一个，优选地多个，例如两个、三个、四个、五个、六个或者甚至更多个(如数十个或数百个)致动器构件。优选地，设有至少两个或三个致动器元件，其绕着致动的构件布置，以允许致动的构件沿坐标系统的x方向、y方向和z方向的致动。

致动器元件或致动器构件可以是压电元件，例如压电陶瓷，例如软陶瓷或硬陶瓷，例如BaTiO3、PbTiO3、Pb[ZrxTi1-x]O3(0＜x＜1；PZT)、KNbO3、LiNbO3、LiTaO3、Na2WO3、Ba2NaNb5O5、Pb2KNb5O15、PMN或类似物。

优选地，致动器元件或致动器构件具有环形结构，优选地为对称圆环结构，使得其能够围绕圆柱形的致动的构件的本体布置。优选地，至少一个致动器元件和/或至少一个致动器构件(例如压电箔)层叠在一起，以形成一个致动装置。致动器元件和/或致动器构件优选地相对于至少一个方向(例如x方向)成序列地布置。强效压电元件是优选的，其例如应用于汽车工业，该汽车工业中它们用于燃料喷射器，其可以用于根据优选实施例的设备(例如，基于PbTiO3、Pb[ZrxTi1-x]O3(0＜x＜1；PZT))。层叠的压电元件是优选的，包括数十个到数百个单独连接的压电元件(例如压电箔)的叠层。优选地，致动器元件和/或致动器元件并联。这允许保持供应电压较低，优选地在600V以下，还更优选地在500V以下。另外，获得的运动幅度高达例如0.5至1.8μm，并且控制电子元件更易于且更廉价地获得。

优选地，至少一个致动器元件布置成围绕穿过致动的构件的轴线，使得从所有致动器元件的相等致动获得的力矢量指向所述轴线的方向。这是例如用于圆形环压电元件的情况，该压电元件围绕圆柱形的致动的构件布置。这提供的优点是致动的构件的线性致动和联结的运动部分沿一个确定方向(例如x方向)的运动，这对于例如ICSI的许多应用而言是期望的。优选地，至少一个致动器元件和将致动器元件联结到致动的构件的连接器件布置成使得致动器元件的力被轴向传递到致动的构件。这意味着在所有致动器元件的相等控制下，它们的净力作用在致动的构件的横截面的中心上。这提供的任选的优点在于，避免了致动的构件的弯曲。从而，因为优选地仅仅实现了线性运动，所以任选地连接的工具的偏转被减小，使得截面宽度或孔径减小。然而，可能且优选的是，对于某些应用而言，通过不同地控制至少一个(例如两个或三个)致动器元件而允许致动的构件的弯曲，以实现更多维度的运动。

优选地，设备包括用于将设备连接到第二设备的连接器件，该第二设备可以是微操纵器或悬挂装置。优选地，致动的构件设置有连接部分，该连接部分可以是致动的构件的布置成与运动部分相对的部分，使得致动器元件布置在运动部分和连接部分之间，但是优选地平行于致动的构件。另外，还可能且优选的是，设有用于至少一个致动器元件的壳体，其中所述连接器件接下来可以布置到壳体上。优选地，设备上设有惰性质量块元件，其优选地布置在至少一个致动器元件和将设备连接到其它设备的所述连接器件之间的力传递链中。所述惰性质量块元件优选地由钢或其它材料制成。在这种情况下，惰性质量块元件的功能是分布从致动器元件获得的力以有利于优选地为设备的前部部分的运动部分的推进，并且减小优选地形成设备的后部部分的连接器件(或任选地连接其它设备，例如悬挂装置)的推进。这遵循牛顿第三定律，“作用力＝反作用力”，这意味着较高质量被加速得比连接的较低质量小，从而使得与较大的质量块(惰性质量块元件和任选的连接的其它设备)的位移相比，较轻的质量块(运动部分)具有较大的位移。从而，运动的产生更加有效，并且该设备的优选地连接其它设备的接头以及其它设备受到较小的应力。

优选地，控制装置设置成用于设备，其控制至少一个致动器元件的致动。控制装置优选地包括电路，具体地为用于控制致动器元件的供电的电路。这样的电路优选地包括绝缘门极双极性晶体管(IGBT)。由供应电压产生器件供应的高电压优选地借助IGBT以期望的幅度和频率分布到压电元件。控制装置优选地包括微控制器、优选的微处理器和优选的数据存储装置，例如RAM、ROM或EEPROM或类似物。控制装置优选地适于能够由设备的用户编程，以优选地实施预定的运动程序，根据该预定的运动程序，以期望的序列、频率、脉冲数量、幅度和类似物产生运动，从而提高与设备一起工作的可重复性。控制装置优选地布置在根据优选实施例的设备的外部，具体地安装在外部，并且优选地经由线缆连接到该设备。然而，还可能且优选的是，控制装置联结或安装到设备。

优选地，设备包括接收信号的输入器件和/或发送信号的输出器件。输入器件可以包括按钮或控制面板或类似物，以用于用户控制设备。输入器件还可以包括数据接口，以借助另一个装置(例如工作站或PC)远程控制该控制装置，以用于设备工作的自动化。具体地，脚踏开关可以优选地作为所述输入装置之一而设置成允许用户通过他的脚进行控制。脚踏开关可以连接到设备或连接到外部控制装置。输出器件可以包括视觉和/或声学器件，例如扩音器或显示器或LED，其中控制装置适于将控制装置或设备的状态的信息用于信号发送给用户。输出器件还可以包括数据接口，以向另一个数据处理装置(例如工作站或PC)发送信息。此外，设备可以包括控制装置和/或输入器件和/或输出器件，具体地为数据接口，以提供其状态和致动器元件(例如压电元件)的状态的信息。这允许监测设备的操作和容量。

控制装置优选地适于控制至少一个致动器元件的致动。优选地，控制装置适于使得至少一个致动器元件执行可以由用户选择或者可以自动地选择的多个致动作用，所述数量优选地为1、2、3、4、5或更大。优选地，控制装置适于向所有的致动器元件供应相同的电力。然而，还优选的是，控制装置适于优选地根据预定的程序向不同的致动器元件或致动器构件供应不同的电力，该预定的程序优选地存储在控制装置的数据存储器中。优选地，控制装置适于控制运动部分的运动。优选地，控制装置适于产生单个脉冲或单个冲击或者具有预定或用户限定数量的脉冲的运动部分的推进序列，具有不同运动幅度、频率、延迟时间等的振荡运动或运动模式。

另外，控制装置可以与系统控制装置相同或者可以是系统控制装置的一部分。

所述系统控制装置设有控制器件，所述控制器件被构造为使所述工具部分执行组合运动，所述组合运动包括进给运动和脉冲运动，其中通过所述系统控制装置提供和预先确定所述脉冲运动期间的第一时刻与所述进给运动期间的第二时刻之间的时间移位。优选地，系统控制装置被构造为协调设备的行动和进给运动装置的行动。术语系统控制装置并不是强制地指单个装置，而是可以包括能够在空间上分布或连接的多个装置。

此外，系统可以是至少部分地一体的系统，其中设备和进给运动装置由一个一体的系统控制装置或使用扩展的控制装置直接控制，该控制装置专门用于控制该设备(或进给运动装置)，并且还执行组合两个运动的协调控制。这样，例如通过使用诸如微控制器的一个数据处理装置，或者通过另一个程序驱动的装置(例如个人计算机的外部装置)控制数据处理装置，可以容易地实现设备的脉冲运动和进给运动，该微处理器可以通过程序代码进行编程，优选地控制和同步两个运动。

可能且优选的是，系统是模块化的，并且能够通过组合使用用于脉冲运动的设备和用于进给运动的进给运动装置以及协调设备和进给运动装置的系统控制装置而进行组装。由此，优选的是，设备和进给运动装置已经分别分配了专门的控制装置，从而允许在拆卸时它们独立于系统分别进行操作，其中系统控制装置为单独的装置，其控制其它控制装置的协调。可能且优选的是，控制装置和系统控制装置为至少部分不同的装置或者是不同的装置。系统的这种模块化安装时期使用更加具有灵活性。例如，系统控制装置或控制器件可以包括第一控制装置和第二控制装置，或者系统控制装置可以是与第一控制装置和第二控制装置独立的装置。从而，可以想到的是，第一控制装置控制设备的脉冲运动，第二控制装置控制进给运动装置的进给运动。通过这样的实施例，可以实现系统的模块化安装，并且可以提供这种实施例的进一步有利的构型。第一控制装置可以是设备的一部分，第二控制装置可以是进给运动装置的一部分。

系统控制装置和/或系统控制装置的控制器件可以是电动的；它们分别可以包括电子电路，具体为集成电路、可编程电路和/或程序可控电路。具体地，控制器件可以包括程序可控电路，其借助程序代码或者通过程序代码产生的控制信号来控制工具部分的运动。优选地，系统控制装置包括或设有并且应用至少一个程序代码或至少一个控制信号或控制信号序列。信号优选地为电信号，其能够传递信息，例如涉及致动器元件或进给运动装置的供应电压的控制的信息，该致动器元件或进给运动装置能够影响工具部分的运动的速度和/或幅度或者工具部分的周期性脉冲运动的频率。具体地，程序代码或控制信号包含信息，该信息能够被系统用来调节设备的至少一个致动器元件和/或进给运动装置的行动。程序代码、控制信号或控制信号序列优选地适于分别调节至少一个致动器元件和/或进给运动装置的行动。

优选地，系统控制装置包括电源，其适于向设备(具体为至少一个致动器元件)和/或进给运动装置提供供应电压。具体地，如果致动器元件或进给运动装置包括这样的压电元件，那么适当的供应电压可以处于适于控制一个或多个压电元件的电压范围内，如上所述。

控制器件被构造为使得设备借助至少一个致动器元件执行工具部分的脉冲运动。另外，控制器件被构造为控制工具部分的进给运动。此外，控制器件被构造为使得工具部分执行组合运动。控制器件的所述构型优选地暗示，系统控制装置的电子电路包括控制器件，该控制器件包括能够被程序代码控制的电子电路。此外，所述程序代码优选地为控制器件的一部分，并且因此优选地为根据本发明的系统的一部分。因此，例如通过包括合适的程序代码，控制器件的构型形成根据本发明的系统的相应的特征。

可能且优选的是，系统控制装置，具体为控制器件和/或第一和/或第二控制装置，分别包括至少一个微控制器和/或数据处理单元(CPU)和/或存储器件，例如ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存存储器，并且优选地包括控制数据，该控制数据以表的形式存放在所述存储器件内。然而，还可能且优选的是，控制数据由系统控制装置依据其它数据(例如系统控制装置计算的数据)而产生，或者依据已经由用户手动地输入的数据而产生。在选择合适的控制数据时，控制数据优选地被系统控制装置转换为相应的电控制信号，该信号控制至少一个致动器元件和/或进给运动装置的行动。

组合运动包括进给运动和脉冲运动，其中通过控制器件提供和预先确定脉冲运动期间的第一时刻与进给运动期间的第二时刻之间的时间移位。组合运动代表根据本发明的系统的重要特征。具体地，这意味着系统能够自动地执行与脉冲运动耦合的进给运动，反之亦然，而不需要用户在两种类型的运动之间相互作用。这有助于发展且应用由组合运动构成的运动模式，其特别用于可再现地实现期望的技术目的，例如刺穿特定类型的细胞膜。参照两种类型的运动的时间序列，可以适应组合运动的巨大变化。通过提供脉冲运动期间的第一时刻与进给运动期间的第二时刻之间预定的时间移位来实现所述运动耦合。

优选地，系统控制装置的控制设备脉冲运动的第一部件和系统控制装置的控制进给运动装置进给运动的第二部件可以相应地构造为彼此相互作用。优选地，第一部件为第一控制装置，第二部件为第二控制装置，其可以与其它部件或控制装置独立地分别控制相应的运动。

然而，优选的是，系统控制装置包括相互作用器件，该相互作用器件允许第一和第二部件(或控制装置)与其它部件相互作用。系统优选地包括相互作用器件，所述相互作用器件被构造为使第一控制装置和第二控制装置分别交换电信号或数据，具体是在第一时刻处，使第一控制装置影响进给运动的进程并且使第二控制装置影响脉冲运动的进程。这样的相互作用器件优选地包括两个部件之间的电气接口、连接或电路，并且优选地包括电相互作用信号或信号作用数据。例如，可以设有电路，该电路允许数据在两个部件之间流动，其中每个数据接收部件(控制装置)适于评价数据流(以序列发送的并且代表期望控制信息的电信号)以及从数据流中提取控制信号，并且其中每个数据发送部件(控制装置)适于发送相应的数据。第一和第二部件使用这样的相互作用信号来影响相应的其它部件的控制过程。这样，基于软件同步的相互作用过程可以设置成控制组合运动。用于交换数据的接口可以包括光学的、电子的、以及有线的或无线的接口。此外，硬件同步可以用于协调设备和进给运动装置的行动。

术语同步指的是在不规则出现数据传输的情况下数据传输的同步方法。如果数据发送器能够发送(或者想要发送)新的数据到接收器，那么该数据发送器发出信号通知，并且优选地，如果接收器能够(或者想要)接收或处理新的数据，那么该接收器发出信号通知。如果通过额外的硬件控制连接，例如RS232连接处的额外的控制线材RTS和CTS，来实现同步，那么其被称为硬件同步。

可以通过信号作用数据控制脉冲运动期间的第一时刻与进给运动期间的第二时刻之间的时间移位。通常，时间移位由开始时刻(其优选地为脉冲运动期间的所述第一时刻)和进给运动期间的第二时刻限定，或者由第一时刻和时间段限定，其中该时间段的结束时刻基本上对应于所述第二时刻。例如，第一控制装置可以构造为向第二控制装置传送特定事件，例如工具运动到达第二位置时的事件，或工具运动到达第一位置的时刻，或者脉冲运动期间的另一个时刻。

然后，通过作为时间开始点的所述事件的时刻(第一时刻)，加上数据传递至相互作用部件(控制装置)的时刻，加上时间段来确定特定的时间移位，其中时间移位结束时可以发生第二时刻的进给运动。所述第二时刻可以是进给运动的开始时刻、进给运动的一部分的开始时刻或者进给运动期间的另一个时刻。优选地，预先确定时间移位的时间段，并且至少在单个组合运动开始之前预先确定时间移位的时间段。然而，系统可以适于改变后续的组合运动或后续的组合运动序列之间的时间移位的时间段，这允许更灵活的运动模式。具体地，时间移位的时间段可以包括以下的时间段或者可以取自以下的时间段范围，分别优选地：0.0ms；[0.0-0.05ms]，[0.05-0.1ms]，[0.1-0.5ms]，[0.5-1.0ms]。

还可能且优选的是，所述事件通过数据触发，该数据由一个或多个传感器测量，该传感器为例如加速传感器或(优选地为光学的)定位传感器，可以分别布置在设备、致动器元件或进给运动装置处，或者由可以由系统控制装置提供的由电子测量器件接收的数据触发。这样，能够产生组合运动，该组合运动更加精确地考虑致动器元件、设备和/或进给运动装置的运动的实际阶段。例如，可能需要使进给运动精确地遵循脉冲运动的实际阶段的时刻，例如结束时刻或工具部分到达第二或第一位置处的时刻，而基本上不会提前，也不会推后。传感器可以检测相应的事件并且触发进给运动或进给运动的一部分。此外，系统的其它传感器可以用来触发所述事件。这样的传感器可以是光学或电子定位传感器，其采用LED和光电二极管或电容测量，以用于确定位置，例如工具末端与生物目标样品的距离。这样，组合运动的运动模式可以通过传感器测量的事件触发，这允许精确且可再现地处理具体的生物样品。

此外，可能且优选的是，通过系统控制装置使用的定时器装置来控制组合运动，其中定时器装置可以集成到系统控制装置中或者可以布置在外部。在这种情况下，通过根据预定的时间表控制设备和进给运动装置来提供时间移位，该时间表限定了脉冲运动期间的第一时刻(例如脉冲运动的开始时刻)以及进给运动的第二时刻(例如进给运动的开始时刻)。从而，时间表还可以包括相应的脉冲运动和进给运动的结束时刻或称为特定事件的其它相应的时间点。这样，能够提供详细的时间表，其遵循可用作母钟的所述定时器装置。

以下的组合运动的运动模式分别是优选的，并且还能组合以形成另外的运动模式：

在第一运动模式中，通过所述设备执行数量为N1的完整脉冲运动，最后脉冲运动的结束代表所述“第一时刻”，其基本上对应于所述“第二时刻”，所述第二时刻在这里是所述进给运动的开始时刻，所述进给运动能够为时间段T2期间的连续进给运动，或者能够为包括不会被进给运动多次打断的数量为N2的周期的进给运动的进给运动，N1和N2优选地为1，或者取自{1，2，3，......N}，N为任意自然数。这种类型的组合运动尤其用于局部破坏和弱化生物膜的结构，优选地弱化仅仅在优选基本上与工具直径对应的直径内的膜，以及用来将工具插入穿过膜的被破坏的位置，例如在ICSI的情况下将毛细部件较深地插入到卵母细胞中。

在第二运动模式中，执行N3对组合的N1个脉冲运动和N2个进给运动的序列，N1优选地为1或小于5，N2优选地为1，N3优选地选自范围[1-3]、[3-5]、[5-10]、[10-20]，或更大，其中通常N1、N2和N3优选地取自{1，2，3，......N}，N为任意自然数。这种类型的运动模式尤其用于刺穿大体积的软材料，例如生物细胞本体，其在工具末端的前进路径中提供不止一个膜，例如细胞膜和细胞器官或细胞核的膜。在进给运动步骤之间，材料被局部弱化，以降低材料对后续的进给运动步骤的局部抗性。这样的模式可以优选地避免例如活细胞的目标材料的不必要损坏。

在第三运动模式中，执行至少一个连续的进给运动，其中在所述连续的进给运动期间执行数量为N1的脉冲运动，这意味着，优选的是，在设备的至少一个致动器元件活动的同时进给运动装置活动。这允许工具快速有效地前进，原因是在工具前进时目标材料被反复地且永久地弱化。

优选地，在运动模式中，通过执行脉冲运动来触发组合运动的进给运动。

反之亦然，所述运动模式也可以相应地开始于进给运动，然后是脉冲运动。

优选地，控制器件被构造为执行组合运动，其中设备被构造为提供脉冲运动沿着x轴的幅度，所述幅度小于或等于用户能够限定的幅度，例如0.5μm、1.0μm或1.5μm，并且其中进给运动装置被构造为提供进给运动沿着x轴的幅度，所述幅度大于或等于组合运动的对应脉冲运动的幅度，大于或等于的因子优选地在1至2、2至5、5至10、10至100之间或为不同的值。这种类型的运动模式允许在生物结构(例如膜)弱化之后快速有效地进行前进运动，从而例如导致细胞的较短且较轻柔的处理。然而，还可能且优选的是，控制器件被构造为执行组合运动，其中设备被构造为提供脉冲运动沿着x轴的幅度，所述幅度小于或等于用户能够限定的幅度，例如0.5μm、1.0μm或1.5μm，并且其中进给运动装置被构造为提供进给运动沿着x轴的幅度，所述幅度小于或等于组合运动的对应脉冲运动的幅度。这种类型的运动能够用于处理具有较高抗性的材料，该材料需要在更多的位置处通过脉冲运动进行更多的弱化，例如以用于使工具刺穿材料。

可以形成其它运动模式，其可在脉冲运动的时间段完全或部分重合的情况下用于重叠或跟随进给运动的时间段。优选地，系统被构造为使用户定制期望的运动模式。优选地，系统控制装置利用程序代码来应用期望的运动模式。这样的程序代码优选地存储在系统控制装置存储器件中。程序代码可以部分地或完全地由用户生成，或者部分地或弯曲地由工厂预先确定，并且能够由用户通过改变参数而进行修改，或者至少部分地不能由用户通过改变参数而进行修改。优选地，代表优选运动模式的数据组可以由系统或系统控制装置相应地存储，以便在以后的时间再次加载和再次应用。

以上已经描述了设备的优选的幅度和频率。

进给运动装置可以包括一个或多个步进马达或致动器，例如压电元件，如设备的致动器元件的内容所述。也可有其它的前进器件。然而，进给运动装置优选地能够执行幅度比设备的致动器元件能够执行的运动的幅度大的运动，这代表了系统执行工具的进给运动的能力所处的距离范围大于执行脉冲运动的设备的致动器元件的可能的幅度。这并非强制性地暗示，而是可以表示，对于要应用于工具的组合运动而言，进给运动的幅度必须大于脉冲运动的幅度。具体地，优选的是在组合运动中，进给运动的幅度大于/等于脉冲运动的幅度乘以因子c，c优选地大于1，2，3，5，10，50或100或更大。这允许形成能够快速有效地刺穿目标材料的运动模式。然而，还可能且优选的是，控制器件被构造为执行组合运动，其中设备被构造为提供脉冲运动沿着x轴的幅度，所述幅度小于或等于预定值，例如0.5μm、1.0μm或1.5μm，并且其中进给运动装置被构造为提供进给运动沿着x轴的幅度，所述幅度小于或等于组合运动的对应脉冲运动的幅度。

进给运动装置的整个行程(幅度)优选地为5至10μm、10至20μm或20至40μm，这允许刺穿目标材料直到期望的刺穿深度，该刺穿深度在例如植物细胞或卵母细胞的情况下较大，植物细胞或卵母细胞通常具有比许多其它生物细胞大的直径或尺寸。优选地，通过系统控制装置根据其它参数，优选地根据脉冲运动的幅度或应用于设备以用于驱动至少一个致动器元件的供应电压，计算组合运动或运动模式内的进给运动的幅度。优选地，进给运动的速度在每秒0.0至100nm、100至500nm/s、500至1000nm/s、1μm至2μm/s、2μm至10μm/s之间或为不同的值。优选地，进给运动的速度可以是用户限定的，并且能够由系统控制装置的存储器件存储，优选地形成代表优选运动模式的数据组的一部分。

优选地，进给运动装置为独立的装置，具体地，其不是永久地连接到系统，并且设备优选地也为独立的装置，具体地，其不是永久地连接到系统，两者均形成模块化系统。设备可以是用于产生工具部分的脉冲运动的已知设备，进给运动装置可以是用于产生进给运动的进给运动装置。然而，设备和进给运动装置分别适于或装备有彼此相互作用的器件，例如连接件、接口和/或程序代码。能够分别被额外的器件采用或装备以配合在根据本发明的系统中的合适的设备为欧洲专利申请Nr.09015977所述的Eppendorf AG的细胞操纵器(其对应于设备的优选实施例)，或者为美国的One Digital Drive，Novato，CA94949的Sutter Instrument Company提供和销售的PrimeTechPMM-150FU。能够被额外的器件采用或装备以配合在根据本发明的系统中的合适的进给运动装置为德国汉堡Barkhausenweg 1，D-22339的Eppendorf AG提供和销售的“Transfer

NK 2”。

例如沿x轴的线性进给运动可能是期望的，以尤其避免在由安装到系统的工具部分上的工具此前“钻孔”的孔附近的细胞膜的不必要的破坏。在本文中，设备的优选实施例变得尤其有用，其最佳地用于执行例如沿x轴的线性运动。然而，进给运动也可以是非线性的，并且可以跟随多边形或弯曲的轨迹，例如圆形、椭圆形、螺旋形或不同的轨迹。这可以用于在例如已经刺穿生物结构之后更加精确地定位工具末端。

根据本发明的系统优选地包括输入器件，借助该输入器件可以将控制数据输入到装置中，其中控制数据控制系统的工具部分的运动。这样的输入器件可以是用户输入器件，例如键盘、触摸屏、按钮和类似物，以允许用户以期望的方式定制运动模式或组合运动，或者组成包括至少一个组合运动以限定用户提供的控制程序代码的运动模式。这样的输入器件还可以包括数据接口，该数据接口用于连接到其它装置，例如连接到PC或自动实验室系统，例如LIMS。优选地，系统被构造为允许关闭组合运动，以便简单地使设备执行脉冲运动或者使进给运动装置执行进给运动。这在模块化系统中是尤其有用的，其中通过用户的选择，设备和进给运动装置可以组合以形成根据本发明的系统。

根据本发明的用于产生系统的工具部分的运动的方法，尤其应用于生物细胞材料的操作，其中所述系统包括设备，所述设备设置有工具部分，在所述工具部分处能够布置有工具，并且至少一个致动器元件布置成移动所述工具部分，所述系统包括系统控制装置，所述系统控制装置设有控制器件，所述控制器件被构造为使所述设备借助所述至少一个致动器元件执行所述工具部分的脉冲运动，所述脉冲运动从所述工具部分的第一位置开始，使所述工具部分移动至第二位置，并且使所述工具部分从所述第二位置朝向第三位置移动，所述系统还设有进给运动装置，所述进给运动装置联结到所述工具部分并且能够提供所述工具部分的进给运动，所述系统控制装置设有控制器件，所述控制器件被构造为使所述进给运动装置执行所述工具部分的进给运动，所述方法包括以下步骤：

-使所述系统控制装置的控制器件执行所述工具部分的组合运动，所述组合运动包括进给运动和脉冲运动，其中通过所述系统控制装置提供和预先确定所述脉冲运动期间的第一时刻与所述进给运动期间的第二时刻之间的时间移位；

-优选地在执行所述组合运动之前预先确定所述时间移位，并且借助所述系统控制装置提供所述时间移位。

从前述系统、设备和运动模式的说明中可以得到根据本发明的方法的实施例和特征。

附图说明

此外，参考附图，具体是参考优选实施例中设备的说明，从根据本发明的系统和方法的以下实施例中可以得到本发明进一步的优点、特征和应用。在下文中，相同的附图标记基本上表示相同的部件。

图1示出了现有技术的设备的侧视图，其包括U形基部。

图2示出了包括根据优选实施例的任意实施例的具有功能性部件的布置的方框图，其根据本发明的方法的任何优选构型进行操作。

图3示出了沿着设备的优选实施例的长度竖向横截面。

图4示出了图3的竖向横截面的细节。

图5示出了致动器元件的布置和连接的实例，其为压电元件的序列，可以用于图3和4的设备。

图6示出了根据本发明的系统的实施例。

图7a示出了当系统执行第一运动模式时图6的系统的工具部分的位置随时间推移的示意图。

图7b示出了当系统执行第二运动模式时图6的系统的工具部分的位置随时间推移的示意图。

图7c示出了当系统执行第三运动模式时图6的系统的工具部分的位置随时间推移的示意图。

具体实施方式

图1示出了以上已经描述的现有技术的设备。

根据优选实施例的设备的实施例涉及“细胞钻孔器”，其是在需要例如执行ICSI时适于在生物细胞的膜或壳中钻孔的设备。术语“钻孔器”并不是强制暗示能够连接到钻孔器上的工具的旋转运动，而是可能暗示旋转运动。

图2示出了包括根据优选实施例的任意实施例的具有功能性部件的系统的方框图，其根据本发明的方法的任何优选构型进行操作。细胞钻孔器6优选用于整个系统(6；7；8；9；10；11)。细胞钻孔器是悬挂的并且由进给运动装置7保持，该进给运动装置为例如微操纵器7，例如Eppendorf TransferMan NK 2^TM。微操纵器7安装到倒置的显微镜8上，该显微镜为例如尼康Eclipse Ti^TM。

细胞钻孔器6经由外部控制装置9控制。外部控制器包括控制面板和连接到控制面板上的两个脚踏开关。或者，可以使用具有至少两个开关的手动开关。第一脚踏开关(通道1)的操作触发脉冲序列的开始，其中细胞钻孔器6的工具根据适用于刺穿卵母细胞的透明膜环(膜环)的参数而进行前后线性运动。第二脚踏开关(通道2)触发适用于刺穿卵母细胞的卵膜的脉冲序列。分别根据三个单个参数来确定用于连个通道的参数组：工具的脉冲的幅度(a)；一个序列中脉冲的数量(n)；以及限定了脉冲的时间序列的频率(f)或延迟时间。

对于刺穿膜环或卵膜，以下的参数组是有用的：

膜环：

a＝优选地0.20至0.95μm，优选地0.20至0.67μm；

n＝优选地1至70，优选地1至10；

f＝优选地1至40Hz，优选地1至10Hz。

卵膜：

a＝优选地0.12至0.5μm；

n＝优选地1至20，优选地1至5；

f＝优选地1至40Hz，优选地1至10Hz。

参数的最佳选择取决于必须被刺穿的细胞的类型。其还取决于用作工具的毛细部件以及其可能的填充材料，该填充材料可以是Fluorinert^TM FC-77或汞。因此，最佳参数可能不同于本文所述的参数的范围。优选地，设备(即细胞钻孔器6)适于容许其它参数。例如，可能多次开始脉冲序列以成功完成刺穿特定的膜。

除了细胞钻孔器功能，本文所述的细胞钻孔器6的实施例还提供第二功能，并且能够用作微解剖器以切开细胞膜或组织。如果解剖模式经由控制面板开始，则优选地不能选择参数n。相反，优选地通过操作脚踏开关来控制解剖工具，直到该开关被释放。能够执行f＝0至1000Hz的标准频率解剖或f＝20至40kHz的高频率解剖。

此外，根据优选实施例的设备(具体为细胞钻孔器6)和/或控制装置(具体为控制装置9)适于提供清洁功能，其目的在于清洁工具的粘附材料，例如细胞材料。优选地通过控制面板或者通过“双击”脚踏板来开始清洁功能。清洁方法提供脉冲序列，其实用于以清洁频率抖落细胞材料，该清洁频率优选地在2至10000Hz、10至2000Hz、100至2000Hz、800至1200Hz、950至1050Hz之间，或者为不同的频率。

如果细胞钻孔器6用于将材料注射到细胞中(例如ICSI)，则该设备除了需要对控制装置9和微操纵器7的接口，还需要对显微注射器11的第三接口，例如Eppendorf CellTram Oil^TM。显微注射器11将最小体积的流体，例如100至1000μm³或不同的体积，施用到毛细部件中，具体为由细胞钻孔器6移动的大约380μm³的单个人类精子所占据的体积。如果微电极取代毛细部件用作工具，那么必须由合适的控制装置(11)提供微电极。如果细胞钻孔器6用于组织样品10的微切，那么可以省略或断开用于微电极的显微注射器11或控制器。

图3示出了沿着根据优选实施例的设备的实施例的长度的竖向横截面，该设备为细胞钻孔器6。该实施例包括细胞钻孔器(用于产生工具运动的设备)，以用于与显微注射器11结合。微毛细部件101(工具)由改变为夹持头部的安装头部102保持。替代形式的工具可为用作微解剖器的微电极或切割工具，其安装到致动的构件103的运动部分5b上。微毛细部件101的通道借助密封器件紧密地连接到致动的构件103的通道104，该致动的构件改变为毛细管103。毛细管103经由接头105连接到显微注射器11。连接器件106(例如夹紧装置)设置在致动的构件(即管103)的后部部分处，以保持细胞钻孔器6。经由电源线107执行细胞钻孔器的操作，该电源线107将驱动部分108连接至控制装置9。在操作期间，对显微注射器11的进给管道105、毛细管103、以及微毛细部件101的一部分填充有硅油。微毛细部件101的前部部分通常填充有Fluorinert^TM FC-77或汞。通过用显微注射器11向上或向下泵送流体，管道系统中的整个流体柱可以移动，从而可以控制通过微毛细部件101进行的流体体积(和/或细胞材料)的吸收或释放。

图4示出了图3的细胞钻孔器6的竖向横截面的驱动部分108的细节图。解释细胞钻孔器的组装，具体是驱动部分108的组装。驱动部分108位于管103上，该管103是承载体。首先，螺纹套筒109在管上滑动，直到其停止在凹部110处，该螺纹套筒也用作连接器件，其中来自致动器元件的力在第一位置处传递到管。然后，放置隔绝/中心套筒111。在管103的前部中设置有同心凹槽，该同心凹槽也用作连接器件并且限定了第二位置，在该第二位置处来自致动器元件的力被传递至管103，以便在通过压电元件致动的情况下使所述第一位置和所述第二位置之间的管膨胀。所述凹槽中放置两个锥形环元件112，这提供朝向细胞钻孔器的前部部分增大的外径，即其外表面具有成一定角度的斜坡。锥形盘113滑动到锥形环元件112上，该锥形盘在其内侧处具有角度相同但是方向相反的斜坡，使得部件112和113以形成封闭的方式彼此接触。压电环元件114抵靠盘113，该压电环元件通过套筒111与管103电绝缘并且居中靠着管103。抵触支撑件115螺纹接合到螺纹套筒109上，直到压电元件114处于充分偏压压缩状态下。所述压缩优选地选择成使得压电元件114在设备操作期间总是处于压缩状态下，优选地至少处于所述偏压压缩状态下。这确保通过夹紧而安全安装压电元件114，从而避免不期望的移动。因此，压电元件114不需要进行粘结剂粘结或其它连接。另外，可以避免可能导致陶瓷破裂的压电元件的拉伸应力。抵触支撑件115保持电源线107和抗扭结构116。

壳体117和覆盖件118封闭细胞钻孔器的驱动结构。经由密封环119、120和121，所得到的内部空间相对于环境不透空气和不透蒸汽地密封。因此，压电元件114免于受到灰尘和湿气。

在下文中，参考图3至5解释细胞钻孔器6的工作原理。如果合适的电压经由电源线107施加到压电元件114上，则压电元件沿x方向膨胀。然而，它们被夹紧在第一和第二位置之间，即抵触支撑件115和锥形盘113之间。这些部件被螺纹套筒109和环元件112分别相对于管的膨胀方向通过管的凹槽和凹部110(即通过管103自身)牢固地保持。原理上还可以采用管的压缩来代替管的膨胀，这不是此处的实施例的情况。

用于管103的优选材料是钢。众所周知，甚至钢也是能够弹性变形的材料，其具有较高的杨氏模量(大约200kN/mm²，与此相比，硅橡胶为0.05kN/mm²)。这意味着在预定的体积内钢比其它材料能够存储多得多的能量。另一方面，如果使用具有高杨氏模量的材料，例如钢，那么存储预定的能量需要小得多的压缩距离。对于本文所需的运动的幅度，可以通过本发明的致动器元件容易地执行钢的膨胀，尤其是在不使管103破裂或者不使钢塑形地和不可逆地变形的情况下。钢提供的优点还在于，管103获得高的机械稳定性。

因为环形压电元件114布置成与管103同轴，所以所得到的力的矢量处于管的横截面的中心，并且指向管的中心轴线(x轴)的方向。因此，不会引起管103的弯曲，而是仅仅影响管的膨胀，随后弹性放松。由于避免了弯曲，所以防止了微毛细部件101的末端沿y和z方向的偏转，这保持孔径和截面宽度较小。

图5示出了致动器元件的布置和连接的实例，其为压电元件的序列，可以用于图3和4的设备。使用四个圆环形压电元件114a、114b、114c和114d，其极性形成为在电压下膨胀。元件的表面设置有银电极。电压经由环形金属垫片盘利用延伸的触头板122、123、124施加到电极。触头122和123的极性为正极并且连接到同轴线缆的内线，触头124的极性为负极并且连接到线缆的外线。压电元件114的叠层的后端部的极性经由与金属抵触支撑件115电接触而形成为负极，其中抵触支撑件115与外线接触。叠层的前端部的极性也经由金属锥形盘113而形成为负极，该金属锥形盘113与锥形环区段112、毛细管103、金属螺纹壳109和抵触支撑件115电接触。

压电元件114的膨胀与施加的电压成比例。通常，通过使用少于四个的压电元件114可以获得例如2μm的期望运动幅度。然而，接下来待施加的所需电压值增大。对于相同类型的两个压电元件114而言，该值为大约1000V，对于四个元件而言其为500V，对于八个压电元件114而言其为250V。如果操作电力需要大于或远大于500V，那么所需的电子部件的成本急剧增加。与500V电子产品相比可能安全的250V下的成本与由于额外数量的压电元件114而增加的成本相比忽略不计。因此，用于细胞驱动器6的优选操作电压在300V与600V之间，并且优选地为500V。然而，如上所述，其它的值也是优选的。具体地，示出了细胞钻孔器6还可以以小于所讨论的2μm(具体为1μm或更小)的运动幅度充分地操作，见以上幅度的实施例。

压电元件114包括晶体，其电场强度对应于晶体偏转的主方向。从而它们必须在膨胀方向上接触。这提供的优点在于，触头可以设置在平的表面上，也就是压电元件114的表面上。否则，不同类型的压电元件必须经由其周向侧进行接触，这使得成本较高，但是在根据本发明的设备的某些构型中可以提供其它的优点。

图6示意性地示出了根据本发明的系统200的实施例。系统200包括用于产生工具运动的设备201，例如图6的设备(“细胞钻孔器”)，其适用于系统200。设备201包括工具部分202，工具203固定在该工具部分处，该工具在此处为玻璃毛细部件，被构造为沿着x轴进行循环运动(由两个双向箭头表示)，其可以是单个循环运动、循环运动序列或周期性的循环运动，优选地取决于用户的选择。设备201借助安装螺钉205可移除地安装到连接构件204，其中连接构件204固定到进给运动装置206的移动部件206a，其可以借助进给运动驱动结构的压电元件(未示出)使得移动部件206a沿着x轴在图6的左侧方向上移动，其中压电元件部分地固定到实心支柱206b，设备201和进给运动装置206借助该实心支柱保持在地面上。这样，进给运动装置206联结到工具部分202。

设备201经由线缆207和连接器208连接到第一控制装置209，根据设备201的至少一个致动器元件(未示出)的期望位移，第一控制装置向设备201提供大约600V的供应电压。从而，通过控制设备201的供应电压的时间进程，可以控制具有工具203的工具部分202的循环运动。进给运动装置206经由线缆210和连接器211连接到第二控制装置212，根据进给运动装置206的压电元件(未示出)的期望位移，第二控制装置向进给运动装置206提供大约600V的供应电压。从而，通过控制进给运动装置206的供应电压的时间进程，可以控制具有工具203的工具部分202的进给运动。

通过提供第一控制装置209的合适构型，系统200的组合运动实现为分配至设备201并且进行循环运动，通过进一步提供第二控制装置212的合适构型，系统200的组合运动实现为分配至进给运动装置206并且进行进给运动。为此，第一控制装置209和第二控制装置212分别构造为通过分别提供相互作用器件213、214而彼此相互作用，该相互作用器件接合成用于数据交换。另外，控制装置209、212分别包括用于相互作用的电路，该电路可以通过程序代码进行控制，程序代码可以存储在相应的控制装置的数据存储部分(未示出)中，或者可以以另外的方式提供给控制装置。两个控制装置209和212都是系统控制装置215的一部分，系统控制装置215控制该控制装置，从而控制通过系统200实现的组合运动和运动模式。

系统200被构造为使得例如可以通过受第一控制装置209控制的循环运动开始组合运动。在循环运动期间，在第一时刻处，第一控制装置通过软件同步在第二时刻触发进给运动装置206的进给运动，第二时刻可以是进给运动的开始时刻。这意味着第二控制装置评价经由相互作用线缆215′交换的数据流量，并且寻找触发进给运动的开始的控制信号。在第三时刻处，例如在进给运动结束的时刻处，第二控制装置212借助软件同步等触发后续的循环运动，直到结束预定的运动模式。相互作用线缆215′使用RS232连接，其中可以使用其它的连接类型，例如光学的、无线的或其它的线缆连接。

系统控制装置215可以设置有用户输入器件和/或输出器件，例如显示器、话筒、LED等，以便让用户影响组合运动，优选地定制具有至少一个组合运动的运动模式。例如，用户可以经由输入器件或经由用于第一或第二控制装置处数据交换的接口(未示出)对运动模式进行编程，或者利用例如PC的控制装置对运动模式进行编程。此外，踏板开关可以设置成让用户通过用他的脚倾斜踏板而引发某些过程，例如组合运动。系统优选地被构造为让用户暂时改变和限定该过程，该过程分配给某个输入器件(例如踏板)的信号。在该实施例中，具有第二控制装置的进给运动装置被构造为允许用户相互作用，具体地，允许对运动模式进行编程。因此，具有第二控制装置的进给运动装置提供用于产生系统200的组合运动的数据。第二控制装置向第一控制装置发送用于脉冲运动的脉冲的强度(幅度)、频率和数量的数据，其中同步方法控制脉冲和进给运动的时间调节。

如图7a所示，运动模式可以包括组合运动的重复序列，其中图7a的运动模式中包括四个组合运动。在由用户确定或者由运动模式确定的时刻，在运动模式的最后组合运动之后，工具部分返回至其开始位置，该开始位置由图右侧的下降斜坡部分表示。组合运动包括单个循环运动(图中的第一峰值)，之后是进给运动(图中的第一斜坡部分)，其中循环运动和进给运动相继地进行，基本上没有暂停或重叠。在图7b中，通过开始运动模式的总数三个循环运动的第一循环运动而开始连续的进给运动，其中循环运动和进给运动完全重叠。在图7c中，示出了组合运动，其包括四个后续的循环运动，其中最后的循环运动触发连续的进给运动的开始。通过本发明的系统可以实现多个其它的运动模式，其允许组合运动和运动模式优化到期望的技术需求，例如当刺穿某种类型的生物细胞时。

Claims (15)

1.一种用于产生工具(101；203)的运动的系统(200)，尤其应用于生物细胞材料的操作，

所述系统(200)包括设备(6；201)，

所述设备(6；201)设置有工具部分(102；202)，在所述工具部分处能够布置有工具(101；203)，并且所述设备设有至少一个致动器元件(114)，所述至少一个致动器元件布置成移动所述工具部分(102；202)，

所述系统(200)包括系统控制装置(215)，

所述系统控制装置(215)设有控制器件(209)，所述控制器件被构造为使所述设备(6；201)借助所述至少一个致动器元件(114)执行所述工具部分(102；202)的脉冲运动，所述脉冲运动从所述工具部分的第一位置开始，使所述工具部分移动至第二位置，并且使所述工具部分从所述第二位置朝向第三位置移动，

所述系统(200)还包括进给运动装置(206)，所述进给运动装置联结到所述工具部分(102；202)并且能够提供所述工具部分的进给运动，

所述系统控制装置(215)设有控制器件(212)，所述控制器件被构造为使所述进给运动装置(206)执行所述工具部分(102；202)的进给运动，以及

所述系统控制装置(215)设有控制器件，所述控制器件被构造为使所述工具部分执行组合运动，所述组合运动包括进给运动和脉冲运动，其中通过所述系统控制装置提供和预先确定所述脉冲运动期间的第一时刻与所述进给运动期间的第二时刻之间的时间移位。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个致动器元件包括压电元件，并且其中所述设备被构造为执行脉冲运动，所述脉冲运动为沿着x轴的大致线性运动。

3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述进给运动装置包括压电元件并且被构造为执行进给运动，所述进给运动为沿着x轴的大致线性运动。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述系统被构造为执行沿着x轴的大致线性组合运动。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述系统控制装置包括第一控制装置和第二控制装置，所述第一控制装置控制所述设备的脉冲运动，所述第二控制装置控制所述进给运动装置的进给运动。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述系统包括相互作用器件，所述相互作用器件被构造为使所述第一控制装置和所述第二控制装置分别交换信号或数据，具体是在所述第一时刻处，具体通过使所述系统被构造为执行所述第一控制装置与所述第二控制装置之间的同步方法以用于协调所述组合运动，使所述第一控制装置影响所述进给运动的进程并且使所述第二控制装置影响所述脉冲运动的进程。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述相互作用器件包括用于数据交换的数据接口。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的系统，其中所述设备和所述进给运动装置是独立的装置，其中所述第一控制装置分配给所述设备并且所述第二控制装置分配给所述进给运动装置，其中两个装置能够连接以用于相互作用。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述系统包括定时器装置，所述定时器装置辅助根据时间表控制所述组合运动，所述时间表在执行所述组合运动之前预先确定。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述控制器件被构造为具体通过对应的程序代码来执行组合运动，其中所述设备被构造为提供沿着x轴的所述脉冲运动的幅度，并且其中所述进给运动装置被构造为提供沿着x轴的所述进给运动的幅度，所述幅度大于或等于所述组合运动的对应的脉冲运动的幅度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述控制器件被构造为具体通过对应的程序代码来执行第一运动模式中的组合运动，其中通过所述设备执行数量为N1的完整脉冲运动，最后脉冲运动的结束代表所述“第一时刻”，其基本上对应于所述“第二时刻”，所述第二时刻是所述进给运动的开始时刻，所述进给运动能够为时间段T2期间的连续进给运动，或者能够为包括不会被进给运动多次打断的数量为N2的周期的进给运动的进给运动，N1和N2优选地为1，或者取自{1，2，3，......N}，N为任意自然数。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述控制器件被构造为具体通过对应的程序代码来执行第二运动模式中的组合运动，其中执行N3对组合的N1个脉冲运动和N2个进给运动的序列，N1优选地为1或小于5，N2优选地为1，N3优选地选自范围[1-3]、[3-5]、[5-10]、[10-20]，或更大，其中通常N1、N2和N3优选地取自{1，2，3，......N}，N为任意自然数。

13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述控制器件包括数据存储器件以及至少一个程序代码，所述数据存储器件用于存储程序代码，所述至少一个程序代码使所述系统控制装置执行至少一个组合运动或包括至少一个组合运动的运动模式。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统包括用户输入器件，并且所述系统被构造为使用户借助所述用户输入器件影响所述程序代码。

15.一种用于产生系统的工具部分的运动的方法，尤其应用于生物细胞材料的操作，其中所述系统包括设备，所述设备设置有工具部分，在所述工具部分处能够布置有工具，并且所述设备设有至少一个致动器元件，所述至少一个致动器元件布置成移动所述工具部分，所述系统包括系统控制装置，所述系统控制装置设有控制器件，所述控制器件被构造为使所述设备借助所述至少一个致动器元件执行所述工具部分的脉冲运动，所述脉冲运动从所述工具部分的第一位置开始，使所述工具部分移动至第二位置，并且使所述工具部分从所述第二位置朝向第三位置移动，所述系统还设有进给运动装置，所述进给运动装置联结到所述工具部分并且能够提供所述工具部分的进给运动，所述系统控制装置设有控制器件，所述控制器件被构造为使所述进给运动装置执行所述工具部分的进给运动，所述方法包括以下步骤：

-使所述系统控制装置的控制器件执行所述工具部分的组合运动，所述组合运动包括进给运动和脉冲运动，其中通过所述系统控制装置提供和预先确定所述脉冲运动期间的第一时刻与所述进给运动期间的第二时刻之间的时间移位；

-优选地在执行所述组合运动之前预先确定所述时间移位，并且借助所述系统控制装置提供所述时间移位。

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