CN103193201B - 一种柔顺转移微米级颗粒的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种柔顺转移微米级颗粒的装置及方法，属于微米级颗粒转移领域。本发明为解决现有的采用机械夹持或真空吸附方式对微米级颗粒进行转移的过程中，颗粒粘附于操作工具上，以及夹持或吸附时产生的局部高应力造成操作器件或颗粒损伤的问题。装置包括一号三轴位移平台、一号显微镜、支撑架、压电陶瓷管、第一连接件、二号三轴位移平台和毛细管，压电陶瓷管套在毛细管上且二者之间粘接，毛细管设置在支撑架的一端，支撑架的另一端固定在一号三轴位移平台的移动台上，支撑架的两端之间具有间隔，所述一号显微镜通过第一连接件固定在二号三轴位移平台的移动台上，一号显微镜的物镜对准毛细管的下端。本发明用于微米级颗粒的转移。
Description
技术领域
本发明涉及一种转移颗粒的装置及方法，尤其是涉及一种转移微米级颗粒的装置及方法。
背景技术
目前，对微米级颗粒的转移操作主要采用机械夹持和真空吸附两种方式，但微米级颗粒的尺寸过小，由于尺度效应，颗粒与夹持或吸附设备间的表面粘着力相对于颗粒的重力逐渐占主导地位，从而使颗粒常会粘附于操作工具上，导致操作任务的失败。随着操作对象的尺寸不断减小，粘着作用相对于重力作用的主导地位不断提高，颗粒无法释放的问题表现得更加突出；另外，采用机械夹持或真空吸附方式对颗粒进行操作时，由于微器件的结构日趋复杂精细，夹持或吸附时在器件与颗粒间产生的局部高应力容易造成器件或颗粒的损伤，产生严重的破坏性。
发明内容
本发明提供一种柔顺转移微米级颗粒的装置，以解决现有微米级颗粒转移过程中，颗粒与夹持或吸附设备间的表面粘着力相对于颗粒的重力逐渐占主导地位，从而使颗粒常会粘附于操作工具上，导致操作任务的失败，以及采用机械夹持或真空吸附方式对颗粒进行操作时，由于微器件的结构日趋复杂精细，夹持或吸附时产生的局部高应力容易造成操作器件或颗粒的损伤的问题。
本发明所提供的技术方案是：一种柔顺转移微米级颗粒的装置包括一号三轴位移平台、一号显微镜、支撑架、压电陶瓷管、第一连接件、二号三轴位移平台和毛细管，所述压电陶瓷管套在毛细管上且二者之间粘接，毛细管设置在支撑架的一端，支撑架的另一端固定在一号三轴位移平台的移动台上，支撑架的两端之间具有间隔，所述一号显微镜通过第一连接件固定在二号三轴位移平台的移动台上，一号显微镜的物镜对准毛细管的下端；
一种利用上述装置柔顺转移微米级颗粒的方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一：从毛细管的上端向毛细管的下端充入试剂；
步骤二：对压电陶瓷管施加幅值为20-80V且频率为50-400Hz的脉冲电压，使毛细管内形成压力波，在毛细管的下端形成悬挂液滴；
步骤三：调节一号三轴位移平台，使悬挂液滴的下端接触到待转移微米级颗粒，在待转移微米级颗粒和悬挂液滴之间形成液桥，调节一号三轴位移平台使毛细管抬起，通过待转移微米级颗粒和悬挂液滴之间的毛细作用力将待转移微米级颗粒拾起；
步骤四：调节一号三轴位移平台，将毛细管移动到待转移微米级颗粒所要求转移到的位置的上方，增大对压电陶瓷管所施加脉冲电压，使待转移微米级颗粒毛细管下端的悬挂液滴逐渐增大直至落下，从而实现待转移微米级颗粒的转移。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明利用悬挂液滴与微米级颗粒之间的毛细作用力大于微米级颗粒的重力来实现悬挂液滴对微米级颗粒的拾取，将微米级颗粒转移到相应位置后，增大对压电陶瓷管所施加脉冲电压的幅值和频率，使悬挂液滴逐渐增大直至落下，所转移的微米级颗粒也随着悬挂液滴的落下而落下，从而实现微米级颗粒的转移，解决了微米级颗粒常会粘附于操作工具上的问题，同时，整个微米级颗粒的转移过程中，微米级颗粒只与悬挂液滴接触，并不产生局部高应力，避免了所述微米级颗粒或操作器件的损伤。
附图说明
图1是本发明所述装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种柔顺转移微米级颗粒的装置，所述装置包括一号三轴位移平台2、一号显微镜4、支撑架6、压电陶瓷管9、第一连接件5、二号三轴位移平台3和毛细管10，所述压电陶瓷管9套在毛细管10上且二者之间粘接，毛细管10设置在支撑架6的一端，支撑架6的另一端固定在一号三轴位移平台2的移动台上，所述一号显微镜4通过第一连接件5固定在二号三轴位移平台3的移动台上，一号显微镜4的物镜对准毛细管10的下端。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述二号三轴位移平台3的底座固定在一号三轴位移平台2的移动台上，如此设置，使一号显微镜4与毛细管10同步运动，保证一号显微镜4的物镜始终对准毛细管10的下端，避免了一号显微镜4的多次重复调节，省时省力，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括定位板7，定位板7上开有通孔，定位板7套在毛细管10的上端且与毛细管10相粘接，所述第一支撑架6设置有毛细管10的一端开有上下贯通的支架通孔，毛细管10穿在支架通孔上且定位板7卡在支架通孔的上端，如此设置，使毛细管10有效定位在支撑架6上，同时，毛细管10从支撑架6上拆卸或安装也更加方便，其他组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括第二连接件8、显微镜支架14、三号三轴位移平台13和二号显微镜12，三号三轴位移平台13固定在显微镜支架14的上端，所述二号显微镜12通过第二连接件8固定在三号三轴位移平台13的移动台上，如此设置，可以通过二号显微镜12来观察微米级颗粒的转移过程，其他组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括底板1和载物台11，所述底板1水平设置，载物台11的下端固定在底板1的上板面上，载物台11的上端为水平的载物面，所述一号三轴位移平台2的底座和显微镜支架14的下端均固定在底板1的上板面上，如此设置，为一号三轴位移平台2和显微镜支架14提供了一个稳定的定位平台，同时，增加载物台11，方便了微米级颗粒的转移，其他组成和连接关系与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一号显微镜4和二号显微镜12均为CCD显微镜，如此设置，在精确观察微米级颗粒与悬挂液滴的形成及运动过程的同时，使转移过程以图片或视频的方式记录下来，便于观察和分析研究，其他组成和连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述毛细管10与压电陶瓷管9之间通过环氧树脂胶粘接，所述毛细管10与定位板7之间通过聚异丁烯胶粘接，如此设置，环氧树脂胶粘接后硬度大，给压电陶瓷管9通脉冲电压后，便于毛细管10内形成压力波，而所述聚异丁烯胶在粘接后容易去除，使毛细管10与定位板7的拆卸更加方便，其他组成和连接关系与具体实施方式一、二、四或六相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式为利用具体实施方式一、二、四或六所述的装置柔顺转移微米级颗粒的方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一：从毛细管10的上端向毛细管10的下端充入试剂；
步骤二：对压电陶瓷管9施加脉冲电压（幅值为20-80V，频率为50-400Hz），使毛细管10内形成压力波，在毛细管10的下端形成悬挂液滴；
步骤三：调节一号三轴位移平台2，使悬挂液滴的下端接触到待转移微米级颗粒，在待转移微米级颗粒和悬挂液滴之间形成液桥，调节一号三轴位移平台2使毛细管10抬起，通过待转移微米级颗粒和悬挂液滴之间的毛细作用力将待转移微米级颗粒拾起；
步骤四：调节一号三轴位移平台2，将毛细管10移动到待转移微米级颗粒所要求转移到的位置的上方，增大对压电陶瓷管9所施加脉冲电压，使待转移微米级颗粒毛细管10下端的悬挂液滴逐渐增大直至落下，从而实现待转移微米级颗粒的转移。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述压电陶瓷管9的尺寸为20×2.2×1.0mm(长度×外径×内径)，可承受的最大电压500V，电容3nF，最大轴向收缩5μm，最大径向收缩0.7μm。毛细管10为高硼硅玻璃管，外径内径d=0.127±0.001mm，长度L=120mm，其他组成和连接关系与具体实施方式八相同。
Claims (7)
1.一种柔顺转移微米级颗粒的方法，所述方法是利用柔顺转移微米级颗粒的装置来实现的，所述装置包括一号三轴位移平台（2）、一号显微镜（4）、支撑架（6）、压电陶瓷管（9）、第一连接件（5）、二号三轴位移平台（3）和毛细管（10），所述压电陶瓷管（9）套在毛细管（10）上且二者之间粘接，毛细管（10）设置在支撑架（6）的一端，支撑架（6）的另一端固定在一号三轴位移平台（2）的移动台上，支撑架（6）的两端之间具有间隔，所述一号显微镜（4）通过第一连接件（5）固定在二号三轴位移平台（3）的移动台上，一号显微镜（4）的物镜对准毛细管（10）的下端；
其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：
步骤一：从毛细管（10）的上端向毛细管（10）的下端充入试剂；
步骤二：对压电陶瓷管（9）施加幅值为20-80V且频率为50-400Hz的脉冲电压，使毛细管（10）内形成压力波，在毛细管（10）的下端形成悬挂液滴；
步骤三：调节一号三轴位移平台（2），使悬挂液滴的下端接触到待转移微米级颗粒，在待转移微米级颗粒和悬挂液滴之间形成液桥，调节一号三轴位移平台（2）使毛细管（10）抬起，通过待转移微米级颗粒和悬挂液滴之间的毛细作用力将待转移微米级颗粒拾起；
步骤四：调节一号三轴位移平台（2），将毛细管（10）移动到待转移微米级颗粒所要求转移到的位置的上方，增大对压电陶瓷管（9）所施加脉冲电压，使待转移微米级颗粒毛细管（10）下端的悬挂液滴逐渐增大直至落下，从而实现待转移微米级颗粒的转移。
2.根据权利要求1所述一种柔顺转移微米级颗粒的方法，其特征在于：所述二号三轴位移平台（3）的底座固定在一号三轴位移平台（2）的移动台上。
3.根据权利要求1或2所述一种柔顺转移微米级颗粒的方法，其特征在于：所述装置还包括定位板（7），定位板（7）上开有通孔，定位板（7）套在毛细管（10）的上端且与毛细管（10）相粘接，所述支撑架（6）设置有毛细管（10）的一端开有上下贯通的支架通孔，毛细管（10）穿在支架通孔上且定位板（7）卡在支架通孔的上端。
4.根据权利要求3所述一种柔顺转移微米级颗粒的方法，其特征在于：所述装置还包括第二连接件（8）、显微镜支架（14）、三号三轴位移平台（13）和二号显微镜（12），三号三轴位移平台（13）固定在显微镜支架（14）的上端，所述二号显微镜（12）通过第二连接件（8）固定在三号三轴位移平台（13）的移动台上。
5.根据权利要求4所述一种柔顺转移微米级颗粒的方法，其特征在于：所述装置还包括底板（1）和载物台（11），所述底板（1）水平设置，载物台（11）的下端固定在底板（1）的上板面上，载物台（11）的上端为水平的载物面，所述一号三轴位移平台（2）的底座和显微镜支架（14）的下端均固定在底板（1）的上板面上。
6.根据权利要求4所述一种柔顺转移微米级颗粒的方法，其特征在于：所述一号显微镜（4）和二号显微镜（12）均为CCD显微镜。
7.根据权利要求4或6所述一种柔顺转移微米级颗粒的方法，其特征在于：所述毛细管（10）与压电陶瓷管（9）之间通过环氧树脂胶粘接，所述毛细管（10）与定位板（7）之间通过聚异丁烯胶粘接。
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