CN105505743B - 基于水压的微纳米级电动单细胞操控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水压的微纳米级电动单细胞操控系统。线性移动平台支撑架垂直固定在工作台上，U形框架底面固定在转接板上，线性移动平台安装在线性移动平台支撑架侧面，转接板固定在线性移动平台的移动台上；U形框架内装有液体容器，液体容器上盖两个螺纹转接头分别连接二通阀，液体容器下盖第三螺纹转接头连接到探针夹持器一端，另一端装有探针；探针夹持器卡在探针夹持器夹具的弹簧卡槽内，并固定在另一转接板下端，其上端连接到微操平台上。本发明三轴精度达~7nm，行程20mm，对活体细胞损伤小；细胞控制稳定，控制水压的线性移动平台精度为0.25μm；本发明用于单细胞微操实验并易于整合到基于单细胞微操的实验系统。
Description
技术领域
本发明涉及单细胞操纵系统，尤其是涉及一种基于水压的微纳米级电动单细胞操控系统。
背景技术
随着近年来生物物理方法的发展，出现了很多新颖、高效的方法，而这些新兴的系统往往需要利用成型的子模块巧妙地整合到新系统中。在很多细胞实验中，由于细胞尺寸较小，实时的观测需要基于显微镜和CCD。想要观测单细胞在各种条件下的变化（如形貌、荧光、膜电位等），首先需要将单细胞固定，并要求能够按照需要移动细胞。因此，细胞操纵系统是很多单细胞实验方法的基础。目前市场上很少有此类成型的系统，尤其是作为子模块，可以简单、方便地整合进新系统的细胞操纵系统更加少见。
目前应用较多的方法主要是用水压／气压系统形成负压产生吸力，将单细胞吸附在毛细微吸管尖端。首先，考虑到很多单细胞实验都有防震动的要求，气泵的使用显然会对实验过程产生影响；其次，固定细胞的吸力的精度也要求极高，吸力过大容易损伤细胞，吸力过小则细胞容易逃脱；再次，细胞的小尺寸往往需要高倍物镜进行观察，而高倍物镜的视野通常很小，很难对细胞实现极为精确的微纳米级别的显微操纵。因此，需要一种基于水压的压力精确可控的高精度细胞操纵系统。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于水压的微纳米级电动单细胞操控系统。用高精度线性移动平台对水压进行精确控制，并用纳米级微操平台对单细胞进行精确的三维控制。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
本发明包括探针，探针夹持器夹具，探针夹持器，第二转接板，微操平台，线性移动平台，线性移动平台支撑架，液体容器，第一转接板，U形框架，三个螺纹转接头，两个鲁尔二通阀，注射器和三根医用硅胶管；
线性移动平台支撑架垂直固定在工作台上，线性移动平台安装在线性移动平台支撑架侧面，第一转接板固定在线性移动平台的移动台上；U形框架底面固定在第一转接板上；U形框架内装有液体容器，液体容器用螺杆固定在U形框架内，液体容器上盖装有第一、第二螺纹转接头，第一、第二螺纹转接头分别与各自的医用硅胶管的一端连接，第一、第二医用硅胶管的另一端与各自的鲁尔二通阀连接，两个鲁尔二通阀的另一端都能连接注射器，液体容器下盖装有第三螺纹转接头，第三螺纹转接与第三医用硅胶管的一端连接，第三医用硅胶管的另一端连接到探针夹持器的一端，探针夹持器的另一端装有探针；探针夹持器卡在探针夹持器夹具的弹簧卡槽内，探针夹持器夹具固定在第二转接板下端螺孔内，第二转接板上端连接到微操平台上。
所述探针夹持器夹具型号为 Narishige公司产品HIK-3探针夹持器夹具。
所述探针夹持器型号为Narishige公司产品HI-7探针夹持器。
所述微操平台型号为Sensapex三维微操平台。
所述线性移动平台型号为Physic Instrument公司产品的M404线性移动平台。
本发明具有的有益效果是：
本发明主要针对生命科学领域中微纳米水平的单细胞操纵问题，用高精度线性移动平台对水压进行精确控制，并用纳米级微操平台对单细胞进行精确的三维控制，兼具以下优势：
1）单细胞操作简便，空间控制精度高且范围广（X，Y，Z三轴精度可达~7nm，控制范围~20mm），控制过程对活体细胞损伤小；
2）细胞控制稳定，水压压力控制精度高（精度为0.25μm) 。
3）该系统可广泛应用于基于单细胞或微米颗粒显微操作的复杂实验系统中。
附图说明
图1是本发明的系统结构原理图。
图2是本发明水压通路的结构图。
图3是本发明线性移动平台支撑架的结构图。
图4是本发明U形框架的结构图。
图5是本发明第二转接板的结构图。
图中：1、探针，2、探针夹持器夹具，3、探针夹持器，4、第二转接板，5、微操平台，6、线性移动平台，7、线性移动平台支撑架，8、液体容器，9、第一转接板，10、U形框架，11、螺纹转接头，12、鲁尔二通阀，13、注射器。14、医用硅胶管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括探针1，探针夹持器夹具2，探针夹持器3，第二转接板4，微操平台5，线性移动平台6，线性移动平台支撑架7，液体容器8，第一转接板9，U形框架10，三个螺纹转接头11，两个鲁尔二通阀12，注射器13和三根医用硅胶管14。
如图1、图2所示，线性移动平台支撑架7垂直固定在工作台上，线性移动平台6用螺钉安装在线性移动平台支撑架7侧面(如图3所示)，第一转接板9固定在线性移动平台6的移动台上；U形框架10底面固定在第一转接板9上(如图4所示)；U形框架10内装有液体容器8，液体容器8用螺杆固定在U形框架10内，液体容器8上盖装有第一、第二螺纹转接头11，第一、第二螺纹转接头11分别与各自的医用硅胶管14的一端连接，第一、第二医用硅胶管14的另一端与各自的鲁尔二通阀12连接，两个鲁尔二通阀12的另一端都能连接注射器13，液体容器8下盖装有第三螺纹转接头11，第三螺纹转接头11与第三医用硅胶管14的一端连接，第三医用硅胶管14的另一端连接到探针夹持器3的一端，探针夹持器3的另一端装有探针1；探针夹持器3卡在探针夹持器夹具2的弹簧卡槽内，探针夹持器夹具2固定在第二转接板4下端螺孔内，第二转接板4上端连接到微操平台5上(如图5所示)。
所述探针夹持器夹具2型号为 Narishige公司产品HIK-3探针夹持器夹具。
所述探针夹持器3型号为为 Narishige公司产品HI-7探针夹持器。
所述微操平台5型号为为Sensapex微操平台。
所述线性移动平台6型号为Physic Instrument(PI)公司产品的M404线性移动平台（行程200m毫米，最小步进精度0.25微米，控制器Physik Instrument(PI)公司C884.4D，最多支持4路，接口：TCP／IP, USB 1 , RS-232）M404线性移动平台控制器C884通过USB接口连接电脑，通过PI公司提供的控制软件PI MICROMOVE进行控制，并可以根据用户需要，用不同编程语言编写程序整合进其他系统中。
本发明的工作原理如下：
探针1根据用户需要口径进行开口处理，并将探针1中注满水；打开鲁尔二通阀12使液体容器8内液面与大气压接通，装满水的液体容器8可以随线性移动平台6的移动台上下移动，进而调整液体容器8内水面与探针1尖端的相对高度，从而通过对线性移动平台6移动台高度的精密控制实现对探针1尖端产生的压力大小的控制。若液体容器8内液面高于探针1尖端则产生正压力，可将探针1尖端细胞吹出；若液体容器8内液面低于探针1尖端则产生负压力，可将探针1尖端附近细胞吸到探针尖端。
将线性移动平台支撑架7固定在工作台上，通过鲁尔二通阀12向液体容器内注水，同时取下探针夹持器3并抬高，利用连通器原理排空第三医用硅胶管内的气泡。取出探针1，探针夹持器3放置在低于液体容器8内液面位置直至探针夹持器3尖端有连续液滴均匀留出，此时排空了液压通路中的气泡，可以通过控制线性移动平台6移动台高度的控制实现对探针尖端压力的精确控制。
在进行显微操作前需要对零压高度进行校正：通过程序控制线性移动平台6的移动台调整液压容器8的高度，同时观察探针尖端附近悬浮细胞的运动趋势，直到探针尖端附近细胞既不靠近又不远离探针尖端，将此时线性移动平台6移动台的位置设置为零压力高度。
在进行实验时，Sensapex三维微操平台5固定在显微镜载物台上，调整显微镜准焦螺旋，使目标细胞清晰地出现在视野中，通过控制Sensapex三维微操平台5的三维移动将探针1尖端调整到焦平面的视野中间位置，找到目标细胞后将探针1尖端移动到细胞附近，调整线性移动平台6的移动台高度，将细胞吸进探针1尖端。继续调整线性移动平台6的移动台高度，将吸住的细胞调整到理想形态，即可开始实验。实验结束后，调整线性移动平台6的移动台高度，将探针1尖端细胞释放，选择新的目标细胞即可重复实验。
当需要向液体容器8中加水时，将两个鲁尔二通阀12均处于打开状态，用注射器13连通其中一个鲁尔二通阀的另一端，即可向其中注水。
当探针1尖端被异物堵住时，可以将其中一个鲁尔二通阀12关闭，用注射器13接通另外一个鲁尔二通阀12，将注射器13中的空气压入，向水压系统中提供额外正压力，帮助排出探针1尖端的异物。
实验全部结束后关闭两个鲁尔二通阀12，防止液体蒸发及异物进入。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于水压的微纳米级电动单细胞操控系统，其特征在于：包括探针(1)，探针夹持器夹具(2)，探针夹持器(3)，第二转接板(4)，微操平台(5)，线性移动平台(6)，线性移动平台支撑架(7)，液体容器(8)，第一转接板(9)，U形框架(10)，三个螺纹转接头，两个鲁尔二通阀，注射器(13)和三根医用硅胶管；线性移动平台支撑架(7)垂直固定在工作台上，线性移动平台(6)安装在线性移动平台支撑架(7)侧面，第一转接板(9)固定在线性移动平台(6)的移动台上；U形框架(10)底面固定在第一转接板(9)上；U形框架(10)内装有液体容器(8)，液体容器(8)用螺杆固定在U形框架(10)内，液体容器(8)上盖装有第一、第二螺纹转接头，第一、第二螺纹转接头分别与各自的医用硅胶管的一端连接，第一、第二医用硅胶管的另一端与各自的鲁尔二通阀连接，两个鲁尔二通阀的另一端都能连接注射器(13)，液体容器(8)下盖装有第三螺纹转接头，第三螺纹转接头与第三医用硅胶管的一端连接，第三医用硅胶管的另一端连接到探针夹持器(3)的一端，探针夹持器(3)的另一端装有探针(1)；探针夹持器(3)卡在探针夹持器夹具(2)的弹簧卡槽内，探针夹持器夹具(2)固定在第二转接板下端螺孔内，第二转接板上端连接到微操平台(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于水压的微纳米级电动单细胞操控系统，其特征在于：所述探针夹持器夹具(2)型号为 Narishige公司产品HIK-3探针夹持器夹具。
3.根据权利要求1所述的一种基于水压的微纳米级电动单细胞操控系统，其特征在于：所述探针夹持器(3)型号为Narishige公司产品HI-7探针夹持器。
4.根据权利要求1所述的一种基于水压的微纳米级电动单细胞操控系统，其特征在于：所述微操平台(5)型号为Sensapex三维微操平台。
5.根据权利要求1所述的一种基于水压的微纳米级电动单细胞操控系统，其特征在于：所述线性移动平台(6)型号为Physic Instrument公司产品的M404线性移动平台。
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