CN114134028B - 细胞显微注射装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微量注射技术领域，公开了一种细胞显微注射装置，所述细胞显微注射装置包括具有通过第一通道连通的储液腔室、安装腔室的外壳，固定在外壳上并与安装腔室连通的注射头、注射结构以及至少两个单向阀；其中注射结构固定于安装腔室内，中间内部设有注射腔、第二通道和第三通道；环注射腔的外侧壁上设有压电陶瓷环。本申请抛弃了传统机械结构，以压电陶瓷环沿径向方向收缩或扩张以带动注射腔体积变动，从而完成高精度、高分辨率位移，保证了单次压缩注射结构注射的液体体积可达到皮升级。且通过分段控制解决惯性流问题，从而实现高精度皮升级定量注射。同时还具备操作简单、方便拆卸清洗维护等优点。

Description

细胞显微注射装置和控制方法

技术领域

本发明涉及微量注射领域，尤其涉及一种细胞显微注射装置和控制方法。

背景技术

现有技术无论手动或是自动加压的细胞显微注射设备，一般均通过传统机械构件如步进电机结合丝杠推动注射器柱塞的方式进行注射并控制注射量。然而传统机械构件本身在加工制造过程中不可避免地具有一定的误差；此外步进电机结合丝杠的分辨率有限且存在一定的重复定位误差。因此传统的注射装置容易因为机械结构的精度产生两个问题：一是步进电机配合丝杠运动的最小分辨率会限制注射的最小量，因而很难实现皮升级的注射；二是注射器腔体并非理想圆柱体，随着柱塞的移动，截面半径会变化，该误差再加上步进电机重复定位误差会导致重复注射精度低，每次注射液体体积不同，最终导致注射成功率低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种细胞显微注射装置，旨在解决皮升级精确定量注射的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种细胞显微注射装置，所述细胞显微注射装置包括：

外壳，所述外壳具有储液腔室、安装腔室和第一通道，所述储液腔室和所述安装腔室通过所述第一通道连通，所述储液腔室用于储存注射液体；

注射头，穿过所述外壳与所述安装腔室连通，并固定于所述外壳上，所述注射头为空心的管状结构；

注射结构，固定于所述安装腔室内，并将所述安装腔室分隔形成第一腔室和第二腔室，所述注射结构内部设有注射腔、第二通道和第三通道，所述注射腔的两端通过所述第二通道和所述第三通道以与所述第一腔室和所述第二腔室连通；所述注射结构包括压电陶瓷环，所述压电陶瓷环套设于所述注射腔的外侧壁上；

至少两个单向阀结构，分别设置于所述注射结构的出液口处和所述第一通道的出液口处，用于防止液体回流。

可选的，在一实施例中，所述注射结构还包括导电环氧树脂环，所述导电环氧树脂环内壁与所述注射腔的外壁粘贴固定，所述导电环氧树脂环外壁紧贴所述压电陶瓷环内壁粘贴固定，所述导电环氧树脂环通电用以为所述压电陶瓷环提供驱动电压。

可选的，在一实施例中，所述注射结构还包括应变片，所述应变片粘贴固定在所述压电陶瓷环外壁上，以反馈所述压电陶瓷环的体积变化。

可选的，在一实施例中，所述外壳包括有前端盖、第一壳体和第二壳体，所述前端盖、第一壳体和第二壳体依次连接形成所述安装腔室，所述第一壳体套设固定于所述注射结构的中间位置，所述注射结构的一端与所述第二壳体位于所述安装腔室的一端连接固定，所述注射结构的另一端与所述前端盖连接固定。

可选的，在一实施例中，所述细胞显微注射装置还包括第一密封圈和第二密封圈，所述注射结构通过所述第一密封圈压紧于所述前端盖，所述注射结构通过所述第二密封圈压紧于所述第二壳体。

可选的，在一实施例中，所述外壳还包括有后端盖，所述后端盖盖合于所述第二壳体，位于所述储液腔室的一端；所述后端盖上设置有止回阀，以向所述储液腔内单向补充液体；

所述细胞显微注射装置还包括第三密封圈，所述后端盖通过所述第三密封圈压紧于所述第二壳体的端面上。

可选的，在一实施例中，包括两个单向阀结构，分别为第一单向阀和第二单向阀；

所述第一单向阀由设置于所述第二通道前端端口的第一凸台和第一弹簧挡片构成；所述第一弹簧挡片包括第一簧片和第一挡片，所述第一簧片粘贴固定在所述第二通道前端口端面，所述第一挡片紧贴所述第一凸台；

所述第二单向阀由设置于所述第一通道前端端口的第二凸台和第二弹簧挡片构成；所述第二弹簧挡片包括第二簧片和第二挡片，所述第二簧片粘贴固定在所述第一通道前端口端面，所述第二挡片紧贴所述第二凸台。

可选的，在一实施例中，所述第一壳体上设置有线孔，所述线孔用于通过所述注射结构上的连接线。

可选的，在一实施例中，所述压电陶瓷环长度与所述注射腔的长度一致。

本发明还提供了一种细胞显微注射控制方法，所述控制方法应用于上述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述细胞显微注射装置单次注射包括注射腔排液过程和注射腔补液过程；

在所述注射腔排液过程中，压电陶瓷环将注射腔从注射前体积以预设压缩速度压缩到第一预设体积；再逐渐降低压缩速度将所述注射腔压缩到第二预设体积，将所述注射腔压缩至第二预设体积时所述压电陶瓷环的压缩速度降为0；

在所述注射腔补液过程中，所述压电陶瓷环将所述注射腔从所述第二预设体积以预设扩张速度扩张恢复到第三预设体积；再逐渐降低扩张速度将所述注射腔扩张恢复到注射前体积，将所述注射腔扩张恢复至注射前体积时所述压电陶瓷环的扩张速度降为0；

所述注射前体积和所述第二预设体积之差为注射体积。

可选的，在一实施例中，所述压电陶瓷环两端驱动电压和时间的计算公式为：

其中，T为时间变量，U为所述压电陶瓷环的驱动电压变量；U₁为所述注射腔压缩为第一预设体积时所述压电陶瓷环两端驱动电压，U₂为所述注射腔压缩为第二预设体积时所述压电陶瓷环两端驱动电压，U₃为所述注射腔扩张恢复为第三预设体积时所述压电陶瓷环两端驱动电压；T₁为所述注射腔压缩为第一预设体积时用时，T₂为所述注射腔压缩为第二预设体积时用时，T₃为所述注射腔扩张恢复为第三预设体积时用时，T₄为所述注射腔恢复为注射前体积时用时。

本发明提供的技术方案中，创造性地在注射腔外侧设置有压电陶瓷环，并在所述注射腔的两端设有单向阀，使得通过改变压电陶瓷环的体积从而使得注射腔内液体单向被排出或补充。压电陶瓷环受驱动压力影响，其体积变化可控且精密。本申请抛弃了传统机械结构，以压电陶瓷环沿径向方向收缩或扩张以带动注射腔体积变动，从而完成高精度、高分辨率位移，并结合应变片实现高精度的闭环控制，保证了单次压缩注射结构注射的液体体积可达到皮升级。且通过分段控制解决惯性流问题，从而实现高精度皮升级定量注射。同时本申请各部件结构简单，以螺纹连接，还具备简单易操作、方便拆卸清洗维护等优点。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明细胞显微注射装置的一个实施例的外观结构示意图；

图2为本发明细胞显微注射装置的一个实施例的中心剖面结构示意图；

图3为图2的一个实施例的A部分的放大图；

图4为图2的一个实施例的B部分的放大图；

图5为本发明细胞显微注射装置的一个弹簧挡片的外观示意图；

图6为本发明图5弹簧挡片的侧视图；

图7为本发明一个单向阀结构的侧视图；

图8为本发明细胞显微注射装置的压电陶瓷环压缩时工作原理示意图；

图9为本发明细胞显微注射装置的压电陶瓷环扩张时工作原理示意图；

图10为本发明细胞显微注射装置的压电陶瓷环的驱动电压和时间的计算公式曲线变化示意图。

附图标识说明

1、注射头；2、外壳；201、第一通道；21、前端盖；22、第一壳体；221、线孔；23、第二壳体；24、后端盖；241、止回阀；3、储液腔室；41、第一腔室；42、第二腔室；5、注射结构；51、注射腔；52、压电陶瓷环；53、第二通道；54、第三通道；55、导电环氧树脂环；56、应变片；6、第一单向阀结构；7、第二单向阀结构；8、第一密封圈；9、第二密封圈；10、第三密封圈。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参照图1至图4，本发明提供了一种细胞显微注射装置实施例，细胞显微注射装置包括有外壳2、注射头1、注射结构5和两个单向阀结构。其中外壳2具有储液腔室3、安装腔室和第一通道201，储液腔室3和安装腔室通过第一通道201连通，储液腔室3用于储存注射液体，安装腔室用于安装注射结构5。注射头1为空心的管状结构，穿过外壳2的顶端与安装腔室连通，并固定于外壳2上。

本实施例中注射结构5为中间细两端粗的“工形”结构，固定在安装腔室内，并将安装腔室分隔形成第一腔室41和第二腔室42。注射结构5中间较细位置内部设有注射腔51，该注射腔51的两端分别设有第二通道53和第三通道54，第二通道53和第三通道54分别穿透所述注射结构5较粗的两端的结构，以使注射腔51与第一腔室41和第二腔室42连通。并且注射头1的一端端口与第一腔室41连通；通过第二通道53和第一腔室41，注射腔51与注射头1构成连通；通过第三通道54、第二腔室42和第一通道201，注射腔51与储液腔室3构成连通。环注射结构5中间较细位置外壁设置有导电环氧树脂环55，环所述导电环氧树脂环55设置有压电陶瓷环52，其中导电环氧树脂环55内壁紧贴注射结构5的外壁并固定，导电环氧树脂环55外壁紧贴压电陶瓷环52内壁，压电陶瓷环52粘贴固定在所述导电环氧树脂环55上。明显导电环氧树脂环55的长度长于压电陶瓷环52长度，压电陶瓷环52的长度与注射腔51长度相同，且压电陶瓷环52两端和注射腔51两端对齐。这里注射结构5的导电环氧树脂环55具有导电性，能够为压电陶瓷环52内壁供电，提供驱动电压。注射结构5的驱动部件为压电陶瓷环52，当压电陶瓷环52内、外壁之间存在驱动电压时，随着驱动电压的改变所述压电陶瓷环52体积会产生改变；由于压电陶瓷环52通过导电环氧树脂环55与注射腔51的外壁粘贴固定，因此注射腔51的体积变化会和压电陶瓷环52体积变化保持一致，并且压电陶瓷环52受驱动压力影响，其体积变化可控且精密的。本申请抛弃了传统机械结构，以压电陶瓷环52沿径向方向收缩或扩张以带动注射腔51体积变动，从而完成高精度、高分辨率位移，因此本申请能够保证注射结构5单次压缩注射的液体体积可达到皮升级。

进一步地，为了实现对压电陶瓷环52体积变化的高精度的闭环控制，在压电陶瓷环52外壁粘贴固定有应变片56，应变片56能够精确反馈压电陶瓷环52的体积变化。

由上述结构可以看出，本实施例中注射腔51的两端均与注射结构5的外部连通，因此在第二通道53的出液口（即所述注射结构5的出液口）处和第一通道201的出液口处分别设置有一单向阀结构，用于防止第一腔室41内或者注射腔51内的液体回流。即所述单向阀结构的存在，使得注射腔51体积变化时，保证了注射腔51内的液体只能够从第二通道53的出液口流出或者从第一通道201的出液口流入，从而保证本申请装置的正常注射和多次重复注射。

在实施例中为了使得注射量更精确，第二通道53、第三通道54的径宽明显远小于注射腔51的内径径宽，第一通道201的径宽也远小于储液腔室3的内径径宽；特别地第一通道201、第二通道53和第三通道54的径宽可以相同。

参考图3和图5至图7，本申请实施例中的两个单向阀结构，分别为设置于第二通道53的出液口的第一单向阀结构6，设置于第一通道201的出液口的第二单向阀结构7。其中第一单向阀结构6由第二通道53前端端口的第一凸台和第一弹簧挡片构成；第一弹簧挡片包括第一簧片和第一挡片，第一簧片粘贴固定在第二通道53前端口端面，第一挡片紧贴第一凸台。第二单向阀结构7由第一通道201前端端口的第二凸台和第二弹簧挡片构成；第二弹簧挡片包括第二簧片和第二挡片，第二簧片粘贴固定在第一通道201前端口端面，第二挡片紧贴第二凸台。在上述第一单向阀结构6和第二单向阀结构7中，第一凸台和第一弹簧挡片的配合方式与第二凸台和第二弹簧挡片的配合方式相同如图7所示。其中弹簧挡片的四个簧片被粘贴固定在凸台所在的平面上，弹簧挡片的挡片则与凸台面紧密接触，且从而使簧片被拉紧产生预紧力。当挡片受到从挡片下方的液体推动压力时，凸台和挡片脱离，挡片下方的液体从缝隙中进入到挡片和凸台的外部空间中；当挡片受到挡片上方的液体推动压力时，挡片被压紧到凸台上，使得挡片和凸台更进一步压紧，挡片上方的液体不能从外部空间进入到凸台中，从而实现液体只能单向流动的目的。因此第一弹簧挡片和第一凸台形成的第一单向阀结构6能够实现阻止第一腔室41内液体回流到注射腔51的作用，第二弹簧挡片和第二凸台形成的第二单向阀结构7能够实现阻止第二腔室42内液体回流到储液腔室3的作用。并且第一单向阀结构6和第二单向阀结构7的结构简单，使得细胞显微注射装置的各部件容易制备。

本实施例中第一凸台和第二凸台的规格相同，第一弹簧挡片和第二弹簧挡片的规格也相同，在其他实施例中也可以根据需求对第一弹簧挡片或者第二弹簧挡片的规格进行选择。

本实施例中的外壳2被分隔成4部分，分别为前端盖21、第一壳体22、第二壳体23和后端盖24。前端盖21、第一壳体22和第二壳体23依次连接形成安装腔室，具体地第一壳体22套设固定于注射结构5的中间位置，注射结构5的一端与第二壳体23的安装腔室的一端螺纹连接固定，注射结构5的另一端与前端盖21螺纹连接固定；后端盖24螺纹盖合于第二壳体23的储液腔室3的一端。本实施例中各个组成部件之间简单套接或者螺纹连接固定，有效简化本细胞显微注射装置的组装和拆卸，方便装置的清洗维护。后端盖24上设置有止回阀241，以向储液腔室3内单向补充液体，从而保证了储液腔室3内液体的体积稳定，防止第二壳体23因储液腔室3液体体积减少产生压力，从而不能准确向注射腔51内进行液体补充。

在本实施例中，细胞显微注射装置还包括有第一密封圈8、第二密封圈9和第三密封圈10，具体地注射结构5通过第一密封圈8压紧于前端盖21，注射结构5通过第二密封圈9压紧于第二壳体23，后端盖24通过第三密封圈10压紧于第二壳体23的端面上。其中第一密封圈8、第二密封圈9和第三密封圈10均为橡胶圈，具有弹性，第一密封圈8能够对第一腔室41起到密封作用，第二密封圈9能够对第二腔室42起到密封作用，第三密封圈10能够对储液腔室3起到密封作用。本实施例中第一密封圈8、第二密封圈9和第三密封圈10的规格能够相同。

参考图3，第一壳体22侧壁上设置有设置有线孔221，该线孔221用来通过注射结构5上的连接线，包括有压电陶瓷环52的电源线和应变片56的连接线。

参考图8，在注射时，压电陶瓷环52沿径向向轴心运动，此时压电陶瓷环52环内径缩小挤压注射腔51壁，注射腔51内产生正压，第一弹簧挡片的第一簧片受到正压作用拉伸，第一挡片与第一凸台脱离接触，液体通过第二通道53进入第一腔室41，而后通过注射针注射入目标物内，预定体积的注射液体排出后，由于第一簧片的预紧力，第一挡片重新与第一凸台接触；而第二腔室42由于正压作用，第二挡片与第二凸台接触，第二挡片与第二凸台之间无间隙因而注射腔51和储液腔室3之间无法产生液体流动。

参考图9，当注射完成后，压电陶瓷环52环内径沿径向向外运动，由于注射腔51壁与压电陶瓷环52粘贴，此时注射腔51膨胀形成负压，第二弹簧挡片的第二挡片与第二凸台脱离接触，储液腔室3中的液体通过第一通道201进入第二腔室42，然后沿第三通道54进入注射腔51内，流过预定体积的液体后，由于第二簧片的预紧力，第二挡片重新与第二凸台接触；而第一腔室41内由于负压作用，第一挡片与第一凸台紧贴，注射腔51和第一腔室41之间无法产生液体流动，因此保证了没有气体进入注射头1内。上述过程使得注射腔51恢复到注射前状态，从而使得装置可以进入下一次的注射步骤，进行多次注射。本申请单次注射时注射腔51流出液体体积与单次补液时注射腔51补充液体体积相同。而注射腔51流出或者补充的液体的体积与注射腔51体积变化的数值相等。由于压电陶瓷的位移极小可达亚纳米级，且注射腔51体积变化可视作与压电陶瓷环52的体积变化相等，因此本细胞显微注射装置能够做到单次注射可达皮升级。同时每一次压电陶瓷环52的位移都可通过应变片56进行反馈，从而实现了自动可控剂量的皮升级细胞显微注射的重复进行。

本实施例中，细胞显微注射装置在注射前，会被拆卸成四个部分，第一部分包括：注射头1、前端盖21和第一密封圈8；第二部分包括：第一弹簧挡片、注射结构5和外壳2；第三部分包括：第二密封圈9、第二弹簧挡片和第二壳体23；第四部分包括：第三密封圈10和后端盖24。首先将前三个部分内部注满被注射液体，并连接起来，之后安装第四部分并排出内部的少量空气。

上述细胞显微注射装置在注射执行过程中，会受到惯性流影响，出现注射液体体积不可控的现象。即当压电陶瓷环52扩张时，注射腔51容积达到设定体积的瞬间，由于液体惯性，储液腔室中的液体将继续流入注射腔51；或者当压电陶瓷环52收缩时，注射腔51容积达到另一设定体积的瞬间，液体因为惯性原因同样会继续流出。这两种情况下流入、流出的液体匀为不可控液体，对液体注射的定量控制带来不利影响，为了消除液体的惯性流的影响，本申请还提供了一种细胞显微注射控制方法，在本实施例中提出分段控制策略。

上述细胞显微注射装置单次注射包括注射腔51排液过程和注射腔51补液过程：

在中注射腔51排液过程中，压电陶瓷环52将注射腔51从注射前体积以预设压缩速度压缩到第一预设体积；再逐渐降低压缩速度将所述注射腔51压缩到第二预设体积，将所述注射腔51压缩至第二预设体积时压电陶瓷环52的压缩速度降为0；

在注射腔51补液过程中，压电陶瓷环52将注射腔51从第二预设体积以预设扩张速度扩张恢复到第三预设体积，再逐渐降低扩张速度将注射腔51扩张恢复至注射前体积，注射腔51扩张恢复至注射前体积时压电陶瓷环52的扩张速度降为0；

注射前体积和第二预设体积之差为注射体积。

并且由于注射腔51体积的扩张和压缩具有限度，所以注射腔51在压电陶瓷环52的作用下会有最大体积为V_max、最小体积为V_min。注射腔51的体积应大于等于V_min、小于等于V_max。本细胞显微注射装置的注射剂量应小于等于V_max-V_min。本发明中，注射腔51的体积变化和压电陶瓷环52的体积变化保持一致，压电陶瓷的体积变化的差值和注射腔51的体积变化的差值保持一致。

因此，压电陶瓷环52体积变化具有四个阶段，依次为匀速压缩、减速压缩、匀速扩张和减速扩张。其中匀速压缩和减速压缩构成注射腔51液体排出，匀速扩张和减速扩张构成注射腔51液体补充。压电陶瓷环52先以一个预设的速度匀速压缩，压缩时间为T₁，在T₁时压电陶瓷环52将注射腔51体积压缩为第一预设体积；之后压电陶瓷环52的压缩速度开始逐渐减小，存在时间T₂，在T₂时压电陶瓷环52将注射腔51体积压缩为第二预设体积且压缩速度降为0，即经过时间T₂，细胞显微注射装置完成了注射腔51液体排出；完成注射腔51液体排出之后压电陶瓷环52开始将注射腔51体积从第二预设体积以一个预设的速度匀速扩张，存在T₃，匀速扩张时间为T₃-T₂，在T₃时压电陶瓷环52将注射腔51体积扩张恢复为第三预设体积；T₃之后压电陶瓷环52扩张速度开始逐渐减小，在减速扩张时存在T₄，在T₄时压电陶瓷环52将注射腔51体积扩张恢复为注射前体积且扩张速度降为0，完成注射的一个周期。即装置完成了一次单次注射腔51的时间为T₄。若要多次注射，只要重复上述过程即可。

因为压电陶瓷环52的体积受到其两端的驱动电压的影响，因此四个控制阶段时间T和压电陶瓷环52的驱动电压变化计算公式如下：

其中T为时间变量，U为压电陶瓷环52的驱动电压变量。其计算公式曲线变化示意图如图10所示。

本申请一个注射周期时间为T₄，具体实现时，采用伺服控制算法对压电陶瓷环52的形变进行控制，利用应变片提供闭环控制所需的反馈信号（陶瓷形变）。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种细胞显微注射装置，所述细胞显微注射装置包括：

外壳，所述外壳具有储液腔室、安装腔室和第一通道，所述储液腔室和所述安装腔室通过所述第一通道连通，所述储液腔室用于储存注射液体；

注射头，穿过所述外壳与所述安装腔室连通，并固定于所述外壳上，所述注射头为空心的管状结构；

注射结构，固定于所述安装腔室内，并将所述安装腔室分隔形成第一腔室和第二腔室，所述注射结构内部设有注射腔、第二通道和第三通道，所述注射腔的两端通过所述第二通道和所述第三通道分别与所述第一腔室和所述第二腔室连通；所述注射结构包括压电陶瓷环，所述压电陶瓷环套设于所述注射腔的外侧壁上，所述压电陶瓷环沿径向收缩或扩张，以使所述注射腔的体积改变，所述注射腔内液体被排出或补充；

至少两个单向阀结构，分别设置于所述注射结构的出液口处和所述第一通道的出液口处，用于防止液体回流。

2.根据权利要求1所述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述注射结构还包括导电环氧树脂环，所述导电环氧树脂环内壁与所述注射腔的外壁粘贴固定，所述导电环氧树脂环外壁与所述压电陶瓷环内壁粘贴固定，所述导电环氧树脂环通电以为所述压电陶瓷环提供驱动电压。

3.根据权利要求2所述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述注射结构还包括应变片，所述应变片粘贴固定在所述压电陶瓷环外壁上，以反馈所述压电陶瓷环的体积变化。

4.根据权利要求3所述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述外壳包括有前端盖、第一壳体和第二壳体，所述前端盖、第一壳体和第二壳体依次连接形成所述安装腔室，所述第一壳体套设固定于所述注射结构的中间位置，所述注射结构的一端与所述第二壳体的所述安装腔室的一端连接固定，所述注射结构的另一端与所述前端盖连接固定。

5.根据权利要求4所述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述细胞显微注射装置还包括第一密封圈和第二密封圈，所述注射结构通过所述第一密封圈压紧于所述前端盖，所述注射结构通过所述第二密封圈压紧于所述第二壳体。

6.根据权利要求5所述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述外壳还包括有后端盖，所述后端盖盖合于所述第二壳体，位于所述储液腔室的一端；所述后端盖上设置有止回阀，以向所述储液腔室内单向补充液体；

所述细胞显微注射装置还包括第三密封圈，所述后端盖通过所述第三密封圈压紧于所述第二壳体的端面上。

7.根据权利要求1所述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述细胞显微注射装置包括两个单向阀结构，分别为第一单向阀结构和第二单向阀结构；

所述第一单向阀结构由所述第二通道前端端口的第一凸台和第一弹簧挡片构成；所述第一弹簧挡片包括第一簧片和第一挡片，所述第一簧片粘贴固定在所述第二通道前端口端面，所述第一挡片紧贴所述第一凸台；

所述第二单向阀结构由所述第一通道前端端口的第二凸台和第二弹簧挡片构成；所述第二弹簧挡片包括第二簧片和第二挡片，所述第二簧片粘贴固定在所述第一通道前端口端面，所述第二挡片紧贴所述第二凸台。

8.根据权利要求4所述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述第一壳体上设置有线孔，所述线孔用于通过所述注射结构上的连接线。

9.根据权利要求1所述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述压电陶瓷环长度与所述注射腔的长度一致。

10.一种细胞显微注射控制方法，所述控制方法应用于如权利要求1-9任一项所述的细胞显微注射装置，其特征在于，所述细胞显微注射装置单次注射包括注射腔排液过程和注射腔补液过程；

在所述注射腔排液过程中，压电陶瓷环将注射腔从注射前体积以预设压缩速度压缩到第一预设体积；再逐渐降低压缩速度将所述注射腔压缩到第二预设体积，将所述注射腔压缩至第二预设体积时所述压电陶瓷环的压缩速度降为0；

在所述注射腔补液过程中，所述压电陶瓷环将所述注射腔从所述第二预设体积以预设扩张速度扩张恢复到第三预设体积；再逐渐降低扩张速度将所述注射腔扩张恢复到注射前体积，将所述注射腔扩张恢复至注射前体积时所述压电陶瓷环的扩张速度降为0；

所述注射前体积和所述第二预设体积之差为注射体积。

11.根据权利要求10所述的细胞显微注射控制方法，其特征在于，所述压电陶瓷环两端驱动电压和时间的计算公式为：

其中，T为时间变量，U为所述压电陶瓷环的驱动电压变量；U₁为所述注射腔压缩为第一预设体积时所述压电陶瓷环两端驱动电压，U₂为所述注射腔压缩为第二预设体积时所述压电陶瓷环两端驱动电压，U₃为所述注射腔扩张恢复为第三预设体积时所述压电陶瓷环两端驱动电压；T₁为所述注射腔压缩为第一预设体积时用时，T₂为所述注射腔压缩为第二预设体积时用时，T₃为所述注射腔扩张恢复为第三预设体积时用时，T₄为所述注射腔恢复为注射前体积时用时。

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