DE3134964A1 - Micromanipulator - Google Patents
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Abstract
Description
MikromanipulatorMicromanipulator
Beschreibung: Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Gerätebaus, und insbesondere auf Mikromanipulatoren. Sie kann in physikalischen und mikrobiologischen Untersuchungen Anwendung finden.Description: The invention relates to the field of device construction, and in particular on micromanipulators. It can be physical and microbiological Investigations apply.
Bekannt ist ein Pieoelektriscer Mikromanipulator (siehe z.B. SU-PS 252 000, IPC G 02B 21/32), der bimorphe Piezoelemente enthält, die in Form eines Parallelogramms angeordnet und an eine Spannungsquelle angeschlossen sind, wobei ein Ende jedes von ihnen befestigt, das andere aber mit einem Halter der Mikroinstrumente verbunden ist, welche auf das Untersuchungsobjekt einwirken.A piezoelectric micromanipulator is known (see e.g. SU-PS 252 000, IPC G 02B 21/32), which contains bimorph piezo elements in the form of a Are arranged parallelogram and connected to a voltage source, wherein one end of each of them is attached, but the other with a holder for the micro-instruments is connected, which act on the examination subject.
Die Spannungszuführung zum Bimorph wird von einer Biegeverformung begleitet, welche die Verschiebung des mit ihm verbundenen Halters mit dem Mikroinstrument zum Untersuchungsobjekt hervorruft.The voltage supply to the bimorph is caused by a bending deformation which accompanies the displacement of the holder connected to it with the micro-instrument to the object to be examined.
Jedoch führt die Befestigung des einen Endes des Bimorphs zur Transformation der Biegeverformung in eine bogenförmige Verschiebung des Mikroinstruments, welche seine präzise Positionierung ausschließt und seine lokale Einwirkung auf das Objekt nicht sichert.However, the attachment of one end of the bimorph leads to transformation the bending deformation into an arcuate displacement of the micro-instrument, which precludes its precise positioning and its local impact on the object not backs up.
Außerdem sichert der Anschluß von Bimorpher an eine Gleichspannungsquelle keine HF-Schwingungen dcb Mikroinstruments, die zur Gewährleistung des minimalen Traumatlsmus des zu untersuchenden Objekts und zur Erhaltung seiner Lebensfähigkeit in der Mikrochirurgie erforderlich sind.In addition, the connection of the bimorph to a DC voltage source ensures no rf vibrations dcb micro-instrument that ensure the minimum Trauma of the object to be examined and the maintenance of its viability are required in microsurgery.
Der für die Mikrochirurgie bestimmte piezoelektrische Mikromanipulator vollbringt tatsächlich zum Teil die Zuführung des Instruments zum Objekt, ist aber wegen der bogenförmigen Bewegung nicht ausreichend genau.The piezoelectric micromanipulator intended for microsurgery actually partially accomplishes the delivery of the instrument to the object, but is not accurate enough because of the arcuate movement.
Bekannt ist weiter ein Ultraschallmikromanipulator (urheberschein der UdSSR, Nr. 547707, Int. Kl. G 02B 21/ 32), der eine HF-Baugruppe, die ein Mikroinstrument umfaßt, welches an einem Ende des Halters befestigt ist, an dessen anderem Ende ein HF-Piezowandler starr befestigt ist, sowie ein System der Zuführung des Mikroinstruments zum Objekt enthält, welches in Form von Feinstellschrauben ausgeführt ist.An ultrasonic micromanipulator is also known (copyright certificate of the USSR, No. 547707, Int. Kl. G 02B 21/32), which is an HF assembly that is a micro-instrument comprises, which is attached to one end of the holder, at the other end an RF piezo transducer is rigidly attached, as well as a system for feeding the micro-instrument to the object, which is designed in the form of fine adjustment screws.
Bei der Einschaltung einer Quelle der elektrischen HF-Schwingungen werden auf den Piezowandler Ultraschallschwingungen übertragen, die durch den Halter auf das Mikroinstrument übertragen werden, welches auf das Untersuchungsobjekt einwirkt. Obwohl dieser Mikromanipulator mit der HF-Schwingbewegung des Mikroinstruments den Traumatismus des Untersuchungsobjekts in der Mikrochirurgie herabsetzt, sichert sein System der Zuführung in Form von Feinstellschrauben keine ausreichende Genauigkeit der Zuführung des Mikroinstruments zum Untersuchungsobjekt.When switching on a source of high-frequency electrical oscillations ultrasonic vibrations are transmitted to the piezo transducer by the holder be transferred to the micro-instrument, which acts on the examination subject. Although this micromanipulator with the high-frequency oscillating movement of the micro-instrument the Reduces trauma to the examination subject in microsurgery, ensures its system of feeding in the form of fine adjustment screws does not have sufficient accuracy the feeding of the micro-instrument to the examination subject.
Ziel der vorliegenden Erfindling ist die Entwicklung eines Mikromanipulators mit einem System zur Zuführung des Mikroinstruments zum Untersuchungsobjekt, das die Umformung der elektrischen Stromenergie in eine Hin- und Herbewegung sichert.The aim of the present invention is to develop a micromanipulator with a system for feeding the micro-instrument to the examination subject, which the conversion of the electrical current energy into a back and forth movement ensures.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Mikromanipulator, der eine HF-Baugruppe, welche ein Mikroinstrument umfaßt, das an einem Ende eines Halters befestigt ist, an dessen anderem Ende ein HF-Piezowandler starr befestigt ist, der über den Halter HF-,chwingungen auf das Mikro- instrument überträgt, sowie ein System der Zuführung des Mikroinstruments zum Untersuchungsobjekt enthält, erfindungsgemäß das System zur Zuführung des Mikroinstruments zum Objekt ein NF-Piezoelement, welches in Form einer bimorphen Piezolamelle ausgeführt ist, deren Enden in einem Dorn starr befestigt sind, ihr Mittelteil aber den HF-Piezowandler berührt, dadurch im Arbeitsprozeß auf die gesamte HF-Baugruppe die Hin- und Herbewegung übertragend, sowie einen Steuerteil des NF-Wandlers enthält, der an diesen elektrisch angeschlossen ist.The problem posed is achieved in that in the micromanipulator, of an RF assembly comprising a micro-instrument, which at one end of a Holder is attached, at the other end of which an RF piezo transducer is rigidly attached is transmitted via the holder, HF vibrations to the micro instrument transmits, as well as a system for feeding the micro-instrument to the examination subject contains, according to the invention, the system for feeding the micro-instrument to the object a low-frequency piezo element, which is designed in the form of a bimorph piezo lamella, the ends of which are rigidly fastened in a mandrel, but the middle part of the HF piezo transducer touches, thereby the back and forth movement on the entire RF assembly in the work process transmitting, as well as a control part of the LF converter, which is connected to this electrically connected.
Das sichert die Überlagerung der Hin- und Herbewegung auf die HF-Schwingungen des Mikroinstruments, wodurch die Genauigkeit der Zuführung des Mikroinstruments zum Untersuchungsobjekt um ein Vielfaches erhöht werden kann.This ensures that the back and forth movement is superimposed on the HF oscillations of the micro-instrument, thereby increasing the accuracy of the feeding of the micro-instrument to the examination subject can be increased many times over.
Es ist zweckmäßig, das Mikroinstrument in Form einer Mikronadel auszuführen. Dadurch kann die Genauigkeit der Wechselwirkung des Mikroinstruments mit dem Untersuchungsobjekt noch mehr erhöht werden.It is expedient to implement the micro instrument in the form of a microneedle. This can improve the accuracy of the interaction of the micro-instrument with the examination subject to be increased even more.
Man kann den Halter in Axialrichtung abfedern und dadurch ein konstantes Andrücken der HF-Baugruppe an die bimorphe Lamelle erreichen.You can cushion the holder in the axial direction and thereby a constant Press the HF assembly against the bimorph lamella.
Das erhöht die Zuverlässigkeit der Arbeit des Mikromanipulators in seiner Gesamtheit.This increases the reliability of the work of the micromanipulator in its entirety.
Es ist zweckmäßig, den Mikromanipulator als einen Mehrpunktmikromanipulator auszuführen, der rr -I#rPre mehrere erfindungsgemäße Mikromanipulatoren enthält, die an einem Stativ befestigt sind, und deren jedes Mikroinstrument dem Untersuchungsobjekt zugeführt ist.It is convenient to use the micromanipulator as a multipoint micromanipulator execute, the rr -I # rPre contains several micromanipulators according to the invention, which are attached to a tripod, and each micro-instrument of which the examination subject is fed.
Das ermöglicht das Herangehen an das zu untersuchende Objekt von verschiedenen Seiten und somit die Erhaltung einer umfassenderen Information, die das-zu untersuchende Objekt kennzeichnet.This enables the object to be examined to be approached from different angles Pages and thus the preservation more comprehensive information, which identifies the object to be examined.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawings Embodiments explained in more detail.
Es zeigt: Fig. 1 den Längsschnitt eines Nikromanipulators mit den Speiseteilen des Niederfrequenz- und des Hochfrequenzpiezoelements und Fig. 2 die Gesamtansicht eines Mehrpunktmikromanipulators.It shows: Fig. 1 the longitudinal section of a Nikromanipulator with the Feed parts of the low-frequency and high-frequency piezo elements and FIG General view of a multipoint micromanipulator.
Der Mikromanipulator enthält eine HF-Baugruppe, die ein Mikroinstrument 1, welches dem Untersuchungsobjekt (in Fig.The micromanipulator contains an RF assembly that is a micro-instrument 1, which corresponds to the examination subject (in Fig.
1 nicht gezeigt) zugeführt wird, einen Halter 2 dieses Mikroinstruments und einen Piezowandler 3 umfaßt, der am entgegengesetzten Ende des Halters 3 starr befestigt ist.1 not shown) is supplied to a holder 2 of this micro-instrument and a piezo transducer 3, which is rigid at the opposite end of the holder 3 is attached.
Außerdem enthält der Mikromanipulator ein System zur Zuführung des Mikroinstruments 1 zum Untersuchungsobjekt.The micromanipulator also contains a system for feeding the Micro-instruments 1 to the examination subject.
Dieses System enthält eine NF-Baugruppe, welche in Form einer bimorphen Piezolamelle 4 ausgeführt ist, die starr in einem Dorn 5 befestigt ist. Der HF-Piezowandler 3 ist an eine Speisequelle 6, z.B. an einen Ultraschallgenerator angeschlossen, das bimorphe Piezoelement 4 ist an eine eigene Speisequelle 7, z.B. an einen Gleichstromgenerator angeschlossen. Es ist besonders günstig, als Mikroinstrument 1 eine Nadel zu verwenden.-Die HF-Baugruppe ist in einem Gehäuse 8 mittels einer Buchse 9 befestigt, die von unten durch eine sich auf eine Scheibe 11 stützende Feder 10 abgefedert ist. Der Vorverdichtungsgrad der Feder 10 ist durch Schrauben 12 einstellbar, wobei die HF-Baugruppe dauernd an die bimorphe Lamelle 4 angedrückt wird.This system contains an NF module, which is in the form of a bimorph Piezo lamella 4 is designed, which is rigidly fastened in a mandrel 5. The RF piezo transducer 3 is connected to a supply source 6, e.g. to an ultrasonic generator, the bimorph piezo element 4 is connected to its own supply source 7, e.g. to a direct current generator connected. It is particularly advantageous to use a needle as the micro-instrument 1. The RF assembly is fastened in a housing 8 by means of a socket 9, which is from below is cushioned by a spring 10 supported on a disk 11. The degree of pre-compression the spring 10 is adjustable by means of screws 12, the HF assembly being permanent is pressed against the bimorph lamella 4.
Das Piezoelement 3 ist in einem eigenen Dorn 13 befestigt, der auf der Buchse 9 befestigt ist. Oberhalb befinden sich auf dem Gehäuse 8 der Dorn 5 mit der bimorphen Piezolamelle 4. Zwischen dem Piezowandler 3 und der bimorphen Lamelle 4 ist eine Versteifungsspange 14 angebracht, die mit dem Piezowandler 3 starr verbunden ist und die bimorphe Lamelle 4 in ihrem Mitte]teil berührt.The piezo element 3 is fastened in its own mandrel 13, which is on the socket 9 is attached. The mandrel 5 is located above on the housing 8 with the bimorph piezo lamella 4. Between the piezo transducer 3 and the bimorph A stiffening clasp 14 is attached to the lamella 4 and is connected to the piezo transducer 3 is rigidly connected and touches the bimorph lamella 4 in its middle] part.
Der Nehrpunktmik rontanipulator (Fig. 2) enthält mindestens zwei in einem Stativ 15 befestigte Mikromanipulatoren, von denen jeder dem nerchunsobjekt 16 zugeführt wird.The Nehrpunktmic rontanipulator (Fig. 2) contains at least two in 15 micromanipulators attached to a stand, each of which is dedicated to the research object 16 is fed.
Die Arbeitsweise des Nikromanipulators ist wie folgt: Behandeln wir die Arbeit des Mikromanipulators am Beispiel der Zuführung des Mikroinstruments 1 zum funktionierenden Mikroobjekt 16 und der Durchführung von mikrochirurgischen Operationen an diesem.The way the Nikromanipulator works is as follows: Let's treat the work of the micromanipulator using the example of feeding the micro-instrument 1 to the functioning micro-object 16 and the implementation of microsurgical Operations on this.
Den bimorphen Piezolamellen 4 des Nikromanipulators wird vom Speiseteil 7 eine Spannung zugeführt und die HF-Baugruppe mit der Versteifungsspange 14, dem Piezoelement 3, dem Halter 2 und dem Mikroinstrument 1 verschiebt sich fortschreitend zum Untersuchungsobjekt 16. Zur Sicherung des Verschiebungsspielraums der HF-Baugruppe dient die Feder 10, die bei der Biegung der bimorphen Lamelle 4 zusammengedrückt wird. Bei der Biegung der bimorphen Lamelle 4 wird ihr mechanischer Kontakt mit der HF-Baugruppe durch die Regulierschraube 12 über die Versteifungsspange 14 gesichert.The bimorph piezoelectric lamellae 4 of the Nikromanipulator is from the feed part 7 a voltage is supplied and the RF assembly with the stiffening clasp 14, the Piezo element 3, the holder 2 and the micro-instrument 1 shifts progressively to the examination subject 16. To ensure the freedom of movement of the HF assembly the spring 10 is used, which is compressed when the bimorph lamella 4 is bent will. When the bimorph lamella 4 is bent, its mechanical contact with the HF assembly is secured by the regulating screw 12 via the stiffening clasp 14.
Das dem Untersuchungsobjekt 16 mit einem vorgegebenen Abstand zugeführte Mikroinstrument wird im vorgegebenen Punkt fixiert, dehnt die Spannungszuführung vom Speiseteil 7 wird eingestellt.That which is fed to the examination subject 16 at a predetermined distance The micro-instrument is fixed at the specified point, stretching the voltage supply from the feed part 7 is set.
Danach beginnt man mit den mikrochirurgischen Operationen. Dazu wird vom Speiseteil 6 ein HF-Signal auf das Piezoelement 3 eingespeist, dessen Verformung in die Schwingbewegung des auf das Untersuchungsobjekt einwirkenden Mikroinstruments 1 umgewandelt wird.Then you start with the microsurgical operations. This will be from the feed part 6, an RF signal is fed to the piezoelectric element 3, its deformation into the oscillating movement of the micro-instrument acting on the examination object 1 is converted.
Ein Nehrpunktmikromanipulator wird hauptsächlich zur Untersuchung einer Gruppe funktionierender Mikroobjekte verwendet. Dazu beginnt man sämtliche Mikromanipulatoren gleichzeitig zum Untersuchungsobjekt 16 zu verschieben und nacheinanderfolgend zu fixieren, sobald der vorgegebene-Abstand vom Untersuchun#gsobjekt 16 erreicht wird.A multipoint micromanipulator is mainly used for investigation a group of functioning micro-objects. To do this, you start all of them To move micromanipulators at the same time to the examination subject 16 and one after the other to be fixed as soon as the predetermined distance from the examination object 16 is reached will.
Obwohl der Mikromanipulator bei seiner Verwendung für die Zuführung des Mikroinstruments zum Untersuchungsobjekt in der Mikrochirurgie geschildert wurde, kann er auch zum Fixieren der Mikroobjekte in den Knoten stehender Wellen, die in der biologischen Umwelt gebildet werden, zur visuell kontrollierbaren Mikrodesintegration, zur Vermischung von Mikroobjekten der Nebenzellenumwelt usw. benutzt werden.Although the micromanipulator in its use for feeding the micro-instrument was described as an object to be examined in microsurgery, it can also be used to fix the micro-objects in the nodes of standing waves that are in the biological environment, for visually controllable micro-disintegration, be used for mixing micro-objects of the surrounding cell environment, etc.
Die mannigfaltigen Bewegungsarten des Mikroinstruments gewährleisten seine Verwendung für mehrere Funktionen.Ensure the various types of movement of the micro-instrument its use for multiple functions.
Außerdem kann der Mikromanipulator in der Kernphysik, auf dem Gebiet der Entwicklung von Integral-Mikroschaltungen, zum Schneiden von Bodenproben, zur Bearbeitung von Miniaturerzeugnissen aus Quarz sowie auf anderen Gebieten der Wissenschaft und Technik verwendet werden, wo gleichzeitig eine fortschreitende und eine HF-Bewegur- des Mikroinstruments erforderlich ist.Also, the micromanipulator can be used in nuclear physics, in the field the development of integral microcircuits, for cutting soil samples, for Machining of miniature products made of quartz and in other fields of science and technology can be used where simultaneous advancing and HF movement of the micro-instrument is required.
Im Vergleich zu den bestehenden mechanischen, elektrischen Mikromanipulatoren kennzeichnet sich der erfindungsgemäße Mikromtinipulator durch die Einfachheit in der Arbeit und die Genauigkeit.Compared to the existing mechanical, electrical micromanipulators The microminipulator according to the invention is characterized by the simplicity in FIG the work and the accuracy.
Der Mikromanipulator reduziert die Zahl der Wiederholungsmessungen, spart Arbeitszeit des Experimentators, verringert die Experimentskosten. Er unterscheidet sich durch die Einfachheit der Konstruktion, die Zuverlässigkeit und einen niedrigen Preis.The micromanipulator reduces the number of repeated measurements, saves the experimenter's working time, reduces experiment costs. He differentiates stand out for the simplicity of construction, reliability and a low Price.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3632964A1 (en) * | 1986-09-27 | 1988-04-07 | Physik Instr Pi Gmbh & Co Prod | PIEZOELECTRIC ACTUATOR |
| US6815197B2 (en) * | 2001-02-16 | 2004-11-09 | Multi Channel System Mcs Gmbh | Apparatus for conducting electrophysiological measurements on cells |
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| DE2923711A1 (en) * | 1979-06-12 | 1980-12-18 | Thomas A Moore Contract System | Ultrasonic surgical and dental probe - has piezoelectric crystal transducer in hollow connecting rod and electrode to apply AC voltage to transducer |
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1981
- 1981-09-03 DE DE19813134964 patent/DE3134964A1/en not_active Withdrawn
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