RU88429U1

RU88429U1 - SYSTEM FOR DETERMINING THE POSITION OF FLEXIBLE MICROMECHANICAL ELEMENTS

Info

Publication number: RU88429U1
Application number: RU2009115536/22U
Authority: RU
Inventors: Глеб Александрович Киселев; Александр Сергеевич Ерофеев; Игорь Владимирович Яминский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Академия биосенсоров"
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2009-11-10

Abstract

1. Система для определения положения гибких микромеханических элементов, состоящая из источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы, состоящей не менее чем из двух микромеханических элементов с отражательной поверхностью, и по крайней мере одного фоторегистрирующего комплекса, отличающаяся тем, что источник света неподвижен, а оптический отражательный или оптический преломляющий элемент способен поступательно двигаться и/или вращаться, при этом взаимное расположение источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса подобрано так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента попадает и отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса. ! 2. Система для определения положения гибких микромеханических элементов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве оптического отражательного элемента система содержит плоское зеркало, способное вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости зеркала, одна из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, микромеханические элементы находятся в одной плоскости и параллельны друг другу в неизогнутом состоянии, а их направление перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света, причем фоторегистрирующий к�1. A system for determining the position of flexible micromechanical elements, consisting of a light source, an optical reflective or optical refractive element, a system consisting of at least two micromechanical elements with a reflective surface, and at least one photo-recording complex, characterized in that the light source stationary, and the optical reflective or optical refractive element is capable of translationally moving and / or rotating, while the relative position of the light source, opt of a reflective or optical refractive element, a system of micromechanical elements, and a photo-recording complex is selected so that when the optical element moves, a light beam coming from the light source, after passing through the optical element, enters and is reflected from the reflective surface of each micromechanical element on the photosensitive surface of the photo-recording complex. ! 2. The system for determining the position of flexible micromechanical elements according to claim 1, characterized in that the system comprises a flat mirror capable of rotating relative to two mutually perpendicular fixed axes lying in the plane of the mirror, one of which, prior to determining the position of the micromechanical elements perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source, micromechanical elements are in the same plane and parallel to each other in an unbent state and their direction is perpendicular to the direction of the ray of light coming from the light source, and photo-recording

Description

Полезная модель относится к области устройств для качественного и количественного определения химических соединений и биологических объектов, способных специфически связываться с рецепторами, иммобилизованными на поверхности микромеханических элементов, с образованием устойчивого комплекса, в том числе биологических материалов: комплиментарных молекул нуклеиновых кислот, клеток и клеточных рецепторов, компонентов комплекса антиген-антитело и других белковых и небелковых комплексов. Данные методы анализа основаны на изменении поверхностного натяжения на границе микромеханических элементов и исследуемой экспериментатором системы, под действием которого микромеханические элементы изгибаются. Величина изгиба микромеханического элемента дает информацию об исследуемом объекте.The utility model relates to the field of devices for the qualitative and quantitative determination of chemical compounds and biological objects that can specifically bind to receptors immobilized on the surface of micromechanical elements, with the formation of a stable complex, including biological materials: complementary nucleic acid molecules, cells and cellular receptors, components of the antigen-antibody complex and other protein and non-protein complexes. These analysis methods are based on a change in surface tension at the boundary of the micromechanical elements and the system studied by the experimenter, under the influence of which the micromechanical elements are bent. The magnitude of the bend of the micromechanical element gives information about the object under study.

Известна система для определения положения гибких микромеханических элементов, состоящая из источника света, в качестве которого может быть использован, например, лазер, оптического отражательного элемента, в качестве которого может быть использовано зеркало, одного или нескольких микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса, в качестве которого может быть использован фотодиод (патент США №2002, 0092340 A1, 2002, класс 73/24.02).A known system for determining the position of flexible micromechanical elements, consisting of a light source, which can be used, for example, a laser, an optical reflective element, which can be used as a mirror, one or more micromechanical elements and a photo-recording complex, which can a photodiode should be used (US patent No. 2002, 0092340 A1, 2002, class 73 / 24.02).

Известна система для определения положения гибких микромеханических элементов, состоящая из источника света, в качестве которого может быть использован, например, лазер, одного или нескольких микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса (патент № ЕР 1342789 А2, 2003, класс C12Q 1/02).A known system for determining the position of flexible micromechanical elements, consisting of a light source, which can be used, for example, a laser, one or more micromechanical elements and a photo-recording complex (patent No. EP 1342789 A2, 2003, class C12Q 1/02).

Наиболее близкой к заявляемой является известная система для определения положения гибких микромеханических элементов, состоящая из источника света - лазера, способного перемещаться в горизонтальной плоскости, параллельной плоскости, содержащей микромеханические элементы, неподвижного оптического отражательного элемента - зеркала или неподвижного оптического преломляющего элемента - линзы, системы, состоящей не менее чем из двух микромеханических элементов с отражательной поверхностью, и по крайней мере одного фоторегистрирующего комплекса, в качестве которого использован прибор с зарядовой связью (ПЗС камера) (заявка РСТ № WO 2005/086172 А1, 2005, класс G13B 21/20) - прототип.Closest to the claimed one is a known system for determining the position of flexible micromechanical elements, consisting of a light source - a laser that can move in a horizontal plane parallel to the plane containing micromechanical elements, a stationary optical reflective element - a mirror or a stationary optical refractive element - a lens, system, consisting of at least two micromechanical elements with a reflective surface, and at least one photo-recording complex, which is used as a charge-coupled device (CCD camera) (PCT application No. WO 2005/086172 A1, 2005, class G13B 21/20) - prototype.

Недостатком известной системы является то, что она в силу своих конструкционных особенностей неудобна в работе, поскольку не позволяет осуществлять свою предварительную настройку перед началом измерений и имеет невысокую чувствительность определения положения гибких микромеханических элементов, что обусловлено неизбежными механическим колебаниями всей системы, связанными с перемещением достаточно массивного источника света.A disadvantage of the known system is that, due to its structural features, it is inconvenient to operate because it does not allow for its preliminary adjustment before starting measurements and has a low sensitivity for determining the position of flexible micromechanical elements, which is due to the inevitable mechanical vibrations of the entire system associated with the movement of a sufficiently massive light source.

Технической задачей полезной модели является создание более удобной системы для определения положения гибких микромеханических элементов, обладающей повышенной чувствительностью определения положения гибких микромеханических элементов.The technical task of the utility model is to create a more convenient system for determining the position of flexible micromechanical elements, which has an increased sensitivity for determining the position of flexible micromechanical elements.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе для определения положения гибких микромеханических элементов, состоящей из источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы, состоящей не менее чем из двух микромеханических элементов с отражательной поверхностью, и по крайней мере одного фоторегистрирующего комплекса, источник света неподвижен, а оптический отражательный или оптический преломляющий элемент способен поступательно двигаться и/или вращаться, при этом взаимное расположение источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса подобрано так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента попадает и отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса.The specified technical result is achieved by the fact that in the known system for determining the position of flexible micromechanical elements, consisting of a light source, an optical reflective or optical refractive element, a system consisting of at least two micromechanical elements with a reflective surface, and at least one photo-recording complex , the light source is stationary, and the optical reflective or optical refractive element is capable of translationally moving and / or rotating, while the borrowed arrangement of the light source, the optical reflective or optical refractive element, the system of micromechanical elements and the photo-recording complex is selected so that when the optical element moves, the light beam coming from the light source, after passing through the optical element, enters and is reflected from the reflective surface of each micromechanical element on the photosensitive surface photo-recording complex.

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано в трех различных конкретных вариантах.The proposed technical solution can be implemented in three different specific options.

В первом конкретном варианте полезной модели в качестве оптического отражательного элемента система содержит плоское зеркало, способное вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости зеркала, одна из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, микромеханические элементы находятся в одной плоскости и параллельны друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света, причем фоторегистрирующий комплекс расположен так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и осью вращения зеркала, перпендикулярной лучу света, идущего от источника, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.In the first specific embodiment of the utility model, the system comprises a flat mirror as an optical reflective element, capable of rotating about two mutually perpendicular fixed axes lying in the plane of the mirror, one of which, prior to determining the position of the micromechanical elements, is perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source, micromechanical the elements are in the same plane and parallel to each other in an unbent state, and their direction is perpendicular to the direction of the beam light coming from the light source, and the photo-recording complex is located so that before starting to determine the position of the micromechanical elements, the angle between the plane of the micromechanical elements and the axis of rotation of the mirror perpendicular to the beam of light coming from the source is equal to the angle between the plane of the micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface of the photo-recording complex .

Во втором конкретном варианте полезной модели в качестве оптического преломляющего элемента система содержит оптическую плоскопараллельную пластину, способную вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости оптической пластины, каждая из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, микромеханические элементы находятся в одной плоскости и параллельны друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление параллельно прямой пересечения плоскости, в которой лежат микромеханические элементы, с плоскостью, образованной пересечением луча, идущего от источника света, с одной из осей вращения оптической пластины, причем фоторегистрирующий комплекс расположен так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и одной из осей вращения оптической пластины равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.In a second specific embodiment of the utility model, as an optical refractive element, the system comprises an optical plane-parallel plate capable of rotating about two mutually perpendicular fixed axes lying in the plane of the optical plate, each of which is perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source before determining the position of the micromechanical elements , micromechanical elements are in the same plane and parallel to each other in a non-bent state, and their direction parallel to the direct intersection of the plane in which the micromechanical elements lie with the plane formed by the intersection of the ray coming from the light source with one of the axes of rotation of the optical plate, and the photo-recording complex is located so that before the position of the micromechanical elements is determined, the angle between the plane of the micromechanical elements and one of the axes of rotation of the optical plate is equal to the angle between the plane of the micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface ruyuschego complex.

В третьем конкретном варианте полезной модели в качестве оптического отражательного элемента система содержит плоское зеркало, способное поступательно двигаться вдоль направления луча света, идущего от источника света, и вращаться относительно оси, находящейся на пересечении плоскости зеркала с плоскостью, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света, при этом зеркало расположено так, что прямая, перпендикулярная оси вращения зеркала и лежащая в плоскости зеркала, до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, микромеханические элементы находятся в одной плоскости и параллельны друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света, причем фоторегистрирующий комплекс расположен так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и прямой, перпендикулярной оси вращения зеркала и лежащей в плоскости зеркала, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.In a third specific embodiment of the utility model, the system comprises a flat mirror as an optical reflective element, capable of translationally moving along the direction of the light beam coming from the light source, and rotating about an axis located at the intersection of the mirror plane with the plane formed incident on the mirror and reflected from it beams of light, while the mirror is located so that the line is perpendicular to the axis of rotation of the mirror and lying in the plane of the mirror, until the position is determined micromechanically their elements are perpendicular to the direction of the ray of light coming from the light source, micromechanical elements are in the same plane and parallel to each other in an unbent state, and their direction is perpendicular to the direction of the ray of light coming from the light source, and the photo-recording complex is located so that before the determination the position of the micromechanical elements, the angle between the plane of the micromechanical elements and the straight line perpendicular to the axis of rotation of the mirror and lying in the plane of the mirror is equal to the angle between the plane bone micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface of the photo-recording complex.

В предлагаемом техническом решении в качестве источника света может быть использован, например, лазер, фотодиод, система фотодиодов, лампа накаливания и т.д. Спектр излучения источника света может варьироваться в широких пределах, например, от ультрафиолетовой до инфракрасной областей света. Мощность источника света не является принципиальной и может варьироваться в зависимости от решаемой задачи. Источник света может обладать как дискретным, так и непрерывным спектром. Величина диаметра пучка света может варьироваться в широких пределах.In the proposed technical solution, for example, a laser, a photodiode, a photodiode system, an incandescent lamp, etc. can be used as a light source. The emission spectrum of a light source can vary widely, for example, from ultraviolet to infrared light. The power of the light source is not fundamental and may vary depending on the problem being solved. A light source can have both a discrete and a continuous spectrum. The magnitude of the diameter of the light beam can vary widely.

В предлагаемой полезной модели в качестве оптического отражательного элемента можно использовать, например, зеркало, уголковый отражатель, оптическую призму и т.д. В качестве оптического преломляющего элемента можно использовать, например, линзу, оптическую делительную пластинку, оптический клин и т.д. При этом оптические отражательные элементы могут быть изготовлены из различных материалов с нанесенным отражательным покрытием, имеющим полную или частичную способность к отражению свету, либо из материалов с полированной поверхностью, например, кремниевое зеркало, серебряное зеркало и т.д. Оптические преломляющие элементы могут быть выполнены из различных оптических прозрачных, бесцветных или окрашенных материалов, например, из стекла, пластика и т.д.In the proposed utility model, as an optical reflective element, for example, a mirror, an angular reflector, an optical prism, etc. can be used. As an optical refractive element, for example, a lens, an optical dividing plate, an optical wedge, etc. can be used. In this case, the optical reflective elements can be made of various materials with a reflective coating applied, having full or partial ability to reflect light, or from materials with a polished surface, for example, a silicon mirror, a silver mirror, etc. Optical refractive elements can be made of various optical transparent, colorless or colored materials, for example, glass, plastic, etc.

В предлагаемом техническом решении в качестве микромеханических элементов можно использовать гибкие консоли различной конструкции, например, так называемые кантилеверы, выполненные из различных материалов, например, из металла, из кремния, из пластика и т.д. При этом каждый из микромеханических элементов обязательно должен обладать способностью отражать падающий на него свет, т.е. поверхность микромеханического элемента должна быть отражательной. Если поверхность микромеханического элемента не способна отражать падающий на него свет, то такой микромеханический элемент не может быть использован в предлагаемом техническом решении. Кроме того, микромеханические элементы обязательно должны быть достаточно гибкими, чтобы изгибаться под воздействием сил, вызванных изменением поверхностного натяжения на границе микромеханических элементов и исследуемой экспериментатором системы. Микромеханические элементы в не изогнутом состоянии преимущественно должны находиться в одной плоскости, хотя возможно и другое их расположение, например, при использовании нескольких фоторегистрирующих комплексов.In the proposed technical solution, as the micromechanical elements, flexible consoles of various designs can be used, for example, the so-called cantilevers made of various materials, for example, metal, silicon, plastic, etc. In addition, each of the micromechanical elements must necessarily have the ability to reflect the light incident on it, i.e. the surface of the micromechanical element must be reflective. If the surface of the micromechanical element is not able to reflect the light incident on it, then such a micromechanical element cannot be used in the proposed technical solution. In addition, the micromechanical elements must necessarily be flexible enough to bend under the influence of forces caused by changes in surface tension at the boundary of the micromechanical elements and the system studied by the experimenter. Micromechanical elements in a non-bent state should preferably be in the same plane, although another arrangement is possible, for example, when using several photo-recording complexes.

В предлагаемой полезной модели в качестве фоторегистрирующего комплекса можно использовать, например, фотодиод, либо несколько фотодиодов, ПЗС камеру, детектор положения луча непрерывного типа и т.д. Каждый из этих приборов может быть различных марок. Можно использовать как один фоторегистрирующий комплекс, так и несколько таких комплексов.In the proposed utility model, for example, a photodiode, or several photodiodes, a CCD camera, a continuous-type beam position detector, etc. can be used as a photo-recording complex. Each of these devices can be of different brands. You can use both a single photo-recording complex and several such complexes.

В предлагаемом техническом решении источник света должен быть неподвижен, что позволяет уменьшить неизбежные механические колебания всей системы, связанные с перемещением достаточно массивного источника света, понижающие чувствительность определения положения гибких микромеханических элементов. Если источник света подвижен, то повысить чувствительность определения положения гибких<микромеханических элементов не удается.In the proposed technical solution, the light source should be fixed, which reduces the inevitable mechanical vibrations of the entire system associated with the movement of a sufficiently massive light source, which reduces the sensitivity of determining the position of flexible micromechanical elements. If the light source is movable, then it is not possible to increase the sensitivity of determining the position of flexible <micromechanical elements.

В предлагаемой полезной модели оптический отражательный элемент или оптический преломляющий элемент должен обладать способностью поступательно двигаться и/или вращаться. Поступательное движение оптического элемента может быть осуществлено путем его перемещения, например, по линейной направляющей. Вращение оптического элемента может быть достигнуто за счет использования шарнирных конструкций различного типа, например, шарнира шарового типа. Вращение оптического элемента позволяет осуществлять настройку предлагаемой системы перед работой и делает систему более удобной в эксплуатации, т.е. решает одну из задач полезной модели. Кроме того, для некоторых оптических элементов их вращение позволяет направлять луч света на каждый из микромеханических элементов предлагаемой системы.In the proposed utility model, the optical reflective element or optical refractive element must be able to progressively move and / or rotate. The translational movement of the optical element can be carried out by moving it, for example, along a linear guide. The rotation of the optical element can be achieved through the use of hinged structures of various types, for example, a ball-type hinge. The rotation of the optical element allows you to configure the proposed system before work and makes the system more convenient to operate, i.e. solves one of the problems of the utility model. In addition, for some optical elements, their rotation allows you to direct a beam of light on each of the micromechanical elements of the proposed system.

Следует отметить, что взаимное расположение источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса следует подбирать так, чтобы при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента обязательно попадал и отражался от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса. Данные условия соблюдаются в каждом из трех предлагаемых конкретных вариантах полезной модели. Если эти условия не соблюдать, то решить техническую задачу полезной модели невозможно.It should be noted that the relative position of the light source, the optical reflective or optical refractive element, the system of micromechanical elements, and the photo-recording complex should be selected so that when the optical element moves, the light beam coming from the light source, after passing through the optical element, must be incident and reflected from the reflective surface each micromechanical element on the photosensitive surface of the photo-recording complex. These conditions are observed in each of the three proposed specific options for a utility model. If these conditions are not met, then it is impossible to solve the technical problem of the utility model.

В первом предлагаемом конкретном варианте полезной модели оптический отражательный элемент - плоское зеркало должно быть способно вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости зеркала, одна из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению света, идущего от источника света. В данном конкретном случае микромеханические элементы должны находится в одной плоскости и быть параллельными друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление должно быть перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света. Кроме того, фоторегистрирующий комплекс в системе должен быть расположен так, чтобы до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и осью вращения зеркала, перпендикулярной лучу света, идущего от источника, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса. Если хотя бы одно из этих условий не соблюсти, то решить техническую задачу полезной модели не удается.In the first proposed specific embodiment of the utility model, an optical reflective element - a flat mirror should be able to rotate relative to two mutually perpendicular stationary axes lying in the plane of the mirror, one of which is perpendicular to the direction of the light coming from the light source before determining the position of the micromechanical elements. In this particular case, the micromechanical elements should be in the same plane and parallel to each other in an unbent state, and their direction should be perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source. In addition, the photo-recording complex in the system should be located so that before the position of the micromechanical elements is determined, the angle between the plane of the micromechanical elements and the axis of rotation of the mirror perpendicular to the light beam coming from the source is equal to the angle between the plane of the micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface of the photo-recording complex. If at least one of these conditions is not met, then the technical problem of the utility model cannot be solved.

Во втором предлагаемом конкретном варианте полезной модели оптический преломляющий элемент - плоскопараллельная пластина должна быть способна вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, каждая из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света. При этом микромеханические элементы должны находится в одной плоскости и быть параллельными друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление должно быть параллельно прямой пересечения плоскости, в которой лежат микромеханические элементы, с плоскостью, образованной пересечением луча, идущего от источника света, с одной из осей вращения оптической пластины. Кроме того, фоторегистрирующий комплекс в системе должен быть расположен так, чтобы до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и одной из осей вращения оптической пластины совпадал с углом между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса. Если хотя бы одно из этих условий не соблюсти, то решить техническую задачу полезной модели не удается.In the second specific embodiment of the utility model proposed, the optical refractive element, a plane-parallel plate, should be able to rotate relative to two mutually perpendicular fixed axes, each of which is perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source before determining the position of the micromechanical elements. In this case, the micromechanical elements must be in the same plane and parallel to each other in an unbent state, and their direction should be parallel to the direct intersection of the plane in which the micromechanical elements lie, with the plane formed by the intersection of the beam coming from the light source with one of axes of rotation of the optical plate. In addition, the photo-recording complex in the system should be located so that before the position of the micromechanical elements is determined, the angle between the plane of the micromechanical elements and one of the axes of rotation of the optical plate coincides with the angle between the plane of the micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface of the photo-recording complex. If at least one of these conditions is not met, then the technical problem of the utility model cannot be solved.

В третьем предлагаемом конкретном варианте полезной модели оптический отражательный элемент - плоское зеркало должно быть способно поступательно двигаться вдоль направления луча света, идущего от источника света, и должно быть способно вращаться относительно оси, находящейся на пересечении плоскости зеркала с плоскостью, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света, при этом зеркало должно быть расположено так, что прямая, перпендикулярная оси вращения зеркала и лежащая в плоскости зеркала, до начала определения положения микромеханических элементов должна быть перпендикулярна направлению света, идущего от источника света. При этом микромеханические элементы должны находится в одной плоскости и быть параллельными друг другу в не изогнутом состоянии, а их направление должно быть перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света. Кроме того, фоторегистрирующий комплекс должен быть расположен так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и прямой, перпендикулярной оси вращения зеркала и лежащей в плоскости зеркала, был равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса. Если хотя бы одно из этих условий не соблюсти, то решить техническую задачу полезной модели не удается.In the third proposed specific embodiment of the utility model, an optical reflective element - a flat mirror should be able to translate progressively along the direction of the light beam coming from the light source, and should be able to rotate about an axis located at the intersection of the mirror plane with the plane formed incident on the mirror and reflected from it by light beams, while the mirror should be located so that a straight line, perpendicular to the axis of rotation of the mirror and lying in the plane of the mirror, before the start of determination the position of the micromechanical elements should be perpendicular to the direction of the light coming from the light source. In this case, the micromechanical elements must be in the same plane and parallel to each other in an unbent state, and their direction should be perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source. In addition, the photo-recording complex should be located so that before starting to determine the position of the micromechanical elements, the angle between the plane of the micromechanical elements and the straight line perpendicular to the axis of rotation of the mirror and lying in the plane of the mirror was equal to the angle between the plane of the micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface of the photo-recording complex. If at least one of these conditions is not met, then the technical problem of the utility model cannot be solved.

С помощью предлагаемой полезной модели можно изучать качественный и количественный состав химических и биологических объектов, способных специфически связываться с рецепторами на поверхности микромеханических объектов с образованием устойчивых комплексов, присутствие которых приводит к изменению поверхностного натяжения, т.е. к изменению поверхностных сил, действующих на микромеханический элемент. При связывании таких объектов с рецепторами, нанесенными на один или нескольких микромеханических элементов системы, последние изгибаются. Величину такого изгиба предлагаемая система дает возможность регистрировать. При этом под чувствительностью определения положения гибких микромеханических элементов подразумевается минимальное изменение угла изгиба микромеханического элемента, которое может зафиксировать система.Using the proposed utility model, one can study the qualitative and quantitative composition of chemical and biological objects that can specifically bind to receptors on the surface of micromechanical objects with the formation of stable complexes, the presence of which leads to a change in surface tension, i.e. to a change in surface forces acting on the micromechanical element. When these objects bind to receptors deposited on one or more micromechanical elements of the system, the latter bend. The magnitude of such a bend, the proposed system makes it possible to register. In this case, the sensitivity of determining the position of flexible micromechanical elements means the minimum change in the bending angle of the micromechanical element, which the system can fix.

Преимущества предлагаемой полезной модели иллюстрируют следующие примеры.The advantages of the proposed utility model are illustrated by the following examples.

Пример 1 (по П.2 формулы полезной модели).Example 1 (according to claim 2 of the formula of the utility model).

В опыте используют систему для определения положения гибких микромеханических элементов, схематически изображенную на Фиг.1, состоящую из неподвижного источника света 1, в качестве которого использован лазерный модуль марки SPMC (производства Power technology inc), подвижного оптического отражательного элемента 2, в качестве которого использовано плоское зеркало, закрепленное на станине прибора с помощью шарнира шарового типа и способное вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости зеркала, обозначенных на Фиг.1 штрихпунктирными линиями и дуговыми стрелками над ними, причем одна из осей до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, обозначенного на Фиг.1 стрелкой, идущего от лазерного модуля, и системы, состоящей из шести одинаковых гибких микромеханических элементов с отражательной поверхностью, обозначенных на Фиг.1 цифрой 3, в качестве которых были использованы кантилеверы марки CSG01 (производства Государственного Научно-Исследовательского Института Физических проблем имени Ф.В.Лукина). В использованной системе кантилеверы в не изогнутом состоянии параллельны друг другу, соединены с общим неподвижным основанием, обозначенным на Фиг.1 цифрой 4, лежат в одной плоскости с основанием и перпендикулярны направлению луча света, идущего от лазерного модуля. Кроме того, система содержит один фоторегистрирующий комплекс, обозначенный на Фиг.1 цифрой 5, в качестве которого была использована ПЗС камера марки Deep Sky Imager PRO 2 (производства Meade), соединенная с персональным компьютером, не показанном на Фиг.1. Для уточнения взаимного расположения конструктивных элементов использованной системы на Фиг.2 показана проекция использованной системы на плоскость, перпендикулярную направлению луча света, идущего от лазерного модуля. Из-за взаимного расположения лазерного модуля, обозначенного цифрой 1 и плоского зеркала, обозначенного цифрой 2, лазерный модуль на Фиг.2 трудно различим, поскольку сливается с зеркалом. При этом до начала определения положения микромеханических элементов кантилеверы, обозначенные цифрой 3, и ПЗС камера, обозначенная цифрой 5, расположены так, что угол, между плоскостью кантилеверов и осью вращения зеркала, перпендикулярной направлению луча света, идущего от лазерного модуля, обозначенный на Фиг.2 буквой α, равен углу между плоскостью фоточувствительной поверхности ПЗС камеры и плоскостью кантилеверов, обозначенному на Фиг.2 также буквой α, причем в данном конкретном опыте α равен 20°. Кроме того, на Фиг.2 основание кантилеверов обозначено цифрой 4. В данной системе взаимное расположение источника света, оптического отражательного элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса подобрано так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента обязательно попадает и отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса. Следует отметить, что в использованной системе лазерный модуль, основание кантилеверов и ПЗС камера неподвижны, а плоское зеркало подвижно и способно вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных осей. Кроме того, кантилеверы обладают гибкостью и в ходе эксперимента способны изгибаться в результате изменения поверхностного натяжения на границе кантилевера и исследуемой экспериментатором системы, в качестве которой в данном опыте была использована система, состоящая из антител, специфических к белку пероксидазе хрена, и водного раствора пероксидазы хрена. Перед экспериментом на одну из сторон пяти кантилеверов наносят методом прямой сорбции из водного раствора антитела, специфические к пероксидазе хрена. На шестой кантилевер покрытие не наносят для определения влияния внешних условий на изгиб кантилеверов. Настройку использованной в опыте системы осуществляют путем направления луча света от лазерного модуля на конец одного из кантилеверов с помощью плоского зеркала. Настройку проводят вручную за счет поворота зеркала относительно оси вращения зеркала, перпендикулярной направлению кантилеверов. Затем все шесть кантилеверов подвергают воздействию водного раствора пероксидазы хрена. Направление лазерного луча на каждый из кантилеверов осуществляют за счет вращения зеркала относительно оси, перпендикулярной направлению лазерного луча, идущего от лазерного модуля. В данном опыте вращение зеркала вокруг вышеназванной оси осуществляют с помощью гальванометрического сканатора марки L Scan (производства компании Атеко), способного прецизионно вращать зеркало на заданные углы. Отраженный от кантилеверов луч света попадает на фоточувствительную поверхность ПЗС камеры, сигнал от которой передается на персональный компьютер, где он обрабатывается и визуализируется с помощью специального программного обеспечения. В результате связывания пероксидазы хрена с антителами, осажденными на кантилевере, происходит изменение поверхностного натяжения на границе кантилевера с раствором и, как следствие, происходит изгиб кантилеверов. По разнице усредненного отклонения кантилеверов, покрытых антителами, специфическими к пероксидазе хрена, и отклонения кантилевера без покрытия определяют концентрацию пероксидазы хрена в анализируемом водном растворе при использовании ранее полученной аналогичным методом градуировочной зависимости изгиба кантилевера от концентрации пероксидазы хрена. Таким образом, из примера видно, что предлагаемая система для определения положения гибких микромеханических элементов удобна в работе, т.к. позволяет осуществлять настройку системы перед началом эксперимента без использования каких-либо дополнительных приспособлений. Чувствительность определения поворота угла кантилеверов равна 0,25×10^-9 радиан.In the experiment we use a system for determining the position of flexible micromechanical elements, schematically depicted in Figure 1, consisting of a fixed light source 1, which is used as a laser module brand SPMC (manufactured by Power technology inc), a movable optical reflective element 2, which is used a flat mirror mounted on the bed of the device using a ball-type hinge and able to rotate relative to two mutually perpendicular axes lying in the plane of the mirror, indicated in figure 1 with dash-dotted lines and arc arrows above them, one of the axes being perpendicular to the direction of the light beam indicated in Fig. 1 by the arrow coming from the laser module and the system consisting of six identical flexible micromechanical elements with a reflective surface, indicated by figure 1, number 3, which were used cantilevers brand CSG01 (produced by the State Research Institute of Physical Problems named after F.V. Lukin). In the used system, the cantilevers in an unbent state are parallel to each other, connected to a common stationary base, indicated in figure 1 by the number 4, lie in the same plane with the base and are perpendicular to the direction of the light beam coming from the laser module. In addition, the system contains one photo-recording complex, indicated in figure 1 by number 5, which was used as a CCD camera brand Deep Sky Imager PRO 2 (manufactured by Meade), connected to a personal computer, not shown in figure 1. To clarify the relative position of the structural elements of the used system, figure 2 shows the projection of the used system on a plane perpendicular to the direction of the beam of light coming from the laser module. Due to the relative position of the laser module, indicated by the number 1 and the flat mirror, indicated by the number 2, the laser module in figure 2 is difficult to distinguish, since it merges with the mirror. In this case, prior to determining the position of the micromechanical elements, the cantilevers indicated by the number 3 and the CCD camera indicated by the number 5 are located so that the angle between the plane of the cantilevers and the axis of rotation of the mirror perpendicular to the direction of the light beam coming from the laser module, indicated in FIG. 2 by the letter α, is equal to the angle between the plane of the photosensitive surface of the CCD camera and the plane of the cantilevers, also indicated by the letter α in FIG. 2, and in this particular experiment, α is 20 °. In addition, in FIG. 2, the base of the cantilevers is indicated by the number 4. In this system, the relative position of the light source, the optical reflective element, the system of micromechanical elements, and the photo-recording complex are selected so that when the optical element moves, the light beam coming from the light source after passing through the optical element necessarily gets and is reflected from the reflective surface of each micromechanical element on the photosensitive surface of the photo-recording complex. It should be noted that in the system used, the laser module, the cantilever base and the CCD camera are stationary, and the flat mirror is movable and able to rotate relative to two mutually perpendicular axes. In addition, cantilevers are flexible and are able to bend during the experiment as a result of changes in surface tension at the cantilever-system boundary studied by the experimenter, which was used in this experiment as a system consisting of antibodies specific for horseradish peroxidase protein and an aqueous solution of horseradish peroxidase . Before the experiment, antibodies specific for horseradish peroxidase are applied to one side of five cantilevers by direct sorption from an aqueous solution of an antibody. The sixth cantilever is not coated to determine the effect of external conditions on the bending of the cantilevers. The system used in the experiment is tuned by directing a ray of light from the laser module to the end of one of the cantilevers using a flat mirror. The adjustment is carried out manually by rotating the mirror relative to the axis of rotation of the mirror perpendicular to the direction of the cantilevers. Then all six cantilevers are exposed to an aqueous solution of horseradish peroxidase. The laser beam is directed to each of the cantilevers by rotating the mirror about an axis perpendicular to the direction of the laser beam coming from the laser module. In this experiment, the rotation of the mirror around the above axis is carried out using a galvanometric scanner brand L Scan (manufactured by Ateco), capable of precision rotating the mirror at predetermined angles. The light beam reflected from the cantilevers enters the photosensitive surface of the CCD camera, the signal from which is transmitted to a personal computer, where it is processed and visualized using special software. As a result of the binding of horseradish peroxidase to antibodies deposited on the cantilever, there is a change in the surface tension at the boundary of the cantilever with the solution and, as a result, the cantilevers bend. The difference in the average deviation of the cantilevers coated with antibodies specific for horseradish peroxidase and the deviations of the uncoated cantilever determines the concentration of horseradish peroxidase in the analyzed aqueous solution using the calibration dependence of the cantilever bend on the concentration of horseradish previously obtained by a similar method. Thus, it can be seen from the example that the proposed system for determining the position of flexible micromechanical elements is convenient in operation, because allows you to configure the system before the start of the experiment without using any additional devices. The sensitivity of determining the angle of rotation of the cantilevers is 0.25 × 10 ^-9 radians.

Пример 2 (по П.3 формулы полезной модели).Example 2 (according to claim 3 of the utility model formula).

В опыте используют систему для определения положения гибких микромеханических элементов, схематически изображенную на Фиг.3, состоящую из неподвижного источника света 1, в качестве которого использован лазерный модуль марки LDM-4 (производства Laserex), подвижного оптического преломляющего элемента 2, в качестве которого была использована оптическая плоскопараллельная пластина, закрепленная на станине прибора с помощью шарнира шарового типа и способная вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости зеркала, обозначенных на Фиг.3 штрихпунктирными линиями и дуговыми стрелками над ними, причем каждая из осей до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, обозначенного на Фиг.3 стрелкой, идущего от лазерного модуля, и системы, состоящей из четырех одинаковых гибких микромеханических элементов с отражательной поверхностью, обозначенных на Фиг.3 цифрой 3, в качестве которых были использованы кантилеверы марки ОСТО-500 (производства компании Micromotive). В использованной системе кантилеверы в не изогнутом состоянии параллельны друг другу, соединенны с общим неподвижным основанием, обозначенным на Фиг.3 цифрой 4, лежат в одной плоскости с основанием, а направление кантилеверов параллельно прямой пересечения плоскости, в которой лежат кантилеверы, с плоскостью, образованной пересечением луча света, идущего от лазерного модуля, с одной из осей вращения оптической пластины. Кроме того, система содержит один фоторегистрирующий комплекс, обозначенный на Фиг.3 цифрой 5, в качестве которого использована ПЗС камера марки ICX084AL (производства компании Sony), соединенная с персональным компьютером, не показанном на Фиг.3. Для уточнения взаимного расположения конструктивных элементов использованной системы на Фиг.4 показана проекция использованной системы на плоскость, перпендикулярную одной из осей вращения оптической преломляющей пластины и параллельную направлению кантилеверов. На этой Фиг. источник света и оптическая преломляющая пластина обозначены цифрами 1 и 2, соответственно, кантилеверы и их неподвижное основание обозначены соответственно цифрами 3 и 4, а цифрой 5 фоторегистрирующий комплекс. При этом до начала определения положения микромеханических элементов ПЗС камера и кантилеверы расположены так, что угол между плоскостью кантилеверов и одной из осей вращения оптической пластины, обозначенный на Фиг.4 буквой α, равен углу между плоскостью фоточувствительной поверхности ПЗС камеры и плоскостью кантилеверов, обозначенному на Фиг.4 также буквой α, причем в данном конкретном опыте α равен 21°. Кроме того, на Фиг.4 основание кантилеверов обозначено цифрой 4. В данной системе взаимное расположение источника света, оптического преломляющего элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса подобрано так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента обязательно попадает и отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса. Следует отметить, что в использованной системе лазерный модуль, основание кантилеверов и ПЗС камера неподвижны, а оптическая пластина подвижна и способна вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных осей. Кроме того, кантилеверы обладают гибкостью и в ходе эксперимента способны изгибаться в результате изменения поверхностного натяжения на границе кантилевера и исследуемой экспериментатором системы, в качестве которой в данном опыте была использована система, состоящая из антител, специфических к морфину, и водного раствора морфина. Перед экспериментом на одну из сторон трех кантилеверов наносят методом прямой сорбции из водного раствора антитела, специфические к морфину. На четвертый кантилевер покрытие не наносят для определения влияния внешних условий на изгиб кантилеверов. Настройку использованной в опыте системы осуществляют путем направления луча света от лазерного модуля на конец одного из кантилеверов с помощью оптической пластины. Настройку проводят вручную за счет поворота оптической пластины относительно одной из ее осей вращения. Затем все четыре кантилевера подвергают воздействию водного раствора морфина. Направление лазерного луча на каждый из кантилеверов осуществляют за счет вращения оптической пластины относительно другой ее оси вращения. В данном опыте такое вращение осуществляют с помощью гальванометрического сканатора марки RLA1004-AG/D2 (производства компании AYLASE АG), способного прецизионно вращать зеркало на заданные углы. Отраженный от кантилеверов лазерный луч попадает на фоточувствительную поверхность ПЗС камеры, сигнал от которой передается на персональный компьютер, где он обрабатывается и визуализируется с помощью специального программного обеспечения. В результате связывания морфина с антителами, осажденными на поверхности кантилевера, происходит изменение поверхностного натяжения на границе кантилевера с раствором и, как следствие, происходит изгиб кантилевера. По разнице усредненного отклонения кантилеверов, покрытых антителами, специфическими к морфину, и отклонения кантилевера без покрытия определяют концентрацию морфина в анализируемом водном растворе при использовании ранее полученной аналогичным методом градуировочной зависимости изгиба кантилевера от концентрации морфина. Таким образом, из примера видно, что предлагаемая система для определения положения гибких микромеханических элементов удобна в работе, т.к. позволяет осуществлять настройку системы перед началом эксперимента без использования каких-либо дополнительных приспособлений. Чувствительность определения поворота угла кантилеверов равна 0,23×10^-9 радиан.In the experiment we use a system for determining the position of flexible micromechanical elements, schematically depicted in Figure 3, consisting of a stationary light source 1, which is used as a laser module brand LDM-4 (manufactured by Laserex), a movable optical refractive element 2, which was an optical plane-parallel plate was used, mounted on the device bed using a ball-type hinge and capable of rotating about two mutually perpendicular axes lying in the plane of the mirror, 3 indicated by dash-dotted lines and arc arrows above them, each of the axes being perpendicular to the direction of the light beam indicated by the arrow coming from the laser module in Fig. 3 and the system consisting of four identical flexible micromechanical elements with a reflective surface, indicated in FIG. 3 by the number 3, for which cantilevers of the OSTO-500 brand (manufactured by Micromotive) were used. In the used system, the cantilevers in an unbent state are parallel to each other, connected to a common fixed base, indicated in Fig. 3 by 4, lie in the same plane with the base, and the direction of the cantilevers is parallel to the direct intersection of the plane in which the cantilevers lie, with the plane formed the intersection of a ray of light coming from the laser module, with one of the axes of rotation of the optical plate. In addition, the system contains one photo-recording complex, indicated in figure 3 by the number 5, which is used as a CCD camera brand ICX084AL (manufactured by Sony), connected to a personal computer, not shown in figure 3. To clarify the relative position of the structural elements of the used system, Fig. 4 shows a projection of the used system on a plane perpendicular to one of the rotation axes of the optical refractive plate and parallel to the direction of the cantilevers. In this FIG. the light source and the optical refractive plate are indicated by the numbers 1 and 2, respectively, the cantilevers and their fixed base are indicated by the numbers 3 and 4, respectively, and the number 5 photo-recording complex. In this case, before starting to determine the position of the CCD micromechanical elements, the camera and cantilevers are located so that the angle between the plane of the cantilevers and one of the axes of rotation of the optical plate, indicated in Fig. 4 by the letter α, is equal to the angle between the plane of the photosensitive surface of the CCD camera and the plane of cantilevers, indicated on Figure 4 is also the letter α, and in this particular experiment, α is equal to 21 °. In addition, in FIG. 4, the base of the cantilevers is indicated by the number 4. In this system, the relative position of the light source, the optical refractive element, the system of micromechanical elements, and the photo-recording complex are selected so that when the optical element moves, the light beam coming from the light source after passing through the optical element necessarily gets and is reflected from the reflective surface of each micromechanical element on the photosensitive surface of the photo-recording complex. It should be noted that in the system used, the laser module, the cantilever base and the CCD camera are stationary, and the optical plate is movable and able to rotate relative to two mutually perpendicular axes. In addition, cantilevers are flexible and are able to bend during the experiment as a result of changes in the surface tension at the cantilever – system studied by the experimenter, which was used in this experiment as a system consisting of antibodies specific for morphine and an aqueous solution of morphine. Before the experiment, antibodies specific for morphine are applied to one side of three cantilevers by direct sorption from an aqueous solution of an antibody. The fourth cantilever is not coated to determine the influence of external conditions on the bending of the cantilevers. The system used in the experiment is tuned by directing a light beam from the laser module to the end of one of the cantilevers using an optical plate. The adjustment is carried out manually by rotating the optical plate relative to one of its rotation axes. Then all four cantilevers are exposed to an aqueous solution of morphine. The laser beam is directed to each of the cantilevers by rotating the optical plate relative to its other axis of rotation. In this experiment, such rotation is carried out using a galvanometric scanner of the brand RLA1004-AG / D2 (manufactured by AYLASE AG), capable of precision rotating the mirror at predetermined angles. The laser beam reflected from the cantilevers enters the photosensitive surface of the CCD camera, the signal from which is transmitted to a personal computer, where it is processed and visualized using special software. As a result of the binding of morphine to antibodies deposited on the surface of the cantilever, there is a change in the surface tension at the boundary of the cantilever with the solution and, as a result, the cantilever bends. The difference in the average deviation of the cantilevers coated with antibodies specific for morphine and the deviations of the uncoated cantilever determines the morphine concentration in the analyzed aqueous solution using the calibration dependence of the cantilever bend on the morphine concentration previously obtained by a similar method. Thus, it can be seen from the example that the proposed system for determining the position of flexible micromechanical elements is convenient in operation, because allows you to configure the system before the start of the experiment without using any additional devices. The sensitivity of determining the angle of rotation of the cantilevers is 0.23 × 10 ^-9 radians.

Пример 3 (по П.4 формулы полезной модели).Example 3 (according to claim 4 of the utility model formula).

В опыте используют систему для определения положения гибких микромеханических элементов, схематически изображенную на Фиг.5, состоящую из неподвижного источника света 1, в качестве которого использован лазерный модуль марки SPMC (производства Power technology inc), подвижного оптического отражательного элемента 2, в качестве которого использовано плоское зеркало, зафиксированное на линейной направляющей станины прибора с помощью шарнира шарового типа. При такой фиксации зеркало способно поступательно двигаться вдоль направления луча света, обозначенного на Фиг.5 стрелкой, идущего от лазерного модуля, и вращаться относительно оси, обозначенной на Фиг.5 штрихпунктирной линией и дуговыми стрелками над ней, находящейся на пересечении плоскости зеркала с плоскостью, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света. В данной системе прямая, перпендикулярная оси вращения зеркала и лежащая в плоскости зеркала, до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от лазерного модуля, и, кроме того, она содержит систему, состоящую из пяти одинаковых гибких микромеханических элементов с отражательной поверхностью, обозначенных на Фиг.5 цифрой 3, в качестве которых были использованы кантилеверы марки DP17/GP (производства компании Mikromash). В использованной системе кантилеверы в не изогнутом состоянии параллельны друг другу, соединены с общим неподвижным основанием, обозначенным на Фиг.5 цифрой 4, лежат в одной плоскости с основанием, и перпендикулярны направлению луча света, идущего от лазерного модуля. Кроме того, система содержит один фоторегистрирующий комплекс, обозначенный на Фиг.5 цифрой 5, в качестве которого использована ПЗС камера марки Видеоскан-205 (производства компании НПП Видеоскан), соединенная с персональным компьютером, не показанном на Фиг.5. Для уточнения взаимного расположения конструктивных элементов использованной системы на Фиг.6 показана проекция использованной системы на плоскость, перпендикулярную направлению луча света, идущего от лазерного модуля. На этой Фиг. источник света и зеркало обозначены цифрами 1 и 2, соответственно, кантилеверы и их неподвижное основание обозначены соответственно цифрами 3 и 4, а цифрой 5 обозначен фоторегистрирующий комплекс. При этом до начала определения положения микромеханических элементов ПЗС камера и кантилеверы расположены так, что угол между плоскостью кантилеверов и прямой, перпендикулярной оси вращения зеркала и лежащей в плоскости зеркала, обозначенный на Фиг.6 буквой α, равен углу между плоскостью фоточувствительной поверхности ПЗС камеры и плоскостью кантилеверов, обозначенному на Фиг.6 также буквой α, причем в данном конкретном опыте α равен 18°. Кроме того, на Фиг.6 основание кантилеверов обозначено цифрой 4. В данной системе взаимное расположение источника света, оптического отражательного элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса подобрано так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента обязательно попадает и отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса. Следует отметить, что в использованной системе лазерный модуль, основание кантилеверов и ПЗС камера неподвижны, а плоское зеркало подвижно и способно вращаться относительно оси, находящейся на пересечении плоскости зеркала с плоскостью, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света, и способно поступательно двигаться вдоль направления луча света, идущего от лазерного модуля. Кроме того, кантилеверы обладают гибкостью и в ходе эксперимента способны изгибаться в результате изменения поверхностного натяжения на границе кантилевера и исследуемой экспериментатором системы, в качестве которой в данном опыте была использована система, состоящая из рецептора - бис-4-(2-пиридилметиленаминофинил)дисульфида, специфического к иону кобальта, и водного раствора соли Со(СlO₄)₂•6Н₂O. Перед экспериментом на одну из сторон четырех кантилеверов наносят методом прямой сорбции из водного раствора рецепторы, специфические к ионам кобальта. На пятый кантилевер покрытие не наносят для определения влияния внешних условий на изгиб кантилеверов. Настройку использованной в опыте системы осуществляют путем направления луча света от лазерного модуля на конец одного из кантилеверов с помощью зеркала. Настройку проводят вручную за счет поворота зеркала относительно ее оси вращения. Затем все пять кантилеверов подвергают воздействию водного раствора соли кобальта. Направление лазерного луча на каждый из кантилеверов осуществляют за счет поступательного движения зеркала вдоль направления луча света, идущего от лазерного модуля. В данном опыте такое движение осуществляют с помощью линейного двигателя марки Linear Motor, LVCM-013-013-02 (производства компании Moticont), способного прецизионно перемещать зеркало на заданные расстояния. Отраженный от кантилеверов лазерный луч попадает на фоточувствительную поверхность ПЗС камеры, сигнал от которой передается на персональный компьютер, где он обрабатывается и визуализируется с помощью специального программного обеспечения. В результате связывания ионов кобальта рецепторами, осажденным на поверхности кантилевера, происходит изменение поверхностного натяжения на границе кантилевера с раствором и, как следствие, происходит изгиб кантилевера. По разнице усредненного отклонения кантилеверов, покрытых рецепторами, специфическими к иону кобальта, и отклонения кантилевера без покрытия определяют концентрацию кобальта в анализируемом водном растворе при использовании ранее полученной аналогичным методом градуировочной зависимости изгиба кантилевера от концентрации ионов кобальта. Таким образом, из примера видно, что предлагаемая система для определения положения гибких микромеханических элементов удобна в работе, т.к. позволяет осуществлять настройку системы перед началом эксперимента без использования каких-либо дополнительных приспособлений. Чувствительность определения поворота угла кантилеверов равна 0,27×10^-9 радиан.In the experiment, a system for determining the position of flexible micromechanical elements is used, schematically depicted in Figure 5, consisting of a stationary light source 1, which is used as a laser module brand SPMC (manufactured by Power technology inc), a movable optical reflective element 2, which is used a flat mirror fixed on the linear guide of the device bed with a ball-type hinge. With this fixation, the mirror is able to translate progressively along the direction of the light beam indicated in FIG. 5 by the arrow coming from the laser module and rotate about the axis indicated in FIG. 5 by the dash-dot line and the arc arrows above it, at the intersection of the mirror plane with the plane, formed by light beams incident on the mirror and reflected from it. In this system, the line, perpendicular to the axis of rotation of the mirror and lying in the plane of the mirror, is perpendicular to the direction of the light beam coming from the laser module before determining the position of the micromechanical elements, and, in addition, it contains a system consisting of five identical flexible micromechanical elements with a reflective surface , indicated in Figure 5 by the number 3, which were used cantilevers brand DP17 / GP (manufactured by Mikromash). In the used system, the cantilevers in an unbent state are parallel to each other, connected to a common stationary base, indicated in Fig. 5 by 4, lie in the same plane with the base, and are perpendicular to the direction of the light beam coming from the laser module. In addition, the system contains one photo-recording complex, indicated in figure 5 by number 5, which is used as a CCD camera brand Videoscan-205 (manufactured by NPP Videoscan), connected to a personal computer, not shown in Fig.5. To clarify the relative position of the structural elements of the used system, Fig. 6 shows a projection of the used system on a plane perpendicular to the direction of the light beam coming from the laser module. In this FIG. the light source and the mirror are indicated by the numbers 1 and 2, respectively, the cantilevers and their fixed base are indicated by the numbers 3 and 4, respectively, and the number 5 indicates the photo-recording complex. In this case, prior to determining the position of the micromechanical elements of the CCD, the camera and cantilevers are located so that the angle between the plane of the cantilevers and the straight line perpendicular to the axis of rotation of the mirror and lying in the mirror plane, indicated by the letter α in FIG. 6, is equal to the angle between the plane of the photosensitive surface of the CCD camera and the cantilever plane, indicated in FIG. 6 also by the letter α, and in this particular experiment α is equal to 18 °. In addition, in FIG. 6, the base of the cantilevers is indicated by the number 4. In this system, the relative position of the light source, the optical reflective element, the system of micromechanical elements, and the photo-recording complex are selected so that when the optical element moves, the light beam coming from the light source after passing through the optical element necessarily gets and is reflected from the reflective surface of each micromechanical element on the photosensitive surface of the photo-recording complex. It should be noted that in the system used, the laser module, the cantilever base, and the CCD camera are stationary, and the flat mirror is movable and able to rotate about an axis located at the intersection of the mirror plane with the plane formed by light rays incident on the mirror and reflected from it, and able to translationally move along the direction of the beam of light coming from the laser module. In addition, cantilevers are flexible and are able to bend during the experiment as a result of changes in surface tension at the cantilever – system boundary studied by the experimenter, which was used in this experiment as a system consisting of a bis-4- (2-pyridylmethyleneaminofinil) disulfide receptor, specific for cobalt ion and an aqueous salt solution of Co (ClO ₄₎ ₂ • 6H ₂ O. Before the experiment, one of the four sides of the cantilevers is applied by direct adsorption from aqueous solution receptors specific to UQ am cobalt. The fifth cantilever is not coated to determine the influence of external conditions on the bending of the cantilevers. The system used in the experiment is tuned by directing a ray of light from the laser module to the end of one of the cantilevers using a mirror. The adjustment is carried out manually due to the rotation of the mirror relative to its axis of rotation. Then all five cantilevers are exposed to an aqueous solution of cobalt salt. The direction of the laser beam to each of the cantilevers is carried out due to the translational movement of the mirror along the direction of the beam of light coming from the laser module. In this experiment, such a movement is carried out using a linear motor of the brand Linear Motor, LVCM-013-013-02 (manufactured by Moticont), capable of accurately moving the mirror at predetermined distances. The laser beam reflected from the cantilevers enters the photosensitive surface of the CCD camera, the signal from which is transmitted to a personal computer, where it is processed and visualized using special software. As a result of the binding of cobalt ions by receptors deposited on the surface of the cantilever, a change in the surface tension occurs at the boundary of the cantilever with the solution and, as a result, the cantilever bends. The difference in the average deviation of the cantilevers coated with cobalt ion specific receptors and the deviations of the uncoated cantilever determines the cobalt concentration in the analyzed aqueous solution using the calibration dependence of the cantilever bend on the concentration of cobalt ions previously obtained by a similar method. Thus, it can be seen from the example that the proposed system for determining the position of flexible micromechanical elements is convenient in operation, because allows you to configure the system before the start of the experiment without using any additional devices. The sensitivity of determining the angle of rotation of the cantilevers is 0.27 × 10 ^-9 radians.

Пример 4 (контрольный, по прототипу).Example 4 (control, prototype).

Опыт проводят аналогичный примеру 1, однако используют систему для определения положения гибких микромеханических элементов, схематически изображенную на Фиг.7, состоящую из подвижного источника света 1, в качестве которого использован лазерный модуль марки SPMC (производства Power technology inc), зафиксированного на линейной направляющей станины прибора, неподвижного оптического отражательного элемента 2, в качестве которого использовано плоское зеркало, и системы, состоящей из шести одинаковых гибких микромеханических элементов с отражательной поверхностью, обозначенных на Фиг.7 цифрой 3, в качестве которых были использованы кантилеверы марки CSG01 (производства Государственного Научно-Исследовательского Института Физических проблем имени Ф.В.Лукина). В использованной системе кантилеверы в не изогнутом состоянии параллельны друг другу, соединены с общим неподвижным основанием, обозначенным на Фиг.7 цифрой 4, лежат в одной плоскости с основанием и перпендикулярны направлению луча света, обозначенного стрелкой на Фиг.7, идущего от лазерного модуля. Кроме того, система содержит один фоторегистрирующий комплекс, обозначенный на Фиг.7 цифрой 5, в качестве которого использована ПЗС камера марки Deep Sky Imager PRO 2 (производства Meade), соединенная с персональным компьютером, не показанном на Фиг.7. Следует отметить, что в использованной системе зеркало, основание кантилеверов и ПЗС камера неподвижны, а лазерный модуль подвижен и способен поступательно двигаться вдоль линейной направляющей, перпендикулярной направлению луча света, идущего от лазерного модуля, и лежащей в плоскости, параллельной плоскости, содержащей микромеханические элементы. Направление движения источника света на Фиг.7 показано обоюдоострой стрелкой. Кроме того, кантилеверы обладают гибкостью и в ходе эксперимента способны изгибаться в результате изменения поверхностного натяжения на границе кантилевера и исследуемой экспериментатором системой. Направление лазерного луча на каждый из кантилеверов осуществляют за счет линейного перемещения лазерного модуля. Чувствительность определения поворота угла кантилеверов равна 1,3×10^-9 радиан.The experiment is carried out similarly to example 1, however, a system is used to determine the position of flexible micromechanical elements, schematically shown in Fig. 7, consisting of a moving light source 1, which is used as a laser module brand SPMC (manufactured by Power technology inc), mounted on a linear guide bed a device, a stationary optical reflective element 2, which is used as a flat mirror, and a system consisting of six identical flexible micromechanical elements with a reflective th surface, designated at numeral 7 3 as cantilevers which brand CSG01 (production State Research Institute for Physical problems F.V.Lukina name) were used. In the used system, the cantilevers in an unbent state are parallel to each other, connected to a common stationary base, indicated by the number 4 in Fig. 7, lie in the same plane with the base and are perpendicular to the direction of the light beam indicated by the arrow in Fig. 7 coming from the laser module. In addition, the system contains one photo-recording complex, indicated in figure 7 by the number 5, which is used as a CCD camera brand Deep Sky Imager PRO 2 (manufactured by Meade), connected to a personal computer, not shown in Fig.7. It should be noted that in the system used, the mirror, cantilever base, and CCD camera are stationary, and the laser module is movable and able to translate along a linear guide perpendicular to the direction of the light beam coming from the laser module and lying in a plane parallel to the plane containing micromechanical elements. The direction of movement of the light source in Fig.7 is shown by a double-edged arrow. In addition, cantilevers are flexible and are able to bend during the experiment as a result of changes in surface tension at the cantilever boundary and the system studied by the experimenter. The direction of the laser beam to each of the cantilevers is carried out due to the linear movement of the laser module. The sensitivity of determining the angle of rotation of the cantilevers is 1.3 × 10 ^-9 radians.

Таким образом, из приведенных примеров видно, что предлагаемая полезная модель действительно позволяет создать более удобную систему для определения положения гибких микромеханических элементов, позволяющую легко осуществлять настройку системы перед работой и обладающую повышенной примерно в 6 раз чувствительностью определения положения гибких микромеханических элементов.Thus, it can be seen from the above examples that the proposed utility model really allows you to create a more convenient system for determining the position of flexible micromechanical elements, which makes it easy to configure the system before work and has an approximately 6-fold increased sensitivity for determining the position of flexible micromechanical elements.

Были проведены дополнительные опыты, которые показали, что техническая задача полезной модели не выполняется, если система для определения положения гибких микромеханических элементов не содержит хотя бы один из нижеуказанных признаков, например, такой как, наличие в системе источника света, наличие оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, наличие системы, состоящей не менее чем из двух микромеханических элементов с отражательной поверхностью, и по крайней мере одного фоторегистрирующего комплекса, наличие подвижности у источника света. Кроме того, техническая задача полезной модели не выполняется, если оптический отражательный или оптический преломляющего элемент не способен поступательно двигаться и/или вращаться, или подбор взаимного расположения источника света, оптического отражательного или оптического преломляющего элемента, системы микромеханических элементов и фоторегистрирующего комплекса осуществлен так, что при движении оптического элемента луч света, идущий от источника света, после прохождения оптического элемента не попадает и не отражается от отражательной поверхности каждого микромеханического элемента на фоточувствительную поверхность фоторегистрирующего комплекса.Additional experiments were carried out, which showed that the technical task of the utility model is not performed if the system for determining the position of flexible micromechanical elements does not contain at least one of the following features, for example, such as the presence of a light source in the system, the presence of optical reflective or optical refractive element, the presence of a system consisting of at least two micromechanical elements with a reflective surface, and at least one photo-recording complex, the presence mobility at the light source. In addition, the technical task of the utility model is not performed if the optical reflective or optical refractive element is not capable of translationally moving and / or rotating, or the relative position of the light source, optical reflective or optical refractive element, the system of micromechanical elements, and the photo-recording complex are selected so that when the optical element moves, the light beam coming from the light source after passing through the optical element does not fall and is not reflected from nothing significant surface micromechanical element each on a photosensitive surface photorecording complex.

Были проведены дополнительные эксперименты, которые показали, что в первом конкретном варианте полезной модели техническая задача полезной модели не выполняется, если система для определения положения гибких микромеханических элементов не содержит хотя бы один из нижеуказанных признаков, например, такой как, наличие в системе в качестве оптического отражательного элемента плоского зеркала, способного вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости зеркала, одна из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, наличие в системе микромеханических элементов, находящихся в одной плоскости и параллельных друг другу в не изогнутом состоянии, направление которых перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света, наличие в системе фоторегистрирующего комплекса, расположенного так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и осью вращения зеркала, перпендикулярной лучу света, идущего от источника света, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.Additional experiments were carried out, which showed that in the first specific embodiment of the utility model the technical task of the utility model is not performed if the system for determining the position of flexible micromechanical elements does not contain at least one of the following features, for example, such as the presence in the system as an optical a reflective element of a flat mirror capable of rotating about two mutually perpendicular fixed axes lying in the plane of the mirror, one of which before the position of the micromechanical elements is perpendicular to the direction of the light ray coming from the light source, the presence in the system of micromechanical elements that are in the same plane and parallel to each other in an unbent state, the direction of which is perpendicular to the direction of the light ray coming from the light source, is the presence of a photo-recording complex in the system located so that before the start of determining the position of the micromechanical elements, the angle between the plane of the micromechanical elements and the axis of rotation of the mirror, perpendicular to the ray of light coming from the light source, is equal to the angle between the plane of the micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface of the photo-recording complex.

Проведенные дополнительные опыты показали, что во втором конкретном варианте полезной модели техническая задача полезной модели не выполняется, если система для определения положения гибких микромеханических элементов не содержит хотя бы один из нижеуказанных признаков, например, такой как, наличие в системе в качестве оптического преломляющего элемента оптической плоскопараллельной пластины, способной вращаться относительно двух взаимно перпендикулярных неподвижных осей, лежащих в плоскости оптической пластины, каждая из которых до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, наличие в системе микромеханических элементов, находящихся в одной плоскости и параллельных друг другу в не изогнутом состоянии, направление которых параллельно прямой пересечения плоскости, в которой лежат микромеханические элементы, и плоскости, образованной пересечением луча света, идущего от источника света, с одной из осей вращения оптической пластины, наличие в системе фоторегистрирующего комплекса расположенного, так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и одной из осей вращения оптической пластины равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.Additional experiments showed that in the second specific embodiment of the utility model, the technical task of the utility model is not performed if the system for determining the position of flexible micromechanical elements does not contain at least one of the following features, for example, such as the presence of an optical refractive element in the system a plane-parallel plate capable of rotating about two mutually perpendicular fixed axes lying in the plane of the optical plate, each of which prior to determining the position of the micromechanical elements, it is perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source, the presence in the system of micromechanical elements that are in the same plane and parallel to each other in an unbent state, the direction of which is parallel to the direct intersection of the plane in which the micromechanical elements lie and the plane formed by the intersection of a ray of light coming from a light source with one of the axes of rotation of the optical plate, the presence in the system of a photo-recording complex aspolozhennogo, so that before the determination of the position of micromechanical elements the angle between the plane of the micromechanical elements, and one of the axes of rotation of the optical plate is equal to the angle between the plane of the micromechanical element and the plane of the photosensitive surface photorecording complex.

Были проведены дополнительные эксперименты, которые показали, что в третьем конкретном варианте полезной модели техническая задача полезной модели не выполняется, если система для определения положения гибких микромеханических элементов не содержит хотя бы один из нижеуказанных признаков, например, такой как, наличие в системе в качестве оптического отражательного элемента плоского зеркала, способного поступательно двигаться вдоль направления луча света, идущего от источника света, и вращаться относительно оси, находящейся на пересечении плоскости зеркала и плоскости, образованной падающим на зеркало и отраженным от него лучами света, и расположение зеркала в системе так, что прямая, перпендикулярная оси вращения зеркала и лежащая в плоскости зеркала, до начала определения положения микромеханических элементов перпендикулярна направлению луча света, идущего от источника света, наличие в системе микромеханических элементов, находящихся в одной плоскости и параллельных друг другу в не изогнутом состоянии, направление которых перпендикулярно направлению луча света, идущего от источника света, расположение фоторегистрирующего комплекса в системе так, что до начала определения положения микромеханических элементов угол между плоскостью микромеханических элементов и прямой, перпендикулярной оси вращения зеркала и лежащей в плоскости зеркала, равен углу между плоскостью микромеханических элементов и плоскостью фоточувствительной поверхности фоторегистрирующего комплекса.Additional experiments were carried out, which showed that in the third specific embodiment of the utility model, the technical task of the utility model is not performed if the system for determining the position of flexible micromechanical elements does not contain at least one of the following features, for example, such as the presence in the system as an optical reflective element of a flat mirror, capable of translationally moving along the direction of the beam of light coming from the light source, and rotate about an axis located at the plane of the mirror and the plane formed by the light rays incident on the mirror and reflected from it, and the location of the mirror in the system so that the line, perpendicular to the axis of rotation of the mirror and lying in the plane of the mirror, is perpendicular to the direction of the light beam coming from light source, the presence in the system of micromechanical elements that are in the same plane and parallel to each other in an unbent state, the direction of which is perpendicular to the direction of the beam of light a, coming from the light source, the location of the photo-recording complex in the system so that before determining the position of the micromechanical elements, the angle between the plane of the micromechanical elements and the straight line perpendicular to the axis of rotation of the mirror and lying in the plane of the mirror is equal to the angle between the plane of the micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface of the photo-recording complex.

Claims

1. A system for determining the position of flexible micromechanical elements, consisting of a light source, an optical reflective or optical refractive element, a system consisting of at least two micromechanical elements with a reflective surface, and at least one photo-recording complex, characterized in that the light source stationary, and the optical reflective or optical refractive element is capable of translationally moving and / or rotating, while the relative position of the light source, opt of a reflective or optical refractive element, a system of micromechanical elements, and a photo-recording complex is selected so that when the optical element moves, a light beam coming from the light source, after passing through the optical element, enters and is reflected from the reflective surface of each micromechanical element on the photosensitive surface of the photo-recording complex.

2. The system for determining the position of flexible micromechanical elements according to claim 1, characterized in that the system comprises a flat mirror as an optical reflective element that can rotate relative to two mutually perpendicular fixed axes lying in the plane of the mirror, one of which is prior to determining the position of the micromechanical elements perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source, micromechanical elements are in the same plane and parallel to each other in an unbent state and their direction is perpendicular to the direction of the ray of light coming from the light source, and the photo-recording complex is located so that before starting to determine the position of the micromechanical elements, the angle between the plane of the micromechanical elements and the axis of rotation of the mirror perpendicular to the ray of light coming from the source is equal to the angle between the plane micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface of the photo-recording complex.

3. The system for determining the position of flexible micromechanical elements according to claim 1, characterized in that as an optical refractive element, the system contains an optical plane-parallel plate that can rotate relative to two mutually perpendicular fixed axes lying in the plane of the optical plate, each of which, prior to the determination the position of the micromechanical elements is perpendicular to the direction of the beam of light coming from the light source, the micromechanical elements are in the same plane and parallel are integral to each other in an unbent state, and their direction is parallel to the direct intersection of the plane in which the micromechanical elements lie, with the plane formed by the intersection of the beam coming from the light source from one of the axes of rotation of the optical plate, and the photo-recording complex is located so that before determine the position of the micromechanical elements, the angle between the plane of the micromechanical elements and one of the axes of rotation of the optical plate is equal to the angle between the plane of the micromechanical elements and the plane the photosensitive surface of the photo-recording complex.

4. The system for determining the position of flexible micromechanical elements according to claim 1, characterized in that as an optical reflective element, the system comprises a flat mirror capable of translationally moving along the direction of the light beam coming from the light source and rotating about an axis located at the intersection of the plane mirrors with a plane formed by light beams incident on the mirror and reflected from it, while the mirror is located so that the line is perpendicular to the axis of rotation of the mirror and lies in the plane of the mirror Ala, before determining the position of the micromechanical elements, it is perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source, the micromechanical elements are in the same plane and parallel to each other in an unbent state, and their direction is perpendicular to the direction of the light beam coming from the light source, and the photo-recording complex is located as that before the start of determining the position of the micromechanical elements, the angle between the plane of the micromechanical elements and the straight line perpendicular to the axis of rotation of the mirrors and lying in the plane of the mirror, it is equal to the angle between the plane of the micromechanical elements and the plane of the photosensitive surface of the photo-recording complex.