基于水压的亚纳米级单细胞运动控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于水压的亚纳米级单细胞运动控制系统。支撑架垂直固定在工作台上，滑动尺安装在支撑架侧面，U形框架通过第三转接板固定在滑动尺的移动台上；U形框架内装有液体容器，其上盖两个螺纹转接头分别通过医用硅胶管连接二通阀，其下盖第三螺纹转接头连接到探针夹持器一端，另一端装有探针；探针夹持器卡在探针夹持器夹具的弹簧卡槽内，该夹具通过第一转接板固定到单轴亚纳米定位系统侧面，并通过第二转接板固定在三维微操平台上。本发明专利技术三轴精度~7nm，单轴行程20mm，细胞控制稳定，对活体细胞损伤小；单轴亚纳米定位系统闭环精度0.05纳米，行程12微米；用于单细胞精密运动控制并易于整合到基于单细胞微操的实验系统。

【技术实现步骤摘要】
基于水压的亚纳米级单细胞运动控制系统
本专利技术涉及单细胞显微操作系统，尤其是涉及一种基于水压的亚纳米级单细胞运动控制系统。
技术介绍
工程学与生物医学相结合可以解决很多传统生物学方法无法解决的问题，将工程领域研究问题的方法应用到生物学的研究当中是工程学与生物医学相结合的重要途径。随着近年来生物物理方法的发展，其中很多新颖、高效的方法已经渐渐成为了生物医学研究的重要工具。这些新兴的系统市场上往往没有集成的产品，而是用户根据需要将成型的子模块巧妙地整合到新系统中。细胞运动的控制是很多生物力学领域研究方法的基础，完整的细胞运动的精密控制子系统却鲜有提及。由于细胞尺寸小，其运动控制要求精度高、响应快。目前市场上很少有成型的单细胞运动控制系统，尤其是作为子模块，可以简单、方便地整合进新系统的单细胞运动控制系统更加少见。实现细胞运动的控制首先要抓取单个细胞并将其固定在探针尖端。目前应用较多的方法主要是用水压／气压系统形成负压产生吸力，将单细胞吸附在毛细微吸管尖端。考虑到很多单细胞实验都有防震动的要求，气泵的使用显然会对实验过程产生影响，因而水压控制吸取单个细胞适用性更强。细胞运动控制方面，细胞的小尺寸往往需要高倍物镜进行观察，而高倍物镜的视野通常很小，因而需要对细胞实现极为精确的纳米甚至亚纳米级别的操纵。因此，需要一种基于水压的亚纳米级单细胞运动控制系统。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于水压的亚纳米级单细胞运动控制系统。用滑动尺移动台的升降实现对水压的控制，进而控制抓取细胞的吸力，用纳米级微操平台对单细胞进行精确的三维控制，并用单轴亚纳米定位系统实现对细胞单轴运动的超精密控制。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括探针，探针夹持器，探针夹持器夹具，第一转接板，单轴亚纳米定位系统，第二转接板，微操平台，滑动尺支撑架，滑动尺，第三转接板，U形框架，液体容器，三个螺纹转接头，两个鲁尔二通阀，注射器和三根医用硅胶管；滑动尺支撑架垂直固定在工作台上，滑动尺安装在滑动尺支撑架侧面，第三转接板固定在滑动尺的移动台上，U形框架底面固定在第三转接板上；U形框架内装有液体容器，液体容器用螺杆固定在U形框架内，液体容器上盖装有第一、第二螺纹转接头，第一、第二螺纹转接头分别与各自的医用硅胶管的一端连接，第一、第二医用硅胶管的另一端与各自的鲁尔二通阀连接，两个鲁尔二通阀的另一端都能连接注射器，液体容器下盖装有第三螺纹转接头，第三螺纹转接头与第三医用硅胶管的一端连接，第三医用硅胶管的另一端连接到探针夹持器的一端，探针夹持器的另一端装有探针；探针夹持器卡在探针夹持器夹具的弹簧卡槽内，探针夹持器夹具固定在第一转接板下端螺孔内，第一转接板上端连接到单轴亚纳米定位系统侧面，单轴亚纳米定位系统背面固定在第二转接板的表面，第二转接板固定在微操平台上。所述探针夹持器型号为Narishige公司产品HI-7探针夹持器。所述探针夹持器夹具型号为Narishige公司产品HIK-3探针夹持器夹具。所述第一转接板下端设有均匀分布的螺纹孔，满足探针所需不同高度。所述单轴亚纳米定位系统型号为PhysikInstrument公司产品P-753.1CD，行程12微米，闭环精度0.05纳米。所述微操平台型号为为Sensapex三维微操平台。所述滑动尺型号为Velmex公司产品A1512DE-S1.5快速移动线性平台。本专利技术具有的有益效果是：用滑动尺移动台的升降实现对水压的控制，进而控制抓取细胞的吸力，用纳米级微操平台对单细胞进行精确的三维控制，并用单轴亚纳米定位系统实现对细胞单轴运动的超精密控制。本专利技术主要针对生命科学领域中单细胞精密运动控制问题，同时适用于单个微米颗粒的精密运动控制。用滑动尺移动台升降对水压进行精确控制从而实现对探针尖端吸力的控制进行取、放细胞或微米颗粒；用纳米级微操平台对单细胞或单个微米颗粒进行精确的三维控制，并用单轴亚纳米定位系统实现对细胞单轴运动的超精密控制，兼具以下优势：1）单细胞操作简便，空间控制精度高且范围广（X，Y，Z三轴精度可达~7nm，控制范围~20mm），控制过程对活体细胞损伤小；2）细胞控制稳定，水压压力控制精度高。（滑动尺精度0.05毫米）3）运动控制精密，闭环精度达到0.05纳米。4）Velmex公司产品A1512DE-S1.5快速移动线性平台操作简单直接，移动迅速，使该系统水压控制操作方便。5）由于Sensapex微操平台三维尺寸小，节省载物台空间，易于整合到其他复杂实验系统。附图说明图1是是本专利技术的系统结构原理图。图2是本专利技术水压通路的结构图。图3是亚纳米级单细胞运动控制系统的结构图。图4是本专利技术滑动尺支撑架的结构图。图5是本专利技术U形框架的结构图。图6是本专利技术第一转接板的结构图。图7是本专利技术第二转接板的结构图。图8是本专利技术第三转接板的结构图。图9是本专利技术所涉及的滑动尺，即Velmex公司产品A1512DE-S1.5快速移动线性平台的结构图。图中：1、探针，2、探针夹持器，3、探针夹持器夹具，4、第一转接板，5、单轴亚纳米定位系统，6、第二转接板，7、微操平台，8、滑动台支撑架，9、滑动尺，10、第三转接板，11、U形框架，12、液体容器，13、螺纹转接头。14、鲁尔二通阀，15、注射器，16、医用硅胶管。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术包括探针1，探针夹持器2，探针夹持器夹具3，第一转接板4，单轴亚纳米定位系统5，第二转接板6，微操平台7，滑动尺支撑架8，滑动尺9，第三转接板10，U形框架11，液体容器12，三个螺纹转接头13，两个鲁尔二通阀14，注射器15和三根医用硅胶管16。如图1、图2所示，滑动尺支撑架8垂直固定在工作台上，滑动尺9安装在滑动尺支撑架8侧面(如图4所示)，第三转接板10固定在滑动尺9的移动台上(如图8所示)，U形框架11底面固定在第三转接板10上(如图5所示)；U形框架11内装有液体容器12，液体容器12用螺杆固定在U形框架11内，液体容器12上盖装有第一、第二螺纹转接头13，第一、第二螺纹转接头13分别与各自的医用硅胶管16的一端连接，第一、第二医用硅胶管16的另一端与各自的鲁尔二通阀14连接，两个鲁尔二通阀14的另一端都能连接注射器15，液体容器12下盖装有第三螺纹转接头13，第三螺纹转接头13与第三医用硅胶管16的一端连接，第三医用硅胶管16的另一端连接到探针夹持器2的一端，探针夹持器2的另一端装有探针1；如图3所示，探针夹持器2卡在探针夹持器夹具3的弹簧卡槽内，探针夹持器夹具3固定在第一转接板4下端螺孔内(如图6所示)，第一转接板4上端连接到单轴亚纳米定位系统5侧面，单轴亚纳米定位系统5背面固定在第二转接板6的表面，第二转接板6通过螺孔固定在微操平台7上(如图7所示)。所述探针夹持器2型号为Narishige公司产品HI-7探针夹持器。所述探针夹持器夹具3型号为Narishige公司产品HIK-3探针夹持器夹具。所述第一转接板4下端设有均匀分布的螺纹孔，满足探针所需不同高度。所述单轴亚纳米定位系统5型号为PhysikInstrument(PI)公司产品P-753.1CD，行程12微米，闭环精度0.05纳米。其控制器为Phy本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于水压的亚纳米级单细胞运动控制系统，其特征在于：包括探针(1)，探针夹持器(2)，探针夹持器夹具(3)，第一转接板(4)，单轴亚纳米定位系统(5)，第二转接板(6)，微操平台(7)，滑动尺支撑架(8)，滑动尺(9)，第三转接板(10)，U形框架(11)，液体容器(12)，三个螺纹转接头，两个鲁尔二通阀，注射器(15)和三根医用硅胶管；滑动尺支撑架(8)垂直固定在工作台上，滑动尺(9)安装在滑动尺支撑架(8)侧面，第三转接板(10)固定在滑动尺(9)的移动台上，U形框架(11)底面固定在第三转接板(10)上；U形框架(11)内装有液体容器(12)，液体容器(12)用螺杆固定在U形框架(11)内，液体容器(12)上盖装有第一、第二螺纹转接头，第一、第二螺纹转接头分别与各自的医用硅胶管的一端连接，第一、第二医用硅胶管的另一端与各自的鲁尔二通阀连接，两个鲁尔二通阀的另一端都能连接注射器(15)，液体容器(12)下盖装有第三螺纹转接头，第三螺纹转接头与第三医用硅胶管的一端连接，第三医用硅胶管的另一端连接到探针夹持器(2)的一端，探针夹持器(2)的另一端装有探针(1)；探针夹持器(2)卡在探针夹持器夹具(3)的弹簧卡槽内，探针夹持器夹具(3)固定在第一转接板(4)下端螺孔内，第一转接板(4)上端连接到单轴亚纳米定位系统(5)侧面，单轴亚纳米定位系统(5)背面固定在第二转接板(6)的表面，第二转接板(6)通过螺孔固定在微操平台(7)上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于水压的亚纳米级单细胞运动控制系统，其特征在于：包括探针(1)，探针夹持器(2)，探针夹持器夹具(3)，第一转接板(4)，单轴亚纳米定位系统(5)，第二转接板(6)，微操平台(7)，滑动尺支撑架(8)，滑动尺(9)，第三转接板(10)，U形框架(11)，液体容器(12)，三个螺纹转接头，两个鲁尔二通阀，注射器(15)和三根医用硅胶管；滑动尺支撑架(8)垂直固定在工作台上，滑动尺(9)安装在滑动尺支撑架(8)侧面，第三转接板(10)固定在滑动尺(9)的移动台上，U形框架(11)底面固定在第三转接板(10)上；U形框架(11)内装有液体容器(12)，液体容器(12)用螺杆固定在U形框架(11)内，液体容器(12)上盖装有第一、第二螺纹转接头，第一、第二螺纹转接头分别与各自的医用硅胶管的一端连接，第一、第二医用硅胶管的另一端与各自的鲁尔二通阀连接，两个鲁尔二通阀的另一端都能连接注射器(15)，液体容器(12)下盖装有第三螺纹转接头，第三螺纹转接头与第三医用硅胶管的一端连接，第三医用硅胶管的另一端连接到探针夹持器(2)的一端，探针夹持器(2)的另一端装有探针(1)；探针夹持器(2)卡在探针夹持器夹具(3)的弹簧卡槽内，探针夹持器夹具(3)固定在第一转接板(4)下端螺孔内，第一转接板(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，安宸毅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33