基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及單細胞運動控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]工程學與生物醫(yī)學相結(jié)合可以解決很多傳統(tǒng)生物學方法無法解決的問題，將工程領域研究問題的方法應用到生物學的研究當中是工程學與生物醫(yī)學相結(jié)合的重要途徑。隨著近年來生物物理方法的發(fā)展，其中很多新穎、高效的方法已經(jīng)漸漸成為了生物醫(yī)學研究的重要工具。這些新興的系統(tǒng)市場上往往沒有集成的產(chǎn)品，而是用戶根據(jù)需要將成型的子模塊巧妙地整合到新系統(tǒng)中。
[0003 ]細胞運動的控制是很多生物力學領域研究方法的基礎，完整的細胞運動的精密控制子系統(tǒng)卻鮮有提及。由于細胞尺寸小，其運動控制要求精度高、響應快。目前市場上很少有成型的單細胞運動控制系統(tǒng)，尤其是作為子模塊，可以簡單、方便地整合進新系統(tǒng)的單細胞運動控制系統(tǒng)更加少見。
[0004]實現(xiàn)細胞運動的控制首先要抓取單個細胞并將其固定在探針尖端。目前應用較多的方法主要是用水壓/氣壓系統(tǒng)形成負壓產(chǎn)生吸力，將單細胞吸附在毛細微吸管尖端。細胞運動控制方面，細胞的小尺寸往往需要高倍物鏡進行觀察，而高倍物鏡的視野范圍通常很小，因而需要對細胞實現(xiàn)極為精確的納米甚至亞納米級別的操縱。很多基于顯微鏡的單細胞水平的實驗都需要對單細胞顯微操作，如顯微注射、膜片鉗等，很多基于動力學的研究方法更是需要操作細胞的往復運動，如生物膜力學探針(BFP)實驗。因此，需要一種易于與其他實驗整合的單細胞運動控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)。通過在探針夾持器末端提供正/負壓力，實現(xiàn)對細胞的釋放/抓取。用納米級微操平臺對單細胞進行精確的三維控制，并用單軸亞納米定位系統(tǒng)實現(xiàn)對細胞單軸運動的超精密控制。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
本發(fā)明包括微操平臺，第一轉(zhuǎn)接板，單軸亞納米定位系統(tǒng)，第二轉(zhuǎn)接板，探針夾持器夾具，探針夾持器和探針;微操平臺固定在顯微鏡的載物臺上，第一轉(zhuǎn)接板通過螺孔固定在微操平臺上，單軸亞納米定位系統(tǒng)背面固定在第一轉(zhuǎn)接板的表面，第二轉(zhuǎn)接板上端連接到單軸亞納米定位系統(tǒng)側(cè)面，探針夾持器夾具固定在第二轉(zhuǎn)接板下端螺孔內(nèi)，探針夾持器卡在探針夾持器夾具的彈簧卡槽內(nèi)，裝在探針夾持器前端的探針根據(jù)設計需要進行開口處理，并通過探針夾持器后端提供正壓或負壓對釋放或吸取探針尖端附近的細胞。
[0007]所述微操平臺型號為為Sensapex三維微操平臺。
[0008]所述單軸亞納米定位系統(tǒng)型號為Physik Instrument公司產(chǎn)品P-753.10)，行程12微米，閉環(huán)精度0.05納米。
[0009]所述第二轉(zhuǎn)接板下端設有均勻分布的螺紋孔，滿足探針所需不同高度。
[0010]所述探針夾持器夾具型號為Narishige公司產(chǎn)品HIK-3探針夾持器夾具。
[0011]所述探針夾持器型號為為Narishige公司產(chǎn)品H1-7探針夾持器。
[0012]本發(fā)明具有的有益效果是:
本發(fā)明主要針對生命科學領域中單細胞精密運動控制問題，提供了一種基于納米級微操的亞納米級單細胞運動控制系統(tǒng)。通過向探針夾持器末端提供正/負壓力實現(xiàn)對探針尖端附近細胞的釋放/吸取;用納米級微操平臺對單細胞進行精確的三維控制，并用單軸亞納米定位系統(tǒng)實現(xiàn)對細胞單軸運動的超精密控制，兼具以下優(yōu)勢:
1)單細胞操作簡便，空間控制精度高且范圍廣(X，Y，Z三軸精度可達?7nm，控制范圍?20mm)，控制過程對活體細胞損傷??；
2)運動控制精密，閉環(huán)精度達到0.05納米。
[0013]3)第二轉(zhuǎn)接板下端均勻布孔，方便調(diào)整探針高度，使該系統(tǒng)的適應性更強。
[OOM] 4)由于Sensapex微操平臺三維尺寸小，節(jié)省載物臺空間，易于整合到其他復雜實驗系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)原理圖。
[0016]圖2是本發(fā)明第一轉(zhuǎn)接板的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3是本發(fā)明第二轉(zhuǎn)接板的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中:1、微操平臺，2、第一轉(zhuǎn)接板，3、單軸亞納米定位系統(tǒng)，4、第二轉(zhuǎn)接板，5、探針夾持器夾具，6、探針夾持器，7、探針。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0020]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括微操平臺I，第一轉(zhuǎn)接板2，單軸亞納米定位系統(tǒng)3，第二轉(zhuǎn)接板4，探針夾持器夾具5，探針夾持器6和探針7。
[0021]微操平臺I固定在顯微鏡的載物臺上，第一轉(zhuǎn)接板2通過螺孔固定在微操平臺I上，單軸亞納米定位系統(tǒng)3背面固定在第一轉(zhuǎn)接板2的表面，第二轉(zhuǎn)接板4上端連接到單軸亞納米定位系統(tǒng)3側(cè)面，探針夾持器夾具5固定在第二轉(zhuǎn)接板4下端螺孔內(nèi)，探針夾持器6卡在探針夾持器夾具5的彈簧卡槽內(nèi)，裝在探針夾持器6前端的探針7根據(jù)設計需要進行開口處理，并通過探針夾持器6后端提供正壓或負壓對釋放或吸取探針7尖端附近的細胞。
[0022]所述微操平臺I型號為為Sensapex三維微操平臺。
[0023]所述單軸亞納米定位系統(tǒng)3型號為Physik Instrument(PI)公司產(chǎn)品P-753.1CD，行程12微米，閉環(huán)精度0.05納米。其控制器為Physik Instrument(PI)公司E753.1⑶控制器，通過PI公司提供的控制軟件P1-MICR0M0VE進行控制，并可以根據(jù)用戶需要，用不同編程語言編寫程序整合進其他系統(tǒng)中。
[0024]所述第二轉(zhuǎn)接板4下端設有均勻分布的螺紋孔，滿足探針所需不同水平高度。
[0025]所述探針夾持器夾具5型號為Narishige公司產(chǎn)品HIK-3探針夾持器夾具。
[0026]所述探針夾持器6型號為為Narishige公司產(chǎn)品H1-7探針夾持器。
[0027]本發(fā)明的工作原理如下:
首先根據(jù)所需要的細胞運動軌跡編寫單軸亞納米定位系統(tǒng)3的控制程序。探針7根據(jù)用戶需要口徑進行開口處理，放入探針夾持器6中，在探針夾持器6末端連通水壓/氣壓控制系統(tǒng)，通過正/負壓力的控制實現(xiàn)對探針7尖端附近細胞的釋放/吸取;將探針夾持器6放入探針夾持器夾具7的彈簧卡槽中；調(diào)整顯微鏡準焦螺旋，使目標細胞清晰地出現(xiàn)在視野中；微操平臺I固定在顯微鏡載物臺的合適位置，通過手柄或程序控制，移動微操平臺I，使探針7尖端清晰地出現(xiàn)在視野中央;繼續(xù)移動微操平臺I使探針7尖端接近目標細胞；向探針夾持器6末端提供合適負壓，吸取目標細胞；啟動程序，控制單軸亞納米定位系統(tǒng)3，即可使所吸取的細胞按照所需軌跡運動;運動結(jié)束后向探針夾持器6末端提供正壓，將所吸細胞釋放，之后可以另外吸取細胞反復實驗。
【主權(quán)項】
1.一種基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)，其特征在于:包括微操平臺(I)，第一轉(zhuǎn)接板(2)，單軸亞納米定位系統(tǒng)(3)，第二轉(zhuǎn)接板(4)，探針夾持器夾具(5)，探針夾持器(6)和探針(7);微操平臺(I)固定在顯微鏡的載物臺上，第一轉(zhuǎn)接板(2)通過螺孔固定在微操平臺(I)上，單軸亞納米定位系統(tǒng)(3)背面固定在第一轉(zhuǎn)接板(2)的表面，第二轉(zhuǎn)接板(4)上端連接到單軸亞納米定位系統(tǒng)(3)側(cè)面，探針夾持器夾具(5)固定在第二轉(zhuǎn)接板(4)下端螺孔內(nèi)，探針夾持器(6)卡在探針夾持器夾具(5)的彈簧卡槽內(nèi)，裝在探針夾持器(6)前端的探針(7)根據(jù)用戶需要進行開口處理，并通過探針夾持器(6)后端提供正壓或負壓對釋放或吸取探針(7)尖端附近的細胞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述微操平臺(I)型號為為Sensapex三維微操平臺。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述單軸亞納米定位系統(tǒng)(3)型號為Physik Instrument公司產(chǎn)品P-753.10)，行程12微米，閉環(huán)精度0.05納米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第二轉(zhuǎn)接板(4)下端設有均勻分布的螺紋孔，滿足探針所需不同高度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述探針夾持器夾具(5)型號為Narishige公司產(chǎn)品HIK-3探針夾持器夾具。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述探針夾持器(6)型號為為Narishige公司產(chǎn)品H1-7探針夾持器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于納米級微操的單細胞亞納米級運動控制系統(tǒng)。微操平臺固定在顯微鏡的載物臺上，第一轉(zhuǎn)接板固定在微操平臺上，單軸亞納米定位系統(tǒng)固定在第一轉(zhuǎn)接板的表面，第二轉(zhuǎn)接板上端連接到單軸亞納米定位系統(tǒng)側(cè)面，下端固定探針夾持器夾具，前端裝有探針的探針夾持器卡在探針夾持器夾具的彈簧卡槽內(nèi)，探針夾持器前端的探針根據(jù)設計需要進行開口處理，通過探針夾持器后端提供正壓或負壓對吸取或釋放探針尖端附近細胞。本發(fā)明三軸精度可達~7nm，控制范圍~20mm，控制過程對活體細胞損傷??；運動控制精密，閉環(huán)精度達到0.05納米；由于微操平臺三維尺寸小，節(jié)省載物臺空間，易于整合到其他復雜實驗系統(tǒng)。
【IPC分類】G05G21/00
【公開號】CN105607686
【申請?zhí)枴緾N201610014538
【發(fā)明人】陳偉, 安宸毅
【申請人】浙江大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月11日