技術領域

本實用新型涉及一種微操作探針。

背景技術

隨著現代科技水平的發展，在生物科技及生命科學等領域中的轉基因、胚胎干細胞、人工受精和動物克隆等技術中，涉及到對細胞注射DNA、RNA，核酶，抗體和細胞器等操作都需要對細胞進行高精度的快速刺入。因此發明設計出一種結構簡單，能夠實現快速高精度刺入的微操作裝置，已成為人們關注和研究的熱點。目前典型的探刺方法是通過手工或者油壓推動的方法將微探針刺入細胞內，但由于力度控制比較困難，導致探針刺入細胞的速度和行程控制困難，有可能會出現細胞擠壓變形過大的情況，對細胞造成了一定的破壞，進而影響了細胞的機能和活性，大大降低了生物工程試驗的成功率。

發明內容

為了克服現有的微操作探針存在探針刺入細胞的速度和行程控制困難的缺點，本實用新型提供了一種能夠精確控制探針刺入細胞的速度和行程的高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針。

高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針，包括三自由度微動平臺，固定于微動平臺上的探針支架和玻璃微探針；其特征在于：玻璃微探針與壓電陶瓷扭轉驅動器、壓電微位移驅動器固定連接，壓電陶瓷扭轉驅動器包括與玻璃微探針固定的壓電陶瓷片安裝基體，均勻分布于壓電陶瓷片安裝基體外側面的壓電陶瓷片和電極，壓電陶瓷片和電極間隔布置；壓電陶瓷片的數量為偶數，壓電陶瓷片的極化方向相反，相鄰的電極極性相反；壓電微位移驅動器與壓電陶瓷扭轉驅動器串聯；壓電陶瓷扭轉驅動器以超聲波電壓信號作為激勵信號，壓電微位移以交流電壓作為激勵信號。

進一步，壓電陶瓷片安裝基體呈圓柱環體，壓電陶瓷片呈瓦片形，壓電陶瓷片粘接固定于壓電陶瓷片安裝基體的外圓周面；壓電陶瓷片安裝基體套裝于玻璃微探針的基體上，壓電陶瓷片安裝基體與玻璃微探針的基體粘接固定。

進一步，壓電微位移驅動器由圓環形陶瓷壓電片疊堆制成，各陶瓷壓電片的電路輸入為并聯關系，各陶瓷壓電片的位移輸出方向為串聯關系。

本實用新型的具體工作過程如下：將微動平臺移動到指定位置后，通過對壓電陶瓷扭轉驅動器施加超聲波激勵電壓實現微探針的高頻轉動，同時對壓電微位移驅動器施加相應的控制電壓實現微探針的軸向進給，二者復合作用驅動微操作探針產生高精度、高頻的螺旋刺入運動，微操作探針從切向刺入細胞，故可以輕松順利的刺入細胞膜或者細胞壁，實現高精度的快速螺旋刺入，避免了擠壓細胞產生大變形造成的損傷，提高了生物細胞實驗的成功率。控制超聲波激勵電壓即可控制微探針的高頻轉動頻率。

陶瓷壓電片與位移有著較好的線性關系及復位性能，保證了微探針在進行刺入操作時具有較高的刺入精度，同時有著較好的可靠性和穩定性。

本實用新型的有益效果是：由壓電陶瓷電壓與位移有著較好的線性關系及復位性能，在超聲波電場的激勵下壓電陶瓷扭轉驅動器高速轉動，帶動玻璃微探針高頻轉動；同時調節加在壓電微位移驅動器的電場大小來控制玻璃微探針的行程，微操作探針的高頻轉動和軸向位移兩者結合，實現了高精度快速螺旋刺入細胞，而不會因注射針的緩慢推進令整個細胞受壓變形造成的損傷，提高了生物細胞實驗的成功率。

附圖說明

圖1為本發明的微探針裝置的結構示意圖。

圖2為本發明的壓電陶瓷扭轉驅動器的結構示意圖，a是壓電陶瓷扭轉驅動器的軸測圖，b是壓電陶瓷扭轉驅動器的正視圖。

圖3為壓電微位移驅動器中應用的壓電逆效應原理示意圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，高精度超聲波壓電螺旋刺入微操作探針，包括三自由度微動平臺1，固定于微動平臺1上的探針支架2和玻璃微探針6；玻璃微探針6與壓電陶瓷扭轉驅動器4、壓電微位移驅動器3固定連接，壓電陶瓷扭轉驅動器4包括與玻璃微探針6固定的壓電陶瓷片安裝基體5，均勻分布于壓電陶瓷片安裝基體5外側面的壓電陶瓷片42和電極41，壓電陶瓷片42和電極41間隔布置；壓電陶瓷片42的數量為偶數，壓電陶瓷片42的極化方向相反，相鄰的電極41極性相反；壓電微位移驅動器3與壓電陶瓷扭轉驅動器4串聯；壓電陶瓷扭轉驅動器4以超聲波電壓信號作為激勵信號，壓電微位移驅動器3以交流電壓作為激勵信號。

如圖2所示，壓電陶瓷片42安裝基體5呈圓柱環體，壓電陶瓷片42呈瓦片形，壓電陶瓷片42粘接固定于壓電陶瓷片42安裝基體5的外圓周面；壓電陶瓷片42安裝基體5套裝于玻璃微探針6的基體上，壓電陶瓷片42安裝基體5與玻璃微探針6的基體粘接固定。