Микроманипулятор

 

МИКРОМАНИПУЛЯТОР, содержащий корпус, привод и инструмент, о т л ичающийся тем, что, с целью сохранения целостности клеток при проколе их оболочки, он снабжен жидкостным демпфером поперечных колебаний инструмента, вьшолненным в виде капиллярного зазора мезкду стенкой корпуса и инструментом , заполненного жидкостью, элементом изменения состояния демпфера, установленным на корпусе в зоне зазора , и блоком управления, соединенным с элементом. СЛ го О5 00 CD фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ag 4 В 25 J 7/00 А 61 В 5 05

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 делАм изОБРетений и ОткРытий

1 р " а

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3686590/28-14 (22) 28. 12.83 (46) 07. 10.86. Бюл. В 37 (71) Институт биологической физики

АН СССР и Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения АН СССР (72) Е.В. Иежбурд, В.И. Горячен, В.А. Никитин и В.К. Утешен (53) 615.475(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1102669, кл. В 25 J 7/00, 1982.,.80„„1261789 А 1 (54)(57) МИКРОИАНИПУЛЯТОР, содержащий корпус, привод и инструмент, отличающийся тем, что, с целью сохранения целостности клеток при проколе их оболочки, он снабжен жидкостным демпфером поперечных колебаний инструмента, выполненным в виде капиллярного зазора между стенкой корпуса и инструментом, заполненного жидкостью, элементом изменения состояния демпфера, установленным на корпусе в зоне saзора, .и блоком управления, соединенным с элементом.

1261789 эти параметры жидкости изменяются в зависимости от величины внешнего управляющего воздействия). На корпусе 1 микроманипулятора укреплен элемент 8 изменения состояния жидкостного демпфера 7, связанный с блоком 9 управления жидкостным демпфером.

В одном из вариантов выполнения устройства (фиг. 2) жидкостный демпфер 7 выполнен из легкоплавкого материала с вязкостью и,поверхностным натяжением, зависящими от темпе- 45 ратуры, например легкоплавкого припоя (легкоплавкие припои на основе галлия с температурой плавлео ния 10-30 С или припои на основе висмута с индием с температурой клав- 50 ления 30-50 С) или легкоплавкого органического соединения (парафины, смолы). При этом элемент 8 жидкостного демпфера 7 выполнен в виде нагревательного и термочувствитель- 55 ного элементов 10 и 11 укрепленных на корпусе 1 микроманипулятора (вместо нагревательного элемента

Изобретение относится к микроманипуляторам, обеспечивающим малые перемещения, и может быть использовано в устройствах, предназначенных для различных микроэлектродных и цитологических исследований клеток и тканей, а также в других областях науки и техники, где требуются незначительные, но точно контролируемые перемещения микроинструмента.

Цель изобретения — сохранение целостности клеток при проколе их оболочки.

На фиг. 1 представлен микроманипулятор, общий вид; на фиг. 2— жидкостный демпфер из легкоплавкого материала.

Микроманипулятор содержит корпус 1, в котором располагается привод 2 скачкообразного перемещения инструмента 3. Привод представляет собой, например, пьезоэлектрические пластины 4,расположенные между управляющими электродами 5, соединенными с блоком б управления. К приводу 2 консольно прикреплен инструмент

3. Между инструментом 3 и корпусом в капиллярном зазоре расположен жидкостный демпфер 7 поперечных колебаний инструмента 3, выполненный из жидкости с управляемой вязкостью и поверхностным натяжением (т.е.

30 может быть установлена миниатюрная термобатарея);

В другом варианте выполнения устройства жидкостный демпфер 7 может быть выполнен из магнитной жидкости, а элемент управления вязкостью жидкостного демпфера 7 — в виде электромагнита (или магнита), причем жидкостный демпфер 7 расположен в зоне действия магнитного поля электромагнита.

Устройство работает следующим образом.

На управляющие электроды 5 с блока б управления подается управляющее напряжение.

Под действием управляющего напряжения пьезоэлектрические пластины

4 деформируются и перемещают инструмент 3. При подаче на управляющие электроды 5 скачкообразного импульса (например, в виде ступени) изменение размеров пьезоэлектрических пластин 4 происходит также скачкообразно. При этом происходит скачкообразное перемещение инструмента 3 со скоростью, необходимой для прокола клеточной оболочки без значительных деформаций клетки. При скачкообразном перемещении инструмента 3 возникают поперечные колебания инструмента из-за консольного крепления инструмента 3. Эти колебания гасятся жидкостный демпфером 7. Для обеспечения поперечных колебаний инструмента 3 на пьезоэлектрические пластины 4 чодается переменное напряже4 ние ультразвуковой частоты, которое . возбуждают прбдольное колебание инструмента 3, При определенном соотношении между продольной частотой и частотой собственных поперечных колебаний инструмента 3 его форма становится динамически неустойчивой и возникают поперечные колебания (поперечные колебания описываются уравнением Матье). Амплитуда этих колебаний регулируется управляемым тормозящим усилием, действующим со стороны жидкостного демпфера 7 на инструмент 3.

При выполнении элемента 8 (фиг. 2) в виде нагревательного 10 и термочувствительного 11 элементов и жидкостного демпфера 7 из легкоплавкого материала с параметрами (вязкость, поверхностное натяжение, плотность), зависящими от температу!

261789 ры, управляющим воздействием является изменение температуры жидкостного демпфера. Термочувствительный и нагревательный элементы вместе с блоком управления (задатчик температуры и регулятор температуры) обеспечивают задание и поддержание температуры демпфера в области температуры с наиболее крутой зависимостью вязкости, поверхностного натяжения и плотности от температуры (например, в области температуры плавления). Задаваемое увеличение температуры уменьшает вязкость, поверхностное натяжение и плотность жидкостного демпфера 7, тем сэмым снижается тормозящее усилие, а следовательно, увеличивается амплитуда поперечных колебаний микроинструмента. Для уменьшения амплитуды попе- > речных колебаний температура жидкостного демпфера понижается, что ведет к увеличению вязкости, поверхностного натяжения и плотности жидкости, а следовательно, к увеличению тормозящего усилия ° Для работы с ящдкостями, имеющими температуру кристаллизации ниже комнатной, и для снижения инерционности в предложенном устройстве вместо нагрева- ЗО тельного элемента может применяться миниатюрная термобатарея, работающая по принципу Пельтье. Для фиксации микроинструмента в постоянном положении температура жидкостного демпфера становится ниже температуры перехода жидкости из жидкой фазы в твердую (т.е. ниже, например, температуры кристаллизации).

При огсутствии влияния магнитного 4О поля на микрообъект управляющим воздействием в предложенном устройстве может быть изменение напряженности магнитного поля, а жидкостный демпфер 7 в этом случае выполняется из магнитной жидкости, вязкость которой зависит от напряженности магчитного поля. Известны магнитные жидкости, вязкость которых меняется в широких пределах (практически до вязкости твердого тела), при изменении напряженности управляющего магнитного поля

Преимущество предложенного устройства в сравнении с известным заключается в исключении поперечных колебаний инструмента при его скачкообразном перемещении, что позволяет проводить прокол оболочки клетки без нарушения структуры и гибели клетки. Еще одним преимуществом предложенного устройства является возможность установки поперечных колебаний микроинструмента в широком диапазоне частот с амплитудой менее

О, 1-1 мкм и регулировки амплитуды колебаний, что расширяет диапазон микроманипуляционных операций, а именно позволяет обеспечить фиксирование и дистанционное перемещение микрообъектов посредством вибрирующей с разной частотой и амплитудой иглы, вибрационное вырезание микро- отверстий в клеточной ткани, дезинтеграцию микрообъектов и др. Кроме того, преимуществом предложенного устройства является возможность жесткой фиксации инструмента в одном положении,что важно при долговременных микрооперациях.

1261789

Составитель E.Êàïÿòàíîâ

Редактор О.Юрковецкая Техред Л.Сердокова

Корректор E.Сирохман

Тирах 1031 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ 5294/ 11

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4