專利名稱：微納米尺度物體的超聲操控系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于生物醫學、微納制造和納米科學領域，涉及利用超聲實現微納米尺度物體的捕捉、移動、釋放、旋轉、定向、去除、穿刺、液滴發生和釋放等功能的操控系統。
背景技術：
微米尺度物質的操控如捕捉、移動、釋放、旋轉、定向、去除、穿刺、物質輸送、液滴發生和釋放，在微電子器件、光學器件、微納作動器與微納換能器的制造、裝配和測試以及生物細胞的受精、遺傳物質輸入、切割和粉碎等方面有著重要的應用。和其他的物理方法如激光鉗、原子力探針、電泳和磁性作動器相比，超聲操控方法的優點包括對樣品的熱損害小、對樣品材料的無選擇性、操控器結構簡單重量輕體積小以及系統成本低等。但是，在本發明之前，國內外只有可操控微納米尺度物體的超聲器件，尚無相關的超聲操控系統。
發明內容
本發明的目的是提供微納物質超聲操控系統。該系統借助于超聲操控子系統和光學顯微鏡子系統，實現單個微納米尺度物體的捕捉、移動和釋放；微納米物體的裝配；微升或納升液滴的發生和釋放；單個細胞的生物學操控如受精、遺傳物質植入和切割等。
微納米尺度物體的超聲操控系統，包括至少一個探針、探針機械勵振機構及其驅動電路，超聲探針及其勵振機構被安裝在一個微/納米精度的XYZ移動臺上，光學顯微子系統用于操控過程的觀察。
所述超聲探針為實心或者空心結構，實心結構用于微納尺度物體的捕捉、移動、釋放、旋轉和去除等操控，空心結構用于微升和納升液滴的發生和釋放。
所述的至少一個超聲探針為至少一個可拆卸式超聲探針，以及不振動探針，不振動探針可以增加系統的操控功能。此時，超聲探針用于微納物體的捕捉，不振動探針用于穿刺、受精、遺傳物質輸入等操控。
本發明既可以利用超聲臺聚集低濃度的納米物質，又可以通過不同的探頭實現不同的納米物質操作；利用該系統可以實現單個微納米尺度物體的捕捉、移動和釋放；實現微納米物體的裝配；實現微升或納升液滴的發生和釋放；實現單個細胞的生物學操控如受精、遺傳物質植入和切割等。本發明中的操控系統具有對生物樣品無熱損害、對于樣品的材料無選擇性、結構簡單以及便于操作的優點。
圖I:微納操控系統的結構圖；圖中標號名稱1 :光學顯微系統；2 :超聲探針；3 :超聲探針的勵振機構；4 :載波片或超聲臺；5 :載物臺；6 :機械勵振機構的驅動電路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方案進行詳細說明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
如圖I所示，現具體說明本發明所述利用實心超聲探針對單根納米線進行定向、捕捉、移動和釋放的過程。該裝置包括一個光學顯微系統1，超聲探針2，超聲探針的機械勵振機構3，載波片4，載物臺5和機械勵振機構的驅動電路6，超聲探針2 —端置于載物臺5 的載波片4上，另一端經鋼針連接至機械勵振機構的鋼針上。Keyence VHX-1000型號的顯微鏡作為光學顯微系統1，直徑均勻的玻璃纖維被用作超聲探針2，普通的三明治型壓電換能器被用作超聲換能器，即機械勵振機構3，硅板被用作載波片4，顯微鏡自帶三維平臺被用作載物臺5，功率放大器與信號發生器被用作機械勵振機構的驅動電路6，實驗中，機械勵振機構3對均勻直徑的鋼針勵振，使其作彎曲振動，通過鋼針對粘結在其另一端的超聲探針2的根部勵振，使其作彎曲振動，超聲探針2的下部浸沒于載波片4上的銀納米線懸濁液薄膜中，振動的超聲探針2在其周圍產生聲學渦流，利用該渦流對懸濁液中的銀納米線進行定向、捕捉、移動和釋放。為了便于對低濃度懸濁液進行操控，用超聲臺代替載波片， 超聲臺的振動可把微納物質移動到臺子的中央，使得操控的效率更高。
本次用于對超聲探針進行機械勵振機構的換能器，為普通的三明治型的壓電換能器，有兩塊中間帶孔的方形鋼板，夾持4個壓電環，由螺栓壓緊組成。其諧振頻率為93kHz。 用于連接換能器與玻璃纖維的為一根均勻直徑的鋼針，鋼針的長度為27mm，直徑為1mm，一端2mm的長度被焊接到方形基板一條邊上。玻璃纖維的長度為2. 5 mm,直徑為IOMm,—端 Imm的長度被粘結在鋼針的另一端，玻璃纖維與鋼針長度方向相垂直。換 能器對鋼針根部進行激勵使針作彎曲振動，從而激勵連接于鋼針另一端的玻璃纖維做振動，進而在玻璃纖維端部周圍產生聲學渦流，以捕捉單根的銀納米線。銀納米線懸濁液薄膜厚度為O. 6mm，其濃度約為O. 001mg/ml，放置懸濁液的載波片4為硅片，其邊長15mm，厚度O. 7 mm。銀納米線的直徑為lOOnm，長度為16 μ m。操控納米物質時，始終保持玻璃纖維端部與載波片4的距離為10 μ m，玻璃纖維與載波片4大致垂直。
當電壓為25Vp-p頻率為135 kHz (所用連接鋼針諧振頻率之一)的交流電壓被加到換能器上時(此時玻璃纖維根部振幅為80nm(0-P))，在玻璃纖維振動方向上，與玻璃纖維端部相距150Mm以內、長度為16Mm的銀納米線，能被聲學流驅動并旋轉至與振動方向一致， 從而實現納米線得定向；如果繼續保持振動，使納米線移動到玻璃纖維的端部，納米線可以被捕捉到玻璃纖維端部的表面，被捕捉的銀納米線與玻璃纖維及其振動方向相垂直。保持玻璃纖維的振動并移動由換能器、連接鋼針和玻璃纖維組成的操控系統，可移動被捕捉的銀納米線，關閉振動，捕捉的銀納米線被釋放。權利要求
1.微納米尺度物體的超聲操控系統，其特征在于包含一個超聲操控子系統和光學顯微子系統，超聲操控子系統包括至少一個超聲探針，探針機械勵振機構及其驅動電路，超聲探針及其勵振機構被安裝在一個微/納米精度的XYZ移動臺上。
2.根據權利要求I所述的微納米尺度物體的超聲操控系統，其特征在于所述的至少一個超聲探針包括必須的至少一個可拆卸超聲探針以及非必須的不振動探針。
3.根據權利要求I或2所述的微納米尺度物體的超聲操控系統，其特征在于所述的超聲探針為實心或空心結構。
4.根據權利要求I或2所述的微納米尺度物體的超聲操控系統，其特征在于微/納米精度的XYZ移動臺為平通平臺或者超聲臺。
全文摘要
本發明公布了一種微納米尺度物體的超聲操控系統，其特征在于包含一個超聲操控子系統和光學顯微子系統，超聲操控子系統包括至少一個超聲探針，探針機械勵振機構及其驅動電路，超聲探針及其勵振機構被安裝在一個微/納米精度的XYZ移動臺上。至少一個超聲探針包括必須的至少一個可拆卸超聲探針以及非必須的不振動探針。超聲探針為實心或空心結構。本發明中的操控系統具有對生物樣品無熱損害、對于樣品的材料無選擇性、結構簡單以及便于操作的優點。
文檔編號B82B3/00GK102923646SQ20121043454
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月1日 優先權日2012年11月1日
發明者胡俊輝, 李寧, 李華清, 周玉杰 申請人:南京航空航天大學