一種壓電超聲顯微注射器及壓電超聲顯微注射系統的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種壓電超聲顯微注射器，包括依次設置的注射微針、壓射組件、壓電陶瓷組件以及固定桿，所述壓射組件包括柔性的第一支撐件和第二支撐件，所述第一支撐件和第二支撐件分別于第一位置和第二位置對所述注射微針進行支撐。本申請還公開了一種壓電超聲顯微注射系統。本申請的注射器，通過兩點固定微針可使注射針緊密連接壓射組件，降低微針針尖橫向位移。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物醫學【技術領域】生物組織細胞破膜注射，特別是涉及一種壓電超聲 顯微注射器及壓電超聲顯微注射系統。 一種壓電超聲顯微注射器及壓電超聲顯微注射系統

【背景技術】
[0002] 隨著微生物技術的發展，對單個生物細胞操作的需求越來越大，例如，單精子 注射、原核細胞注射、細胞質內注射等.許多有關微操作的設備和系統都已得到快速的發 展.細胞的自動化顯微注射系統在各方面得到了一系列的研究與發展.如細胞固定機構， 細胞注射力控制，視覺系統研究，和對細胞穿刺的位置控制，及對細胞的運動控制等等。 顯微注射器的好壞直接影響細胞注射的成功率。傳統注射是利用注射微針直接穿刺細胞 膜，但細胞是彈性體，不易穿刺，易對細胞產生損害。因此，壓電驅動顯微注射器得到了應用 和發展。
[0003] 傳統壓電注射器是利用壓電陶瓷產生超聲振動，帶動注射針振動。注射針針尖內 部注入一小段水銀柱，目的是消弱針尖振動橫向擺動。根據超聲振動原理：當質點以極大加 速度振動時，細胞膜會被撕開，從而達到對細胞破膜的目的。結構上采用后端置入壓電陶瓷 驅動器，產生超聲振動。能量經過注射支撐桿、加持手、針管直到針尖處，中間存在很多能量 消耗，需要較大的壓電振動功率。同時，振動時會導致針尖產生較大的側面振動損害細胞。 根據有關研究，汞柱并不能減小針尖振動橫向偏移，影響較大的是注射液。
[0004] 黃海波首次提出將壓電陶瓷由后置改為前置的方法來優化注射結構。注射器依次 包括注射微針、壓射室、壓電陶瓷和支撐桿等。能量可直接經壓射室傳遞給注射針，結構跨 度少、距離短，可大大降低注射針尖的橫向振蕩。注射微針舍棄了針尖加汞柱的方法，消除 毒性汞對細胞及操作人員的潛在損害。但是，該注射結構采用未封裝壓電陶瓷前后粘結的 方式固定壓射室和支撐桿，這樣會導致壓電陶瓷在振動時脫落，不能長期使用。注射微針采 用單點柔性固定，固定不穩易發生擺動，橫向偏移依然很大。
[0005] 很多商用注射器也采用了壓電方法，例如eppendorf公司的壓電破膜儀，也是利 用壓電陶瓷產生振動鑿破細胞膜達到破膜目的，結構采用了壓電陶瓷前置的方式，同時對 壓電陶瓷進行了封裝。該壓電破膜儀實現了振動打破細胞膜的目的，但是，只是輔助細胞注 射，不能完全完成細胞注射的任務，還需要注射針進行注射。依然存在連接不牢的缺陷。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于提供一種壓電超聲顯微注射器及壓電超聲顯微注射系統，以克 服現有技術中的不足。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供如下技術方案： 本申請實施例公開了一種壓電超聲顯微注射器，包括依次設置的注射微針、壓射組件、 壓電陶瓷組件以及固定桿，所述壓射組件包括柔性的第一支撐件和第二支撐件，所述第一 支撐件和第二支撐件分別于第一位置和第二位置對所述注射微針進行支撐。
[0008] 優選的，在上述的壓電超聲顯微注射器中，所述第一支撐件和第二支撐件為套設 于所述注射微針外部的橡膠墊圈。
[0009] 優選的，在上述的壓電超聲顯微注射器中，所述壓射組件包括依次設置的第一連 接件、第二連接件和壓射室，所述壓射室的一端連接于所述壓電陶瓷組件，所述第一連接件 面向所述第二連接件的一端凸伸有第一連接部，所述第二連接件配合所述第一連接部設有 第一安裝孔，所述第一連接部與第一安裝孔之間通過螺紋表面轉動固定，所述第一支撐件 被所述第一連接部的末端抵持于所述第一安裝孔的底端，所述第二連接件面向所述壓射室 的一端凸伸有第二連接部，所述壓射室配合所述第二連接部設有第二安裝孔，所述第二連 接部與第二安裝孔之間通過螺紋表面轉動固定，所述第二支撐件被所述第二連接部的末端 抵持于所述第二安裝孔的底端。
[0010] 優選的，在上述的壓電超聲顯微注射器中，所述第一連接件、第二連接件和壓射室 由3D打印技術制作，所述第一位置和第二位置之間的距離為8. 5_。
[0011] 優選的，在上述的壓電超聲顯微注射器中，所述壓電陶瓷組件包括封裝殼體，該封 裝殼體具有一中空腔體，所述中空腔體的兩端分別連接有銷緊螺母和底座，所述中空腔體 內設有壓電陶瓷和推桿，所述壓電陶瓷的一端與底座固定，另一端抵持于所述推桿，所述銷 緊螺母套設于所述推桿上，所述推桿和銷緊螺母之間還設有彈性碟簧。
[0012] 優選的，在上述的壓電超聲顯微注射器中，所述推桿通過螺紋外表面與所述壓射 組件固定。
[0013] 優選的，在上述的壓電超聲顯微注射器中，所述底座的一端通過螺紋外表面與所 述封裝殼體固定，所述底座的另一端向內凹設形成有第三安裝孔，該第三安裝孔具有螺紋 內表面，所述固定桿與所述第三安裝孔固定。
[0014] 優選的，在上述的壓電超聲顯微注射器中，所述底座沿軸線的對稱兩側形成有相 平行的兩個夾持面。
[0015] 優選的，在上述的壓電超聲顯微注射器中，所述銷緊螺母包括主體部，該主體部沿 軸線方向形成有通孔，所述通孔套設于所述推桿上，所述主體部的四周側壁形成有螺紋表 面，所述通孔的對稱兩側還分別設有一卡簧鉗操作孔。
[0016] 本申請實施例還公開了一種壓電超聲顯微注射系統，包括： 上述的壓電超聲顯微注射器； 對樣品進行圖像采集的計算機系統； 連接于所述壓電超聲顯微注射器的壓電陶瓷驅動電源，以及 對所述壓電陶瓷驅動電源進行控制的信號發生器。
[0017] 與現有技術相比，本發明的優點在于： 1)、該注射器，利用封裝陶瓷前后螺紋連接，使整體結構更加牢固，可實現長期使用的 目的。
[0018] 2)、兩點固定微針可使注射針緊密連接壓射組件，降低微針針尖橫向位移。
[0019] 3)、利用3D打印技術制作注射結構，尺寸設計合理，可大大降低細胞注射時對細 胞的損傷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1所示為本發明具體實施例中壓電超聲顯微注射系統的原理示意圖； 圖2所示為本發明具體實施例中壓電超聲顯微注射器的結構示意圖； 圖3所示為本發明具體實施例中壓電陶瓷組件的結構示意圖； 圖4所示為本發明具體實施例中銷緊螺母的結構示意圖； 圖5所示為本發明具體實施例中推桿的結構示意圖； 圖6所示為本發明具體實施例中底座的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行詳細的描 述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明 中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發明保護的范圍。
[0023] 參圖1所示，壓電超聲顯微注射系統包括壓電超聲顯微注射器10、計算機系統20、 壓電陶瓷驅動電源30和信號發生器40。計算機系統20通過倒置顯微鏡對細胞進行圖像采 集，確定細胞位置，由信號發生器40產生高頻正弦波信號，通過壓電陶瓷驅動電源30的功 率放大作用，使壓電注射器10產生頻率20kHz，幅值1 μ m的超聲振動。然后，對細胞進行 超聲破膜注射。根據計算機系統20的圖像反饋，細胞膜穿透后，停止振動，再對細胞進行注 射，從而實現細胞注射任務。
[0024] 參圖2所示，壓電超聲顯微注射器10包括依次設置的注射微針11、壓射組件12、 壓電陶瓷組件13和固定桿14。
[0025] 壓射組件12包括依次設置的第一連接件121、第二連接件122和壓射室123。壓 射室123的一端連接于壓電陶瓷組件13。
[0026] 第一連接件121面向第二連接件122的一端凸伸有第一連接部，第二連接件122 配合第一連接部設有第一安裝孔，第一連接部與第一安裝孔之間通過螺紋表面轉動固定。 第一安裝孔內設置有橡膠墊圈124,橡膠墊圈124套設于注射微針11的外部并對其進行支 撐，當第一連接部與第一安裝孔固定時，橡膠墊圈124被第一連接部的末端抵持于第一安 裝孔的底端。
[0027] 第二連接件122面向壓射室123的一端凸伸有第二連接部，壓射室123配合第二 連接部設有第二安裝孔，第二連接部與第二安裝孔之間通過螺紋表面轉動固定。第二安裝 孔內設置有橡膠墊圈125,橡膠墊圈125套設于注射微針11的外部并對其進行支撐，當第 二連接部與第二安裝孔固定時，橡膠墊圈125被第二連接部的末端抵持于第二安裝孔的底 端。
[0028] 上述的壓射組件中，分別通過兩個橡膠墊圈實現對注射微針11的兩點固定，同 時，分別通過第一連接件和第二連接件實現對兩個橡膠墊圈的壓緊，從而可以使得注射微 針緊密連接于壓射組件，降低注射微針的橫向位移。
[0029] 進一步地，第一連接件121、第二連接件122、以及壓射室123優選采用3D打印技 術制作，兩個橡膠墊圈之間的距離優選為8. 5mm。采用3D打印技術制作注射結構，尺寸設計 合理，可大大降低細胞注射時對細胞的損傷。
[0030] 參圖3所示，壓電陶瓷組件13包括封裝殼體131，該封裝殼體131具有一中空腔 體，中空腔體的兩端分別連接有銷緊螺母132和底座133。
[0031] 參圖4所示，銷緊螺母132包括主體部1321，該主體部1321沿軸線方向形成有通 孔1322,主體部1321的四周側壁形成有螺紋表面，通孔1322的對稱兩側還分別設有一卡 簧鉗操作孔1323。封裝殼體131頂端的內表面配合銷緊螺母132設置有內螺紋，銷緊螺母 132在卡簧鉗的作用下可以緊密固定于封裝殼體131的頂端，固定過程中，卡簧鉗的兩個鉗 頭對應于兩個卡簧鉗操作孔1323內，通過轉動卡簧鉗即可實現銷緊螺母的轉動。
[0032] 參圖6所示，底座133的一端通過螺紋外表面1331與封裝殼體131固定，底座133 的另一端向內凹設形成有第三安裝孔1332,該第三安裝孔1332具有M3的螺紋內表面，固定 桿14與第三安裝孔1332之間通過螺紋轉動固定。
[0033] 為了方便底座133緊密固定于封裝殼體131以及固定桿14上，底座133沿軸線的 對稱兩側形成有相平行的兩個夾持面1333,在安裝過程中，可以通過鉗子對其夾持固定。
[0034] 進一步地，底座133的側壁表面上還開設有陶瓷引線通道1334,陶瓷引線通道連 通于封裝殼體內部，用以與壓電陶瓷連接，為其提供驅動電源。
[0035] 封裝殼體131的中空腔體內設有壓電陶瓷134和推桿135,壓電陶瓷134的一端與 底座133粘結固定，另一端抵持于所述推桿135,銷緊螺母132通過通孔1322套設于推桿 135上。推桿135和銷緊螺母132之間還設有彈性碟簧136,彈簧碟簧套設于推桿135上。
[0036] 參圖5所不，推桿135包括一延伸出所述封裝殼體外的凸伸部1351，該凸伸部 1351的外表面形成有M4螺紋，所述推桿135通過螺紋表面與所述壓射組件轉動固定。
[0037] 上述的注射器，利用封裝陶瓷前后螺紋連接，使整體結構更加牢固，可實現長期使 用的目的。
[0038] 需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實 體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存 在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵 蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要 素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備 所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0039] 以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人 員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本申請的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種壓電超聲顯微注射器，其特征在于，包括依次設置的注射微針、壓射組件、壓電 陶瓷組件以及固定桿，所述壓射組件包括柔性的第一支撐件和第二支撐件，所述第一支撐 件和第二支撐件分別于第一位置和第二位置對所述注射微針進行支撐。
2. 根據權利要求1所述的壓電超聲顯微注射器，其特征在于：所述第一支撐件和第二 支撐件為套設于所述注射微針外部的橡膠墊圈。
3. 根據權利要求2所述的壓電超聲顯微注射器，其特征在于：所述壓射組件包括依次 設置的第一連接件、第二連接件和壓射室，所述壓射室的一端連接于所述壓電陶瓷組件，所 述第一連接件面向所述第二連接件的一端凸伸有第一連接部，所述第二連接件配合所述第 一連接部設有第一安裝孔，所述第一連接部與第一安裝孔之間通過螺紋表面轉動固定，所 述第一支撐件被所述第一連接部的末端抵持于所述第一安裝孔的底端，所述第二連接件面 向所述壓射室的一端凸伸有第二連接部，所述壓射室配合所述第二連接部設有第二安裝 孔，所述第二連接部與第二安裝孔之間通過螺紋表面轉動固定，所述第二支撐件被所述第 二連接部的末端抵持于所述第二安裝孔的底端。
4. 根據權利要求1至3任一所述的壓電超聲顯微注射器，其特征在于：所述第一連 接件、第二連接件和壓射室由3D打印技術制作，所述第一位置和第二位置之間的距離為 8. 5mm〇
5. 根據權利要求1所述的壓電超聲顯微注射器，其特征在于：所述壓電陶瓷組件包括 封裝殼體，該封裝殼體具有一中空腔體，所述中空腔體的兩端分別連接有銷緊螺母和底座， 所述中空腔體內設有壓電陶瓷和推桿，所述壓電陶瓷的一端與底座固定，另一端抵持于所 述推桿，所述銷緊螺母套設于所述推桿上，所述推桿和銷緊螺母之間還設有彈性碟簧。
6. 根據權利要求5所述的壓電超聲顯微注射器，其特征在于：所述推桿通過螺紋外表 面與所述壓射組件固定。
7. 根據權利要求5所述的壓電超聲顯微注射器，其特征在于：所述底座的一端通過螺 紋外表面與所述封裝殼體固定，所述底座的另一端向內凹設形成有第三安裝孔，該第三安 裝孔具有螺紋內表面，所述固定桿與所述第三安裝孔固定。
8. 根據權利要求5所述的壓電超聲顯微注射器，其特征在于：所述底座沿軸線的對稱 兩側形成有相平行的兩個夾持面。
9. 根據權利要求5所述的壓電超聲顯微注射器，其特征在于：所述銷緊螺母包括主體 部，該主體部沿軸線方向形成有通孔，所述通孔套設于所述推桿上，所述主體部的四周側壁 形成有螺紋表面，所述通孔的對稱兩側還分別設有一卡簧鉗操作孔。
10. 一種壓電超聲顯微注射系統，其特征在于，包括： 權利要求1至9任一所述的壓電超聲顯微注射器； 對樣品進行圖像采集的計算機系統； 連接于所述壓電超聲顯微注射器的壓電陶瓷驅動電源，以及 對所述壓電陶瓷驅動電源進行控制的信號發生器。
【文檔編號】C12M1/36GK104109629SQ201410367197
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】黃海波, 葛尊彪, 陳立國, 李相鵬, 楊湛, 王蓬勃, 陳濤, 孫立寧 申請人:蘇州大學