一种压电超声显微注射器及压电超声显微注射系统的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种压电超声显微注射器，包括依次设置的注射微针、压射组件、压电陶瓷组件以及固定杆，所述压射组件包括柔性的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和第二支撑件分别于第一位置和第二位置对所述注射微针进行支撑。本申请还公开了一种压电超声显微注射系统。本申请的注射器，通过两点固定微针可使注射针紧密连接压射组件，降低微针针尖横向位移。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医学【技术领域】生物组织细胞破膜注射，特别是涉及一种压电超声 显微注射器及压电超声显微注射系统。 一种压电超声显微注射器及压电超声显微注射系统
【背景技术】
[0002] 随着微生物技术的发展，对单个生物细胞操作的需求越来越大，例如，单精子 注射、原核细胞注射、细胞质内注射等.许多有关微操作的设备和系统都已得到快速的发 展.细胞的自动化显微注射系统在各方面得到了一系列的研究与发展.如细胞固定机构， 细胞注射力控制，视觉系统研究，和对细胞穿刺的位置控制，及对细胞的运动控制等等。 显微注射器的好坏直接影响细胞注射的成功率。传统注射是利用注射微针直接穿刺细胞 膜，但细胞是弹性体，不易穿刺，易对细胞产生损害。因此，压电驱动显微注射器得到了应用 和发展。
[0003] 传统压电注射器是利用压电陶瓷产生超声振动，带动注射针振动。注射针针尖内 部注入一小段水银柱，目的是消弱针尖振动横向摆动。根据超声振动原理：当质点以极大加 速度振动时，细胞膜会被撕开，从而达到对细胞破膜的目的。结构上采用后端置入压电陶瓷 驱动器，产生超声振动。能量经过注射支撑杆、加持手、针管直到针尖处，中间存在很多能量 消耗，需要较大的压电振动功率。同时，振动时会导致针尖产生较大的侧面振动损害细胞。 根据有关研究，汞柱并不能减小针尖振动横向偏移，影响较大的是注射液。
[0004] 黄海波首次提出将压电陶瓷由后置改为前置的方法来优化注射结构。注射器依次 包括注射微针、压射室、压电陶瓷和支撑杆等。能量可直接经压射室传递给注射针，结构跨 度少、距离短，可大大降低注射针尖的横向振荡。注射微针舍弃了针尖加汞柱的方法，消除 毒性汞对细胞及操作人员的潜在损害。但是，该注射结构采用未封装压电陶瓷前后粘结的 方式固定压射室和支撑杆，这样会导致压电陶瓷在振动时脱落，不能长期使用。注射微针采 用单点柔性固定，固定不稳易发生摆动，横向偏移依然很大。
[0005] 很多商用注射器也采用了压电方法，例如eppendorf公司的压电破膜仪，也是利 用压电陶瓷产生振动凿破细胞膜达到破膜目的，结构采用了压电陶瓷前置的方式，同时对 压电陶瓷进行了封装。该压电破膜仪实现了振动打破细胞膜的目的，但是，只是辅助细胞注 射，不能完全完成细胞注射的任务，还需要注射针进行注射。依然存在连接不牢的缺陷。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种压电超声显微注射器及压电超声显微注射系统，以克 服现有技术中的不足。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 本申请实施例公开了一种压电超声显微注射器，包括依次设置的注射微针、压射组件、 压电陶瓷组件以及固定杆，所述压射组件包括柔性的第一支撑件和第二支撑件，所述第一 支撑件和第二支撑件分别于第一位置和第二位置对所述注射微针进行支撑。
[0008] 优选的，在上述的压电超声显微注射器中，所述第一支撑件和第二支撑件为套设 于所述注射微针外部的橡胶垫圈。
[0009] 优选的，在上述的压电超声显微注射器中，所述压射组件包括依次设置的第一连 接件、第二连接件和压射室，所述压射室的一端连接于所述压电陶瓷组件，所述第一连接件 面向所述第二连接件的一端凸伸有第一连接部，所述第二连接件配合所述第一连接部设有 第一安装孔，所述第一连接部与第一安装孔之间通过螺纹表面转动固定，所述第一支撑件 被所述第一连接部的末端抵持于所述第一安装孔的底端，所述第二连接件面向所述压射室 的一端凸伸有第二连接部，所述压射室配合所述第二连接部设有第二安装孔，所述第二连 接部与第二安装孔之间通过螺纹表面转动固定，所述第二支撑件被所述第二连接部的末端 抵持于所述第二安装孔的底端。
[0010] 优选的，在上述的压电超声显微注射器中，所述第一连接件、第二连接件和压射室 由3D打印技术制作，所述第一位置和第二位置之间的距离为8. 5_。
[0011] 优选的，在上述的压电超声显微注射器中，所述压电陶瓷组件包括封装壳体，该封 装壳体具有一中空腔体，所述中空腔体的两端分别连接有销紧螺母和底座，所述中空腔体 内设有压电陶瓷和推杆，所述压电陶瓷的一端与底座固定，另一端抵持于所述推杆，所述销 紧螺母套设于所述推杆上，所述推杆和销紧螺母之间还设有弹性碟簧。
[0012] 优选的，在上述的压电超声显微注射器中，所述推杆通过螺纹外表面与所述压射 组件固定。
[0013] 优选的，在上述的压电超声显微注射器中，所述底座的一端通过螺纹外表面与所 述封装壳体固定，所述底座的另一端向内凹设形成有第三安装孔，该第三安装孔具有螺纹 内表面，所述固定杆与所述第三安装孔固定。
[0014] 优选的，在上述的压电超声显微注射器中，所述底座沿轴线的对称两侧形成有相 平行的两个夹持面。
[0015] 优选的，在上述的压电超声显微注射器中，所述销紧螺母包括主体部，该主体部沿 轴线方向形成有通孔，所述通孔套设于所述推杆上，所述主体部的四周侧壁形成有螺纹表 面，所述通孔的对称两侧还分别设有一卡簧钳操作孔。
[0016] 本申请实施例还公开了一种压电超声显微注射系统，包括： 上述的压电超声显微注射器； 对样品进行图像采集的计算机系统； 连接于所述压电超声显微注射器的压电陶瓷驱动电源，以及 对所述压电陶瓷驱动电源进行控制的信号发生器。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于： 1)、该注射器，利用封装陶瓷前后螺纹连接，使整体结构更加牢固，可实现长期使用的 目的。
[0018] 2)、两点固定微针可使注射针紧密连接压射组件，降低微针针尖横向位移。
[0019] 3)、利用3D打印技术制作注射结构，尺寸设计合理，可大大降低细胞注射时对细 胞的损伤。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021] 图1所示为本发明具体实施例中压电超声显微注射系统的原理示意图； 图2所示为本发明具体实施例中压电超声显微注射器的结构示意图； 图3所示为本发明具体实施例中压电陶瓷组件的结构示意图； 图4所示为本发明具体实施例中销紧螺母的结构示意图； 图5所示为本发明具体实施例中推杆的结构示意图； 图6所示为本发明具体实施例中底座的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描 述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。
[0023] 参图1所示，压电超声显微注射系统包括压电超声显微注射器10、计算机系统20、 压电陶瓷驱动电源30和信号发生器40。计算机系统20通过倒置显微镜对细胞进行图像采 集，确定细胞位置，由信号发生器40产生高频正弦波信号，通过压电陶瓷驱动电源30的功 率放大作用，使压电注射器10产生频率20kHz，幅值1 μ m的超声振动。然后，对细胞进行 超声破膜注射。根据计算机系统20的图像反馈，细胞膜穿透后，停止振动，再对细胞进行注 射，从而实现细胞注射任务。
[0024] 参图2所示，压电超声显微注射器10包括依次设置的注射微针11、压射组件12、 压电陶瓷组件13和固定杆14。
[0025] 压射组件12包括依次设置的第一连接件121、第二连接件122和压射室123。压 射室123的一端连接于压电陶瓷组件13。
[0026] 第一连接件121面向第二连接件122的一端凸伸有第一连接部，第二连接件122 配合第一连接部设有第一安装孔，第一连接部与第一安装孔之间通过螺纹表面转动固定。 第一安装孔内设置有橡胶垫圈124,橡胶垫圈124套设于注射微针11的外部并对其进行支 撑，当第一连接部与第一安装孔固定时，橡胶垫圈124被第一连接部的末端抵持于第一安 装孔的底端。
[0027] 第二连接件122面向压射室123的一端凸伸有第二连接部，压射室123配合第二 连接部设有第二安装孔，第二连接部与第二安装孔之间通过螺纹表面转动固定。第二安装 孔内设置有橡胶垫圈125,橡胶垫圈125套设于注射微针11的外部并对其进行支撑，当第 二连接部与第二安装孔固定时，橡胶垫圈125被第二连接部的末端抵持于第二安装孔的底 端。
[0028] 上述的压射组件中，分别通过两个橡胶垫圈实现对注射微针11的两点固定，同 时，分别通过第一连接件和第二连接件实现对两个橡胶垫圈的压紧，从而可以使得注射微 针紧密连接于压射组件，降低注射微针的横向位移。
[0029] 进一步地，第一连接件121、第二连接件122、以及压射室123优选采用3D打印技 术制作，两个橡胶垫圈之间的距离优选为8. 5mm。采用3D打印技术制作注射结构，尺寸设计 合理，可大大降低细胞注射时对细胞的损伤。
[0030] 参图3所示，压电陶瓷组件13包括封装壳体131，该封装壳体131具有一中空腔 体，中空腔体的两端分别连接有销紧螺母132和底座133。
[0031] 参图4所示，销紧螺母132包括主体部1321，该主体部1321沿轴线方向形成有通 孔1322,主体部1321的四周侧壁形成有螺纹表面，通孔1322的对称两侧还分别设有一卡 簧钳操作孔1323。封装壳体131顶端的内表面配合销紧螺母132设置有内螺纹，销紧螺母 132在卡簧钳的作用下可以紧密固定于封装壳体131的顶端，固定过程中，卡簧钳的两个钳 头对应于两个卡簧钳操作孔1323内，通过转动卡簧钳即可实现销紧螺母的转动。
[0032] 参图6所示，底座133的一端通过螺纹外表面1331与封装壳体131固定，底座133 的另一端向内凹设形成有第三安装孔1332,该第三安装孔1332具有M3的螺纹内表面，固定 杆14与第三安装孔1332之间通过螺纹转动固定。
[0033] 为了方便底座133紧密固定于封装壳体131以及固定杆14上，底座133沿轴线的 对称两侧形成有相平行的两个夹持面1333,在安装过程中，可以通过钳子对其夹持固定。
[0034] 进一步地，底座133的侧壁表面上还开设有陶瓷引线通道1334,陶瓷引线通道连 通于封装壳体内部，用以与压电陶瓷连接，为其提供驱动电源。
[0035] 封装壳体131的中空腔体内设有压电陶瓷134和推杆135,压电陶瓷134的一端与 底座133粘结固定，另一端抵持于所述推杆135,销紧螺母132通过通孔1322套设于推杆 135上。推杆135和销紧螺母132之间还设有弹性碟簧136,弹簧碟簧套设于推杆135上。
[0036] 参图5所不，推杆135包括一延伸出所述封装壳体外的凸伸部1351，该凸伸部 1351的外表面形成有M4螺纹，所述推杆135通过螺纹表面与所述压射组件转动固定。
[0037] 上述的注射器，利用封装陶瓷前后螺纹连接，使整体结构更加牢固，可实现长期使 用的目的。
[0038] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵 盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0039] 以上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人 员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本申请的保护范围。
【权利要求】
1. 一种压电超声显微注射器，其特征在于，包括依次设置的注射微针、压射组件、压电 陶瓷组件以及固定杆，所述压射组件包括柔性的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑 件和第二支撑件分别于第一位置和第二位置对所述注射微针进行支撑。
2. 根据权利要求1所述的压电超声显微注射器，其特征在于：所述第一支撑件和第二 支撑件为套设于所述注射微针外部的橡胶垫圈。
3. 根据权利要求2所述的压电超声显微注射器，其特征在于：所述压射组件包括依次 设置的第一连接件、第二连接件和压射室，所述压射室的一端连接于所述压电陶瓷组件，所 述第一连接件面向所述第二连接件的一端凸伸有第一连接部，所述第二连接件配合所述第 一连接部设有第一安装孔，所述第一连接部与第一安装孔之间通过螺纹表面转动固定，所 述第一支撑件被所述第一连接部的末端抵持于所述第一安装孔的底端，所述第二连接件面 向所述压射室的一端凸伸有第二连接部，所述压射室配合所述第二连接部设有第二安装 孔，所述第二连接部与第二安装孔之间通过螺纹表面转动固定，所述第二支撑件被所述第 二连接部的末端抵持于所述第二安装孔的底端。
4. 根据权利要求1至3任一所述的压电超声显微注射器，其特征在于：所述第一连 接件、第二连接件和压射室由3D打印技术制作，所述第一位置和第二位置之间的距离为 8. 5mm〇
5. 根据权利要求1所述的压电超声显微注射器，其特征在于：所述压电陶瓷组件包括 封装壳体，该封装壳体具有一中空腔体，所述中空腔体的两端分别连接有销紧螺母和底座， 所述中空腔体内设有压电陶瓷和推杆，所述压电陶瓷的一端与底座固定，另一端抵持于所 述推杆，所述销紧螺母套设于所述推杆上，所述推杆和销紧螺母之间还设有弹性碟簧。
6. 根据权利要求5所述的压电超声显微注射器，其特征在于：所述推杆通过螺纹外表 面与所述压射组件固定。
7. 根据权利要求5所述的压电超声显微注射器，其特征在于：所述底座的一端通过螺 纹外表面与所述封装壳体固定，所述底座的另一端向内凹设形成有第三安装孔，该第三安 装孔具有螺纹内表面，所述固定杆与所述第三安装孔固定。
8. 根据权利要求5所述的压电超声显微注射器，其特征在于：所述底座沿轴线的对称 两侧形成有相平行的两个夹持面。
9. 根据权利要求5所述的压电超声显微注射器，其特征在于：所述销紧螺母包括主体 部，该主体部沿轴线方向形成有通孔，所述通孔套设于所述推杆上，所述主体部的四周侧壁 形成有螺纹表面，所述通孔的对称两侧还分别设有一卡簧钳操作孔。
10. 一种压电超声显微注射系统，其特征在于，包括： 权利要求1至9任一所述的压电超声显微注射器； 对样品进行图像采集的计算机系统； 连接于所述压电超声显微注射器的压电陶瓷驱动电源，以及 对所述压电陶瓷驱动电源进行控制的信号发生器。
【文档编号】C12M1/36GK104109629SQ201410367197
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】黄海波, 葛尊彪, 陈立国, 李相鹏, 杨湛, 王蓬勃, 陈涛, 孙立宁 申请人:苏州大学