一种微结构操作方法及操作装置与流程

本发明涉及微结构技术领域，特别涉及一种微结构装配方法，还涉及一种微结构的装配装置。

背景技术：

近年来，随着微机电系统、光学成像、显微医疗等领域技术水平的快速发展，微操作技术越来越引起人们的重视。微操作技术对于未来的微纳米技术，小型化、功能化和集成设备的制造有着不可替代的地位。不同于宏观领域操作，微观尺度的物体质地较脆、黏着力大、尺度效应显著，而这也是造成微操作难以实现的重要原因。传统微实验操作无法应用我们常见的光学显微镜，而通常采用专门的微结构操作设备进行微结构的操作，设备条件要求高、价格昂贵，操作复杂，因此如何在使用相对成本比较低的操作设备在普通光学显微镜下完成微结构装配操作是一个有待解决的难题。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种利用普通的显微镜就能完成对微结构的拾取、移动、释放、装配这些操作的微结构操作方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种结构简单，成本低的且能完成微结构操作的微结构操作装置。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种微结构操作方法，其特征在于：包括以下步骤：

将待操作微结构、待装配微结构放置在具有液体介质的器皿中，进而将器皿放置在显微镜下；

调整毛细管的位置，直至在显微镜中观察到毛细管的端口靠近待操作微结构上方；

操作与毛细管相连接的注射器，使得毛细管的端口处产生吸力而带动待操作微结构附近的液体介质向毛细管端口流动，待操作微结构在液体介质的带动下移动至毛细管的端口并吸附在毛细管的端口上，进而完成待操作微结构的拾取；

调节毛细管的位置，毛细管带动吸附在毛细管端的待操作微结构进行移动；

调整显微镜，直至观察到待装配微结构，调整毛细管的位置，直至在显微镜中观察到吸附了待操作微结构的毛细管端口靠近待装配微结构的装配位置上方；

操作与毛细管相连接的注射器，使得毛细管的端口处产生推动力而释放待操作微结构，同时毛细管端口的推动力带动待装配微结构的装配位置附近的液体介质向待装配微结构的装配位置流动，待操作微结构在液体介质的带动下移动至待装配微结构的装配位置，进而完成待操作微结构在待装配微结构的装配位置上的装配。

优选地，在器皿中，使得液体介质淹没微结构。

为了减小微结构的黏连效果，提高微结构移动的顺畅性，所述液体介质为无水乙醇。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种微结构操作装置，其特征在于：包括

显微镜；

毛细管；

毛细管驱动机构，位于显微镜旁，所述毛细管安装在毛细管驱动机构上，并且毛细管的末端部分相对于水平方向倾斜设置，所述毛细管驱动机构能够驱动毛细管进行三维方向上的运动；

注射器，通过软管与毛细管相连接。

为了方便操作，所述注射器通过一个固定板安装在安装座上。

优选地，所述毛细管驱动机构包括升降驱动单元、连接在升降驱动单元上的左右驱动单元以及连接在左右驱动单元上的前后驱动单元，所述毛细管通过一个安装块固定安装在前后驱动单元上。

为了提高操作的便捷性，所述毛细管的端口直径略小于微结构的直径。

为了提高操作的灵敏性，所述注射器、软管、毛细管内具有液体介质。

优选地，所述毛细管的末端部分相对于水平方向的倾角为60°至80°。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中的微结构操作方法中在普通显微镜净的辅助作用下，利用毛细管的毛细力带动液体介质进行运动，液体介质在自身的柔顺性以及自校准性能的作用下推动微结构进行运动，进而靠近、吸附或者离开毛细管的端口，如此完成毛细管对微结构的拾取、移动、释放、装配操作。并且在对微结构的操作过程中，微结构在液体介质的保护作用下减小了由于应力集中对微结构的破坏。本发明中的微结构操作装置，除了普通的显微镜，仅需要设置毛细管、能够驱动毛细管进行三维运动的驱动机构以及实现毛细管端部吸力和释放力的注射器，该驱动机构、注射器结构简单，成本低，且操作便捷。该微结构操作装置能够在微型机械装配、医疗、生物工程等领域中应用，使用范围广泛。

附图说明

图1为本发明实施例中微结构操作装置的结构图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的微结构操作装置用于实现对微结构进行拾取、移动、释放、装配等操作。该微结构操作装置包括显微镜、毛细管1、毛细管驱动机构2、注射器3。在具体操作时，还根据需要使用器皿、载玻片等配合操作器件。

其中显微镜采用现有的普通显微镜即可，该显微镜用于辅助进行微结构的操作，使得操作过程可见，确保操作的准确性。

毛细管1选用端口直径比待操作微结构直径略小的毛细管1，如此能够保证在下述的拾取、移动过程中，待操作微结构吸附在毛细管1的端口处，而不会进入到毛细管1的内部，如此可以提高可操作性以及操作的便利性。

毛细管1安装在毛细管驱动机构2上，在操作时将毛细管驱动机构2放置显微镜旁，在不进行操作，可以根据需要将独立将毛细管驱动机构2放置在任何地方进行存储。毛细管1在毛细管驱动机构2上安装后，毛细管1的末端部分相对于水平方向倾斜设置，如此可以保证在下述的操作过程中，毛细管1的端部不会遮挡到微结构在显微镜中的显示，同时也能清楚的查看毛细管1端部的相对于微结构的位置。毛细管1的末端部分相对于水平方向倾角为60°至80°，本实施例中毛细管1的末端部分相对于水平方向倾角优选为70°。

本实施例中的毛细管驱动机构2为能够驱动毛细管1进行三维方向上的运动的驱动机构。该毛细管驱动机构2包括升降驱动单元21、连接在升降驱动单元21上的左右驱动单元22以及连接在左右驱动单元22上的前后驱动单元23，毛细管1通过一个安装块固定安装在前后驱动单元23上。升降驱动单元21用于驱动毛细管1进行上下方向上的移动，左右驱动单元22用于驱动毛细管1在左右方向上的移动，前后驱动单元23用驱动毛细管1进行前后方向上的移动。其中升降驱动单元21、左右驱动单元22、前后驱动单元23可以采用现有技术中的各种结构的驱动机构，可以采用手动驱动机构，也可以采用电动驱动机构。本实施例中采用手动驱动机构，升降驱动单元21、左右驱动单元22、前后驱动单元23分别配置有对应的调节旋钮，在进行操作，操作调节旋钮，即能实现对毛细管1的移动驱动，驱动毛细管1移动至需要的位置。

本实施例中的注射器3通过软管6与毛细管1相连接。在使用时，为了避免注射器3、软管6、毛细管1内空气对操作的影响，可以在注射器3、软管6、毛细管1内注满液体介质，本实施例中的液体介质采用与下述的器皿中相同的液体介质，该液体介质优选使用无水乙醇。为了提高对注射器3操作的便利性，注射器3通过一个固定板4安装在安装座5上。

本实施例中的微结构操作方法可以应用于微型机械装配、医疗、生物工程等领域中。在实验室中做验证时，可以提前利用飞秒激光双光子聚合设备在载玻片上制作微球体作为待操作微结构实用以及具有微槽的微结构作为待装配微结构使用，在制作具有微槽的微结构时，可以将该微结构制作在一片pvc板材上，保证微结构在pvc板材上的可靠黏连，操作时，对微球进行拾取、移动以及释放入微槽内完成装配等一系列的操作，进而完成对微结构操作的验证。

具体的微结构操作方法为：将待操作微结构、待装配微结构放置在具有液体介质的器皿中，并且使得液体介质淹没待操作微结构、待装配微结构这些微结构；本实施例中的液体介质采用无水乙醇；进而将器皿放置在显微镜下，调节显微镜，使得在显微镜下可以观察到待操作微结构；

首先人为的操作毛细管驱动机构2，使得毛细管驱动机构2驱动毛细管1的端部伸入在器皿的液体介质中并向载有待操作微结构的载玻片上的待操作微结构位置靠近，此时再通过显微镜的观察，调整毛细管1的位置，使得在显微镜中同时发现毛细管1端部和待操作微结构，进而在通过操作毛细管驱动机构2微调毛细管1的位置，直至在显微镜中观察到毛细管1的端口靠近待操作微结构上方。

向外拉动注射器3的推杆，使得毛细管1的端口处产生吸力而带动待操作微结构附近的液体介质向毛细管1端口流动，待操作微结构在液体介质的带动下移动至毛细管1的端口并吸附在毛细管1的端口上，进而完成待操作微结构的拾取。

需要对微结构移动操作时，则可以通过操作毛细管驱动机构2，调节毛细管1的位置，毛细管1带动吸附在毛细管1端的待操作微结构进行移动。

在需要进行释放以及装配操作时，可以移动待装配微结构在器皿中的位置，也可以前期不放置待装配微结构，此时再放置待装配微结构。调整显微镜，直至观察到待装配微结构，同待操作微结构拾取过程中的操作，调整毛细管1的位置，直至在显微镜中观察到吸附了待操作微结构的毛细管1端口靠近待装配微结构的装配位置上方；

向内推动注射器3的推杆，使得毛细管1的端口处产生推动力而释放待操作微结构，同时毛细管1端口的推动力带动待装配微结构的装配位置附近的液体介质向待装配微结构的装配位置流动，待操作微结构在液体介质的带动下移动至待装配微结构的装配位置，进而完成待操作微结构在待装配微结构的装配位置上的装配。

前述的微结构操作装置及操作方法实现了在普通的光学显微镜下观察并操作完成了微结构的拾取与释放。解决了微结构操作过程中的不能精准定位的问题和其他微结构操作所面临的困难。与其他微结构操作装置相比较，具有对实验条件要求低、操作简单、成本低、易于加工制作等优点。