一种基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置的制作方法

本实用新型涉及生物工程技术领域，具体涉及一种用差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置。

背景技术：

目前的现有技术中，细胞显微注射主要采用手动式显微注射方式，手动式显微注射方式以日本尼康(NT＝88NE)手动显微操作器为例，操作者通过显微镜肉眼观测细胞注射时放大的图像、位姿、注射工具与细胞之间的距离等视觉信息，采用在倒置显微镜上安装两套手动机械式粗调和手动式液压微调机构分别控制吸持针和注射针对细胞进行寻找、定位、吸持和注射。注射过程强烈依赖于操作人员自身的各种因素，如情绪、疲劳等及周围的环境影响。目前，能够从事这种高精密度操作的实验人员，至少要经过两三年的严格培训，成本很高，注射细胞成功率只有百分之一左右。

因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的可以实现对细胞的精确注射和提取，可以代替人工操作，避免人工操作因疲劳、情绪等原因造成的震动，精确度高，效率高，提高细胞注射和提取的精确性和自动化，数字化水平，从而提出的一种基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置，包括

一基座，设置于所述基座右侧上端的固定支架、设置于所述基座中间部位上端的导轨和设置于所述基座左侧上端的显微图像采集单元；

所述固定支架上端内部嵌设有固定螺母；

所述导轨上端连接有移动滑块，所述移动滑块上端连接有移动支架，所述移动支架上端内部嵌设有移动螺母，所述移动螺母只能进行轴向移动不能自由转动；

螺杆由左右两段不同螺距的螺纹组成，其中右端螺纹在固定螺母中转动，左端螺纹在移动螺母中转动，螺杆右侧末端通过联轴器连接有伺服电机，所述移动螺母左侧连接有螺杆外罩，所述螺杆外罩左侧连接有微型针筒，所述微型针筒上端设有通气孔，气源输送装置通过胶管与通气孔连接，微型针头末端插接至微型针筒内部，微型针头与微型针筒之间设有橡胶密封圈，微型针头中间部位外部包裹有压帽，压帽右端与微型针筒连接，所述压帽侧面还设有一夹紧螺母；

所述所述气源输送装置包括压缩气罐、分水过滤器、电磁减压阀、压力表，所述压缩气罐位于有气源输送装置顶部，压缩气罐下端连接有分水过滤器，所述分水过滤器下端连接有电磁减压阀，电磁减压阀外侧连接有一压力表；

所述显微图像采集单元由倒置式荧光显微镜、CCD摄像仪、数据采集卡及计算机组成。

进一步的，所述固定螺母和移动螺母的旋向一致，并且固定螺母的螺距S1大于移动螺母的螺距S2，所述固定螺母和移动螺母均为有螺纹。

进一步的，所述移动滑块前端设有位移传感器。

进一步的，所述螺杆外罩的直径大于左端螺纹螺杆的直径。

首先由工作人员在计算机人机交互界面设定注射量信号，通过计算机处理器运算后，得出相应前进的位移及培养液出口速度，进而控制伺服电机动作，由电机带动差动螺母水平移动实现微小位移，当位移传感器检测到信号时，电机停止。压缩气罐工作，按计算出的输出速率经减压阀输出，与此同时CCD摄像仪对被荧光照射的细胞与针头进行摄像，将图像传送到数据采集卡上，由数据采集卡利用A/D转换，将模拟的电信号转化为数字信号，传给计算机总线进行数据传输，通过计算机屏幕上的用户界面来控制显微镜载物台上X、Y、Z轴的移动和物镜的调换，进而确定待注射细胞和针头的三维位置信息，以此信息作为反馈信号，计算出下一次前进的位移及培养液出口速度，实现细胞注射和提取的闭环调节控制。

本实用新型的优点在于：

本实用新型的基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置，利用螺纹结构的差动传动来完成对注射和提取精度的控制，显微图像采集单元包括显微镜、CCD摄像仪、数据采集卡及计算机组成，用于监控实验过程并检测被操作细胞位置信息，作为反馈信号传给计算机，进而控制电机运动。数字化进退针装置后螺母固定不动而前螺母可自由移动时，在伺服电机激励下，可实现数字化微注射。在结构设计、驱动器选择、控制方式等方面，数字化进退针装置与数字化微注射仪二者的驱动单元可实现统一，从而可实现数字化。

与目前现有技术的手动式显微注射方式相比，本装置利用螺纹结构的差动传动来完成对注射和提取精度的控制，显微图像采集单元用于监控实验过程并检测被操作细胞位置信息，作为反馈信号传给电脑，进而控制电机运动。因此它能够提高注射精度，实现细胞注射的精密性，并且具有结构简单，实用性强，无需人工干预，自动化水平高等优点。

附图说明

图1是本实用新型提出的一种基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置的总体示意图。

图2是本实用新型提出的一种基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置的局部剖视图。

图3是本实用新型提出的一种基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置的局部侧视图。

图4是本实用新型提出的一种基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置的差动传动原理示意图。

图5是本实用新型提出的一种基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置的实验流程图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、基座 2、固定支架 3、导轨 4、显微图像采集单元 5、固定螺母 6、移动滑块 7、移动支架 8、移动螺母 9、螺杆 10、联轴器 11、伺服电机 12、螺杆外罩 13、微型针筒 14、通气孔 15、气源输送装置 16、胶管 17、微型针头 18、橡胶密封圈 19、压帽 20、夹紧螺母 21、位移传感器 91、右端螺纹 92、左端螺纹 151、压缩气罐 152、分水过滤器 153、电磁减压阀 154、压力表

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型提出的一种基于差动传动原理实现对细胞精密注射和提取的装置，包括

一基座1，设置于所述基座1右侧上端的固定支架2、设置于所述基座1中间部位上端的导轨3和设置于所述基座左侧上端的显微图像采集单元4；

所述固定支架2上端内部嵌设有固定螺母5；

所述导轨3上端连接有移动滑块6，所述移动滑块6上端连接有移动支架7，所述移动支架7上端内部嵌设有移动螺母8，所述移动螺母8只能进行轴向移动不能自由转动；

螺杆9由左右两段不同螺距的螺纹组成，其中右端螺纹91在固定螺母5中转动，左端螺纹92在移动螺母中8转动，螺杆9右侧末端通过联轴器10连接有伺服电机11，所述移动螺母8左侧连接有螺杆外罩12，所述螺杆外罩12左侧连接有微型针筒13，所述微型针筒13上端设有通气孔，气源输送装置15通过胶管16与通气孔连接，微型针头17末端插接至微型针筒13内部，微型针头17与微型针筒13之间设有橡胶密封圈18，微型针头17中间部位外部包裹有压帽19，压帽19右端与微型针筒13连接，所述压帽19侧面还设有一夹紧螺母20；

所述气源输送装置15包括压缩气罐151、分水过滤器152、电磁减压阀153和压力表154，所述压缩气罐151位于气源输送装置顶部，压缩气罐151下端连接有分水过滤器152，所述分水过滤器152下端连接有电磁减压阀153，电磁减压阀153外侧连接有一压力表154；

所述显微图像采集单元由倒置式荧光显微镜、CCD摄像仪、数据采集卡及计算机组成。

进一步的，所述固定螺母和移动螺母的旋向一致，并且固定螺母的螺距S1大于移动螺母的螺距S2，所述固定螺母和移动螺母均为有螺纹。

进一步的，所述移动滑块前端设有位移传感器。

进一步的，所述螺杆外罩的直径大于左端螺纹螺杆的直径。

工作时，方向旋转螺杆，角度为螺杆相对固定螺母移动距离为同时移动螺母相对螺杆移动的距离为于是移动螺母相对固定螺母移动的距离为由于螺杆左右两段螺纹螺距差(S2-S1)相差很小，即使螺杆转动较大的角度时，移动螺母的移动距离L还是很小，从而实现了微小位移的精密传动。

显微图像采集单元由倒置式荧光显微镜、CCD摄像仪、数据采集卡及计算机组成。CCD摄像仪安装在焦距可调的荧光显微镜上，由CCD摄像仪对被荧光照射的细胞与针头进行摄像，将图像传送到数据采集卡上，由数据采集卡利用A/D转换，将模拟的电信号转化为数字信号，利用缓冲技术，将数字图像信号以数据流的形式与计算机总线进行数据传输，通过计算机屏幕上的用户界面来控制显微镜载物台上X、Y、Z轴的移动和物镜的调换，进而确定待注射细胞和针头的三维位置信息，以此信息作为反馈信号，控制伺服电机运动，和培养液出口速度，实现细胞位姿调节的闭环控制。

当气体经过分水过滤器时滤芯可以将气体中的水分过滤，通过减压阀的弹性元件来调整出口气体的压力，保证合理准确的气压进入微型针筒将注射液送入细胞。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。