面向显微注射自动化系统的微纳器件研制
发布时间：2021-01-29 17:15
显微注射技术是生命科学领域研究发育、遗传等问题的重要手段。长期以来,操作人员在显微镜下对单细胞进行微操作、微注射耗费了大量时间,另外也需要操作人员具有较高的技术熟练度。将机器人技术引入到这一传统生物技术领域,通过机械手自动化操纵细胞可以极大地提高注射细胞效率、成功率,同时也减轻了实验人员的劳动量。本文以实现细胞显微注射自动化为目标,通过设计和制备若干微纳器件,进而提高了系统的运行效率和成功率。首先,本文介绍了生物细胞显微注射系统的特点和本文针对的操作对象。结合面向生物细胞的特殊性,描述了所构建显微注射自动化系统的整体思路并详细介绍了系统的各个组成部分。接着,设计和制备一种集成细胞固定装置的新型PVDF压力传感器。该传感器在传统悬臂梁结构的基础上构造一种两端对称的新结构,在注射细胞过程中可以有效地减小对细胞的伤害。另外,在压电梁的中间位置集成了基于PDMS材料的透明软质细胞固定装置。然后对该传感器进行了标定,并通过实际的细胞自动化注射实验验证了传感器功能良好。最后,提出一种新型的细胞固定器件,通过增加材料表面和斑马鱼胚胎之间的粘附力实现细胞的固定。使用有限元软件计算得到细胞和PDMS表面...
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?３?ＭＥＭＳ压阻力传感器??
第一章绪论??加拿大多伦多大学Ｓｕｎ?Ｙｕ等人研制一种基于ＭＥＭＳ技术的电容式传感器??如图１．２所示。这种传感器使用深刻蚀技术在硅片制备出梳齿电容。根据制备的??梳齿电容放置方向不同可以检测出２个方向位移所带来的电容变化，检测出２??轴压力。这种传感器用在了小鼠胚胎注射实验中，传感器最小分辨率为０．６９＾Ｎ。??■???ｉ??＾?’ｒ?雪??■Ｉ?ｗｓｓｍｍ??图１．?２?ＭＥＭＳ梳齿电容压力传感器??挪威科技工业研宄院Ｃｌａｕｓｅｎ等人针对ＭＥＭＳ工序复杂，价格昂贵的缺点，??优化了工艺步骤，研制一种针对生物工程领域工业应用的加工成本低廉的ＭＥＭＳ??压阻传感器［１４］，如图１．３所示。在对硅片腐蚀之前，先对其进行光刻和键合，从??而可以大批量流水处理。??■?．?—ｒ￣－－５＾??ｆｖ?ｎ＂（ｖ?１１?Ｃｒ?．．．?？??图１．?３?ＭＥＭＳ压阻力传感器??香港中文大学Ｓｅｌｉｎａ?Ｃ．?Ｑｕ等人在硅表面腐蚀出特定形状的空位，将聚对二??甲苯沉积在空位中形成一层薄膜，然后将碳纳米管放置在聚对二甲苯，最后再在??３??
香港城市大学谢瑜等人利用ＰＶＤＦ?（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ?Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）压电材料制成??悬臂梁结构的力传感器，集成在机械臂端，在传感器的末端放置注射器［！７］，如??图１．４所示。传感器实时传输细胞微注射过程中产生的力，并编制相应的力控制??程序，得到不依赖图像的细胞微注射自动化系统。??图１．４?ＰＶＤＦ压电传感器??美国密歇根州立大学Ｙａｎｔａｏ?Ｓｈｅｎ等研制了一种基于ＰＶＤＦ材料的２轴传感??器［１８］。如图１．５所示，在悬臂梁ＰＶＤＦ传感器的末端再集成一个垂直方向的ＰＶＤＦ??传感器，从而可以检测２个方向的力。该传感器线性度单轴为４．６６０２Ｖ／ｍＮ，双??轴为２．３９８５Ｖ／ｍＮ。该传感器成功应用在果蝇胚胎微注射和远程互联网微操作系??统中。同课题组Ｚｈｅｎｇ?Ｃｈｅｎ等人将ＰＶＤＦ压电材料和ＩＰＭＣ电制动材料复合在??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]斑马鱼胚胎在电离辐射生物学研究中的应用[J]. 王玉佩,张红,周鑫,周蓉,甘露. 原子核物理评论. 2016(01)
[2]降低纳米毒性的途径及其机理研究进展[J]. 任朝秀,胡献刚,周启星. 科学通报. 2016(07)
[3]批量细胞吸附固定装置的研制[J]. 皋龙成,朱军辉,汝长海. 现代制造工程. 2015(08)
[4]基于蛋白质分子自组装体系的构建[J]. 何乃普,逯盛芳,赵伟刚,杜曦,黄思凯,王荣民. 化学进展. 2014(Z1)
[5]45#钢表面织构上硬脂酸薄膜减摩性能的研究[J]. 董志伟,万勇,屠婷婷,姚文清. 摩擦学学报. 2014(01)
[6]一种新型压电陶瓷驱动电源的研究[J]. 周涛,王澄,姜刚,汝长海. 微型机与应用. 2013(23)
[7]超疏水表面滑移理论及其减阻应用研究进展[J]. 王新亮,狄勤丰,张任良,顾春元. 力学进展. 2010(03)
[8]一种压电致动微夹钳及其开环位移特性[J]. 王代华,杨群. 纳米技术与精密工程. 2010(01)
[9]斑马鱼在肿瘤研究中的应用[J]. 谢菲,陈晗,李建明,丁彦青. 中国热带医学. 2009(06)
[10]现代传感器发展方向[J]. 孙圣和. 电子测量与仪器学报. 2009(01)
博士论文
[1]细胞力学建模及其力学特性的表征[D]. 谭又华.中国科学技术大学 2010
硕士论文
[1]再生型车削颤振的在线综合预报研究[D]. 徐志明.宁波大学 2014
[2]基于多功能细胞操作器件的自动化显微操作技术研究[D]. 皋龙成.苏州大学 2014
[3]自动化细胞微注射中器件制作及微注射实验研究[D]. 唐照军.南京理工大学 2011
本文编号：3007267
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?３?ＭＥＭＳ压阻力传感器??
第一章绪论??加拿大多伦多大学Ｓｕｎ?Ｙｕ等人研制一种基于ＭＥＭＳ技术的电容式传感器??如图１．２所示。这种传感器使用深刻蚀技术在硅片制备出梳齿电容。根据制备的??梳齿电容放置方向不同可以检测出２个方向位移所带来的电容变化，检测出２??轴压力。这种传感器用在了小鼠胚胎注射实验中，传感器最小分辨率为０．６９＾Ｎ。??■???ｉ??＾?’ｒ?雪??■Ｉ?ｗｓｓｍｍ??图１．?２?ＭＥＭＳ梳齿电容压力传感器??挪威科技工业研宄院Ｃｌａｕｓｅｎ等人针对ＭＥＭＳ工序复杂，价格昂贵的缺点，??优化了工艺步骤，研制一种针对生物工程领域工业应用的加工成本低廉的ＭＥＭＳ??压阻传感器［１４］，如图１．３所示。在对硅片腐蚀之前，先对其进行光刻和键合，从??而可以大批量流水处理。??■?．?—ｒ￣－－５＾??ｆｖ?ｎ＂（ｖ?１１?Ｃｒ?．．．?？??图１．?３?ＭＥＭＳ压阻力传感器??香港中文大学Ｓｅｌｉｎａ?Ｃ．?Ｑｕ等人在硅表面腐蚀出特定形状的空位，将聚对二??甲苯沉积在空位中形成一层薄膜，然后将碳纳米管放置在聚对二甲苯，最后再在??３??
香港城市大学谢瑜等人利用ＰＶＤＦ?（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ?Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）压电材料制成??悬臂梁结构的力传感器，集成在机械臂端，在传感器的末端放置注射器［！７］，如??图１．４所示。传感器实时传输细胞微注射过程中产生的力，并编制相应的力控制??程序，得到不依赖图像的细胞微注射自动化系统。??图１．４?ＰＶＤＦ压电传感器??美国密歇根州立大学Ｙａｎｔａｏ?Ｓｈｅｎ等研制了一种基于ＰＶＤＦ材料的２轴传感??器［１８］。如图１．５所示，在悬臂梁ＰＶＤＦ传感器的末端再集成一个垂直方向的ＰＶＤＦ??传感器，从而可以检测２个方向的力。该传感器线性度单轴为４．６６０２Ｖ／ｍＮ，双??轴为２．３９８５Ｖ／ｍＮ。该传感器成功应用在果蝇胚胎微注射和远程互联网微操作系??统中。同课题组Ｚｈｅｎｇ?Ｃｈｅｎ等人将ＰＶＤＦ压电材料和ＩＰＭＣ电制动材料复合在??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]斑马鱼胚胎在电离辐射生物学研究中的应用[J]. 王玉佩,张红,周鑫,周蓉,甘露. 原子核物理评论. 2016(01)
[2]降低纳米毒性的途径及其机理研究进展[J]. 任朝秀,胡献刚,周启星. 科学通报. 2016(07)
[3]批量细胞吸附固定装置的研制[J]. 皋龙成,朱军辉,汝长海. 现代制造工程. 2015(08)
[4]基于蛋白质分子自组装体系的构建[J]. 何乃普,逯盛芳,赵伟刚,杜曦,黄思凯,王荣民. 化学进展. 2014(Z1)
[5]45#钢表面织构上硬脂酸薄膜减摩性能的研究[J]. 董志伟,万勇,屠婷婷,姚文清. 摩擦学学报. 2014(01)
[6]一种新型压电陶瓷驱动电源的研究[J]. 周涛,王澄,姜刚,汝长海. 微型机与应用. 2013(23)
[7]超疏水表面滑移理论及其减阻应用研究进展[J]. 王新亮,狄勤丰,张任良,顾春元. 力学进展. 2010(03)
[8]一种压电致动微夹钳及其开环位移特性[J]. 王代华,杨群. 纳米技术与精密工程. 2010(01)
[9]斑马鱼在肿瘤研究中的应用[J]. 谢菲,陈晗,李建明,丁彦青. 中国热带医学. 2009(06)
[10]现代传感器发展方向[J]. 孙圣和. 电子测量与仪器学报. 2009(01)
博士论文
[1]细胞力学建模及其力学特性的表征[D]. 谭又华.中国科学技术大学 2010
硕士论文
[1]再生型车削颤振的在线综合预报研究[D]. 徐志明.宁波大学 2014
[2]基于多功能细胞操作器件的自动化显微操作技术研究[D]. 皋龙成.苏州大学 2014
[3]自动化细胞微注射中器件制作及微注射实验研究[D]. 唐照军.南京理工大学 2011
本文编号：3007267
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