面向病理分析的壓電式超聲顯微分離系統(tǒng)的研究.pdf

1、在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，生物醫(yī)學(xué)已經(jīng)從分子水平上發(fā)展到探索疾病發(fā)病機(jī)理和揭示生命現(xiàn)象本質(zhì)的階段，并隨著對腫瘤分子生物學(xué)的研究日益深入，從組織切片上，獲取某一特定的同類細(xì)胞或某個(gè)單一細(xì)胞的技術(shù)即顯微切割技術(shù)已受到國內(nèi)外專家學(xué)者越來越廣泛的關(guān)注。目前該項(xiàng)技術(shù)在我國國內(nèi)，普遍采用手工完成，致使工作強(qiáng)度大、操作者易疲勞、人為誤差不可避免。因此，對于面向病理分析的顯微切割技術(shù)的研究具有重要意義。
　　顯微切割技術(shù)的倍受關(guān)注使得各國學(xué)者對如何操作顯微

2、切割技術(shù)的系統(tǒng)有了較深入的研究。作者在這方面進(jìn)行了大量的調(diào)研工作，旨在研制一種工作效率高，安全準(zhǔn)確性好，實(shí)用性強(qiáng)的面向分子病理分析技術(shù)的顯微分離系統(tǒng)。本文對顯微切割技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并對典型的顯微切割系統(tǒng)進(jìn)行了全面的綜述，深入分析了顯微切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成原則，并對其中的相應(yīng)的切割方法和拾取方法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了全面的分析與研究。
　　為了提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率和準(zhǔn)確性能，降低操作者的工作強(qiáng)度以及盡可能減少人為誤差等原因?qū)ο到y(tǒng)精

3、度的影響，并結(jié)合了本課題研究對象尺寸微小等特殊性質(zhì)，鑒于微操作機(jī)器人系統(tǒng)的操作特點(diǎn)，本文建立了用于生物學(xué)研究的壓電式超聲顯微分離系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在顯微視覺系統(tǒng)的監(jiān)控下，自動(dòng)或半自動(dòng)地執(zhí)行各項(xiàng)操作任務(wù)。
　　鑒于顯微切割方式在顯微切割技術(shù)中的重要地位即切割方法的選擇將直接影響整個(gè)顯微切割操作的成敗，本文對切割方法的確立原則進(jìn)行了深入研究。從生物組織的斷裂機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，利用高強(qiáng)度超聲波的能量傳遞特性，確立了超聲振動(dòng)的切割方式，并對超聲

4、振動(dòng)切割機(jī)理及切割過程作了詳細(xì)的分析。依據(jù)最小能量的切割原則，確立了相應(yīng)的切割參數(shù)，為超聲顯微切割器的研制提供了理論依據(jù)。
　　基于超聲振動(dòng)微切割理論，為滿足最小能量的切割原則，應(yīng)需要振動(dòng)頻率和幅值可調(diào)的超聲發(fā)生裝置，來滿足不同切割樣本對能量（振動(dòng)加速度）調(diào)整的需求。比較幾種常用的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)形式，考慮到微切割操作過程中所需功率不大，課題中選擇了疊堆型陶瓷工作在非諧振動(dòng)態(tài)應(yīng)用狀態(tài)作為超聲發(fā)生裝置，設(shè)計(jì)了頻率和振幅可調(diào)節(jié)的即超聲振動(dòng)

5、能量可控的壓電式超聲顯微切割器及其驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)。
　　本課題研究中，被操作的物體是各種病理切片中的細(xì)胞群或單個(gè)細(xì)胞，因而被分離的目標(biāo)的尺寸非常小，通常在微米級。由于分離目標(biāo)具有形狀體積不規(guī)則、存在型態(tài)不同等特殊性質(zhì)，因而本文對微操作對象的力學(xué)特性進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了能精確控制壓力的真空吸附單元來進(jìn)行微操作對象的拾取操作。即利用負(fù)壓進(jìn)行吸取收集操作，利用正壓把被操作對象釋放到指定的實(shí)驗(yàn)器皿中。
　　本文最后利用研制的顯微分離系