一种在微操作中利用流体对微小目标进行主动释放的方法与流程

本发明属于微纳操作技术领域，具体涉及一种在微操作中利用流体对黏附在末端执行器上的微小目标进行主动释放的方法。

背景技术：

随着技术的进步，科技领域对精密操作的精度要求已经越来越高。精密操作的对象的尺度也越来越小已经达到为纳米级。这种微纳级别的操作在微组装、生物领域的细胞操作等一系列前沿领域都发挥着重要的作用。在对微小目标进行操作的过程中。主要涉及两个方面的技术。一方面是对微小目标进行抓取，另一方面就是对微小目标的释放。相对于释放来说，抓取更具难度。这是因为物体之间的粘附力会随着微观尺度的缩小变得越来越大。因此要想成功的对微小目标进行释放，首先要克服的就是粘附力。目前微操作领域的研究中克服粘附力进而释放微小目标的方法主要分为两类：主动释放和被动释放。主动释放是利用微小目标所黏附的末端执行器自身的震动来进行释放。但是这种方式存在一定的缺点，例如控制方式复杂、释放精度低，释放位置的不确定性等。而被动释放则是通过改变末端执行器表面性质、改变基底的表面性质、或者利用辅助的结构进行刮涂等方式进行的释放。这种释放方式使得对执行器或者基地的加工方式变得复杂，对于三维空间的操作也具有诸多限制、不具备很高的可靠性以及重复性。因此，需要发明一种新的释放方式来尽可能的克服上述缺点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是为了提高微观尺度下末端执行器释放粘附在其上的微小目标的成功率以及位置精度，提出一种在微操作中利用流体对微小目标进行主动释放的方法，该方法有效的解决了一些释放方式存在的可重复率低、释放精度低、对目标具有伤害性、释放成功率低等问题，使微尺度下对微小目标的释放快捷、简便、高效。

实现本发明的技术方案如下：

一种在微操作中利用流体对微小目标进行主动释放的方法，具体过程为：

两个末端执行器分开，当微小目标黏附在其中一个末端执行器上时，令另一末端执行器运动在其附近产生流体效应，使黏附在末端执行器上的微小目标成功释放。

进一步地，本发明所述运动为一维运动，所述一维运动包括x方向的单独运动或z方向的单独运动，由于两末端执行器在同一平面内，因此建立x方向为令其中一末端执行器沿共有平面方向反复远离/靠近另一末端执行器，z方向为垂直共有平面方向两侧反复运动。

进一步地，本发明所述运动为圆周运动，所述圆周运动：绕黏附有微小目标末端执行器的顺时针运动或逆时针运动。

有益效果：

本发明通过另一末端执行器的运动产生流体效应来成功释放黏附在另一末端的微小目标，相比于现有技术，其不仅提高了微小目标释放的成功率，而且大大提高了微笑目标的释放精度，使整个微操作过程更具有可控性、操作方式更加简化，对完善整个微操作的过程起到了至关重要的作用。

本发明的释放方法对微小目标尤其是生物细胞的伤害极小，与其他方式相比具有很高的优越性。

附图说明

图1为普通释放的操作示意图。

图2为当微小目标没有粘附在末端执行器上的情况示意图。

图3为当微小目标粘附在左侧末端执行器上的操作示意图。

图4为当微小目标粘附在右侧末端执行器上的操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。

本发明一种在微操作中利用流体对微小目标进行主动释放的方法，具体为：

如图1所示，当应用末端执行器对微小目标进行抓取后，先对其进行普通方式的释放，即两个末端执行分开一定的距离。

在普通的释放方式后，可能出现三种情况，如图2-4所示：第一种情况是微小目标没有黏附在任何一个末端执行器上；第二种情况是微小目标黏附在左侧的末端执行器上；第三种情况是微小目标黏附在右侧的末端执行器上。

对于第一种情况则不需要进行任何操作。

对于第二种情况，利用右侧的末端执行器的运动在其附近产生流体效应，使粘附在左侧执行器上的目标成功释放。

对于第三种情况，相应的利用左侧的末端执行器的运动在其附近产生流体效应，使黏附在右侧执行器上的微小目标成功释放。

实例：

首先进行操作的微小目标有两种，一种是55um的微玻璃球，另一种是nih3t3(小鼠胚胎成纤维细胞)。进行操作的环境也分为两种，一种是水环境，另外一种是pbs溶液环境。

在进行抓取操作后，先对目标进行常规的释放操作。对于微玻璃球来说，常规释放时，执行器末端的距离控制在90um为最佳位置。对于小鼠胚胎成纤维细胞来说，执行器末端的距离控制在70um为最佳位置。释放高度为20um，操作的时间为500ms，运动的频率为500hz，振幅为12um。

当常规释放完成后，如果目标没有黏附在任一执行器上，则不需要进行任何其他额外的释放操作。若目标粘附在左侧的末端执行器上，则利用右侧末端执行器的运动来产生流体来释放左侧末端执行器上黏附的目标。如果目标粘附在右侧的末端执行器上，则利用左侧末端执行器产生的流体来释放黏附在右侧末端执行器上的目标。末端执行器的运动，本实例主要采用了四种不同的产生流体的策略。一维运动：包括x方向的单独运动和z方向的单独运动，由于两末端执行器在同一平面内，定义x方向的单独运动为沿所述同一平面使其中一末端执行器反复靠近、远离另一末端执行器，z方向单独运动为末端执行器垂直所述同一平面方向往复运动。圆周运动：顺时针运动、逆时针运动。其中逆时针运动是四种方式中释放位置范围最小的方式。但是圆周运动相比较一维运动来说，控制相对较为复杂一点。因此四种方法各有利弊。但本质上来说，四种方式都大大的提高了释放效率以及精度。

本发明采用的这种方式是在物体在液体环境下运动产生流体的基础上，对黏附在末端执行器上的微操作对象进行释放。具体来说就是当微小目标粘附在任一末端执行器上时，利用另一个末端执行器的运动在液体环境下产生流体效应进而释放微小目标。

总的来说，此方法克服了目前已有方式的诸多缺点。提高了释放精度，简化了控制，对操作目标无害，提高了释放微小目标的成功率。比较已有的方法来看，具有相当优势。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种在微操作中利用流体对微小目标进行主动释放的方法，具体过程为：两个末端执行器分开，当微小目标黏附在其中一个末端执行器上时，令另一末端执行器运动在其附近产生流体效应，使黏附在末端执行器上的微小目标成功释放。本发明不仅提高了微小目标释放的成功率，而且大大提高了微笑目标的释放精度，使整个微操作过程更具有可控性、操作方式更加简化，对完善整个微操作的过程起到了至关重要的作用。

技术研发人员：刘晓明;陈俊男;李鹏云;唐小庆;董胜男;黄强;新井建生
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2018.01.30
技术公布日：2018.07.27