马金玉 余胜东 康升征 沈耀辉 潘 亮 吴洪涛

(1.温州职业技术学院， 温州 325035； 2.南京航空航天大学航空学院， 南京 210016；3.南京航空航天大学机电学院， 南京 210016)

0 引言

作为细胞显微操作的重要研究对象，斑马鱼有70%以上的基因和人类相似[1-2]，同时，依靠其在遗传学上的优势以及高度保守的疾病信号传递轨迹，斑马鱼成为追踪人类疾病信号传递轨迹及生命体高通量药理解析的首选验证生物[3-4]。斑马鱼胚胎细胞尺寸微小[5]，对于像细胞注射等极其精细的显微操作，要求临床人员具备精湛的技艺，能够准确地穿透5 μm左右的细胞膜，在细胞内部实现精密操作[6]。现阶段，以人工为主的手工作业方式严重制约了细胞显微操作技术的进步。

作为智能压电材料，压电作动器(Piezoelectric actuator, PEA)具有位移分辨率高、响应速度快的优点，是实现细胞穿刺的理想动力源[7]。但由于PEA输出位移较小，应用场景严重受限[8]。利用位移放大机构可以使PEA的工作行程获得成倍放大。在微纳操作机构中，柔顺机构具有无传动间隙、无摩擦阻力、兼容性高和易于制造等优势[9]。基于柔顺机构原理设计桥式位移放大机构(Bridge type displacement amplification mechanism，BTDAM)[10]，再利用PEA驱动BTDAM获得大行程的运动。由于PEA也具有无间隙传动的特点[11]，将PEA嵌入到位移放大机构中，两者的机械性能得到高度匹配，在保持运动精度的前提下，扩大了运动范围。

本文以实现对斑马鱼胚胎细胞的显微操作为例，设计一种基于压电作动器驱动的微操作机构以实现对斑马鱼胚胎细胞的穿刺作业。……