壓電超聲顯微切割工具的研制與實驗.pdf

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要隨著生物工程和醫(yī)學(xué)研究水平的提高，生物顯微操作受到國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。在生物顯微操作中，微切割操作是常用且關(guān)鍵的操作之一，目 前普遍采用手工完成，致使工作強度大、操作者易疲勞、人為誤差不可避免。因此，面向生物顯微操作的顯微切割技術(shù)的研究具有重要理論意義和實踐價值。本文將超聲振動切割引入生物顯微操作領(lǐng)域，提出 壓電超聲振動微切割理論。 研制了面向生物顯微操作的微切割器及其驅(qū)動與控制系統(tǒng)，并進行了生

2、物組織切片顯微切割實驗研究。首先，本文介紹了 超聲的基本特性與應(yīng)用情況，對超聲振動切割過程及機理作了 詳細分析，提出 超聲振動微切割方法，為超聲顯微切割器的研制提供了 理論 依據(jù)?；诔曊駝游⑶懈罾碚?，首先提出 將復(fù)合夾心式壓電超聲換能器作為超聲發(fā)生裝置，進行顯微切割工具設(shè)計，為驗證超聲振動顯微切割理論提供了 條 件。 但 是， 夾 心式 超聲換能 器 只能 在固 定 頻 率 和固 定 振動 幅 值工 作， 無 法滿足不同 樣品對振動

3、頻率和振動幅值調(diào)整的需求。為保證針對不同樣品均能達到最佳切割效果，本文提出利用疊堆壓電陶瓷驅(qū)動器作為超聲發(fā)生裝置，設(shè)計了頻率和振幅可調(diào)節(jié)的 顯微切割器的結(jié)構(gòu)并進行了理論分析。針對疊堆陶瓷驅(qū)動式微切割器對振動頻率與幅值調(diào)節(jié)的需求，設(shè)計了微 切割器振動驅(qū)動與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由 信號發(fā)生單元、功率放大單元以及人機交互控制部分組成，利用 V C編寫的控制程序可以 方便集成在顯微操作系統(tǒng)總控制程序中。通過串口 通信控制信號發(fā)生單元輸出不同頻率、幅

4、值的電 壓 信 號 ， 并 經(jīng) 過 功 率 放 大 單 元 放 大 后 驅(qū) 動 壓 電 陶 瓷 作 超 聲 振 動 。 在 設(shè) 計 中F P G A芯片以 及集成功率放大芯片的引入，簡化了電 路，提高了可靠性。最后利用研制的壓電超聲振動微切割器，針對肝臟組織病理切片，進行 了 系列超聲振動顯微切割實驗，在得到最佳切割效果的同時，對病理組織切片切割所需的最優(yōu)切割條件進行了 探討。實驗表明，生物組織切片超聲振動顯微切割是可行的。壓電 超聲微

5、切割器的研制為生物顯微切割操作系統(tǒng)的研究開發(fā)提供了技術(shù)保證，對生物顯微操作技術(shù)的發(fā)展具有積極的推動作用.關(guān)鍵詞 顯微切割;超聲;壓電陶瓷;夾心式換能器;組織切片哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文w i t h c o m p u t e r , t h e n t h e w a v e s i g n a l i s a m p l i f i e d t o d r i v e t h e p i e z o e

6、l e c t r i c . Wea l s o i n t r o d u c e F P G A c h i p a n d t h e i n t e g r a t e d p o w e r a m p l i f i e r c h i p i n t h e c i r c u i td e s i g n , w h i c h m a d e t h e s y s t e m s

7、 i m p l e a n d r e l i a b l eF i n a l l y , m a n y e x p e r i m e n t s c u t t i n g t h e l i v e r t i s s u e s l i c e w e r e c a r r i e d o u tu s i n g t h e p i e z o u l t r a s o n i c v

8、 i b r a t i o n m i c r o - d i s s e c t i o n m e t h o d . B e s i d e s g o t b e t e rm i c r o - d i s s e c t i o n r e s u l t , w e d i s c u s s e d t h e c o n d i t i o n s f o r b e t t e r m i

9、 c r o - d i s s e c t i o n .T h e e x p e r i m e n t s s h o w t h a t t h e m i c r o - d i s s e c t i o n w i t h u l t r a s o n i c v i b r a t i o n i sf e a s i b l e . T h e m i c r o - d i s s e c

10、t i o n t o o l d e s i g n e d b a s e d o n t h i s t h e o r y p r o v i d et e c h n i c a l a s s u r a n c e f o r r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t o f t h e w h o l e m i c r o - d i s s

11、 e c t i o ns y s t e m a n d i t w i l l p r o m o t e t h e d e v e l o p m e n t o f m i c r o m a n i p u l a t i o n .K e y w o r d s m i c r o - d i s s e c t i o n ; u l t r a s o n i c ; p i e z o e l e