Desarrollo y Pruebas de un Microagarrador Piezoeléctrico de Doble Accionamiento con Alto Ratio de Amplificación para Micromanipulación Celular
Autores: Lu, Boyan; Kang, Shengzheng; Zhou, Luyang; Hua, Dewen; Yang, Chengdu; Zhu, Zimeng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Desarrollo y Pruebas de un Microagarrador Piezoeléctrico de Doble Accionamiento con Alto Ratio de Amplificación para Micromanipulación Celular
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Célula
Micromanipulación
Micropinzas
Piezoeléctrico
Amplificación
Pez cebra
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
La micromanipulación celular es una técnica importante en el campo de la ingeniería biomédica. Los microgrippers juegan un papel crucial en la conexión de objetos macroscópicos y microscópicos en sistemas de micromanipulación. Sin embargo, dado que las células biológicas operadas son deformables, vulnerables y típicamente se distribuyen en tamaños que van desde micrómetros hasta milímetros, esto representa un gran desafío para el rendimiento del microgripper. Para resolver este problema, este documento desarrolla un microgripper piezoeléctrico de doble accionamiento con una alta relación de amplificación de desplazamiento, gran recorrido y agarre paralelo. Al adoptar una configuración modular, se conectan en serie tres tipos de mecanismos basados en flexión, incluyendo el mecanismo de palanca, el mecanismo de Scott-Russell y el mecanismo de paralelogramo, para realizar una amplificación de tres etapas, lo que compensa efectivamente la escasez de pequeño desplazamiento de salida del actuador piezoeléctrico. Al mismo tiempo, el uso del mecanismo de paralelogramo también aísla el movimiento de rotación parasitaria y realiza el movimiento paralelo de las mandíbulas de agarre. Además, se establecen los modelos cinemáticos, estáticos y dinámicos del microgripper utilizando los métodos de cuerpo pseudo-rígido y Lagrange, y también se optimizan los parámetros geométricos clave. La simulación por elementos finitos y las pruebas experimentales verifican la efectividad del microgripper desarrollado. Los resultados muestran que el microgripper desarrollado permite una relación de amplificación de 46.4, un recorrido de agarre de 2180 m y una frecuencia natural de 203.1 Hz. Basado en el microgripper desarrollado, se realiza con éxito la micromanipulación no destructiva de embriones de pez cebra.
Descripción
La micromanipulación celular es una técnica importante en el campo de la ingeniería biomédica. Los microgrippers juegan un papel crucial en la conexión de objetos macroscópicos y microscópicos en sistemas de micromanipulación. Sin embargo, dado que las células biológicas operadas son deformables, vulnerables y típicamente se distribuyen en tamaños que van desde micrómetros hasta milímetros, esto representa un gran desafío para el rendimiento del microgripper. Para resolver este problema, este documento desarrolla un microgripper piezoeléctrico de doble accionamiento con una alta relación de amplificación de desplazamiento, gran recorrido y agarre paralelo. Al adoptar una configuración modular, se conectan en serie tres tipos de mecanismos basados en flexión, incluyendo el mecanismo de palanca, el mecanismo de Scott-Russell y el mecanismo de paralelogramo, para realizar una amplificación de tres etapas, lo que compensa efectivamente la escasez de pequeño desplazamiento de salida del actuador piezoeléctrico. Al mismo tiempo, el uso del mecanismo de paralelogramo también aísla el movimiento de rotación parasitaria y realiza el movimiento paralelo de las mandíbulas de agarre. Además, se establecen los modelos cinemáticos, estáticos y dinámicos del microgripper utilizando los métodos de cuerpo pseudo-rígido y Lagrange, y también se optimizan los parámetros geométricos clave. La simulación por elementos finitos y las pruebas experimentales verifican la efectividad del microgripper desarrollado. Los resultados muestran que el microgripper desarrollado permite una relación de amplificación de 46.4, un recorrido de agarre de 2180 m y una frecuencia natural de 203.1 Hz. Basado en el microgripper desarrollado, se realiza con éxito la micromanipulación no destructiva de embriones de pez cebra.