摘要：针对目前数字微流控芯片驱动电压比较高的问题,本文对比传统的驱动电极结构,研制了一种可以降低驱动电压的半月形驱动电极数字微流控芯片。首先,基于介电湿润原理,分析微液滴所受介电湿润力和微液滴接触圆上有效三相接触线所对应弦长的关系。接着,对比分析了传统的方形、叉齿形驱动电极与提出的半月形驱动电极上液滴有效三相接触线所形成的弦长大小;分析得出3种驱动电极结构中半月形驱动电极所形成的有效弦长最大,从而表明半月形驱动电极的数字微流控芯片上介电驱动力最大。最后,利用设计制作的3种驱动电极介电湿润芯片分别实验验证驱动液滴的效果。结果表明,所研制的半月形驱动电极数字微流控芯片的最小驱动电压分别比方形和叉齿形驱动电极芯片降低了约37%和67%。另外,当有效驱动电压为60V时,半月形驱动电极芯片上2μL去离子水微液滴的速度约为10cm/s,分别是方形与叉齿形驱动电极芯片上液滴速度的3倍和2倍。得到的实验数据证明了半月形驱动电极数字微流控芯片实现了降低芯片驱动电压的目的。

摘要：基于宏微结合的设计思想,提出一种组合式微夹持器结构.采用微直线电机机构实现毫米级的宏运动,采用双晶片压电悬梁机构实现微米级的微运动.介绍组合式微夹持器的组成原理并对压电悬梁形变特性进行了有限元分析.在此基础上,开发微夹持器宏微控制系统,实现了微位移闭环控制.测试实验表明,该微夹持器具有结构紧凑、操作空间大、精度高的特点.

摘要：研制了一款具有控制参数自调整功能的非接触式微量试剂分配系统,该系统采用精密微电磁阀控制预压液体的流动来实现试剂的分配操作。独特的试剂分配管路设计使电磁阀不易堵塞;非接触式的分配方式减少了试剂污染,分配速度更快,更易清洗。研制了一款MEMS压差式微流量传感器并集成于系统中用于采集试剂分配过程中的流量信息,实现了试剂特性和体积变化时控制参数的自动调整,提高了分配精度和灵活性。针对不同粘性试剂进行分配精度的测试,结果表明,该系统最小可分配50 nl体积试剂,分配精度达8%。在分配试剂体积>1μl时,重复精度<3%。该试剂分配系统可在高通量试剂操作过程中,针对多种不同特性试剂进行快速、灵活、微量、精确的试剂分配操作。

摘要：设计了一种能够自动、快速、精确地分离和提取指定细胞群或单个细胞的微操作机器人系统，研制了基于功率超声振动原理的微切割工具（其切割频率在15-50kHz，振动幅值在0～1μm可调）和真空吸附式微拾取工具（压力可在0～0．5MPa精确控制），应用人体肝脏组织5μm厚病理石蜡切片进行了显微切割的实验。实验结果证明了超声振动式切割工具对组织无伤害，真空吸附工具收集样品有效且整体系统适应于生物工程中微切割操作的实验需求，具有较高的可靠性、稳定性和准确性。

摘要：介绍用于MEMS自动微装配的机器人系统的构成,讨论组成该系统的若干关键技术,包括宏/微精密定位技术、显微视觉系统、微夹持器的设计、系统的标定以及装配策略．集成各单元技术,以外径＜2 mm的微行星齿轮减速器为示范装配对象,研制能够完成微装配任务的微装配机器人．融合显微视觉和力信息,采用相应的装配策略,在2．5 min内,实现难度最大的3个行星齿轮的自动装配．

摘要：纳米定位平台在微型机械和精密仪器的设计和制造领域起着重要作用。该文将拓扑优化引入到压电陶瓷驱动的一维纳米定位平台设计中,并利用多目标设计方法对平台的运动和结构需求进行了优化,采用楔形预紧结构对压电陶瓷进行紧密预紧。经有限元仿真和实验验证,该实验系统输出位移达10μm,定位精度5 nm,耦合误差小于1%。实验证明,该方法为纳米定位平台的设计和制造提供了一种新颖、灵活、有效的方法。

摘要：分析了光功率损耗的理论模型,指出横向偏移、光纤角度和端面间隙是影响对接损耗的主要参数,由此提出了显微视觉结合光功率检测的光纤耦合方法。在显微视觉系统引导下,采用精密并联机器人消除光纤角度及端面间隙的影响,并实现横向偏移的粗调整;利用压电陶瓷驱动的五自由度微动机器人精确调整横向偏移,通过设计合理策略,实现损耗极值区域的快速精确搜索。光纤耦合实验表明,粗调整后平均损耗0.3db;微动调整并熔接后,对接损耗减小到0.02db以下。

摘要：将超声振动切割引入生物显微操作领域,提出压电超声振动微切割理论.基于此理论,为满足实际操作中不同显微切割样本对不同切割能量即不同振动频率和振动幅值调整的需求,利用叠堆压电陶瓷作为超声发生装置,研制了面向生物显微操作的微切割工具及其驱动与控制系统.该显微切割工具操作频率0.5～40 kHz,振动输出位移0～2 μm.最后,针对肝脏组织病理切,利用该显微切割工具进行超声振动显微切割实验,获得了较好的切割效果,充分验证了生物组织切片超声振动显微切割可行性.该显微切割工具的研制为生物显微切割操作系统的研究开发提供了技术保证.

摘要：将微直线电机宏动机构与双晶片压电悬梁微动机构结合,研制高精度、大范围的组合式微夹持器。针对宏微结合的结构形式,设计组合式微夹持器宏微控制系统。采用仿人智能PI控制方法,提高了控制精度。测试实验表明,闭环控制系统取得较好效果。

摘要：压电陶瓷致动器在电场驱动下会产生迟滞和蠕变现象,降低了定位精度。根据压电陶瓷致动器的位移与电荷量之间具有线性关系,研制了基于电流控制的压电陶瓷驱动电源。通过控制压电陶瓷的充电电流来控制其运动速度,从而控制其位移量。设计特殊电路和有针对性的控制算法,实现对压电陶瓷的快速驱动与高精度定位的结合。试验结果表明,利用该电源可实现对压电陶瓷的线性驱动和快速精密定位。