Спосіб створення тяги для мікрооб’єктів

Реферат: UA 89427 U UA 89427 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до засобів, що дають можливість переміщувати або орієнтувати окремі мікрооб'єкти, наприклад бактерії, і може бути використана в біотехнологічних процесах, наукових дослідженнях, які зв'язані з мікробіологією, в галузях радіоелектроніки, машинобудування, нанотехнології, електронної мікроскопії, медицині. Відомий спосіб створення тяги, що включає механічне переміщення мікрооб'єкта мікропінцетом. (Микромеханическое устройство, способ его изготовления и система манипулирования микро- и нанообъектами. Патент RU 2458002 від 05.08.2010). Спосіб полягає в тому, що мікропінцет виготовляється з біметалевих пластин, нагрів котрих за допомогою лазера дає змогу захоплювати і переміщати мікрооб'єкти. Система маніпулювання мікрооб'єктами складається з мікромеханічного пристрої, закріпленого на кінці мікродроту нанопозиціонера, робочого поля з об'єктом, яким маніпулюють, і джерела підігріву у вигляді напівпровідникового лазера, випромінювання якого сфокусовано на робоче поле системи маніпулювання, включаючи кінець мікродроту з мікропінцетом. Недоліками способу є те, що зусилля стиснення пінцета важко оцінити, тому легко пошкодити об'єкт маніпулювання. Відомий спосіб створення тяги за допомогою світла (Optoelectronic tweezers for microparticle and cell manipulation. Patent US 7612355 B2. 03.12.2009). Спосіб полягає в тому, що під дією світла у тонкому шарі рідини відбувається діелектрофорез. У способі використовується пристрій оптоелектронний пінцет, що забезпечує маніпулювання частинкою або клітиною з діаметром близько 100 мкм або менше. Пристрій зазвичай містить плоску заповненою рідиною структуру, що має одну або кілька частин, які мають властивості фотопровідника для перетворення падаючого світла в перемінне електричне поле шаблона, яке дає змогу маніпулювати одиночними частинками і клітинами або групами частинок і клітин. Недоліками способу є те, що тяга для маніпулювання створюється в плоскому шарі. Відомий спосіб створення тяги за рахунок поверхневих плазмонів (Method of optical manipulation of small-sized particles. Patent US 7696473 B2. 13.04.2010). Спосіб і система оптичної маніпуляції полягає в тому, що на поверхні розміщають шаблон з певного матеріалу, який здатний підтримувати поверхневі плазмони, поверх нього розміщують об'єкт в контакті з вказаною поверхнею, на яку діють оптичним променем на певній довжині хвилі і з певним кутом падіння деякий інтервал часу, тим самим створюють поверхневі плазмони сили тяги для мікрооб'єкта. Недоліком способу є те, що тяга діє тільки в площині поверхні. Як прототип вибраний спосіб створення тяги за рахунок акустичних хвиль (Microfluidic manipulation and sorting of particles using tunable standing surface acoustic wave. Pub. No.: WO/2013/116311. International Application No.: PCT/US2013/023807. Publication Date: 08.08.2013 International Filing Date: 30.01.2013). Спосіб і система акустичної маніпуляції полягає в тому, що об'єкти розміщують на поверхні з п'єзоелектричного матеріалу, котрий вібрує під дією електричної напруги. Вібрація викликає поверхневі акустичні хвилі у рідині навколо кліткової культури, у результаті виникає сила тяги, яка діє на окремі клітини. Недоліками прототипу є те, що тяга діє вздовж поверхні (в двомірному просторі) і тільки в рідині. Задачею, на рішення якої спрямована пропонована корисна модель, є можливість створення тяги (маніпулювання) для одиночних частинок і клітин або груп частинок і клітин в об'ємі, вздовж трьох координат в рідини або газі. Поставлена задача вирішується способом створення тяги, який включає використання оптичного випромінювання і створення акустичних хвиль і відповідно до корисної моделі випромінювання малої потужності фокусують навколо мікрооб'єкта, після чого потужність випромінювання на малий час збільшують, з можливою зміною довжини хвилі випромінювання на таку, яка краще поглинається, чим утворюють імпульс тиску або серію імпульсів, які викликають теплове розширення рідини (аж до утворення кавітаційної порожнини) або газу з утворенням акустичних хвиль, за допомогою яких оказують силовий вплив на мікрооб'єкт, який створює тягу для його переміщення і орієнтації в просторі. Здійснюється спосіб наступним чином. На фіг. 1 відображено одну з можливих схем здійснення способу. Випромінювання 1 необхідної кількості джерел 2 (або одного з них) фокусується в невеликий об'єм 3 поблизу мікрооб'єкта 4, який необхідно перемістити або зорієнтувати. При малій потужності випромінювання здійснюють прицілювання фокусу випромінювання в необхідне місце, після чого імпульсним збільшенням потужності випромінювання (з можливою зміною при цьому довжини хвилі випромінювання, на таку, при якій випромінювання більше поглинається середовищем, наприклад вода для випромінювання на довжинах хвиль 490 нм і 690 нм мас співвідношення поглинання біля 60 - Doerffer R.: Zum Problem der Fernerkundung von Substanzen im Wasser mit dem Multispektralabtaster. Bildmessung und Luftbildwesen, 1978. 4:133-138.) прогрівають вибраний об'єм 3, або декілька об'ємів, середовища біля мікрооб'єкта, викликають (Красильников В.Α., Крылов В.В., Введение в 1 UA 89427 U 5 10 15 20 25 30 физическую акустику. - Μ., 1984.), тим самим утворення акустичного випромінювання 5, умовно позначеного на кресленні звивистою лінією (або в результаті різкого теплового розширення, що характерно і для газу, і для рідини, або у результаті утворення кавітаційної порожнин, що характерно тільки для рідини), перетворюючи такі об'єми 3 у джерело акустичного випромінювання. Розміщення міст фокусування (або перегину променів) вибирають таким чином, щоб виникаюча акустична сила 6, умовно позначена стрілкою, переміщувала об'єкт в необхідному напрямку або надавала необхідну орієнтуючу дію. Співвідношення тривалості і потужності імпульсів випромінювання вибирають так, щоб не викликати небажаного теплового впливу на середовище і на розташований в ньому мікрооб'єкт. Це також визначається теплофізичними властивостями середовища. Тривалість потужного імпульсу повинна бути менше, а час між імпульсами більше часу дисипації тепла з об'єму, який нагрівається. Необхідне управління може здійснюватися за допомогою електронної обчислювальної техніки з відповідними зворотними зв'язками і датчиками. Оскільки розмір джерела акустичного випромінювання малий, то його щільність падає при видаленні від нього, що дозволяє надавати виборчий силовий вплив на мікрооб'єкти в залежності від відстані від них. Можливість здійснення корисної моделі, що заявляється, показано наступним прикладом. Приклад Як мікрооб'єкт було вибрано частинку з окису міді діаметром 10 мкм. Частинка розміщувалася у воді. Як джерело випромінювання була використана галогенна лампа з фокусуючими лінзами. Лампа була включена на повну потужність (100 Вт). Між лампою і частинкою розміщувався ірисовий затвор (від механічного фотоапарата), який в зведеному стані мав невелике розкриття. При невеликому розкритті затвора оптичний фокус випромінювання лампи локалізували на відстані близько 50 мкм від мікрооб'єкта. Після чого затвор спускали, що призводило до різкого зростання щільності випромінювання у фокусі, що, в свою чергу, призводило до пересування мікрооб'єкта на відстань близько 1 мм. З наявних законів фізики і наведеного прикладу видно, що пропонована корисна модель дозволяє переміщувати мікрооб'єкти через утворення акустичних коливань оптичним випромінюванням. Корисна модель дозволяє створювати тягу для мікрооб'єктів у тривимірному просторі рідини або газу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб створення тяги для мікрооб'єктів, який включає використання оптичного випромінювання і створення акустичних хвиль, який відрізняється тим, що випромінювання малої потужності фокусують навколо мікрооб'єкта, після чого потужність випромінювання на малий час збільшують, з можливою зміною довжини хвилі випромінювання на таку, яка краще поглинається, чим утворюють імпульс тиску або серію імпульсів, які викликають теплове розширення рідини (аж до утворення кавітаційної порожнини) або газу з утворенням акустичних хвиль, за допомогою яких здійснюють силовий вплив на мікрооб'єкт, який створює тягу для мікрооб'єкта для його переміщення і орієнтації в просторі. 2 UA 89427 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3