三维精密工作台机械结构及其控制系统设计(4)
微流体数字化技术（也称微流体脉冲驱动-控制技术）以脉冲流动为微流动
基本形态、以脉冲当地惯性力为主动力、适用于各种液体和粉体，液体喷射量分
辨率可达飞升级[10-12]
。近年来，南京理工大学微系统研究室对微流体数字化技术
在细胞-基因工程的应用及相应微流体器件制备上展开了研究，利用压电作动器
件作为脉冲惯性力的动力源，制备了中等密度的液滴微阵列[13]
，阵列中液滴圆
整，均一性良好，为用微流体数字化技术制备基因芯片微阵列打下了实验基础。
1.2.基因芯片点样仪
1.2.1.基因芯片点样仪结构型式
相对于工作台，基因芯片点样仪[14]
点样头具有三个自由度，可运动到工作
空间的任意位置。目前，按照点样头与孔板（用于承接点样液的基板）在点样过
程中的位置关系，基因芯片点样仪可分为接触式和非接触式点样仪；根据机械结
构布局类型及其特点，点样仪又可分为以下几种[15]
：(a)固定龙门式；(b)托盘固
定的移动龙门式；(c)托盘单轴可移动的移动龙门式；(d)四立柱或多立柱桥式；
(e)固定悬臂式；(f)移动悬臂式。
（a）固定龙门式
固定龙门式点样仪的特点是龙门固定不动，托盘可沿 X 向移动，X 向的驱
动装置一般布置在托盘下方中部． 其优点是点样头刚度好， 能够保持较高的精度。
其缺点在于：运动所需空间大；如果玻片不能很好地固定在托盘上，那么在点样
过程中，由于托盘沿 x轴移动，玻片会因此产生晃动而影响点样精度。固定悬臂
图 1.1 固定龙门式
（b）托盘固定的移动龙门式
此类布局方式也可称作双桥移动龙门式，如图1.2 所示，特点是龙门沿 x 向
导轨移动，滑架带动 z 轴沿横梁y 向移动，托盘固定。优点是：刚度好，结构简
单；点样过程中，由于托盘固定不动，因而孔板不会晃动而影响点样精度。
图 1.2 托盘固定的移动龙门式
（c）托盘单轴可移动的移动龙门式
这种方式可以看作是前一种方式的变体， 主要区别之处在于托盘可沿 x 向移
动，从而实现玻片的大规模集成点样头点样时，托盘固定不动，当前托盘点样完
毕后，沿 x 向移动，实现托盘的自动更换。在进行生物芯片的大规模制备时，这
种方法可以显著提高点样的自动化水平，但需要提供多个托盘。固定悬臂式如图
1.3 所示.
图 1.3 托盘可移动的移动龙门式
（d）四立柱或多立柱桥式
这种方式实际上也可看作是移动龙门式的一种变体， 主要区别之处在于其移
动的部分只有横梁部分，可以有效减小活动部分的惯量．此类布局方式的优点是
空间利用率高。但是由于三文移动机构全部高架在离开托盘一定高度的构架上，
靠四根立柱和多根立柱支撑，刚度和稳定性不高。固定悬臂式如图 1.4 所示
图 1.4 四立柱或多立柱桥式
（e）固定悬臂式
这种方式类似与固定龙门式， 区别在于横梁采用悬臂梁而非龙门式的双向支
撑，因此其刚度不及固定龙门式。由于点样过程中托盘也要沿x 轴向移动，所以
占用空间也比较大。固定悬臂式如图1.5 所示
（f）移动悬臂式
移动悬臂式分为托盘移动和托盘固定两种形式，一般又称为地轨式，类似于
移动龙门式，但更节省空间和成本(x向使用一根导轨)，并且x 向行程可以很大，
但是悬臂梁单侧承载自身重力会引起变形， 所以此类布局方式的刚度及稳定性不