細胞レベルの操作、例えば細胞の捕獲、切断、分離および注入を実現するために、本研究では生物細胞工学向けの柔軟な並列圧電位置決め台を設計し、モデリング、シミュレーションおよびテストを行った。本位置決め台は動作プラットフォーム、ベース、三段階増幅機構および三つの圧電アクチュエーターで構成されている。圧電アクチュエーターによる変位は三段階増幅機構を介して増幅され、フィードバック制御により位置決め台の精密な動作が実現され、目標位置決め効果を達成する。設計過程では、擬似剛体法と柔軟なヒンジ剛性計算モデルを組み合わせて本機構の運動静力学解析を行った。ラグランジュ方程式を利用し、集中質量法により設計した柔軟並列圧電位置決め台の動力学モデルを構築した。構造パラメータを決定後、有限要素解析を行い導出した理論モデルを検証した。シミュレーション結果は、理論モデルとシミュレーションモデルの誤差が10％未満であり、本機構は大行程かつ高周波数の運動が可能であることを示した。さらに、柔軟並列圧電位置決め台の試作機システムを構築し、開ループおよび閉ループ性能を評価するための実験試験を行った。実験結果は、設計した位置決め台が125 μm×126 μmの作動行程を持ち、XおよびY方向の固有振動数がそれぞれ128.9 Hz、132.8 Hzであり、対応する運動分解能は両方向で400 nm以上であることを示した。

細胞微操作;圧電アクチュエーター;柔軟並列機構;微小位置決めプラットフォーム