細胞のキャプチャ、切断、分離、注入などの細胞レベルの操作を実現するために、本論文では生物細胞工学を対象とした柔軟な並列圧電位置決めステージを設計し、モデリング、シミュレーション、試験を行った。この位置決めステージは、動作プラットフォーム、ベース、3段階増幅機構、および3つの圧電アクチュエータで構成されている。圧電アクチュエータが発生させる変位は3段階増幅機構によって増幅され、フィードバック制御によって位置決めステージの精密な動作が実現され、目的の位置決め効果が達成される。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機構の運動静力学解析を行った。ラグランジュ方程式を用いて集中質量法により設計した柔軟並列圧電位置決めステージの動的モデルを確立した。構造パラメータを決定した後、それを検証するため有限要素解析を行った。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、この機構は大行程かつ高周波数の動作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ステージの試作品システムを構築し、オープンループおよびクローズド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、設計した位置決めステージが125μm×126μmの作業行程を持ち、XおよびY方向の固有振動数がそれぞれ128.9Hz、132.8Hzであり、対応する動作分解能はいずれも400nmを超えることを示した。

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