專利名稱：可控型微生物刻蝕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微生物刻蝕裝置，特別涉及一種通過對加工對象及其附著微生物的熱場、電場、磁場、光場或氧、二氧化碳濃度場等加以精細控制，以制造出特定空間結(jié)構(gòu)的可控型微生物刻蝕裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，人們的注意力逐漸從宏觀物體轉(zhuǎn)向那些發(fā)生在小尺度中的現(xiàn)象及其相應器件上。微電子機械系統(tǒng)(MEMS-Micro Electro MechanicalSystem)越來越受到重視，各種微/納米器件不僅改善了人們的生活質(zhì)量更進一步推動了科學技術(shù)的發(fā)展。然而，隨著尺度的減小，加工的難度也隨之提高，如何實現(xiàn)對微/納米尺度結(jié)構(gòu)的加工就成為一大類重要問題。目前的微加工技術(shù)主要由半導體集成電路(IC)制造業(yè)中的微細加工技術(shù)與機械制造業(yè)中的精密機械加工技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生，它是發(fā)展微/納米機械電子工程的基礎和保證。現(xiàn)在，各種微加工技術(shù)主要依賴于微電子技術(shù)的發(fā)展，微加工技術(shù)和用于加工MEMS器件的材料均直接借鑒自IC工業(yè)，各種成熟的表面加工技術(shù)已經(jīng)可以制造出復雜的MEMS器件。然而，傳統(tǒng)的微加工技術(shù)通常加工成本昂貴，加工環(huán)境苛刻，加工過程復雜，存在一定的環(huán)境污染問題。
與此同時，生物工程技術(shù)突飛猛進的發(fā)展為實現(xiàn)仿生學和生物工程學微加工提供了技術(shù)支持。在這種趨勢中，生物加工技術(shù)正逐漸引起注意。此方面，氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans，簡稱T.f菌)屬于硫桿菌屬，是革蘭氏陰性的極端嗜酸性的專性化無機營養(yǎng)細菌；利用氧化亞鐵硫桿菌新陳代謝過程中的生化反應對金屬基片進行生物氧化，可以實現(xiàn)一些特殊的微結(jié)構(gòu)。在整個氧化過程中，該菌能夠?qū)⑾牡舻难趸瘎┩ㄟ^代謝重新生成，并且自身得到增殖，這種物質(zhì)循環(huán)保證了生物刻蝕過程的延續(xù)。比如鐵類金屬的生物刻蝕就是利用氧化亞鐵硫桿菌在生長過程中將Fe2+氧化成Fe3+為自身提供能量的特點，將具有很強氧化性的產(chǎn)物Fe3+作為化學蝕刻的生物試劑對那些能夠起還原反應的金屬材料進行加工。其中的生化過程是建立在鐵氧化系統(tǒng)上的，主要通過氧化亞鐵硫桿菌的一個92KD的外膜蛋白，一個鐵質(zhì)藍素(內(nèi)含鐵硫菌藍蛋白)，許多c和a1型細胞色素及鐵(II)氧化酶等來實現(xiàn)。Fe3+將金屬原子氧化，達到刻蝕的目的。生物加工銅的總反應式為 (2)所以，利用氧化亞鐵硫桿菌自養(yǎng)過程中產(chǎn)生的三價Fe離子的強氧化性，可以實現(xiàn)對銅和銅合金的蝕刻加工方法。不過，迄今為止，已開展的加工過程，要么是其加工方式很難控制，要么就是復雜代價昂貴。實際上，基于微生物的各種生化反應特性，可借助于工程上精確可控的外場實現(xiàn)復雜的生物微細加工技術(shù)。我們知道，由于微生物的生長是要求一定的溫度或其他物理場環(huán)境的，不同的溫度條件下其活性也會發(fā)生改變。因而利用微尺度傳熱學和流體力學技術(shù)控制局部溫度場變化，達到對微尺度范圍微生物生存環(huán)境溫度的有序控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)對微生物加工技術(shù)的可控操作。這種途徑可望是一種相對廉價、快速的加工方式。本發(fā)明的目的正是基于設計并實現(xiàn)對微生物在溫度場及其他多種物理場進行精確控制下來實現(xiàn)對對微/納結(jié)構(gòu)的精細加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可控型微生物刻蝕裝置，通過計算機控制加熱微元件陣列中各元件工作的時間、空間分布，得到可控的復雜溫度場及多種物理化學場分布，從而使得容器內(nèi)微生物處于不同的工作溫度或其他場濃度，利用其在不同溫度和其他物理場下生物活性不同的特點，調(diào)控其與加工對象的反應速率，進而實現(xiàn)特定的空間結(jié)構(gòu)。這種刻蝕加工過程具有可控、加工結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、環(huán)境污染小、材料消耗少的特點，可以高效實現(xiàn)對多種材料及三維微結(jié)構(gòu)的加工。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的可控型微生物刻蝕裝置，如圖1所示，包括一透明耐酸箱體2，放置在透明耐酸箱體2內(nèi)底面上的帶有滑輪23的微加工控制臺22；所述微加工控制臺22上表面上放置有半導體制冷元件陣列21；與透明耐酸箱體2的上頂蓋7由上至下依次相連的垂直運動固定件16、垂直運動伸縮件17、陣列基板18、微加熱或其他物理化學場元件陣列19；
待刻蝕工件20放置在所述半導體制冷元件陣列21的上表面，所述刻蝕工件20的上表面上放置微生物菌膜，微生物菌膜與微加熱或其他物理化學場元件陣列19之間留有10微米到1毫米的熱隔離間隙；與微加熱或其他物理化學場元件陣列19相連的控制電源電路9穿過設置在上頂蓋7上的帶有密封材料10的微孔與數(shù)據(jù)采集器11相連，位于透明耐酸箱體2內(nèi)的水氣管路(14)穿過設置在上頂蓋7上的帶有密封材料10的微孔與氧氣瓶、二氧化碳氣瓶和水源15相連；所述數(shù)據(jù)采集器11與計算機12相連；所述透明耐酸箱體2的內(nèi)底面上設置有滑軌3，所述設置在微加工控制臺(22)底面的滑輪23與所述滑軌3滾動配合，步進電機4控制滑輪23在滑軌3上作水平方向的二維滾動運動；一電、磁和光場控制器5位于透明耐酸箱體2之內(nèi)，包括用于在透明耐酸箱體2內(nèi)產(chǎn)生電場的由金屬板組成的電極、用于在透明耐酸箱體2內(nèi)產(chǎn)生磁場的永磁體薄片、由可移動的半導體激光器構(gòu)成的激光光源。
本發(fā)明的可控型微生物刻蝕裝置，還可包括可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定底座1，所述透明耐酸箱體2水平放置其上，該可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定底座1控制透明耐酸箱體2，使其內(nèi)底面處于水平位置。
所述微生物菌膜為氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans)生長的微生物菌膜，但不限于該菌膜。
所述的微加工控制臺22、微加熱或其他物理化學場元件陣列19及其陣列基板18上涂有耐酸涂料或使用耐酸材料制作。
所述的微加工控制臺22的水平方向上的二維運動和垂直運動伸縮件17的上下運動相互配合，呈三維運動狀態(tài)，其中微加工控制臺22作縱向和橫向的水平移動，垂直運動伸縮件17作垂直方向的上下運動。
微加熱或其他物理化學場元件陣列19通過時序控制，得到溫度場精確的空間、時間以及單點的溫度分布；或者得到電場、磁場、光場、酸堿度、氧濃度的空間和時間分布。
所述計算機12控制微加熱或其他物理化學場元件陣列19中微加熱元件陣列的加熱，實現(xiàn)各種時序加熱矩陣和空間局陣。
所述的透明耐酸箱體2的幾何尺寸在150mm×150mm×100mm到1500mm×1500mm×1000mm范圍。
所述的微加工控制臺22的平面幾何尺寸在100mm×100mm到1000mm×1000mm范圍。
所述微加熱或其他物理化學場元件陣列19可為平面陣列、曲面陣列或分布在三維不規(guī)則面上的三維陣列。
本發(fā)明的可控型微生物刻蝕裝置還進一步包括工件卡具13，通過工件卡具13將所述待刻蝕工件20固定在所述半導體制冷元件陣列21上表面上。
由圖1可知，透明耐酸箱體2由耐酸透明材料如玻璃等制成，通過鉸鏈6將箱體2和頂蓋7相連，箱體2由于透明因而便于觀測加工過程。頂蓋7上開有2×φ10mm的通孔，并充填密封材料10如樹脂等密封，控制電源電路9和水氣管路14穿過這兩個通孔連接到箱體內(nèi)，據(jù)此可保證在加工過程中，能夠精確控制箱內(nèi)環(huán)境，以減少外界的干擾和污染。在箱體2的內(nèi)底面鋪設有滑軌3，并通過步進電機4控制整個微加工操作臺作平面二維運動。如圖2所示，微加工控制臺22、滑輪23、開有微槽道的半半導體制冷元件陣列21，其內(nèi)安裝有溫度傳感器、用來夾持待刻蝕工件20的工件卡具13；當半導體制冷元件陣列21工作時，產(chǎn)生的冷量可以將待刻蝕工件20溫度保持在適于加工用微生物活性較低的溫區(qū)，并通過半導體制冷元件陣列21中的溫度傳感器精確控制。半導體制冷陣列產(chǎn)生的熱量通過微加工控制臺22散失。必要時可通過在半導體制冷陣列上的微流道中通以冷氣流或冷水來冷卻，以得到所需的較大冷量。頂蓋7上連接的是用以精確控制微加工過程的主要裝置，通過垂直運動固定件16、垂直運動伸縮件17來固定并控制陣列基板18和微加熱或其他物理化學場元件陣列19在垂直方向上的微位移，從而最終實現(xiàn)三維微結(jié)構(gòu)的加工。陣列基板18要求使用隔熱材料制成，以防止微加熱元件之間的相互熱干擾，各個元件通過在陣列基板18上開出微/納尺度的槽道來實現(xiàn)互相之間的熱隔離，從而可以通過微加熱元件陣列在加工微生物形成的微生物菌膜上，形成精確的熱分布，進而調(diào)節(jié)微生物的活性及反應速率。此外，控制電源電路9同數(shù)據(jù)采集器11和計算機12相連接，為微加工操作臺的步進電機4、半導體制冷元件陣列21、微加熱或其他物理化學場元件陣列19提供編程控制信號和電源；水氣管路14同氧氣瓶、二氧化碳氣瓶15和潔凈的水源相連，提供微生物生存所必須的氣分和水源。最后，圖3-1至圖3-4顯示了微加熱元件陣列實現(xiàn)計算機控制的一種時序編碼工作過程。除了如上說述通過有序加熱來實現(xiàn)的可控型生物加工外，通過在陣列基板18或加工對象底部單獨或者同時選配不同的電場、磁場、光場控制元件陣列，它們各自可在微/納米尺度范圍，因而可以實現(xiàn)多物理場控制下的精確加工。
本發(fā)明的可控型微生物刻蝕裝置，具有如下特點本發(fā)明的可控型微生物刻蝕裝置，通過計算機控制微加熱或其他物理化學場元件陣列中各元件的工作時間、空間分布，得到可控的復雜溫度場及多種物理化學場分布，從而使得容器內(nèi)微生物處于不同的工作溫度或其他場濃度，利用其在不同溫度和其他物理場下生物活性不同的特點，調(diào)控其與待刻蝕工件的反應速率，進而實現(xiàn)特定的空間結(jié)構(gòu)。這種刻蝕加工過程具有可控、加工結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、環(huán)境污染小、材料消耗少的特點，可以高效實現(xiàn)對多種材料及三維微結(jié)構(gòu)的加工。


附圖1為本發(fā)明的可控型微生物刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為微加工工件臺和微加熱元件陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3和圖3-1至圖3-4為本發(fā)明實現(xiàn)計算機編程控制精確熱場的時序圖；其中底座1 透明耐酸箱體2 滑軌3步進電機4 鉸鏈6 電、磁、光場控制器5頂蓋7 控制電源線路9 滑輪23密封材料10 數(shù)據(jù)采集器11 計算機12工件卡具13 水氣管路14垂直運動固定件16陣列基板18 待刻蝕工件20 垂直運動伸縮件17微加工控制臺22 半導體制冷陣列元件21氧氣瓶、二氧化碳氣瓶和水源15微加熱或其他物理化學場元件陣列19具體的實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
如圖1所示為本發(fā)明提供的可控型微生物刻蝕裝置，包括一透明耐酸箱體2，放置在透明耐酸箱體2內(nèi)底面上的帶有滑輪23的微加工控制臺22；所述微加工控制臺22上表面上放置有半導體制冷元件21；與透明耐酸箱體2的上頂蓋7由上至下依次相連的垂直運動固定件16、垂直運動伸縮件17、陣列基板18和微加熱或其他物理化學場元件陣列19；
待刻蝕工件20放置在所述半導體制冷元件陣列21的上表面，所述刻蝕工件20的上表面上放置微生物菌膜，微生物菌膜與微加熱或其他物理化學場元件陣列19之間留有10微米到1毫米的熱隔離間隙；與微加熱或其他物理化學場元件陣列19相連的控制電源電路9穿過設置在上頂蓋7上的帶有密封材料10的微孔與數(shù)據(jù)采集器11相連，位于透明耐酸箱體(2)內(nèi)的水氣管路14穿過設置在上頂蓋7上的帶有密封材料10的微孔與氧氣瓶、二氧化碳氣瓶和水源15相連；所述數(shù)據(jù)采集器11與計算機12相連；所述透明耐酸箱體2的內(nèi)底面上設置有滑軌3，所述設置在微加工控制臺22底面的滑輪23與所述滑軌3滾動配合，步進電機4控制滑輪23在滑軌3上作水平方向的二維滾動運動；一電、磁和光場控制器5位于透明耐酸箱體2之內(nèi)，包括用于在透明耐酸箱體2內(nèi)產(chǎn)生電場的由金屬板組成的電極、用于在透明耐酸箱體2間產(chǎn)生磁場的永磁體薄片、由可移動的半導體激光器構(gòu)成的激光光源。
本發(fā)明的可控型微生物刻蝕裝置，還包括可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定底座1，所述透明耐酸箱體2水平放置其上，該可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定底座1控制透明耐酸箱體2，使其內(nèi)底面處于水平位置。
所述微生物菌膜為氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans)生長的微生物菌膜或更多種類的菌膜。
所述的微加工控制臺22、微加熱元件陣列19及其基板18上涂有耐酸涂料或使用耐酸材料制作。
所述的微加工工件臺22的水平方向上的二維運動和垂直運動伸縮件17的上下運動相互配合，呈三維運動狀態(tài)，其中微加工工件臺22作縱向和橫向的水平移動，垂直運動伸縮件17作垂直方向的上下運動。
所述的微加熱或其他物理化學場元件陣列19通過時序控制，得到各加熱元件開關(guān)的精確空間和時間分布，從而得到溫度場精確的空間、時間以及單點的溫度分布。
所述計算機12控制微加熱或其他物理化學場元件陣列19的加熱，實現(xiàn)各種時序加熱矩陣和空間局陣。
所述的透明耐酸箱體2的幾何尺寸為150mm×150mm×100mm到1500mm×1500mm×1000mm。所述的微加工控制臺22的平面幾何尺寸為100mm×100mm到1000mm×1000mm。
本發(fā)明的可控型微生物刻蝕裝置還進一步包括工件卡具13，通過工件卡具13將所述待刻蝕工件20固定在所述半導體制冷元件陣列21上表面上。
由圖1可知，透明耐酸箱體2由耐酸透明材料如玻璃等制成，通過鉸鏈6將箱體2和頂蓋7相連，透明耐酸箱體2由于透明因而便于觀測加工過程。頂蓋7上開有2×φ10mm的通孔，并充填密封材料10如樹脂等密封，控制、供電線路9和氣、水管路14穿過這兩個通孔連接到箱體內(nèi)，據(jù)此可保證在加工過程中，能夠精確控制箱內(nèi)環(huán)境，以減少外界的干擾和污染。在箱體2的內(nèi)底面鋪設有滑軌3，并通過步進電機4控制整個微加工操作臺作平面二維運動。如圖2所示，微加工工件臺22、滑輪23、開有微槽道的半導體制冷陣列21，其內(nèi)安裝有溫度傳感器、用來夾持待刻蝕工件20的工件卡具13；當半導體制冷陣列21工作時，產(chǎn)生的冷量可以將待刻蝕工件20溫度保持在適于加工用微生物活性較低的溫區(qū)，并通過半導體制冷陣列21中的溫度傳感器精確控制。半導體制冷陣列產(chǎn)生的熱量通過微加工工件臺22散失。必要時可通過在半導體制冷陣列上的微流道中通以冷氣流或冷水來冷卻，以得到所需的較大冷量。頂蓋7上連接的是用以精確控制微加工過程的主要裝置，通過固定件16、垂直運動伸縮件17來固定并控制基板18和微加熱元件陣列19在垂直方向上的微位移，從而最終實現(xiàn)三維微結(jié)構(gòu)的加工?；?8要求使用隔熱材料制成，以防止微加熱元件之間的相互熱干擾，各個元件通過在基板18上開出微/納尺度的槽道來實現(xiàn)互相之間的熱隔離，從而可以通過微加熱元件陣列在加工微生物形成的微生物菌膜上，形成精確的熱分布，進而調(diào)節(jié)微生物的活性及反應速率。此外，控制、供電線路9同數(shù)據(jù)采集器11和計算機12相連接，為微加工操作臺的步進電機4、半導體制冷陣列21、微加熱元件陣列19提供編程控制信號和電源；氣、水管路14同氧氣瓶、二氧化碳氣瓶15和潔凈的水源相連，提供微生物生存所必須的氣分和水源。最后，圖3-1至圖3-4顯示了微加熱元件陣列實現(xiàn)計算機控制的一種時序編碼工作過程。除了如上說述通過有序加熱來實現(xiàn)的可控型生物加工外，通過在基板18或加工對象底部單獨或者同時選配不同的電場、磁場、光場控制元件陣列，它們各自可在微/納米尺度范圍，因而可以實現(xiàn)多物理場控制下的精確加工。
本發(fā)明裝置的一個具體實施例的使用過程如下1.準備加工材料，包括清洗好的待刻蝕工件20，培養(yǎng)好的微生物菌膜，氧氣、二氧化碳氣瓶和水源15，編制好控制加工微結(jié)構(gòu)的微熱元件陣列程序。
2.對本裝置進行清潔，并按照圖1所示，打開半導體制冷元件21，保持在微生物活性很低的環(huán)境溫度，將工件20夾持在微加工控制臺22上，微加工控制臺22上附著菌膜，關(guān)閉頂蓋7，加工裝置安裝完畢并密封。
3.調(diào)節(jié)步進電機4，控制微加工控制臺22運動到合適位置，使得待刻蝕工件20位置同微加熱或其他物理化學場元件陣列19對應，然后調(diào)節(jié)垂直運動伸縮控制件17，降低微加熱或其他物理化學場元件陣列19高度接近微生物菌膜并與待刻蝕工件20保持一個很小的距離如10微米到1毫米，保證熱隔離。
4.通過計算機12和數(shù)據(jù)采集器11對微加熱或其他物理化學場元件陣列19編程，編碼過程如下例，并檢測其溫度場，得到精確控制的溫度場。
5.如圖3所示為一個簡單的3×3加熱元件矩陣的實例，說明一種時序編碼的微熱元件陣列控制方法。首先，圖3-1所示的0時刻，加熱元件都處于關(guān)閉狀態(tài)，行、列的二進制控制信號分別為
；在圖3-2所示的1時刻，時序控制第一排加熱元件啟動，其他兩排處在關(guān)閉狀態(tài)，行(圖中的縱向)、列(圖中的橫向)的二進制控制信號分別為[100]
；在圖3-3所示的2時刻，控制第二排加熱元件啟動，行、列的二進制控制信號分別為
[100]；在圖3-4所示的3時刻，除了第三排加熱元件，其他排都處在關(guān)閉狀態(tài)，行、列的二進制控制信號分別為
。這樣一個周期中就通過了一個時序信號控制排動作，一個編碼的加工信號控制列上的加熱元件動作。其中時序矩陣為100010001,]]>加工控制矩陣為010100010,]]>通過這樣的數(shù)字化方法，可以編制相應的軟件實現(xiàn)計算機輔助加工。
綜上所述，本發(fā)明的可控型微生物刻蝕裝置包括底座1、箱體2、微加工控制臺22及其水平控制機構(gòu)(步進電機4、滑軌3、滑輪22)、工作菌膜、半導體制冷元件陣列21、工件卡具13、微加熱或其他物理化學場元件陣列19、控制電源電路9、水氣管路14；用于在其內(nèi)產(chǎn)生電場的由金屬板組成的電極、用于在其間產(chǎn)生磁場的永磁體薄片、由可移動的半導體激光器構(gòu)成的光源(可選5)、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器11、計算機12、電源等。其中電場和磁場大小可通過裝置上設置的滑道改變電極或磁極的相對位置來調(diào)節(jié)，制冷可由半導體制冷器及微/納米級換熱槽道實現(xiàn)，受控的局部、有序加熱由電加熱元件陣列在計算機控制下實現(xiàn)，由此獲得相當復雜的多種場分布模式。透明耐酸箱體2的幾何尺寸可在150mm×150mm×100mm到1500mm×1500mm×1000mm之間，本實施例為150mm×150mm×100mm。微加工控制臺22的平面幾何尺寸在100mm×100mm到1000mm×1000mm之間，本實施例的微加工控制臺22的幾何尺寸為100mm×100mm。微加熱或其他物理化學場元件陣列19集成在陣列基底18之上，并通過電路、控制器、計算機實現(xiàn)編程控制，加熱微元件間通過開微/納米級槽道實現(xiàn)熱屏蔽，并在表面附著保護用的聚合物薄膜；經(jīng)過培養(yǎng)的特異性加工某種材料的菌種形成菌膜附著在加熱元件微陣列上；待加工工件被工件卡具夾持貼近菌膜并保持接觸；工件卡具上集成加工有半導體致冷器和換熱用微槽道，整個工件、卡具組合體通過夾持控制臺控制實現(xiàn)三維的空間運動；加工室外部通過電極、磁極、半導體激光器提供電、磁、光環(huán)境；基底上的微槽道為微生物提供必要的氧氣和二氧化碳。所有的器件通過電流導線連接電源，并通過傳感器、控制器、計算機集中控制整個加工過程。
權(quán)利要求
1.一種可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，包括一透明耐酸箱體(2)，放置在透明耐酸箱體(2)內(nèi)底面上的帶有滑輪(23)的微加工控制臺(22)；所述微加工控制臺(22)上表面上放置有半導體制冷元件陣列(21)；與透明耐酸箱體(2)的上頂蓋(7)由上至下依次相連的垂直運動固定件(16)、垂直運動伸縮件(17)、陣列基板(18)、微加熱或其他物理化學場元件陣列(19)；所述微加熱或其他物理化學場元件陣列(19)安裝于陣列基板(18)的下表面；待刻蝕工件(20)放置在所述半導體制冷元件陣列(21)的上表面，所述刻蝕工件(20)的上表面上放置微生物菌膜，微生物菌膜與微加熱或其他物理化學場元件陣列(19)之間留有10微米到1毫米的熱隔離間隙；與微加熱或其他物理化學場元件陣列(19)相連的控制電源電路(9)穿過設置在上頂蓋(7)上的帶有密封材料(10)的微孔與數(shù)據(jù)采集器(11)相連，位于透明耐酸箱體(2)內(nèi)的水氣管路(14)穿過設置在上頂蓋(7)上的帶有密封材料(10)的微孔與氧氣瓶、二氧化碳氣瓶和水源(15)相連；所述數(shù)據(jù)采集器(11)與計算機(12)相連；所述透明耐酸箱體(2)的內(nèi)底面上設置有滑軌(3)，所述設置在微加工控制臺(22)底面的滑輪(23)與所述滑軌(3)滾動配合，步進電機(4)控制滑輪(23)在滑軌(3)上作水平方向的二維滾動運動；一電、磁和光場控制器(5)位于透明耐酸箱體(2)之內(nèi)，包括用于在透明耐酸箱體(2)內(nèi)產(chǎn)生電場的由金屬板組成的電極、用于在透明耐酸箱體(2)內(nèi)產(chǎn)生磁場的永磁體薄片、由可移動的半導體激光器構(gòu)成的激光光源。
2.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，還包括可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定底座(1)，所述透明耐酸箱體(2)水平放置其上，該可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定底座(1)控制透明耐酸箱體(2)，使其內(nèi)底面處于水平位置。
3.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，所述微生物菌膜為氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans)生長的微生物菌膜。
4.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，所述的微加工控制臺(22)、微加熱或其他物理化學場元件陣列(19)及其基板(18)上涂有耐酸涂料或使用耐酸材料制作。
5.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，所述的微加工控制臺(22)的水平方向上的二維運動和垂直運動伸縮件(17)的上下運動相互配合，呈三維運動狀態(tài)，其中微加工控制臺(22)作縱向和橫向的水平移動，垂直運動伸縮件(17)作垂直方向的上下運動。
6.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，微加熱或其他物理化學場元件陣列(19)通過時序控制，得到溫度場精確的空間、時間以及單點的溫度分布；或者得到電場、磁場、光場、酸堿度、氧濃度的空間和時間分布。
7.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，所述計算機(12)控制微加熱或其他物理化學場元件陣列(19)中微加熱元件陣列的加熱，實現(xiàn)各種時序加熱矩陣和空間局陣。
8.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，所述的透明耐酸箱體(2)的幾何尺寸在150mm×150mm×100mm到1500mm×1500mm×1000mm范圍。
9.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，所述的微加工控制臺(22)的平面幾何尺寸在100mm×100mm到1000mm×1000mm范圍。
10.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，所述的微加熱或其他物理化學場元件陣列(19)為平面陣列、曲面陣列或分布在三維不規(guī)則面上的三維陣列。
11.按權(quán)利要求1所述的可控型微生物刻蝕裝置，其特征在于，還進一步包括工件卡具(13)，通過工件卡具(13)將所述待刻蝕工件(20)固定在所述半導體制冷元件陣列(21)上表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過對加工對象及其附著微生物的熱場、電場、磁場、光場、氧及二氧化碳濃度場等加以精細控制，從而借助于微生物與加工對象之間可控的生化反應，制造出特定空間結(jié)構(gòu)的可控型生物微細加工裝置。本裝置可通過計算機控制加熱微元件、電學或光學等微元件陣列中各單元工作的時間、空間分布，得到可控的復雜溫度場及多種物理、化學場，從而在容器內(nèi)的微生物中實現(xiàn)不同的工作溫度或其他物理化學場強度，進而達到調(diào)節(jié)微生物的生化反應活性，并改變其與加工對象的反應速率，以加工出特定的空間微結(jié)構(gòu)。通過卡具的三維運動，可以實現(xiàn)對工件的多維加工。根據(jù)不同微生物種類及加工對象，由本裝置所加工出的物體結(jié)構(gòu)尺寸可在從毫米到納米這樣一個較寬的量級范圍。該裝置是一種集成化的微型可控的多功能生物微細加工系統(tǒng)。
文檔編號C23F1/08GK1696347SQ20041003794
公開日2005年11月16日 申請日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者劉靜, 白曉丹 申請人:中國科學院理化技術(shù)研究所