细胞的显微操作是医学应用的一项重要技术,包括了对细胞的定位、移动、旋转、穿刺注射等操作方式,应用于胚胎活检和胞浆内精子注射等场景。胞浆内精子注射,是指使用微注射管,经穿刺卵细胞后,将精子送入卵细胞内部的体外受精方式。传统的体外受精方式是将卵细胞放置于大量的精子中,提高自然受精的概率,而胞浆内精子注射技术将单个精子精准送入卵细胞内部,成功率相较于传统方式大幅提升。由于细胞内部的结构并不是均匀的,因此,对细胞的穿刺注射,穿刺的方向需要通过显微操作的方式进行调整。本文对以往的细胞旋转操控方式进行了归纳,分为接触式和非接触式两种。接触式方法使用拉长的玻璃微管对细胞进行触碰或者摩擦,实现细胞的旋转定位,依赖熟练的实验人员,存在效率低和细胞损伤的问题;非接触式方法使用电场磁场等控制方法,存在装置的设置精度要求高,对细胞的热效应造成细胞活性下降等问题。本文建立了基于力学的声表面波—细胞受力模型,采用聚焦型叉指换能器提供细胞旋转力矩的方法,搭建了实验平台,提出了细胞旋转方位的确定方法,对斑马鱼胚胎细胞进行了旋转操作实验的验证。考虑到细胞的旋转控制需要一个可控的集中作用力,因此,本文采用聚焦型叉指换能器。为了找出实际焦点和理论焦点的位置关系,进行了 COMSOL仿真,得到了实际焦点距离等于1.5倍理论焦点距离的结论。根据此结论,本文进行了聚焦型叉指换能器的参数设计,添加了使声表面波能量更加集中的波导结构。本文针对斑马鱼胚胎细胞内部结构特点,提出了通过视觉反馈确定细胞三维朝向的方法,结合声表面波器件的信号输入控制,实现了初步的完整的细胞旋转自动化控制,单个细胞旋转所用的时间在7s至12s之间,旋转的角度误差在2°以内。本文对旋转过程中的细胞热效应进行了检测,局部最大温升在1.5℃以内,对旋转后的斑马鱼细胞进行了继续培育,胚胎成活率约为90%,证明了该方法的可靠性。本文创新地提出了一种只针对细胞内部结构的非接触旋转显微操控方法。