压电超声显微切割作为一种对组织细胞伤害小、分离精度高的技术已广泛用于病理切片显微切割实验研究中。但现有的显微切割装置存在诸多不足,例如切割仪针尖横向振动较大,切割精度低,容易对组织造成附加损伤,切割轨迹较粗糙且分离效果差;同时,面对不同种类、尺寸、厚度的实验对象,切割参数不可调,切割效率较低等。针对此类问题,本文提出了一种新型的压电超声显微切割装置模型,能有效减缓或抑制组织显微切割过程的有害残余振动,提高切割精度降低附加损伤,旨在实现高效、精准、安全的显微切割实验需求。本文主要研究内容如下:第一,根据显微切割实验特点对系统平台进行设计,对平台所需功能进行分析并提出了系统整体框架结构。根据各个功能模块技术要求,对各个设备和模块进行选型和调试,为了满足系统特殊的实验操作要求,对部分装置及驱动电路进行定制化设计。最后完成各个模块的集成和调试,并编写系统操作界面实现自动化或半自动操作任务。第二,对国内外生物显微切割技术和方法进行研究,分析了压电超声切割技术中的优势和不足。将生物组织断裂机理及压电超声显微切割原理相结合,对切割过程运动控制参数、实验条件、陶瓷驱动参数等进行了分析和讨论,为压电超声切割装置设计及实验技术要求提供了理论依据。第三,为解决现有切割仪针尖横向有害振动较大、切割精度不稳定等问题,结合柔性铰链特性分析,提出了一种基于中心对称式三维柔性导向机构的显微切割仪模型。通过有限元仿真优化设计和理论计算确立了铰链和关键零部件的尺寸参数和材料。为验证装置可行性,对所设计三维模型进行模态分析计算出共振频率及对应模态阶数。将普通切割装置模型与之进行对比仿真分析,即在相同的条件下研究针尖的运动情况。由谐响应分析结果表明,本文所设计切割仪相比普通切割装置针尖横向有害振动更小,且轴向输出性能更加稳定。第四,对所设计切割装置模型进行零件加工和装配,其中包括微针选型、压电陶瓷封装设计。为满足装置幅值和频率可调使得装置适应性更广,对切割仪驱动电路进行定制设计和封装调试。为验证装置的实际性能,分别通过两组对比测试实验,即驱动器输出轴在有无横向位移情况下,获得针尖的位移频率响应曲线。结果表明,本文设计的柔性导向机构切割仪针尖有害横向位移更小(<1 u m),位移输出幅值更稳定,满足安全、精准的实验需求。最后,为验证切割装置及系统平台的可行性和实用性,制定显微切割实验操作技术流程,对5μm的小鼠肝脏病理石蜡切片进行实验研究。通过系列对比实验,得到插入深度2μ m、切割速度100μm/s、切割角度45°、振动频率21KHz的最佳切割参数。另外,切割力方向与轨迹切线方向夹角也是影响轨迹质量的重要参数,结果表明,当两者方向保持一致时获得的实验效果最好,满足高精度、微损伤的组织显微切割实验要求。