在仪器科学、微纳米技术与生物工程的交叉领域内,微细操作作为关键性技术之一,被用于细胞核移植和克隆、胞内信息分析、显微授精以及辅助孵化等方面。本文将功率超声技术与传统显微操作技术相结合,提出了一种超声微细操作的方法,可用于单细胞的穿刺、注射和吸引等微细操作。本文阐述了超声换能器和变幅杆部分的设计理论,选用四端网络法作为复合变幅杆设计的理论依据。利用有限元仿真技术,研究了模态和谐响应分析的实现方法,以ANSYS软件作为仿真平台,对四端网络设计的结果进行了深入分析,对微细超声换能器的各项特征参数进行了校验,为实际的实验操作提供了数据支持。在现有的超声设备驱动电源的基础上,基于大功率运放和自适应滤波技术,采用粗—精调结合的频率跟踪策略,研制了宽频带、高电压、输出信号质量好的功率超声信号源。该信号源能够实现幅值0~200V,频率范围0~1MHz,最大功率达30W的正弦信号输出,具有良好的驱动能力和自动频率跟踪功能。利用该信号源不但可实现微细换能器等中小型功率设备的驱动,也可用于超声手术刀和医用微喷等多种功率超声仪器,同时为超声换能器负载识别的研究提供了平台。本文以激光测振仪和动态信号分析仪为主搭建振幅和导纳测量系统,并研究了数据后处理方法。完成了微细超声换能器的工作模态、谐振振幅等参数的测试和分析,取得了换能器的特征数据。测试结果与设计和仿真结果相吻合显示了其设计、制作的可靠性和实际工作的有效性。完成了功率信号源的性能测试,其结果可达到预期设计指标。在超声谐振驱动方式下,通过对微探针振幅、加速度和穿刺力的数值计算和分析,从理论上证明了利用超声进行微细操作的可行性。对鱼卵细胞的穿刺实验的成功,验证了超声微细操作在实际应用中的有效性。利用20000帧/秒的高速拍摄技术获得穿刺实验的瞬时图像,显示并证明了超声微细操作方法在减小细胞受压变形、降低损伤,提高成功率等方面的优势。