[發(fā)明專利]一種可實(shí)現(xiàn)微觀粒子捕捉及釋放的微納機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011130896.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112245779A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊啟高;呂華陽(yáng);謝林柏;朱一昕;楊國(guó)鋒;畢愷韜;李岳陽(yáng);盧聞州;黃文濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): A61M31/00
• 分類號(hào): A61M31/00;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 無(wú)錫華源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發(fā)明公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)微觀粒子捕捉及釋放的微納機(jī)器人，屬于磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)控制的機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。所述微納機(jī)器人由磁性鎳制金屬段、被動(dòng)金段以及柔性結(jié)構(gòu)的多孔銀段三個(gè)部分構(gòu)成。該微納機(jī)器人通過(guò)梯度磁場(chǎng)控制磁性鎳制金屬段的移動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)被動(dòng)金段的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)捕捉和釋放功能。磁驅(qū)微納機(jī)器人對(duì)環(huán)境友好、無(wú)污染，符合快速?gòu)氐浊宄卸疚镔|(zhì)的關(guān)鍵要求。本發(fā)明中的微納機(jī)器人參數(shù)可控，游泳能力強(qiáng)，裝載能力強(qiáng)。微流體環(huán)境的低雷諾數(shù)和微納機(jī)器人的布朗運(yùn)動(dòng)，對(duì)機(jī)器人的精確操控是一個(gè)挑戰(zhàn)，而本發(fā)明中的微納機(jī)器人主要由現(xiàn)有的磁驅(qū)系統(tǒng)控制，控制方式較為簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)人體血液環(huán)境中的細(xì)胞捕捉及靶向給藥等基本功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)微觀粒子捕捉及釋放的微納機(jī)器人，屬于磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)控制的機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類的生產(chǎn)生活中，比如制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等。這些機(jī)器人所實(shí)現(xiàn)的功能千差萬(wàn)別，大小形態(tài)也各有不同，能夠幫助完成一些人類力所不能及的任務(wù)。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，也有很多的疑難雜癥需要在體內(nèi)進(jìn)行診斷和治療，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)手段尚不能實(shí)現(xiàn)有效的治療效果，因此，一種能在人體內(nèi)應(yīng)用的微納米級(jí)別的機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。

現(xiàn)有的微納機(jī)器人主要有磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、超聲驅(qū)動(dòng)、光驅(qū)動(dòng)等幾種驅(qū)動(dòng)方式，其中磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)可以在生物體中利用低強(qiáng)度磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)損遠(yuǎn)程控制，有易于調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)。磁驅(qū)微納機(jī)器人是一種將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的微納米裝置，它可以僅僅由外部磁場(chǎng)提供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所需要的動(dòng)力，因此結(jié)構(gòu)上可以省略掉驅(qū)動(dòng)裝置的部分，不僅結(jié)構(gòu)上可以簡(jiǎn)化，體積也可以根據(jù)需要靈活改變。一般情況下的微納機(jī)器人都會(huì)在低雷諾數(shù)環(huán)境中進(jìn)行操作，在該環(huán)境下，慣性力與黏性力的比值極小，經(jīng)常可以忽略掉慣性力的作用，因此，想要機(jī)器人移動(dòng)，就必須要施加一個(gè)持續(xù)不斷的磁力。

現(xiàn)有磁驅(qū)微納機(jī)器人已經(jīng)有所發(fā)展，利用梯度磁場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、震蕩磁場(chǎng)基本可以實(shí)現(xiàn)在規(guī)劃軌跡上運(yùn)動(dòng)以及躲避障礙物的功能。然而，在實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒的精準(zhǔn)捕捉和釋放功能方面現(xiàn)有磁驅(qū)微納機(jī)器人還有所欠缺。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)微觀粒子捕捉及釋放的微納機(jī)器人，以提高靶向送藥的效率，增加微納機(jī)器人的捕捉功能。該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝成本低，方便控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種磁驅(qū)柔性的微納機(jī)器人，所述微納機(jī)器人由多個(gè)機(jī)械臂組成，所述機(jī)械臂由磁性鎳制金屬段、被動(dòng)金段、柔性結(jié)構(gòu)的多孔銀段組成；所述磁性鎳制金屬段和被動(dòng)金段之間用柔性結(jié)構(gòu)的多孔銀段連接。

進(jìn)一步地，所述微納機(jī)器人由4-8個(gè)機(jī)械臂組成。

進(jìn)一步地，所述磁性鎳制金屬段占據(jù)單個(gè)機(jī)械臂體積的20％-40％。

進(jìn)一步地，所述單個(gè)機(jī)械臂的直徑為200-300nm，長(zhǎng)度為5-10μm，單個(gè)機(jī)械臂上被動(dòng)金段的數(shù)量為1-3個(gè)。

進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂的制備方法包括以下步驟：

1)制備出薄膜狀的帶有納米孔的氧化鋁膜，在氧化鋁膜的分支面濺射一薄層(犧牲層)作為工作電極，將氧化鋁膜組裝在帶有鋁箔的電鍍槽中，作為后續(xù)電沉積的電接點(diǎn)；

2)使用帶有電荷的鍍銀液將犧牲層電沉積到氧化鋁膜的分支面，在-0.9V電壓下充滿3.0C電荷；

3)根據(jù)被動(dòng)金段的數(shù)量，將氧化鋁膜按照鎳、銀、金或鎳、銀、金、銀、金或鎳、銀、金、銀、金、銀、金的順序分別在鍍鎳溶液、鍍銀溶液、鍍金溶液中沉積，得到納米線；所述沉積均在-1.0V的電壓下進(jìn)行，在鍍鎳溶液中達(dá)到5.0C的電荷量，在鍍銀溶液中達(dá)到2.0C的電荷量，在鍍金溶液中達(dá)到1.0C的電荷量；所述氧化鋁膜在鍍鎳溶液中沉積得到磁性鎳制金屬段，在鍍銀溶液中沉積得到柔性結(jié)構(gòu)的多孔銀段，在鍍金溶液中沉積得到被動(dòng)金段；