一种靶向给药型磁控微纳软体机器人

1.本发明涉及运载机器人技术领域，尤其是涉及一种靶向给药型磁控微纳软体机器人。


背景技术：

2.通常而言，微型机器人的尺寸可以达到几纳米至几百微米，其可通过非接触磁场进行控制，具有很强的操作性。微型机器人的个体体积是非常小的，结构上没有大型机器人复杂，适合在非常小的空间内做一些细微且精度高的预定动作，因此非常适合一些特殊场合和狭隘空间下人类无法操作的空间内做运输、检测、加工等工作，现在微型机器人还渗透和应用在医学领域，可以帮助医生做微创手术和对人体的一些部位上做到无损检测，例如微型机器人可以进入我们人体的肠道，胃部和血管等狭小和敏感的空间对我们人体局部的部位进行检测和判断，还有完成诸如细胞操作、清理血块、局部修复以及进行靶向药物运输等，具有非常好的应用前景和应用价值，随着微纳机器人学科的发展，基于磁控的微纳机器人逐渐成为各个领域的热点之一。
3.我们常用的磁场发生器为亥姆霍兹线圈和麦克斯韦线圈，通过电磁线圈产生的低强度、低频率的磁场能够穿透生物组织且对生物体无害，同时通过改变电磁线圈的电流可以产生不同类型的磁场，以实现磁性微型机器人的多种运动模式，在医疗领域可以通过磁场对机器人位置和运动模态的控制完成运输药物的功能。但是对于目前提出的磁控软体微型机器人的结构而言仍存在一些不足：现有的磁控微型螺旋机器人可以实现磁控运动，但结构上很难实现在载药的功能，没有办法载药，合适位置释放药物，而能载药和释放药物的结构运动速度比较慢和运动平稳比较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种靶向给药型磁控微纳软体机器人，该靶向给药型磁控微纳软体机器人能够解决现有技术中存在的问题；
5.本发明提供一种靶向给药型磁控微纳软体机器人，其包括锥形主体和螺旋型鞭毛；
6.所述锥形主体包括分为锥形主体上半部分和锥形主体下半部分；
7.所述锥形主体上半部分内部设置有空腔；
8.所述锥形主体上半部分顶面具有与空腔连通的开口，底面与所述螺旋形鞭毛连接；
9.所述锥形主体上半部分由ph刺激响应材料制成，且在不同ph值时锥形主体上半部分打开或关闭；
10.所述锥形主体上部分的底端与锥形椎体下半部分的顶面连接。
11.优选的，所述锥形主体和螺旋型鞭毛由光刻胶制成。
12.优选的，所述锥形主体下半部分和螺旋型鞭毛表面设置有镍钛磁性层。
13.优选的，所述螺旋型鞭毛的外径小于锥形主体下半部分底面的外径。
14.优选的，所述螺旋型鞭毛的外径和锥形主体下半部分底面的外径比为4：5。
15.优选的，所述靶向给药型磁控微纳软体机器人的总长为l，锥形主体的长度为l1；
16.其中，l1＝1/3l。
17.优选的，所述螺旋型鞭毛的螺旋圈数为6.5；
18.所述螺旋型鞭毛与锥形主体底部接触过渡部分为0.5圈。
19.优选的，所述ph刺激响应材料由水凝胶和生物缓冲溶液pbs的混合液制成。
20.优选的，在ph《7.4时收缩，所述锥形主体上半部分收缩，锥形主体上半部分锥形口打开；
21.在ph》7.4时膨胀，所述锥形主体上半部分膨胀，所述锥形主体上半部锥形口分闭合。
22.优选的，所述锥形主体上半部分收缩时为锥形主体总长的1/4～1/3。
23.有益效果：
24.锥形主体体外形为锥形，锥形主体包括用于载药的空腔，锥形顶部材料是ph值响应材料，机器人内部可以载药，不易泄露，运载药物的性能较好，结构对称，具有螺旋型鞭毛，运动平稳，锥形头部使其运动速度快。机器人在载药功能，释放药物，运动速度和运动平稳上有很好的平衡。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明锥形口闭合时的示意图；
27.图2为本发明锥形口打开时的示意图。
28.图3为本发明锥形头部关闭时的剖视示意图。
29.图4为本发明锥形头部打开时的剖视示意图。
30.图5为本发明实施例微型机器人的模块组成结构及运动控制流程示意图。
31.附图标记说明：
32.1、锥形主体上半部分；2、锥形主体下半部分；3、镍钛磁性层；4、锥形主体底部；5、螺旋型鞭毛；6、空腔。
具体实施方式
33.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"
顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.如图1至图4所示，本实施方式中提供了一种靶向给药型磁控微纳软体机器人，靶向给药型是指机器人能够将药物运载至指定的给药位置。磁控是指机器人在磁场的控制下移动。微纳指机器人是微纳米级。软体机器人是指机器人由柔性材料制作。
37.靶向给药型磁控微纳软体机器人其包括锥形主体和螺旋型鞭毛5。
38.锥形主体包括分为锥形主体上半部分1和锥形主体下半部分2。
39.锥形主体上半部分1内部设置有空腔6。
40.锥形主体上半部分1顶面具有与空腔6连通的开口，底面与所述螺旋形鞭毛连接，且螺旋形鞭毛与锥形主体同轴线设置。
41.锥形主体上半部分1由ph刺激响应材料制成，且在不同ph值时锥形主体上半部分1打开或关闭。
42.锥形主体上部分的底端与锥形椎体下半部分的顶面连接。
43.锥形主体体外形为锥形，锥形主体包括用于载药的空腔6，锥形顶部材料是ph值响应材料，机器人内部可以载药，不易泄露，运载药物的性能较好，结构对称，具有螺旋型鞭毛5，运动平稳，锥形头部使其运动速度快。机器人在载药功能，释放药物，运动速度和运动平稳上有很好的平衡。
44.锥形主体和螺旋型鞭毛5由光刻胶制成。锥形主体下半部分2和螺旋型鞭毛5表面设置有镍钛磁性层3。
45.螺旋型鞭毛5的外径小于锥形主体下半部分2底面的外径。具体的，螺旋型鞭毛5的外径和锥形主体下半部分2底面的外径比为4：5。
46.靶向给药型磁控微纳软体机器人的总长为l，锥形主体的长度为l1，其中，l1＝1/3l。
47.螺旋型鞭毛5呈顺时针螺旋。螺旋型鞭毛5的螺旋圈数为6.5，螺旋型鞭毛5与锥形主体底部4接触过渡部分为0.5圈。
48.ph刺激响应材料由水凝胶和生物缓冲溶液pbs的混合液制成。在ph《7.4时收缩，所述锥形主体上半部分1收缩，锥形主体上半部分1锥形口打开，在ph》7.4时膨胀，所述锥形主体上半部分1膨胀，所述锥形主体上半部锥形口分闭合。
49.锥形主体上半部分1收缩时为锥形主体总长的1/4～1/3。
50.需要说明的是：本实施方式提供的上述比值、数值或者数值范围，仅是一种优选方案，在实际制造过程中，可以对上述数值进行适应性的调整。
51.本发明微型机器人的原理为：锥形主体内部开设有空腔6，用于装载药物，锥形主体分为两个部分，锥形主体上半部分1的材料是具有ph刺激响应的水凝胶和生物缓冲溶液pbs的混合液，其在ph《7.4时收缩，锥形口打开，在ph》7.4时膨胀，锥形口闭合，锥形主体下半部分2和螺旋型鞭毛5的材料是光刻胶(光敏树脂+光引发剂)。机器人的头部设计为锥形，可以在运动过程中减少阻力，螺旋型鞭毛5结构结构对称，可以让是机器人的运动速度快而平稳。在机器人药物运输性能，运动速度和运动平稳性上有很好的结合。加工通过飞秒激光3d直写技术制造,锥形主体和螺旋型鞭毛5使用磁控溅射技术溅射金属材料镍和钛，最后沿机器人径向方向充磁。当旋转磁场作用时，锥形主体和顺时针螺旋型的鞭毛跟随旋转磁场旋转，实现旋转推进，当ph》7.4时锥形口闭合，药物运载在锥形空腔6里面，当ph《7.4时锥形口打开，药物释放，因此在载药和释放药物方面。.
52.参照图5，靶向给药型磁控微纳软体机器人还包括体外控制模块，上位机电性连接有运动控制器，运动控制器电性连接有伺服放大器，伺服放大器电性连接有亥姆霍兹线圈，亥姆霍兹线圈磁力连接有微型机器人，亥姆霍兹线圈外设置有超声定位设备，超声定位设备信号连接于上位机接收端，形成控制闭环。
53.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，包括锥形主体和螺旋型鞭毛；所述锥形主体包括分为锥形主体上半部分和锥形主体下半部分；所述锥形主体上半部分内部设置有空腔；所述锥形主体上半部分顶面具有与空腔连通的开口，底面与所述螺旋形鞭毛连接；所述锥形主体上半部分由ph刺激响应材料制成，且在不同ph值时锥形主体上半部分打开或关闭；所述锥形主体上部分的底端与锥形椎体下半部分的顶面连接。2.根据权利要求1所述的靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，所述锥形主体和螺旋型鞭毛由光刻胶制成。3.根据权利要求2所述的靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，所述锥形主体下半部分和螺旋型鞭毛表面设置有镍钛磁性层。4.根据权利要求1所述的靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，所述螺旋型鞭毛的外径小于锥形主体下半部分底面的外径。5.根据权利要求4所述的靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，所述螺旋型鞭毛的外径和锥形主体下半部分底面的外径比为4：5。6.根据权利要求1所述的靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，所述靶向给药型磁控微纳软体机器人的总长为l，锥形主体的长度为l1；其中，l1＝1/3l。7.根据权利要求1所述的靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，所述螺旋型鞭毛的螺旋圈数为6.5；所述螺旋型鞭毛与锥形主体底部接触过渡部分为0.5圈。8.根据权利要求1所述的靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，所述ph刺激响应材料由水凝胶和生物缓冲溶液pbs的混合液制成。9.根据权利要求8所述的靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，在ph<7.4时收缩，所述锥形主体上半部分收缩，锥形主体上半部分锥形口打开；在ph>7.4时膨胀，所述锥形主体上半部分膨胀，所述锥形主体上半部锥形口分闭合。10.根据权利要求9所述的靶向给药型磁控微纳软体机器人，其特征在于，所述锥形主体上半部分收缩时为锥形主体总长的1/4～1/3。

技术总结
本发明涉及运载机器人技术领域，尤其是涉及一种靶向给药型磁控微纳软体机器人。靶向给药型磁控微纳软体机器人包括锥形主体和螺旋型鞭毛；锥形主体包括分为锥形主体上半部分和锥形主体下半部分；锥形主体上半部分内部设置有空腔；锥形主体上半部分顶面具有与空腔连通的开口，底面与所述螺旋形鞭毛连接；锥形主体上半部分由pH刺激响应材料制成，且在不同PH值时锥形主体上半部分打开或关闭；锥形主体上部分的底端与锥形椎体下半部分的顶面连接。机器人在载药功能，释放药物，运动速度和运动平稳上有很好的平衡。上有很好的平衡。上有很好的平衡。


技术研发人员：沈腾 陈泽标 刘梓腾
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/8/6