CN107485779B - 纳米机器人及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纳米机器人及其制备方法，所述纳米机器人包括：液态金属液滴，在所述液态金属液滴内设置有装载部件；所述装载部件用于装载治疗药物；所述装载部件上连接有通道，所述通道的一端与所述装载部件连通，所述通道的另一端设置有封口部件，且所述封口部件暴露在所述液态金属液滴外。通过液态金属制备纳米机器人，使纳米机器人进入生物体后不会对生物体造成伤害。在纳米机器人内设置有至少一个装载部件和与之对应的通道，使纳米机器人可以根据目标组织的性质将装载部件内的药物释放，达到治疗的目的。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域，更具体地，涉及纳米机器人及其制备方法。
背景技术
目前，纳米机器人是纳米生物学中十分重要的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。
纳米机器人实际上是纳米级的药物载体，具有诸多的研究方向、极好的应用前景和商业价值，研发模型也具有较强的理论基础和实验依据。但目前的研究工作面临着很多的挑战，主要表现在纳米载体材料的制备以及生物兼容性化、载体药物机理研究、分析方法的不完善及纳米载体材料在体内的毒性研究。限制纳米机器人的大量研究和使用的瓶颈在于其制备，这是因为针对不同的药物分子必须采用不同的合成方法，而且还需选择不同的材料。
目前制备纳米机器人的材料都比较坚硬，不够柔软，当动力控制不到位的情况下，容易对人体造成伤害。
发明内容
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供了纳米机器人及其制备方法。
一方面，本发明提供了一种纳米机器人，所述纳米机器人包括：液态金属液滴，在所述液态金属液滴内设置有装载部件；所述装载部件用于装载治疗药物；所述装载部件上连接有通道，所述通道的一端与所述装载部件连通，所述通道的另一端设置有封口部件，且所述封口部件暴露在所述液态金属液滴外。
优选地，所述装载部件由多孔薄膜制成。
优选地，所述纳米机器人还包括：动力部件，用于根据外部磁场控制，为所述纳米机器人提供动力。
优选地，所述动力部件的材料为铁磁性材料；所述动力部件吸附在所述多孔薄膜的外部。
优选地，所述液态金属材料为Ga62.5In21.5Sn16或Ga88In12。
优选地，所述封口部件为封口胶，所述封口胶的材料为酸性材料或碱性材料。
优选地，所述封口部件为压力阀门，所述压力阀门用于根据所述纳米机器人所处的外部环境的压力值与所述纳米机器人内部的压力值之间的大小关系，确定自身的开启或关闭状态。
另一方面，本发明提供了一种纳米机器人的制备方法，包括：
S11，获取液态金属液滴；
S12，将装载部件插入至所述液滴中；
其中，所述装载部件上连接有通道，所述通道的一端与所述装载部件连通，所述通道的另一端上设置有封口部件，所述封口部件暴露在所述液滴外。
优选地，在S12前还包括：在所述装载部件内加入治疗药物。
本发明提供的纳米机器人，通过液态金属制备得到，使纳米机器人进入生物体后不会对生物体造成伤害。在纳米机器人内设置有至少一个装载部件和与之对应的通道，使纳米机器人可以根据目标组织的性质将装载部件内的药物释放，达到治疗的目的。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的纳米机器人的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的纳米机器人的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的纳米机器人的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明一实施例中提供了一种纳米机器人，所述纳米机器人包括：液态金属液滴1，在所述液态金属液滴1内设置有装载部件4；所述装载部件4用于装载治疗药物；所述装载部件4上连接有通道5，所述通道5的一端与所述装载部件4连通，所述通道5的另一端设置有封口部件6，且所述封口部件6暴露在所述液态金属液滴1外。
具体地，本发明中的纳米机器人由液态金属材料制成，利用液态金属的柔性，实现了一种高效的纳米载药机器人。
液态金属是指在室温下呈液体状态的金属，液态金属有区别于普通金属的性质，如流动性、柔性、电驱动等性质，使其具有更多创新性的应用价值和研究潜力。液态金属具有许多物理性质，例如：热导率高、电导率高、表面张力大、沸点高、蒸发压力与可流动特性极低。液态金属兼具金属的导电能力和液体的流动能力，同时液态金属在电场中内部和外部都会反生流动等变化。
将液态金属作为制作纳米机器人的材料，可以到达人体或其他生物体内的目标组织，释放治疗药物进行靶向治疗；同时液态金属纳米机器人具有液态金属的柔性，所以可以不受目标组织周围环境的限制，也不会出现因纳米机器人外形的坚硬而使目标组织收到损伤的现象。这里所说目标组织为人体或其他生物体内出现病变、需要治疗的组织，例如：体内淋巴结上出现癌细胞的组织、血液中的癌细胞等。
本发明中提供的纳米机器人中，可以设置至少一个装载部件，每个装载部件内均填充有治疗目标组织病变的治疗药物，根据治疗目标组织病变范围大小以及病变的机理，每个装载部件中可以存储相同的治疗药物，也可以存储不同的治疗药物。当纳米机器人中有多个装载部件时，对应于每一个装载部件，均与一个通道连通。每个装载部件中的治疗药物通过与其对应的通道进入目标组织，每个装载部件和与之对应的通道的一端连通，与之对应的通道的另一端设置有封口部件，由封口部件封住通道，防止装载部件内的治疗药物流出。所述封口部件暴露在纳米机器人外。
本实施例中，通过液态金属制备纳米机器人，使纳米机器人进入生物体后不会对生物体造成伤害。在纳米机器人内设置有至少一个装载部件和与之对应的通道，使纳米机器人可以根据目标组织的性质将装载部件内的药物释放，达到治疗的目的。
在上述实施例的基础上，封口部件可以为封口胶，封口胶的材料可根据纳米机器人要进入的目标组织的性质进行选择，例如，当目标组织呈酸性时，可选择碱性材料作为封口胶，当纳米机器人到达目标组织时，封口胶的碱性与目标组织的酸性进行中和，使封口胶被溶解，装载部件内的治疗药物沿对应的通道流出至目标组织进行治疗。同理，当目标组织呈碱性时，可选择酸性材料作为封口胶，当纳米机器人到达目标组织时，封口胶的酸性与目标组织的碱性进行中和，使封口胶被溶解，装载部件内的治疗药物沿对应的通道流出至目标组织进行治疗。
需要说明的是，装载部件内还可以存储标记试剂，从而实现根据需要对患病细胞进行标记，使得医生可以准确确定患者体内患病细胞的分布，进而准确地确定患者体内患病细胞的分布，以便确定病况和治疗疾病。
在上述实施例的基础上，将纳米机器人送入生物体内的方式有多种，作为优选方式，可选用注射方式或外包胶囊方式。具体地，注射方式是将纳米机器人放入生理盐水中，用注射器将含有纳米机器人的生理盐水注射至目标组织；外包胶囊方式是指将纳米机器人放入胶囊中，通过口服使胶囊进入体内，进而到达目标组织。此处，胶囊的材料可以是明胶，进入体内后很快便可被分解，还可以选用纳米胶囊。
在上述实施例的基础上，作为优选方式，所述装载部件由多孔薄膜制成。具体地，多孔薄膜可以为纳米多孔薄膜，也可以是二氧化钛多孔薄膜，也可以是硅胶薄膜，还可以是其他薄膜材料以及具有吸附性的薄膜材料。多孔薄膜的具体尺寸可根据纳米机器人的整体大小确定。
在上述实施例的基础上，纳米机器人内还包括：动力部件，用于根据外部磁场控制，为所述纳米机器人提供动力。
具体地，动力部件可以直接是控制部件，通过控制部件使纳米机器人产生动力。还可以将所述动力部件的材料设置为铁磁性材料；如图2所示，纳米机器人包括：液态金属液滴1，在所述液态金属液滴1内设置有装载部件4；所述装载部件4用于装载治疗药物；所述装载部件4上连接有通道5，所述通道5的一端与所述装载部件4连通，所述通道5的另一端设置有封口部件6，且所述封口部件6暴露在所述液态金属液滴1外。所述动力部件3吸附在所述多孔薄膜2的外部；所述动力部件3根据外部磁场控制，为所述纳米机器人提供动力。外部磁场可以为永磁体、磁铁或吸铁石产生的磁场，在此不作具体限定，只要能与铁磁性材料合作为纳米机器人的运动产生动力即可。
铁磁性材料的动力部件可选用铁粉、钴粉或镍粉，作为优选方案，可选用镍粉，镍粉含量可根据实际动力要求进行选择，也可以留取一定的余量。同时，考虑到纳米机器人的动力输出以及所载药物的多少，可将多孔薄膜的面积设置为纳米机器人表面积的1/3～1/2。
在上述实施例的基础上，所述液态金属材料为Ga62.5In21.5Sn16或Ga88In12。Ga62.5In21.5Sn16材料的熔点为283.8K，在常温时为液态，Ga88In12材料的熔点为290K，在常温时也为液态。两种材料与人体均没有相关免疫反应，生物相容性良好。
在上述实施例的基础上，与每个装载部件对应的通道的材料可以为聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)材料。
在上述实施例的基础上，所述封口胶的材料还可根据目标组织的其他性质决定，例如目标组织的压力值、温度值等。当目标组织的压力值与健康组织的压力值不相同时，可以为封口胶设置一个预设压力值，这个预设压力值可以取值为健康组织的压力值，可以是一个固定值，也可以是一个压力范围，当封口胶周围的压力值与健康组织的压力值不相符时，封口胶即溶解。当目标组织的温度值与健康组织的温度值不相同时，可以为封口胶设置一个预设温度值，这个预设温度值可以取值为健康组织的温度值，可以是一个固定值，也可以是一个温度范围，当封口胶周围的温度值与健康组织不相符时，封口胶即溶解。
可根据目标组织与健康组织之间的不同性质，选择不同性质的封口胶。本实施例中，为纳米机器人释放装载部件内的药物提供了多种实施方式，选取合适的条件释放药物可以提高药物释放地点的准确性。
在上述实施例的基础上，所述封口部件为压力阀门，所述压力阀门用于根据所述纳米机器人所处的外部环境的压力值与所述纳米机器人内部的压力值之间的大小关系，确定自身的开启或关闭状态。
具体地，在确定目标组织与健康组织之间存在压力差异时，可以将封口胶用压力阀门代替。纳米机器人内具有与健康组织相同的压力值，当纳米机器人到达目标组织后，若纳米机器人周围环境的压力值与装载部件内的压力值不相同，则压力阀门自动打开，使装载部件内的药物进入目标组织。否则阀门关闭，使装载部件内药物不能流出纳米机器人的装载部件。
在上述实施例的基础上，所述纳米机器人的尺寸为纳米量级。具体可为几百纳米。
如图3所示，本发明另一实施例提供了一种上述实施例中提供的纳米机器人的制备方法，包括：S11，获取液态金属液滴；S12，将装载部件插入至所述液滴中。
其中，所述装载部件上连接有通道，所述通道的一端与所述装载部件连通，所述通道的另一端上设置有封口部件，所述封口部件暴露在所述液滴外。
具体地，S11具体包括：获取尺寸较大的液态金属液滴；基于电喷射法、搅拌法或超声波处理方法得到纳米级的液态金属液滴。
在获取液态金属液滴后，将预先制备的装载部件插入至液态金属液滴中，此步骤中，可同时将多个装载部件插入至液态金属液滴中，也可分先后将多个装载部件插入至液态金属液滴中。
在S12前还包括：在所述装载部件内加入治疗药物。
最终制备得到的纳米机器人的各部件的作用和连接关系等与上述纳米机器人的实施例一一对应，在此不再赘述。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种纳米机器人，其特征在于，所述纳米机器人包括：液态金属液滴，在所述液态金属液滴内设置有装载部件；
所述装载部件用于装载治疗药物；所述装载部件由多孔薄膜制成；
所述装载部件上连接有通道，所述通道的一端与所述装载部件连通，所述通道的另一端设置有封口部件，且所述封口部件暴露在所述液态金属液滴外；
所述封口部件为封口胶，所述封口胶的材料为酸性材料或碱性材料；或者，所述封口部件为压力阀门，所述压力阀门用于根据所述纳米机器人所处的外部环境的压力值与所述纳米机器人内部的压力值之间的大小关系，确定自身的开启或关闭状态；
所述纳米机器人还包括：动力部件，用于根据外部磁场控制，为所述纳米机器人提供动力，所述动力部件吸附在所述多孔薄膜的外部。
2.根据权利要求1所述的纳米机器人，其特征在于，所述动力部件的材料为铁磁性材料。
3.根据权利要求1所述的纳米机器人，其特征在于，所述液态金属材料为Ga62.5In21.5Sn16或Ga88In12。
4.一种权利要求1-3中任一项所述的纳米机器人的制备方法，其特征在于，包括：
S11，获取液态金属液滴；
S12，将装载部件插入至所述液滴中；
其中，所述装载部件上连接有通道，所述通道的一端与所述装载部件连通，所述通道的另一端上设置有封口部件，所述封口部件暴露在所述液滴外。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在S12前还包括：在所述装载部件内加入治疗药物。
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