CN107968013A - 一种基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，包括前端储存囊、生物特异性识别分子、液态金属微液滴、生物特异性识别分子受体及后端响应器，前端储存囊与前端控制电路相连，前端储存囊内储存液态金属，其表面有供液态金属挤出的小孔，且小孔表面覆盖附着有生物特异性识别分子的薄膜，挤出小孔的液态金属形成表面覆盖有生物特异性识别分子的液态金属微液滴，后端响应器为板结构，板上分布有通透的孔，孔的前部覆盖修饰有生物特异性识别分子受体的薄膜，孔的后部连接需开关控制的电路；本发明可实现在液态环境下电路的开关，同时在保有电路多样性的同时大大减小了系统体积，且可做到精准调控。

Description

一种基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统
技术领域
本发明属于液态金属技术领域，涉及一种液态金属开关，特别涉及一种基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统。
背景技术
开关是电路的重要组成部分，通过控制电路的通断来实现电路的不同功能。常见的开关根据原理可分为有行程开关及光电开关。行程开关的原理为机械式接触，而光电开关的原理是光传感器的感应。
植入式医疗器件是未来生物医学发展的重要方向之一，需满足体积小、生物相容性好及能够在液体环境中良好工作的要求，传统的开关大多不具备在这些条件下正常工作的条件。因此，如何找到一种精度高、响应快、体积小且能够在液体环境中正常工作的新型开关系统成为了解决植入式医疗器件发展的重要研究问题之一。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，在液态金属微液滴表面修饰生物特异性识别分子，利用生物特异性结合的原理，与使液态金属液滴与后端响应器上的受体特异性结合，从而达到选择性开关的效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，包括前端储存囊1、生物特异性识别分子2、液态金属微液滴3、生物特异性识别分子受体4及后端响应器5，所述前端储存囊1与前端控制电路相连，前端储存囊1内储存液态金属，其表面有供液态金属挤出的小孔，且小孔表面覆盖附着有生物特异性识别分子2的薄膜，挤出小孔的液态金属形成表面覆盖有生物特异性识别分子2的液态金属微液滴3，后端响应器5为板结构，板上分布有通透的孔，孔的前部覆盖修饰有生物特异性识别分子受体4的薄膜，孔的后部连接需开关控制的电路。
所述生物特异性识别分子2一般为抗原，所述生物特异性识别分子受体4为该抗原对应的抗体，这类抗体能够特异性识别并结合抗原。所述抗原及抗体一般为蛋白质，其余可被特异性识别的生物大分子例如核酸等也可应用于本系统中。
所述前端储存囊1采用由聚乙烯等生物相容性好的软材料，呈囊状，其上小孔的直径约为1～100微米，囊厚约10微米；所述液态金属微液滴3直径约为1～100微米，所述后端响应器5为聚乙烯塑料板，厚度约为1～3毫米，后端响应器5上的孔为直径约1～100微米的圆柱形孔，所述附着有生物特异性识别分子2的薄膜厚度约为1微米，所述修饰有生物特异性识别分子受体4的薄膜厚度约为1微米。
所述前端储存囊1上小孔的孔径与后端响应器5上的孔的孔径一致。
所述的液态金属一般是指共晶镓铟合金，由质量分数为75.5％的镓和24.5％的铟组成，其它组分的低熔点金属，如汞、铋，及合金，如镓铟锡合金、铋铟锡合金，也可应用于本开关系统的制作。可通过超声振荡技术使液态金属挤出小孔形成液态金属微液滴3。
所述后端响应器5的不同孔的前端薄膜上所附着的生物特异性识别分子受体4种类可不同。
本发明所述的开关系统一般运作于液体环境，包括生物体内液体环境。在使用之前，将前端储存囊1与控制电路相连接，后端响应器5与待调控电路连接，整个系统中可有多个前端储存囊1，而后端响应器5则可只使用一个。使用时对系统施加外部电压，前端储存囊1有中的液态金属受电场力作用变形，从小孔中挤出，当液态金属液滴3运动至后端响应器5时，其表面的生物特异性识别分子2与生物特异性识别分子受体4相结合，液态金属液滴3进入后端响应器5的孔中，待到液态金属液滴3积累到一定量时，电路即可连通。
本发明所述的基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统可实现在液态环境下电路的开关，为应用在生物体内的微型电路调控提供了一种新的思路。此系统中一个后端响应器可对应多个前端储存囊，在保有电路多样性的同时大大减小了系统体积。且可做到精准调控。
综上所述，本发明提出了一种基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，该方法利用生物大分子特异性识别机理，使液态金属可以有选择的进入特定电路，从而实现开关的功能。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，主要包括前端储存囊1、生物特异性识别分子2、液态金属微液滴3、生物特异性识别分子受体4及后端响应器5等。前端储存囊1与前端控制电路相连，可根据实际情况自行选择，一般采用聚乙烯等生物相容性好的软材料，呈囊状，带有小孔；生物特异性识别分子2附着于前端储存囊1小孔表面的薄膜上，一般选择蛋白质类抗原；液态金属微液滴3由经前端储存囊1上小孔挤出的液态金属形成，其表面覆盖有生物特异性识别分子2，直径约为1～100微米；生物特异性识别分子受体4位于后端响应器5小孔表面薄膜上，一般为可特异性识别生物特异性识别分子2的抗体；后端响应器5一般为厚度为1毫米至3毫米的聚乙烯塑料板，板上分布有上下通透的直径为1～100微米的圆柱形孔，孔的前部覆盖有修饰有生物特异性识别分子受体的厚度为1微米左右的薄膜，孔的后部一般连接需开关控制的电路。
本发明基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统在使用过程中，首先需要将电路整体置于液体环境中，对连接前端储存囊1的电路通电，其中的液态金属形变挤过小孔形成液态金属微液滴3，其上附着有生物特异性识别分子2，经过液体环境后到达后端响应器5，与生物特异性识别分子受体4结合，进入后端响应器5上对应的小孔中，待积累到一定量后电路即可连通。
本发明利用生物大分子特异性识别机理，使液态金属可以有选择的进入特定电路，从而实现开关的功能。本系统可实现在液态环境下电路的开关，为应用在生物体内的微型电路调控提供了一种新的思路。此系统中一个后端响应器可对应多个前端储存囊，在保有电路多样性的同时大大减小了系统体积。且可做到精准调控。
以上仅是本发明优选实施方案，该液态金属表面双电层特性的检测系统的各组成部分，即前端储存囊1、生物特异性识别分子2、液态金属微液滴3、生物特异性识别分子受体4及后端响应器5等参数如材质、尺寸及形状等均可根据实验的需要进行修改。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，包括前端储存囊(1)、生物特异性识别分子(2)、液态金属微液滴(3)、生物特异性识别分子受体(4)及后端响应器(5)，所述前端储存囊(1)与前端控制电路相连，前端储存囊(1)内储存液态金属，其表面有供液态金属挤出的小孔，且小孔表面覆盖附着有生物特异性识别分子(2)的薄膜，挤出小孔的液态金属形成表面覆盖有生物特异性识别分子(2)的液态金属微液滴(3)，后端响应器(5)为板结构，板上分布有通透的孔，孔的前部覆盖修饰有生物特异性识别分子受体(4)的薄膜，孔的后部连接需开关控制的电路。
2.根据权利要求1所述基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，所述生物特异性识别分子(2)为生物大分子类抗原，所述生物特异性识别分子受体(4)为生物特异性识别分子(2)对应的抗体。
3.根据权利要求2所述基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，所述生物大分子为蛋白质或核酸。
4.根据权利要求1所述基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，所述前端储存囊(1)采用生物相容性好的软材料，其上小孔的直径为1～100微米，囊厚10微米；所述液态金属微液滴(3)直径为1～100微米，所述后端响应器(5)为聚乙烯塑料板，厚度为1～3毫米，后端响应器(5)上的孔为直径1～100微米的圆柱形孔，所述附着有生物特异性识别分子(2)的薄膜厚度为1微米，所述修饰有生物特异性识别分子受体(4)的薄膜厚度为1微米。
5.根据权利要求1所述基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，所述前端储存囊(1)上小孔的孔径与后端响应器(5)上的孔的孔径一致。
6.根据权利要求1所述基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，所述液态金属温度共晶镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金。
7.根据权利要求6所述基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，所述共晶镓铟合金由质量分数为75.5％的镓和24.5％的铟组成。
8.根据权利要求1所述基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，通过超声振荡使液态金属挤出小孔形成液态金属微液滴(3)。
9.根据权利要求1所述基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，所述后端响应器(5)的不同孔的前端薄膜上所附着的生物特异性识别分子受体(4)种类不同。
10.根据权利要求1所述基于生物特异性识别结合的液态金属开关系统，其特征在于，所述前端储存囊(1)有多个，后端响应器(5)只使用一个，使用时对系统施加外部电压，前端储存囊(1)有中的液态金属受电场力作用变形，从小孔中挤出，当液态金属液滴(3)运动至后端响应器(5)时，其表面的生物特异性识别分子(2)与生物特异性识别分子受体(4)相结合，液态金属液滴(3)进入后端响应器(5)的孔中，待到液态金属液滴(3)积累到一定量时，电路即可连通。
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