CN109303973A - 微型载药机器人及其制作方法 - Google Patents
微型载药机器人及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109303973A CN109303973A CN201811258990.3A CN201811258990A CN109303973A CN 109303973 A CN109303973 A CN 109303973A CN 201811258990 A CN201811258990 A CN 201811258990A CN 109303973 A CN109303973 A CN 109303973A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- miniature
- robot
- zai yao
- light
- zai
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 64
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 29
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 26
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 125000004386 diacrylate group Chemical group 0.000 claims description 19
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 claims description 13
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 claims description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 11
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 8
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 8
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims description 8
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 7
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 7
- CWXZAJNUTOBAOI-UHFFFAOYSA-N 1-(2,3-dimethoxyphenyl)-2-hydroxy-2-phenylethanone Chemical compound COC1=CC=CC(C(=O)C(O)C=2C=CC=CC=2)=C1OC CWXZAJNUTOBAOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- QNJVYPYNVCLCBU-UHFFFAOYSA-N CCOP(=O)C(=O)c1c(C)cc(C)cc1C Chemical class CCOP(=O)C(=O)c1c(C)cc(C)cc1C QNJVYPYNVCLCBU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 5
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 4
- -1 2- isopropyl thioxanthone anthracene Ketone Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 3
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 claims 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 claims 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 abstract description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- KTALPKYXQZGAEG-UHFFFAOYSA-N 2-propan-2-ylthioxanthen-9-one Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC(C(C)C)=CC=C3SC2=C1 KTALPKYXQZGAEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- HOCOIDRZLNGZMV-UHFFFAOYSA-N ethoxy(oxido)phosphanium Chemical compound CCO[PH2]=O HOCOIDRZLNGZMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical group CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N n-propan-2-ylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)NC(=O)C=C QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 239000011837 N,N-methylenebisacrylamide Substances 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000001990 intravenous administration Methods 0.000 description 1
- 230000029052 metamorphosis Effects 0.000 description 1
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032696 parturition Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000008337 systemic blood flow Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M31/00—Devices for introducing or retaining media, e.g. remedies, in cavities of the body
- A61M31/002—Devices for releasing a drug at a continuous and controlled rate for a prolonged period of time
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/04—Acids; Metal salts or ammonium salts thereof
- C08F220/06—Acrylic acid; Methacrylic acid; Metal salts or ammonium salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F283/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
- C08F283/06—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
- C08F283/065—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals on to unsaturated polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/041—Carbon nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/10—General characteristics of the apparatus with powered movement mechanisms
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
- A61M2205/3306—Optical measuring means
- A61M2205/3313—Optical measuring means used specific wavelengths
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
- A61M2205/3375—Acoustical, e.g. ultrasonic, measuring means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2265—Oxides; Hydroxides of metals of iron
- C08K2003/2275—Ferroso-ferric oxide (Fe3O4)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/06—Biodegradable
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Hematology (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
- Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
- Media Introduction/Drainage Providing Device (AREA)
Abstract
本发明提供了一种微型载药机器人，包括载药部和连接在载药部后端的驱动部，所述驱动部为对称设置的驱动件组成，所述驱动件包括外侧的弹性材料层和内侧的光控材料层。所述载药部和驱动部全采用生物可降解材料制成，通过外部光源刺激微型载药机器人的驱动部，对机器人的形态进行控制，定点释放药物，实现体外无创且无伤害的控制方式，且由于完全采用生物可降解材料，极大提高了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及医疗装置领域，具体涉及一种微型载药机器人及其制作方法。
背景技术
传统的给药过程是用注射或口服的方法将药物输送至患者体内，药物被患者吸收经全身血液循环运输到全身，药物特别是毒副作用较大的药物对患者机体其他部位造成的伤害较大，不能单独作用于患处，同时药物作用的效率非常低，造成药物不必要的浪费。
利用微型载药机器人靶向给药技术为机器人学、生物学、医学、材料学等学科的交叉产物，是当前世界范围内一个研究热点，其可以解决传统医学无法克服的难题，特别是用于治疗某些癌症以及心血管疾病。同时微型载药机器人携带药物靶向运动至患处释放，对患处进行定点治疗，可对患者机体的毒副作用降低到最小。
目前医用体内微型机器人大多使用内置的机械驱动装置提供动力，这额外增加了机器人的体积，为微型机器人小型化的设计带来困难，而且驱动装置往往含有金属或其他难以降解的材料，释放完药物还需有创取出，一旦遗失很可能造成医疗事故。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种微型载药机器人，完全采用生物可降解材料制成，通过外部光源刺激微型载药机器人的驱动部，对机器人的形态进行控制，定点释放药物，实现体外无创且无伤害的控制方式，且由于完全采用生物可降解材料，极大提高了安全性。
本发明为了实现上述目的，采用以下技术方案：
一种微型载药机器人，包括载药部和连接在载药部后端的驱动部，所述驱动部为对称设置的驱动件组成，所述驱动件包括外侧的弹性材料层和内侧的光控材料层。光控材料层用于接收外部光源的光刺激，从而发生形态的变化，带动外侧的弹性材料层的形态变化，驱动微型载药机器人游动。
进一步的，所述载药部为内部镂空且一端开口的仿生头部壳体，所述驱动件为尾鳍状，其一端固定连接在所述仿生头部壳体开口端的边缘。载药部和驱动件的形状不固定，可以根据设计需要设计不同的形状，这里考虑载药部采用头部圆润的仿生头部壳体，这种结构可以方便微型载药机器人在人体内游动，且对人体不会造成伤害，同时设计为内部镂空的壳体，可以减轻微型载药机器人的重量同时节约用料。另一方面，将驱动件设计为尾鳍状，这种双尾柔性游动结构可以极大的降低传统体内机器人尺寸，从而满足该微型载药机器人在血管、消化道内游动。
进一步的，所述驱动件具有伸直的第一状态和尾端向内弯曲的第二状态。本发明的微型载药机器人在接收到外部光的刺激时，光控材料层将吸收的光能转化为热能，使光控材料层变软，从而使得外侧的弹性材料层因弹性而恢复为平面状态，使驱动件处于伸直的第一状态；而当移开外部光源后，光控材料层不再接收外部光源的刺激，自然冷却后会产生收缩，拉动外侧的弹性材料层一起收缩，使得驱动件处于尾端向内弯曲的第二状态，在外部光刺激和自然冷却的反复作用下，驱动件在伸直的第一状态和尾端向内弯曲的第二状态之间切换，从而驱动微型载药机器人的游动。
优选的，所述载药部和所述弹性材料层由可生物降解的3D打印材料和光引发剂制成，所述光控材料层由温度敏感型生物可降解材料和吸光材料制成。可以理解的是，本发明的载药部和弹性材料层采用可生物降解的3D打印材料，一方面可以通过现有的光固化3D打印技术制成所需的机器人形状，另一方面由于生物可降解材料与人体具有很好的相容性或可降解，从而极大的降低了对人体的伤害；应当知晓的是，所述载药部和所述弹性材料层中可生物降解的3D打印材料和光引发剂的组成可以是一样的，也可以是不一样的。而光控材料层中的吸光材料用于接收外部光源的光信号刺激而产生温度的变化，温度敏感型生物可降解材料则会在感应到温度变化时产生相变，从而使得光控材料层的状态产生改变，实现其伸直或弯曲收缩状态的变化。
更进一步的，所述可生物降解的3D打印材料为水凝胶或聚乙二醇二丙烯酸酯，所述温度敏感型生物可降解材料为聚乳酸、N-异丙基丙烯酰胺或液晶高分子材料。应当理解的是，聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量越大，则弹性材料层越柔软从而使得弹性材料层的应变范围越大，优选的聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量为1000~2000。
优选的，所述光引发剂为2-异丙基硫杂蒽酮、2,4,6 -三甲基苯甲酰基膦酸乙酯或安息香二甲醚，所述吸光材料为在红外波段有吸光度的光致热材料。应当理解的是，外部光源的选择不限于红外光，而本发明优选红外光是由于红外光有很强的穿透性，且对人体无伤害，是优选的较佳方案。
更进一步的，所述光致热材料为多壁碳纳米管、石墨烯、四氧化三铁纳米颗粒中的一种。
本发明的另一个目的在于提供一种微型载药机器人的制作方法，将可生物降解的3D打印材料和光引发剂在惰性气氛和避光条件下混匀后，通过光固化3D打印技术制得载药部和驱动部的弹性材料层；在所述弹性材料层内侧铺设加工成型的光控材料层，制得微型载药机器人。
进一步的，所述可生物降解的3D打印材料为水凝胶，所述水凝胶由交联单体、交联剂和溶剂混合制得，其中所述交联单体与所述交联剂的摩尔比为(1~10):1，所述溶剂的添加量为所述交联单体、交联剂和溶剂总质量的25%~100%，当交联单体的量越多时，载药部的载药量就越多，光固化后的材料则越柔软。
优选的，所述交联剂为丙烯酰胺或丙烯酸，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯或N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述溶剂为聚乙二醇或乳酸。
进一步的，所述光固化3D打印技术的固化光源为365nm~400nm，所述光引发剂的添加量为所述聚乙二醇二丙烯酸酯的0.1wt%~1wt%，这里光引发剂的添加量取决于所用的固化光源的波长，固化光源的波长越短则所需的光引发剂越少，比如如果采用365nm固化光源，则光引发剂的添加量为0.1wt%，如果用440nm固化光源，光引发剂的添加量为1wt%。
进一步的，所述加工成型采用熔融沉积法或激光烧结法。应当理解的是，这里的熔融沉积法为3D技术中常规的熔融沉积成型技术，而激光烧结法也为常规的成型技术，这里不做详细赘述。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于采用了针对低雷诺数运动的双尾柔性游动结构，本发明可以极大的降低传统体内机器人尺寸，因此本发明的微型载药机器人的尺寸可以满足在血管、消化道内游动。同时，由于该机器人的驱动方式可控，所以可以控制其在所需位置停止，所以取得了定点释放药物的技术效果，降低了传统治疗所需的血药浓度，且载药部为圆润的仿生头部设计，使得其更便于在人体内游动，且对人体不会造成伤害或不适。
2、由于本发明微型载药机器人驱动部的双尾结构采用了双层材料结构，包含弹性材料层和光控材料层，且光控材料层可接受外部从可见光到红外光波段的光信号的刺激，利用无线光控原理，控制本发明微型载药机器人在体内游动，因此，本发明实现了一种体外无创且无伤害的控制方式，且本发明的优选外部光信号为红外光源，红外光可以穿透人体表面到达人体内部，且红外光对人体没有危害。
3、由于本发明的微型载药机器人本身完全采用了生物可降解生物材料，不携带任何的金属或电池一类，没有泄漏的危险，因此极大的提高了体内靶向送药的安全性，且副作用极低。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的立体结构示意图；
图2为本发明一较佳实施例中驱动件21的立体结构示意图；
图3为图2中驱动件21的状态示意图。
图中：1.载药部，2.驱动部，21.驱动件，211.弹性材料层，212.光控材料层，A.第一状态，B.第二状态。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，一种微型载药机器人，包括固定连接的载药部1和驱动部2。
所述载药部1用于携带所需投放的药物，在本实施例中，所述载药部1为内部镂空的仿生头部壳体，其一端封闭，另一端开口，封闭端为圆润的仿生头部，这种结构可以方便微型载药机器人在人体内游动，且对人体不会造成伤害。进一步的，所述载药部1由可生物降解的3D打印材料和光引发剂制成，这里的可生物降解的3D打印材料可以是水凝胶或聚乙二醇二丙烯酸酯，采用可生物降解的3D打印材料一方面可以满足载药部1的3D打印成型加工需求，另一方面其具有良好的生物相容性和可降解，对人体的副作用极低，同时添加光引发剂满足微米级别精确3D打印结构的成型实现，这里的光引发剂可以是2-异丙基硫杂蒽酮、2,4,6 -三甲基苯甲酰基膦酸乙酯或者安息香二甲醚，在本实施例中，载药部1由水凝胶和2,4,6 -三甲基苯甲酰基膦酸乙酯制成。
所述驱动部2用于在人体内驱动所述微型载药机器人游动，其包括两个对称设置的驱动件21组成，这里的驱动件形状不固定，可根据需要设计，请继续参阅图2，在本实施例中驱动件21为尾鳍状。进一步的，驱动件21由外侧的弹性材料层211和内侧的光控材料层212组成，结合图3，所述驱动件21具有伸直的第一状态A和尾端向内弯曲的第二状态B，当本实施例中的微型载药机器人收到外部光的刺激时，光控材料层212中的吸光材料将吸收的光能转化为热能，使光控材料层212中的温度敏感型生物可降解材料产生相变而变软，从而使得外侧的弹性材料层211因弹性而恢复为平面状态，使驱动件21处于图3所示的第一状态A；而当光控材料层212自然冷却后会产生收缩，拉动外侧的弹性材料层211一起收缩，使得驱动件21呈现如图3所示的第二状态B，在外部光刺激和自然冷却的反复作用下，驱动件21在伸直的第一状态A和尾端向内弯曲的第二状态B之间切换，从而驱动微型载药机器人游动。具体的，所述弹性材料层211由可生物降解的3D打印材料和光引发剂制成，这里的可生物降解的3D打印材料可以是水凝胶或聚乙二醇二丙烯酸酯，其作用与其在所述载药部1中的作用相同，这里不再做详细赘述，同时添加光引发剂满足微米级别精确3D打印结构的成型实现，这里的光引发剂可以是2-异丙基硫杂蒽酮、2,4,6 -三甲基苯甲酰基膦酸乙酯或者安息香二甲醚，弹性材料层211和载药部1的构成可以一样，也可以不一样，在本实施例中，所述弹性材料层211由聚乙二醇二丙烯酸酯和2-异丙基硫杂蒽酮制成。所述光控材料层212由温度敏感型生物可降解材料和吸光材料制成，这里的温度敏感型生物可降解材料可以是聚乳酸、N-异丙基丙烯酰胺或液晶高分子材料，其主要是为了感应温度的变化而产生相变，这里的吸光材料可以是多壁碳纳米管、石墨烯或四氧化三铁纳米颗粒，其主要是为了接受光刺激信号，从而实现驱动件21的状态切换，驱动所述微型载药机器人游动。在本实施例中，光控材料212由聚乳酸和多壁碳纳米管制成。
下面对上述实施例中的微型载药机器人的工作方式作进一步介绍，从而更清楚完整的理解本发明的技术方案。
微型载药机器人加工完成后，将微型载药机器人置于纯水中浸泡24h以上即可去除其内部残余的小分子，然后将微型载药机器人整体浸泡在需要的药物溶液中，浸泡时间直接影响载药量，通过控制浸泡时间即可实现对载药量的控制，一般来说48h以上载药量即达到饱和，此时微型载药机器人的载药部1即携带了所需的药物，然后将该微型载药机器人通过口服或静脉注射送入患者体内后，通过外部光源对机器人进行光控驱动，所述微型载药机器人驱动部2的驱动件21在外部光源的光刺激和自然冷却的反复作用下，在伸直的第一状态A和尾端向弯曲的第二状态B之间切换，推动微型载药机器人在患者体内游动，到达需求部位后，移开外部光源使其停止运动，通过静态释放药物或超声干预的方式，定点释放所携带的药物。这里的外部光源可以是红外光以及400-800nm波长的可见光，由于红外光有很强的穿透性，因此，在本实施例的实施方式中优选为红外光，载药部1释放药物当采用超声释放时，其释放药物速度与超声的信号强度成正比，如当采用0~100J的超声信号时，其药物释放速度可以从1h至1min不等。
本发明同时公开了一种微型载药机器人的制作方法，下面结合具体的实施例对本发明的制作方法做进一步清楚完整的说明。
实施例1
取摩尔比为1:1的丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯，加入与丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯质量总和相等的聚乙二醇在避光条件下，搅拌1小时后加入添加量为所述聚乙二醇二丙烯酸酯的0.1wt%的光引发剂2,4,6 -三甲基苯甲酰基膦酸乙酯，继续在避光条件搅拌10小时以上，充分混匀，混匀完成后得到预固化溶液一（用于载药部）；取聚乙二醇二丙烯酸酯和添加量为所述聚乙二醇二丙烯酸酯的0.1wt%的2-异丙基硫杂蒽酮避光混匀制得预固化液二（用于弹性材料层）；将预固化液一和预固化液二注入氮气保存后，分别倒入固化光源波长为365nm的高精度微米级别光固化3D打印设备液槽中，在氮气保护下利用光固化3D打印实现载药部和弹性材料层的一体成型。然后将一体成型的载药部和弹性材料层用无水乙醇浸泡去除多余的打印溶液，用氮气吹干备用。将250目的聚乳酸粉末和多壁碳纳米管充分混匀得到预固化粉末，其中多壁碳纳米管占聚乳酸粉末和多壁碳纳米管总质量的0.7%，将预固化粉末调整好位置后使用激光烧结法在弹性材料层铺设成型光控材料层，制得微型载药机器人。
实施例2
取摩尔比为10:1的丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯，加入与丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯质量总和相等的聚乙二醇在避光条件下，搅拌1小时后加入添加量为所述聚乙二醇二丙烯酸酯的1wt%的光引发剂2,4,6 -三甲基苯甲酰基膦酸乙酯，继续在避光条件搅拌10小时以上，充分混匀，混匀完成后得到预固化溶液一（用于载药部）；取聚乙二醇二丙烯酸酯和添加量为所述聚乙二醇二丙烯酸酯的2wt%的2-异丙基硫杂蒽酮避光混匀制得预固化液二（用于弹性材料层）；将预固化液一和预固化液二注入氮气保存后，分别倒入固化光源波长为420nm的高精度微米级别光固化3D打印设备液槽中，在氮气保护下利用光固化3D打印实现载药部和弹性材料层的一体成型。然后将一体成型的载药部和弹性材料层用无水乙醇浸泡去除多余的打印溶液，用氮气吹干备用。将100目的聚乳酸粉末和四氧化三铁颗粒充分混匀得到预固化粉末，其中四氧化三铁颗粒占聚乳酸粉末和四氧化三铁颗粒总质量的0.1%，将预固化粉末调整好位置后使用激光烧结法在弹性材料层铺设成型光控材料层，制得微型载药机器人。
实施例3
取摩尔比为5:1的丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入乳酸，所述乳酸的添加量为丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和乳酸质量总和的25%，在避光条件下，搅拌1小时后加入添加量为所述聚乙二醇二丙烯酸酯的0.5wt%的光引发剂安息香二甲醚，继续在避光条件搅拌10小时以上，充分混匀，混匀完成后得到预固化溶液，注入氩气保存。将预固化溶液倒入固化光源波长为390nm的高精度微米级别光固化3D打印设备液槽中，在氩气保护下利用光固化3D打印实现载药部和弹性材料层的一体成型，将然后将一体成型的载药部和弹性材料层用无水乙醇浸泡去除多余的打印溶液，用氮气吹干备用。将300目的聚乳酸粉末和石墨烯充分混匀得到预固化粉末，其中石墨烯占聚乳酸粉末和石墨烯总质量的1%，将预固化粉末调整好位置后使用熔融沉积法法在弹性材料层铺设成型光控材料层，制得微型载药机器人。
实施例4
取摩尔比为5:1的丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入乳酸，所述乳酸的添加量为丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和乳酸质量总和的100%，在避光条件下，搅拌1小时后加入添加量为所述聚乙二醇二丙烯酸酯的0.3wt%的光引发剂安息香二甲醚，继续在避光条件搅拌10小时以上，充分混匀，混匀完成后得到预固化溶液，注入氩气保存。将预固化溶液倒入固化光源波长为375nm的高精度微米级别光固化3D打印设备液槽中，在氩气保护下利用光固化3D打印实现载药部和弹性材料层的一体成型，将然后将一体成型的载药部和弹性材料层用无水乙醇浸泡去除多余的打印溶液，用氮气吹干备用。将300目的聚乳酸粉末和石墨烯充分混匀得到预固化粉末，其中石墨烯占聚乳酸粉末和石墨烯总质量的0.5%，将预固化粉末调整好位置后使用熔融沉积法法在弹性材料层铺设成型光控材料层，制得微型载药机器人。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和实质。
Claims (10)
1.一种微型载药机器人，包括载药部和连接在载药部后端的驱动部，其特征在于：所述驱动部为对称设置的驱动件组成，所述驱动件包括外侧的弹性材料层和内侧的光控材料层。
2.如权利要求1所述的微型载药机器人，其特征在于：所述载药部为内部镂空且一端开口的仿生头部壳体，所述驱动件为尾鳍状，其一端固定连接在所述仿生头部壳体开口端的边缘。
3.如权利要求1所述的微型载药机器人，其特征在于：所述驱动件具有伸直的第一状态和尾端向内弯曲的第二状态。
4.如权利要求1所述的微型载药机器人，其特征在于：所述载药部和所述弹性材料层由可生物降解的3D打印材料和光引发剂制成，所述光控材料层由温度敏感型生物可降解材料和吸光材料制成。
5.如权利要求4所述的微型载药机器人，其特征在于：所述可生物降解的3D打印材料为水凝胶或聚乙二醇二丙烯酸酯，所述温度敏感型生物可降解材料为聚乳酸、N-异丙基丙烯酰胺或液晶高分子材料。
6.如权利要求4所述的微型载药机器人，其特征在于：所述光引发剂为2-异丙基硫杂蒽酮、2,4,6 -三甲基苯甲酰基膦酸乙酯或安息香二甲醚，所述吸光材料为在红外波段有吸光度的光致热材料。
7.如权利要求6所述的微型载药机器人，其特征在于：所述光致热材料为多壁碳纳米管、石墨烯、四氧化三铁纳米颗粒中的一种。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的微型载药机器人的制作方法，其特征在于：将可生物降解的3D打印材料和光引发剂在惰性气氛和避光条件下混匀后，通过光固化3D打印技术制得载药部和驱动部的弹性材料层；在所述弹性材料层内侧铺设加工成型的光控材料层，制得微型载药机器人。
9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于：所述可生物降解的3D打印材料为水凝胶，所述水凝胶由交联单体、交联剂和溶剂混合制得，其中所述交联单体与所述交联剂的摩尔比为(1~10):1，所述溶剂的添加量为所述交联单体、交联剂和溶剂总质量的25%~100%；所述光固化3D打印技术的固化光源为365nm~400nm，所述光引发剂的添加量为所述聚乙二醇二丙烯酸酯的0.1wt%~1wt%；所述加工成型采用融熔沉积法或激光烧结法。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于：所述交联剂为丙烯酰胺或丙烯酸，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯或N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述溶剂为聚乙二醇或乳酸。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811258990.3A CN109303973B (zh) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | 微型载药机器人及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811258990.3A CN109303973B (zh) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | 微型载药机器人及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109303973A true CN109303973A (zh) | 2019-02-05 |
| CN109303973B CN109303973B (zh) | 2024-02-09 |
Family
ID=65222178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811258990.3A Active CN109303973B (zh) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | 微型载药机器人及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109303973B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111204417A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-05-29 | 北京大学 | 一种微型光控漂浮载具及其光控制方法 |
| CN111888634A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-11-06 | 浙江大学 | 一种自动给药系统及方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10147335A1 (de) * | 2001-09-26 | 2003-02-13 | Frank Weisbrodt | Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen |
| CN101744645A (zh) * | 2008-12-17 | 2010-06-23 | 中国科学院生物物理研究所 | 纳米生物机器人及其应用 |
| CN101780339A (zh) * | 2010-03-12 | 2010-07-21 | 同济大学 | 一种光驱动微型轮式车辆及其驱动方法 |
| CN101785673A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-07-28 | 重庆大学 | 肠道诊疗机器人系统 |
| CN103691047A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-02 | 中国地质大学（武汉） | 一种红外脉冲激光诱导射流发生器 |
| CN106039476A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-10-26 | 成都九十度工业产品设计有限公司 | 一种靶向给药器械 |
| CN107805488A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-03-16 | 上海交通大学 | 一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法 |
| CN108541222A (zh) * | 2016-01-29 | 2018-09-14 | 波士顿科学医学有限公司 | 医疗装置及使用方法 |
| CN212262138U (zh) * | 2018-10-26 | 2021-01-01 | 安徽医科大学 | 微型载药机器人 |
-
2018
- 2018-10-26 CN CN201811258990.3A patent/CN109303973B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10147335A1 (de) * | 2001-09-26 | 2003-02-13 | Frank Weisbrodt | Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen |
| CN101744645A (zh) * | 2008-12-17 | 2010-06-23 | 中国科学院生物物理研究所 | 纳米生物机器人及其应用 |
| CN101780339A (zh) * | 2010-03-12 | 2010-07-21 | 同济大学 | 一种光驱动微型轮式车辆及其驱动方法 |
| CN101785673A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-07-28 | 重庆大学 | 肠道诊疗机器人系统 |
| CN103691047A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-02 | 中国地质大学（武汉） | 一种红外脉冲激光诱导射流发生器 |
| CN108541222A (zh) * | 2016-01-29 | 2018-09-14 | 波士顿科学医学有限公司 | 医疗装置及使用方法 |
| CN106039476A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-10-26 | 成都九十度工业产品设计有限公司 | 一种靶向给药器械 |
| CN107805488A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-03-16 | 上海交通大学 | 一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法 |
| CN212262138U (zh) * | 2018-10-26 | 2021-01-01 | 安徽医科大学 | 微型载药机器人 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王丹;: "药物控释载体材料的性质", 中国组织工程研究与临床康复, no. 06, pages 1107 - 1110 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111204417A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-05-29 | 北京大学 | 一种微型光控漂浮载具及其光控制方法 |
| CN111888634A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-11-06 | 浙江大学 | 一种自动给药系统及方法 |
| CN111888634B (zh) * | 2020-07-30 | 2021-06-15 | 浙江大学 | 一种自动给药系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109303973B (zh) | 2024-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Emerging 4D printing strategies for next‐generation tissue regeneration and medical devices | |
| Yang et al. | Recent advances in the 3D printing of electrically conductive hydrogels for flexible electronics | |
| Lui et al. | 4D printing and stimuli-responsive materials in biomedical aspects | |
| Rastogi et al. | Review of alginate-based hydrogel bioprinting for application in tissue engineering | |
| Dreiss | Hydrogel design strategies for drug delivery | |
| Hann et al. | 4D printing soft robotics for biomedical applications | |
| Gao et al. | High-strength hydrogel-based bioinks | |
| Li et al. | 4D bioprinting: the next-generation technology for biofabrication enabled by stimuli-responsive materials | |
| Rammal et al. | Advances in biomedical applications of self-healing hydrogels | |
| Ji et al. | Complex 3D bioprinting methods | |
| Liu et al. | Multi-layered hydrogels for biomedical applications | |
| Abdollahiyan et al. | Cutting-edge progress and challenges in stimuli responsive hydrogel microenvironment for success in tissue engineering today | |
| CN107663377B (zh) | 一种具有温敏和光敏特性的混合水凝胶及其3d打印方法 | |
| Lyu et al. | Going below and beyond the surface: Microneedle structure, materials, drugs, fabrication, and applications for wound healing and tissue regeneration | |
| Boehm et al. | Modification of microneedles using inkjet printing | |
| CN103501852B (zh) | 微结构体的制造方法 | |
| Liu et al. | Hydrogel prepared by 3D printing technology and its applications in the medical field | |
| CN108837286B (zh) | 可降解诊疗机器人 | |
| Li et al. | Digital light processing (DLP)‐based (bio) printing strategies for tissue modeling and regeneration | |
| CN104307097B (zh) | 一种柔性基底金属微针阵列的制作方法 | |
| CN109621181A (zh) | 一种光热响应性复合微针及其制备方法 | |
| CN109303973A (zh) | 微型载药机器人及其制作方法 | |
| Salahshour et al. | NANOBIOMATERIALS/BIOINKS BASED SCAFFOLDS IN 3D BIOPRINTING FOR TISSUE ENGINEERING AND ARTIFICIAL HUMAN ORGANS. | |
| Chinnakorn et al. | Recent progress of 4D printing in cancer therapeutics studies | |
| Fang et al. | Hydrogels for 3D bioprinting in tissue engineering and regenerative medicine: Current progress and challenges |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |