CN112386564B - 载药纳米机器人及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于纳米技术领域，尤其涉及载药纳米机器人及其制备方法。本发明提供的制备方法包括以下步骤：a)提供表面设置有SiO₂膜层的衬底基板；b)在SiO₂膜层上涂明胶液，固化，形成第一明胶膜层；c)在第一明胶膜层上镀磁性材料，形成磁性膜层；d)对磁性膜层进行光刻，形成光刻槽；e)将药物装到光刻槽中，之后使用明胶液封装光刻槽，固化，形成第二明胶膜层；f)在加热条件下对完成封装的多层复合材料进行分离，得到载药纳米机器人。本发明提供的制备方法通过在纳米机器人中设置磁性膜层，可使纳米机器人表现出良好的磁性；同时通过在光刻槽口涂覆明胶液，可紧密封装光刻槽中的药物，提高纳米机器人的药物包封率，降低药物突释风。

Description

载药纳米机器人及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米技术领域，尤其涉及载药纳米机器人及其制备方法。

背景技术

载药纳米机器人指的是尺度在纳米级别的小型载药机器人，在生物医学领域有非常重要的潜在应用，例如可用于微创外科手术、靶向治疗、细胞操作等，因此受到国内外研究者的广泛关注，近年来发展迅速。

相比于传统的载药机器人，载药纳米机器人的工作环境雷诺系数很低，可看作是在一个非常粘滞、微小以及缓慢的环境中运动，粘滞力占主导作用，惯性力则可忽略不计。在这种条件下，若想驱动纳米载药机器人，必须源源不断地为其提供动力。因此，各种各样的载药纳米机器人驱动方式被提出，包括自驱动(自电泳驱动、自扩散泳驱动、自热泳驱动、气泡驱动等方式)和外场驱动(磁场、声场和光驱动)。由于磁场驱动方式采用的磁场强度较低，并且低频率磁场能够穿透生物组织且对生物体无害，因此已成为载药纳米机器人领域最有前景的驱动方式之一。而如何制备易于被外部磁场驱动和控制的磁性载药纳米机器人也成为了研究者们研究的重点。

目前，已被报道的制备磁性载药纳米机器人的方法大多还都停留在实验阶段，存在着初始药物突释，药物包封率低等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供载药纳米机器人及其制备方法，采用该方法制备的载药纳米机器人具有良好的磁性，且药物包封率高，药物突释风险低。

本发明提供了一种载药纳米机器人的制备方法，包括以下步骤：

a)提供表面设置有SiO₂膜层的衬底基板；

b)在所述SiO₂膜层上涂覆明胶液，明胶液固化，形成第一明胶膜层；

c)在所述第一明胶膜层上镀磁性材料，形成磁性膜层；

d)对所述磁性膜层进行光刻，形成光刻槽；

e)将药物装载到所述光刻槽中，之后使用明胶液封装光刻槽的槽口，明胶液固化，形成第二明胶膜层；

f)在加热条件下，将完成封装的多层复合材料沿其SiO₂膜层与第一明胶膜层的粘合面进行分离，得到载药纳米机器人。

优选的，步骤b)中，所述明胶液中的明胶含量为3～5wt％；所述明胶液的涂覆厚度为30～50μm。

优选的，步骤c)中，所述镀的方式为磁控溅射；

所述磁控溅射的溅射速率为5～10nm/s；所述磁控溅射的时间为40～120s。

优选的，步骤c)中，所述磁性材料包括铁、钛、钴和镍中的一种或多种。

优选的，步骤c)中，所述磁性膜层的厚度为10～1000nm。

优选的，步骤d)中，所述光刻的深度为所述磁性膜层厚度的10～50％。

优选的，步骤e)中，所述明胶液中的明胶含量为10～20wt％；所述第二明胶膜层的厚度为10～20μm。

优选的，所述步骤f)具体包括：

将完成封装的多层复合材料的衬底基板面固定在抖动装置上，启动抖动装置并对多层复合材料进行加热，使多层复合材料沿其SiO₂膜层与第一明胶膜层的粘合面分离，得到载药纳米机器人。

优选的，还包括：

在进行步骤f)之前，先沿厚度方向对完成封装的多层复合材料进行切割。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的载药纳米机器人。

与现有技术相比，本发明提供了一种载药纳米机器人及其制备方法。本发明提供的制备方法包括以下步骤：a)提供表面设置有SiO₂膜层的衬底基板；b)在所述SiO₂膜层上涂覆明胶液，明胶液固化，形成第一明胶膜层；c)在所述第一明胶膜层上镀磁性材料，形成磁性膜层；d)对所述磁性膜层进行光刻，形成光刻槽；e)将药物装载到所述光刻槽中，之后使用明胶液封装光刻槽的槽口，明胶液固化，形成第二明胶膜层；f)在加热条件下，将完成封装的多层复合材料沿其SiO₂膜层与第一明胶膜层的粘合面进行分离，得到载药纳米机器人。本发明提供的制备方法通过在载药纳米机器人中设置磁性膜层，可使纳米机器人表现出良好的磁性；同时通过在光刻槽口涂覆明胶液，可紧密封装光刻槽中的药物，提高纳米机器人的药物包封率，降低药物突释风。实验结果表明：将本发明方法制备的载药纳米机器人注入到体内后，前20min的药物释放量为0％，30min的药物释放量为10％，60min的药物释放量为30％，4h的药物释放量为40％，12h的药物释放量为60％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的多层复合材料结构示意图；

图2是本发明实施例提供的形成有光刻槽的多层复合材料结构示意图；

图3是本发明实施例提供的切割后多层复合材料的结构示意图。

具体实施方式

下面对本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。

本发明提供了一种载药纳米机器人的制备方法，包括以下步骤：

a)提供表面设置有SiO₂膜层的衬底基板；

b)在所述SiO₂膜层上涂覆明胶液，明胶液固化，形成第一明胶膜层；

c)在所述第一明胶膜层上镀磁性材料，形成磁性膜层；

d)对所述磁性膜层面进行光刻，形成光刻槽；

e)将药物装载到所述光刻槽中，之后使用明胶液封装光刻槽的槽口，明胶液固化，形成第二明胶膜层；

f)在加热条件下，将完成封装的多层复合材料沿其SiO₂膜层与第一明胶膜层的粘合面进行分离，得到载药纳米机器人。

在本发明提供的制备方法中，首先提供表面设置有SiO₂膜层的衬底基板。其中，衬底基板的类型可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板、聚酰亚胺(PI)基板或聚乙烯(PE)基板等柔性基板，也可以为玻璃基板，本发明优选玻璃基板，可以重复利用节约成本，技术也比较成熟；衬底基板的形状可以为矩形、圆形或不规则图形；衬底基板的厚度优选为0.1～5mm，更优选为0.2～1mm，具体可为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。在本发明中，所述SiO₂膜层的厚度优选为10～50nm，更优选为20～30nm，具体可为20nm、21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm或30nm。在本发明中，设置所述SiO₂膜层的主要目的包括：1)填平衬底基板，保证后道工序中膜层厚度的均匀性；2)衬底基板中的钠子、钾离子或其它杂质容易污染其它膜层，起阻隔保护作用。

在本发明提供的制备方法中，所述SiO₂膜层优选通过真空磁控溅射镀膜的方式设置到衬底基板的表面，真空磁控溅射镀膜具有易于控制膜的厚度、成膜速率快，便于大面积镀膜等优点，从而使得制备方法具有反应易于控制、适于工业化生产的优点。在本发明中，衬底基板表面在设置SiO₂膜层之前，优选先对衬底基板表面进行洗涤，从而去除衬底基板表面的污渍，避免衬底基板表面污渍对后道工序的影响。在本发明中，真空磁控溅射镀SiO₂膜层的过程中，靶材选择硅靶，镀膜室的气氛为氧气，镀膜室的总气压优选为0.2～0.7Pa，具体可为0.5Pa；靶材与衬底基板之间的距离优选为30～80mm，更优选为40～60mm，具体可为40mm、45mm、50mm、55mm或60mm；溅射速率优选为2～8nm/s，更优选为3～5nm/s，具体可为3nm/s、4nm/s或5nm/s；镀膜时间优选为3～15s，更优选为5～10s，具体可为5s、6s、7s、8s、9s或10s。

在本发明提供的制备方法中，获得表面设置有SiO₂膜层的衬底基板后，在所述SiO₂膜层上涂覆明胶液。其中，所述明胶液中的明胶含量优选为3～5wt％，具体可为3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％；所述明胶液的涂覆厚度优选为30～50μm，具体可为30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm或50μm。在本发明中，涂覆所述SiO₂膜层的明胶液优选按照以下方法制备得到：

将明胶颗粒在水中浸泡一段时间，之后加热搅拌，得到明胶液。

在本发明提供的上述明胶液的制备方法中，所述浸泡的温度优选为20～30℃，具体可为20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃；所述浸泡的时间优选为80～100min，具体可为80min、81min、82min、83min、84min、85min、86min、87min、88min、89min、90min、91min、92min、93min、94min、95min、96min、97min、98min、99min或100min；所述加热搅拌的搅拌速度优选为200～300rpm，具体可为200rpm、210rpm、220rpm、230rpm、240rpm、250rpm、260rpm、270rpm、280rpm、290rpm或300rpm；所述加热搅拌的升温速率优选为4～8℃/min，具体可为4℃/min、4.5℃/min、5℃/min、5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min或8℃/min；所述加热搅拌的最高温度优选为65～75℃，具体可为65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃或75℃。在本发明中，优选在达到所述加热搅拌的最高温度后，停止加热，待混合液的温度回落至55～60℃后，进行保温。

在本发明提供的制备方法中，所述SiO₂膜层优选在刀刮旋涂胶机中进行明胶液的涂覆。其中，所述刀刮旋涂胶机的旋刮速度优选为1000～1500rpm，具体可为1000rpm、1050rpm、1100rpm、1150rpm、1200rpm、1250rpm、1300rpm、1350rpm、1400rpm、1450rpm或1500rpm；所述刀刮旋涂胶机的旋刮时间优选为10～15s，具体可为10s、11s、12s、13s、14s或15s；所述刀刮旋涂胶机的旋刮均匀性优选控制在±3％以内。

在本发明提供的制备方法中，在所述SiO₂膜层上涂覆了明胶液后，明胶液进行固化。其中，所述固化的温度优选为15～30℃，具体可为15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃；所述固化的湿度优选为45～55％，具体可为45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％或55％；所述固化的时间优选为2～5h，具体可为2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h。固化结束后，形成第一明胶膜层。在本发明中，设置所述第一明胶膜层的主要目的包括：1)后续进行分离时，第一明胶膜层遇热软化，降低分离难度；2)后续进行光刻时，若光刻深度超过磁性膜层的厚度，第一明胶膜层可以充当光刻槽底部的封口。

在本发明提供的制备方法中，形成第一明胶膜层后，在所述第一明胶膜层上镀磁性材料，形成磁性膜层。其中，所述镀的方式优选为磁控溅射；所述磁控溅射的溅射速率优选为5～10nm/s；所述磁控溅射的时间优选为40～120s；所述磁性材料包括但不限于铁、钛、钴和镍中的一种或多种。镀磁性材料结束后，在所述第一明胶膜层上形成磁性膜层。其中，所述磁性膜层中包括至少一层磁性膜，所述磁性膜优选为单一磁性金属膜(如铁膜、钴膜、或镍膜)或磁性合金膜(如钛-铁-钴复合膜)。在本发明中，所述磁性膜层中还可以包括非磁性膜(如不锈钢膜)。在本发明中，所述磁性膜层的厚度优选为10～1000nm，具体可为10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、70nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm。

在本发明提供的制备方法中，形成磁性膜层后，得到多层复合材料，所述多层复合材料的结构如图1所示，图1是本发明实施例提供的多层复合材料结构示意图，图1中，1表示设置有SiO₂膜层的衬底基板，2表示第一明胶膜层，3表示磁性膜层。

在本发明提供的制备方法中，得到多层复合材料后，在所述多层复合材料的磁性膜层面进行光刻。其中，所述光刻的图案包括但不限于圆形、矩形或不规则图形；所述光刻的脉冲能量优选为150～300μJ，具体可为150μJ、160μJ、170μJ、180μJ、190μJ、200μJ、210μJ、220μJ、230μJ、240μJ、250μJ、260μJ、270μJ、280μJ、290μJ或300μJ；所述光刻的光束直径优选为0.01～0.02μm，具体可为0.01μm、0.011μm、0.012μm、0.013μm、0.014μm、0.015μm、0.016μm、0.017μm、0.018μm、0.019μm或0.02μm；所述光刻的深度优选为所述磁性膜层厚度的10～50％，具体可为10％、12％、15％、17％、20％、23％、25％、27％、30％、32％、35％、37％、40％、42％、45％、47％、50％。光刻结束后，在所述磁性膜层面上形成光刻槽，如图2所示，图2是本发明实施例提供的形成有光刻槽的多层复合材料结构示意图，图2中，1表示设置有SiO₂膜层的衬底基板，2表示第一明胶膜层，3表示磁性膜层，4表示光刻槽。

在本发明提供的制备方法中，形成光刻槽后，将药物装载到所述光刻槽中。其中，所述装载在药物装载设备中进行。在本发明中，药物装载设备可根据光刻图位置进行定位，在光刻槽内准确装载药物。在本发明提供的一个实施例中，所述药物装载设备可采用公布号为CN 101987049 A的中国专利中记载的药物装载设备。

在本发明提供的制备方法中，药物装载完毕后，使用明胶液涂覆封装所述光刻槽的槽口。其中，所述明胶液中的明胶含量优选为10～20wt％，具体可为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％。在本发明中，涂覆封装所述槽口的明胶液优选按照以下方法制备得到：

将明胶颗粒在水中浸泡一段时间，之后加热搅拌，得到明胶液。

在本发明提供的上述明胶液的制备方法中，所述浸泡的温度优选为20～30℃，具体可为20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃；所述浸泡的时间优选为80～100min，具体可为80min、81min、82min、83min、84min、85min、86min、87min、88min、89min、90min、91min、92min、93min、94min、95min、96min、97min、98min、99min或100min；所述加热搅拌的搅拌速度优选为200～300rpm，具体可为200rpm、210rpm、220rpm、230rpm、240rpm、250rpm、260rpm、270rpm、280rpm、290rpm或300rpm；所述加热搅拌的升温速率优选为4～8℃/min，具体可为4℃/min、4.5℃/min、5℃/min、5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min或8℃/min；所述加热搅拌的最高温度优选为65～75℃，具体可为65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃或75℃。在本发明中，优选在达到所述加热搅拌的最高温度后，停止加热，待混合液的温度回落至55～60℃后，进行保温。

在本发明提供的制备方法中，所述槽口优选在印刷机中进行明胶液的涂覆封装。其中，所述印刷的速度优选为5.5～7m/min，具体可为5.5m/min、5.6m/min、5.7m/min、5.8m/min、5.9m/min、6m/min、6.1m/min、6.2m/min、6.3m/min、6.4m/min、6.5m/min、6.6m/min、6.7m/min、6.8m/min、6.9m/min或7m/min。

在本发明提供的制备方法中，在所述槽口上涂覆了明胶液后，明胶液进行固化。其中，所述固化的温度优选为15～25℃，具体可为15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃或25℃；所述固化的湿度优选为45～50％，具体可为45％、46％、47％、48％、49％或50％；所述固化的时间优选为80～120min，具体可为80min、81min、82min、83min、84min、85min、86min、87min、88min、89min、90min、91min、92min、93min、94min、95min、96min、97min、98min、99min、100min、101min、102min、103min、104min、105min、106min、107min、108min、109min、110min、111min、112min、113min、114min、115min、116min、117min、118min、119min或120min。固化结束后，形成第二明胶膜层，即完成了对槽口的封装。其中，所述第二明胶膜层的厚度优选为10～20μm，具体可为10μm、10.5μm、11μm、11.5μm、12μm、12.5μm、13μm、13.5μm、14μm、14.5μm、15μm、15.5μm、16μm、16.5μm、17μm、17.5μm、18μm、18.5μm、19μm、19.5μm或20μm。

在本发明提供的制备方法中，完成封装后，将完成封装的多层复合材料沿其SiO₂膜层与第一明胶膜层的粘合面进行分离。其中，所述分离在加热条件下进行，所述加热的温度优选为50～60℃，具体可为50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃。在本发明中，加热条件下进行分离的主要原因包括：1)加热能够使明胶膜层软化，从而降低明胶粘合面的粘合强度，使分离更为容易；2)第二明胶膜层受热软化后会缩入槽口，从而使封装更紧密。在本发明提供的一个实施例中，所述分离具体按照以下步骤进行：

将完成封装的多层复合材料的衬底基板面固定在抖动装置上，启动抖动装置并对多层复合材料进行加热，使多层复合材料沿其SiO₂膜层与第一明胶膜层的粘合面分离，得到载药纳米机器人。

在本发明提供的上述分离方法中，所述抖动的频率优选为200～800次/min，具体可为200次/min、250次/min、300次/min、350次/min、400次/min、450次/min、500次/min、550次/min、600次/min、650次/min、700次/min、750次/min或800次/min；所述抖动的时间优选为100～300s，具体可为100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s、200s、210s、220s、230s、240s、250s、260s、270s、280s、290s或300s。在本发明中，优选先沿水平方向抖动100～150s，再沿水平倾角30°抖动30～60s。

在本发明提供的制备方法中，完成封装的多层复合材料沿其SiO₂膜层与第一明胶膜层的粘合面分离后，分离得到的“第一明胶膜层/磁性膜层(含药物)/第二明胶膜层”结构，即为本发明提供的载药纳米机器人。

在本发明提供的制备方法中，为了调整载药纳米机器人的尺寸，还可在分离之前，先沿厚度方向对完成封装的多层复合材料进行切割，切割大小可根据临床需求而定，例如，用于心血管诊疗的载药机器人尺寸为亚毫米量级，用于胃肠道以及实体肿瘤诊疗的载药机器人尺寸为毫米至厘米量级。在本发明中，所述切割的方式优选为激光切割；所述激光切割的扫描步进优选为10～200nm/s，具体可为10nm/s、20nm/s、30nm/s、40nm/s、50nm/s、60nm/s、70nm/s、80nm/s、90nm/s、100nm/s、110nm/s、120nm/s、130nm/s、140nm/s、150nm/s、160nm/s、170nm/s、180nm/s、190nm/s或200nm/s；所述激光切割的激光光斑优选为0.05～0.1μm，具体可为0.05μm、0.06μm、0.07μm、0.08μm、0.09μm或0.1μm；所述激光切割的电子束能量优选为10～100mJ，具体可为10mJ、20mJ、30mJ、40mJ、50mJ、60mJ、70mJ、80mJ、90mJ或100mJ；所述激光切割的切割精度优选＜100nm。在本发明中，对所述切割的形状没有特别限定，包括但不限于圆形、矩形或不规则图形。在本发明提供的一个实施例中，切割后的多层复合材料如图3所示，图3是本发明实施例提供的切割后多层复合材料的结构示意图，图3中，a为矩形切割，b为圆形切割。

在本发明提供的制备方法中，制备得到载药纳米机器人后，优选对制得的载药纳米机器人进行干燥和消毒。其中，所述干燥优选在50Pa以下真空环境中进行；所述消毒的方式优选为紫外线-臭氧消毒。在本发明中，进行紫外线-臭氧消毒可去除纳米载药机器人表面残留的有机物、促使表面氧化、增加表面与内侧的光滑与平整。

本发明提供的制备方法通过在载药纳米机器人中设置磁性膜层，可使纳米机器人表现出良好的磁性；同时通过在光刻槽口涂覆明胶液，可紧密封装光刻槽中的药物，提高纳米机器人的药物包封率，降低药物突释风。实验结果表明：将本发明方法制备的载药纳米机器人注入到体内后，前20min的药物释放量为0％，30min的药物释放量为10％，60min的药物释放量为30％，4h的药物释放量为40％，12h的药物释放量为60％。

本发明还提供了一种上述技术方案所述制备方法制得的载药纳米机器人，本发明提供的载药纳米机器人的药物包封率高，药物突释风险低。

为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

按照如下具体工艺路线制备载药纳米机器人：清洗→磁控溅射SiO₂膜层→涂覆第一明胶膜层→溅射磁性膜层→激光光刻→药物装载→封装(涂覆第二明胶膜层)→切割→剥离→干燥、消毒。

1)清洗：

将尺寸为200mm×200mm×0.5mm的玻璃衬底基板进行酒精擦拭，然后放入超声波清洗机中(超声功率150W)，去离子水超洗、酒精超洗，最后将基板放在酒精蒸汽中进行干燥，当基板由蒸汽中取出来时，因为凝结的蒸汽由表面蒸发掉，所以衬底基板很快就可以干燥。

2)磁控溅射SiO₂膜层：

采用真空磁控溅射镀膜的方法在基板上镀制一层SiO₂衬底保护层，真空磁控溅射镀膜具有易于控制膜的厚度、成膜速率快，便于大面积镀膜等优点，从而使得制备方法具有反应易于控制、适于工业化生产的优点。

硅靶材进行真空磁控溅射镀膜的过程中，真空镀膜室中气体氛围为氧气氛围，总气压为0.5Pa；硅靶材与薄膜晶体管基底之间相距40mm，溅射速率为3nm/s，镀膜时间为5～10s，镀制的SiO₂膜层的厚度为20nm。

3)涂覆第一明胶膜层：

将表面镀有SiO₂膜层的基板放置在自动刀刮旋涂胶机工作台面内，SiO₂膜层面朝上，自动定位，通过离心定律自动旋刮上一层明胶液，旋刮速度为1000rpm，旋刮时间为10秒，均匀性控制在±3％以内。旋刮到SiO₂膜层上的明胶液在作业环境下自然固化，形成第一明胶膜层。

在本实施例的步骤3)中，作业环境为无尘空间(百级)，温度控制在20±3℃，湿度为45～55％；明胶液旋涂厚度为30μm；自然固化的时间为3小时左右。

在本实施例的步骤3)中，明胶液按照以下方法进行制备：先将明胶颗粒用去离子冷水(25℃)浸泡80分钟，明胶颗粒与水的质量比为3:97；然后将其倒入搅伴容器内，边加热(升温速率为5℃/min)，边搅伴(搅伴速度为200rpm)，温度升至70℃停止加热，回落至55℃保温。

4)磁性膜层溅射：

采用真空磁控溅射的方法，在第一明胶膜层上镀制磁性膜层；靶材为铁，溅射速率为5nm/s，镀膜时间为40～120s，膜层的厚度为100nm。

5)激光光刻：

按照预先设计好的图案在磁性膜层上进行激光光刻，本实施例中光刻的图案为直径为100nm的圆形；激光光刻的脉冲能量为150μJ，激光束的直径为0.01μm，光刻深度为磁性膜层厚度的10％，光刻结束后，在磁性膜层上形成多个光刻槽。

6)药物装载：

将经步骤5)处理后的多层复合材料放置在装载设备上进行药物装载，药物装载设备可根据光刻槽位置进行定位，在光刻槽内准确装载药物，具体装载设备参照申请公布号为CN 101987049 A的中国专利。

7)封装：

将装载了药物的多层复合材料送进全自动平板玻璃印刷机工作台面上，并进行自动定位，然后将明胶液印刷到多层复合材料的磁性膜层面上，印刷速度为5.5m/min。印刷的明胶液在作业环境下自然固化，形成厚度为10μm的第二明胶膜层，完成对光刻槽的封装。

在本实施例的步骤7)中，作业环境为无尘空间(百级)，温度为19～22℃，湿度为45～50％；自然固化的时间为100min左右。

在本实施例的步骤7)中，明胶液按照以下方法进行制备：先将明胶颗粒用去离子冷水(25℃)浸泡80分钟，明胶颗粒与水的质量比为10:90；然后将其倒入搅伴容器内，边加热(升温速率为5℃/min)，边搅伴(搅伴速度为200rpm)，温度升至70℃停止加热，回落至55℃保温。

8)切割：

将完成封装的多层复合材料进行激光切割，激光切割的扫描步进为1000nm/s、激光光斑0.05μm、电子束能量200mJ、切割精度＜100nm，得到如图3中b所示的圆形结构，外径为200nm。

9)剥离：

将经步骤8)处理后的多层复合材料的衬底基板面水平固定在加热抖动装置上，加热温度设置为50℃，抖动频率设置为500次/分钟；先水平抖动时间100s，然后抖动装置倾斜30°(与水平方向的夹角)抖动30s。抖动过程中，多层复合材料沿其SiO₂膜层和第一明胶膜层的粘合面分离，分离得到的“第一明胶膜层/磁性膜层(含药物)/第二明胶膜层”结构，即为本实施例制备的载药纳米机器人。

10)干燥、消毒：

将制备的载药纳米器人放入50Pa以下真空环境中进行干燥处理，并进行“紫外线—臭氧”表面处理。

对比例1

按照如下具体工艺路线制备载药纳米机器人：清洗→磁控溅射SiO₂膜层→涂覆明胶膜层→溅射磁性膜层→激光光刻→药物装载→切割→剥离→干燥、消毒。

1)清洗：

将尺寸为200mm×200mm×0.5mm的玻璃衬底基板进行酒精擦拭，然后放入超声波清洗机中(超声功率150W)，去离子水超洗、酒精超洗，最后将基板放在酒精蒸汽中进行干燥，当基板由蒸汽中取出来时，因为凝结的蒸汽由表面蒸发掉，所以衬底基板很快就可以干燥。

2)磁控溅射SiO₂膜层：

采用真空磁控溅射镀膜的方法在基板上镀制一层SiO₂衬底保护层，真空磁控溅射镀膜具有易于控制膜的厚度、成膜速率快，便于大面积镀膜等优点，从而使得制备方法具有反应易于控制、适于工业化生产的优点。

硅靶材进行真空磁控溅射镀膜的过程中，真空镀膜室中气体氛围为氧气氛围，总气压为0.5Pa；硅靶材与薄膜晶体管基底之间相距40mm，溅射速率为3nm/s，镀膜时间为5～10s，镀制的SiO₂膜层的厚度为20nm。

3)涂覆明胶膜层：

将表面镀有SiO₂膜层的基板放置在自动刀刮旋涂胶机工作台面内，SiO₂膜层面朝上，自动定位，通过离心定律自动旋刮上一层明胶液，旋刮速度为1000rpm，旋刮时间为10秒，均匀性控制在±3％以内。旋刮到SiO₂膜层上的明胶液在作业环境下自然固化，形成明胶膜层。

在本对比例的步骤3)中，作业环境为无尘空间(百级)，温度控制在20±3℃，湿度为45～55％；明胶液旋涂厚度为30μm；自然固化的时间为3小时左右。

在本对比例的步骤3)中，明胶液按照以下方法进行制备：先将明胶颗粒用去离子冷水(25℃)浸泡80分钟，明胶颗粒与水的质量比为3:97；然后将其倒入搅伴容器内，边加热(升温速率为5℃/min)，边搅伴(搅伴速度为200rpm)，温度升至70℃停止加热，回落至55℃保温。

4)磁性膜层溅射：

采用真空磁控溅射的方法，在第一明胶膜层上镀制磁性膜层；靶材为铁，溅射速率为5nm/s，镀膜时间为40～120s，膜层的厚度为100nm。

5)激光光刻：

按照预先设计好的图案在磁性膜层上进行激光光刻，本对比例中光刻的图案为直径为100nm的圆形；激光光刻的脉冲能量为150μJ，激光束的直径为0.01μm，光刻深度为磁性膜层厚度的10％，光刻结束后，在磁性膜层上形成多个光刻槽。

6)药物装载：

将经步骤5)处理后的多层复合材料放置在装载设备上进行药物装载，药物装载设备可根据光刻槽位置进行定位，在光刻槽内准确装载药物，具体装载设备参照申请公布号为CN 101987049 A的中国专利。

7)切割：

将装载了药物的多层复合材料进行激光切割，激光切割的扫描步进为1000nm/s、激光光斑0.05μm、电子束能量200mJ、切割精度＜100nm，得到如图3中b所示的圆形结构，外径为200nm。

8)剥离：

将经步骤7)处理后的多层复合材料的衬底基板面水平固定在加热抖动装置上，加热温度设置为50℃，抖动频率设置为500次/分钟；先水平抖动时间100s，然后抖动装置倾斜30°(与水平方向的夹角)抖动30s。抖动过程中，多层复合材料沿其SiO₂膜层和第一明胶膜层的粘合面分离，分离得到的“第一明胶膜层/磁性膜层(含药物)”结构，即为本对比例制备的载药纳米机器人。

9)干燥、消毒：

将制备的载药纳米器人放入50Pa以下真空环境中进行干燥处理，并进行“紫外线—臭氧”表面处理。

实施例2

按照如下具体工艺路线制备载药纳米机器人：清洗→磁控溅射SiO₂膜层→涂覆第一明胶膜层→溅射磁性膜层→激光光刻→药物装载→封装(涂覆第二明胶膜层)→切割→剥离→干燥、消毒。

1)清洗：

将尺寸为200mm×200mm×0.5mm的玻璃衬底基板进行酒精擦拭，然后放入超声波清洗机中(超声功率150W)，去离子水超洗、酒精超洗，最后将基板放在酒精蒸汽中进行干燥，当基板由蒸汽中取出来时，因为凝结的蒸汽由表面蒸发掉，所以衬底基板很快就可以干燥。

2)磁控溅射SiO₂膜层：

采用真空磁控溅射镀膜的方法在基板上镀制一层SiO₂衬底保护层，真空磁控溅射镀膜具有易于控制膜的厚度、成膜速率快，便于大面积镀膜等优点，从而使得制备方法具有反应易于控制、适于工业化生产的优点。

硅靶材进行真空磁控溅射镀膜的过程中，真空镀膜室中气体氛围为氧气氛围，总气压为0.5Pa；硅靶材与薄膜晶体管基底之间相距40mm，溅射速率为3nm/s，镀膜时间为5～10s，镀制的SiO₂膜层的厚度为20nm。

3)涂覆第一明胶膜层：

将表面镀有SiO₂膜层的基板放置在自动刀刮旋涂胶机工作台面内，SiO₂膜层面朝上，自动定位，通过离心定律自动旋刮上一层明胶液，旋刮速度为1000rpm，旋刮时间为10秒，均匀性控制在±3％以内。旋刮到SiO₂膜层上的明胶液在作业环境下自然固化，形成第一明胶膜层。

在本实施例的步骤3)中，作业环境为无尘空间(百级)，温度控制在20±3℃，湿度为45～55％；明胶液旋涂厚度为30μm；自然固化的时间为3小时左右。

在本实施例的步骤3)中，明胶液按照以下方法进行制备：先将明胶颗粒用去离子冷水(25℃)浸泡80分钟，明胶颗粒与水的质量比为3:97；然后将其倒入搅伴容器内，边加热(升温速率为5℃/min)，边搅伴(搅伴速度为200rpm)，温度升至70℃停止加热，回落至55℃保温。

4)磁性膜层溅射：

采用真空磁控溅射的方法，在第一明胶膜层上镀制磁性膜层；靶材为铁，溅射速率为5nm/s，镀膜时间为40～120s，膜层的厚度为100nm。

5)激光光刻：

按照预先设计好的图案在磁性膜层上进行激光光刻，本实施例中光刻的图案为直径为100nm的圆形；激光光刻的脉冲能量为150μJ，激光束的直径为0.01μm，光刻深度为磁性膜层厚度的30％，光刻结束后，在磁性膜层上形成多个光刻槽。

6)药物装载：

将经步骤5)处理后的多层复合材料放置在装载设备上进行药物装载，药物装载设备可根据光刻槽位置进行定位，在光刻槽内准确装载药物，具体装载设备参照申请公布号为CN 101987049 A的中国专利。

7)封装：

将装载了药物的多层复合材料送进全自动平板玻璃印刷机工作台面上，并进行自动定位，然后将明胶液印刷到多层复合材料的磁性膜层面上，印刷速度为5.5m/min。印刷的明胶液在作业环境下自然固化，形成厚度为10μm的第二明胶膜层，完成对光刻槽的封装。

在本实施例的步骤7)中，作业环境为无尘空间(百级)，温度为19～22℃，湿度为45～50％；自然固化的时间为100min左右。

在本实施例的步骤7)中，明胶液按照以下方法进行制备：先将明胶颗粒用去离子冷水(25℃)浸泡80分钟，明胶颗粒与水的质量比为10:90；然后将其倒入搅伴容器内，边加热(升温速率为5℃/min)，边搅伴(搅伴速度为200rpm)，温度升至70℃停止加热，回落至55℃保温。

8)切割：

将完成封装的多层复合材料进行激光切割，激光切割的扫描步进为1000nm/s、激光光斑0.05μm、电子束能量200mJ、切割精度＜100nm，得到如图3中b所示的圆形结构，外径为200nm。

9)剥离：

将经步骤8)处理后的多层复合材料的衬底基板面水平固定在加热抖动装置上，加热温度设置为50℃，抖动频率设置为500次/分钟；先水平抖动时间100s，然后抖动装置倾斜30°(与水平方向的夹角)抖动30s。抖动过程中，多层复合材料沿其SiO₂膜层和第一明胶膜层的粘合面分离，分离得到的“第一明胶膜层/磁性膜层(含药物)/第二明胶膜层”结构，即为本实施例制备的载药纳米机器人。

10)干燥、消毒：

将制备的载药纳米器人放入50Pa以下真空环境中进行干燥处理，并进行“紫外线—臭氧”表面处理。

实施例3

按照如下具体工艺路线制备载药纳米机器人：清洗→磁控溅射SiO₂膜层→涂覆第一明胶膜层→溅射磁性膜层→激光光刻→药物装载→封装(涂覆第二明胶膜层)→切割→剥离→干燥、消毒。

1)清洗：

将尺寸为200mm×200mm×0.5mm的玻璃衬底基板进行酒精擦拭，然后放入超声波清洗机中(超声功率150W)，去离子水超洗、酒精超洗，最后将基板放在酒精蒸汽中进行干燥，当基板由蒸汽中取出来时，因为凝结的蒸汽由表面蒸发掉，所以衬底基板很快就可以干燥。

2)磁控溅射SiO₂膜层：

采用真空磁控溅射镀膜的方法在基板上镀制一层SiO₂衬底保护层，真空磁控溅射镀膜具有易于控制膜的厚度、成膜速率快，便于大面积镀膜等优点，从而使得制备方法具有反应易于控制、适于工业化生产的优点。

硅靶材进行真空磁控溅射镀膜的过程中，真空镀膜室中气体氛围为氧气氛围，总气压为0.5Pa；硅靶材与薄膜晶体管基底之间相距40mm，溅射速率为3nm/s，镀膜时间为5～10s，镀制的SiO₂膜层的厚度为20nm。

3)涂覆第一明胶膜层：

将表面镀有SiO₂膜层的基板放置在自动刀刮旋涂胶机工作台面内，SiO₂膜层面朝上，自动定位，通过离心定律自动旋刮上一层明胶液，旋刮速度为1000rpm，旋刮时间为10秒，均匀性控制在±3％以内。旋刮到SiO₂膜层上的明胶液在作业环境下自然固化，形成第一明胶膜层。

在本实施例的步骤3)中，作业环境为无尘空间(百级)，温度控制在20±3℃，湿度为45～55％；明胶液旋涂厚度为30μm；自然固化的时间为3小时左右。

在本实施例的步骤3)中，明胶液按照以下方法进行制备：先将明胶颗粒用去离子冷水(25℃)浸泡80分钟，明胶颗粒与水的质量比为3:97；然后将其倒入搅伴容器内，边加热(升温速率为5℃/min)，边搅伴(搅伴速度为200rpm)，温度升至70℃停止加热，回落至55℃保温。

4)磁性膜层溅射：

采用真空磁控溅射的方法，在第一明胶膜层上镀制磁性膜层；靶材为铁，溅射速率为5nm/s，镀膜时间为40～120s，膜层的厚度为100nm。

5)激光光刻：

按照预先设计好的图案在磁性膜层上进行激光光刻，本实施例中光刻的图案为直径为100nm的圆形；激光光刻的脉冲能量为150μJ，激光束的直径为0.01μm，光刻深度为磁性膜层厚度的50％，光刻结束后，在磁性膜层上形成多个光刻槽。

6)药物装载：

将经步骤5)处理后的多层复合材料放置在装载设备上进行药物装载，药物装载设备可根据光刻槽位置进行定位，在光刻槽内准确装载药物，具体装载设备参照申请公布号为CN 101987049 A的中国专利。

7)封装：

将装载了药物的多层复合材料送进全自动平板玻璃印刷机工作台面上，并进行自动定位，然后将明胶液印刷到多层复合材料的磁性膜层面上，印刷速度为5.5m/min。印刷的明胶液在作业环境下自然固化，形成厚度为10μm的第二明胶膜层，完成对光刻槽的封装。

在本实施例的步骤7)中，作业环境为无尘空间(百级)，温度为19～22℃，湿度为45～50％；自然固化的时间为100min左右。

在本实施例的步骤7)中，明胶液按照以下方法进行制备：先将明胶颗粒用去离子冷水(25℃)浸泡80分钟，明胶颗粒与水的质量比为10:90；然后将其倒入搅伴容器内，边加热(升温速率为5℃/min)，边搅伴(搅伴速度为200rpm)，温度升至70℃停止加热，回落至55℃保温。

8)切割：

将完成封装的多层复合材料进行激光切割，激光切割的扫描步进为1000nm/s、激光光斑0.05μm、电子束能量200mJ、切割精度＜100nm，得到如图3中b所示的圆形结构，外径为200nm。

9)剥离：

将经步骤8)处理后的多层复合材料的衬底基板面水平固定在加热抖动装置上，加热温度设置为50℃，抖动频率设置为500次/分钟；先水平抖动时间100s，然后抖动装置倾斜30°(与水平方向的夹角)抖动30s。抖动过程中，多层复合材料沿其SiO₂膜层和第一明胶膜层的粘合面分离，分离得到的“第一明胶膜层/磁性膜层(含药物)/第二明胶膜层”结构，即为本实施例制备的载药纳米机器人。

10)干燥、消毒：

将制备的载药纳米器人放入50Pa以下真空环境中进行干燥处理，并进行“紫外线—臭氧”表面处理。

性能测试

将实施例1～3和对比例1制备的载药纳米机器人进行体内循环测试，光刻槽中装载的物质为Cyanine7荧光染料，具体测试过程如下：

取2mg纳米机器人分散在生理盐水中，再通过尾缘静脉注射到小鼠体内。使用小动物活体成像系统，追踪纳米机器人在体内循环的情况，使用X光和荧光分别拍摄了0分钟，10分钟，20分钟，30分钟、60分钟、4小时、12小时，在体内分布情况，结果如下表所示：

表1载药纳米机器人体内循环测试的药物释放量

通过对比表1中的数据可以看出，在循环12小时后，实施例1～3仍然在体内保持较高浓度，而对比例1表明药物在生理盐水中就开始释放，进入小鼠体内还未到指定靶位时一直在释放。

临床实验显示，在进行靶向治疗时，从注入载药纳米机器人到其到达指定靶位一般需要30～60分钟。可见，本发明实施例制备的载药纳米机器人可实现药物在指定靶位的定点释放。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种载药纳米机器人的制备方法，包括以下步骤：

a)提供表面设置有SiO₂膜层的衬底基板；

b)在所述SiO₂膜层上涂覆明胶液，明胶液固化，形成第一明胶膜层；

步骤b)中，所述明胶液中的明胶含量为3～5wt％；所述明胶液的涂覆厚度为30～50μm；

c)在所述第一明胶膜层上镀磁性材料，形成磁性膜层；

d)对所述磁性膜层进行光刻，形成光刻槽；

e)将药物装载到所述光刻槽中，之后使用明胶液封装光刻槽的槽口，明胶液固化，形成第二明胶膜层；

f)将完成封装的多层复合材料的衬底基板面固定在抖动装置上，启动抖动装置并对多层复合材料进行加热，使多层复合材料沿其SiO₂膜层与第一明胶膜层的粘合面分离，得到载药纳米机器人。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述镀的方式为磁控溅射；

所述磁控溅射的溅射速率为5～10nm/s；所述磁控溅射的时间为40～120s。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述磁性材料包括铁、钛、钴和镍中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述磁性膜层的厚度为10～1000nm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d)中，所述光刻的深度为所述磁性膜层厚度的10～50％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤e)中，所述明胶液中的明胶含量为10～20wt％；所述第二明胶膜层的厚度为10～20μm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：

在进行步骤f)之前，先沿厚度方向对完成封装的多层复合材料进行切割。

8.权利要求1～7任一项所述制备方法制得的载药纳米机器人。

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