CN113208691A - 一种用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，包括运载部、动力部以及连接部，运载部与动力部连接，连接部与动力部连接，运载部被配置为承载治疗药物以及被清理后的斑块组织。动力部包括第一磁力螺旋带、第二磁力螺旋带、第三磁力螺旋带。其中第一螺旋磁力带与第二螺旋磁力带可以带动运载部与连接部的相对移动。第三磁力螺旋带用于清除血管内壁的斑块组织。清道夫机器人的尺寸为微纳米级别，仅通过注射器就能够进入人体，不需要手术，不造成创伤。清道夫机器人在磁场驱动下能够精准定位存在斑块的区域，针对性地进行治疗。清道夫机器人能够对斑块区域给药，同时还能对斑块组织进行清除和搬运，并随清道夫机器人排出体外。

Description

一种用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人
技术领域
本申请属于医学研究实验装置领域。尤其涉及一种用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人。
背景技术
心血管疾病是当今社会的头号杀手，而动脉粥样硬化是心血管疾病的主要特征，是疾病进展的基础。动脉粥样硬化使动脉壁增厚、管腔缩小，导致组织缺氧和缺血，斑块破裂会导致血栓的形成或急性动脉血管狭窄，造成心脑血管突发事件，引起急性心肌梗死或缺血性脑卒中。
动脉粥样硬化的发生是一个非常缓慢的过程，在形成的早期，脂质代谢异常导致脂质堆积于动脉血管内膜，随着脂质的逐渐沉积，血管内皮隆起变形，形成脂质斑块。脂质斑块的形成会导致胶原纤维不断增加和结缔组织增生，招募淋巴细胞和浆细胞浸润以及血小板聚集，促进了动脉粥样斑块的形成。其中巨噬细胞表面存在易与脂质结合的清道夫受体，巨噬细胞在清理细胞碎片的同时，也会吞噬大量的脂质，巨噬细胞吞噬脂质形成的泡沫细胞是脂质斑块的物质基础。
现有技术中，对于动脉粥样硬化没有特别有效的治疗方法，常见的治疗方法是采用他汀类药物进行病情控制。通过内服或注射的药物尽管能够作用于血液循环，但对于动脉粥样斑块并没有直接清除与针对治疗的手段。
在利用大鼠作为治疗动脉粥样硬化的实验目标的过程中，本领域技术人员研发了一种用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，以解决现有技术中存在的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，包括运载部、动力部以及连接部，所述运载部与所述动力部连接，所述连接部与所述动力部连接，所述运载部被配置为承载治疗药物以及被清理后的斑块组织。
进一步地，所述动力部包括第一磁力螺旋带，所述第一磁力螺旋带与所述连接部连接，所述第一磁力螺旋带被配置为能够在磁场的作用下带动所述连接部进行移动。
进一步地，所述动力部包括第二次磁力螺旋带，所述第二磁力螺旋带与所述运载部连接，所述第二磁力螺旋带被配置为能够在磁场的作用下带动所述运载部进行移动。
进一步地，所述第一磁力螺旋带与所述第二磁力螺旋带被配置为在磁场的作用下使得所述运载部与所述连接部相对移动。
进一步地，所述运载部呈盒状，具有第一开口。
进一步地，所述连接部呈盒状，具有第二开口。
进一步地，所述连接部将所述运载部容纳在内，以形成封闭的长方体空间，所述运载部被配置为可经由所述第二开口进入或离开所述连接部。
进一步地，所述治疗药物与所述斑块组织经由所述第一开口进入或离开所述运载部。
进一步地，所述动力部包括第三磁力螺旋带，所述第三磁力螺旋带被配置为将所述斑块组织运送至所述运载部。
进一步地，所述第一磁力螺旋带、所述第二磁力螺旋带、所述第三磁力螺旋带由硅片经光刻工艺制备得到。
相对于现有技术而言，本申请至少具备以下优势：1、清道夫机器人的尺寸为微纳米级别，仅通过注射器就能够进入人体，不需要手术，不造成创伤。
2、清道夫机器人在磁场驱动下能够精准定位存在斑块的区域，针对性地进行治疗。
3、清道夫机器人能够对斑块区域给药，同时还能对斑块组织进行清除和搬运，并随清道夫机器人排出体外。
附图说明
图1是本申请的一个实施例的结构示意图。
图2是本申请的一个实施例的结构示意图。
图3是本申请的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本申请的实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本申请可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本申请的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
如图1-图3所示，本实施例提供的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人包括运载部3、连接部2以及动力部。其中运载部3呈长方体的盒状，在其长方体的一面上具有第一开口。运载部3用于承载用于治疗动脉粥样硬化的治疗药物4、5，同时运载部3还被用于承载被机器人清除的动脉粥样斑块组织9，并随机器人被排出体外。其中，治疗药物4、5与动脉粥样斑块组织9通过第一开口进入或离开运载部3。连接部2呈长方体的盒状，在其长方体的一面上具有第二开口。连接部2的尺寸相比运载部3大。连接部2将运载部3容纳在其内部。运载部3通过第二开口进入或离开连接部2，实现类似于抽屉的打开和闭合。在一些实施例中，可选地还包括连接线8，连接线8的作用为限定运载部3与连接部2之间的最大距离。该最大距离即为连接线8的长度。图1展示了运载部3被容纳于连接部2中的状态（即抽屉“闭合”），形成了封闭空间；图2展示了运载部3离开连接部2的状态（即抽屉“打开”），运载部3的第一开口被暴露，以释放其承载的药物4、5，或容纳被清除的斑块组织9。
动力部包括第一磁力螺旋带6、第二磁力螺旋带1以及第三磁力螺旋带7。其中第一磁力螺旋带6与连接部2连接；第二磁力螺旋带1与运载部3连接；第三磁力螺旋带7被设置在连接部2或运载部3上的合适位置。第一磁力螺旋带6、第二磁力螺旋带1、第三磁力螺旋带7均能在磁场作用下进行摆动和移动。其中，第一磁力螺旋带6用于带动连接部2移动，第二磁力螺旋带1用于带动运载部3移动。因此在合适的磁场设置下，第一磁力螺旋带6与第二磁力螺旋带1可使得运载部3与连接部2相对移动，从而实现运载部3进入连接部2，或运载部3离开连接部2。第三磁力螺旋带7在合适的磁场设置下，可以通过合适的摆动动作，清除血管内壁上存在的动脉粥样斑块组织，并运送到承载部3中。
动脉粥样斑块的形成会导致胶原纤维不断增加和结缔组织增生，招募淋巴细胞和浆细胞浸润以及血小板聚集，进一步促进动脉粥样斑块的形成。因此通过本实施例的清道夫机器人干预斑块的形成环境将阻止动脉粥样斑块的形成。其中，巨噬细胞清除损伤的内皮细胞脆片并在表面存在易与脂质结合的清道夫受体，在清理细胞碎片的同时，也会吞噬大量的脂质，最后形成的泡沫细胞，在这一缓慢的形成过程中，清道夫机器人可以很好的完成阻止动脉粥样斑块的形成，因此，本实施例是一种具有生物相容性、能有效驱动和精准控制以及集群操控能力的新型软体医疗微型机器人。
本实施例的尺寸为2微米*2微米*3微米，运载部大约1.8微米*1.8微米*1.5微米。本实施例的整体体积大约为8-12立方微米。本实施例可以通过注射器在合适的位置注入动脉，清道夫机器人在血流和磁力螺旋带作用下运动，同时控制磁力矩驱动方式来控制微纳机器人的动作，实现清道夫机器人的前进、后退。当到达粥样斑块位置时，释放运载部3所承载的抗体药物，阻止细胞继续吞噬脂质。同时也可以释放抗炎小分子药物，用于抑制局部的炎症反应。在粥样斑块周边不断摆动的磁力螺旋带可将松散的粥样组织聚集到运载部3内，直到运载部3内聚集足够的脂质或者其他松散组织，然后用磁力装置将清道夫机器人吸引到合适位置，用注射器将微型纳米机器人抽出体外。
本实施例中的运载部3和连接部2的制备方法是通过移液枪将含有螺旋形动力部的等离子水溶液移入3D打印机中，使用飞秒激光脉冲和光镊技术进行结构微加工。同时使用植物纤维素和Fe3O4作为主要基材，应用三维激光直写技术同时制作连接部2和运载部3并整体实现组装。
第一磁力螺旋带6、第二磁力螺旋带1以及第三磁力螺旋带7采用光刻制备工艺，具体制备方法如下：(1)硅片清洗。
(2)旋涂光刻胶。
(3)前烘去掉光刻胶中的溶剂部分。
(4)紫外曝光。
(5)中烘让负胶发生交联反应。
(6)显影。
(7)电子束蒸镀镀上100nm的镍层薄膜。
(8)湿法刻蚀；将样品放置于玻璃培养皿中，接触到制备溶液后，光刻形成的 2D图案立即卷曲形成 3D 的螺旋形结构。
(9)加热浸泡两天，包裹的光刻胶将被完全溶解，从而制备得到单层螺旋形运动部。
本实施例的清道夫机器人在低雷诺数环境下可以通过磁场控制实现高效驱动和运动控制，多个清道夫机器人可以实现集群效应，来满足生物医用剂量的需求。通过磁场驱动，本实施例的最高运动速度可达120微米每秒。
本申请的驱动方式可以是磁力驱动，也可以是磁力矩驱动。其中，磁力的大小与磁场梯度大小呈正相关，其对磁性物体的表现就是将拉动物体至局部磁场强度最大的位置。而磁力矩的大小与磁场强度大小呈正相关，其对磁性物体的表现是将磁性物体的磁力矩方向与磁场方向对齐。对于一个给定的磁控系统，磁场梯度驱动的球形机器人的最大速度与机器人维度的平方成正比，而磁力矩驱动的螺旋式前进的机器人的最大速度与机器人的维度成正比；同样地，磁场梯度驱动的球形机器人的最大驱动力与机器人维度的立方成正比，而磁力矩驱动的螺旋式前进的机器人的最大驱动力与机器人的维度平方成正比。因此，对于微小尺度的机器人而言，维度的立方要远小于维度的平方，磁力矩驱动方式要比磁场梯度驱动方式效率更高。因而，本实施例优选地采用磁力矩驱动方式。
以上详细描述了本申请的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本申请的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本申请的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，包括运载部、动力部以及连接部，其特征在于，所述运载部与所述动力部连接，所述连接部与所述动力部连接，所述运载部被配置为承载治疗药物以及被清理后的斑块组织。
2.如权利要求1所述的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，其特征在于，所述动力部包括第一磁力螺旋带，所述第一磁力螺旋带与所述连接部连接，所述第一磁力螺旋带被配置为能够在磁场的作用下带动所述连接部进行移动。
3.如权利要求2所述的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，其特征在于，所述动力部包括第二次磁力螺旋带，所述第二磁力螺旋带与所述运载部连接，所述第二磁力螺旋带被配置为能够在磁场的作用下带动所述运载部进行移动。
4.如权利要求3所述的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，其特征在于，所述第一磁力螺旋带与所述第二磁力螺旋带被配置为在磁场的作用下使得所述运载部与所述连接部相对移动。
5.如权利要求4所述的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，其特征在于，所述运载部呈盒状，具有第一开口。
6.如权利要求5所述的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，其特征在于，所述连接部呈盒状，具有第二开口。
7.如权利要求6所述的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，其特征在于，所述连接部将所述运载部容纳在内，以形成封闭的长方体空间，所述运载部被配置为可经由所述第二开口进入或离开所述连接部。
8.如权利要求7所述的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，其特征在于，所述治疗药物与所述斑块组织经由所述第一开口进入或离开所述运载部。
9.如权利要求8所述的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，其特征在于，所述动力部包括第三磁力螺旋带，所述第三磁力螺旋带被配置为将所述斑块组织运送至所述运载部。
10.如权利要求9所述的用于大鼠动脉粥样斑块的清道夫机器人，其特征在于，所述第一磁力螺旋带、所述第二磁力螺旋带、所述第三磁力螺旋带由硅片经光刻工艺制备得到。
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