TWI829095B - 微型機器人及其製備方法 - Google Patents

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TWI829095B
TWI829095B TW111105501A TW111105501A TWI829095B TW I829095 B TWI829095 B TW I829095B TW 111105501 A TW111105501 A TW 111105501A TW 111105501 A TW111105501 A TW 111105501A TW I829095 B TWI829095 B TW I829095B
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Abstract

本發明提供一種微型機器人及其製備方法。微型機器人包括相連接之第一塊體、第二塊體及第三塊體，第一塊體設置於第二塊體與第三塊體之間。第一塊體包括聚二甲基矽氧烷；第二塊體及第三塊體包括混合物，混合物包括聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子。微型機器人之製備方法包括步驟：提供具有容置空間之第一壓克力模具及具有U形槽之第二壓克力模具；將聚二甲基矽氧烷注入容置空間；將第二壓克力模具置入容置空間；取出第二壓克力模具，並將混合物注入容置空間，以得到微型機器人。將微型機器人置於電磁鐵平台可達到混合及溶解流道中之栓塞之目的。

Description

微型機器人及其製備方法
本發明係有關一種微陣列，尤指一種微型機器人；本發明亦有關一種製備方法，尤指一種微型機器人之製備方法。
20世紀時，隨著微控制器、微尺度製造及微機電技術之成熟，發展出具有微米尺寸之微型機器人，以降低機構與元件之製備成本。21世紀時，微型機器人被廣泛應用於諸如藥物傳遞及心血管疾病治療之生醫相關領域。
心血管疾病係人類主要死亡與失能之原因之一，針對心血管疾病之治療，研究顯示於腦中風病發三小時內予以治療，除了可提高患者之存活率，亦能降低失能程度並提高康復之機率。目前，縮短中風療程所需時間之技術包括抗凝血藥物之改良及利用機械式除栓器械，然而抗凝血藥物之改良需要較高之研發成本，且須考慮在研發過程中，對人體可能產生之副作用及傷害；而機械式除栓器械亦須考慮在研發過程中，對人體可能產生之傷害，且其製備成本高。
相較於此，應用於生醫領域之微型機器人之製備成本低且無藥物過敏之安全性疑慮，此外，應用於生醫領域之微型機器人大多以軟性材料製備，可避免對生物體造成傷害。然而，倘若將微型機器人應用於進行除栓以治療腦中 風，由於微型機器人不易輸出大於導管裝置之機械力，因此微型機器人需要較長的時間進行除栓，或者需要利用輔助除栓手術，以縮短治療腦中風之時間。
是以，開發出一種提高在特定區域之混合效率與溶解效率之微型機器人，以縮短治療腦中風之時間係本領域亟待解決之問題。
為解決上述現有技術之問題，本發明之目的在於提供一種微型機器人，透過將包含聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子之微型機器人置於電磁鐵平台進行操縱，可達到加速混合及溶解存在流道中之栓塞之目的。
本發明之另一目的在於提供一種製備微型機器人之方法，利用相配合之第一壓克力模具及第二壓克力模具，以製得包含聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子之微型機器人，藉由將包含聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子之微型機器人置於電磁鐵平台進行操縱，可達到加速混合及溶解存在流道中之栓塞之目的。
為了達成上述目的，本發明提供一種微型機器人，包括：第一塊體，包括聚二甲基矽氧烷；第二塊體，與該第一塊體之一側相連接，該第二塊體包括混合物，該混合物包括聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子，其中以該第二塊體之混合物之總重量計，該第二塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10；以及第三塊體，與該第一塊體相對於該第二塊體之另一側相連接，其中該第三塊體包括該混合物，以該第三塊體之混合物之總重量計，該第三塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10。
在一具體實施例中，該釹磁鐵粒子為釹鐵硼磁鐵(NdFeB)。
在一具體實施例中，該第二塊體與該第三塊體具有相同之磁化方向。
在一具體實施例中，該第二塊體與該第三塊體具有不同之磁化方向。
在一具體實施例中，該第二塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4。
在一具體實施例中，該第三塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4。
在一具體實施例中，該釹磁鐵粒子之直徑介於0.5μm與50μm之間。
在一具體實施例中，該微型機器人之整體結構係長度為30μm至3000μm，寬度為10μm至999μm及高度為10μm至999μm之塊體。
在一具體實施例中，該微型機器人之整體結構係長度為1000μm，寬度為300μm及高度為300μm之塊體。
在一具體實施例中，該微型機器人之第一塊體之結構係長度為10μm至999μm，寬度為10μm至999μm及高度為10μm至999μm之塊體。
在一具體實施例中，該微型機器人之第二塊體之結構係長度為10μm至999μm，寬度為10μm至999μm及高度為10μm至999μm之塊體。
在一具體實施例中，該微型機器人之第三塊體之結構係長度為10μm至999μm，寬度為10μm至999μm及高度為10μm至999μm之塊體。
在一具體實施例中，該第一塊體、該第二塊體及該第三塊體之體積比為5至7：7至9：5至7。
在一具體實施例中，該微型機器人進一步包括第四塊體，該第四塊體與該第一塊體相連接，該第四塊體包括該聚二甲基矽氧烷，且該微型機器人具有T形結構。
在一具體實施例中，該微型機器人進一步包括：第五塊體，與該第二塊體及該第四塊體相連接，該第五塊體包括該混合物，以該第五塊體之混合物之總重量計，該第五塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10；以及第六塊體，與該第三塊體及該第四塊體相連接，且該第四塊體設置於該第五塊體與該第六塊體之間，其中該第六塊體包括該混合物，以該第六塊體之混合物之總重量計，該第六塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10。
在一具體實施例中，該第二塊體、該第三塊體、該第五塊體及該第六塊體彼此間具有相同之磁化方向。
在一具體實施例中，該第二塊體、該第三塊體、該第五塊體及該第六塊體彼此間具有不同之磁化方向。
在一具體實施例中，該第五塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4。
在一具體實施例中，該第六塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4。
在一具體實施例中，該微型機器人之第四塊體之結構係長度為10μm至999μm，寬度為10μm至999μm及高度為10μm至999μm之塊體。
在一具體實施例中，該微型機器人之第五塊體之結構係長度為10μm至999μm，寬度為10μm至999μm及高度為10μm至999μm之塊體。
在一具體實施例中，該微型機器人之第六塊體之結構係長度為10μm至999μm，寬度為10μm至999μm及高度為10μm至999μm之塊體。
在一具體實施例中，該微型機器人進一步包括：第七塊體，與該第四塊體相對於該第一塊體之另一側相連接，該第七塊體包括該聚二甲基矽氧烷；第八塊體，與該第七塊體之一側相連接，該第八塊體包括該混合物，其中以該第八塊體之混合物之總重量計，該第八塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10；以及第九塊體，與該第七塊體相對於該第八塊體之另一側相連接，且該第七塊體設置於該第八塊體與該第九塊體之間；其中該第九塊體包括該混合物，以該第九塊體之混合物之總重量計，該第九塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10；以及其中該微型機器人具有H形結構。
為了達成上述目的，本發明另提供一種製備微型機器人之方法，包括步驟：提供第一壓克力模具及第二壓克力模具，該第一壓克力模具設有內壁，該內壁圍繞形成第一容置空間；該第二壓克力模具呈U型且與該第一壓克力模具之第一容置空間相配合，該第二壓克力模具設有第一凸塊、第二凸塊及U型槽，該第一凸塊及該第二凸塊設置於該第二壓克力模具之兩端，且該第一凸塊與該第二凸塊之間形成該U型槽；將聚二甲基矽氧烷注入該第一壓克力模具之第一容置空間； 將該第二壓克力模具以該第一凸塊與該第二凸塊朝向該第一壓克力模具之第一容置空間的方向置放於該第一壓克力模具之第一容置空間內，使該第二壓克力模具之該第一凸塊及該第二凸塊將該第一壓克力模具之第一容置空間內之該聚二甲基矽氧烷擠壓出該第一容置空間；待該聚二甲基矽氧烷凝固並形成第一塊體後，將該第二壓克力模具從該第一壓克力模具之第一容置空間移除，使該第一塊體之一側邊與該第一壓克力模具之內壁形成第二容置空間，及該第一塊體之另一側邊與該第一壓克力模具之內壁形成第三容置空間；將該聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子以重量比為1：1至1：10之比例混合，以形成混合物，將該混合物注入該第一壓克力模具之第二容置空間；待該第二容置空間內之該混合物凝固後形成第二塊體，並將該第二塊體進行磁化，其中該第二塊體與該第一塊體相連接；將該混合物注入該第一壓克力模具之第三容置空間；待該第三容置空間內之該混合物凝固後形成第三塊體，並將該第三塊體進行磁化，其中該第三塊體與該第一塊體相對於該第二塊體之另一側相連接；以及將該第一塊體、該第二塊體及該第三塊體從該第一壓克力模具取出，以製得微型機器人。
在一具體實施例中，該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4。
在一具體實施例中，該微型機器人之整體結構係長度為30μm至3000μm，寬度為10μm至999μm及高度為10μm至999μm之塊體。
在一具體實施例中，在將該聚二甲基矽氧烷注入該第一壓克力模具之第一容置空間之步驟之後，進一步包括步驟：移除超出該第一容置空間之該聚二甲基矽氧烷。
在一具體實施例中，在將該混合物注入該第一壓克力模具之第二容置空間之步驟之後，進一步包括步驟：移除超出該第二容置空間之該混合物。
在一具體實施例中，在將該混合物注入該第一壓克力模具之第三容置空間之步驟之後，進一步包括步驟：移除超出該第三容置空間之該混合物。
本發明之微型機器人之製備方法所製得之微型機器人包括數個含有釹磁鐵粒子之塊體，含有釹磁鐵粒子之各塊體可分別被磁化，使得含有釹磁鐵粒子之各塊體具有相同或不同之磁化方向。使用時，該微型機器人可被置放於電磁鐵平台，透過磁驅動以在微尺度流道之環境下精準移動及旋轉，並產生流體渦流，以提升特定區域之混合效率及溶解效率。因此，本發明之微型機器人可應用於腦中風之溶解血栓之療程，透過磁驅動產生流體渦流，使血栓結構變為鬆散，並提高抗凝血藥物與血栓於特定區域之混合效率，以加速血栓溶解，進而減低藥物之使用量及降低出血之發生率。
1:第一壓克力模具
11:內壁
12:第一容置空間
13:第二容置空間
14:第三容置空間
2:第二壓克力模具
21:第一凸塊
22:第二凸塊
23:U型槽
30:第一塊體
40:第二塊體
50:第三塊體
60:第四塊體
70:第五塊體
80:第六塊體
90:第七塊體
100:第八塊體
200:第九塊體
M:混合物
S1:步驟
S2:步驟
S3:步驟
S4:步驟
S5:步驟
S6:步驟
S7:步驟
S8:步驟
S9:步驟
S10:步驟
S11:步驟
S12:步驟
第1圖係本發明之微型機器人之製備方法的步驟示意圖。
第2圖係本發明之微型機器人之製備方法的流程示意圖。
第3A圖係本發明之第一微型機器人之立體示意圖。
第3B圖係本發明之第一微型機器人之俯視顯微照片。
第4圖係本發明之第二微型機器人之立體示意圖。
第5圖係本發明之第三微型機器人之立體示意圖。
第6圖係本發明之第四微型機器人之立體示意圖。
第7圖係驅動本發明之微型機器人移動之電磁鐵平台之俯視照片。
第8A圖係檢測本發明之微型機器人之效率之開放式流道的結構示意圖。
第8B圖係檢測本發明之微型機器人之效率之封閉式流道的結構示意圖。
第9A圖係驅動本發明之微型機器人移動之圖形編程語言LabVIEW輸出訊號之三種不同波形的曲線圖。
第9B圖係本發明之微型機器人在三種不同波形信號及磁場旋轉頻率為9Hz之控制下，在x方向上之位移曲線圖及微顯微照片。
第9C圖係本發明之微型機器人在三種不同波形信號及磁場旋轉頻率為9Hz之控制下，在y方向上之位移曲線圖及微顯微照片。
第10A圖係本發明之微型機器人在正弦波信號及磁場旋轉頻率為3Hz、6Hz、9Hz、12Hz及15Hz之控制下，在x方向上之位移曲線圖及微顯微照片。
第10B圖係本發明之微型機器人在正弦波信號及磁場旋轉頻率為3Hz、6Hz、9Hz、12Hz及15Hz之控制下，在y方向上之位移曲線圖及微顯微照片。
第11圖係本發明之微型機器人在模式I、模式II及模式III之運動模式下之混合效率的曲線圖及微型機器人之位移軌跡之示意圖。
第12A圖係本發明之微型機器人於開放式流道中，在模式I、模式II及模式III之運動模式下溶解氯化鈉晶體之氯化鈉晶體之收縮率的曲線圖，以及在時間為0秒及200秒之微顯微照片。
第12B圖係本發明之微型機器人於封閉式流道中，在模式II之運動模式下溶解氯化鈉晶體之氯化鈉晶體之收縮率的曲線圖，以及在時間為0秒及180秒之微顯微照片。
以下係藉由特定之具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。然而，本發明中所揭示之例示性實施例僅出於說明之目的，不應被視為限制本發明之範圍。換言之，本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同的觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
除非本文另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之單數形式「一」及「該」包括數個體。除非本文另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之術語「或」包括「及/或」之含義。
製備例1 製備第一微型機器人
參見第1圖及第2圖，製備第一微型機器人之方法包括步驟：步驟S1：提供第一壓克力模具1及第二壓克力模具2，第一壓克力模具1設有內壁11，內壁11圍繞形成呈長方體之第一容置空間12；第二壓克力模具2呈U型且與第一壓克力模具1之第一容置空間12相配合，第二壓克力模具2設有第一凸塊21、第二凸塊22及U型槽23，第一凸塊21及第二凸塊22設置於第二壓克力模具2之兩端，且第一凸塊21與第二凸塊22之間形成U型槽23； 步驟S2：將聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS,Sylgard 184)(購自道康寧公司，密德蘭市，密西根州，美國)注入第一壓克力模具1之第一容置空間12；步驟S3：利用刮刀移除超出第一容置空間12之聚二甲基矽氧烷；步驟S4：將第二壓克力模具2以第一凸塊21與第二凸塊22朝向第一壓克力模具1之第一容置空間12的方向置放於第一壓克力模具1之第一容置空間12內，使第二壓克力模具2之第一凸塊21及第二凸塊22將第一壓克力模具1之第一容置空間12內的聚二甲基矽氧烷擠壓出第一容置空間12；步驟S5：待聚二甲基矽氧烷凝固並形成第一塊體30後，將第二壓克力模具2從第一壓克力模具1之第一容置空間12移除，使第一塊體30之一側邊與第一壓克力模具1之內壁11形成第二容置空間13，及第一塊體30之另一側邊與第一壓克力模具1之內壁11形成第三容置空間14；步驟S6：將聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵(NdFeB)粒子(MQP-15-7)(購自麥格昆磁公司，新加坡)以重量比為1：4之比例混合，以形成混合物M，將混合物M注入第一壓克力模具1之第二容置空間13；步驟S7：利用刮刀移除超出第二容置空間13之混合物M；步驟S8：待混合物M凝固後形成第二塊體40，並將第二塊體40進行磁化，其中第二塊體40與第一塊體30相連接；步驟S9：將混合物M注入第一壓克力模具1之第三容置空間14；步驟S10：利用刮刀移除超出第三容置空間14之混合物M； 步驟S11：待混合物M凝固後形成第三塊體50，並將第三塊體50進行磁化，第三塊體50與第一塊體30相對於第二塊體40之另一側相連接，且第三塊體50之磁化方向與第二塊體40之磁化方向不同；步驟S12：將彼此相連接之第一塊體30、第二塊體40及第三塊體50從第一壓克力模具1取出，以製得第一微型機器人。
參見第3A圖，經由製備例1所製得之第一微型機器人包括第一塊體30、第二塊體40及第三塊體50，第一塊體30、第二塊體40及第三塊體50彼此相連接，且第一塊體30設置於第二塊體40與第三塊體50之間。參見第3B圖，於顯微鏡觀察第一微型機器人，第一微型機器人之整體結構係長度為30μm至3000μm，寬度為10μm至999μm及高度為10μm至999μm之長方體，例如長度較佳為1000μm，寬度較佳為300μm及高度較佳為300μm，使第一微型機器人可在直徑為2mm之腦動脈內進行平移與旋轉。
製備例2 製備第二微型機器人
製備第二微型機器人之方法概同於製備例1，二者差異在於：製備例2所使用之第一壓克力模具及第二壓克力模具之體積係製備例1所使用之第一壓克力模具及第二壓克力模具之體積的兩倍，並經由相同之製程製得如第4圖所示之第二微型機器人，其包括第一塊體30、第二塊體40、第三塊體50、第四塊體60、第五塊體70及第六塊體80，其中第一塊體30、第二塊體40及第三塊體50彼此相連接，且第一塊體30設置於第二塊體40與第三塊體50之間；第四塊體60與第一塊體30相連接、第五塊體70與第二塊體40及第四塊體60相連接，及第六塊體80與第三塊體50及第四塊體60相連接，且第四塊體60設置於第五塊體70與第六塊體80之間。
第四塊體60包括聚二甲基矽氧烷；第五塊體70包括混合物M，以第五塊體70之混合物M之總重量計，第五塊體70之聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子之重量比為1：4；以及第六塊體80包括混合物M，以第六塊體80之混合物M之總重量計，第六塊體80之聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子之重量比為1：4。此外，第二塊體40、第三塊體50、第五塊體70及第六塊體80彼此間具有相同或不同之磁化方向。
製備例3 製備第三微型機器人
製備第三微型機器人之方法概同於製備例1，二者差異在於：經由相似於製備例1之製程製得如第5圖所示之具有T形結構之第三微型機器人，其包括第一塊體30、第二塊體40、第三塊體50及第四塊體60，其中第一塊體30、第二塊體40及第三塊體50彼此相連接，且第一塊體30設置於第二塊體40與第三塊體50之間；以及，第四塊體60與第一塊體30相連接。此外，第二塊體40及第三塊體50具有相同或不同之磁化方向。
製備例4 製備第四微型機器人
製備第四微型機器人之方法概同於製備例1，二者差異在於：經由相似於製備例1之製程製得如第6圖所示之具有H形結構之第四微型機器人，其包括第一塊體30、第二塊體40、第三塊體50、第四塊體60、第七塊體90、第八塊體100、及第九塊體200，其中第一塊體30、第二塊體40及第三塊體50彼此相連接，且第一塊體30設置於第二塊體40與第三塊體50之間；第四塊體60與第一塊體30相連接；第七塊體90與第四塊體60相對於第一塊體30之另一側相連接，第八塊體100與第七塊體90相連接、第九塊體200與第七塊體90相對於第八塊體100之另一側相連接，且第七塊體90設置於第八塊體100與第九塊體200之間。
第七塊體90包括聚二甲基矽氧烷；第八塊體100包括混合物M，以第八塊體100之混合物M之總重量計，第八塊體100之聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子之重量比為1：4；以及第九塊體200包括混合物M，以第九塊體200之混合物M之總重量計，第九塊體200之聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子之重量比為1：4。此外，第二塊體40、第三塊體50、第八塊體100與第九塊體200彼此間具有相同或不同之磁化方向。
製備例5 製備電磁鐵平台
參見第7圖，電磁鐵平台包括8個電磁鐵線圈，各電磁鐵線圈係通過將漆包線纏繞於矩形銅條上而製成，各電磁鐵線圈之總匝數為1200匝。各電磁鐵線圈之磁場強度由公式(1)計算，其中B為磁通量密度；μr為相對磁導率；μ0為真空磁導率；I為通過導線之電流，以及N為每單位長度之導線匝數。利用碳鋼之相對磁導率100，及所量測到之單一線圈峰值電流為0.3 A，計算出單一電磁鐵線圈之峰值強度約為500mT。
B=μrμ0IN......公式(1)
製備例6 製備開放式流道及封閉式流道
參見第8A圖，利用7毫米(長度)×7毫米(寬度)×1毫米(深度)之水槽作為開放式流道；參見第8B圖，基於人類大腦動脈幾何尺度，將封閉式流道設計為寬度為2毫米漸縮至1毫米，且深度為2毫米。
此外，利用與人類血液之密度與黏度相似之75wt%甘油水溶液於開放式流道及封閉式流道中流動，作為仿血液之流體，以進行最佳化微型機器人之動態控制以及微型機器人之混合效率之試驗。此外，利用去離子水於開放式流道及封閉式流道中流動，以進行微型機器人之溶解效率之試驗。
實施例1 最佳化微型機器人之動態控制
將資料擷取器(NI cDAQ-9174)(購自國家儀器有限公司，德克薩斯州，奧斯汀，美國)與崁入信號輸入及輸出模塊(NI9201及9264)連接至電磁鐵線圈以及外部電源，以進行微型機器人之動態控制。利用圖形編程語言LabVIEW(購自國家儀器有限公司，德克薩斯州，奧斯汀，美國)建立電腦操作界面，以修改諸如磁場之旋轉頻率及強度等控制參數，可檢測微型機器人在不同的控制參數下的效率。
本實施例檢測微型機器人在三種不同類型的波形信號下之效率，如第9A圖所示，三種不同類型的波形信號包括呈平滑曲線之在各個週期中皆具有一信號陡降之鋸齒形波(sawtooth wave)、由二條斜直線所組成之三角形波(triangle wave)，以及正弦波(sinusoidal wave)，此等波形分別代表電磁鐵變化之趨勢：強度陡降、等速率升降，以及平滑曲線。因此，此等波形可用於改變各電磁鐵之強度，例如，從強度陡降至平滑曲線之轉變。在圖形編程語言LabVIEW(購自國家儀器有限公司，德克薩斯州，奧斯汀，美國)輸出訊號之三種不同波形信號與不同的磁場旋轉頻率(3Hz、6Hz、9Hz、12Hz及15Hz)之控制下，追蹤微型機器人之動態，並進行重複試驗。
第9B圖及第9C圖顯示微型機器人在三種不同波形信號及磁場旋轉頻率為9Hz之控制下，在x方向及y方向上之位移曲線圖及微顯微照片，結果顯示在鋸齒形波信號及三角形波信號之控制下，微型機器人在x方向及y方向上之位移皆呈現過衝或回落之現象，且在x方向及y方向上之路徑特徵亦不一致；而在正弦波信號及磁場旋轉頻率為9Hz之控制下，微型機器人在x方向及y方向上之 位移在10秒後皆達到穩定之動態。據此，使用正弦波信號對微型機器人之軌跡路徑進行後續實驗。
檢測在正弦波信號及不同的磁場旋轉頻率(3Hz、6Hz、9Hz、12Hz及15Hz)之控制下，微型機器人之位移軌跡及動態之穩定度，同時考慮位移誤差(不超過平均值的±10%)，以評估微型機器人之效能。如第10A圖及第10B圖所示，結果顯示正弦波信號及3Hz、6Hz及12Hz的磁場旋轉頻率之控制下，微型機器人在x方向及y方向上之位移於15秒內皆呈現明顯的暫態，並無維持於特定位置之傾向；正弦波信號及15Hz的磁場旋轉頻率之控制下，微型機器人在x方向上之位移於10.2秒後可維持小幅震動之動態，然而，在y方向上之位移呈現明顯的暫態。反觀，正弦波信號及9Hz的磁場旋轉頻率之控制下，微型機器人可位移至目標位置，且在x方向及y方向上之位移保持穩定狀態可超過5秒，此外，平均位移之震盪不超過平均值之0.3毫米。結果顯示，相較於其他的磁場旋轉頻率，微型機器人在正弦波信號及9Hz之控制下，具有更佳之穩定效率。
實施例2 檢測微型機器人之混合效率
在三種不同之運動模式(模式I、模式II及模式III)下，檢測微型機器人之混合效率，其中模式I(無微型機器人)係作為對照組；模式II(靜態旋轉)係微型機器人維持在原點處(即在流道左下角處)旋轉，以及模式III(伴隨平移之旋轉)係微型機器人於流道中移動，且同時進行旋轉。此外，利用公式(2)計算微型機器人於流道中之混合效率(mixing efficiency)(%)，
Figure 111105501-A0305-02-0017-1
 其中mi為像素之強度，即亮度；
Figure 111105501-A0305-02-0018-5
為影像中全部像素之平均強度，其用於衡量流體之均勻程度；以及n為影像中之像素總數。
結果如第11圖所示，最初在時間為0秒時，可清楚地觀察到藍色染料在仿血液之流體(靜態)中具有明顯的邊界。此外，模式I、模式II及模式III於前10秒皆未有明顯地混合效率之變化，然而，於10秒至40秒時，微型機器人之混合效率在模式III之運動模式下，顯著地從40%提高至80%，使模式III之最高混合效率達到80%，而模式I及模式II之最高混合效率則僅介於39%與42%之間。
再者，藉由計算於10秒至40秒時之混合效率曲線之斜率，可量化微型機器人在模式I、模式II及模式III之運動模式下之混合效率，結果顯示，模式III達到最高之混合效率所需的時間為模式II達到最高之混合效率所需的時間的5.18倍。上述結果顯見微型機器人於流道邊界上，利用伴隨平移之旋轉的運動模式可提高特定區域之混合效率。
實施例3 檢測微型機器人之溶解效率
為檢測微型機器人之溶解效率，在三種不同之運動模式(模式I、模式II及模式III)下，將微型機器人置於開放式流道及封閉式流道中進行氯化鈉晶體之溶解試驗，利用公式(3)計算氯化鈉晶體之收縮率(shrinkage percentage)(%)，其代表氯化鈉晶體之瞬時面積與初始面積之比率，
Figure 111105501-A0305-02-0018-3
 其中n0為氯化鈉晶體在時間為0秒時，佔據面積之像素數目；以及nt為氯化鈉晶體在時間為t秒時，佔據面積之像素數目。此外，利用公式(4)計算收縮率之時變率(rate of shrinkage percentage)，以作為評估微型機器人之功能之參數，
Figure 111105501-A0305-02-0019-4
，其中t為時間。
第12A圖顯示微型機器人於開放式流道中，在模式I、模式II及模式III之運動模式下溶解氯化鈉晶體後，氯化鈉晶體之收縮率的曲線圖，以及在時間為0秒及200秒之微顯微照片。結果顯示在模式III之運動模式下，時間為200秒時，微型機器人溶解氯化鈉晶體之收縮率可達84.5%，且在溶解過程中，初始自氯化鈉晶體之矩形的四邊開始收縮，形成類似星形之形狀，最後溶解為不規則之形狀。反觀在模式I及模式II之運動模式下，時間為200秒時，微型機器人溶解氯化鈉晶體之收縮率僅分別約27.1%及56%。
此外，在模式I及模式II之運動模式下，微型機器人溶解氯化鈉晶體之收縮率之時變率(時間為0秒至200秒)的平均值分別為每秒0.136%及0.280%，而在模式III之運動模式下，微型機器人溶解氯化鈉晶體之收縮率之時變率(時間為0秒至200秒)的平均值為每秒0.422%。
第12B圖顯示微型機器人於封閉式流道中，在模式II之運動模式下溶解氯化鈉晶體後，氯化鈉晶體之收縮率的曲線圖，以及在時間為0秒及180秒之微顯微照片。結果顯示在無微型機器人之情況下，時間為180秒時，氯化鈉晶體之收縮率約為81.1%，而在模式II之運動模式下，時間為150秒時，微型機器人溶解氯化鈉晶體之收縮率為100%。
此外，在無微型機器人之情況下，氯化鈉晶體之收縮率之時變率的平均值(時間為180秒)為每秒0.450%，而在模式II之運動模式下，微型機器人溶解氯化鈉晶體之收縮率之時變率(時間為150秒)的平均值為每秒0.667%。
上述結果顯示微型機器人可在微尺度流道之環境下精準移動，且可達到使在開放式流道及封閉式流道中流體流暢，並加速流體中之物質溶解之 效率。此外，於開放式流道中，物質之溶解速率可提升至三倍，而在封閉式流道中，則物質之溶解速率可提升約50%。
基於上述結果，製備例1所製得之微型機器人可被置放於電磁鐵平台，透過磁驅動以在微尺度流道之環境下精準移動，並產生流體渦流，以提升特定區域之混合效率及溶解效率。
此外，製備例2所製得之第二微型機器人及製備例4所製得之第四微型機器人皆包括四個含有釹磁鐵粒子之塊體，含有釹磁鐵粒子之各塊體可分別被磁化，使得含有釹磁鐵粒子之各塊體具有相同或不同之磁化方向，可藉以在電磁鐵平台上產生不同之動態行為。
再者，製備例2所製得之第二微型機器人、製備例3所製得之第三微型機器人及製備例4所製得之第四微型機器人可被置放於電磁鐵平台，透過磁驅動以在微尺度流道之環境下精準移動，並產生流體渦流，以提升特定區域之混合效率及溶解效率(結果未顯示)。
由上可知，本發明製備之微型機器人可應用於腦中風之溶解血栓之療程，透過磁驅動產生流體渦流，使血栓結構變為鬆散，並提高抗凝血藥物與血栓於特定區域之混合效率，以加速血栓溶解，進而減低藥物之使用量及降低出血之發生率。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
30:第一塊體
40:第二塊體
50:第三塊體

Claims (10)

  1. 一種製備微型機器人之方法，包括步驟：提供第一壓克力模具及第二壓克力模具，該第一壓克力模具設有內壁，該內壁圍繞形成第一容置空間；該第二壓克力模具呈U型且與該第一壓克力模具之第一容置空間相配合，該第二壓克力模具設有第一凸塊、第二凸塊及U型槽，該第一凸塊及該第二凸塊設置於該第二壓克力模具之兩端，且該第一凸塊與該第二凸塊之間形成該U型槽；將聚二甲基矽氧烷注入該第一壓克力模具之第一容置空間；將該第二壓克力模具以該第一凸塊與該第二凸塊朝向該第一壓克力模具之第一容置空間的方向置放於該第一壓克力模具之第一容置空間內，使該第二壓克力模具之該第一凸塊及該第二凸塊將該第一壓克力模具之第一容置空間內之該聚二甲基矽氧烷擠壓出該第一容置空間；待該聚二甲基矽氧烷凝固並形成第一塊體後，將該第二壓克力模具從該第一壓克力模具之第一容置空間移除，使該第一塊體之一側邊與該第一壓克力模具之內壁形成第二容置空間，及該第一塊體之另一側邊與該第一壓克力模具之內壁形成第三容置空間；將該聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子以重量比為1：1至1：10之比例混合，以形成混合物，將該混合物注入該第一壓克力模具之第二容置空間；待該第二容置空間內之該混合物凝固後形成第二塊體，並將該第二塊體進行磁化，其中該第二塊體與該第一塊體相連接；將該混合物注入該第一壓克力模具之第三容置空間； 待該第三容置空間內之該混合物凝固後形成第三塊體，並將該第三塊體進行磁化，其中該第三塊體與該第一塊體相對於該第二塊體之另一側相連接；以及將該第一塊體、該第二塊體及該第三塊體從該第一壓克力模具取出，以製得微型機器人。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4。
  3. 一種如請求項1或2所述之製備微型機器人之方法所製得之微型機器人，其中該微型機器人包括：第一塊體，包括聚二甲基矽氧烷；第二塊體，與該第一塊體之一側相連接，該第二塊體包括混合物，該混合物包括聚二甲基矽氧烷與釹磁鐵粒子，其中以該第二塊體之混合物之總重量計，該第二塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10；以及第三塊體，與該第一塊體相對於該第二塊體之另一側相連接，其中該第三塊體包括該混合物，以該第三塊體之混合物之總重量計，該第三塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10。
  4. 如請求項3所述之微型機器人，其中該第二塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4，及該第三塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4。
  5. 如請求項3所述之微型機器人，其中該微型機器人進一步包括第四塊體，該第四塊體與該第一塊體相連接，該第四塊體包括該聚二甲基矽氧烷，且該微型機器人具有T形結構。
  6. 如請求項5所述之微型機器人，其中該微型機器人進一步包括： 第五塊體，與該第二塊體及該第四塊體相連接，該第五塊體包括該混合物，以該第五塊體之混合物之總重量計，該第五塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10；以及第六塊體，與該第三塊體及該第四塊體相連接，且該第四塊體設置於該第五塊體與該第六塊體之間，其中該第六塊體包括該混合物，以該第六塊體之混合物之總重量計，該第六塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10。
  7. 如請求項6所述之微型機器人，其中該五塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4。
  8. 如請求項6所述之微型機器人，其中該第六塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：4。
  9. 如請求項5所述之微型機器人，其中該微型機器人進一步包括：第七塊體，與該第四塊體相對於該第一塊體之另一側相連接，該第七塊體包括該聚二甲基矽氧烷；第八塊體，與該第七塊體之一側相連接，該第八塊體包括該混合物，其中以該第八塊體之混合物之總重量計，該第八塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10；以及第九塊體，與該第七塊體相對於該第八塊體之另一側相連接，且該第七塊體設置於該第八塊體與該第九塊體之間；其中該第九塊體包括該混合物，以該第九塊體之混合物之總重量計，該第九塊體之該聚二甲基矽氧烷與該釹磁鐵粒子之重量比為1：1至1：10；以及其中該微型機器人具有H形結構。
  10. 如請求項3所述之微型機器人，其中該釹磁鐵粒子之直徑介於0.5μm與50μm之間。
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