本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人及其制備方法和操作平臺。

背景技術(shù)：

1、隨著生物醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，人們對于生物操作設(shè)備的需求日益增加，操作的對象也逐漸向細(xì)胞、細(xì)胞團(tuán)等微米尺度結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，用于對微型結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的微操作機(jī)器人成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的微操作機(jī)器人如顯微操作機(jī)器人多存在儀器成本高昂、體積龐大無法進(jìn)行體內(nèi)植入、儀器設(shè)備復(fù)雜操作難度高等問題。

2、申請公開號為cn117961859a的中國發(fā)明專利，公開一種基于磁驅(qū)的微型軟體機(jī)器人及其控制方法，過調(diào)節(jié)電磁線圈中的期望電流控制微型軟體機(jī)器人在容器內(nèi)的運(yùn)動，通過調(diào)節(jié)均勻磁場的大小控制微型軟體機(jī)器人的軟體磁化爪子的抓取和釋放，完成細(xì)胞抓取與運(yùn)輸操作任務(wù)。該機(jī)器人尺寸在厘米量級，尺寸較大，并且無法實(shí)現(xiàn)多自由度的控制及大批量地制造。

3、因此，開發(fā)一種體積小、成本低的電控微型微操作機(jī)器人，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的多自由度控制、簡化微操作機(jī)器人制備方法、實(shí)現(xiàn)機(jī)器人大批量制造以及降低細(xì)胞操作的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人及其制備方法和操作平臺。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，包括：

3、襯底；

4、電驅(qū)動鉸鏈，位于所述襯底的上方，所述電驅(qū)動鉸鏈在電壓作用下發(fā)生可逆的彎曲伸平變形，所述電驅(qū)動鉸鏈包括第一部分和第二部分，所述第一部分用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂抬升，所述第二部分用于實(shí)現(xiàn)細(xì)胞抓?。?/p>

5、電極，位于所述襯底的上方；

6、導(dǎo)線，所述導(dǎo)線用于連接所述電驅(qū)動鉸鏈與所述電極；

7、面板，包括位于所述電極上方的第一面板、位于所述電驅(qū)動鉸鏈的第二部分上方的第二面板以及位于所述電驅(qū)動鉸鏈的第一部分上方的第三面板，所述第三面板包括多個塊狀面板，在所述電驅(qū)動鉸鏈彎曲時多個所述塊狀面板折疊形成爪狀，以抓取細(xì)胞，所述第一面板開設(shè)用于暴露所述電極的窗口；

8、粘附部分，設(shè)于所述電驅(qū)動鉸鏈與所述面板之間，所述粘附部分用于連接所述電驅(qū)動鉸鏈與所述面板。

9、可選地，所述電驅(qū)動鉸鏈具有雙金屬層結(jié)構(gòu)，包含驅(qū)動層和惰性層，在液態(tài)電解質(zhì)中，在預(yù)設(shè)電壓下，所述驅(qū)動層吸收粒子晶格發(fā)生變形，體積膨脹，而所述惰性層體積不變，所述雙金屬層結(jié)構(gòu)向所述惰性層發(fā)生彎曲，該彎曲過程可逆。

10、可選地，所述驅(qū)動層的材料采用鈀或鈀合金，所述惰性層的材料為鈦、金、鉑和聚合物中的任意一種。

11、可選地，所述電驅(qū)動鉸鏈的厚度為1nm～10μm，有效工作長度為10nm～1cm，寬度為10nm～1cm。

12、可選地，所述第二面板和所述第三面板上開設(shè)通孔，所述通孔用于加速機(jī)器人器件釋放。

13、可選地，所述面板的材料為聚合物或無機(jī)物。

14、可選地，所述襯底的材料為石英、氧化鋁和硅片中的任意一種。

15、可選地，所述微型機(jī)器人具有以下至少一種特征：

16、-所述電極的厚度為1nm～10μm，長度為10nm～1cm，寬度為10nm～1cm；

17、-所述導(dǎo)線的厚度為1nm～10μm，寬度為10nm～1cm；

18、-所述面板的厚度為1nm～1cm，長度為5nm～5cm，寬度為5nm～5cm。

19、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種上述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人的制備方法，所述方法包括：

20、提供襯底，在所述襯底上形成犧牲層；

21、在所述襯底上形成電驅(qū)動鉸鏈層；

22、沉積金屬，作為導(dǎo)線、粘附部分以及電極；

23、圖案化聚合物或無機(jī)物，形成面板；

24、去除犧牲層，釋放器件，得到用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人。

25、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種微型機(jī)器人顯微操作平臺，其包括上述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，還包括顯微鏡、參比電極、液態(tài)電解質(zhì)、電壓施加裝置和探針臺；其中：

26、所述微型機(jī)器人與所述參比電極置于所述液態(tài)電解質(zhì)中；

27、所述電壓施加裝置分別與所述微型機(jī)器人和所述參比電極連接；

28、所述顯微鏡用于觀察細(xì)胞；

29、所述探針臺與所述電壓施加裝置的輸出端相連；

30、所述微型機(jī)器人的電極部分與所述探針臺相連，所述微型機(jī)器人根據(jù)所述顯微鏡的觀察結(jié)果進(jìn)行細(xì)胞操作。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下至少之一的有益效果：

32、1、本發(fā)明電驅(qū)動鉸鏈?zhǔn)┘与妷候?qū)動后具有不同的彎曲方向，端部的面板折疊后可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞抓取操作，通過電驅(qū)動鉸鏈發(fā)生可逆電化學(xué)形變，帶動機(jī)器人的面板運(yùn)動，通過各結(jié)構(gòu)之間相互配合作用從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞抓取、抬升等細(xì)胞操作，具有體積小、成本低、驅(qū)動電壓小等特點(diǎn)，可以進(jìn)行多自由度的控制，極大拓寬了微型機(jī)器人的使用范圍。

33、2、本發(fā)明采用微納加工工藝，可以實(shí)現(xiàn)通過平面工藝加工三維折紙結(jié)構(gòu)的微型機(jī)器人，簡化微操作機(jī)器人制備方法，微機(jī)電系統(tǒng)(mems)技術(shù)加工方法工藝成熟，有利于降低小體積的微型機(jī)器人的制造成本。

34、3、本發(fā)明提供的顯微操作平臺，采用電刺激方式對微型機(jī)器人進(jìn)行控制，通過顯微鏡檢測結(jié)果實(shí)時控制目標(biāo)細(xì)胞附近的微型機(jī)器人，調(diào)節(jié)電壓施加裝置，使機(jī)器人的電驅(qū)動鉸鏈發(fā)生可逆電化學(xué)形變，帶動機(jī)器人的面板運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞抓取、抬升等細(xì)胞操作，通過電化學(xué)測試系統(tǒng)進(jìn)行測量，可以實(shí)現(xiàn)在-5v～5v的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動微型微操作機(jī)器人，并完成細(xì)胞抓取操作，本發(fā)明能夠提高微型機(jī)器人細(xì)胞操作的精度。

技術(shù)特征：

1.一種用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，其特征在于，所述電驅(qū)動鉸鏈具有雙金屬層結(jié)構(gòu)，包含驅(qū)動層和惰性層，在液態(tài)電解質(zhì)中，在預(yù)設(shè)電壓下，所述驅(qū)動層吸收粒子晶格發(fā)生變形，體積膨脹，而所述惰性層體積不變，所述雙金屬層結(jié)構(gòu)向所述惰性層發(fā)生彎曲，該彎曲過程可逆。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動層的材料采用鈀或鈀合金，所述惰性層的材料為鈦、金、鉑和聚合物中的任意一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，其特征在于，所述電驅(qū)動鉸鏈的厚度為1nm～10μm，有效工作長度為10nm～1cm，寬度為10nm～1cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，其特征在于，所述第二面板和所述第三面板上開設(shè)通孔，所述通孔用于加速機(jī)器人器件釋放。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，其特征在于，所述面板的材料為聚合物或無機(jī)物。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，其特征在于，所述襯底的材料為石英、氧化鋁和硅片中的任意一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，其特征在于，具有以下至少一種特征：

9.一種權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人的制備方法，其特征在于，包括：

10.一種微型機(jī)器人顯微操作平臺，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人，還包括顯微鏡、參比電極、液態(tài)電解質(zhì)、電壓施加裝置和探針臺；其中：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種用于細(xì)胞操作的電控微型機(jī)器人及其制備方法和操作平臺，微型機(jī)器人包括：襯底；電驅(qū)動鉸鏈，位于襯底的上方，其包括用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂抬升的第一部分和用于實(shí)現(xiàn)細(xì)胞抓取的第二部分，電驅(qū)動鉸鏈?zhǔn)┘与妷候?qū)動后具有不同的彎曲方向；電極，位于襯底的上方；導(dǎo)線，用于連接電驅(qū)動鉸鏈與電極；面板，包括位于第一面板、第二面板以及第三面板，第三面板包括多個塊狀面板，在電驅(qū)動鉸鏈彎曲時多個塊狀面板折疊形成爪狀，以抓取細(xì)胞，第一面板開設(shè)用于暴露電極的窗口；粘附部分，用于連接電驅(qū)動鉸鏈與面板。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)微型機(jī)器人多自由度控制，降低微型機(jī)器人尺度，極大拓寬了微型機(jī)器人的使用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：劉清坤,王寧,梁子赫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8