使用液晶-磁性粒子复合粒子的电能收集制造技术

本发明专利技术涉及使用液晶‑磁性粒子复合粒子的电能收集。本发明专利技术公开了一种使用由液晶和磁性粒子组成的粒子系统在组织中产生电流和/或电压的方法和装置。

【技术实现步骤摘要】
使用液晶-磁性粒子复合粒子的电能收集相关申请的交叉引用以及优先权声明本专利申请要求2017年7月7日递交的美国临时专利申请No.62/529,864、“ElectricityEnergyHarvestingwithLiquidCrystal-magneticParticleCompositeParticles”的优先权，上述美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
公开的实施方式提供了用于刺激活体组织的方法和装置。
技术介绍
传统上，已经完成了利用液晶收集能量的工作，其中，如Kittipaisalsilpa,K.,Kato,T.&Suzuki,Y.于2016年在日本东京的东京大学的机械工程部门的一月刊LIQUID-CRYSTAL-ENHANCEDELECTROSTATICVIBRATION的第37-40页的标题为“Liquid-crystal-enhancedelectrostaticvibrationgenerator”(Kittipaisalsilpa等人，其全部内容通过引用并入本文)的发表物所教导的，液晶上的机械运动被转换为电能。在所述发表物中描述的装置是夹在电极之间的液晶材料的平面结构。F.Castles于2011年在美国物理联合会学术期刊(AIPAdvances)的标题为“Thelimitsofflexoelectricityinliquidcrystals”的发表物中理论上分析了相似的结构，参见AIPAdvances，1(3)，第1-7页(其全部内容通过引用并入本文)。已经示出浸入液晶中的磁性粒子能够控制晶体的取向，参见Wang,M等人在2014年的纳米快报(NanoLetters)，第14期，第3966-3971页中的“MagneticallyActuatedLiquidCrystals”(其全部内容通过引用并入本文)。
技术实现思路
公开的实施方式提供了一种用于使用包括液晶和磁性粒子的粒子系统来在组织中产生电流和/或电压的方法和装置。根据至少一个实施方式，各方法和装置可以使用在一个或多个粒子系统中的液晶内的磁性粒子来传输机械能，使得由所述一个或多个粒子系统产生电能。附图说明特别地参考附图进行详细的描述，其中：图1示出了装置的器件部件的示例。图2示出了在图1中示出的器件对施加的磁场的响应的示例。具体实施方式本申请中公开的创新概念建立在2018年4月27日递交的美国非临时专利申请序号No.15/964,289、标题为“APPARATUSANDMETHODFORREMOTEDETECTIONOFELECTRICFIELDSINLIVINGTISSUESUSINGMAGNETICPARTICLESANDLIQUIDCRYSTALS”中描述的创新上，其全部公开内容通过引用并入本文。在该较早的申请中公开的创新概念涉及使用液晶/磁性粒子来检测组织的电状态。然而，本专利技术公开的实施方式则关于如何能够使用类似的粒子结构来改变受试者的组织的电状态。出于本说明书的目的，术语“受试者”包括但不限于患有或不患有疾病的人或其它动物。同样，术语“液晶组分”包括但不限于具有取决于取向的电特性的任何材料，例如，驻极体形式的液晶。驻极体是极化的介电材料片，类似于永久磁铁，例如，如Kittipaisalsilpa等人的描述。传统上，已经在液晶中放置磁性粒子，如G.Cordoyiannis等人在液晶(LiquidCrystals)期刊43:3，第314-319页的标题为“Theeffectofmagneticnanoparticlesuponthesmectic-Atosmectic-C*phasetransition”的教导，参见Cordoyiannis,G.等人，2016；其全部内容通过引用并入本文。根据本专利技术公开的实施方式，所述装置可以包括至少一个器件，所述器件包含至少一个液晶和至少一个磁性粒子，其中，所述器件被放置在可被电刺激或电调整的活体组织内。此外，根据本专利技术公开的实施方式，所述装置还可以包括放置在受试者的活体组织外部的仪器。根据公开的实施方式，所提及的至少一个磁性粒子是在任何尺寸上小于100微米并且包含可被施加的磁场或电磁场磁化的一种或多种材料的结构。根据至少一些实施方式，所述至少一个磁性粒子在其最大尺寸上可以小于100微米，并且在其最大尺寸上可以小于1微米，以及在其最大尺寸上可以小于10纳米(nm)，以及在其最大尺寸上可以小于1纳米(nm)。图1示出了装置的器件部件的示例。在该示例中，使用具有侧壁30的圆柱形胶囊实现器件10，所述胶囊包含液晶材料40和磁性粒子50两者。胶囊被示出为具有可选的导电帽20和导电帽60。根据公开的实施方式，器件10在其最大尺寸上小于100微米，可以小于1微米，可以小于10纳米(nm)，和/或可以小于1纳米。应当理解，可以将器件10引入受试者体内，所述引入是鼻内引入、静脉内引入、口腔引入，或通过一些其它途径引入受试者体内。出于本说明书的目的，术语“液晶溶液”包括液晶存在于器件10中而没有另一液体材料的情况、以及液晶在另一液体材料(例如水)中的情况。图1示出了没有对其施加磁场的器件。图2示出了器件100(器件100与图1中示出的器件10相同但具有施加的磁场)的响应的示例。如图2所示，磁性粒子140(在图1中示为50)通过施加的磁场取向以使液晶130取向为可以与施加的磁场平行的方向。可替选地，该方向可以已经通过先前的磁场或电磁场设定，或者该方向可以是生理过程(例如扩散)的结果。出于本说明书的目的，所述方向被称为“优先的”，因为本专利技术的使用者将会具有对于它应该是哪个方向的偏好，并且将向组织施加磁场或电磁场以创建该优先的方向。对于组织中不同的器件100，该优先的方向可以不同。施加的磁场可以已经通过放置在受试者身体外部的磁铁(永久性磁铁、电永久性磁铁、超导磁铁或其它类型的磁铁)来创建或以其它方式修改。为实现优先取向而执行的操作产生待被施加到活体组织120的组成部分的电场。可以利用至少一个传感器150来实现和检测磁性粒子在排序上的变化，在至少一个实施方式中，传感器150可以放置在活体组织外部。传感器150的示例包括磁共振成像(MRI)设备的部件或磁性粒子成像(MPI)设备的部件。结合先前在美国非临时专利申请序号No.15/964,289中公开的创新点，可以用传感器150远程检测粒子系统100的一种或多种成分的电取向，以描述粒子系统100的电活动或活体组织120的组成部分的电活动。例如，可以使用磁性粒子140的磁化向外部MRI报告磁性粒子140的方向，从而描述液晶130的取向或整个粒子系统100的取向。根据至少一个实施方式，所述至少一个传感器150可以电连接至计算机处理器160，计算机处理器160可以用于显示关于粒子系统100和活体组织120的组成部分的解剖学活动、电活动和磁活动的信息。根据至少一个公开的实施方式，器件10/100的一个或多个部分可以涂有生物相容性材料，例如，聚乙二醇。器件10/100的一个或多个部分可以涂有增强穿过生理屏障的输送的材料，例如，用于穿过血脑屏障的输送的细胞间黏附分子(ICAM)(参见Hsu,J.等人于2012在纳米医学：纳米技术、生物和医学，8(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：在任一单维尺寸上不超过100微米的至少一个器件，所述至少一个器件包含在液晶溶液中的至少一个磁性粒子且被放置在活体组织中；以及用于将磁场转换成电场以将所述电场施加到位于活体组织中的所述至少一个器件的仪器。

【技术特征摘要】
2017.07.07 US 62/529,8641.一种装置，包括：在任一单维尺寸上不超过100微米的至少一个器件，所述至少一个器件包含在液晶溶液中的至少一个磁性粒子且被放置在活体组织中；以及用于将磁场转换成电场以将所述电场施加到位于活体组织中的所述至少一个器件的仪器。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个器件在所述活体组织内是不受约束的。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个器件的一个或多个部分涂有生物相容性材料。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述器件的一个或多个部分涂有材料，所述材料用于增强到达活体组织的输送或穿过活体组织的输送。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述器件的一个或多个部分涂有材料，所述材料用于增强输送入大脑。6.一种用于改变存在于活体组织中的至少一个器件的电状态的方法，所述方法包括：将所述至少一个器件放置在所述活体组织内，其中，所述至少一个器件在任一单维尺寸上不超过100微米且包含在液晶溶液中的至少一个磁性粒子；以及将一个或多个磁场施加到所述至少一个器件以产生电能。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个器件在所述活体组织内是不受约束的。8.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧文·N·温伯格，
申请(专利权)人：温伯格医学物理有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US