一种非手性磁控微型支架机器人及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种非手性磁控微型支架机器人及其制备方法和应用，所述非手性磁控微型支架机器人包括网状支架主体和位于所述网状支架主体外层的磁性膜层以及位于磁性膜层外的生物兼容性膜层。本发明专利技术所述的非手性磁控微型支架机器人支架结构可供干细胞附着、生长、增殖、分化，具有保护和支持干细胞的作用，并可在旋转磁场控制下实现定向运动，进而可以实现对于骨性关节炎患部的靶向治疗。于骨性关节炎患部的靶向治疗。于骨性关节炎患部的靶向治疗。

【技术实现步骤摘要】
一种非手性磁控微型支架机器人及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于微纳米机器人
，涉及一种非手性磁控微型支架机器人 及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在各类退行性关节疾病中，骨性关节炎(osteoarthritis，OA)是最常见的一 种慢性疾病，会影响全身各关节组织。主要症状为膝关节疼痛和日常活动受限， 其中女性患病率大于男性，肥胖人群患病率大于普通人群。
[0003]KOA是一种以持续性关节软骨损伤破坏为主，并致关节软骨下骨增厚，不 同程度的关节滑膜炎症，韧带退化等的疾病。目前临床上对于KOA的发病机制 尚未明确，因此并未有针对性的防治方案。治疗KOA的方案分为药物治疗和非 药物治疗，保守效果治疗不佳，大多晚期患者需要进行手术治疗，例如关节置 换手术(KTA)，此类手术有创面大，恢复慢，风险高，费用高等问题。针对 KOA病情发展的各个时期都需要进行的软骨再生和修复，干细胞治疗逐渐成为 新型治疗手段被应用于临床。
[0004]干细胞治疗KOA，主要利用干细胞通过诱导可以迅速分化为软骨细胞的特 性，修复损伤的软骨。目前临床上利用干细胞治疗KOA的方法为直接将病人体 内提取的干细胞处理后注射入膝关节，以此改善关节腔微环境，修复软骨缺损 部位。但是该方法干细胞利用率低，干细胞需求量大，修复过程较为缓慢。近 年来也有科研团队研究采用宏观支架或微观支架进行体外培养干细胞，采用手 术或注射的方法进行干细胞治疗，但是宏观支架会采用侵入性手术，并造成支 架中心干细胞的死亡。相比之下，微观支架的可注射性，高效率准确运输干细 胞，以及易进入狭小软骨缺损部位，能保证干细胞氧气与营养物质的流通等特 点，更具有未来临床应用价值。目前微观支架为实现精确运输干细胞进入软骨 受损部位，基本采用微型机器人的概念实现。
[0005]一段时间里，人们认为只有手性结构的微型机器人才能将旋转运动转换为 平移运动，例如螺旋形机器人。直到2014年，U Kei Cheang教授制造出三珠结 构的非手性微型机器人并验证了其在旋转磁场下的运动性能。此后随着非手性 微型机器人的制造方法发展，Bradley J.Nelson利用光刻技术进行批量制造非手 性微型机器人，证明可以使用简单工艺、低成本的方法制造简单形状的非手性 机器人。
[0006]除此之外，关于微型机器人的驱动方式，目前研发的微型机器人中采用的 驱动方式包括了化学驱动、磁场驱动、声波驱动和光驱四大方式。磁场驱动因 其无直接接触、及时控制、生物材料对磁场无响应等特点在微操控系统上得到 广泛应用。因此，在本领域中，开发能够利用磁场驱动的非手性机器人是本领 域的研究重点。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种非手性磁控微型支架机 器人及其制备方法和应用。本专利技术的非手性磁控微型支架机器人通过低成本的 光刻制造技术，
使用生物兼容性的材料，采用旋转磁场驱动，实现干细胞的高 效搭载和关节腔内运输，从而有效无创治疗KOA，以及其他体内需要干细胞靶 向运输治疗的不同病症。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一方面，本专利技术提供一种非手性磁控微型支架机器人，所述非手性磁控微 型支架机器人包括网状支架主体和位于所述网状支架主体外层的磁性膜层以及 位于磁性膜层外的生物兼容性膜层。
[0010]本专利技术所述的非手性磁控微型支架机器人支架结构可供干细胞附着、生长、 增殖、分化，具有保护和支持干细胞的作用，并可在旋转磁场控制下实现定向 运动，进而可以实现对于骨性关节炎患部的靶向治疗。
[0011]优选地，所述网状支架主体的原料为光刻胶，优选地，所述光刻胶为SU
‑
8 系列光刻胶。
[0012]在本专利技术中，所述网状支架主体通过光刻胶进行光刻后得到。
[0013]优选地，所述磁性膜层的材料为铁、钴或镍中的任意一种或至少两种的组 合。
[0014]优选地，所述生物兼容性膜层的材料为Ti、壳聚糖、聚乳酸或羟基磷灰石 中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]优选地，所述磁性膜层的厚度为150
‑
300nm；例如150nm、170nm、180nm、 200nm、220nm、250nm、270nm、290nm或300nm。
[0016]优选地，所述生物兼容性膜层的厚度为20
‑
100nm；例如20nm、25nm、30 nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、80nm、 90nm或100nm。
[0017]优选地，所述非手性磁控微型支架机器人的整体厚度小于等于1mm，例如 可以为1mm、0.8mm、0.5mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm、0.08mm、0.05mm 等。
[0018]优选地，所述非手性磁控微型支架机器人为微米级别；
[0019]优选地，所述非手性磁控微型支架机器人的高度40微米，长400微米，宽100微米。
[0020]在本专利技术中，所述非手性磁控微型支架机器人是非手性结构，该非手性磁 控微型机器人在与外界磁场相互作用后，其将获得手性磁性结构的运动特性。
[0021]优选地，所述非手性磁控微型支架机器人为近似“L”形的非手性结构，其 夹角为90
‑
179
°
，例如90
°
、95
°
、98
°
、100
°
、110
°
、120
°
、130
°
、140
°
、 150
°
、160
°
、170
°
、179
°
等，优选120
°
。
[0022]另一方面，本专利技术提供了如上所述的非手性磁控微型支架机器人的制备方 法，所述制备方法包括以下步骤：
[0023](1)对光刻胶进行光刻得到网状支架主体；
[0024](2)在网状支架主体表层依次溅射磁性材料膜层和生物兼容性膜层，得到 所述非手性磁控微型支架机器人。
[0025]优选地，步骤(1)所述对光刻胶进行光刻，具体包括：
[0026]在基板上旋涂葡聚糖溶液，而后旋涂光刻胶，对光刻胶进行旋转不同方位 的紫外线曝光，完成光刻。
[0027]在本专利技术中，为了产生近似“L”形的非手性结构，在光刻胶时根据掩模版 上设计的图案组成L形。
[0028]优选地，所述基板为硅片。
[0029]优选地，所述葡聚糖溶液的质量体积浓度为5
‑
20％(w/v)，例如5％、6％、 8％、10％、12％、15％、18％或20％，优选10％。
[0030]在本专利技术中，在基板上旋涂葡聚糖溶液，是因为葡聚糖膜层可以溶于水， 在制造完成后，放入水中，膜层溶解，机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非手性磁控微型支架机器人，其特征在于，所述非手性磁控微型支架机器人包括网状支架主体和位于所述网状支架主体外层的磁性膜层以及位于磁性膜层外的生物兼容性膜层。2.根据权利要求1所述的非手性磁控微型支架机器人，其特征在于，所述网状支架主体的原料为光刻胶；优选地，所述光刻胶为SU
‑
8系列光刻胶；优选地，所述网状支架主体通过光刻胶进行光刻后得到。3.根据权利要求1或2所述的非手性磁控微型支架机器人，其特征在于，所述磁性膜层的材料为铁、钴或镍中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述生物兼容性膜层的材料为Ti、壳聚糖、聚乳酸或羟基磷灰石中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述磁性膜层的厚度为150
‑
300nm；优选地，所述生物兼容性膜层的厚度为20
‑
100nm；优选地，所述非手性磁控微型支架机器人的整体厚度小于等于1mm。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的非手性磁控微型支架机器人，其特征在于，所述非手性磁控微型支架机器人为微米级别；优选地，所述非手性磁控微型支架机器人的高度40微米，长400微米，宽100微米。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的非手性磁控微型支架机器人，其特征在于，所述非手性磁控微型支架机器人为近似“L”形的非手性结构，其夹角为90
‑
179
°
，优选120
°
。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的非手性磁控微型支架机器人的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)对光刻胶进行光刻得到网状支架主体；(2)在网状支架主体表层依次溅射磁性材料膜层和生物兼容性膜层，得到所述非手性磁控微型支架机器人。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述对光刻胶进行光刻，具体包括：在基板上旋涂葡聚糖溶液，而后旋涂光刻胶，对光刻胶进行旋转不同方位的紫外线曝光，完成光刻；优选地，所述基板为硅片；优选地，所述葡聚糖溶液的质量体积浓度为5
‑
2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑裕基，陈志，丁惠钊，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：