(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221097470 3.9 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 李隆球　庄仁诚　周德开　刘军民　 岳红尔　王艺醇　 (74)专利代理 机构 北京君恒知识产权代理有限 公司 11466 专利代理师 张林 (51)Int.Cl. C12M 1/42(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12M 1/10(2006.01) (54)发明名称 一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系 统 (57)摘要 本发明涉及单细胞穿刺技术， 更具体的说是 一种基于锤 型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 包 括锤型微纳机器人， 还设置有驱动锤 型微纳机器 人进行旋转的磁场发生装置和驱动锤型微纳机 器人进行运动的超声场发生装置， 锤 型微纳机器 人包括锤头和锤柄， 锤头具有顺磁性， 磁场发生 装置为三维亥姆霍兹线圈， 亥姆霍兹线圈提供旋 转的磁场， 驱动锤型微纳机器人表现出自转运动 行为， 所述超声场发生装置为以铌酸锂为基底的 叉指换能器， 利用信号发生器产生高频正弦波信 号， 作为信号源输入到叉指换能器中， 叉指换能 器提供水平的超声场， 驱动锤型微纳机器人表现 出水平运动行为； 两种物理场耦合作用可以实现 对于单一细胞细胞膜的有效穿刺突破。 权利要求书1页 说明书3页 附图11页 CN 115386487 A 2022.11.25 CN 115386487 A 1.一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 包括锤型微纳机器人， 其特征在于： 还 设置有驱动锤型微纳机器人进行旋转的磁场 发生装置和驱动锤型微纳机器人进行运动的 超声场发生装置 。 2.根据权利要求1所述的一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 其特征在于： 所 述锤型微纳机器人包括锤头和锤 柄， 锤头具有顺磁性。 3.根据权利要求2所述的一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 其特征在于： 所 述锤头由氧化铁构成， 锤 柄由二氧化硅构成。 4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 其特 征在于： 所述锤型微纳机器人由溶胶 ‑凝胶工艺及化学沉淀 工艺制备而成。 5.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 其特 征在于： 所述锤型微纳机器人自身结构具有非对称性。 6.根据权利要求1所述的一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 其特征在于： 所 述磁场发生装置为 三维亥姆霍兹线圈。 7.根据权利要求6所述的一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 其特征在于： 利 用信号发生器产生正弦波信号， 经功率放大器对信号进行放大后， 作为信号源输入到亥姆 霍兹线圈中， 亥姆霍兹线圈提供旋转的磁场， 驱动锤型微纳机器人表现出自转 运动行为。 8.根据权利要求1所述的一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 其特征在于： 所 述超声场发生装置为以铌酸锂为基底的叉指换能器， 利用信号发生器产生高频正弦波信 号， 作为信号源输入到叉指换能器中。 9.根据权利要求8所述的一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 其特征在于： 所 述叉指换能器将输入的高频正弦波信号转化为机械振动， 并以平面超声波的形式沿基底传 播， 锤型微纳机器人在叉指换能器提供的平面超声场作用下表现出 水平运动行为。 10.根据权利要求9所述的一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 其特征在于： 采用微流道加工工艺加工聚二甲基硅氧烷微流道并与铌酸锂基底键合， 为锤型微纳机器人 细胞穿刺提供流体环境。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115386487 A 2一种基于锤型微纳机 器人的单细胞穿刺系统 技术领域 [0001]本发明涉及单细胞穿刺技术， 更具体地说是一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿 刺系统。 背景技术 [0002]单细胞穿刺技术是临床诊断、 药物研发、 基因工程等研究与应用的关键技术前提。 目前， 针对单细胞穿刺大多仍停留在手动操作层面， 利用机械夹持器、 微吸管、 穿刺针等实 现。 现有方法较大程度上依赖于操作人员的经验和熟练程度， 操作精度低、 失败率高且效率 低， 难以满足针对单一细胞的精准穿刺需求。 微纳机器人是一种尺度小、 可控性好、 推重比 大的微纳米执行器， 能够实现在微小环境内的精准运动控制及 复杂功能， 尤其在生物医学 领域有着广阔的应用前景。 利用微纳机器人 的高效驱动能力和灵活的可控性， 作为微纳米 尺度的穿刺针， 作用于单一细胞的细胞膜， 能够实现对单一细胞细胞膜的有效穿刺突破。 然 而， 现有微纳机器人大多利用化学燃料或单一外物理场作为能量输入进行驱动， 多依赖有 毒有害燃料、 寿命短、 驱动能力弱、 控制手段单一且可扩展功能有限， 难以满足针对单一细 胞细胞膜的穿刺需求。 因此， 如何提出一种基于微纳机器人的单一细胞穿刺方法， 克服现有 微纳机器人在单细胞穿刺方面的 限制， 同时针对该微纳机器人特征参数搭建其驱动控制系 统是亟需解决的关键问题。 发明内容 [0003]本发明的目的是提供一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 可以实现对于 单一细胞细胞膜的有效穿刺突破。 [0004]本发明的目的通过以下技 术方案来实现： [0005]一种基于锤型微纳机器人的单细胞穿刺系统， 包括锤型微纳机器人， 还设置有驱 动锤型微纳机器人进行旋转的磁场 发生装置和驱动锤型微纳机器人进行运动的超声场 发 生装置； [0006]所述锤型微纳机器人包括锤头和锤 柄， 锤头具有顺磁性； [0007]所述锤头由氧化铁构成， 锤 柄由二氧化硅构成； [0008]所述锤型微纳机器人由溶胶 ‑凝胶工艺及化学沉淀 工艺制备而成； [0009]所述锤型微纳机器人自身结构具有非对称性； [0010]所述磁场发生装置为 三维亥姆霍兹线圈； [0011]利用信号发生器产生正弦波信号， 经功率放大器对信号进行放大后， 作为信号源 输入到亥姆霍兹线圈中， 亥姆霍兹线圈提供旋转的磁场， 驱动锤型微纳机器人表现出自转 运动行为； [0012]所述超声场发生装置为以铌酸锂为基底的叉指换能器， 利用信号发生器产生高频 正弦波信号， 作为信号源输入到叉指换能器中； [0013]所述叉指换能器将输入的高频正弦波信号转化为机械振动， 并以平面超声波的形说　明　书 1/3 页 3 CN 115386487 A 3