(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 202210784452.8 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 刘晓明　柳丹　李玉洋　刘峰宇　 陈卓　唐小庆　黄强　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 张利萍 (51)Int.Cl. C12M 1/42(2006.01) C12M 1/36(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12Q 3/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于声场和磁场混合驱动的注射微机 器人及控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于声场和磁场混合驱 动的注射微机器人及控制方法， 所述注射微机器 人， 包括： 圆台(1)、 磁化空心圆柱(2)、 圆锥形玻 璃针头(3)； 所述圆台(1)的下底面上开有 一凹槽 (4)， 所述凹槽(4)的直径为100 ‑1000μm， 深度为 200‑1000μm， 所述圆锥形 玻璃针头(3)的底面插 入到所述磁化空心圆柱(2)的一端， 所述圆台(1) 的上底插入所述磁化空心圆柱(2)的另一端； 所 述圆台(1)的外径与所述磁化空心圆柱(2)的内 径相匹配， 所述圆锥形玻璃针头3的底面外径与 所述磁化空心圆柱(2)的内径相匹配。 所述注射 微机器人既可以控制注射微机器人的方向， 又可 以在旋转磁场中以非接触的方式高速旋转待接 收注射的生物目标， 减少对目标的伤害。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115181663 A 2022.10.14 CN 115181663 A 1.一种基于声场和磁场混合驱动的注射微机器人， 其特征在于， 所述注射微机器人包 括： 圆台(1)、 磁化空心圆柱(2)、 圆锥形玻璃针头(3)； 所述圆台(1)的下底面上开有一凹槽(4)， 所述凹槽(4)的直径为100 ‑1000μm， 深度为 200‑1000 μm， 所述圆锥形玻璃针头(3)的底面插入到所述磁化空心圆柱(2)的一端， 所述圆 台(1)的上底插入所述磁化空心圆柱(2)的另一端； 所述圆台(1)的外径与所述磁化空心圆 柱(2)的内径相匹配， 所述圆锥形玻璃针头3的底面外径与所述磁化空心圆柱(2)的内径相 匹配。 2.如权利要求1所述的注射微机器人， 其特征在于， 所述圆台(1)的材质为柔性树脂， 通 过3D打印机进行打印成型， 圆台(1)的下底面外径为800 ‑1500 μm， 圆台(1)的高为500 ‑1500 μ m。 3.如权利要求1所述的注射微机器人， 其特征在于， 所述磁化空心圆柱(2)的制备方法 为： 将聚二甲基硅氧烷(PDMS)和钕铁硼(N dFeB)微粒按照质量比例为1:1 ‑1.5进行混合， 混 合后注入到玻璃成型模具中， 注入完成后在60 ‑70℃的温度下进行固化成型， 固化时间为 20‑30min， 固化完成后脱模得到空心圆柱， 得到的空心圆柱放置在1.5 ‑2.0T的磁场中进行 磁化， 磁化时间为5 ‑10min， 得到磁化空心圆柱， 磁化空心圆柱中的磁矩垂直于其轴线； 磁化 空心圆柱的内径为 400‑1000 μm， 外径为5 00‑1200 μm， 长度为20 00‑5000 μm。 4.如权利要求1所述的注射微机器人， 其特征在于， 所述圆锥形玻璃针头(3)的制备方 法为： 获取所述圆锥形玻璃针头(3)的目标尺寸， 通过加热玻璃移液管， 并由拉针仪对加热 后的玻璃移液管进行拉伸， 通过控制拉力和温度来控制拉伸熔断后所形成的圆锥形玻璃针 头(3)的尺寸。 5.如权利要求3所述的注射微机器人， 其特征在于， 所述钕铁硼微粒为钕铁硼磁性纳米 粒子， 是铁磁性纳米粒子 。 6.如权利要求1 ‑5中任一项所述的注射微机器人， 其特征在于， 所述微机器人尾部的凹 槽(4)由柔 性树脂打印而成。 7.一种基于声场和磁场混合驱动的注射微机器人的控制方法， 使用 如权利要求1 ‑6中 任一项所述的注射 微机器人， 所述控制方法包括以下步骤： 步骤S1： 在底部带有压电陶瓷片的培养皿中放置培养液和待注射药物， 并将盛有培养 液及待注射药物的培养皿放置于带有磁场的环境中， 所述待注射药物不溶于培养液； 将所 述注射微机器人放置于所述培养液中， 培养液在圆台的凹槽开口处在表面张力的作用下形 成气泡； 步骤S2： 给压电陶瓷片通电， 压电陶瓷片产生声场， 所述气泡在压电陶瓷片产生的声场 中振动， 通过振动 驱动所述注射微机器人向前运动， 通过调整磁场的方向调整所述注射微 机器人的前进方向； 步骤S3： 当所述注射微机器人到达所述待注射药物时， 所述压电陶瓷片断电， 所述注射 微机器人停止向前运动， 此时给所述注射微机器人施加 一Z轴方向的磁场， 通过调整所述Z 轴方向的磁场， 实现对所述磁化空心圆柱的挤压及恢复变形， 使得所述待注射药物被 吸收 到所述磁化空心圆柱中； Z轴方向是指与培 养皿垂直的方向； 步骤S4： 向所述压电陶瓷片通电， 所述注射微机器人继续向前运动， 直至待注射细胞位权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115181663 A 2于所述磁化空心圆柱的一侧， 且所述待注射细胞表面与所述磁化空心圆柱的表面的距离不 超过100‑500 μm， 给所述压电陶瓷片断电； 步骤S5： 施加X ‑Z平面或Y ‑Z平面的旋转磁场， 所述注射微机器人在旋转磁场的作用下 进行旋转， 所述注 射微机器人在培养液中旋转时， 培养液中会产生局部涡流， 所产生的局部 涡流带动所述待注射细胞旋转使得所述待注射细胞 的注射点位于所述注射微机器人的中 心轴上， 当旋转到预设角度时， 关闭所述旋转磁场， 注射机器人和所述待注射细胞均 停止转 动； 所述X ‑Z平面、 Y‑Z平面均为世界坐标系下垂直于水平 面的两个平 面， X‑Z平面平行于X轴 及Z轴， Y‑Z平面平行于Y轴及 Z轴， Z轴垂 直于水平 面， X轴平行于所述待注 射细胞中心 点所在 切面且与Z轴垂直， Y轴平行于所述待注射细胞中心点所在切面且与Z轴垂直。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115181663 A 3