[发明专利]一种柔性执行器的制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性执行器的制备方法，包括使用软件对纤维网格的结构进行设计；将包含纤维网格结构信息的文件导入3D打印机制成柔性执行器内的纤维网格结构；纤维网格结构包括被动层纤维和主动层纤维，被动层纤维沿长度方向等间距排布，主动层纤维与被动层纤维呈夹角θ等间距排布；将3D打印制成的纤维网格放入等离子清洗机中进行氧等离子体刻蚀；将水凝胶前驱液注入到硅胶模具中；将整个复合材料放入去离子水中浸泡，使水凝胶内部的离子充分键合。本发明的方法制备出的柔性执行器具有遇水螺旋变形的特性，其螺旋变形运动实现了狭窄管腔的撑开、结石的套取、缠紧和包裹，最终在安全、无痛的前提下将卡在狭窄管腔的结石完全取出。

技术领域

本发明涉及医疗器械的技术领域，涉及一种柔性执行器的制备方法。

背景技术

随着饮食结构的改变和人口老龄化的不断深入，泌尿和消化系统结石病在我国呈高发态势。结石可造成肾脏、输尿管、胆囊或膀胱中的管腔梗阻，影响器官液体的排出，产生疼痛、出血或感染等症状，在体内长期留存甚至会引发胆管癌或尿毒症等致命并发症，严重的危害了人民的身体健康。对于早期的结石，可以采取药物排石或超声波碎石等治疗手段，但多数患者在仍需要以手术为主的治疗方法，即通过微创手术应用金属网篮在内窥管镜的引导下进行取石。然而，临床实践中“金属网篮取物法”暴露出的一些原理性缺陷严重的限制了微创手术的治疗效果。

首先，医用网篮是由数根金属细丝编织而成的刚性结构，头部尺寸较大，难以穿过异物所处狭窄空间，且容易造成反向推送；其次，手术中需通过人工握紧锁定目标物，操作时易滑脱；最后，金属丝较为刚硬、锋利，在拖拽过程中可能会划伤软组织，造成撕脱、出血等严重后果。上述缺陷均大大增加了微创手术的操作难度、治疗成本和安全风险，尤其是面对位于输尿管起始处、肝内胆管和胰胆管等狭窄管腔(直径2-10mm)处的结石，治疗效果更加不理想。因此，发明一种与软组织协调性好、适应能力强，空间利用率高的取物装置，能在安全、微创，无痛的前提下取净狭窄管腔中的结石，在医疗器械领域将具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种柔性执行器的制备方法，该方法制备出的柔性执行器具有遇水螺旋变形的特性，利用该螺旋变形将结石缠绕包裹后取出体外，与软组织协调性好、适应能力强，空间利用率高，能够克服现有取石器难以穿过狭窄空间、操作难度大、易划伤软组织等缺点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种柔性执行器的制备方法，包括：

步骤1：使用软件对纤维网格的结构进行设计，确定关键的结构参数，包括被动层纤维和主动层纤维的直径、间距、夹角θ，以及纤维网格整体的宽度、厚度和长度；

步骤2：将包含纤维网格结构信息的文件导入基于熔融沉积原理的3D打印机中，进行3D打印，最终制成柔性执行器内的纤维网格结构；打印原材料为聚乳酸墨水；所述纤维网格结构为包括被动层和主动层的双层结构，所述被动层设置有被动层纤维，所述主动层设置有主动层纤维，被动层纤维沿长度方向(与X轴平行)等间距排布，主动层纤维与被动层纤维呈夹角θ等间距排布，所述夹角θ的取值满足：(-60≤θ≤-20)∩(20≤θ≤60)；

步骤3：将硅橡胶模具覆盖在玻璃基板上，硅橡胶模具的厚度与纤维网格的厚度相同，硅橡胶模具上设置有条形凹槽，条形凹槽的长度和宽度与纤维网格的尺寸相匹配；将3D打印制成的纤维网格放入等离子清洗机中进行氧等离子体刻蚀，之后，放入到硅橡胶模具的条形凹槽中固定，且靠近被动层纤维的一侧朝上；

步骤4：采用两性聚电解质PA水凝胶作为柔性执行器的基质；在纤维网格刻蚀完成后，将水凝胶前驱液注入到硅胶模具中，并反复涂抹，使胶液与纤维网格充分接触；之后，使用紫外光灯对水凝胶前驱液进行照射，使其充分聚合固化；之后，将整个复合材料放入去离子水中浸泡，使水凝胶内部的离子充分键合。