[发明专利]一种基于血管化螺旋形人工肌肉驱动的仿生微夹钳

说明书

本发明涉及一种基于血管化螺旋形人工肌肉驱动的仿生微夹钳，属于人工微钳装置技术领域。包括仿生微夹持机构、血管化螺旋形人工肌肉、电极组件、凹型基座和细胞培养液；仿生微夹持机构由U型段和仿生微钳臂段组成，U型段底部固定在凹型基座内，仿生微钳臂段由U型段的顶部延伸而出；U型段的两侧对称开有凹槽；血管化螺旋形人工肌肉为微纤维缠绕在的凹槽内而成；微纤维内设有生物微纤维和微流道；生物微纤维内包裹有骨骼肌细胞，电极装置为所述骨骼肌细胞提供电压；使用时细胞培养液由所述微纤维的一端注入，另一端流出。所述装微夹钳通过微流道为骨骼肌细胞群灌流供养，并通过电刺激骨骼肌细胞群舒张/收缩，带动仿生微夹持机构开启/闭合。

技术领域

本发明涉及一种基于血管化螺旋形人工肌肉驱动的仿生微夹钳，属于人工微钳装置技术领域。

背景技术

微型钳子是自然界虾类、蟹类、蝎类等生物常见的结构之一，亿万年的进化让上述生物的微型钳子具备目前人工系统所无法比拟的优势，如体积微小却具有高能量转换效率等。目前人工微钳装置虽然具有较高的操作精度，但内部运行机制仍以纯机械电子方式为主，这种机械电子方式需要的外围辅助设备复杂，同时占用空间较大，能量转换效率低，从而无法实现整体装置的微型化。

为了进一步提升机械电子式微钳的能量转化效率，同时实现人工微钳的微型仿生构造，目前热点关注类生命钳子装置的研究。类生命微钳装置是指将生物细胞驱动与传统机电微钳有机融合，形成一种真正微型化的新型镊钳装置。目前微钳的类生命化方法主要是基于肌细胞三维组装形成肌肉组织，通过肌肉组织的主动或被动刺激跳动来实现生物驱动钳状机构的开关/闭合控制。通过引入肌肉细胞，可以有效提升人工钳子的能量转化效率，极大缩小外围辅助设备的复杂度和体积，实现人工钳子的微型化。

目前用于微钳装置驱动的人工肌肉组织主要是通过生物材料包裹肌肉细胞，并在对生物材料施加一定拉力的培养环境下，实现肌肉细胞的线性化排列，形成生物材料/肌细胞混合的人工肌肉环。然而，肌肉细胞的存活需要充足的营养物质供应，当细胞周围包裹的生物材料厚度超过300微米时，就需要提供营养物质交换的通道。但现有的类生命微钳的人工肌肉环由于缺乏类似人体的血管供养结构，导致无法实现肌细胞的长期生命维持。同时，由于供养系统的缺乏，也无法实现仿生类生命微镊钳的在空气环境中的长时间工作。

发明内容

针对现有生物驱动微夹钳缺乏细胞营养供应系统，无法在空气环境中长期工作的问题，本发明提供了一种基于血管化螺旋形人工肌肉驱动的微夹钳。所述装置通过螺旋形排列的微流道为骨骼肌细胞群进行灌流供养，并通过电刺激螺旋形线性排列的骨骼肌细胞群舒张/收缩，带动仿生微夹持机构开启/闭合。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于血管化人工肌肉驱动的仿生微夹钳，包括仿生微夹持机构、血管化螺旋形人工肌肉、电极组件、凹型基座和细胞培养液；

所述仿生微夹持机构为对称一体化结构，由U型段和仿生微钳臂段组成，所述U型段底部固定在凹型基座的凹型槽内，仿生微钳臂段由U型段的顶部延伸而出；U型段的两侧对称开有凹槽；

所述仿生微钳臂段内侧设有仿锹甲上颚的尖锐微突起，外侧沿竖直方向向外倾斜；

所述血管化螺旋形人工肌肉为微纤维自U型段两侧凹槽的一端缠绕至另一端而形成的空心长方体框结构；所述微纤维的材质为水凝胶材料，微纤维内沿长度方向设有生物微纤维和微流道；所述生物微纤维内包裹有骨骼肌细胞，所述生物微纤维的材质为能使得骨骼肌细胞粘附增殖的生物材料；

所述电极组件为所述骨骼肌细胞提供电压；

使用时，所述细胞培养液由所述微纤维的一端注入，另一端流出。

优选的，所述仿生微夹持机构的材质为SU-8光交联材料。