[发明专利]一种基于生物3D打印的生物微纳机器人及其构建方法

权利要求书

1.一种基于生物3D打印的生物微纳机器人，包括配重头(1)和生物微纳机器人本体，其特征在于：所述配重头(1)为圆球形或短圆柱形球体的水凝胶实体；所述生物微纳机器人本体为具有空管道结构的水凝胶微管(4)，其内腔可承载药物(3)；配重头(1)与机器人本体的端头连接，靠近连接处的颈部或在水凝胶微管的头尾部接种驱动细胞(2)；外界配有刺激信号(5)，在刺激信号(5)的作用下，驱动细胞(2)产生相应的收缩行为，从而产生对机器人的驱动力；全部或部分包含药物的水凝胶微管(4)作为携载药物单元；驱动细胞(2)接种于水凝胶微管(4)的不同部位，驱动细胞(2)采用哺乳动物的心肌细胞、骨骼肌细胞以及昆虫背部血管细胞中的任意一种；所采用的驱动方式包括如下任意一种：生物微纳机器人悬浮于液体环境中时，将驱动细胞(2)接种在配重头(1)和水凝胶微管(4)连接处，驱动细胞(2)的收缩带动机器本体运动，依靠机器本体和液体间的相互作用，驱使机器人运动；当生物微纳机器人与固体表面接触时，则在水凝胶微管(4)的头尾部分接种驱动细胞(2)，借助摩擦力的作用，驱使机器人运动；外部刺激信号为光、电、磁或生化刺激信号；当生物微纳机器人运动到指定位置后，经过一段时间，形成生物微纳机器人的水凝胶材料降解，置于微管中的药物进行释放，进而实现药物的搬运和释放。

2.一种基于生物3D打印的生物微纳机器人构建方法，用于构建根据权利要求1所述的基于生物3D打印的生物微纳机器人，其特征在于：1)使用具有生物可降解性能的水凝胶材料，采用3D打印技术制备生物微纳机器人本体,具体可以采用基于离子交联成形的方法制备的具有中空管道结构的水凝胶微管(4)和水凝胶实体作为配重头(1)共同形成的结构；2)使用具有自收缩并且收缩能力可以被外部刺激信号调节的细胞或组织作为生物微纳机器人的驱动单元，接种于机器人本体的颈部。

3.根据权利要求2所述的基于生物3D打印的生物微纳机器人的构建方法，其特征在于：所述生物微纳机器人的驱动单元是：a)生物微纳机器人悬浮于液体环境中时，将驱动细胞接种在配重头(1)和水凝胶微管(4)连接处，驱动细胞的收缩带动机器本体运动，依靠机器本体和液体间的相互作用，驱使机器人运动；b)当生物微纳机器人与固体表面接触时，则可在水凝胶微管(4)的头尾部分接种驱动细胞，借助摩擦力的作用，驱使机器人运动。

4.根据权利要求2所述的基于生物3D打印的生物微纳机器人的构建方法，其特征在于：所述驱动细胞是哺乳动物心肌细胞、或昆虫背部血管或骨骼肌细胞，通过基因转染手段，使其对于外部刺激信号，产生相应的收缩行为从而对机器人产生驱动力。

5.根据权利要求2所述的基于生物3D打印的生物微纳机器人其构建方法，其特征在于具体操作步骤如下：

a.制备水凝胶，然后基于离子交联成形法制备配重头(1)和水凝胶微管(4)；

b.选择驱动细胞(2)品种；

c.选择与驱动细胞(2)匹配的刺激信号类型；

d.将驱动细胞(2)接种到配重头(1)和/或水凝胶微管(4)设定的部位；

e.将生物微纳机器人置于设定的环境中，安置刺激信号(5)。