CN111349558A - 一种点阵状磁感应强度可控细胞引导装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，固定模块上开设阵列状分布的限位孔，限位孔内安装微型通电螺线管，每个限位孔中安装一个微型通电螺线管，每个微型通电螺线管的中心设置软磁铁丝，微型通电螺线管缠绕在软磁铁丝的外周，形成电磁铁；每个微型通电螺线管的底部引出的通电导线独立连接于控制器，由控制器操纵每个微型通电螺线管的通电状态，通过改变每个微型通电螺线管产生的磁场状态，实现软磁铁丝的磁化和退磁；每个微型通电螺线管都能产生独立的磁场，由多个阵列状分布的微型通电螺线管形成局部可控的变化磁场，通过磁场叠加实现每根软磁铁丝表面的磁感应强度的精准灵活控制，通过磁性微载体精准地引导细胞的有序位置分布。

Description

一种点阵状磁感应强度可控细胞引导装置

技术领域

本发明涉及组织工程细胞组装技术领域，更进一步涉及一种点阵状磁感应强度可控细胞引导装置。

背景技术

各种难以预料的自然灾害和行为事故容易造成人体组织损伤和器官缺失，组织和器官的衰老和退化也威胁着人类健康。组织工程通过细胞的三维组装开发具有人体器官功能的有序结构，为器官修复和再生提供了一种新途径。人体组织是由多种细胞组成的有序结构，如何实现不同细胞的精确空间布置是目前细胞三维组装技术发展面临的难题。

细胞微载体通过生物材料对细胞进行包裹，为细胞提供基本的生命活动场所，从而提高存活率。通过操作细胞微载体构建人工组织支架比直接对细胞进行三维组装更有效，还可减少对细胞的机械损伤。细胞微载体操作需要三个关键条件：第一、柔和而又充分的组装作用力；第二、有效的空间位置控制；第三、模拟原位环境进行微操作。

微操作机器人系统可以将机器人操作的准确性、灵活性和高效性带入细胞微载体的三维组装中，但常规的微操作方法需要复杂的外围设备和较高的制作成本，还存在直接接触等问题。机器人微操作在空气中进行三维组装具有一定的控制精度，但在液体环境受到流体扰动的影响难以精准控制细胞微载体的空间位置。

细胞微载体具有细小、柔软、易变形和可控性差等特点，难以有效布置在空间中期望的位置，在细胞微载体中加入磁性纳米粒子对细胞的影响较小，可以增加对外部磁场的响应特性，从而提高细胞的可控性。

液体环境下利用常规永磁铁操作细胞微载体的过程中存在磁场强度的大小难以改变以及磁场的发生和消除不灵活等问题，具有非均匀磁场的永磁铁会把磁性微载体聚集到表面边缘并使其难以有序布置，不利于构建复杂的人工组织支架。

对于本领域的技术人员来说，如何精准灵活地控制磁场空间分布，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，能够精准灵活地控制磁场空间分布状态，具体方案如下：

一种点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，包括固定模块，所述固定模块上开设若干阵列状分布的限位孔，所述限位孔内用于装配限位微型通电螺线管，每个所述微型通电螺线管的中心设置软磁铁丝，每个所述微型通电螺线管的底部引出的通电导线独立连接于控制器。

可选地，所述限位孔为通孔，所述固定模块的底部设置导线块，所述导线块上设置导线通道，所述通电导线卡装在所述导线通道内。

可选地，所述导线块由多块层叠设置的导线板固定形成；所述微型通电螺线管呈多圈环绕设置，每层所述微型通电螺线管引出的所述通电导线卡装在一块所述导线板上；

所述通电导线呈放射状分布从所述导线板的边缘引出。

可选地，从外圈向内圈的各圈所述微型通电螺线管引出的所述通电导线依次对应卡装在从上向下分布的各块所述导线板上。

可选地，所述微型通电螺线管呈矩形阵列分布。

可选地，所述固定模块和导线块由聚二甲基硅烷(PDMS)制成。

本发明提供一种点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，包括固定模块，固定模块上开设若干阵列状分布的限位孔，限位孔为深孔，限位孔内可限定安装微型通电螺线管，每个限位孔中安装一个微型通电螺线管，微型通电螺线管为螺旋形缠绕的导线结构，每个微型通电螺线管的中心设置软磁铁丝，微型通电螺线管缠绕在软磁铁丝的外周，形成电磁铁；每个微型通电螺线管的底部引出通电导线，每根通电导线独立连接于控制器，由控制器操纵每个微型通电螺线管的通电状态，通过改变每个微型通电螺线管产生的磁场状态，从而实现软磁铁丝的磁化和退磁；由于每个微型通电螺线管都能产生独立的磁场，由多个阵列状分布的微型通电螺线管形成局部可控的变化磁场，从而通过磁场叠加实现每根软磁铁丝表面的磁感应强度的精准灵活控制，从而通过磁性微载体精准地引导细胞的有序位置分布。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的点阵状磁感应强度可控细胞引导装置的外观结构轴测图；

图2A和图2B分别为最外圈微型通电螺线管与导线板相对连接的轴测图和俯视图；

图3A和图3B分别为次外圈微型通电螺线管与导线板相对连接的轴测图和俯视图；

图4A和图4B分别为从外向内第三圈微型通电螺线管与导线板相对连接的轴测图和俯视图；

图5A和图5B分别为次内圈微型通电螺线管与导线板相对连接的轴测图和俯视图；

图6A和图6B分别为最内圈微型通电螺线管与导线板相对连接的轴测图和俯视图。

图中包括：

固定模块1、限位孔11、微型通电螺线管2、软磁铁丝21、通电导线 22、导线块3。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，能够精准灵活地控制磁场空间分布状态。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的点阵状磁感应强度可控细胞引导装置进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明提供的点阵状磁感应强度可控细胞引导装置的外观结构轴测图；该装置包括固定模块1，固定模块1为限位承载结构，在固定模块1上开设若干阵列状分布的限位孔11，限位孔11可采用通孔或盲孔，限位柱11呈细长的柱状结构，限位孔11内用于装配限位微型通电螺线管2，微型通电螺线管2螺旋缠绕在软磁铁丝21的外周，形成电磁铁，沿软磁铁丝21的长度方向分别为电磁铁的两极；每个微型通电螺线管2的底部引出通电导线22，这里的底部指图中所示的方向，通电导线22伸出到固定模块1之外，每根通电导线22独立连接于控制器，由控制器独立控制每个微型通电螺线管2的通电状态，从而实现软磁铁丝的磁化和退磁。

每个微型通电螺线管2通电后独立形成磁场，每个微型通电螺线管2的通电状态可独立控制，控制器调节各个微型通电螺线管2的电流，从而实现软磁铁丝21的磁化和退磁。通过磁场叠加灵活改变每根软磁铁丝21表面的磁感应强度的强弱，并能够灵活控制磁场的产生和消除，以此精准灵活地控制磁性微载体的空间位置，从而精准引导细胞的有序位置分布；使用时控制每根软磁铁丝21表面的磁感应强度的产生和消除、以及强弱，使磁性细胞微载体在磁场作用下按设计路线移动到指定位置。

在上述方案的基础上，本发明中的限位孔11为通孔，限位孔11贯穿固定模块1的上下表面；固定模块1的底部设置导线块3，导线块3用于承载固定模块1，固定模块1与导线块3相对固定设置；在导线块3上设置导线通道，通电导线22卡装在导线通道内，导线通道用于对通电导线22起导向作用，通电导线22经由导线通道引出到固定模块1之外，再连接于控制器，导线块3为通电导线22提供引导，使各个微型通电螺线管2引出的通电导线 22规则分布，相互之间不产生干涉。

更进一步，本发明中的导线块3由多块导线板层叠固定构成，每块导线板的厚度大于通电导线22的直径，在各块导线板上沿板面方向设置用于引导通电导线22的凹槽，各条通电导线22沿导线板的板面方向延伸。

微型通电螺线管2呈多圈环绕设置，固定模块1上对应的限位孔11也呈多圈环绕设置，微型通电螺线管2呈矩形环绕设置，由多个微型通电螺线管 2围成矩形阵列结构，各圈矩形同心设置，位于同一个矩形上的微型通电螺线管2为一圈，各圈的尺寸从外向内逐渐缩小；微型通电螺线管2除了采用矩形同心设置之外，也可采用同心圆等分布形式，或者不采用同心设置也可。

微型通电螺线管2的圈数与导线板的层数相等，每层微型通电螺线管2 引出的通电导线22卡装在一块导线板上；通电导线22呈放射状分布从导线板的边缘引出，各根通电导线22沿相对较短的路径引出到导线板之外。

从外圈向内圈的各圈微型通电螺线管2引出的通电导线22依次对应卡装在从上向下分布的各块导线板上，也即最外圈的微型通电螺线管2引出的通电导线22由最上层的导线板引导，最内层的微型通电螺线管2引出的通电导线22由最下层的导线板引导，其他各圈微型通电螺线管2引出的通电导线 22按顺序依次由各层导线板引导。

如图2A和图2B所示，分别为最外圈微型通电螺线管2与导线板相对连接的轴测图和俯视图，最外圈的通电导线22与最上层导线板配合装配，通电导线22沿最上层导线板开设的导线通道延伸。

如图3A和图3B所示，分别为次外圈微型通电螺线管2与导线板相对连接的轴测图和俯视图，次外圈的通电导线22与从上向下第二层导线板配合装配，次外圈微型通电螺线管2引出的通电导线22先从上向下穿过最上层导线板上的开孔，再沿第二层导线板开设的导线通道延伸。

如图4A和图4B所示，分别为从外向内第三圈微型通电螺线管2与导线板相对连接的轴测图和俯视图，第三圈微型通电螺线管2引出的通电导线22 先从上向下穿过最上层导线板和第二层导线板上的开孔，再沿第三层导线板开设的导线通道延伸。

如图5A和图5B所示，分别为次内圈微型通电螺线管2与导线板相对连接的轴测图和俯视图，次内圈微型通电螺线管2引出的通电导线22先从上向下穿过最上层、第二层和第三层导线板上的开孔，再沿第四层导线板开设的导线通道延伸。

如图6A和图6B所示，分别为最内圈微型通电螺线管2与导线板相对连接的轴测图和俯视图，最内圈微型通电螺线管2引出的通电导线22先从上向下穿过最上层、第二层、第三层和第四层导线板上的开孔，再沿最下层导线板开设的导线通道延伸。

以上附图以设置五圈微型通电螺线管2和五层导线板的结构进行说明，若有需要，也可设置更多或更少微型通电螺线管的圈数以及导线板的层数。本发明通过层叠设置的导线板引导通电导线22，避免了各圈通电导线22之间相互干涉，解决常规微型线圈的通电输入输出布线复杂的装置结构占用空间大难以微型化的难题。

具体地，本发明中固定模块1和导线块3采用聚二甲基硅烷(PDMS) 制成。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，其特征在于，包括固定模块(1)，所述固定模块(1)上开设若干阵列状分布的限位孔(11)，所述限位孔(11)内用于装配限位微型通电螺线管(2)，每个所述微型通电螺线管(2)的中心设置软磁铁丝(21)，每个所述微型通电螺线管(2)的底部引出的通电导线(22)独立连接于控制器。

2.根据权利要求1所述的点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，其特征在于，所述限位孔(11)为通孔，所述固定模块(1)的底部设置导线块(3)，所述导线块(3)上设置导线通道，所述通电导线(22)卡装在所述导线通道内。

3.根据权利要求2所述的点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，其特征在于，所述导线块(3)由多块层叠设置的导线板固定形成；所述微型通电螺线管(2)呈多圈环绕设置，每层所述微型通电螺线管(2)引出的所述通电导线(22)卡装在一块所述导线板上；

所述通电导线(22)呈放射状分布从所述导线板的边缘引出。

4.根据权利要求3所述的点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，其特征在于，从外圈向内圈的各圈所述微型通电螺线管(2)引出的所述通电导线(22)依次对应卡装在从上向下分布的各块所述导线板上。

5.根据权利要求3所述的点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，其特征在于，所述微型通电螺线管(2)呈矩形阵列分布。

6.根据权利要求3所述的点阵状磁感应强度可控细胞引导装置，其特征在于，所述固定模块(1)和导线块(3)由聚二甲基硅烷(PDMS)制成。

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