一种基于机器人协同操作的人工微组织组装装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人生物微操作技术领域，具体涉及一种基于机器人协同操作的人工微组织构建方法。
【背景技术】
[0002]人体组织器官的衰竭与失效是当今世界致死率最高且最具挑战的医疗难题，其治疗费用高昂且治疗过程风险性高。据2014年世界卫生组织统计，全球每年有1570万人因心脏病与脑血管疾病等由组织功能衰竭引起的疾病死亡，死亡率以49%居于世界榜首。据201 3年中国卫生部统计提要显示，肿瘤疾病、心脑血管疾病在十大致死疾病中占比60.58%，居于我国榜首。
[0003]人工微组织重构将人类自体细胞有序三维组装，能够在体外构建具有特定组织器官相似结构与功能的替代品，为器官衰竭、失效与癌变等重大疾病的治疗开辟了新的途径。人工微组织可在体外再现人体功能，作为介于细胞与动物模型之间的新型生物模型，能够深刻揭示生命体的基本规律，将在新药研发、再生医疗、肿瘤等重大疾病的个性化治疗等领域产生重要影响。
[0004]然而，受现有技术的限制，当前人工微组织的构建方法仍局限于无微血管、无精密微结构的简单人工组织，如何实现与人体组织具有相似构型与内部微结构的人工组织的高效构建仍是亟待解决的难题。
[0005]该发明提出一种基于机器人协同操作的人工微组织构建方法，通过分析微纳执行器与生物目标的动态交互机理，建立复杂液相环境下的机械一生物交互模型，研究多机器人协同微组装策略，突破混合驱动与高速视觉下的细胞群高效、精密化三维组装，为人体微组织有序化多维重构开辟新思路，促进微纳机器人学与生物医学相融合，为人类重大疾病的治疗提供新途径。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是:为了解决人体微组织有序化多维重构问题，提出一种基于机器人协同操作的人工微组织构建方法。
[0007]本发明的技术方案如下。
[0008]—种人工微组织组装装置，包括:玻璃吸管、培养皿、微操作臂、微纳米操作机器人、环形支撑导轨;其特征在于，
[0009]所述玻璃吸管中含有细胞、褐藻酸和碳酸钙的混合溶液；
[0010]所述培养皿的基底包括:位于最内层的聚二甲基硅氧烷层，位于中间的有机玻璃层，位于最外层的ITO导电玻璃层;所述基底的层与层之间胶连在一起;所述培养皿内含有去离子水和褐藻酸水凝胶；
[0011]所述玻璃吸管固连在所述微操作臂的末端，所述微纳米操作机器人能够绕环状导轨360度旋转，在微纳米操作机器人的驱动下，每个微操作臂有三个自由度，三个微操作臂之间可协同操作。
[0012]优选地，所述培养皿的ITO导电玻璃层与电源正极连接，所述玻璃吸管与电源的负极连接;其中玻璃吸管的表层镀金；当玻璃吸管接触ITO导电层内的去离子水时，反应生成以褐藻酸水凝胶为载体的细胞组织。
[0013]优选地，所述玻璃吸管中的混合溶液中褐藻酸浓度为I%w/v，粘度为140cp，碳酸I丐的浓度为5%w/v。
[0014]优选地，所述微纳米操作机器人的数量至少为3个。
[0015]—种使用根据以上技术方案中任一项所述的人工微组织组装装置的方法，包括以下步骤:
[0016]在玻璃吸管中提供含有细胞、褐藻酸和碳酸钙的混合溶液；
[0017]在培养皿中提供去离子水和褐藻酸水凝胶；
[0018]将所述培养皿的ITO导电玻璃层与电源正极连接，所述玻璃吸管与电源的负极连接；
[0019]在所述电源的作用下，负极玻璃吸管中的细胞、褐藻酸和碳酸钙的混合溶液在正极ITO导电玻璃内的去离子水中进行反应，生成以褐藻酸水凝胶为载体的细胞组织。
[0020]优选地，所述细胞组织的生成进一步包括以下步骤:
[0021 ]建立所述人工微组织的数字模型；
[0022]根据所述数字模型，由3个微纳米操作机器人分别控制所述三个玻璃吸管协同操作，实现全方位的人工微组织构建。
[0023]优选地，所述细胞组织的生成是高速视觉下的细胞群三维组装。
[0024]—种使用根据以上技术方案所述的方法制造的人工微组织，所述人工微组织包括以褐藻酸水凝胶为载体的细胞组织，所述细胞组织与人体组织具有相似的构型与内部微结构。
[0025]本发明的有益效果是:
[0026](I)本发明采用三个高精度微纳米操作机器人，可绕环状导轨360度旋转，每个微操作臂有三个自由度，三个机械臂协同操作，可实现全方位的人工微组织构建；
[0027](2)本发明培养皿基底采用三层结构设计，底层为聚二甲基硅氧烷层，中间层为有机玻璃层，表层为ITO导电玻璃层，改善了人工微组织的构建环境。
【附图说明】
[0028]图1为本发明的基于机器人协同操作的人工微组织构建示意图；
[0029]图2为本发明的高精度微纳米操作机器人操作示意图；
[0030]其中，1-玻璃吸管、2-去离子水、3-以褐藻酸水凝胶为载体的细胞组织、4-1T0导电玻璃层、5-有机玻璃层、6-聚二甲基硅氧烷层、11-微操作臂、12-高精度微纳米操作机器人、13-环形支撑导轨
【具体实施方式】
[0031]参见附图1，基于机器人协同操作的人工微组织构建装置，它包括:玻璃吸管(I)、去离子水(2)、以褐藻酸水凝胶为载体的细胞组织(3)、IT0导电玻璃层(4)、有机玻璃层(5)、聚二甲基硅氧烷层(6);其中玻璃吸管的表层镀金;培养皿的基底总共有三层，底层为聚二甲基硅氧烷层(6)，中间层为有机玻璃层(5)，表层为ITO导电玻璃层(4)，层与层之间胶连在一起，在外置电源的作用下，负极玻璃吸管(I)中的细胞、褐藻酸和碳酸钙的混合溶液在正极ITO导电玻璃(4)内的去离子水(2)中进行反应，生成以褐藻酸水凝胶(3)为载体的细胞组织；
[0032]参见附图2，所述的高精度微纳米操作机器人操作装置(I)包括:微操作臂(11)、