胶囊状壳体及具有该胶囊状壳体的胶囊内窥镜的制作方法

本发明涉及一种壳体，尤其涉及一种胶囊状壳体及具有该胶囊状壳体的胶囊内窥镜。

背景技术：

随着大规模集成电路技术、mems、无线通信、光学技术的发展，胶囊内窥镜作为一种有效的诊断肠道疾病的方法，目前已被广泛的研究并得到了迅速的发展。胶囊内窥镜一般包括胶囊状壳体、照明装置、摄像装置、射频发射装置、电池，受检者将胶囊内镜吞咽下后，通过放置在透明前端的摄像装置拍下的图片无线传送到体外的接收器，检查人员通过接收到的图片对受试者的病情进行合理判断。与插入式的消化道内镜相比，胶囊内窥镜最大的优点是无痛、无创、安全、便捷，尤其是对小肠的检查具有独到之处。

目前的检查都会遇到一个问题，当胶囊内窥镜深入消化道腔体内部时存在大量消化道粘液和残渣，如果这些内容物粘附在胶囊内窥镜前壳表面，会对镜头拍摄图片形成干扰造成漏检。目前胶囊内窥镜表面处理方式有两种，第一种方法：增加表面能使表面水的浸润角度接近零，使水液在镜头表面均匀分散开，防止水汽对镜头视线的影响。这种做法多采用使用前喷涂方式，也有二氧化硅镀膜方式，是最为常见的内窥镜镜头表面处理方法，但喷涂方式持续时间短，高表面能会引起水中携带的消化道内容物沾粘，对胶囊内窥镜不是优化选择。第二种方法：减少表面能使水的浸润角度大于150度，液体在胶囊表面形成水滴滚落，但一直以来由于镀膜要求很高，成本高的原因在实际中没有大量使用。

有鉴于此，有必要对现有的胶囊状壳体及具有该胶囊状壳体的胶囊内窥镜予以改进，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种胶囊状壳体，其最外层经过纳米镀膜处理具有自清洁功能，能有效解决胶囊内窥镜工作时易沾染消化道粘液和残渣的问题，从而降低胶囊内窥镜的漏检率。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种胶囊状壳体，包括前端、壳主体以及尾部，前端、壳主体及尾部皆使用生物相容材料，前端透明，所述前端外表面具有增透膜以及位于所述增透膜外的防粘膜；所述防粘膜由可与所述增透膜的最外层材料进行反应并在所述增透膜的外表面形成薄膜的材料形成，或者所述防粘膜由与所述增透膜的最外层材料化学亲和性强的材料形成；所述壳主体和/或所述尾部的摩擦力大于前端。

一优选实施例中，所述尾部的摩擦力大于前端，所述壳主体的外表面也具有上述增透膜以及位于所述增透膜外的防粘膜；或所述壳主体的摩擦力大于前端，所述尾部的外表面也具有上述增透膜以及位于所述增透膜外的防粘膜。

一优选实施例中，所述增透膜的最外层为sio2镀膜；所述防粘膜为与sio2镀膜进行反应或与sio2镀膜化学亲和性强的氟化物形成的氟化物镀膜；所述氟化物为cf3-(cf2)m-(ch2)n-r，其中m介于1～20，n介于1～20，r为sicl3或sif3。

一优选实施例中，所述增透膜为tio2纳米镀膜与sio2纳米镀膜层叠形成的镀膜，或所述增透膜为tio2纳米镀膜、sio2纳米镀膜、氟化钙、氟化镁叠层形成的镀膜，或所述增透膜为tio2纳米镀膜、sio2纳米镀膜、氟化钙叠层形成的镀膜，或所述增透膜为tio2纳米镀膜、sio2纳米镀膜、氟化镁叠层形成的镀膜，或所述增透膜为sio2纳米镀膜、氟化钙、氟化镁叠层形成的镀膜。

一优选实施例中，所述氟化物为cf3(cf2)5(ch2)2sicl3、或cf3(cf2)5(ch2)2sif3、或cf3(cf2)7(ch2)3sif3、或cf3(cf2)2ch2sif3。

一优选实施例中，所述增透膜为氟化钙、氟化镁叠层形成的镀膜，所述防粘膜为氟化物镀膜；所述氟化物为cf3-(cf2)m-(ch2)n-r，其中m介于1～20，n介于1～20，r为sicl3或sif3。

一优选实施例中，所述氟化物为cf3(cf2)5(ch2)2sicl3、或cf3(cf2)5(ch2)2sif3、或cf3(cf2)7(ch2)3sif3、或cf3(cf2)2ch2sif3。

一优选实施例中，所述增透膜的外表面具有微纳结构。

一优选实施例中，所述增透膜的外表面具有微米级、亚微米级或纳米级的微纳结构。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种胶囊内窥镜，包括胶囊状壳体，所述胶囊状壳体为上述任意一种胶囊状壳体。

本发明的有益效果是：本发明的胶囊状壳体及含有这种胶囊状壳体的胶囊内窥镜，有效解决了目前检查过程中前端表面易沾染消化道粘液而导致图像不清晰的问题，能有效降低胶囊内窥镜检查的漏检率。

附图说明

图1是本发明胶囊状壳体的结构示意图。

图2是氟化物在最外层为sio2镀膜的增透膜外形成增透膜前的结构示意图。

图3是另一实施例中氟化物在最外层为sio2镀膜的增透膜外形成增透膜前的结构示意图。

图4是本发明的增透膜的最外层被光刻或等离子轰击形成微纳结构后的展开结构图。

图5是图4于另一角度的视图。

图6是氟化物在最外层为sio2镀膜且具有微纳结构的增透膜外形成增透膜前的结构示意图。

图7另一实施例中氟化物在最外层为sio2镀膜且具有微纳结构的增透膜外形成增透膜前的结构示意图。

图8为氟化物在sio2镀膜形成防粘膜的示意图。

图9为具有增透膜和防粘膜的胶囊状壳体外表面遇水滴自动滚落的示意图。

图10为本发明的胶囊内窥镜的分解图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1～图10所示，本发明提供一种胶囊状壳体及采用该胶囊状壳体的胶囊内窥镜。

请参阅图10所示，所述胶囊内窥镜包括胶囊状壳体、位于所述胶囊状壳体内的照明装置22、摄像装置23、电池24、射频发射装置25及小磁体(未图示)。

胶囊状壳体又分为前端11、壳主体12以及尾部13，前端11、壳主体12及尾部13皆使用聚碳酸酯(pc)或聚砜(psf)等生物相容材料。且前端11透明。照明装置22、摄像装置23位于前端11，便于很好地摄取消化道腔体内的情况。

以下将结合具体实施例详细说明所述胶囊状壳体的结构及其制备方法。

所述前端11外表面具有增强透光率的增透膜以及位于所述增透膜外的防粘膜，所述防粘膜与所述增透膜的最外层之间具有很强的结合力，以防止所述防粘膜脱落。

所述增透膜是为了提高胶囊状壳体尤其是前端11的透光性，以免对摄像装置23的拍摄造成光线影响。所述增透膜可以由多层交替形成多层干涉膜，其中各层的材料选择和厚度等参数由增透波长的范围决定。于其中一个实施例中，所述增透膜的最外层为sio2镀膜，便于在其外表面进一步形成防粘膜。进一步地，所述增透膜为tio2纳米镀膜与sio2纳米镀膜层叠形成的镀膜，如tio2、sio2、tio2、sio2、tio2、sio2镀膜，对可见光部分增透，减少反射，透光性能好。当然，在其他实施例中，上述增透膜的材料选择还可以增加或替换为氟化钙、氟化镁等，以达到相同的效果。

防粘膜透明、无毒且具有较小的表面能，其浸润角大于100°或滚动角较小；如浸润角为100°，110°，120°，130°，140°，150°，160°，170°，175°；滚动角为：5°，10°，15°，20°，30°，40°，50°，60°，70°等；可有效防止消化道粘液和残渣粘附在前端11的外表面，从而避免对摄像装置23拍摄图片形成干扰造成漏检。

为了增强防粘膜与增透膜之间的结合力，避免防粘膜在胶囊状外壳使用过程中脱落，所述防粘膜由可与所述增透膜的最外层材料进行反应并在所述增透膜的外表面形成薄膜的材料形成，或者防粘膜由与所述增透膜的最外层材料化学亲和性强的材料形成。其中，化学亲和性强是指两种材料具有相似或相互吸引的基团，使得两种材料之间的作用力强。

请参阅图8所示，基于最外层为sio2镀膜的增透膜，所述防粘膜为可与sio2镀膜进行反应的氟化物形成的氟化物镀膜。优选的，所述氟化物为cf3-(cf2)m-(ch2)n-r，其中m介于1～20，n介于1～20，r为sicl3或sif3。将cf3-(cf2)m-(ch2)n-r用于外层镀膜是未来半导体4nm生产技术nanoimprint的核心。cf3-(cf2)m-(ch2)n-r与sio2镀膜基材表面可以在气相或溶液中反应，cf3-(cf2)m-(ch2)n-r与sio2镀膜通过si-o-si键结合，由于cf3-(cf2)m-(ch2)n-r分子链两端的性能差别，只会在sio2镀膜基材表面形成单分层子的无毒透明纳米薄层防粘膜。

本发明例举所述氟化物为可与sio2镀膜进行反应的cf3(cf2)5(ch2)2sicl3或者cf3(cf2)5(ch2)2sif3、cf3(cf2)7(ch2)3sif3、cf3(cf2)2ch2sif3等。将cf3(cf2)5(ch2)2sicl3或者cf3(cf2)5(ch2)2sif3等氟化物用于外层镀膜是未来半导体4nm生产技术nanoimprint的核心。cf3(cf2)5(ch2)2sicl3或者cf3(cf2)5(ch2)2sif3与sio2镀膜基材表面可以在气相或溶液中反应，两者通过si-o-si键结合在一起，由于其分子链两端的性能差别，cf3(cf2)5(ch2)2sicl3或者cf3(cf2)5(ch2)2sif3只会在sio2镀膜基材表面形成单分层子的无毒透明纳米薄层防粘膜。

图2、图3所示为cf3-(cf2)m-(ch2)n-r在最外层为sio2镀膜的增透膜外形成防粘膜前的结构示意图；图6、图7所示为cf3-(cf2)m-(ch2)n-r在最外层为sio2镀膜且具有微纳结构的增透膜外形成防粘膜前的结构示意图；请参阅图8所示，一旦cf3-(cf2)m-(ch2)n-r在sio2镀膜外形成了增透膜，则cf3-(cf2)m-(ch2)n-r与sio2镀膜通过si-o-si键结合。进一步相邻的cf3-(cf2)m-(ch2)n-r之间也会通过si-o-si键结合在一起。

于另外的实施例中，所述增透膜的外表面具有微米级、亚微米级或纳米级的微纳结构，从而使得位于该微纳结构外的防粘膜的粗糙度增大，以进一步减少防粘膜的表面能，更加有效地防止消化道粘液和残渣粘附在前端11的外表面。胶囊外壳表面的微纳结构可以提高等效浸润角，其中部分空气被封于界面处的微纳结构之间，使滚动角进一步减小，便于胶囊外壳实现自洁功能。

另外，所述壳主体12和/或所述尾部13的外表面也具有上述增透膜以及位于所述增透膜外的防粘膜；所述增透膜包括外表面是否具有微纳结构两种。具体结构有：所述前端11具有上述具有微纳结构或不具有微纳结构的增透膜、防粘膜；所述前端11、主壳体12均具有上述具有微纳结构或不具有微纳结构的增透膜、防粘膜；所述前端11、尾部13均具有上述具有微纳结构或不具有微纳结构的增透膜、防粘膜；前端11、主壳体12和尾部13均具有上述具有微纳结构或不具有微纳结构的增透膜、防粘膜。

在所述壳主体12和/或所述尾部13的外表面不具有防粘膜的实施例中，所述壳主体12和/或所述尾部13的摩擦力大于前端11，在外部磁场控制胶囊内窥镜运动的过程中可作为相对固定的支点停靠于消化道内腔壁上，以使得前端11处于最佳角度，便于拍摄。

在前端11、主壳体12和尾部13均具有防粘膜的实施例中，所述胶囊状壳体整体运行较为灵活，阻力小，转动角度360无死角。

本发明还提供一种制备上述胶囊状壳体的方法，包括如下步骤:

s1:提供用于制备胶囊状壳体的生物相容材料作为材料基质，在所述材料基质的外表面通过凝胶法、真空溅射法、真空蒸镀法镀上增透膜；

s2：提供可与所述增透膜的最外层材料进行反应、或者与所述增透膜的最外层材料化学亲和性强的材料作为防粘膜材料，并于所述增透膜最外层形成防粘膜。

优选的实施例中，所述增透膜的最外层为sio2镀膜；所述防粘膜为与sio2镀膜进行反应的氟化物形成的氟化物镀膜。氟化物与sio2薄膜可在气象或溶液中反应形成防粘膜，具体地，在室温下，氟化物在真空挥发到sio2表面，通少量水汽反应，形成薄膜。具体真空度根据氟化物的挥发性质设定。生产使用低真空环境，设备成本和材料成本低。

进一步地，制备上述胶囊状壳体的方法还包括介于s1与s2之间的制微纳结构步骤，所述制微纳结构步骤为在前端11、或者前端11和壳主体12、或者前端11和尾部13或者前端11和壳主体12和尾部13的外表面经光刻或等离子轰击等形成微纳结构。以下为几种胶囊状壳体的结构及其制备方法。

实施例一

图1为本发明胶囊状壳体的结构示意图，它包括前端11、壳主体12以及尾部13。前端11透明，对应内部的位置放置摄像装置。前端11、壳主体12及尾部13皆为聚碳酸酯且外表面都经过镀膜处理。

前端11外表面如图2那样通过凝胶法、真空溅射法、真空蒸镀法镀上依次镀上14.96nm的tio2、32.3nm的sio2、49.78nm的tio2、15nm的sio2、37.86nm的tio2、93.01nm的sio2形成增透膜，最后采用cf3(cf2)5(ch2)2sicl3在sio2薄膜外表面进行纳米镀膜。关于增透膜各层的厚度可以根据需要做适当的调整，以下实施例参考本实施例的厚度或在本实施例的厚度的基础上做适应性修改，将不再赘述。cf3(cf2)5(ch2)2sicl3这种材料用于胶囊状壳体镀膜最外层时能使防粘膜的浸润角大于130°，具有很好的防粘效果，降低胶囊内窥镜的漏检率。

请参阅图8所示，将cf3(cf2)5(ch2)2sicl3用于外层镀膜是未来半导体4nm生产技术nanoimprint的核心。cf3(cf2)5(ch2)2sicl3与sio2镀膜基材表面可以在气相或溶液中反应，并以cf3-(cf2)m-(ch2)n-sicl2-o-si结合于sio2镀膜外，由于其分子链两端的性能差别，cf3(cf2)5(ch2)2sicl3只会在sio2镀膜基材表面形成单分层子的无毒透明纳米薄层防粘膜。进一步地，相邻的两个cf3-(cf2)m-(ch2)n-sicl2-o-之间也通过si-o-si键结合在一起。于其他实施例中，cf3-(cf2)m-(ch2)n-r在sio2镀膜外形成增透膜的机理相同，不再赘述。于本实施例中，将增透膜最外层为sio2薄膜的胶囊状壳体及cf3(cf2)5(ch2)2sicl3防粘膜材料放置于真空箱中，抽真空20min后再打开真空箱，通入少量水汽反应，形成防粘膜。

当然，用作防粘膜的最外层材料还可以为cf3cf2(ch2)20sicl3、cf3(cf2)2(ch2)13sicl3、cf3(cf2)18(ch2)5sicl3、cf3(cf2)20(ch2)3sicl3、cf3(cf2)8(ch2)8sicl3等氟化物。

实施例二

图1为本发明胶囊状壳体的结构示意图，它包括前端11、壳主体12以及尾部13。前端11透明，对应内部的位置放置摄像装置。将前端11、壳主体12的外表面如图3那样依次镀上tio2、sio2、tio2、sio2、tio2、sio2形成增透膜，最后采用cf3(cf2)7(ch2)3sif3在sio2薄膜外表面进行纳米镀膜。尾部13最外层不镀cf3(cf2)7(ch2)3sif3这种材料，使尾部13最外表面的浸润角小于前端11和壳主体12的浸润角，尾部13最外表面的摩擦力大于前端11和壳主体12，当这种胶囊状壳体用于胶囊内窥镜外壳时，外部磁场可以对含有磁性的胶囊内窥镜进行控制，则摩擦力较大的尾部13可作为相对固定的支点，以控制前端11处于最佳角度。此外，这种方式也能通过在磁场控制下胶囊的晃动和与消化道内壁的接触擦拭实现自清洁功能，有效解决了胶囊内窥镜在检查过程中容易沾染肠道粘液致使漏检率增大的问题。

当然，也可以在前端11、尾部13的外表面如图2那样依次镀上tio2、sio2、tio2、sio2、tio2、sio2形成增透膜，最后采用cf3(cf2)5(ch2)2sicl3在sio2薄膜外表面进行纳米镀膜。壳主体12最外层不镀cf3(cf2)5(ch2)2sicl3这种材料，壳主体12最外表面的浸润角小于前端11和尾部13的浸润角，壳主体12最外表面的摩擦力大于前端11和尾部13，当这种胶囊状壳体用于胶囊内窥镜外壳时，外部磁场可以对含有磁性的胶囊内窥镜进行控制，则摩擦力较大的壳主体12可作为相对固定的支点，以控制前端11处于最佳角度。此外，这种方式也能通过在磁场控制下胶囊的晃动和与消化道内壁的接触擦拭实现自清洁功能，有效解决了胶囊内窥镜在检查过程中容易沾染肠道粘液致使漏检率增大的问题。

当然，用作防粘膜的最外层材料还可以为cf3cf2(ch2)20sif3、cf3(cf2)2(ch2)13sif3、cf3(cf2)18(ch2)5sif3、cf3(cf2)20(ch2)3sif3、cf3(cf2)8(ch2)8sif3等氟化物。

实施例三

胶囊状壳体依然如图1所示，包括前端11、壳主体12以及尾部13，他们组成材料为聚砜(psf)。将前端11、壳主体12以及尾部13的外表面如图2那样依次镀上tio2、sio2、tio2、sio2、tio2、sio2形成增透膜，最后采用cf3(cf2)5(ch2)2sicl3在sio2薄膜外表面进行纳米镀膜。这样的胶囊状壳体用于胶囊内窥镜外壳时，胶囊状外壳表面的纳米级单层低表面能高分子材料使胶囊表面不沾，有效降低胶囊内窥镜的漏检率。

实施例四

胶囊状壳体依然如图1所示，包括前端11、壳主体12以及尾部13，他们组成材料为聚碳酸酯(pc)，将前端11、壳主体12以及尾部13的外表面如图3那样依次镀上tio2、sio2、tio2、sio2、tio2、sio2形成增透膜，最后采用cf3(cf2)7(ch2)3sif3在sio2薄膜外表面进行纳米镀膜形成防粘膜。这样的胶囊状壳体用于胶囊内窥镜外壳时，胶囊状外壳表面的纳米级单层低表面能高分子材料使胶囊表面不沾，这样能有效降低胶囊内窥镜的漏检率。

实施例五

胶囊状壳体依然如图1所示，包括前端11、壳主体12以及尾部13，他们组成材料为聚碳酸酯(pc)。将前端11、壳主体12的外表面如图6那样依次镀上tio2、sio2、tio2、sio2、tio2、sio2形成增透膜，然后经过光刻形成如图4那样的sio2微纳结构，最后采用cf3(cf2)5(ch2)2sicl3在sio2微纳结构外表面进行纳米镀膜形成防粘膜。尾部13的外表面最外层不镀cf3(cf2)5(ch2)2sicl3防粘膜，使得尾部13的浸润角小于前端11和壳主体12的浸润角，尾部13最外表面的摩擦力大于前端11和壳主体12，当这种胶囊状壳体用于胶囊内窥镜外壳时，外部磁场可以对含有磁性的胶囊内窥镜进行控制，则摩擦力较大的尾部13可作为相对固定的支点，以控制前端11处于最佳角度。此外，这种方式也能通过在磁场控制下胶囊的晃动和与消化道内壁的接触擦拭实现自清洁功能。

如图9所示，当镀膜后外壳表面有水滴时，外磁场控制下胶囊内窥镜晃动，水滴自动从外表面滚落，实现自清洁功能，有效解决了胶囊内窥镜在检查过程中容易沾染肠道粘液致使漏检率增大的问题。

实施例六

胶囊状壳体依然如图1所示，包括前端11、壳主体12以及尾部13，他们组成材料为聚碳酸酯(pc)，将前端11、壳主体12以及尾部13的外表面如图7那样依次镀上tio2、sio2、tio2、sio2、tio2、sio2形成增透膜，然后经过等离子轰击形成如图4和图5那样的sio2微纳结构。其中图4是本发明的增透膜的最外层被光刻或等离子轰击形成微纳结构后的展开结构图，图5是图4于另一角度的视图，最后采用cf3(cf2)2ch2sif3在sio2薄膜外表面进行纳米镀膜形成防粘膜。这样的胶囊状壳体用于胶囊内窥镜外壳时，胶囊状外壳表面的微纳结构和纳米级单层低表面能高分子材料使胶囊表面不沾，这样能有效降低胶囊内窥镜的漏检率。

实施例七

图10为含有胶囊状壳体的胶囊内窥镜示意图，包括胶囊状壳体、照明装置22、摄像装置23、电池24、射频发射装置25，胶囊状壳体又分为前端11、壳主体12以及尾部13。

胶囊状壳体的材料为聚碳酸酯(pc)，且外表面都经过镀膜处理。前端11外表面如图6那样依次镀上tio2、sio2、tio2、sio2、tio2、sio2形成增透膜，然后经光刻后表面形成如图4和图5那样的sio2微纳结构，其中图4是本发明的增透膜的最外层被光刻或等离子轰击形成微纳结构后的展开结构图，图5是图4于另一角度的视图，最后采用cf3(cf2)5(ch2)2sicl3在sio2薄膜外表面进行纳米镀膜形成防粘膜。

cf3(cf2)5(ch2)2sicl3具有很好的防粘效果，将cf3(cf2)5(ch2)2sicl3用于外层镀膜是未来半导体4nm生产技术nanoimprint的核心。cf3(cf2)5(ch2)2sicl3与sio2镀膜基材可以在气相或溶液中反应，由于其分子链两端的性能差别，分子层只会在sio2镀膜基材表面形成单分层子的无毒透明纳米薄层防粘膜。

本发明提供了一种胶囊状壳体及含有这种胶囊状壳体的胶囊内窥镜，通过在胶囊状壳体不同部位的外表面镀上纳米膜，有效解决了目前检查过程中胶囊状壳体表面易沾染消化道粘液及残渣而导致图像不清晰的问题，能有效降低胶囊内窥镜检查的漏检率。

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。