本發明涉及一種殼體,尤其涉及一種膠囊狀殼體、膠囊狀殼體的制備方法及具有該膠囊狀殼體的膠囊內窺鏡。
背景技術:
隨著大規模集成電路技術、MEMS、無線通信、光學技術的發展,膠囊內窺鏡作為一種有效的診斷腸道疾病的方法,目前已被廣泛的研究并得到了迅速的發展。膠囊內窺鏡一般包括膠囊狀殼體、照明裝置、攝像裝置、射頻發射裝置、電池,受檢者將膠囊內鏡吞咽下后,通過放置在透明前端的攝像裝置拍下的圖片無線傳送到體外的接收器,檢查人員通過接收到的圖片對受試者的病情進行合理判斷。與插入式的消化道內鏡相比,膠囊內窺鏡最大的優點是無痛、無創、安全、便捷,尤其是對小腸的檢查具有獨到之處。
目前的檢查都會遇到一個問題,當膠囊內窺鏡深入消化道腔體內部時存在大量消化道粘液和殘渣,如果這些內容物粘附在膠囊內窺鏡前殼表面,會對鏡頭拍攝圖片形成干擾造成漏檢。目前膠囊內窺鏡表面處理方式有兩種,第一種方法:增加表面能使表面水的浸潤角度接近零,使水液在鏡頭表面均勻分散開,防止水汽對鏡頭視線的影響。這種做法多采用使用前噴涂方式,也有二氧化硅鍍膜方式,是最為常見的內窺鏡鏡頭表面處理方法,但噴涂方式持續時間短,高表面能會引起水中攜帶的消化道內容物沾粘,對膠囊內窺鏡不是優化選擇。第二種方法:減少表面能使水的浸潤角度大于150度,液體在膠囊表面形成水滴滾落,但一直以來由于鍍膜要求很高,成本高的原因在實際中沒有大量使用。
有鑒于此,有必要對現有的膠囊狀殼體、膠囊狀殼體的制備方法及具有該膠囊狀殼體的膠囊內窺鏡予以改進,以解決上述問題。
技術實現要素:
本發明要解決的技術問題是克服現有的缺陷,提供一種膠囊狀殼體,其最外層經過納米鍍膜處理具有自清潔功能,能有效解決膠囊內窺鏡工作時易沾染消化道粘液和殘渣的問題,從而降低膠囊內窺鏡的漏檢率。
為了解決上述技術問題,本發明提供一種膠囊狀殼體,包括前端、殼主體以及尾部,前端、殼主體及尾部皆使用生物相容材料,前端透明,其特征在于: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。
上述方案中,所述增透膜的最外層為SiO2鍍膜。
上述方案中,所述防粘膜為與SiO2鍍膜進行反應或與SiO2鍍膜化學親和性強的的氟化物形成的氟化物鍍膜。
進一步地,所述氟化物為CF3-(CF2)m-(CH2)n-R,其中m介于1~20,n介于1~20,R為SiCl3或SiF3。
進一步地,所述防粘膜為單分子層薄膜。
進一步地,所述前端、殼主體及尾部的生物相容材料為聚碳酸酯或聚砜。
進一步地,所述增透膜為TiO2納米鍍膜與SiO2納米鍍膜層疊形成的鍍膜。
進一步地,所述氟化物為CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3或者CF3(CF2)5(CH2)2SiF3。
進一步地,所述殼主體和/或所述尾部的外表面具有增透膜以及位于所述增透膜外的防粘膜。
進一步地,所述增透膜的外表面具有微納結構。
本發明還提供一種膠囊內窺鏡,包括所述膠囊狀殼體、照明裝置、攝像裝置、射頻發射裝置、電池。
上述方案中,所述膠囊內窺鏡內部含有小磁體。
本發明還提供一種制備膠囊狀殼體的方法,所述膠囊狀殼體包括前端、殼主體以及尾部,前端透明,制備膠囊狀殼體的方法包括如下步驟:S1:提供用于制備膠囊狀殼體的生物相容材料做為材料基質,在所述材料基質的外表面通過凝膠法、真空濺射法、真空蒸鍍法鍍上增透膜;S2:提供防粘膜材料,并于所述增透膜最外層形成防粘膜。
上述方案中,所述增透膜的最外層為SiO2鍍膜;所述防粘膜為與SiO2鍍膜進行反應的氟化物形成的氟化物鍍膜。
上述方案中,還包括介于S1與S2之間的制微納結構步驟,所述制微納結構步驟為在前端、或者前端和殼主體、或者前端和殼主體和尾部的外表面經光刻或等離子轟擊形成微納結構。
本發明的有益效果是:本發明的膠囊狀殼體及含有這種膠囊狀殼體的膠囊內窺鏡,有效解決了目前檢查過程中前端表面易沾染消化道粘液而導致圖像不清晰的問題,能有效降低膠囊內窺鏡檢查的漏檢率。
附圖說明
圖1是本發明膠囊狀殼體的結構示意圖。
圖2是氟化物在最外層為SiO2鍍膜的增透膜外形成增透膜前的結構示意圖。
圖3是另一實施例中氟化物在最外層為SiO2鍍膜的增透膜外形成增透膜前的結構示意圖。
圖4是本發明的增透膜的最外層被光刻或等離子轟擊形成微納結構后的展開結構圖。
圖5是圖4于另一角度的視圖。
圖6是氟化物在最外層為SiO2鍍膜且具有微納結構的增透膜外形成增透膜前的結構示意圖。
圖7另一實施例中氟化物在最外層為SiO2鍍膜且具有微納結構的增透膜外形成增透膜前的結構示意圖。
圖8為氟化物在SiO2鍍膜形成防粘膜的示意圖。
圖9為具有增透膜和防粘膜的膠囊狀殼體外表面遇水滴自動滾落的示意圖。
圖10為本發明的膠囊內窺鏡的分解圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明,以下實施例是對本發明的解釋而本發明并不局限于以下實施例。
如圖1~圖10所示,本發明提供一種膠囊狀殼體及采用該膠囊狀殼體的膠囊內窺鏡。
請參閱圖10所示,所述膠囊內窺鏡包括膠囊狀殼體、位于所述膠囊狀殼體內的照明裝置22、攝像裝置23、電池24、射頻發射裝置25及小磁體(未圖示)。
膠囊狀殼體又分為前端11、殼主體12以及尾部13,前端11、殼主體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。照明裝置22、攝像裝置23位于前端11,便于很好地攝取消化道腔體內的情況。
以下將結合具體實施例詳細說明所述膠囊狀殼體的結構及其制備方法。
所述前端11外表面具有增強透光率的增透膜以及位于所述增透膜外的防粘膜,所述防粘膜與所述增透膜的最外層之間具有很強的結合力,以防止所述防粘膜脫落。
所述增透膜是為了提高膠囊狀殼體尤其是前端11的透光性,以免對攝像裝置23的拍攝造成光線影響。所述增透膜可以由多層交替形成多層干涉膜,其中各層的材料選擇和厚度等參數由增透波長的范圍決定。于其中一個實施例中,所述增透膜的最外層為SiO2鍍膜,便于在其外表面進一步形成防粘膜。進一步地,所述增透膜為TiO2納米鍍膜與SiO2納米鍍膜層疊形成的鍍膜,如TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2鍍膜,對可見光部分增透,減少反射,透光性能好。當然,在其他實施例中,上述增透膜的材料選擇還可以增加或替換為氟化鈣、氟化鎂等,以達到相同的效果。
防粘膜透明、無毒且具有較小的表面能,其浸潤角大于100°或滾動角較小;如浸潤角為100°,110°,120°,130°,140°,150°,160°,170°,175°;滾動角為:5°,10°,15°,20°,30°,40°,50°,60°,70°等;可有效防止消化道粘液和殘渣粘附在前端11的外表面,從而避免對攝像裝置23拍攝圖片形成干擾造成漏檢。
為了增強防粘膜與增透膜之間的結合力,避免防粘膜在膠囊狀外殼使用過程中脫落,所述防粘膜由可與所述增透膜的最外層材料進行反應并在所述增透膜的外表面形成薄膜的材料形成,或者防粘膜由與所述增透膜的最外層材料化學親和性強的材料形成。其中,化學親和性強是指兩種材料具有相似或相互吸引的基團,使得兩種材料之間的作用力強。
請參閱圖8所示,基于最外層為SiO2鍍膜的增透膜,所述防粘膜為可與SiO2鍍膜進行反應的氟化物形成的氟化物鍍膜。優選的,所述氟化物為CF3-(CF2)m-(CH2)n-R,其中m介于1~20,n介于1~20,R為SiCl3或SiF3。將CF3-(CF2)m-(CH2)n-R用于外層鍍膜是未來半導體4nm生產技術nanoimprint的核心。CF3-(CF2)m-(CH2)n-R與SiO2鍍膜基材表面可以在氣相或溶液中反應,CF3-(CF2)m-(CH2)n-R與SiO2鍍膜通過Si-O-Si鍵結合,由于CF3-(CF2)m-(CH2)n-R分子鏈兩端的性能差別,只會在SiO2鍍膜基材表面形成單分層子的無毒透明納米薄層防粘膜。
本發明例舉所述氟化物為可與SiO2鍍膜進行反應的CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3或者CF3(CF2)5(CH2)2SiF3、CF3(CF2)7(CH2)3SiF3、CF3(CF2)2CH2SiF3等。將CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3或者CF3(CF2)5(CH2)2SiF3等氟化物用于外層鍍膜是未來半導體4nm生產技術nanoimprint的核心。CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3或者CF3(CF2)5(CH2)2SiF3與SiO2鍍膜基材表面可以在氣相或溶液中反應,兩者通過Si-O-Si鍵結合在一起,由于其分子鏈兩端的性能差別,CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3或者CF3(CF2)5(CH2)2SiF3只會在SiO2鍍膜基材表面形成單分層子的無毒透明納米薄層防粘膜。
圖2、圖3所示為CF3-(CF2)m-(CH2)n-R在最外層為SiO2鍍膜的增透膜外形成防粘膜前的結構示意圖;圖6、圖7所示為CF3-(CF2)m-(CH2)n-R在最外層為SiO2鍍膜且具有微納結構的增透膜外形成防粘膜前的結構示意圖;請參閱圖8所示,一旦CF3-(CF2)m-(CH2)n-R在SiO2鍍膜外形成了增透膜,則CF3-(CF2)m-(CH2)n-R與SiO2鍍膜通過Si-O-Si鍵結合。進一步相鄰的CF3-(CF2)m-(CH2)n-R之間也會通過Si-O-Si鍵結合在一起。
于另外的實施例中,所述增透膜的外表面具有微米級、亞微米級或納米級的微納結構,從而使得位于該微納結構外的防粘膜的粗糙度增大,以進一步減少防粘膜的表面能,更加有效地防止消化道粘液和殘渣粘附在前端11的外表面。膠囊外殼表面的微納結構可以提高等效浸潤角,其中部分空氣被封于界面處的微納結構之間,使滾動角進一步減小,便于膠囊外殼實現自潔功能。
另外,所述殼主體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納結構兩種。具體結構有:所述前端11具有上述具有微納結構或不具有微納結構的增透膜、防粘膜;所述前端11、主殼體12均具有上述具有微納結構或不具有微納結構的增透膜、防粘膜;所述前端11、尾部13均具有上述具有微納結構或不具有微納結構的增透膜、防粘膜;前端11、主殼體12和尾部13均具有上述具有微納結構或不具有微納結構的增透膜、防粘膜。
在所述殼主體12和/或所述尾部13的外表面不具有防粘膜的實施例中,所述殼主體12和/或所述尾部13的摩擦力大于前端11,在外部磁場控制膠囊內窺鏡運動的過程中可作為相對固定的支點停靠于消化道內腔壁上,以使得前端11處于最佳角度,便于拍攝。
在前端11、主殼體12和尾部13均具有防粘膜的實施例中,所述膠囊狀殼體整體運行較為靈活,阻力小,轉動角度360無死角。
本發明還提供一種制備上述膠囊狀殼體的方法,包括如下步驟:
S1:提供用于制備膠囊狀殼體的生物相容材料做為材料基質,在所述材料基質的外表面通過凝膠法、真空濺射法、真空蒸鍍法鍍上增透膜;
S2:提供可與所述增透膜的最外層材料進行反應、或者與所述增透膜的最外層材料化學親和性強的材料作為防粘膜材料,并于所述增透膜最外層形成防粘膜。
優選的實施例中,所述增透膜的最外層為SiO2鍍膜;所述防粘膜為與SiO2鍍膜進行反應的氟化物形成的氟化物鍍膜。氟化物與SiO2薄膜可在氣象或溶液中反應形成防粘膜,具體地,在室溫下,氟化物在真空揮發到SiO2表面,通少量水汽反應,形成薄膜。具體真空度根據氟化物的揮發性質設定。生產使用低真空環境,設備成本和材料成本低。
進一步地,制備上述膠囊狀殼體的方法還包括介于S1與S2之間的制微納結構步驟,所述制微納結構步驟為在前端11、或者前端11和殼主體12、或者前端11和尾部13或者前端11和殼主體12和尾部13的外表面經光刻或等離子轟擊等形成微納結構。以下為幾種膠囊狀殼體的結構及其制備方法。
實施例一
圖1為本發明膠囊狀殼體的結構示意圖,它包括前端11、殼主體12以及尾部13。前端11透明,對應內部的位置放置攝像裝置。前端11、殼主體12及尾部13皆為聚碳酸酯且外表面都經過鍍膜處理。
前端11外表面如圖2那樣通過凝膠法、真空濺射法、真空蒸鍍法鍍上依次鍍上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薄膜外表面進行納米鍍膜。關于增透膜各層的厚度可以根據需要做適當的調整,以下實施例參考本實施例的厚度或在本實施例的厚度的基礎上做適應性修改,將不再贅述。CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3這種材料用于膠囊狀殼體鍍膜最外層時能使防粘膜的浸潤角大于130°,具有很好的防粘效果,降低膠囊內窺鏡的漏檢率。
請參閱圖8所示,將CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3用于外層鍍膜是未來半導體4nm生產技術nanoimprint的核心。CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3與SiO2鍍膜基材表面可以在氣相或溶液中反應,并以CF3-(CF2)m-(CH2)n-SiCl2-O-Si結合于SiO2鍍膜外,由于其分子鏈兩端的性能差別,CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3只會在SiO2鍍膜基材表面形成單分層子的無毒透明納米薄層防粘膜。進一步地,相鄰的兩個CF3-(CF2)m-(CH2)n-SiCl2-O-之間也通過Si-O-Si鍵結合在一起。于其他實施例中,CF3-(CF2)m-(CH2)n-R在SiO2鍍膜外形成增透膜的機理相同,不再贅述。于本實施例中,將增透膜最外層為SiO2薄膜的膠囊狀殼體及CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3防粘膜材料放置于真空箱中,抽真空20min后再打開真空箱,通入少量水汽反應,形成防粘膜。
當然,用作防粘膜的最外層材料還可以為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。
實施例二
圖1為本發明膠囊狀殼體的結構示意圖,它包括前端11、殼主體12以及尾部13。前端11透明,對應內部的位置放置攝像裝置。將前端11、殼主體12的外表面如圖3那樣依次鍍上TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2形成增透膜,最后采用CF3(CF2)7(CH2)3SiF3在SiO2薄膜外表面進行納米鍍膜。尾部13最外層不鍍CF3(CF2)7(CH2)3SiF3這種材料,使尾部13最外表面的浸潤角小于前端11和殼主體12的浸潤角,尾部13最外表面的磨擦力大于前端11和殼主體12,當這種膠囊狀殼體用于膠囊內窺鏡外殼時,外部磁場可以對含有磁性的膠囊內窺鏡進行控制,則摩擦力較大的尾部13可作為相對固定的支點,以控制前端11處于最佳角度。此外,這種方式也能通過在磁場控制下膠囊的晃動和與消化道內壁的接觸擦拭實現自清潔功能,有效解決了膠囊內窺鏡在檢查過程中容易沾染腸道粘液致使漏檢率增大的問題。
當然,也可以在前端11、尾部13的外表面如圖2那樣依次鍍上TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2形成增透膜,最后采用CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3在SiO2薄膜外表面進行納米鍍膜。殼主體12最外層不鍍CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3這種材料,殼主體12最外表面的浸潤角小于前端11和尾部13的浸潤角,殼主體12最外表面的磨擦力大于前端11和尾部13,當這種膠囊狀殼體用于膠囊內窺鏡外殼時,外部磁場可以對含有磁性的膠囊內窺鏡進行控制,則摩擦力較大的殼主體12可作為相對固定的支點,以控制前端11處于最佳角度。此外,這種方式也能通過在磁場控制下膠囊的晃動和與消化道內壁的接觸擦拭實現自清潔功能,有效解決了膠囊內窺鏡在檢查過程中容易沾染腸道粘液致使漏檢率增大的問題。
當然,用作防粘膜的最外層材料還可以為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。
實施例三
膠囊狀殼體依然如圖1所示,包括前端11、殼主體12以及尾部13,他們組成材料為聚砜(PSF)。將前端11、殼主體12以及尾部13的外表面如圖2那樣依次鍍上TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2形成增透膜,最后采用CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3在SiO2薄膜外表面進行納米鍍膜。這樣的膠囊狀殼體用于膠囊內窺鏡外殼時,膠囊狀外殼表面的納米級單層低表面能高分子材料使膠囊表面不沾,有效降低膠囊內窺鏡的漏檢率。
實施例四
膠囊狀殼體依然如圖1所示,包括前端11、殼主體12以及尾部13,他們組成材料為聚碳酸酯(PC),將前端11、殼主體12以及尾部13的外表面如圖3那樣依次鍍上TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2形成增透膜,最后采用CF3(CF2)7(CH2)3SiF3在SiO2薄膜外表面進行納米鍍膜形成防粘膜。這樣的膠囊狀殼體用于膠囊內窺鏡外殼時,膠囊狀外殼表面的納米級單層低表面能高分子材料使膠囊表面不沾,這樣能有效降低膠囊內窺鏡的漏檢率。
實施例五
膠囊狀殼體依然如圖1所示,包括前端11、殼主體12以及尾部13,他們組成材料為聚碳酸酯(PC)。將前端11、殼主體12的外表面如圖6那樣依次鍍上TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2形成增透膜,然后經過光刻形成如圖4那樣的SiO2微納結構,最后采用CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3在SiO2微納結構外表面進行納米鍍膜形成防粘膜。尾部13的外表面最外層不鍍CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3防粘膜,使得尾部13的浸潤角小于前端11和殼主體12的浸潤角,尾部13最外表面的磨擦力大于前端11和殼主體12,當這種膠囊狀殼體用于膠囊內窺鏡外殼時,外部磁場可以對含有磁性的膠囊內窺鏡進行控制,則摩擦力較大的尾部13可作為相對固定的支點,以控制前端11處于最佳角度。此外,這種方式也能通過在磁場控制下膠囊的晃動和與消化道內壁的接觸擦拭實現自清潔功能。
如圖9所示,當鍍膜后外殼表面有水滴時,外磁場控制下膠囊內窺鏡晃動,水滴自動從外表面滾落,實現自清潔功能,有效解決了膠囊內窺鏡在檢查過程中容易沾染腸道粘液致使漏檢率增大的問題。
實施例六
膠囊狀殼體依然如圖1所示,包括前端11、殼主體12以及尾部13,他們組成材料為聚碳酸酯(PC),將前端11、殼主體12以及尾部13的外表面如圖7那樣依次鍍上TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2形成增透膜,然后經過等離子轟擊形成如圖4和圖5那樣的SiO2微納結構。其中圖4是本發明的增透膜的最外層被光刻或等離子轟擊形成微納結構后的展開結構圖,圖5是圖4于另一角度的視圖,最后采用CF3(CF2)2CH2SiF3在SiO2薄膜外表面進行納米鍍膜形成防粘膜。這樣的膠囊狀殼體用于膠囊內窺鏡外殼時,膠囊狀外殼表面的微納結構和納米級單層低表面能高分子材料使膠囊表面不沾,這樣能有效降低膠囊內窺鏡的漏檢率。
實施例七
圖10為含有膠囊狀殼體的膠囊內窺鏡示意圖,包括膠囊狀殼體、照明裝置22、攝像裝置23、電池24、射頻發射裝置25,膠囊狀殼體又分為前端11、殼主體12以及尾部13。
膠囊狀殼體的材料為聚碳酸酯(PC),且外表面都經過鍍膜處理。前端11外表面如圖6那樣依次鍍上TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2形成增透膜,然后經光刻后表面形成如圖4和圖5那樣的SiO2微納結構,其中圖4是本發明的增透膜的最外層被光刻或等離子轟擊形成微納結構后的展開結構圖,圖5是圖4于另一角度的視圖,最后采用CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3在SiO2薄膜外表面進行納米鍍膜形成防粘膜。
CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3具有很好的防粘效果,將CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3用于外層鍍膜是未來半導體4nm生產技術nanoimprint的核心。CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3與SiO2鍍膜基材可以在氣相或溶液中反應,由于其分子鏈兩端的性能差別,分子層只會在SiO2鍍膜基材表面形成單分層子的無毒透明納米薄層防粘膜。
本發明提供了一種膠囊狀殼體及含有這種膠囊狀殼體的膠囊內窺鏡,通過在膠囊狀殼體不同部位的外表面鍍上納米膜,有效解決了目前檢查過程中膠囊狀殼體表面易沾染消化道粘液及殘渣而導致圖像不清晰的問題,能有效降低膠囊內窺鏡檢查的漏檢率。
對所公開的實施例的上述說明,使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現。因此,本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。