一种化合物分子3D打印系统及方法
本发明涉及智能医疗领域，尤其涉及一种化合物分子3D打印系统及方法。
背景技术
传统技术上，新药品的开发是一个非常复杂的过程，需要投入大量的资源且开发周期较长。每合成一个不同的药物分子意味着要进行若干次相似或不同的化学合成步骤，通常来说至少需要5次以上的合成步骤。一般来说，如果一种药物需要八次以上的合成步骤，则药物的成本会增高许多。因此，如何减少合成或简化合成步骤，成为降低药物开发成本的关键因素。
为了降低药物的开发及合成难度，有研究人员选择将预先设计好的药物，通过计算机筛选出有效的分子结构，再通过化学方法考虑合成步骤，甚至，可以通过疾病的关键靶点蛋白质的结合位置的官能基结构与连接结构，再通过计算机筛选出包含相同结构的化合物。使用计算机进行辅助药物设计的好处在于，可以快速大量从化合物数据库中筛选出药物分子结构，同时针对结合力高的化合物再进行官能基修饰，从而产生新的化合物，在通过软件模拟测试，从而得到更适合治疗某种疾病的药物分子。但实际上，计算机模拟的方式虽然可以得出治疗目标疾病的药物分子结构最优解，但得出的药物不一定都可以通过化学合成方式获得。
此外，由于中药发展的日渐兴盛，很多中药的有效成分被鉴定了出来，但大部分中药的有效结构都没办法通过化学合成方式获得。如果只是从中药中萃取有效成分，又很难从所有组成物中分离出单一的化合物。
以上提及的种种技术问题，都成为了限制药物研发进展的关键因素。
发明内容
本发明提供了一种化合物分子3D打印系统，包括化合物分子分析装置、三维光阱生成装置、粒子生成与激发装置、粒子捕获装置、粒子传送装置，所述化合物分子分析装置、所述三维光阱生成装置、所述粒子传送装置、所述粒子捕获装置、所述粒子生成与激发装置依次相连；
所述化合物分子分析装置：用于储存化合物分子三维结构，并将所述化合物分子三维结构中的各原子的空间结构参数化为三维空间坐标点；
所述三维光阱生成装置：用于形成在同一坐标原点下可完全包容住所述化合物分子三维结构中所有原子的坐标点的三维光阱阵列；
所述粒子生成与激发装置：用于激发分离出若干个高能态粒子；
所述粒子捕获装置：用于将所述高能态粒子捕捉为单一粒子并通过所述粒子传送装置将所述单一粒子传送到所述三维光阱阵列中对应的坐标点并囚禁于光阱中。
作为本发明的进一步改进，在所述三维光阱生成装置中，所述三维光阱阵列的每一个晶格结点都能囚禁住不少于一个单一粒子。
作为本发明的进一步改进，所述三维光阱生成装置包括复合相位光栅、透镜；输入光在穿过复合相位光栅、透镜之后形成具有一定阵列关系的的空间三维光阱；所述三维光阱生成装置还包括空间光调制器，所述空间光调制器用于产生所述输入光。
作为本发明的进一步改进，所述粒子生成与激发装置包括喷嘴，所述高能态粒子通过所述喷嘴喷出。
作为本发明的进一步改进，所述粒子生成与激发装置能利用蒸镀、电浆、或者镭射激发出高能态粒子。
作为本发明的进一步改进，在所述粒子捕获装置中，所述高能态粒子包括原子、离子或对应的激发态粒子。
作为本发明的进一步改进，所述粒子捕获装置包括离子阱粒子捕获装置、四偶极电场粒子捕获装置、磁光阱粒子捕获装置。
作为本发明的进一步改进，所述粒子传送装置包括光镊粒子移动冷粒子装置、相对论电子束粒子移动冷粒子装置、电磁场粒子移动冷粒子装置。
作为本发明的进一步改进，所述粒子传送装置包括影像装置，所述影像装置用于识别和控制所述单一粒子；所述粒子捕获装置为单一粒子捕获装置。
作为本发明的进一步改进，该化合物分子3D打印系统包括云端服务器，所述化合物分子分析装置与所述云端服务器相连。
本发明的有益效果是：本发明的化合物分子3D打印系统可以应用于制作传统化学方法难以制作或分离的高纯度化合物分子，甚至可以制造出通过计算机仿真合成的更高效且无法通过常规化学方法生成的靶向药物分子；其次，本发明的化合物分子3D打印系统由于无需通过复杂的合成步骤，也无需考虑选择合成方式，更加不需要考虑合成后有效成分的分离，可以大大缩短药物开发的周期以及节约开发成本。
附图说明
图1是本发明的化合物分子3D打印系统原理框图；
图2是本发明的化合物分子结构图；
图3是本发明的单一粒子捕获装置结构图；
图4是本发明的三维光阱生成装置结构图；
图5是本发明的粒子传送装置结构图；
图6是本发明的化合物分子打印方法流程图；
附图标记：10-化合物分子分析装置；11-化合物分子三维结构；12-原子；13-高能态粒子；20-云端服务器；30-三维光阱生成装置；31-三维光阱阵列；32-复合相位光栅；33-透镜；40-粒子生成与激发装置；41-粒子喷嘴；50-单一粒子捕获装置；51-单一粒子；60-粒子传送装置；61-影像装置。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明公开了一种化合物分子3D打印系统，包括化合物分子分析装置10、三维光阱生成装置30、粒子生成与激发装置40、粒子捕获装置50、粒子传送装置60，所述化合物分子分析装置10、所述三维光阱生成装置30、所述粒子传送装置60、所述粒子捕获装置50、所述粒子生成与激发装置40依次相连；
所述化合物分子分析装置10：用于储存化合物分子三维结构11，并将所述化合物分子三维结构11中的各原子12的空间结构参数化为三维空间坐标点；
所述三维光阱生成装置30：用于形成在同一坐标原点下可完全包容住所述化合物分子三维结构11中所有原子12的坐标点的三维光阱阵列31；
所述粒子生成与激发装置40：用于激发分离出若干个高能态粒子13；
所述粒子捕获装置50：用于将所述高能态粒子13捕捉为单一粒子51并通过所述粒子传送装置60将所述单一粒子51传送到所述三维光阱阵列31中对应的坐标点并囚禁于光阱中，当完成所有单一粒子51的囚禁之后，通过外部施加相应的化学键生成环境，促使光阱中所有单一粒子51形成化学键，最终形成化合物分子三维结构11。所述三维光阱阵列中包括多个光阱。
在所述三维光阱生成装置30中，所述三维光阱阵列31的每一个晶格结点都能囚禁住不少于一个单一粒子51。
所述三维光阱生成装置30包括复合相位光栅32、透镜33；输入光35在穿过复合相位光栅32、透镜33之后形成具有一定阵列关系的的空间三维光阱,即三维光阱阵列31；所述三维光阱生成装置30还包括空间光调制器，所述空间光调制器用于产生所述输入光35。
所述粒子生成与激发装置40包括喷嘴41，所述高能态粒子13通过所述喷嘴41喷出。
所述粒子生成与激发装置40能利用蒸镀、电浆、或者镭射激发出高能态粒子13。
在所述粒子捕获装置50中，所述高能态粒子13包括原子、离子或对应的激发态粒子。
所述粒子捕获装置50包括离子阱粒子捕获装置、四偶极电场粒子捕获装置、磁光阱粒子捕获装置。
所述粒子传送装置60包括光镊粒子移动冷粒子装置、相对论电子束粒子移动冷粒子装置、电磁场粒子移动冷粒子装置。
较优的，所述粒子传送装置60包括影像装置61，所述影像装置61用于方便识别和控制所述单一粒子51；所述粒子捕获装置50为单一粒子捕获装置。
该化合物分子3D打印系统包括云端服务器20，所述化合物分子分析装置10与所述云端服务器20相连。
如图6所示，本发明公开了一种化合物分子3D打印方法，包括如下步骤：
步骤1：提供化合物分子三维结构11；
步骤2：利用化合物分子分析装置10将化合物分子三维结构11中的所有原子12空间位置参数化为空间坐标点；
步骤3：利用三维光阱生成装置30形成在同一坐标原点下可完全包容住化合物分子三维结构11中所有原子12坐标点的三维光阱阵列31，并确保光阱的每一个晶格结点都可以囚禁住不少于一个单一粒子51；
步骤4：利用粒子生成与激发装置40生成若干个高能态粒子13，并通过喷嘴41喷入粒子捕获装置50；粒子捕获装置50将高能态粒子捕获为单一粒子51并送到粒子传送装置60；
步骤5：粒子传送装置60将若干单一粒子51传递到三维光阱阵列31中对应的位置并囚禁于光阱中；
步骤6：当完成所有单一粒子51的囚禁之后，通过外部施加相应的化学键生成环境，促使光阱中所有单一粒子51形成化学键，最终形成化合物分子三维结构11。
本发明的有益效果是：本发明的化合物分子3D打印系统可以应用于制作传统化学方法难以制作或分离的高纯度化合物分子，甚至可以制造出通过计算机仿真合成的更高效且无法通过常规化学方法生成的靶向药物分子；其次，本发明的化合物分子3D打印系统由于无需通过复杂的合成步骤，也无需考虑选择合成方式，更加不需要考虑合成后有效成分的分离，可以大大缩短药物开发的周期以及节约开发成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
