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組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法，所述裝置包括壓力傳感器、往復(fù)電機(jī)、循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件以及用于放置往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件的組裝支架，所述壓力傳感器包括傳感墊片和顯示設(shè)備，所述傳感墊片設(shè)置在往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件之間，并與顯示設(shè)備連接往復(fù)電機(jī)；所述循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件包括用于向上傳遞推動(dòng)力的下端支架、用于傳遞動(dòng)態(tài)力的彈簧、用于向下傳遞壓應(yīng)力的上端支架、用于將應(yīng)力傳遞給實(shí)驗(yàn)材料的頂針以及用于固定頂針和實(shí)驗(yàn)用多孔板的定位多孔蓋。本發(fā)明裝置及方法可以滿足1～150Hz頻率下的不同大小的循環(huán)應(yīng)力環(huán)境加載下組織工程支架體內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，可同時(shí)進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)效率。
【專利說明】組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種力學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]生物體體內(nèi)環(huán)境是個(gè)循環(huán)動(dòng)態(tài)環(huán)境，然而，以往有關(guān)組織工程支架材料的力學(xué)性能表征、模擬體內(nèi)降解、仿生礦化和細(xì)胞共培養(yǎng)多局限于靜態(tài)試驗(yàn)，對(duì)循環(huán)動(dòng)態(tài)體液、生理運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及高速碰撞病理狀態(tài)下組織工程支架的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用性能表征的研究欠缺。
[0003]動(dòng)態(tài)力學(xué)載荷下的組織工程支架的模擬體內(nèi)疲勞、降解、細(xì)胞共培養(yǎng)等實(shí)驗(yàn)是研究組織工程支架仿生制備及其生物醫(yī)用過程中涉及的性能研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。理想的組織工程支架材料應(yīng)是生物相容性好、有組織誘導(dǎo)性和組織傳導(dǎo)性、力學(xué)性能，與天然組織相近，能支持血管化、降解速率和新組織形成速率相匹配的生物活性材料。這就要求組織工程支架材料的研究不僅要從材料科學(xué)的角度考慮，更要從生命科學(xué)的角度進(jìn)行探討。為達(dá)到這一目的，需要對(duì)支架材料的制備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在體外實(shí)驗(yàn)中更加注重模擬真實(shí)的體內(nèi)環(huán)境。組織工程支架的傳統(tǒng)表征和構(gòu)建方法是在體外將組織功能細(xì)胞接種在三維支架材料上，經(jīng)過一定時(shí)間培養(yǎng)后表征其細(xì)胞學(xué)性能或植入人體內(nèi)。培養(yǎng)方法往往采用靜置培養(yǎng)。然而，組織工程支架在體內(nèi)是收到周圍組織的力學(xué)因素影響的，人體組織也受到體液、血液等流體的液壓力，骨組織工程支架還受到周圍骨組織的壓應(yīng)力影響，因此，用循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載培養(yǎng)取代傳統(tǒng)的靜態(tài)培養(yǎng)方法更為科學(xué)。同樣，組織工程支架材料在生物體內(nèi)的降解、仿生礦化性能也應(yīng)在體外動(dòng)態(tài)環(huán)境下進(jìn)行探討。
[0004]目前，許多針對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載培養(yǎng)的裝置及方法都是針對(duì)細(xì)胞的力學(xué)環(huán)境而多采用應(yīng)力刺激下的單獨(dú)的細(xì)胞培養(yǎng)或采用灌流式生物反應(yīng)器，然而，沒有考慮到動(dòng)態(tài)力學(xué)刺激對(duì)組織工程支架這一受力主體在模擬體內(nèi)降解、仿生礦化和細(xì)胞共培養(yǎng)等過程中的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作方便、功能多樣，可以滿足I?150HZ頻率下的不同大小的循環(huán)應(yīng)力環(huán)境加載下組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0008]組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括壓力傳感器、往復(fù)電機(jī)、位于往復(fù)電機(jī)上方的循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件以及用于放置往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件的組裝支架；所述壓力傳感器包括傳感墊片和顯示設(shè)備，所述傳感墊片設(shè)置在往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件之間，并與顯示設(shè)備連接；所述循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件包括用于向上傳遞推動(dòng)力的下端支架、用于傳遞動(dòng)態(tài)力的彈簧、用于向下傳遞壓應(yīng)力的上端支架、用于將應(yīng)力傳遞給實(shí)驗(yàn)材料的頂針以及用于固定頂針和實(shí)驗(yàn)用多孔板的定位多孔蓋；所述彈簧套設(shè)在上端支架底部的支柱上，并與下端支架連接；所述頂針的上端與上端支架的底部相接觸，下端與實(shí)驗(yàn)材料相接觸。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述往復(fù)電機(jī)包括電機(jī)主體、升降臺(tái)、調(diào)頻器和驅(qū)動(dòng)電源，所述電機(jī)主體與驅(qū)動(dòng)電源連接，并帶動(dòng)升降臺(tái)進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)；所述調(diào)頻器設(shè)置在電機(jī)主體上，所述壓力傳感器的傳感墊片設(shè)置在升降臺(tái)與下端支架之間，且底面與升降臺(tái)相接觸，頂面與下端支架相接觸。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述組裝支架包括主支架、副支架和支撐底座，所述副支架固定在主支架上，用于放置實(shí)驗(yàn)用多孔板和支撐定位多孔蓋；所述往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件整體放置在支撐底座上。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，所述主支架為兩邊向外延伸、中間向內(nèi)凹的凹形結(jié)構(gòu)，該凹形結(jié)構(gòu)中間向內(nèi)凹的部分開有兩道平行的通槽；所述副支架由支撐架和固定架組成，所述支撐架與固定架之間相互垂直，所述支撐架用于放置實(shí)驗(yàn)用多孔板和支撐定位多孔蓋，所述固定架上開有兩個(gè)通孔；所述固定架通過兩根螺釘穿過兩個(gè)通孔后固定在兩道平行的通槽的任意位置上，以調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)用多孔板的高度。
[0012]作為一種優(yōu)選方案，所述往復(fù)電機(jī)的振動(dòng)頻率在I?150Hz的范圍內(nèi)，保真載荷為5Kg。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，所述壓力傳感器的顯示設(shè)備固定在電機(jī)主體上，在顯示實(shí)時(shí)力學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)，并進(jìn)行記錄，可拷貝并做數(shù)據(jù)分析用。
[0014]作為一種優(yōu)選方案，所述頂針的上端設(shè)有橡膠片，該橡膠片與上端支架的底部相接觸。
[0015]作為一種優(yōu)選方案，所述頂針的針體呈矩形體狀、下端呈尖狀，或所述頂針的整體呈圓柱體狀。
[0016]本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0017]組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0018]I)將壓力傳感器安裝在往復(fù)電機(jī)上，再將往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件整體放置在支撐底座上；
[0019]2)將組織工程支架材料或片狀生物材料放置在細(xì)胞培養(yǎng)多孔板內(nèi)，然后蓋上定位多孔蓋；
[0020]3)將頂針放置在相應(yīng)的孔內(nèi)材料上面，然后將上端支架放置在頂針的上端，調(diào)節(jié)副支架的高度，使頂針的下端與孔內(nèi)材料完全接觸，上端與上端支架完全接觸，在上端支架上端放置所需重量的砝碼；
[0021]4)接通驅(qū)動(dòng)電源，采用調(diào)頻器調(diào)節(jié)往復(fù)電機(jī)的升降頻率，使電機(jī)主體帶動(dòng)升降臺(tái)按照設(shè)定的頻率進(jìn)行循環(huán)升降運(yùn)動(dòng)，開啟壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
[0022]5)下端支架在升降臺(tái)上升時(shí)向上傳遞推動(dòng)力，此時(shí)彈簧受壓，在升降臺(tái)下降時(shí)，上端支架在彈簧和砝碼的作用下向下傳遞壓應(yīng)力，使頂針將應(yīng)力傳遞給孔內(nèi)材料；
[0023]6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電源，依次取下砝碼、上端支架、頂針、定位多孔蓋、細(xì)胞培養(yǎng)多孔板和下端支架，取出壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)；[0024]7)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析:根據(jù)壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合已知的裝置各個(gè)部件的質(zhì)量、升降臺(tái)的振幅以及往復(fù)電機(jī)的升降頻率，在計(jì)算機(jī)中通過計(jì)算公式轉(zhuǎn)換為真實(shí)的感應(yīng)力數(shù)據(jù)。
[0025]作為一種優(yōu)選方案，步驟2)中，當(dāng)將片狀生物材料放置在細(xì)胞培養(yǎng)多孔板內(nèi)時(shí)，每塊片狀生物材料的底部用墊片墊住。
[0026]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果:
[0027]1、本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置使用往復(fù)電機(jī)作為循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力輸出裝置，采用間接加壓的方法施加循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力，通過調(diào)頻器可以調(diào)節(jié)往復(fù)電機(jī)的循環(huán)動(dòng)態(tài)頻率，模擬體內(nèi)不同組織部位受到的動(dòng)態(tài)應(yīng)力或臨床過程施加的體外動(dòng)態(tài)應(yīng)力，以研究不用力學(xué)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0028]2、本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)了組裝支架，可以將壓力傳感器、往復(fù)電機(jī)、循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件等部件固定在一起成為一個(gè)完整的儀器，組裝支架的主支架起到約束循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件運(yùn)動(dòng)軌道的作用，而平行通槽設(shè)計(jì)更是使不同高度組織工程支架材料實(shí)驗(yàn)過程中的調(diào)節(jié)更加方便，不需要設(shè)計(jì)統(tǒng)一高度，放寬了材料設(shè)計(jì)因素。
[0029]3、本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置采用壓力傳感墊片對(duì)力學(xué)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，表面有多個(gè)感應(yīng)點(diǎn)，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以在數(shù)字顯示窗中顯示且保存，以便在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。
[0030]4、本發(fā)明組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置所使用的往復(fù)電機(jī)的振動(dòng)頻率在I?150Hz，保真載荷達(dá)到5Kg，基本符合正常的人體動(dòng)態(tài)應(yīng)力頻率的實(shí)驗(yàn)要求。
[0031]5、本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置在循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件中使用彈簧作為力學(xué)傳遞介質(zhì)，彈簧與往復(fù)電機(jī)的配合使用，使得頂針在往材料施加應(yīng)力過程中實(shí)現(xiàn)循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力而保持頂針的接觸狀態(tài)。
[0032]6、本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置在頂針上端設(shè)有橡膠片，防止在實(shí)驗(yàn)過程中微小的尺寸誤差導(dǎo)致頂針與上端支架無法接觸而導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差。
[0033]7、本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置通過在組裝支架的副支架上放置實(shí)驗(yàn)用多孔板，可以使多組實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，對(duì)涉及重復(fù)組和對(duì)照實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行極為方便。
[0034]8、本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用范圍廣，可以用來研究片狀組織工程支架和柱狀生物支架的模擬體內(nèi)循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力環(huán)境下的降解、仿生礦化、體外細(xì)胞毒性、體外細(xì)胞黏附增殖分化等實(shí)驗(yàn)。
[0035]9、本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作方便、功能多樣，可以滿足各種頻率下的不同大小的循環(huán)應(yīng)力環(huán)境加載下組織工程支架體內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，可同時(shí)進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中壓力傳感器、顯示設(shè)備、往復(fù)電機(jī)、循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件與副支架在實(shí)驗(yàn)時(shí)的位置關(guān)系示意圖。
[0037]圖2為本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中組裝支架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖3a為本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中第一種頂針結(jié)構(gòu)的主視圖；圖3b為第一種頂針結(jié)構(gòu)的右視圖；圖3c為第一種頂針結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0039]圖4a為本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中第二種頂針結(jié)構(gòu)的主視圖；圖4b為第二種頂針結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0040]圖5a為本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中主支架結(jié)構(gòu)的右視圖；圖5b為主支架結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0041]圖6a為本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中副支架結(jié)構(gòu)的主視圖；圖6b為副支架結(jié)構(gòu)的右視圖。
[0042]圖7為本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置在循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件上放置組織工程支架材料的示意圖。
[0043]圖8為本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置在循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件上放置片狀生物材料的示意圖。
[0044]其中，1-電機(jī)主體，2-升降臺(tái)，3-調(diào)頻器，4-下端支架，5-彈簧，6-上端支架，7-頂針，8-定位多孔蓋，9-橡膠片，10-細(xì)胞培養(yǎng)多孔板，11-主支架，12-副支架，13-支撐底座，14-通槽，15-支撐架，16-固定架，17-通孔，18-螺釘，19-傳感墊片，20-顯示設(shè)備，21-組織工程支架材料，22-砝碼，23-片狀生物材料，24-墊片。
【具體實(shí)施方式】
[0045]實(shí)施例1:
[0046]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括壓力傳感器、顯示設(shè)備、往復(fù)電機(jī)、循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件以及組裝支架，其中:
[0047]所述往復(fù)電機(jī)的振動(dòng)頻率在I?150Hz的范圍內(nèi)，保真載荷為5Kg,包括電機(jī)主體
1、升降臺(tái)2、調(diào)頻器3和驅(qū)動(dòng)電源(圖中未示出)，所述電機(jī)主體I與驅(qū)動(dòng)電源連接，并帶動(dòng)升降臺(tái)2進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)；所述調(diào)頻器3設(shè)置在電機(jī)主體I上。
[0048]所述循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件包括下端支架4、彈簧5、上端支架6、頂針7以及定位多孔蓋8，考慮到往復(fù)電機(jī)保真情況下的載荷原因，下端支架4、上端支架6、頂針7和定位多孔蓋8都是采用亞克力玻璃材質(zhì)制成，所述下端支架4用于向上傳遞推動(dòng)力，所述上端支架6用于向下傳遞壓應(yīng)力；所述頂針7用于將應(yīng)力傳遞給實(shí)驗(yàn)材料，頂針7的上端設(shè)有橡膠片9，該橡膠片9與上端支架6的底部相接觸，頂針7的下端與實(shí)驗(yàn)材料相接觸，實(shí)驗(yàn)材料可以為組織工程支架材料、片狀生物材料等，頂針7可以有兩種結(jié)構(gòu)，以滿足不同實(shí)驗(yàn)的要求，其中一種結(jié)構(gòu)如圖3a?圖3c所示，針體呈矩形體狀、下端呈尖狀，另一種結(jié)構(gòu)如圖4a?圖4b所示，整體呈圓柱體狀；所述彈簧5用于傳遞動(dòng)態(tài)力，其套設(shè)在上端支架6底部的支柱上，并與下端支架4連接；所述定位多孔蓋8頂部的多個(gè)開孔可以固定頂針7，左右兩邊可以固定實(shí)驗(yàn)用多孔板，本實(shí)施例采用的實(shí)驗(yàn)用多孔板為細(xì)胞培養(yǎng)多孔板10。
[0049]所述組裝支架采用不銹鋼材質(zhì)制成，包括主支架11、副支架12和支撐底座13，所述往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件整體放置在支撐底座13上；所述主支架11為兩邊向外延伸、中間向內(nèi)凹的凹形結(jié)構(gòu)，如圖5a?圖5b所示，該凹形結(jié)構(gòu)中間向內(nèi)凹的部分開有兩道平行的通槽14 ;所述副支架12由支撐架15和固定架16組成，如圖6a?6b所示，所述支撐架15與固定架16之間相互垂直，所述支撐架15用于放置實(shí)驗(yàn)用多孔板和支撐定位多孔蓋8，所述固定架16上開有兩個(gè)通孔17 ;所述固定架16通過兩根螺釘18穿過兩個(gè)通孔17后固定在兩道平行的通槽14的任意位置上，以調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)用多孔板的高度。
[0050]所述壓力傳感器包括傳感墊片19和顯示設(shè)備20，所述傳感墊片19表面有多個(gè)感應(yīng)點(diǎn)，可以監(jiān)測(cè)出在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)應(yīng)力數(shù)據(jù)，其設(shè)置在升降臺(tái)2與下端支架4之間，且底面與升降臺(tái)2相接觸，頂面與下端支架4相接觸；所述顯示設(shè)備20為數(shù)字顯示窗，該數(shù)字顯示窗固定在電機(jī)主體I上，并與傳感墊片19連接，以便觀察傳感墊片19采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0051]如圖1、圖2和圖7所示，本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)過程，包括以下步驟:
[0052]1)將壓力傳感器安裝在往復(fù)電機(jī)上，再將往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件整體放置在支撐底座13上；
[0053]2)將組織工程支架材料21在細(xì)胞培養(yǎng)多孔板10內(nèi)，然后蓋上定位多孔蓋8 ；
[0054]3)將頂針7放置在相應(yīng)的孔內(nèi)材料上面，然后將上端支架6放置在頂針7上端，調(diào)節(jié)副支架12的高度，使頂針7的下端與孔內(nèi)材料完全接觸，上端與上端支架6完全接觸，在上端支架6上端放置所需重量的砝碼22 ；
[0055]4)接通驅(qū)動(dòng)電源，采用調(diào)頻器3調(diào)節(jié)往復(fù)電機(jī)的升降頻率，使電機(jī)主體I帶動(dòng)升降臺(tái)2按照設(shè)定的頻率進(jìn)行循環(huán)升降運(yùn)動(dòng)，開啟壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
[0056]5)下端支架4在升降臺(tái)2上升時(shí)向上傳遞推動(dòng)力，此時(shí)彈簧5受壓，在升降臺(tái)2下降時(shí)，上端支架6在彈簧5和砝碼22的作用下向下傳遞壓應(yīng)力，使頂針7將應(yīng)力傳遞給孔內(nèi)材料；
[0057]6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電源，依次取下砝碼22、上端支架6、頂針7、定位多孔蓋
8、細(xì)胞培養(yǎng)多孔板10和下端支架4，取出壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)；
[0058]7)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析:根據(jù)壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合已知的裝置各個(gè)部件的質(zhì)量、升降臺(tái)2的振幅以及往復(fù)電機(jī)的升降頻率，在計(jì)算機(jī)中通過計(jì)算公式轉(zhuǎn)換為真實(shí)的感應(yīng)力數(shù)據(jù)。
[0059]步驟7)所述計(jì)算公式如下:
[0060]F0+m2g = f
[0061]F0+nF = Mg+m^+nnio
[0062]綜合上述公式:F= (Mg+m1g+nm0+m2g-f) /η
[0063]F0為彈簧受到的力，f為傳感器監(jiān)測(cè)的力，M為砝碼質(zhì)量，Hi1為上端支架的質(zhì)量，m2為下端支架的質(zhì)量，m0為頂針的質(zhì)量，F(xiàn)為材料受到的壓力，η為材料數(shù)量。
[0064]注:該往復(fù)電機(jī)頻率為低頻，加速度對(duì)壓力數(shù)據(jù)的采集影響較小，故計(jì)算公式為考慮電機(jī)升降過程中的加速度影響。
[0065]實(shí)施例2:
[0066]本實(shí)施例的主要特點(diǎn)是:如圖8所示，在實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)過程中，步驟2)所放置在細(xì)胞培養(yǎng)多孔板內(nèi)的是片狀生物材料23，每塊片狀生物材料23的底部用墊片24墊住。其余同實(shí)施例1。
[0067]綜上所述，本發(fā)明的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作方便、功能多樣，可以滿足I~150Hz頻率下的不同大小的循環(huán)應(yīng)力環(huán)境加載下組織工程支架體內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，可同時(shí)進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)效率。
[0068]以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明專利構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括壓力傳感器、往復(fù)電機(jī)、位于往復(fù)電機(jī)上方的循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件以及用于放置往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件的組裝支架；所述壓力傳感器包括傳感墊片和顯示設(shè)備，所述傳感墊片設(shè)置在往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件之間，并與顯示設(shè)備連接；所述循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件包括用于向上傳遞推動(dòng)力的下端支架、用于傳遞動(dòng)態(tài)力的彈簧、用于向下傳遞壓應(yīng)力的上端支架、用于將應(yīng)力傳遞給實(shí)驗(yàn)材料的頂針以及用于固定頂針和實(shí)驗(yàn)用多孔板的定位多孔蓋；所述彈簧套設(shè)在上端支架底部的支柱上，并與下端支架連接；所述頂針的上端與上端支架的底部相接觸，下端與實(shí)驗(yàn)材料相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述往復(fù)電機(jī)包括電機(jī)主體、升降臺(tái)、調(diào)頻器和驅(qū)動(dòng)電源，所述電機(jī)主體與驅(qū)動(dòng)電源連接，并帶動(dòng)升降臺(tái)進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)；所述調(diào)頻器設(shè)置在電機(jī)主體上，所述壓力傳感器的傳感墊片設(shè)置在升降臺(tái)與下端支架之間，且底面與升降臺(tái)相接觸，頂面與下端支架相接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述組裝支架包括主支架、副支架和支撐底座，所述副支架固定在主支架上，用于放置實(shí)驗(yàn)用多孔板和支撐定位多孔蓋；所述往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件整體放置在支撐底座上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述主支架為兩邊向外延伸、中間向內(nèi)凹的凹形結(jié)構(gòu)，該凹形結(jié)構(gòu)中間向內(nèi)凹的部分開有兩道平行的通槽；所述副支架由支撐架和固定架組成，所述支撐架與固定架之間相互垂直，所述支撐架用于放置實(shí)驗(yàn)用多孔板和支撐定位多孔蓋，所述固定架上開有兩個(gè)通孔；所述固定架通過兩根螺釘穿過兩個(gè)通孔后固定在兩道平行的通槽的任意位置上，以調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)用多孔板的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述往復(fù)電機(jī)的振動(dòng)頻率在I~150Hz的范圍內(nèi)，保真載荷為5Kg。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述壓力傳感器的顯示設(shè)備固定在電機(jī)主體上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述頂針的上端設(shè)有橡膠片，該橡膠片與上端支架的底部相接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述頂針的針體呈矩形體狀、下端呈尖狀，或所述頂針的整體呈圓柱體狀。
9.組織工程支架動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將壓力傳感器安裝在往復(fù)電機(jī)上，再將往復(fù)電機(jī)和循環(huán)動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載組件整體放置在支撐底座上； 2)將組織工程支架材料或片狀生物材料放置在細(xì)胞培養(yǎng)多孔板內(nèi)，然后蓋上定位多孔蓋； 3)將頂針放置在相應(yīng)的孔內(nèi)材料上面，然后將上端支架放置在頂針的上端，調(diào)節(jié)副支架的高度，使頂針的下端與孔內(nèi)材料完全接觸，上端與上端支架完全接觸，在上端支架上端放置所需重量的砝碼； 4)接通驅(qū)動(dòng)電源，采用調(diào)頻器調(diào)節(jié)往復(fù)電機(jī)的升降頻率，使電機(jī)主體帶動(dòng)升降臺(tái)按照設(shè)定的頻率進(jìn)行循環(huán)升降運(yùn)動(dòng)，開啟壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)；5)下端支架在升降臺(tái)上升時(shí)向上傳遞推動(dòng)力，此時(shí)彈簧受壓，在升降臺(tái)下降時(shí)，上端支架在彈簧和砝碼的作用下向下傳遞壓應(yīng)力，使頂針將應(yīng)力傳遞給孔內(nèi)材料； 6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電源，依次取下砝碼、上端支架、頂針、定位多孔蓋、細(xì)胞培養(yǎng)多孔板和下端支架，取出壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)； 7)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析:根據(jù)壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合已知的裝置各個(gè)部件的質(zhì)量、升降臺(tái)的振幅以及往復(fù)電機(jī)的升降頻率，在計(jì)算機(jī)中通過計(jì)算公式轉(zhuǎn)換為真實(shí)的感應(yīng)力數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組織工程支架模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:步驟2)中，在片狀生物材料放置在細(xì)胞培 養(yǎng)多孔板內(nèi)時(shí)，每塊片狀生物材料的底部用墊片墊住。
【文檔編號(hào)】G01N3/34GK104007029SQ201410227965
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】寧成云, 余遵雄 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)