CN104774749A - 一种成骨细胞精确激励装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成骨细胞精确激励装置，所述装置包括振动架及集成在振动架上的压电振动模块，所述振动架包括基底和顶盖，所述压电振动模块分别于基底和顶盖固定连接。本发明的成骨细胞精确激励装置可以精确控制振动频率、振幅和振动时间，将激励后的成骨细胞进行培养，分析其成骨效应，为医生和研究人员提供更加准确的参考数据，不仅具有基础研究的价值，精确的应力调控法还可望临床上得以实现。

Description

一种成骨细胞精确激励装置

技术领域

本发明涉及成骨细胞精确激励技术领域，特别是涉及一种成骨细胞精确激励装置。

背景技术

骨骼系统是人体最大的组织系统之一，具有支撑和保护身体、维持运动、造血、存储钙质等多种功能。骨科疾患是影响人群健康和生活质量最常见的疾病之一，以骨质疏松症为例，目前我国已是世界上骨质疏松症患者最多的国家，约有患者9000万，约占总人口的7%。在我国45岁以上的人口中每4名男性就有1名患有骨质疏松症，女性发病率更高，在30%以上。预计2020年中国骨质疏松症患者将达到2.86亿，2050年上升至5.33亿。成骨细胞是骨发生和骨形成的生物学基础，在骨不断的更新活动中是最重要的功能细胞，成骨细胞数量和功能的下降而骨吸收加快是骨质疏松的主要病理基础。对细胞力学特性的研究，不仅可以为一些疾病的发病机理提供理论基础，而且还可以为其诊断、治疗和康复提供方法。因此，研究成骨细胞特性、活性变化及其影响因素对于探索骨质疏松症的发病机制具有重要的医学意义，为骨质疏松症的诊断、治疗和康复提供方法和理论依据。

研究已经证明机械应力对成骨细胞生命活动有很大的影响。应力对骨修复的研究可追溯到一百多年前的Wolff定律。骨组织是一个受应力支配的优化结构，增加应力可直接刺激骨的生长，反之将造成骨的丢失。美国工程院院士Edmund YS Chao在《一种非创伤形式的组织工程——生物物理刺激在骨修复、重构、保持中的作用》的报告中指出物理刺激可以帮助骨的修复、重构和保持，是一种有广泛前景的高效的非创伤性组织工程方法。由NASA资助的科学家们和国际太空医学研究协会揭露一个迹象，几乎察觉不到的微幅高频振动可能刺激骨生产，并建议宇航员每天站在一个微振台上进行10-20分钟的锻炼防止骨量丢失。正常骨组织生长都离不开机械应力刺激，而生理活动中周期性机械力刺激是骨组织再生的基础，其中成骨细胞是对周期性应力敏感的细胞。作为生物力学领域中的重要部分，成骨细胞对外部力的响应机制仍需进一步探索。

现有技术中主要通过对骨头整体或者大批量的成骨细胞进行笼统定性的激励，不能精确地进行定量激励。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种成骨细胞精确激励装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供基于压电振动的成骨细胞精确激励装置，可以为医生和研究人员提供更加可靠的数据。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种成骨细胞精确激励装置，所述装置包括振动架及集成在振动架上的压电振动模块，所述振动架包括基底和顶盖，所述压电振动模块分别于基底和顶盖固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述振动架的基底和顶盖通过若干支撑柱固定安装。

作为本发明的进一步改进，所述压电振动模块位于基底和顶盖的中央位置。

作为本发明的进一步改进，所述顶盖上方设有若干固定件，当培养皿放置于顶盖上方时通过所述固定件对培养皿进行固定。

作为本发明的进一步改进，所述压电振动模块的振动频率为0~1000Hz，振动频率的精度为1Hz。

作为本发明的进一步改进，所述压电振动模块的振幅为0~20μm，振幅的精度为100nm。

本发明的有益效果是：

本发明的成骨细胞精确激励装置可以精确控制振动频率、振幅和振动时间，将激励后的成骨细胞进行培养，分析其成骨效应，为医生和研究人员提供更加准确的参考数据，不仅具有基础研究的价值，精确的应力调控法还可望临床上得以实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施例中成骨细胞精确激励装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种基于压电振动的成骨细胞精确激励装置，可以为医生和研究人员提供更加可靠的数据。这种通过振动应力精确调控骨组织生长的方法不仅具有基础研究的价值，最重要的是精确的应力调控法可望临床上得以实现：即通过由医生预先设计的康复锻炼或应用特定的机械应力刺激装置达到在损伤修复部位应力调控的目的。

参图1所示，在本发明的一具体实施方式中，成骨细胞精确激励装置包括振动架10及集成在振动架上的压电振动模块20，振动架10包括基底11和顶盖12，压电振动模块20分别于基底11和顶盖12固定连接。

其中，振动架的基底11和顶盖12通过若干支撑柱13固定安装，如本实施方式中基底11和顶盖12的形状均设置为矩形，基底11和顶盖12的四个角上分别通过4个支撑柱13固定安装，在其他实施方式中，基底11和顶盖12也可以设置为其他形状，如圆形、椭圆形、菱形等规则形状或不规则形状，当然，支撑柱的数量和安装位置也可以不同。

压电振动模块20位于基底11和顶盖12的中央位置，压电振动模块作为振动源，其材料为压电材料，是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，如压电陶瓷等。本实施方式中压电振动模块的振动频率为0~1000Hz，振动频率的精度为1Hz；压电振动模块的振幅为0~20μm，振幅的精度为100nm。

进一步地，顶盖12上方设有若干固定件121，培养皿30放置于顶盖12上方时通过固定件121对培养皿30进行固定，其中，培养皿30中放置有成片的成骨细胞。

优选地，本实施方式中培养皿为圆形，固定件设置为3个，分别沿着培养皿的圆周设置，在其他实施方式中，当固定件的数量可以沿着培养皿的四周相应增加，以进一步提高固定效果。

本实施方式中通过压电振动模块作为振动源，将压电振动模块集成在振动架上，带动培养皿进行振动，如图1所示，从而带动成片的成骨细胞一起振动，振动频率可以精确控制，从0~1000Hz范围可以实现1Hz的振动精度，可以实现0~20μm振幅控制，振幅可以实现100nm的振动精度，并可以精确控制振动时间，然后将激励后的成骨细胞进行培养，分析其成骨效应，为医生和研究人员提供更加准确的参考数据。

本实施方式中以成骨细胞为例说明了精确激励装置的原理，在其他实施方式中也可以应用于其它类似细胞，在此不再一一赘述。

由上述技术方案可以看出，本发明的成骨细胞精确激励装置可以精确控制振动频率、振幅和振动时间，将激励后的成骨细胞进行培养，分析其成骨效应，为医生和研究人员提供更加准确的参考数据，不仅具有基础研究的价值，精确的应力调控法还可望临床上得以实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种成骨细胞精确激励装置，其特征在于，所述装置包括振动架及集成在振动架上的压电振动模块，所述振动架包括基底和顶盖，所述压电振动模块分别于基底和顶盖固定连接。

2.根据权利要求1所述的成骨细胞精确激励装置，其特征在于，所述振动架的基底和顶盖通过若干支撑柱固定安装。

3.根据权利要求1所述的成骨细胞精确激励装置，其特征在于，所述压电振动模块位于基底和顶盖的中央位置。

4.根据权利要求1所述的成骨细胞精确激励装置，其特征在于，所述顶盖上方设有若干固定件，当培养皿放置于顶盖上方时通过所述固定件对培养皿进行固定。

5.根据权利要求1所述的成骨细胞精确激励装置，其特征在于，所述压电振动模块的振动频率为0~1000Hz，振动频率的精度为1Hz。

6.根据权利要求5所述的成骨细胞精确激励装置，其特征在于，所述压电振动模块的振幅为0~20μm，振幅的精度为100nm。