CN110403727A - 一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，属于高分子材料和生物医疗器械领域。可升降工作台和磁控线圈系统分别固定在底部支撑结构上，固定装置固定连接在可升降工作台顶部，智能压迫结构位于固定装置中。本发明利用具有磁响应性能的复合墨水和特定磁畴分布的结构设计远程激发螺旋形可拉伸卡套产生可控变形，使得卡套发生轴向收缩，通过调控磁控线圈系统，可拉伸卡套可产生不同程度的轴向收缩，满足慢性压迫模型所需不同程度多次变形的需求，提高了模型构建的准确性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料和生物医疗器械领域，尤其涉及一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置。
背景技术
周围神经损伤在临床上较常见，约占全部创伤的1.5％～4％。其会导致严重的肢体功能障碍，主要以运动障碍、感觉障碍和营养障碍为主，有较高的致残率。周围神经卡压发病机制比较复杂，可能与物理性因素、化学性因素、生物性因素等多种因素有关。因此这是临床治疗急需解决的问题，也是神经生物学领域的热点问题。周围神经卡压的部位及程度不同，所产生的临床症状也不尽相同，并且因周围神经解剖和功能的特殊性，建立精确合适的实验动物模型，为周围神经损伤修复的研究提供稳定的研究基础是极为重要的。
坐骨神经慢性压迫(chronic constriction injury,CCI)模型传统的构建方法为，用铬制肠线轻度结扎大鼠坐骨神经干，结扎三道，每个结扎部位之间相隔1mm左右。但传统坐骨神经慢性压迫模型构建中对手术人员实际操作技术的依赖，利用材料自身吸水膨胀变形的性质来实现慢性压迫的方法，使得现有的模型无法精确稳定的模拟慢性压迫过程。因此，对于提升传统坐骨神经慢性压迫模型稳定性、精确性和可重复性的研究非常活跃。但是，目前针对于传统坐骨神经慢性压迫模型的改进，只是在保留传统坐骨神经慢性压迫模型的构建方法上，对于实验体体内植入器械的改进。现有的坐骨神经慢性压迫模型仍然沿用利用材料自身吸水膨胀变形的性质来实现慢性压迫的方法，传统坐骨神经慢性压迫模型的缺点并没有得到本质上的改变。因此，研制具有良好稳定性、精确性和可重复性并且可远程激发产生逐步可控变形的坐骨神经慢性压迫模型的构建装置是极为必要的。
现有的坐骨神经慢性压迫模型的构建过程不足如下：
1.目前坐骨神经慢性压迫模型的构建过程，通常采用手术线结扎或者乳胶管缝合，使其固定在坐骨神经上，仅接触但不压迫坐骨神经。但对于松紧度的把握仍需进一步探索，过紧会加重损伤程度，过松时容易导致滑脱。对实验操作的要求较高，模型构建的可重复性较差。
2.对于坐骨神经慢性压迫模型的构建，目前针对坐骨神经慢性压迫程度的控制通常利用羊肠线自身的吸水膨胀来实现，无法实现坐骨神经压迫程度的精确控制，特别是可精准控制指定时间段内坐骨神经压迫的压迫模型尚未开发出来。
3.目前还没有一种坐骨神经慢性压迫模型的构建可以在体外调整神经压迫结构的变形，控制坐骨神经压迫的程度，卡压的压力大小及时间，来更好的贴近坐骨神经慢性压迫的实际情况，模拟卡压后的神经损伤情况。
智能软材料可对外界环境激励(例如热、光、电、磁)产生响应，因此在诸如软机器、柔性电子、形状控制和生物工程等领域应用广泛。在上述众多驱动技术中，磁驱动具有独特的优势：在狭窄空间中远程驱动、高强度磁场对于生物体无害等。常见的磁性软材料主要包括磁驱动弹性体和磁性水凝胶；制备过程都是将磁性颗粒混入聚合物基体中。采用这两种材料制造的磁驱动软机器含有：微型游动器，无约束小型机器人，3D打印柔性器件和用于切除细胞和血管手术的微型抓手。
磁驱动弹性体是指具有可利用的磁学性质的弹性体材料，一般是由磁粉、弹性体基体和配合剂等通过一定的成型方法制备而成，其磁性性能主要取决于所选磁粉的类型、粒径、用量以及制备工艺。与传统的铁磁钢类材料相比，磁性弹性体复合材料柔软质轻、加工性能好、分子结构变化多样，具有广阔的发展前景。近年来，磁性弹性体的应用研究已成为目前功能性高分子材料研究领域中的热点之一。通常，为了提高磁性弹性体的磁性性能，可通过以下2个途径给予解决：一是选用磁性能更强、颗粒尺寸更小的磁粉；二是增加磁粉在弹性体中的填充量。
4D打印技术是指由3D技术打印出来的结构能够在外界激励下发生形状或者结构的改变，直接将材料与结构的变形设计内置到物料当中，让物体能自动组装构型，实现产品设计、制造和装配的一体化融合的技术。通过4D打印技术制造出的智能神经压迫结构，能够在外界激励下发生形状或者结构的改变，直接将材料与结构的变形设计内置到物料当中，制造出智能神经压迫结构，从而构建的坐骨神经慢性压迫模型发生装置可以在体外激励下驱动并控制神经压迫结构的缓慢变形，更加接近慢性压迫病理状况。
发明内容
本发明提供一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，目的在于克服传统坐骨神经慢性压迫模型构建中对手术人员实际操作技术的依赖，实现了对坐骨神经慢性卡压模型的压迫时间和压迫程度的精确控制，提高模型的稳定性和可重复率，构建了更加贴近慢性压迫病理状况的坐骨神经慢性压迫模型。
本发明采取的技术方案是：包括底部支撑结构、可升降工作台、固定装置、智能压迫结构和磁控线圈系统，其中可升降工作台和磁控线圈系统分别固定在底部支撑结构上，固定装置固定连接在可升降工作台顶部，智能压迫结构位于固定装置中；
所述的固定装置包括工作台，第一支杆，锁紧螺钉，第二支杆，下固定板，活动转轴，上固定板，固定块，固定柱组，外伸板组；其中固定块固定连接在工作台上方中部，两根固定柱组分别固定在固定块两侧，在固定块的另两侧分别固定连接两组第一支杆，所述第一为空心杆，第二支杆分别插接在第一支杆中，所述第二支杆上设有刻度线，锁紧螺钉分别与第一支杆螺纹连接，用于固定第二支杆；下固定板底部分别与一组第二支杆顶部连接，上固定板一侧分别通过活动转轴与下固定板转动连接，上固定板底部和下固定板顶另一侧均设有外伸板，所述外伸板设有中心孔，且通过螺钉连接；
所述智能压迫结构包括在外界磁场作用下变形可控的螺旋形可拉伸卡套、卡套两侧的卡位挂钩、限位筒，隔断板，端板，中心孔，其中限位筒内固定连接一组隔断板，两端为端板，隔断板和端板设置有中心孔，螺旋形可拉伸卡套与卡套两侧的卡位挂钩固定连接，并穿过隔断板组的中心孔，位于限位筒内；
所述磁控线圈系统包括：一对x向亥姆霍兹线圈一、x向亥姆霍兹线圈二，一对y向亥姆霍兹线一、y向亥姆霍兹线二，一对z向亥姆霍兹线圈一、z向亥姆霍兹线圈二；一对x向亥姆霍兹线圈一和x向亥姆霍兹线圈二通过连接杆组一连接，一对y向亥姆霍兹线一和y向亥姆霍兹线二通过连接杆组二连接，一对z向亥姆霍兹线圈一、z向亥姆霍兹线圈二通过连接杆组三连接，三对线圈之间形成一公共区域，各对线圈通以相同方向的电流；三对正交的亥姆霍兹线圈按照从小到大的顺序正交嵌套安装，互相定位；
所述的智能压迫结构是由下列步骤制得的：
(1)螺旋形可拉伸卡套的制备
(a)将平均粒度为50～200目的磁粉和有机溶剂装入球磨罐进行球磨，每千克磁粉加入有机溶剂150～500ml，加入磁粉重量0.1～0.3％的防氧化剂和磁粉重量1～3％的硅酸盐类分散剂，球磨采用直径为5～12mm的不锈钢球，球磨时间为5～10h；
(b)将罐中有机溶剂和磁粉混合液倒出，除去球获得有机溶剂和磁粉的混合液，静置2～3h，抽去上层的有机溶剂；
(c)将有机溶剂和磁粉混合液放入干燥箱在30～50℃干燥5～12h，蒸发去除有机溶剂，之后加入二氧化硅纳米颗粒与弹性体基质均匀混合并消泡，形成复合墨水。弹性体基质为硅橡胶，二氧化硅纳米颗粒为气相法二氧化硅。其中磁粉与弹性体基质质量比为1:0.8～1:2，二氧化硅纳米颗粒占弹性体基质重量的5～15％，料浆粘度为100～500Pa.s，磁粉颗粒平均粒度5～15微米；
(d)通过脉冲磁化器产生的脉冲磁场使复合墨水磁化至饱和，以赋予嵌入弹性体基质中的磁粉磁极性；
(e)将弹性体基质重量5～10％的催化剂加入到复合墨水中，在打印前均匀混合，所述催化剂为铂催化剂；
(f)将复合墨水装入直写型3D打印机料筒中，将所需要打印的螺旋形可拉伸卡套的形状导入计算机控制系统进行打印，打印所用喷嘴直径为0.1～0.5mm，打印层高为0.1～0.5mm，挤出速率为5.0～10.0cm3/min，打印速度为10～50mm/s；
(g)在直写型3D打印机喷头处，放置磁场方向与喷头平行的永磁铁对复合墨水进行再次磁化，使得已磁化的磁粉沿场方向重新取向，打印方向为沿细长件的长度方向从最左端向右打印至长度方向的1/2处，再反向沿细长件的长度方向从最右端向左打印至长度方向的1/2处，完成长度方向上的第一次打印；然后向宽度方向移动一个单位长度，重复上述操作，完成长度方向上的第二次打印；重复上述操作完成第一层的打印，打印2～3层，完成打印过程；
(h)将具有磁畴设计的细长状样件均匀缠绕在直径为1～3mm的玻璃模具上，在120℃下加热，使得磁性墨水完全固化，制得螺旋形可拉伸卡套，细长状样件磁畴分布区域对称，磁畴取向相反；
(2)卡套两侧的卡位挂钩的制备
通过4D打印打印出的细长状样件的两侧尾端设计为卡位挂钩，形状为鱼钩型开叉状，分为上下两层，制作的具体步骤如下：
(a)在细长状样件打印完成之后，在两侧尾端打印出卡位挂钩下层，墨水材料为所述复合墨水，形状为鱼钩型开叉状，打印2～3层；
(b)样件尚未固化，更换针管，墨水材料为适用于直写成型的UV光固化有机硅树脂，在复合墨水打印出的卡位挂钩下层上，更换墨水为树脂重复打印2～3层，制得卡套两侧的卡位挂钩；
(3)限位筒的制备
限位筒为长度为10～20mm的细长薄壁空心乳胶管，内部设计有隔断板，隔断板打有中心孔，将乳胶管与隔断板沿径向直线对称剖开，保留后一侧的乳胶管不被切断，两个隔断板在空心乳胶管内对称设置，两个端板位于限位筒的两端，隔断板、端板中心孔直径略小于卡位挂钩径向最大尺寸，使得卡位挂钩受外力时恰通过，无外力时不通过。
所述磁粉为钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴中的一种；
所述防氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚中的一种；
所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、邻二甲苯、异丙醇中的一种。
本发明的优点如下：
1.本发明与4D打印技术相结合制造出的智能神经压迫结构，能够在外界激励下发生形状和结构的改变，实现了对坐骨神经慢性卡压模型的压迫时间和压迫程度的精确控制，极大程度上提高了模型构建的准确性和稳定性。
2.本发明利用4D打印技术制造出智能神经压迫结构，能够在外界激励下发生自主变形，从而极大程度上降低了人工操作的误差和技术难度，克服传统坐骨神经慢性压迫模型构建中对手术人员实际操作技术的依赖。
3.本发明采用具有磁响应性能的智能神经压迫结构，可在体外调控磁控线圈系统，使拉伸卡套产生不同程度的轴向收缩，实现了对体内智能神经压迫结构的调整。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明磁控线圈系统的结构示意图；
图3是本发明智能压迫结构的结构示意图，图中显示第一阶段变形状态；
图4是本发明智能压迫结构第二阶段变形结构示意图；
图5是本发明固定装置的结构示意图；
图6是本发明螺旋形可拉伸卡套在磁控线圈系统作用下的变形原理图。
具体实施方式
实施例1
包括底部支撑结构1、可升降工作台2、固定装置3、智能压迫结构4和磁控线圈系统5，其中可升降工作台2和磁控线圈系统5分别固定在底部支撑结构1上，固定装置3固定连接在可升降工作台2顶部，智能压迫结构4位于固定装置3中；
所述可升降工作台2包括固定杆、升降杆、工作台，固定杆与升降杆用紧锁螺钉连接，固定杆与底座固定连接，升降杆与工作台固定连接；
所述的固定装置3包括工作台301，第一支杆302，锁紧螺钉303，第二支杆304，下固定板305，活动转轴306，上固定板307，固定块308，固定柱组309，外伸板组310；其中固定块308固定连接在工作台301上方中部，两根固定柱组309分别固定在固定块308两侧，在固定块380的另两侧分别固定连接两组第一支杆302，所述第一支杆302为空心杆，第二支杆304分别插接在第一支杆302中，所述第二支杆304上设有刻度线，锁紧螺钉303分别与第一支杆302螺纹连接，用于固定第二支杆；下固定板305底部分别与一组第二支杆304顶部连接，上固定板307一侧分别通过活动转轴306与下固定板305转动连接，上固定板307底部和下固定板305顶另一侧均设有外伸板310，所述外伸板310设有中心孔，且通过螺钉连接；一组固定柱309均设有弹性绳；
所述智能压迫结构4包括在外界磁场作用下变形可控的螺旋形可拉伸卡套404、卡套两侧的卡位挂钩402及限位筒401，隔断板403，端板405，中心孔406，其中限位筒401内固定连接一组隔断板403，两端为端板405，隔断板403和端板405设置有中心孔406，螺旋形可拉伸卡套404与卡套两侧的卡位挂钩402固定连接，并穿过隔断板组的中心孔406，位于限位筒401内；所述智能压迫结构4植入实验体体内，实验体通过固定装置3固定于工作台，位于磁控线圈系统5内部；
所述磁控线圈系统5包括三对正交的圆形亥姆霍兹线圈、分别连接三对圆形亥姆霍兹线圈的对应的三组连接杆，每对线圈的结构分别相同；所述三对正交的圆形亥姆霍兹线圈，包括：一对x向亥姆霍兹线圈一501，x向亥姆霍兹线圈二502、一对y向亥姆霍兹线一503,y向亥姆霍兹线二504、一对z向亥姆霍兹线圈一505,z向亥姆霍兹线圈二506；一对x向亥姆霍兹线圈一501、x向亥姆霍兹线圈二502通过连接杆组一507连接，一对y向亥姆霍兹线一503、y向亥姆霍兹线二504通过连接杆组二508连接，一对z向亥姆霍兹线圈一505、z向亥姆霍兹线圈二506通过连接杆组三508连接，三对线圈之间形成一公共区域，各对线圈通以相同方向的电流；三对正交的亥姆霍兹线圈按照从小到大的顺序正交嵌套安装，互相定位；
所述的智能压迫结构4是由下列步骤制得的：
(1)螺旋形可拉伸卡套404的制备
(a)将平均粒度为50目的磁粉和有机溶剂装入球磨罐进行球磨，每千克磁粉加入有机溶剂150ml，加入磁粉重量0.3％的防氧化剂和磁粉重量3％的硅酸盐类分散剂，球磨采用直径为5mm的不锈钢球，球磨时间为5h；所述磁粉为钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴中的一种；所述防氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚中的一种；所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、邻二甲苯、异丙醇中的一种；
(b)将罐中有机溶剂和磁粉混合液倒出，除去球获得有机溶剂和磁粉的混合液，静置2h，抽去上层的有机溶剂；
(c)将有机溶剂和磁粉混合液放入干燥箱在30℃干燥12h，蒸发去除有机溶剂，之后加入二氧化硅纳米颗粒与弹性体基质均匀混合并消泡，形成复合墨水；弹性体基质为硅橡胶，二氧化硅纳米颗粒为气相法二氧化硅；其中磁粉与弹性体基质质量比为1:0.8，二氧化硅纳米颗粒占弹性体基质重量的5％，料浆粘度为100Pa.s，磁粉颗粒平均粒度为5微米；
(d)通过脉冲磁化器产生的脉冲磁场使复合墨水磁化至饱和，以赋予嵌入弹性体基质中的磁粉磁极性；
(e)将弹性体基质重量5％的催化剂加入到复合墨水中，在打印前均匀混合，所述催化剂为铂催化剂；
(f)将复合墨水装入直写型3D打印机料筒中，将所需要打印的螺旋形可拉伸卡套的形状导入计算机控制系统进行打印，打印所用喷嘴直径为0.1mm，打印层高为0.1mm，挤出速率为5.0cm3/min，打印速度为10mm/s；
(g)在直写型3D打印机喷头处，放置磁场方向与喷头平行的永磁铁对复合墨水进行再次磁化，使得已磁化的磁粉沿场方向重新取向。打印方向为沿细长件的长度方向从最左端向右打印至长度方向的1/2处，再反向沿细长件的长度方向从最右端向左打印至长度方向的1/2处，完成长度方向上的第一次打印。然后向宽度方向移动一个单位长度，重复上述操作，完成长度方向上的第二次打印；重复上述操作完成第一层的打印，打印2层，完成打印过程，细长件长度为16.3mm，宽度为1.5mm；
(h)将具有磁畴设计的细长状样件均匀缠绕在直径为1mm的玻璃模具上，均匀缠绕5匝，尽可能紧凑缠绕，在120℃下加热，使得磁性墨水完全固化，制得螺旋形可拉伸卡套，细长状样件磁畴分布区域对称，磁畴取向相反；
(2)卡套两侧的卡位挂钩402的制备
通过4D打印打印出的细长状样件的两侧尾端设计为卡位挂钩，形状为鱼钩型开叉状，分为上下两层，卡位结构径向最大尺寸为5mm，制作的具体步骤如下：
(a)在细长状样件打印完成之后，在两侧尾端打印出卡位挂钩下层，墨水材料为所述复合墨水，形状为鱼钩型开叉状，打印2层；
(b)样件尚未固化，更换针管，墨水材料为适用于直写成型的UV光固化有机硅树脂，在复合墨水打印出的卡位挂钩下层上，更换墨水为树脂重复打印3层，制得卡套两侧的卡位挂钩；
(3)限位筒401的制备
限位筒为长度为10mm的细长薄壁空心乳胶管，乳胶管直径为8mm，内部设计有隔断板，隔断板打有中心孔，将乳胶管与隔断板沿径向直线对称剖开，保留后一侧的乳胶管不被切断，隔断板在空心乳胶管内对称设置，隔断板中心孔直径略小于卡位挂钩径向最大尺寸，使得卡位挂钩受外力时恰通过，无外力时不通过；隔断板中心孔直径为4mm，端板中心孔直径为3.5mm。
实施例2
智能压迫结构4是由下列步骤制得的：
(1)螺旋形可拉伸卡套404的制备
(a)将平均粒度为100目的磁粉和有机溶剂装入球磨罐进行球磨，每千克磁粉加入有机溶剂250ml，加入磁粉重量0.2％的防氧化剂和磁粉重量2％的硅酸盐类分散剂，球磨采用直径为8mm的不锈钢球，球磨时间为8h。所述磁粉为钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴中的一种；所述防氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚中的一种；所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、邻二甲苯、异丙醇中的一种；
(b)将罐中有机溶剂和磁粉混合液倒出，除去球获得有机溶剂和磁粉的混合液，静置2.5h，抽去上层的有机溶剂；
(c)将有机溶剂和磁粉混合液放入干燥箱在40℃干燥10h，蒸发去除有机溶剂，之后加入二氧化硅纳米颗粒与弹性体基质均匀混合并消泡，形成复合墨水。弹性体基质为硅橡胶，二氧化硅纳米颗粒为气相法二氧化硅。其中磁粉与弹性体基质质量比为1:1.0，二氧化硅纳米颗粒占弹性体基质重量的10％，料浆粘度为200Pa.s，磁粉颗粒平均粒度为5微米；
(d)通过脉冲磁化器产生的脉冲磁场使复合墨水磁化至饱和，以赋予嵌入弹性体基质中的磁粉磁极性；
(e)将弹性体基质重量8％的催化剂加入到复合墨水中，在打印前均匀混合，所述催化剂为铂催化剂；
(f)将复合墨水装入直写型3D打印机料筒中，将所需要打印的螺旋形可拉伸卡套的形状导入计算机控制系统进行打印，打印所用喷嘴直径为0.3mm，打印层高为0.25mm，挤出速率为8.0cm3/min，打印速度为15mm/s；
(g)在直写型3D打印机喷头处，放置磁场方向与喷头平行的永磁铁对复合墨水进行再次磁化，使得已磁化的磁粉沿场方向重新取向。打印方向为沿细长件的长度方向从最左端向右打印至长度方向的1/2处，再反向沿细长件的长度方向从最右端向左打印至长度方向的1/2处，完成长度方向上的第一次打印，然后向宽度方向移动一个单位长度，重复上述操作，完成长度方向上的第二次打印，重复上述操作完成第一层的打印，打印2层，完成打印过程，细长件长度为16.3mm，宽度为1.5mm；
(h)将具有磁畴设计的细长状样件均匀缠绕在直径为1mm的玻璃模具上，均匀缠绕5匝，尽可能紧凑缠绕。在120℃下加热，使得磁性墨水完全固化，制得螺旋形可拉伸卡套。细长状样件磁畴分布区域对称，磁畴取向相反；
(2)卡套两侧的卡位挂钩402的制备
通过4D打印打印出的细长状样件的两侧尾端设计为卡位挂钩，形状为鱼钩型开叉状，分为上下两层，卡位结构径向最大尺寸为5mm，制作的具体步骤如下：
(a)在细长状样件打印完成之后，在两侧尾端打印出卡位挂钩下层，墨水材料为所述复合墨水，形状为鱼钩型开叉状，打印2层；
(b)样件尚未固化，更换针管，墨水材料为适用于直写成型的UV光固化有机硅树脂。在复合墨水打印出的卡位挂钩下层上，更换墨水为树脂重复打印3层，制得卡套两侧的卡位挂钩。
(3)限位筒401的制备
限位筒为长度为15mm的细长薄壁空心乳胶管，乳胶管直径为8mm，内部设计有隔断板，隔断板打有中心孔，将乳胶管与隔断板沿径向直线对称剖开，保留后一侧的乳胶管不被切断；隔断板在空心乳胶管内对称设置，隔断板中心孔直径略小于卡位挂钩径向最大尺寸，使得卡位挂钩受外力时恰通过，无外力时不通过，隔断板中心孔直径为4mm，端板中心孔直径为3.5mm；
其它结构同实施例1。
实施例3
智能压迫结构4是由下列步骤制得的：
(1)螺旋形可拉伸卡套404的制备
(a)将平均粒度为200目的磁粉和有机溶剂装入球磨罐进行球磨，每千克磁粉加入有机溶剂500ml，加入磁粉重量0.1％的防氧化剂和磁粉重量1％的硅酸盐类分散剂，球磨采用直径为12mm的不锈钢球，球磨时间为10h；所述磁粉为钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴中的一种；所述防氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚中的一种；所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、邻二甲苯、异丙醇中的一种；
(b)将罐中有机溶剂和磁粉混合液倒出，除去球获得有机溶剂和磁粉的混合液，静置3h，抽去上层的有机溶剂；
(c)将有机溶剂和磁粉混合液放入干燥箱在50℃干燥5h，蒸发去除有机溶剂，之后加入二氧化硅纳米颗粒与弹性体基质均匀混合并消泡，形成复合墨水，弹性体基质为硅橡胶，二氧化硅纳米颗粒为气相法二氧化硅，其中磁粉与弹性体基质质量比为1:1.2，二氧化硅纳米颗粒占弹性体基质重量的15％，料浆粘度为500Pa.s，磁粉颗粒平均粒度为15微米；
(d)通过脉冲磁化器产生的脉冲磁场使复合墨水磁化至饱和，以赋予嵌入弹性体基质中的磁粉磁极性；
(e)将弹性体基质重量10％的催化剂加入到复合墨水中，在打印前均匀混合，所述催化剂为铂催化剂；
(f)将复合墨水装入直写型3D打印机料筒中，将所需要打印的螺旋形可拉伸卡套的形状导入计算机控制系统进行打印，打印所用喷嘴直径为0.5mm，打印层高为0.5mm，挤出速率为10cm3/min，打印速度为50m/s；
(g)在直写型3D打印机喷头处，放置磁场方向与喷头平行的永磁铁对复合墨水进行再次磁化，使得已磁化的磁粉沿场方向重新取向。打印方向为沿细长件的长度方向从最左端向右打印至长度方向的1/2处，再反向沿细长件的长度方向从最右端向左打印至长度方向的1/2处，完成长度方向上的第一次打印，然后向宽度方向移动一个单位长度，重复上述操作，完成长度方向上的第二次打印，重复上述操作完成第一层的打印。打印2层，完成打印过程。细长件长度为16.3mm，宽度为1.5mm。
(h)将具有磁畴设计的细长状样件均匀缠绕在直径为3mm的玻璃模具上，均匀缠绕5匝，尽可能紧凑缠绕。在120℃下加热，使得磁性墨水完全固化，制得螺旋形可拉伸卡套，细长状样件磁畴分布区域对称，磁畴取向相反；
(2)卡套两侧的卡位挂钩402的制备
通过4D打印打印出的细长状样件的两侧尾端设计为卡位挂钩，形状为鱼钩型开叉状，分为上下两层，卡位结构径向最大尺寸为5mm，制作的具体步骤如下：
(a)在细长状样件打印完成之后，在两侧尾端打印出卡位挂钩下层，墨水材料为所述复合墨水，形状为鱼钩型开叉状，打印2层；
(b)样件尚未固化，更换针管，墨水材料为适用于直写成型的UV光固化有机硅树脂。在复合墨水打印出的卡位挂钩下层上，更换墨水为树脂重复打印3层，制得卡套两侧的卡位挂钩。
(3)限位筒401的制备
限位筒为长度为20mm的细长薄壁空心乳胶管，乳胶管直径为8mm，内部设计有隔断板，隔断板打有中心孔，将乳胶管与隔断板沿径向直线对称剖开，保留后一侧的乳胶管不被切断。隔断板在空心乳胶管内对称设置，隔断板中心孔直径略小于卡位挂钩径向最大尺寸，使得卡位挂钩受外力时恰通过，无外力时不通过，隔断板中心孔直径为4mm，端板中心孔直径为3.5mm。
其它结构同实施例1。
实验例：使用坐骨神经慢性压迫模型构建装置建模的具体步骤如下：
(1)腹胺注射25mg/ml戊巴比妥纳麻醉大鼠，注射计量为0.3ml/100g。大鼠麻倒后，用手术剪剪开左侧大腿中部皮肤，钝性分离肌肉，避免出血，暴露坐骨神经；在接近坐骨神经分叉部位之前游离坐骨神经，暴露坐骨结节近端1cm至远端3cm，将磁响应螺旋形可拉伸卡套缠绕在坐骨神经结节远端1cm的坐骨神经上；
(2)放置限位筒套在螺旋形可拉伸卡套外侧，将螺旋形卡套放置在隔断板内，均匀缠绕5匝，自然无压迫伸长距离约为4.5mm，坐骨神经穿过中心孔，缝合乳胶管使隔断板的中心孔恰好闭合，缝线缝合肌肉、皮下组织及皮肤；
(3)将大鼠的左侧大腿穿过固定装置的固定座，使之安放于下固定板的凹槽处，转动活动转轴，使上固定板与下固定板相合，将外伸板通过螺纹连接上下固定板，使之固定，将固定柱上的弹性绳缠绕在大鼠的左侧大腿中部，使之固定；调节下方四个伸缩杆，使大鼠的腿部肌肉呈现一定的角度，使坐骨神经尽可能平行于工作台，调节可升降工作台的高度，使之位于磁控线圈系统的中央位置；
(4)第一阶段，在大鼠体外靠近坐骨神经两侧的位置，调节磁控线圈系统参数，使磁场强度达到要求值；螺旋形卡套在外部磁场的作用下，向两侧拉伸，卡位挂钩在磁场力作用下通过限位筒隔断板的中心孔，关闭磁控线圈系统，撤去外部磁场，卡位挂钩回弹，在无外力作用下不能通过限位筒隔断板的中心孔，卡位挂钩卡在限位筒的隔断板处，螺旋形卡套第一次固定，拉伸长度约为8mm，神经受压迫神经直径为0.9-0.8mm之间，图3是本发明所述模型构建的第一阶段的结构示意图；
(5)第二阶段，在大鼠体外靠近坐骨神经两侧的位置，调节磁控线圈系统参数，使磁场强度达到要求值，螺旋形卡套在外部磁场的作用下，向两侧拉伸，卡位挂钩在磁场力作用下通过限位筒端板的中心孔，关闭磁控线圈系统，撤去外部磁场，卡位挂钩回弹，在无外力作用下不能通过限位筒端板的中心孔，卡位挂钩卡在限位筒的端板处，螺旋形卡套第二次固定，拉伸长度约为13mm，神经受压迫神经直径为0.6-0.7mm之间，图4是本发明所述模型构建的第二阶段的结构示图；
(6)在神经卡压不同时间阶段对大鼠神经卡压后损伤情况进行检测及分析。
(a)电生理检测坐骨神经传导速度：采用上海海神NDI-200P+型神经电图仪，分别在实验前及造模后第2、4、8、12、20周进行检测，刺激强度为10mA，刺激时间0.1ms，刺激频率1Hz；
(b)小鼠热板试验：在第1、2、4、8、12周取各组大鼠分别进行感觉检测，在热板表面温度达到53℃时，将大鼠置于检测仪器上，通过记录刺激开始的时间点与大鼠开始舔其后爪之间的时间，确定后爪对热刺激作出反应的潜伏期；
(c)免疫组织化学检测损伤坐骨神经，分别于造模后4，8，12，20周取各组大鼠，麻醉处死后取卡压端神经置于40g/L多聚甲醛灌注固定，常规脱水，透明，石蜡包埋，10μm厚连续切片，常规ABC法分别进行免疫组织化学染色，一抗小鼠抗神经丝(1∶200)单克隆抗体，二抗为驴抗鼠Alexa-Fluor 488，显微镜下观察结果，采用HPIAS-1000高清晰彩色医学图文分析系统进行图像分析，每只大鼠取4张切片，每张切片随机选取2个400倍视野进行测量；
(d)为了评估髓鞘的变化，在术后8、12和20周通过标准透射电子显微镜分析评估神经样本；
(e)术后20周采集腓肠肌两侧和后足固有肌的组织样本，根据制造商的方案，随机选择每个样品中5张载玻片进行Masson三色染色，将切片放大至100倍及400倍来评估胶原纤维的大小、形状和分布情况，随机选取每张玻片中的5个区域，并放大400倍，用Image ProPlus 6.0图像分析软件进行分析，分析肌纤维的平均胶原体积。
Claims (8)
1.一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，其特征在于：包括底部支撑结构、可升降工作台、固定装置、智能压迫结构和磁控线圈系统，其中可升降工作台和磁控线圈系统分别固定在底部支撑结构上，固定装置固定连接在可升降工作台顶部，智能压迫结构位于固定装置中。
2.根据权利要求1所述一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，其特征在于：所述的固定装置包括工作台，第一支杆，锁紧螺钉，第二支杆，下固定板，活动转轴，上固定板，固定块，固定柱组，外伸板组；其中固定块固定连接在工作台上方中部，两根固定柱组分别固定在固定块两侧，在固定块的另两侧分别固定连接两组第一支杆，所述第一为空心杆，第二支杆分别插接在第一支杆中，所述第二支杆上设有刻度线，锁紧螺钉分别与第一支杆螺纹连接，用于固定第二支杆；下固定板底部分别与一组第二支杆顶部连接，上固定板一侧分别通过活动转轴与下固定板转动连接，上固定板底部和下固定板顶另一侧均设有外伸板，所述外伸板设有中心孔，且通过螺钉连接。
3.根据权利要求1所述一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，其特征在于：所述智能压迫结构包括在外界磁场作用下变形可控的螺旋形可拉伸卡套、卡套两侧的卡位挂钩、限位筒，隔断板，端板，中心孔，其中限位筒内固定连接一组隔断板，两端为端板，隔断板和端板设置有中心孔，螺旋形可拉伸卡套与卡套两侧的卡位挂钩固定连接，并穿过隔断板组的中心孔，位于限位筒内。
4.根据权利要求1所述一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，其特征在于：所述磁控线圈系统包括：一对x向亥姆霍兹线圈一、x向亥姆霍兹线圈二，一对y向亥姆霍兹线一、y向亥姆霍兹线二，一对z向亥姆霍兹线圈一、z向亥姆霍兹线圈二；一对x向亥姆霍兹线圈一和x向亥姆霍兹线圈二通过连接杆组一连接，一对y向亥姆霍兹线一和y向亥姆霍兹线二通过连接杆组二连接，一对z向亥姆霍兹线圈一、z向亥姆霍兹线圈二通过连接杆组三连接，三对线圈之间形成一公共区域，各对线圈通以相同方向的电流；三对正交的亥姆霍兹线圈按照从小到大的顺序正交嵌套安装，互相定位。
5.根据权利要求3所述一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，其特征在于：所述的智能压迫结构是由下列步骤制得的：
(1)螺旋形可拉伸卡套的制备
(a)将平均粒度为50～200目的磁粉和有机溶剂装入球磨罐进行球磨，每千克磁粉加入有机溶剂150～500ml，加入磁粉重量0.1～0.3％的防氧化剂和磁粉重量1～3％的硅酸盐类分散剂，球磨采用直径为5～12mm的不锈钢球，球磨时间为5～10h；
(b)将罐中有机溶剂和磁粉混合液倒出，除去球获得有机溶剂和磁粉的混合液，静置2～3h，抽去上层的有机溶剂；
(c)将有机溶剂和磁粉混合液放入干燥箱在30～50℃干燥5～12h，蒸发去除有机溶剂，之后加入二氧化硅纳米颗粒与弹性体基质均匀混合并消泡，形成复合墨水，弹性体基质为硅橡胶，二氧化硅纳米颗粒为气相法二氧化硅，其中磁粉与弹性体基质质量比为1:0.8～1:2，二氧化硅纳米颗粒占弹性体基质重量的5～15％，料浆粘度为100～500Pa.s，磁粉颗粒平均粒度5～15微米；
(d)通过脉冲磁化器产生的脉冲磁场使复合墨水磁化至饱和，以赋予嵌入弹性体基质中的磁粉磁极性；
(e)将弹性体基质重量5～10％的催化剂加入到复合墨水中，在打印前均匀混合，所述催化剂为铂催化剂；
(f)将复合墨水装入直写型3D打印机料筒中，将所需要打印的螺旋形可拉伸卡套的形状导入计算机控制系统进行打印，打印所用喷嘴直径为0.1～0.5mm，打印层高为0.1～0.5mm，挤出速率为5.0～10.0cm3/min，打印速度为10～50mm/s；
(g)在直写型3D打印机喷头处，放置磁场方向与喷头平行的永磁铁对复合墨水进行再次磁化，使得已磁化的磁粉沿场方向重新取向，打印方向为沿细长件的长度方向从最左端向右打印至长度方向的1/2处，再反向沿细长件的长度方向从最右端向左打印至长度方向的1/2处，完成长度方向上的第一次打印；然后向宽度方向移动一个单位长度，重复上述操作，完成长度方向上的第二次打印；重复上述操作完成第一层的打印，打印2～3层，完成打印过程；
(h)将具有磁畴设计的细长状样件均匀缠绕在直径为1～3mm的玻璃模具上，在120℃下加热，使得磁性墨水完全固化，制得螺旋形可拉伸卡套，细长状样件磁畴分布区域对称，磁畴取向相反；
(2)卡套两侧的卡位挂钩的制备
通过4D打印打印出的细长状样件的两侧尾端设计为卡位挂钩，形状为鱼钩型开叉状，分为上下两层，制作的具体步骤如下：
(a)在细长状样件打印完成之后，在两侧尾端打印出卡位挂钩下层，墨水材料为所述复合墨水，形状为鱼钩型开叉状，打印2～3层；
(b)样件尚未固化，更换针管，墨水材料为适用于直写成型的UV光固化有机硅树脂，在复合墨水打印出的卡位挂钩下层上，更换墨水为树脂重复打印2～3层，制得卡套两侧的卡位挂钩；
(3)限位筒的制备
限位筒为长度为10～20mm的细长薄壁空心乳胶管，内部设计有隔断板，隔断板打有中心孔，将乳胶管与隔断板沿径向直线对称剖开，保留后一侧的乳胶管不被切断，两个隔断板在空心乳胶管内对称设置，两个端板位于限位筒的两端，隔断板、端板中心孔直径略小于卡位挂钩径向最大尺寸，使得卡位挂钩受外力时恰通过，无外力时不通过。
6.根据权利要求5所述一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，其特征在于：所述磁粉为钕铁硼、钐钴、钕铁氮、钐铁氮、铝镍钴中的一种。
7.根据权利要求5所述一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，其特征在于：所述防氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚中的一种。
8.根据权利要求5所述一种坐骨神经慢性压迫模型的构建装置，其特征在于：所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、邻二甲苯、异丙醇中的一种。
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