CN113984853A - 一种用于体外降解和模拟矿化的设备及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于体外降解和模拟矿化的设备及其使用方法，设备包括储液系统、降解系统和矿化系统；储液系统包括储液箱和水泵，水泵用于将储液箱内的溶液输送至降解系统或矿化系统；降解系统包括降解箱、电化学工作站和第一过滤器，降解箱用于盛放溶液和骨科植入物，电化学工作站用于向降解箱通电，溶液能够在储液箱、水泵、降解箱和第一过滤器中循环流动；矿化系统包括矿化器和第二过滤器，矿化器用于盛放溶液和骨科植入物，溶液能够在储液箱、水泵、矿化器和第二过滤器中循环流动。本发明中包含降解系统和矿化系统，可以完成骨科植入物的体外降解和矿化模拟试验，且设有过滤器，能够过滤掉外来细菌，防止对试验结果产生影响。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域中的一种用于体外降解和模拟矿化的设备及其使用方法。
背景技术
目前，对于严重的骨科类病人，常常会采用植入人工骨头以替换残损的原生骨头，而对于骨科植入物的腐蚀降解性能和表面类骨磷灰石的形成能力需要有更准确的评价。因此，一般会对这些骨科植入物进行体外降解和矿化的模拟试验，以预测骨科植入物在体内的变化趋势。
体外模拟试验分为静态试验和动态试验。静态试验指将骨科植入物浸泡在试验溶液中，从而模拟人体内的各种液体对骨科植入物的腐蚀降解和矿化影响。此种试验方法成本低且操作简单，但无法反映出人体内体液的流动对骨科植入物的影响，而且在试验过程中，模拟溶液的离子浓度容易发生变化，造成溶液浓度难以保持恒定。动态试验是指试验溶液在骨科植入物周边流动，以模拟体液流动的情况，具有更高的仿真度。但是目前的动态试验仅能模拟体外降解或模拟矿化中的其中一种，且没有细菌过滤装置，容易受外来细菌影响而导致试验结果变化。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种用于体外降解和模拟矿化的设备及其使用方法，能够完成体外降解试验和模拟矿化试验，且具有细菌过滤功能。
根据本发明第一方面实施例，提供一种用于体外降解和模拟矿化的设备，包括储液系统、降解系统和矿化系统；所述储液系统包括储液箱和水泵，所述水泵用于将所述储液箱内的溶液输送至所述降解系统或所述矿化系统；所述降解系统包括降解箱、电化学工作站和第一过滤器，所述降解箱用于盛放所述溶液和骨科植入物，所述电化学工作站用于向所述降解箱通电，所述溶液能够在所述储液箱、所述水泵、所述降解箱和所述第一过滤器中循环流动；所述矿化系统包括矿化器和第二过滤器，所述矿化器用于盛放所述溶液和所述骨科植入物，所述溶液能够在所述储液箱、所述水泵、所述矿化器和所述第二过滤器中循环流动。
根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述储液系统还包括补液槽和注射泵，所述补液槽用于盛放所述溶液，所述注射泵能够将所述补液槽中的所述溶液添加至所述储液箱中。
根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述储液系统还包括第一三通阀门和第二三通阀门，所述第一三通阀门的三个端口分别与所述水泵、所述降解系统和所述矿化系统一一对应连通，所述第二三通阀门的三个端口分别与所述储液箱、所述降解系统和所述矿化系统一一对应连通。
根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述降解系统还包括第一流量传感器，所述矿化系统还包括第二流量传感器，所述第一流量传感器和所述第二流量传感器均与所述水泵连通。
根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述降解系统还包括漏斗和滴定管，所述漏斗倒扣在所述骨科植入物上，所述滴定管倒置并套设在所述漏斗和所述骨科植入物外侧。
根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述储液系统还包括第一监测装置，所述第一监测装置设置在所述储液箱中。
根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述降解系统还包括第二监测装置，所述第二监测装置设置在所述降解箱中。
根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述用于体外降解和模拟矿化的设备还包括恒温系统，所述恒温系统包括水浴箱和加热器，所述储液箱、所述降解箱和所述矿化器均放置在所述水浴箱中，所述加热器设置在所述水浴箱内。
根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述用于体外降解和模拟矿化的设备还包括控制系统，所述控制系统与所述储液系统、所述降解系统、所述矿化系统和所述恒温系统电连接。
根据本方面第二方面实施例，提供一种基于上述任一项所述的用于体外降解和模拟矿化的设备的使用方法，包括：
进行降解试验时，关闭所述第一三通阀门和所述第二三通阀门中通往所述矿化系统的端口；
将所述骨科植入物放入所述降解箱中，将所述溶液导入所述降解箱和所述储液箱中；
将所述漏斗倒置在所述骨科植入物上方，将所述滴定管倒置套设在所述漏斗和所述骨科植入物外侧，将所述滴定管内部空气排出；
开启所述电化学工作站和所述水泵，所述降解系统工作，记录所述第二监测装置中的读数和所述滴定管中氢气的体积变化，获得所述骨科植入物的降解情况；
进行矿化试验时，关闭所述第一三通阀门和所述第二三通阀门中通往所述降解系统的端口；
将所述骨科植入物放入所述矿化器中，将所述溶液导入所述矿化器和所述储液箱中；
开启所述水泵，所述矿化系统工作，记录所述骨科植入物表面类骨磷灰石的形成过程，获得所述骨科植入物的矿化情况。
本发明实施例的有益效果至少包括：本发明中包含降解系统和矿化系统，可以完成骨科植入物的体外降解和矿化模拟试验，且设有过滤器，能够过滤掉外来细菌，防止对试验结果产生影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本发明实施例的结构图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，本发明第一方面实施例中的用于体外降解和模拟矿化的设备，包括储液系统1、降解系统2和矿化系统3。其中，储液系统1负责储存相对应的溶液，并将溶液供给至降解系统2或矿化系统3中，从而进行降解试验或矿化试验。储液系统1包括储液箱11和水泵12，储液箱11用于储存溶液，水泵12与储液箱11内部空间连通，用于将溶液输送至降解系统2或矿化系统3中。
其中，具体地，水泵12为蠕动泵，通过挤压软管使软管内部形成负压，从而驱动溶液流动，可避免溶液与泵体接触，进一步防止溶液被外界细菌污染。水泵12的数量也可以进行增减，以改变溶液流速。
降解系统2包括降解箱21、电化学工作站22和第一过滤器23。降解箱21用于盛放溶液和骨科植入物。电化学工作站22是一种控制工作电极和参比电极之间电位差的电子仪器，其与降解箱21间连接有电线，用于向降解箱21内的溶液通电，促使骨科植入物发生降解。储液箱11、水泵12、降解箱21和第一过滤器23之间连通有硅胶管，溶液受水泵12驱动能够在它们之间依次循环流动，从而完成对骨科植入物的降解试验。
矿化系统3包括矿化器31和第二过滤器32。矿化器31用于盛放溶液和骨科植入物，其为圆柱状结构，内部有腔室，骨科植入物的直径与该腔室的内径相匹配。溶液进入矿化器31时，从矿化器31的一端输入并从另一端输出，模拟体液在多孔骨科植入物缝隙中的流动情况。储液箱11、水泵12、矿化器31和第二过滤器32之间连通有硅胶管，溶液受水泵12驱动能够在他们之间依次循环流动，从而完成对骨科植入物的矿化试验。
其中，第一过滤器23和第二过滤器32均是为了过滤外来细菌，防止外来细菌对试验结果产生影响。
进一步地，储液系统1还包括补液槽13和注射泵14，补液槽13中盛放有试验用的溶液，当储液箱11中的溶液减少或溶液成分发生变化而需要补充时，补液槽13中的溶液能够被注射泵14抽离至储液箱11中，从而不影响试验的继续进行。在注射泵14与储液箱11之间的管道还设有夹管阀，用于防止溶液倒灌。
进一步地，储液系统1还包括第一三通阀门15和第二三通阀门16，第一三通阀门15的三个端口分别与水泵12、降解系统2和矿化系统3一一对应连通，第二三通阀门16的三个端口分别与储液箱11、降解系统2和矿化系统3一一对应连通。当需要进行降解试验时，第一三通阀门15和第二三通阀门16中通往矿化系统3的端口均关闭，从而实现溶液在储液箱11、水泵12、第一三通阀门15、降解箱21、第一过滤器23和第二三通阀门16间的循环流动。当需要进行矿化试验时，第一三通阀门15和第二三通阀门16中通往降解系统2的端口均关闭，从而实现溶液在储液箱11、水泵12、第一三通阀门15、矿化器31、第二过滤器32和第二三通阀门16之间的循环流动。通过改变两个三通阀门的输出端，即可实现降解试验和矿化试验的切换，结构简单且操作快捷。
进一步地，储液系统1中还包括第一监测装置17，第一监测装置17设置在储液箱11中。第一监测装置17中设有温度传感器、pH传感器、Ca离子传感器等传感器，能够实时监测储液箱11内溶液的物理和化学变化，防止溶液发生较大变化而影响试验结果。
进一步地，降解系统2中还包括第二监测装置27，第二监测装置27设置在降解箱21中。第二监测装置27中设有温度传感器、pH传感器、Mg离子传感器等传感器，能够实时监测降解箱21内溶液的物理和化学变化，防止溶液发生较大变化而影响试验结果。
进一步地，降解系统2还包括漏斗25和滴定管26，漏斗25倒扣在骨科植入物上，其大径端靠近骨科植入物，小径端远离骨科植入物，从而便于收集降解过程中骨科植入物所释放的氢气。滴定管26倒置并套设在漏斗25和骨科植入物的外侧，且在试验前将滴定管26中的空气排出，从而随着试验的进行，能够从滴定管26中看出所释放的氢气体积。结合第二监测装置27中Mg离子的变化情况，通过析氢法公式能够计算出镁合金的降解速率。
进一步地，本体外降解和模拟矿化的设备还包括恒温系统4，恒温系统4包括水浴箱41和加热器42，储液箱11、降解箱21和矿化器31均放置在水浴箱41中，水浴箱41中的温度受加热器42调节。易于理解地，为了使水浴箱41中的温度可控，还可以设置温度传感器以监测水浴箱41温度。通过设置恒温系统4，能够模拟人体体温对骨科植入物的降解和矿化影响，提高仿真度。
进一步地，本体外降解和模拟矿化的设备还包括控制系统5，该控制系统5与储液系统1、降解系统2、矿化系统3和恒温系统4电连接。具体地，控制系统5包括计算机，其与水泵12、电化学工作站22、注射泵14、第一监测装置17、第二监测装置27和加热器42电连接，从而能够从控制系统5监测试验的进行。
基于上述任一用于体外降解和模拟矿化的设备的使用方法，包括：
S1.进行降解试验时，关闭第一三通阀门15和第二三通阀门16中通往矿化系统3的端口，限制溶液在储液箱11、水泵12、第一三通阀门15、降解箱21、第一过滤器23和第二三通阀门16间循环流动；
S2.将骨科植入物放入降解箱21中，将溶液导入降解箱21和储液箱11中，准备开始降解试验；
S3.将漏斗25倒置在骨科植入物上方，将滴定管26倒置套设在漏斗25和骨科植入物外侧，将滴定管内部空气排出，准备收集降解过程中所释放的氢气；
S4.开启电化学工作站22和水泵12，降解系统2开始工作，记录第二监测装置27中的读数和滴定管26中氢气的体积变化，通过析氢法公式获得骨科植入物的降解速率情况；
S5.进行矿化试验时，关闭第一三通阀门15和第二三通阀门16中通往降解系统2的端口，限制溶液在储液箱11、水泵12、第一三通阀门15、矿化器31、第二过滤器32和第二三通阀门16之间循环流动；
S5.将骨科植入物放入矿化器31中，将溶液导入矿化器31和储液箱11中，准备开始矿化试验；
S6.开启水泵12，矿化系统3开始工作，记录骨科植入物表面类骨磷灰石的形成过程，获得骨科植入物的矿化情况。
以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种用于体外降解和模拟矿化的设备，其特征在于，包括：储液系统(1)、降解系统(2)和矿化系统(3)；
所述储液系统(1)包括储液箱(11)和水泵(12)，所述水泵(12)用于将所述储液箱(11)内的溶液输送至所述降解系统(2)或所述矿化系统(3)；
所述降解系统(2)包括降解箱(21)、电化学工作站(22)和第一过滤器(23)，所述降解箱(21)用于盛放所述溶液和骨科植入物，所述电化学工作站(22)用于向所述降解箱(21)通电，所述溶液能够在所述储液箱(11)、所述水泵(12)、所述降解箱(21)和所述第一过滤器(23)中循环流动；
所述矿化系统(3)包括矿化器(31)和第二过滤器(32)，所述矿化器(31)用于盛放所述溶液和所述骨科植入物，所述溶液能够在所述储液箱(11)、所述水泵(12)、所述矿化器(31)和所述第二过滤器(32)中循环流动。
2.根据权利要求1所述的用于体外降解和模拟矿化的设备，其特征在于：所述储液系统(1)还包括补液槽(13)和注射泵(14)，所述补液槽(13)用于盛放所述溶液，所述注射泵(14)能够将所述补液槽(13)中的所述溶液添加至所述储液箱(11)中。
3.根据权利要求1所述的用于体外降解和模拟矿化的设备，其特征在于：所述储液系统(1)还包括第一三通阀门(15)和第二三通阀门(16)，所述第一三通阀门(15)的三个端口分别与所述水泵(12)、所述降解系统(2)和所述矿化系统(3)一一对应连通，所述第二三通阀门(16)的三个端口分别与所述储液箱(11)、所述降解系统(2)和所述矿化系统(3)一一对应连通。
4.根据权利要求1所述的用于体外降解和模拟矿化的设备，其特征在于：所述降解系统(2)还包括第一流量传感器(24)，所述矿化系统(3)还包括第二流量传感器(33)，所述第一流量传感器(24)和所述第二流量传感器(33)均与所述水泵(12)连通。
5.根据权利要求1所述的用于体外降解和模拟矿化的设备，其特征在于：所述降解系统(2)还包括漏斗(25)和滴定管(26)，所述漏斗(25)倒扣在所述骨科植入物上，所述滴定管(26)倒置并套设在所述漏斗(25)和所述骨科植入物外侧。
6.根据权利要求1所述的用于体外降解和模拟矿化的设备，其特征在于：所述储液系统(1)还包括第一监测装置(17)，所述第一监测装置(17)设置在所述储液箱(11)中。
7.根据权利要求1所述的用于体外降解和模拟矿化的设备，其特征在于：所述降解系统(2)还包括第二监测装置(27)，所述第二监测装置(27)设置在所述降解箱(21)中。
8.根据权利要求1所述的用于体外降解和模拟矿化的设备，其特征在于：所述用于体外降解和模拟矿化的设备还包括恒温系统(4)，所述恒温系统(4)包括水浴箱(41)和加热器(42)，所述储液箱(11)、所述降解箱(21)和所述矿化器(31)均放置在所述水浴箱(41)中，所述加热器(42)设置在所述水浴箱(41)内。
9.根据权利要求8所述的用于体外降解和模拟矿化的设备，其特征在于：所述用于体外降解和模拟矿化的设备还包括控制系统(5)，所述控制系统(5)与所述储液系统(1)、所述降解系统(2)、所述矿化系统(3)和所述恒温系统(4)电连接。
10.基于权利要求1～9中任意之一用于体外降解和模拟矿化的设备的使用方法，其特征在于，包括：
进行降解试验时，关闭所述第一三通阀门(15)和所述第二三通阀门(16)中通往所述矿化系统(3)的端口；
将所述骨科植入物放入所述降解箱(21)中，将所述溶液导入所述降解箱(21)和所述储液箱(11)中；
将所述漏斗(25)倒置在所述骨科植入物上方，将所述滴定管(26)倒置套设在所述漏斗(25)和所述骨科植入物外侧，将所述滴定管(26)内部空气排出；
开启所述电化学工作站(22)和所述水泵(12)，所述降解系统(2)工作，记录所述第二监测装置(27)中的读数和所述滴定管(26)中氢气的体积变化，获得所述骨科植入物的降解情况；
进行矿化试验时，关闭所述第一三通阀门(15)和所述第二三通阀门(16)中通往所述降解系统(2)的端口；
将所述骨科植入物放入所述矿化器(31)中，将所述溶液导入所述矿化器(31)和所述储液箱(11)中；
开启所述水泵(12)，所述矿化系统(3)工作，记录所述骨科植入物表面类骨磷灰石的形成过程，获得所述骨科植入物的矿化情况。
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