CN1789958A - 高敏度小张力膜状生物材料力学检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高敏度小张力膜状生物材料力学性能检测装置，它由压力变送器1、压力箱2、试样固定环4、载样台5、密封垫圈6、上面板7a、承重面板7b、活动夹紧板8、顶紧螺杆10、轴承11、哑铃型螺母12、调压箱13、滑轮14、玻璃管15、升降拉绳16、软管17、步进电机18、数据导线19、控制导线20和微机21组装而成。它的结构简单合理，能对组织工程化皮肤、骨、血管、肌腱、肌肉等产品和软组织材料等进行方便、准确的检测，检测值都以Pa计算，操作控制敏捷方便，它能灵敏地反映载荷的连续变化并能抵抗环境的干扰，确保检测数据的准确。本发明装置为组织工程化生物材料的批量生产及质量控制提供了一种理想的力学性能检测工具。

Description

高敏度小张力膜状生物材料力学检测装置

一、技术领域

本发明属於用机械应力测试固体材料的强度特性，特别涉及一种施加稳定的张力或压力的固体材料力学检测装置。

二、背景技术

随着组织工程技术的发展进步和成熟，组织工程皮肤的研制与应用也日新月异。为保证组织工程皮肤更好地应用于临床，其生物物理特性，特别是生物力学性能应得到高度重视。为了量化组织工程皮肤等小张力膜状生物材料的生物力学性能，必需开发研制一种能检测其力学性能的装置。

目前用来检测软组织或骨的力学性能的仪器，能检测的都是高张力生物材料(动物或人离体皮肤及其软组织、尸骨)的生物力学性能，检测值都以MPa计算，实质上属于生物材料试验机。然而许多低张力的生物有机材料，尤其是近三十年来研究的组织工程产品，如组织工程皮肤产品、组织工程骨产品，不能用这种生物材料试验机进行检测。

1992年4月22日授权公告有一件名称为《生物材料力学特性测试装置》中国实用新型专利ZL91222000.7，它主要由机体、横梁、垂臂、动力及其传动系统，张力传感及位移数显系统和相应的夹持具等构成。垂臂和传力杆可垂于液中，使试样在给定溶液中受试。动力及其传动系统使横梁上下运行，使夹持在两夹持具间的试样发生长度和张力变化。后者分别通过位移数显和力传感系统转为电信号输入记录系统，完成对生物材料力学特性的检测。该装置确实能够测量某些生物材料的力学性能，且成本低。但该装置的钩式夹持具和夹式夹持具只能固定处于培养液中的环状和条状生物材料，不适合固定脱离培养液的组织工程皮肤等生物材料；其次，此装置要求生物材料装载在箱体内的溶液中，需电磁加热到水温满意时才能测试，不能使试验脱离培养液；此装置是通过丝杠上下移动物理性拉长和缩短试样来测定抗张强度，使用不方便，量化也不够准确。

三、发明内容

针对现有技术《生物材料力学特性测试装置》存在的上述缺陷，我们根据液体静压原理，采用间接压力法加载，拟设计制造一种结构完全不同于现有技术的高敏度小张力膜状生物材料力学性能检测装置，使试样在检测时能脱离培养液，且不需要直接拉长或缩短试样，能精确方便地检测组织工程化的皮肤、骨、血管、肌腱、肌肉等产品和其它如肠系膜、筋膜、心脏瓣膜软组织材料等的力学性能。

本发明所采取的技术方案如下。

一种高敏度小张力膜状生物材料力学性能检测装置，包括有机架、压力变送器、微机、数据导线和控制导线，其特征在于：

1)它还有压力箱、试样固定环、载样台、密封垫圈、上面板、承重面板、活动夹紧板、顶紧螺杆、轴承、哑铃型螺母、调压箱、滑轮、玻璃管、升降拉绳、软管和步进电机；

2)压力箱的上口与压力变送器密封连接，下口与上面板的中心孔对位匹配，而且箱底与板面密封连接，在上面板的底面开有环形槽，在上面板下设置有上部为圆台型的载样台，载样台中心开有圆柱形孔，圆台伸入上面板的中心孔中，试样固定环与圆台匹配相套，在上面板环形槽相对应的载样台大盘上端面位置开有环形槽，在环形槽中放置有密封垫圈，在载样台大盘下端面开有环形槽；

3)在载样台下设置有与机架立柱相套的活动夹紧板，活动夹紧板开有锥形中心孔，上端面设有与载样台大盘下端面环形槽相匹配的环形凸；

4)哑铃型螺母穿过承重面板的中心孔并与承重面板卡合，使哑铃型螺母能转动，哑铃型螺母的下螺母头与承重面板之间设置有轴承，哑铃型螺母的上螺母头上焊接有手柄，顶紧螺杆与哑铃型螺母丝扣连接，顶紧螺杆上部呈锅口顶状抵住活动夹紧板；

5)调压箱设置在承重面板上，调压箱顶部与压力箱连通，调压箱底部与玻璃管之间用软管连通，滑轮设置在调压箱顶部以上高度位置，升降拉绳绕经滑轮一端与玻璃管管头相连，另一端绕接在步进电机的轮盘上，步进电机与微机之间连有控制导线，压力变送器与微机之间连有数据导线。

本发明的高敏度小张力膜状生物材料力学性能检测装置，在使用前，先将玻璃管通过升降拉绳提升到高於调压箱底部的适当高度，然后向调压箱内注入一定液面的洁净水，再将待检测的薄膜软体样品放置在载样台的圆台口，套上试样固定环崩平，最后用扳手转动哑铃型螺母提升顶紧螺杆，将载样台在活动夹紧板和上面板之间夹紧，使压力箱-调压箱全系统处于密封状态。检测时，它的工作原理是：微机经控制导线对步进电机发出控制指令后，由步进电机带动升降拉绳将玻璃管缓慢提升，从而使压力箱压力随调压箱液面的增高而缓慢增加，实现对待检测薄膜样品的连续均匀加载，压力变送器所采集的薄膜样品被击穿压力测量数据，通过数据导线返馈到微机中进行数据处理，并及时得到显示和存储。

本发明的高敏度小张力膜状生物材料力学性能检测装置，结构简单合理，试样装夹简单方便，能对低张力的组织工程化皮肤、骨、血管、肌腱、肌肉等产品和其它如肠系膜、筋膜、心脏瓣膜软组织材料等进行方便、准确的检测，检测值都以Pa计算，操作控制敏捷方便，试样在检测时能脱离培养液，且不需要直接拉长或缩短试样，它能灵敏地反映载荷的连续变化并能抵抗环境的干扰，确保检测数据的准确。本发明装置为组织工程化生物材料的批量生产及质量控制提供了一种理想的力学性能检测工具。

四、附图说明

附图为本发明高敏度小张力膜状生物材料力学性能检测装置的局部剖视结构示意图。

在图中，1—压力变送器，2—压力箱，3—试样，4—试样固定环，5—载样台，6—密封垫圈，7—机架，7a—上面板，7b—承重面板，8—活动夹紧板，9—手柄，10—顶紧螺杆，11—轴承，12—哑铃型螺母，13—调压箱，14—滑轮，15—玻璃管，16—升降拉绳，17—软管，18—步进电机，19—数据导线，20—控制导线，21—微机。

五、具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明装置的具体结构和它在检测时的工作原理。

一种高敏度小张力膜状生物材料力学性能检测装置，包括有机架7、压力变送器1、微机21、数据导线19和控制导线20，其特征在于：

1)它还有压力箱2、试样固定环4、载样台5、密封垫圈6、上面板7a、承重面板7b、活动夹紧板8、顶紧螺杆10、轴承11、哑铃型螺母12、调压箱13、滑轮14、玻璃管15、升降拉绳16、软管17和步进电机18；

2)压力箱2的上口与压力变送器1密封连接，下口与上面板7a的中心孔对位匹配，而且箱底与板面密封连接，在上面板7a的底面开有环形槽，在上面板7a下设置有上部为圆台型的载样台5，载样台5中心开有圆柱形孔，圆台伸入上面板7a的中心孔中，试样固定环4与圆台匹配相套，在上面板7a环形槽相对应的载样台5大盘上端面位置开有环形槽，在环形槽中放置有密封垫圈6，在载样台5大盘下端面开有环形槽；

3)在载样台5下设置有与机架立柱相套的活动夹紧板8，活动夹紧板8开有锥形中心孔，上端面设有与载样台5大盘下端面环形槽相匹配的环形凸；

4)哑铃型螺母12穿过承重面板7b的中心孔并与承重面板7b卡合，使哑铃型螺母12能转动，哑铃型螺母12的下螺母头与承重面板7b之间设置有轴承11，哑铃型螺母12的上螺母头焊接有手柄9，顶紧螺杆10与哑铃型螺母12丝扣连接，顶紧螺杆10上部呈锅口顶状抵住活动夹紧板8；

5)调压箱13设置在承重面板7b上，调压箱13顶部与压力箱2连通，调压箱13底部与玻璃管15之间用软管17连通，滑轮14设置在调压箱13顶部以上高度位置，升降拉绳16绕经滑轮14一端与玻璃管15管头相连，另一端绕接在步进电机18的轮盘上，步进电机18与微机21之间连有控制导线20，压力变送器1与微机21之间连有数据导线19。

它在检测时的工作原理是：在调压箱内预先注入一定液面的洁净水以及装置全系统被固紧密封后，微机21经控制导线20对步进电机18发出控制指令，由步进电机18带动升降拉绳16将玻璃管15缓慢提升，从而使压力箱2压力随调压箱13液面的增高而缓慢增加，实现对待检测薄膜样品的均匀加载，压力变送器1所采集的薄膜样品被击穿压力测量数据，通过数据导线19返馈到微机21中进行数据处理，并及时得到显示和存储。

Claims (1)

1、一种高敏度小张力膜状生物材料力学性能检测装置，包括有机架(7)、压力变送器(1)、微机(21)、数据导线(19)和控制导线(20)，其特征在于：

1)它还有压力箱(2)、试样固定环(4)、载样台(5)、密封垫圈(6)、上面板(7a)、承重面板(7b)、活动夹紧板(8)、顶紧螺杆(10)、轴承(11)、哑铃型螺母(12)、调压箱(13)、滑轮(14)、玻璃管(15)、升降拉绳(16)、软管(17)和步进电机(18)；

2)压力箱(2)的上口与压力变送器(1)密封连接，下口与上面板(7a)的中心孔对位匹配，而且箱底与板面密封连接，在上面板(7a)的底面开有环形槽，在上面板(7a)下设置有上部为圆台型的载样台(5)，载样台(5)中心开有圆柱形孔，圆台伸入上面板(7a)的中心孔中，试样固定环(4)与圆台匹配相套，在上面板(7a)环形槽相对应的载样台(5)大盘上端面位置开有环形槽，在环形槽中放置有密封垫圈(6)，在载样台(5)大盘下端面开有环形槽；

3)在载样台(5)下设置有与机架立柱相套的活动夹紧板(8)，活动夹紧板(8)开有锥形中心孔，上端面设有与载样台(5)大盘下端面环形槽相匹配的环形凸；

4)哑铃型螺母(12)穿过承重面板(7b)的中心孔并与承重面板(7b)卡合，使哑铃型螺母(12)能转动，哑铃型螺母(12)的下螺母头与承重面板(7b)之间设置有轴承(11)，哑铃型螺母(12)的上螺母头焊接有手柄(9)，顶紧螺杆(10)与哑铃型螺母(12)丝扣连接，顶紧螺杆(10)上部呈锅口顶状抵住活动夹紧板(8)；

5)调压箱(13)设置在承重面板(7b)上，调压箱(13)顶部与压力箱(2)连通，调压箱(13)底部与玻璃管(15)之间用软管(17)连通，滑轮(14)设置在调压箱(13)顶部以上高度位置，升降拉绳(16)绕经滑轮(14)一端与玻璃管(15)管头相连，另一端绕接在步进电机(18)的轮盘上，步进电机(18)与微机(21)之间连有控制导线(20)，压力变送器(1)与微机(21)之间连有数据导线(19)。

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