CN201485468U - 用于软骨组织工程的加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于软骨体外构建的加载装置，包括上面设置有培养室的平台和设置在平台下方的压缩量调节装置，所述的压缩量调节装置包括：开口向上且底面为平面的U形支架，支架的两个侧壁分别穿过平台上并延伸至平台上面，两个侧壁的上端内侧分别固定设置有一压板；在支架下面设置U形底架，底架内上下重叠设置有第1楔形滑块和第2楔形滑块，第1楔形滑块的上表面与平台平行，支架由第1楔形滑块支撑；一对调节螺杆分别设置在底架的两侧，两个调节螺杆分别与第1楔形滑块和第2楔形滑块的侧面连接，使其产生相对运动，在平台上设置有选择性地对培养室内的培养物进行滚动加载或滑动加载的控制机构。

Description

用于软骨组织工程的加载装置

技术领域

本实用新型涉及细胞工程和组织工程领域，特别是涉及一种用于软骨组织工程的加载装置。

背景技术

近年来，由于软骨退化或缺损引起的关节疼痛、活动障碍甚至完全丧失关节功能已成为医学治疗的一个难题。尽管临床上采用很多新技术、新方法进行治疗，但是仍没有形成合适的方法来获得满意的治疗效果。目前，软骨组织工程正成为一种永久修复组织缺损的理想方法，并且在种子细胞、支架材料、生长调节因子、组织构建等方面都已取得巨大的进展。当前通常使用的对细胞培养、组织和细胞-支架培养物培养及保持的生物反应器有静态生物反应器、旋转培养瓶生物反应器、旋转壁式生物反应器和灌流式生物反应器，不同的种子细胞、新型支架材料、生长因子等培养物分别在这几种生物反应器中进行培养，主要是利于培养物形态、结构的生长。尽管现有技术中各种生物反应器的使用优化了培养物的生长，但培养物的生长、发育还是没达到临床要求。培养的人工软骨在结构和功能上与活体软骨还有较大的差距，这直接影响了人工软骨在临床上的应用。

实际上有很多物理因素都会影响软骨组织的生长和发育，而力学因素又在其中起了主要作用。因此，很多研究者研制出了多种有力学环境的生物反应器，尝试培养功能化人工软骨，这些反应器的力学条件有：流体剪应力、液体压力、拉伸、直接压缩、变形剪应力或其中几种条件的组合。其中流体剪应力、液体压力和直接压缩的培养软骨的条件正被广泛研究。但是，关节有支撑、运动的功能，股骨远端与胫骨近端之间有滑液，软骨就像水中的海绵，在动态压力下，软骨中的液体形成了被挤压出去、又回流的过程，从而营养了软骨。力学条件驱使软骨组织内部获得营养和排除废物，在正常组织扩散传输的基础上，软骨组织有力学驱动的对流传输，因此合适的力学条件是关节软骨传质过程研究的必要条件。股骨远端与胫骨近端相互接触，有两种相对运动，一种是滚动，另一种似车轮滑动，产生表面剪应力。而现有的滚动加载装置只能对培养物进行滚压加载，不能提供滑动加载。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种既能提供滚压加载又能进行滑动加载的用于软骨体外构建的加载装置。

为此，本实用新型的技术方案如下：

一种用于软骨体外构建的加载装置，包括上面设置有培养室的平台和设置在平台下方的压缩量调节装置，所述的压缩量调节装置包括：开口向上且底面为平面的U形的支架，支架的两个侧壁分别穿过平台上形成的两个矩形孔向上延伸至平台上面，两个侧壁的上端内侧分别固定设置有一压板；在支架下面设置有底面为平面的U形的底架，底架内上下重叠设置有第1楔形滑块和第2楔形滑块，第1楔形滑块的上表面与平台平行，支架由第1楔形滑块支撑；一对调节螺杆分别设置在底架的两侧，两个调节螺杆分别与第1楔形滑块和第2楔形滑块的侧面连接，使其产生相对运动，在所述的平台上设置有选择性地对培养室内的培养物进行滚动加载或滑动加载的控制机构。

为了在支架下降时使其更好地回位，在平台的底面和支架之间还设置有回位弹簧，回位弹簧对支架施加向下的压力。

所述的控制机构包括设置在培养室的培养物上的辊子，分别设置在辊子两侧、培养室和支架之间的齿轮，齿轮与辊子具有一共有轴，共有轴的两端分别与U形连杆的两个臂连接，连杆通过丝杠连接在步进电机的输出轴上，在培养箱两侧和支架的两个侧壁之间选择性地设置有齿条，齿条的长度与培养室相适应，齿条的底部位于支架上，两固定销选择性地将连杆和2个齿轮固定在一起。

所述的连杆的2个臂的前端设有开口向下的卡槽，卡槽的截面为局部切去的环形，其形状与辊子与齿轮的共有轴端部的形状相适应。

本实用新型的用于软骨组织工程的加载装置在已有的滚动加载装置的基础上实现了滑动的功能，可以选择性地对培养物进行滚动加载或滑动加载，使软骨组织的培养环境更接近真实的环境。

附图说明

图1为本实用新型的加载装置的立体结构示意图；

图2为本实用加载装置的侧面示意图，其中未显示培养室和步进电机；

图3为本实用新型加载装置中升降装置的立体结构示意图；

图4为本实用新型加载装置中丝杠推动系统的立体结构示意图；

图5为显示连杆和齿轮连接关系的示意图。

图中：

1.步进电机；        2.电机轴；       3.丝杆；

4.连接件；          5.连杆；         6.辊子；

7.齿轮；            8.齿条；         9.支架；

10.平台；           11.调节螺杆；    12.第1楔形滑块；

13.第2楔形滑块；    14.压板；        15.培养室；

16.底架；           17.回位弹簧；    18.培养物

19.卡槽             20.销

具体实施方式

本实用新型的加载装置用于关节软骨的体外构建，能够对培养物提供滚动和滑动的加载过程。下面结合附图对本实用新型的加载装置的结构进行详细说明。

参见图1～图5，本实用新型的加载装置包括：上面设置有培养室的平台10、设置在平台10下方的压缩量调节装置以及选择性地对培养室内的培养物进行滚动加载或滑动加载的控制机构。

所述的压缩量调节装置包括：开口向上且底面为平面的U形的支架9，支架9的两个侧壁分别穿过平台10上形成的两个矩形孔(图中未示)向上延伸至平台10上面，支架9的两个侧壁的上端内侧分别固定设置有一压板14，压板14保证连杆5的卡槽卡住辊子6的轴；在支架9下面设置有底面为平面的U形的底架16，底架16内上下重叠设置有第1楔形滑块12和第2楔形滑块13，第1楔形滑块12的上表面与平台10平行，支架9由第1楔形滑块12支撑；一对调节螺杆11分别设置在底架16的两侧，两个调节螺杆7分别与第1楔形滑块12和第2楔形滑块13的侧面连接，使其产生相对运动。为了在支架9下降时使其更好地回位，在平台10的底面和支架9之间还设置有回位弹簧17，回位弹簧17对支架9施加向下的压力。

压缩量调节装置的工作过程为：第1楔形滑块12的调节螺杆11向内旋动，推动第1楔形滑块12在第2楔形滑块13的斜面上滑动，第1楔形滑块12整体升高，从而使支架9上升。同理，也可以通过调节另一调节螺杆11推动支架9上升。辊子6与支架9在垂直方向上位置保持不变，辊子6与底板的距离就增加，对培养物18的压缩量就变小。当调节螺杆11向外旋动时，拉动第1楔形滑块12在第2楔形滑块13的斜面上向下滑动，第1楔形滑块12整体下降，回位弹簧17推动支架9下降，从而减小了辊子6与底板的距离，对培养物18的压缩量增大。通过这种方式可以实现对培养物18施加不同的压缩量。

另外，在平台10上设置有选择性地对培养室内的培养物进行滚动加载或滑动加载的控制机构。详细地说，所述的控制机构包括设置在培养室15的培养物上的辊子6，分别设置在辊子6两侧、培养室15和支架9两侧壁之间的齿轮7，齿轮7与辊子6具有一共有轴，共有轴的两端分别与U形连杆6的两个臂连接，连杆6通过丝杠3连接在步进电机1的输出轴上，在培养箱15两侧和支架9的两个侧壁之间选择性地设置有齿条8，齿条8的长度与培养室15相适应，齿条8的底部位于支架9上。为了实现滑动加载，选择性地通过两固定销20将连杆和2个齿轮固定在一起。连杆5的2个臂的前端设有开口向下的卡槽19，卡槽19的截面为局部切去的环形，其形状与辊子6与齿轮7的共有轴端部的形状相适应。

在进行滚动加载时，将固定销20取下，将2个齿条8分别安装在预定位置。此时，齿轮7与齿条8啮合，起动步进电机1，电机轴2旋转，引起丝杠3沿电机轴2和轴线方向来回运动，丝杠3带动连杆5，连杆5带动辊子6和齿轮7一起滚动，对培养物18设置在辊子6下面，因此辊子6在培养物18的表面上来回滚动。辊子6的滚动速度随步进电机1的转动速度不同而不同。

上述的滚动控制是由步进电机带动丝杠引起辊子来回滚动来实现的。用丝杠带动滚子的运动能够使滚子的中心轴获得恒定的速度，而使滚子在培养物上以匀速作纯滚动，从而保证了培养物受力均匀。

在进行滑动加载时，将齿条8取出，用销20将连杆5和齿轮7固定在一起。步进电机1的电机轴2旋转，引起丝杠3沿电机轴2和轴线方向来回运动，丝杠3带动连杆5齿轮7和辊子6一起运动，齿轮7和辊子6做纯滑动，对培养物18进行滑动加载。辊子6的滑动速度随步进电机1的转动速度不同而不同。

上述的滑动控制是由步进电机带动丝杠引起辊子来回滑动来实现的。用丝杠带动辊子的运动能够使辊子的中心轴获得恒定的速度，而使滚子在培养物上以匀速作纯滑动，从而保证了培养物受力均匀。

在本实用新型中，丝杠3由塑料制成，与以往用金属制成的丝杠相比，其产生的噪音很小。另外，通过调节丝杠螺纹间距可以改变辊子6滚动的频率。

为了便于将本实用新型的加载装置放入孵箱内，加载装置(除电机控制部分外)的外形尺寸可以做得足够小。加载装置工作时是放入市场上现有的孵箱内的，在孵箱的标准温度和CO₂浓度条件下进行培养。

Claims (4)

1.一种用于软骨体外构建的加载装置，包括上面设置有培养室的平台(10)和设置在平台(10)下方的压缩量调节装置，所述的压缩量调节装置包括：开口向上且底面为平面的U形的支架(9)，支架(9)的两个侧壁分别穿过平台(10)上形成的两个矩形孔向上延伸至平台上面，两个侧壁的上端内侧分别固定设置有一压板(14)；在支架(9)下面设置有底面为平面的U形的底架(16)，底架(16)内上下重叠设置有第1楔形滑块(12)和第2楔形滑块(13)，第1楔形滑块的上表面与平台平行，支架(9)由第1楔形滑块(12)支撑；一对调节螺杆(11)分别设置在底架(16)的两侧，两个调节螺杆分别与第1楔形滑块(12)和第2楔形滑块(13)的侧面连接，使其产生相对运动，其特征在于：在所述的平台(10)上设置有选择性地对培养室内的培养物进行滚动加载或滑动加载的控制机构。

2.根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于：所述的压缩量调节装置还包括设置在平台(10)的底面和支架(9)之间的回位弹簧，所述的回位弹簧对支架(9)施加向下的压力。

3.根据权利要求1或2所述的加载装置，其特征在于：所述的控制机构包括设置在培养室的培养物上的辊子(6)，分别设置在辊子(6)两侧、培养室和支架(9)之间的齿轮(7)，齿轮(7)与辊子(6)具有一共有轴，共有轴的两端分别与U形连杆(5)的两个臂连接，连杆(5)通过丝杠(3)连接在步进电机(1)的输出轴上，在培养箱两侧和支架(9)的两个侧壁之间选择性地设置有齿条(8)，齿条(8)的长度与培养室相适应，齿条(8)的底部位于支架(9)上，两固定销选择性地将连杆(5)和2个齿轮固定在一起。

4.根据权利要求3所述的加载装置，其特征在于：所述的连杆(5)的2个臂的前端设有开口向下的卡槽(19)，卡槽(19)的截面为局部切去的环形，其形状与辊子(6)与齿轮(7)的共有轴端部的形状相适应。

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