CN207516152U - 液氮制冷型夹具以及生物力学测定设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液氮制冷型夹具以及生物力学测定设备，涉及生物力学测试仪器。该液氮制冷型夹具，其包括夹具本体，夹具本体的一端为组织固定面，夹具本体包括能相互对合的第一半夹件和第二半夹件，第一半夹件和/或第二半夹件的外壁设置有中空无盖且用于容纳液氮的液氮槽，液氮槽的侧面与第一半夹件和/或第二半夹件的外壁贴合。该液氮制冷型夹具采用液氮槽容纳液氮，利用液氮冷冻法固定受试样本两端，通过液氮制冷型夹具传递低温使夹具内的生物组织硬化，有效地避免了样本滑脱及超前断裂的弊端。此外，该生物力学测定设备其包括上述液氮制冷型夹具。其能够有效对生物组织进行夹持和固定，并测定其力学特性，测试结果准确。

Description

液氮制冷型夹具以及生物力学测定设备

技术领域

本实用新型涉及生物力学测试仪器，具体而言，涉及一种液氮制冷型夹具以及生物力学测定设备。

背景技术

肌腱和韧带的功能是把力从肌肉传递到骨，并限制关节在一定范围内活动，增加关节的稳定性。创伤、过度运动、肿瘤等均可造成肌腱和韧带的损伤。为了更好地保留关节功能，提高病人生存质量，对于局部损伤或缺失的肌腱和韧带的重建是十分必要的。人们在采用自体、同种异体或人工肌腱、韧带移植修复组织缺损时需要对受试材料进行生物力学性能测定。由于正常肌腱和韧带富含的胶原纤维最大载荷值较高，且其具有粘弹性特征，因此传统方法在固定肌腱和韧带时多采用金属夹具钳夹固定，或采用边缘缝合法来固定生物样本，实践证实上述方法极易造成钳夹及缝合部位生物组织的滑脱和形变；且由于钳夹固定处应力集中，易引起生物组织发生超前断裂，无法准确测定出由于实验处理因素所造成的生物组织力学性能改变，严重影响了测定结果的准确性和稳定性。怎样有效固定肌腱或韧带并准确检测生物组织的力学性质，目前亟待一种可靠地夹持装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种液氮制冷型夹具，其能够有效牢固的固定生物组织，避免对生物组织造成损害，测试结果能够准确反映出生理条件下生物样本的力学特性。

本实用新型的另一目的在于提供一种以及生物力学测定设备，其能够有效对生物组织进行夹持和固定，并测定其力学特性，测试结果准确。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种液氮制冷型夹具，其包括夹具本体，夹具本体的一端为组织固定面，夹具本体包括能相互对合的第一半夹件和第二半夹件，第一半夹件和/或第二半夹件的外壁设置有中空无盖且用于容纳液氮的液氮槽，液氮槽的侧面与第一半夹件和/或第二半夹件的外壁贴合。

可选地，在本实用新型的优选实施方式中，上述液氮槽为中空三棱柱形，优选地，液氮槽为中空直角三棱柱形。

可选地，在本实用新型的优选实施方式中，上述第一半夹件的内壁开设有贯穿组织固定面的第一通道，第一通道远离组织固定面的一端沿着第一半夹件的内部延伸，第二半夹件的内壁开设有贯穿组织固定面的第二通道，第二通道远离组织固定面的一端沿着第二半夹件的内部延伸，第一通道和第二通道对合形成夹持通道。

可选地，在本实用新型的优选实施方式中，上述第一半夹件的内壁开设有第一凹槽，第一通道远离组织固定面的一端与第一凹槽连通，第二半夹件的内壁开设有第二凹槽，第二通道远离组织固定面的一端与第二凹槽连通，第一凹槽和第二凹槽对合形成中空槽。

可选地，在本实用新型的优选实施方式中，上述夹持通道和中空槽均为圆柱形空腔，夹持通道和中空槽的轴心线垂直。

可选地，在本实用新型的优选实施方式中，上述第一半夹件和/或第二半夹件的内壁和外壁之间设置有容水腔，容水腔开设有多个分流孔，多个分流孔连通容水腔和中空槽。

可选地，在本实用新型的优选实施方式中，上述容水腔包括第一分布腔、第二分布腔以及连接腔，第一分布腔位于第二分布腔的上方，连接腔的两端分别与第一分布腔和第二分布腔连通。

可选地，在本实用新型的优选实施方式中，上述夹具本体远离组织固定面的一端为安装固定面，安装固定面上连接有安装板，安装板连接至第一半夹件或第二半夹件。

可选地，在本实用新型的优选实施方式中，上述夹具本体为两个，分别为第一夹具和第二夹具，第一夹具的液氮槽的开口端靠近第一夹具的固定安装面，第二夹具的液氮槽的开口端靠近第二夹具的组织固定面。

一种生物力学测定设备，其包括试验机架以及上述液氮制冷型夹具，液氮制冷型夹具与试验机架连接。

本实用新型实施例的有益效果是：

1、本实施例提供的液氮制冷型夹具采用液氮冷冻法固定受试样本两端，通过液氮制冷型夹具传递低温使夹具内的生物组织硬化，消除了传统单纯钳夹法由于固定处应力集中对组织造成形变和机械损伤的缺陷，有效地避免了样本滑脱及超前断裂的弊端。

2、本实用新型液氮制冷型夹具适用于对生物组织的力学拉伸测试，尤其适用于自身具有粘弹性且最大载荷高的组织，包括单纯的肌腱、韧带，以及带有肌肉端或带有骨端的肌腱或韧带生物样本。

3、本实用新型液氮制冷型夹具对组织牢固固定后可方便地根据受试组织的生物力学特性设定力学试验机测试参数，使测定各项生物力学的精准度得到保证。

4、本实用新型液氮制冷型夹具结构简单、制作简便、操作方便，可自行拆卸组装，体积小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的液氮制冷型夹具在第一视角下的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的液氮制冷型夹具在第二视角下的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第一半夹件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的第一夹具与第二夹具配合时的结构示意图。

图标：100-液氮制冷型夹具；110-夹具本体；111-组织固定面；112-安装固定面；113-液氮槽；114-安装板；115-第一夹具；116-第二夹具；117-夹持通道；118-中空槽；120-第一半夹件；121-第一通道；122-第一凹槽；123-第一螺纹孔；130-第二半夹件；131-第二通道；132-第二凹槽；133-第二螺纹孔；140-容水腔；141-分流孔；142-第一分布腔；143-第二分布腔；144-连接腔；145-注水孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参照图1和图2，本实施例提供一种液氮制冷型夹具100，其包括夹具本体110，夹具本体110的一端为组织固定面111，夹具本体110包括能相对对合的第一半夹件120和第二半夹件130，第一半夹件120和/或第二半夹件130的外壁设置有中空无盖且用于容纳液氮的液氮槽113。

第一半夹件120和第二半夹件130能够相互对合，表示，第一半夹件120和第二半夹件130为可拆卸连接，当第一半夹件120和第二半夹件130连接时，其相互对合，而当第一半夹件120和第二半夹件130拆卸时，形成两个相互独立的部分。

可拆卸连接的方式有多种，例如：卡接或螺纹连接。本实施例中，通过在第一半夹件120设置第一螺纹孔123，在第二半夹件130设置有第二螺纹孔133，第一螺纹孔123和第二螺纹孔133通过连接件连接。本实施例中所说的连接件包括但不限于配合使用的螺杆和螺母。螺杆和螺母的松紧程度可以随着生物组织的体积和形状进行调整，进而调节第一半夹件120和第二半夹件130的夹持程度。

液氮槽113可以单独设置于第一半夹件120或第二半夹件130，也可以同时设置于第一半夹件120和第二半夹件130，本实施例中，优选在第一半夹件120和第二半夹件130的外壁分别设置液氮槽113，以使第一半夹件120和第二半夹件130均能较好的冷却并将低温传递至生物组织。

本实施例中，通过将第一半夹件120和第二半夹件130对合以夹持生物组织，同时向第一半夹件120和第二半夹件130中填充液氮，由于液氮槽113中空无盖，能够容纳液氮，并且液氮在液氮槽113内挥发，带走第一半夹件120和第二半夹件130的热量，进而将低温传递至第一半夹件120和第二半夹件130中被夹持的生物组织处，以使实验样品处于完全冷冻状态，由于受力时样品两端固定处不发生形变，夹持面与实验样品接触面通过摩擦力使实验样品达到有效、牢固固定，该摩擦力经验证可达到生物组织最大载荷的数倍，因此克服了由于固定处应力集中对生物组织造成的损害，测试结果能够准确反映出生理条件下生物样本的力学特性。

本实施例中，液氮槽113为中空三棱柱形，优选为，中空直角三棱柱形。中空直角三棱柱能够将其一个侧面完全与第一半夹件120和/或第二半夹件130的外壁贴合，从而保证低温传递的效果最佳。

进一步地，本实施例中，液氮制冷型夹具100的整体是采用导热性能良好的黄铜制成，低温传递效果佳。

进一步地，本实施例中，第一半夹件120的内壁开设有第一通道121和第一凹槽122，其中，第一通道121的一端贯穿组织固定面111，第一通道121的另一端沿着第一半夹件120的内部延伸，具体延伸至第一凹槽122并与第一凹槽122连通。第一凹槽122为圆柱形板状，而第一通道121为半圆柱形杆状，具体来说，第一凹槽122的轴心线与第一通道121的轴心线垂直。

同样地，第二半夹件130的内壁开设有第二通道131和第二凹槽132，其中，第二通道131的一端贯穿组织固定面111，第二通道131的另一端沿着第二半夹件130的内部延伸，具体延伸至第二凹槽132并与第二凹槽132连通。第二凹槽132为圆柱形板状，而第二通道131为半圆柱形杆状，具体来说，第二凹槽132的轴心线与第二通道131的轴心线垂直。

当第一半夹件120和第二半夹件130对合时，第一通道121和第二通道131能够对合形成夹持通道117，第一凹槽122和第二凹槽132能够对合形成中空槽118，夹持通道117贯穿组织固定面111并且与中空槽118连通。夹持通道117和中空槽118均为圆柱形空腔，夹持通道117和中空槽118的轴心线垂直。夹持通道117用于容纳小动物肌腱或韧带，夹持通道117联合中空槽118用于容纳小动物肌腱-肌肉端或肌腱-骨端，有效防止在拉伸过程中样品滑脱。

进一步地，请参阅图3，在第一半夹件120和/或第二半夹件130的内壁和外壁之间设置有容水腔140，容水腔140的顶壁开设有注水孔145，容水腔140的侧壁开设有多个分流孔141，多个分流孔141连通容水腔140和中空槽118。通过注水孔145向容水腔140内通入水，水从多个分流孔141内排出至第一半夹件120和/或第二半夹件130的内壁，进而润湿内壁，在液氮挥发传递低温时，润湿的内壁容易冻结成冰，将生物组织与内壁紧紧贴合。

具体地，容水腔140包括第一分布腔142、第二分布腔143以及连接腔144，第一分布腔142位于第二分布腔143的上方，连接腔144的两端分别与第一分布腔142和第二分布腔143连通。本实施例中，第一分布腔142、第二分布腔143以及连接腔144形成侧放的U形或H形，进而保证了第一半夹件120和/或第二半夹件130的内壁的湿润程度。

此外，在夹具本体110远离组织固定面111的一端为安装固定面112，安装固定面112连接有安装板114，安装板114连接至第一半夹件120或第二半夹件130。安装板114上开设有安装孔，安装孔用于连接外部设备，例如包括但不限制于万能试验机的活动装置或者万能试验机的台面固定装置等等。

值得注意的是，上述提及的夹具本体110可以为一个或两个，当夹具本体110为一个时，可单独与万能试验机的活动装置或者万能试验机的台面固定装置使用，当夹具本体110为两个时，两夹具本体110相互配合，并分别夹持至生物组织的两端。

具体到本实施例中，请参阅图4，夹具本体110为两个，分别为第一夹具115和第二夹具116，第一夹具115和第二夹具116的结构基本相同，即上文描述的夹具本体110的结构，由于液氮槽113是中空无盖的结构，因此，第一夹具115和第二夹具116均需要保持液氮槽113的开口端朝上，以便容纳液氮。本实施例中，第一夹具115位于第二夹具116的上方，也即是，第一夹具115和第二夹具116相对的面为组织固定面111，换而言之，第一夹具115的组织固定面111位于第一夹具115的下端，第一夹具115的安装固定面112位于第一夹具115的上端；第二夹具116的组织固定面111位于第二夹具116的上端，第二夹具116的安装固定面112位于第二夹具116的下端。

具体的，第一夹具115的液氮槽113的开口端靠近第一夹具115的固定安装面，也即是，第一夹具115的液氮槽113的开口端向上。第二夹具116的液氮槽113的开口端靠近第二夹具116的组织固定面111，也即是，第二夹具116的液氮槽113的开口端也向上。

液氮制冷型夹具100的工作原理是：当测试样本为肌腱且两端分别带有骨端和肌肉端时，首先将样本的肌肉端装入第一夹具115圆柱形的中空槽118，并沿圆柱状的夹持通道117放置肌腱，同理再将样本的骨端固定于第二夹具116的中空槽118和夹持通道117内，然后向第一夹具115两侧的液氮槽113中倒入制冷剂液氮，观察第一夹具115的组织固定面111处肌腱刚好处于低温冷冻状态，此时肌腱的肌肉端与第一夹具115完全冷冻为一个整体，避免了固定处应力过度集中和组织形变，由于组织与第一夹具115接触面的摩擦力骤增，避免了万能试验机加载拉力时样本的滑脱。第一夹具115和第二夹具116的夹持通道117、中空槽118、液氮槽113以及夹持口还可以根据样本有针对性的制成不同的形状、体积和数量。

上述液氮制冷型夹具100，第一夹具115和第二夹具116的组织固定面111中央的圆柱状的夹持通道117为样本夹持口。当生物样本横断面积等于或大于夹持口面积时可以通过该口放置样本，可以维持样本的基本形状不变；当生物样本横断面积小于夹持口面积时，或生物样本横截面非圆形时，可以通过第一夹具115和第二夹具116的组织固定面111除样本夹持口外的夹持面固定，首先调整第一夹具115和第二夹具116两侧螺栓和螺母的松紧度，以在给予外力下样本不滑脱为宜，最大限度减少样本的形变，进一步通过冷冻固定法达到牢固固定的目的。第一夹具115和第二夹具116的组织固定面111还可以根据样本特点和需求有针对性的改变长度。本实用新型工作时，可根据被测试组织数量、横断面积及组织连带附属结构的具体情况，有针对性地设置组织固定的位置和螺栓松紧度。可以对样本进行逐个测试，也可以对样本进行组合测试；可以对同种类组织进行同时测试，也可以对不同类型组织进行同时测试；可以对肌腱-肌肉或肌腱-骨复合物进行测试，也可以对单一的肌腱或单一的韧带进行测试。

上述液氮制冷型夹具100，第一夹具115和第二夹具116可以单独使用。例如，对肌肉-跟腱-跟骨复合物进行力学测试时，由于跟骨自身力学强度特点，可单独使用第一夹具115对肌腱肌肉端进行固定，再将跟骨经树脂包埋后或直接固定于万能试验机台面固定装置。

此外，本实用新型实施例还提供了一种生物力学测定设备，其包括试验机架以及上述液氮制冷型夹具100，液氮制冷型夹具100与试验机架连接。其能够有效对生物组织进行夹持和固定，并测定其力学特性，测试结果准确。

综上所述，本实用新型提供的液氮制冷型夹具100具有以下有益效果：

1、本实施例提供的液氮制冷型夹具100采用液氮冷冻法固定受试样本两端，通过黄铜材质的夹具传递低温使夹具内的生物组织硬化，消除了传统单纯钳夹法由于固定处应力集中对组织造成形变和机械损伤的缺陷，有效地避免了样本滑脱及超前断裂的弊端。

2、本实用新型液氮制冷型夹具100适用于对生物组织的力学拉伸测试，尤其适用于自身具有粘弹性且最大载荷高的组织，包括单纯的肌腱、韧带，以及带有肌肉端或带有骨端的肌腱或韧带生物样本。

3、本实用新型液氮制冷型夹具100对组织牢固固定后可方便地根据受试组织的生物力学特性设定力学试验机测试参数，使测定各项生物力学的精准度得到保证。

4、本实用新型液氮制冷型夹具100结构简单、制作简便、操作方便，可自行拆卸组装，体积小。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液氮制冷型夹具，其特征在于，其包括夹具本体，所述夹具本体的一端为组织固定面，所述夹具本体包括能相互对合的第一半夹件和第二半夹件，所述第一半夹件和/或所述第二半夹件的外壁设置有中空无盖且用于容纳液氮的液氮槽，所述液氮槽的侧面与所述第一半夹件和/或所述第二半夹件的外壁贴合。

2.根据权利要求1所述的液氮制冷型夹具，其特征在于，所述液氮槽为中空三棱柱形，优选地，所述液氮槽为中空直角三棱柱形。

3.根据权利要求1所述的液氮制冷型夹具，其特征在于，所述第一半夹件的内壁开设有贯穿所述组织固定面的第一通道，所述第一通道远离所述组织固定面的一端沿着所述第一半夹件的内部延伸，所述第二半夹件的内壁开设有贯穿所述组织固定面的第二通道，所述第二通道远离所述组织固定面的一端沿着所述第二半夹件的内部延伸，所述第一通道和所述第二通道对合形成夹持通道。

4.根据权利要求3所述的液氮制冷型夹具，其特征在于，所述第一半夹件的内壁开设有第一凹槽，所述第一通道远离所述组织固定面的一端与所述第一凹槽连通，所述第二半夹件的内壁开设有第二凹槽，所述第二通道远离所述组织固定面的一端与所述第二凹槽连通，所述第一凹槽和所述第二凹槽对合形成中空槽。

5.根据权利要求4所述的液氮制冷型夹具，其特征在于，所述夹持通道和所述中空槽均为圆柱形空腔，所述夹持通道和所述中空槽的轴心线垂直。

6.根据权利要求4所述的液氮制冷型夹具，其特征在于，所述第一半夹件和/或所述第二半夹件的内壁和外壁之间设置有容水腔，所述容水腔开设有多个分流孔，多个所述分流孔连通所述容水腔和所述中空槽。

7.根据权利要求6所述的液氮制冷型夹具，其特征在于，所述容水腔包括第一分布腔、第二分布腔以及连接腔，所述第一分布腔位于所述第二分布腔的上方，所述连接腔的两端分别与所述第一分布腔和所述第二分布腔连通。

8.根据权利要求1所述的液氮制冷型夹具，其特征在于，所述夹具本体远离所述组织固定面的一端为安装固定面，所述安装固定面连接有安装板，所述安装板连接至所述第一半夹件或所述第二半夹件。

9.根据权利要求1所述的液氮制冷型夹具，其特征在于，所述夹具本体为两个，分别为第一夹具和第二夹具，所述第一夹具的液氮槽的开口端靠近所述第一夹具的固定安装面，所述第二夹具的液氮槽的开口端靠近所述第二夹具的组织固定面。

10.一种生物力学测定设备，其特征在于，其包括试验机架以及如权利要求1-9任一项所述的液氮制冷型夹具，所述液氮制冷型夹具与所述试验机架连接。