CN209707438U - 医用镁合金植入器件体外双动态降解性能监测装置 - Google Patents
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Abstract
医用镁合金植入器件体外双动态降解性能监测装置，该装置通过电机、减速机、转动圆盘、曲柄连杆机构、主动磁组件、从动磁组件和计算机联合作用实现医用镁合金植入器件体外模拟人体组织器官运动的可控环境，由循环泵、流量计、试样槽、恒温槽、储液槽、管道及计算机共同作用完成医用镁合金植入器件体外恒温动态模拟环境；利用温度计和pH计人为监测其体外双动态腐蚀降解过程中的温度和pH的变化；采用析氢法计算直观表征其双动态降解速率，利用电化学工作站及计算机的联合作用对其降解性能及降解速率进行监测分析，为医用镁合金植入器件的体外双动态降解性能分析提供了一种稳定可靠的监测装置，极大地提高了镁合金医用产业化的可能性。
Description
技术领域
本实用新型涉及模拟人体真实环境下的医用器件降解性能分析的监测装置，确切地说是医用镁合金植入器件体外双动态降解性能监测的装置。
背景技术
随着社会人口老龄化现象的日趋严重加上各种疾病、意外事故的人类造成的各种伤害导致了人们大大提高了对医疗质量的要求，由此催生了医用植入器件的开发与应用，使得研究人员加大了对医用植入器件的研究，医用镁及镁合金材料器件应运而生。镁及镁合金具有较好的力学相容性、生物相容性以及在人体体液中可降解行等优点，使得其在医用可降解器件领域的应用受到广泛关注，其作为新型可降解医用植入器件一直都是学者们所研究的热点。然而由于镁元素是一种十分活泼的元素，镁及镁合金在水溶液或生理环境中极易发生不合适的腐蚀降解，这就导致了医用镁合金植入器件大都在组织痊愈前就发生了腐蚀降解，无法满足其作为人体植入器件在服役期内必要的力学与形态学要求，从而制约着医用镁合金植入器件的临床应用及广泛使用。
相比于医用镁合金植入器件体内试验的方法其体外试验有着低成本、高时效、可控性强及分析手段多样化等诸多优点，还可避免某些伦理道德问题的发生，故广大国内外学者一般都采用体外试验来对医用镁合金植入器件的腐蚀降解性能进行研究。然而，目前体外试验研究多聚焦于体外静态浸泡实验，也有部分体外动态试验。这些体外动态试验往往仅仅是提供了模拟体液的循环流动，而并没有完全的模拟人体真实环境条件，难以较准确的测出其降解速率，无法实时监测整个体外降解过程。而体外静态浸泡实验是将医用镁合金植入器件放在模拟体液中静态浸泡，依此来研究镁合金植入器件的体外降解性能，进一步推测其在人体内部降解性能；往往这样的体外静态浸泡实验更加无法完全模拟人体内真实的特殊环境，忽略了人体内恒温环境及体液流动、人体组织器官自身运动的双动态恒温环境对医用镁合金植入器件的腐蚀降解影响，同时无法监测体外动态腐蚀降解过程中模拟体液温度、pH值及其电化学特性的变化，一般的体外静态浸泡实验采用烘干试样并称重的繁琐手段来对其静态降解速率进行粗略的计算，无法较准确的推测出其体外降解速率；静态浸泡试验过程简单直接，但误差较大无法提供模拟体液不同流速、恒温环境以及人体组织器官真实运动的体外模拟环境，也无法实时监测分析其体外降解性能，难以较准确的估计其降解速率，耗费了大量的人力、物力及财力。
发明内容
本实用新型克服现有技术的上述缺点，提供医用镁合金植入器件体外双动态降解性能监测装置。
本实用新型的医用镁合金植入器件体外双动态降解性能监测的装置，包括底座1，其特征在于：底座1上安装有计算机2、减速机5、电机6、试样槽19、恒温槽29、循环泵30、流量计32、电化学工作站36；电机6通过减速机5带动转动圆盘8转动，转动圆盘8连接由第一连杆10、第二连杆12、第三连杆16组成的曲柄连杆机构，第一连杆10一端通过第一销钉9与转动圆盘8铰接，另一端通过第四销钉15与第三连杆16的一端铰接，中部通过第二销钉11与第二连杆12的一端铰接，第二连杆12的另一端通过第三销钉14与固定在底座1上的第二连杆支撑架13铰接，第三连杆16呈直角曲尺状，第三连杆16的另一端通过螺栓17固定连接主动磁组件18的上端，主动磁组件18与从动磁组件21透过试样槽19互相磁场耦合，从动磁组件21上部放置待测器件20；试样槽19、储液槽28、恒温槽29、循环泵30、流量计32通过管道25互相连通，形成恒温的循环流道；
试样槽19上装有pH计22、温度计23，恒温槽29内有储液槽28，储液槽28内有量筒27，量筒27上装有氢气传感器26；
电机6、循环泵30的控制信号输入端通过控制线连接计算机2；电化学工作站36通过测试线35与试样槽19内部的电极34和待测器件20连接，电化学工作站36通过数据线37与计算机2连接。
进一步的优选技术方案如下：
所述的底座是一种矩形支撑平板，其与地面固定，上面存放本装置的所有部件。
所述的电机是一种可控转速的小型变频调速电机，可与计算机连接。
所述的减速机是一种小型行星减速机，可直接与变频调速电机连接。
所述的联轴器是一种连接减速机输出轴与传动输入轴的普通联轴器。
所述的转动圆盘形状是圆盘状的，其上存在可与减速机输出连接的转动轴。
所述的连杆结构由三根连杆及转动圆盘上的虚拟曲柄组成，可与转动圆盘及主动磁组件连接。
所述的主动磁组件与从动磁组件是一对可互相磁场耦合的磁组件，主动磁组件可与曲柄连杆机构连接，从动磁组件置于试样槽内，其上可放置待测器件。
所述的计算机是普通的PC机或者笔记本电脑，可外接控制线和数据线，存在降解性能分析及速率处理软件或程序。
所述的循环泵是一种传输混合液体的可调速循环泵，具有较好的耐腐蚀性能，可连接计算机。
所述的流量计一种数字显示型流量计。
所述的试样槽是一种具有保温性能的密封矩形槽，其上部可放置pH计及温度计，左右两边存在便于管道连接的通孔，内部可存放从动磁组件、待测器件及电极。
所述的待测器件是一种体外待测试的医用镁合金植入器件。
所述的pH计是一种接触式数字型pH计，有直观的量程读数。
所述的温度计是一种接触式数字型温度计，有直观的量程读数。
所述的恒温槽是一种普通的恒温水浴槽，内部可放置储液槽，左右两边存在便于管道连接的通孔。
所述的量筒是一种具有直观量程读数的量筒，上部可放置氢气传感器，底部是倒扣漏斗状的结构。
所述的储液槽是一种传热性能较好的矩形槽，具有较好的力学性能及保温性能，内部可放置量筒，与量筒形成密封空间，左右两边存在便于管道连接的通孔。
所述的管道是一种保温性能极好的软管，其内部是圆环状的孔。
所述的氢气传感器是一种接触式的数字型氢气传感器，有直观的量程读数。
所述的电化学工作站是一种可监测的三电极电化学工作站，可连接计算机。
所述的电极是一种电化学工作站专用的测试电极。
所述的控制线是一种可执行调控操作的网线，可连接计算机。
所述的数据线是一种数据传输的网线，可连接计算机。
所述的测试线是一种电化学工作站专用的测试线，可连接电极、待测器件及电化学工作站。
本实用新型通过电机、减速机、转动圆盘、曲柄连杆机构、主动磁组件、从动磁组件和计算机联合作用实现医用镁合金植入器件体外模拟人体组织器官运动的可控环境，由循环泵、试样槽、恒温槽、储液槽、管道及计算机共同作用完成医用镁合金植入器件体外恒温动态流动模拟环境，流量计显示实时流速；上述的双动态环境解决了一般体外静态浸泡实验无模拟体液动态循环及模拟人体组织器官实际运动的问题，提供了模拟人体组织器官实际运动以及模拟体液流速可调控的恒温实验环境；利用温度计和pH计人为监测医用镁合金植入器件体外双动态腐蚀降解过程中的温度和pH的变化，利用氢气传感器人为监测医用镁合金植入器件体外双动态腐蚀降解过程中氢气量的变化，进而利用V＝V1/(S*t)算式(其中V为器件降解速率，V1为器件腐蚀降解时释放的氢气量，S为试样的表面积，t为腐蚀降解时间)手算直观表征其双动态降解速率；设计了电化学工作站与计算机联合工作的方式，实现医用镁合金植入器件体外双动态腐蚀降解过程中的各种电化学数据的实时监测收集，利用计算机上的处理软件(Zview2软件、CVIEW2软件、ZSimpWin软件及Croshow软件等)对所收集电化学数据信息进行分析处理，再通过计算机软件的电化学阻抗谱分析以及动极化曲线分析完成对其双动态腐蚀降解性能的分析计算，进而通过计算机软件较准确的推测其双动态降解速率的值及变化。
本实用新型通过计算机对电机的调控操作实现对电机转速的实时稳定控制，再通过电机、减速机、联轴器、转动圆盘、曲柄连杆机构、主动磁组件和从动磁组件之间的配合连接，实现电机动力的转换及传输，将动力由电机实时稳定传输到连杆结构，再由连杆结构传输给主动磁组件，主动磁组件和从动磁组件之间透过试样槽实现互相磁场耦合作用，进而由主动磁组件带动从动磁组件运动，完成从动磁组件上的待测器件的模拟人体组织器官的运动，实现计算机对待测器件模拟人体组织器官的运动可控性；利用循环泵、流量计、试样槽、储液槽、管道之间的共同作用完成了模拟体液的实际流动，利用恒温槽实现了恒温环境，再通过计算机对循环泵实时调控完成模拟体液的流速可控；上述零部件共同作用提供了组织器官运动及模拟体液流动的双动态环境。
其次利用温度计、pH计人为监测双动态降解过程中模拟体液的温度及pH变化，通过温度计和pH计上的量程刻度及数字显示来具体数字化的人为监测其温度、pH值的变化；再通过氢气传感器的数字显示来人为监测待测器件在双动态降解过程中产生的氢气量，利用V＝V1/(S*t)算式计算其降解速率，对其降解速率进行直观粗略的表征；再通过电化学工作站与计算机的联合工作，通过测试线连接电极及待测器件，监测试样槽内的待测器件的电化学信息及数据，再通过数据线将电化学工作站与计算机连接，利用计算机上的多种处理软件对试样槽内待测器件双动态腐蚀降解过程中接收的电化学信息进行电化学阻抗谱分析及动极化曲线分析等，完成对其双动态降解性能的分析及降解速率的估计计算，实现了计算机实时监测其降解性能的功能。
通过上述部件的共同作用提供了双动态降解环境，完成了对双动态降解过程温度、pH的人为监测，实现了采用析氢法计算直观表征其双动态降解速率，完成了电化学工作站双动态降解性能监测及计算机软件分析较准确的推算出其降解速率，实现了医用镁合金植入器件体外双动态降解性能分析监测的功能，为医用镁合金植入器件的体外双动态降解性能分析及其降解速率的研究提供了一种稳定可靠的监测装置，极大地提高了镁合金医用产业化的可能性。
本实用新型的优点是：
(1)通过计算机与电机、减速机、转动圆盘、曲柄连杆机构、主动磁组件、从动磁组件及待测器件之间的连接配合，提供了医用镁合金体外动态降解试验中模拟人体组织器官运动的真实环境，减少了组织器官真实运动环境对试验的误差干扰，大大的提高了本装置的精确度。
(2)选用了主动磁组件和从动磁组件透过试样槽互相磁场耦合的磁力传动新方法来实现对待测器件模拟人体组织器官运动的功能，去除了传动结构进入试样槽内的影响，也消除了传动结构与待测器件直接接触的误差，增加了装置的创新性，大大提高了装置的精度。
(3)通过循环泵、流量计、试样槽、恒温槽、储液槽、管道及计算机共同作用实现了体外模拟体液的循环流动及流速可控，解决了一般体外静态浸泡实验忽略真实情况下体液流动对镁合金腐蚀降解性能及速率影响的问题，增加了不同流速下体外动态腐蚀降解过程实验的流速可控需求。
(4)通过使用恒温槽，实现了体外动态模拟体液的恒温环境的条件，减小了一般体外静态浸泡实验忽略人体恒温环境对镁合金腐蚀降解性能而带来的误差，增加了装置的测量精度。
(5)通过使用pH计、温度计，实现了待测器件腐蚀降解过程的pH和温度的人为监控，提高了装置的稳定性及可控性。
(6)通过量筒及氢气传感器的使用，增加了腐蚀降解过程中产生氢气的收集及测量，并通过析氢法算式计算出其降解速率，直观粗略地推测出其降解速率与电化学工作站较准确的推测的降解速率形成对比，提高了装置的精度与对比性。
(7)通过计算机与电化学工作站的连接，实现了电化学工作站对待测器件双动态腐蚀降解过程中的电化学信息及数据实时测量与接收，提高了腐蚀降解性能监测分析的精确性，还可节省大量人力及时间。
(8)利用计算机上的数据处理软件及程序对腐蚀降解数据进行分析，利用电化学阻抗谱分析软件以及动极化曲线分析软件等来间接对其动态降解性能分析及其降解速率计算推测，提高了本装置性能分析的完备性，提高了装置的精确性。
(9)整个装置与计算机紧密结合，有一定的自动化程度，增加了磁力传动结构，降低了以往该类装置的笨重性，为当下此类装置的设计提供了一种全新的思路，增加了装置的灵活性及适用性，节约了大量的人力物力，为该装置的广泛普及提供了极大的可能性。
附图说明
图1是本实用新型装置的平面示意图。
图2是本实用新型装置的俯视图。
图3是本实用新型装置的轴测示意图。
图4是本实用新型装置的另一角度轴测示意图。
图5是本实用新型装置的另一角度轴测示意图。
图5a是图5的A部放大图。
图6是本实用新型装置的接线示意图。
图7是本实用新型装置的模拟体液流道示意图。
附图标记说明：
1-底座；2-计算机；3-第一控制线；4-电机支撑座；5-减速机；6-电机；7-联轴器；8-转动圆盘；9-第一销钉；10-第一连杆；11-第二销钉；12-第二连杆；13-第二连杆支撑架；14-第三销钉；15-第四销钉；16-第三连杆；17-螺栓；18-主动磁组件；19-试样槽；20-待测器件；21-从动磁组件；22-pH计；23-温度计；24-试样槽支撑座；25-管道；26-氢气传感器；27-量筒；28-储液槽；29-恒温槽；30-循环泵；31-循环泵支撑架；32-流量计；33-第二控制线；34-电极；35-测试线；36-电化学工作站；37-数据线。
具体实施方式
下面结合附图，进一步说明本实用新型的技术方案。
参见图1、图3、图4、图5，本实用新型装置由底座1、计算机2、第一控制线3、电机支撑座4、减速机5、电机6、联轴器7、转动圆盘8、第一销钉9、第一连杆10、第二销钉11、第二连杆12、第二连杆支撑架13、第三销钉14、第四销钉15、第三连杆16、螺栓17、主动磁组件18、试样槽19、待测器件20、从动磁组件21、pH计22、温度计23、试样槽支撑座24、管道25、氢气传感器26、量筒27、储液槽28、恒温槽29、循环泵30、循环泵支撑架31、流量计32、第二控制线33、电极34、测试线35、电化学工作站36、数据线37组成。
本实用新型的医用镁合金植入器件体外双动态降解性能监测的装置，包括底座1，
其特征在于：底座1上安装有计算机2、减速机5、电机6、试样槽19、恒温槽29、循环泵30、流量计32、电化学工作站36；电机6通过减速机5带动转动圆盘8转动，转动圆盘8连接由第一连杆10、第二连杆12、第三连杆16组成的曲柄连杆机构，第一连杆10一端通过第一销钉9与转动圆盘8铰接，另一端通过第四销钉15与第三连杆16的一端铰接，中部通过第二销钉11与第二连杆12的一端铰接，第二连杆12的另一端通过第三销钉14与固定在底座1上的第二连杆支撑架13铰接，第三连杆16呈直角曲尺状，第三连杆16的另一端通过螺栓17固定连接主动磁组件18的上端，主动磁组件18与从动磁组件21透过试样槽19互相磁场耦合，从动磁组件21上部放置待测器件20；试样槽19、储液槽28、恒温槽29、循环泵30、流量计32通过管道25互相连通，形成恒温的循环流道；
试样槽19上装有pH计22、温度计23，恒温槽29内有储液槽28，储液槽28内有量筒27，量筒27上装有氢气传感器26；
电机6、循环泵30的控制信号输入端通过控制线连接计算机2；
电化学工作站36通过测试线35与试样槽19内部的电极34和待测器件20连接，电化学工作站36通过数据线37与计算机2连接。
底座1固定于地面上，是一种矩形框状结构，其上面存放本实用新型装置的所有零部件。
计算机2固定在底座1上，其右部通过第一控制线3与电机6相连，实现计算机2对电机6的转速控制；其下部通过第二控制线33与循环泵30相连，实现计算机2对循环泵30的调控；其下部还通过数据线37与电化学工作站36相连，实现计算机2与电化学工作站36的数据传输。
电机支撑座4固定在底座1上面，其上面固定着电机6。
减速机5通过电机6的输出轴与其内部的轴固定，输出电机6的减速后的转速，实现减速作用；其右部的输出轴通过联轴器7与转动圆盘8固定，带动转动圆盘8转动，实现减速后的动力输出。
电机6固定在电机支撑座4上，与减速机5相连，通过第一控制线3与计算机2相连。
联轴器7将减速机5的动力输出轴与转动圆盘8固定连接在一起。
转动圆盘8通过联轴器7与减速机5的输出轴固定连接，右部通过第一销钉9与第一连杆10铰接，完成动力传输给第一连杆10。
第一连杆10通过第一销钉9与转动圆盘8铰接，其中部通过第二销钉11与第二连杆12铰接，其上部通过第四销钉15与第三连杆16铰接。
第二连杆12通过第二销钉11与第一连杆10铰接，其下部通过第三销钉14与第二连杆支撑架13铰接。
第二连杆支撑架13固定在底座1上，通过第三销钉14与第二连杆12铰接。
第三连杆16上部通过第四销钉15与第一连杆10铰接，下部通过螺栓17与主动磁组件18固定连接。
主动磁组件18通过螺栓17与第三连杆16固定连接，其内部存在平行空间与试样槽19实现平行运动，其通过磁场耦合作用透过试样槽19与从动磁组件21完成相互耦合，实现对从动磁组件21的运动控制。
试样槽19固定在试样槽支撑座24上，其左右两边存在便于管道25通过的通孔，内部存在待测器件20和从动磁组件21，上部存在pH计22和温度计23。
待测器件20是医用镁合金植入体外待测器件，存在于试样槽19内部，固定在从动磁组件21上面，通过测试线35与电化学工作站36相连。
从动磁组件21存在于试样槽19内部，其上部固定着待测器件20，通过磁场耦合作用透过试样槽19与主动磁组件18完成相互磁场耦合。
pH计22固定在试样槽19上面。
温度计23固定在试样槽19上面。
试样槽支撑座24固定在底座1上面，上部支撑着试样槽19。
管道25是模拟体液的传输管道，穿过试样槽19、恒温槽29和储液槽28上面的通孔与循环泵30、流量计32连通。
氢气传感器26固定在量筒27上。
量筒27固定在储液槽28内部，上部固定着氢气传感器26。
储液槽28固定在恒温槽29内部，内部固定着量筒27，左右两边存在便于管道25通过的通孔。
恒温槽29固定在底座1上面，内部固定着储液槽28，左右两边存在便于管道25通过的通孔。
循环泵30固定在循环泵支撑架31上面，其左部和下部存在与管道25相连通的孔，还通过第二控制线33与计算机2相连。
循环泵支撑架31固定在底座1上面，上部固定着循环泵30。
流量计32固定在底座1上面，左右两边存在与管道25相连通的孔。
第二控制线33将计算机2与循环泵30相连。
电极34存在于试样槽19内部，通过测试线35与电化学工作站36相连。
测试线35将电极34、待测器件20和电化学工作站36相连接。
电化学工作站36固定在底座1上面，通过数据线37与计算机2相连，通过测试线35与电极34、待测器件20相连。
数据线37将计算机2和电化学工作站36相连。
参见图3，是本实用新型装置的俯视图。
参见图5a，是图5的A部放大图。
参见图6，是本实用新型装置的接线示意图。
参见图7，是本实用新型装置的模拟体液流道示意图。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (1)
1.医用镁合金植入器件体外双动态降解性能监测的装置，包括底座(1)，其特征在于：底座(1)上安装有计算机(2)、减速机(5)、电机(6)、试样槽(19)、恒温槽(29)、循环泵(30)、流量计(32)、电化学工作站(36)；电机(6)通过减速机(5)带动转动圆盘(8)转动，转动圆盘(8)连接由第一连杆(10)、第二连杆(12)、第三连杆(16)组成的曲柄连杆机构，第一连杆(10)一端通过第一销钉(9)与转动圆盘(8)铰接，另一端通过第四销钉(15)与第三连杆(16)的一端铰接，第一连杆(10)中部通过第二销钉(11)与第二连杆(12)的一端铰接，第二连杆(12)的另一端通过第三销钉(14)与固定在底座(1)上的第二连杆支撑架(13)铰接，第三连杆(16)呈直角曲尺状，第三连杆(16)的另一端通过螺栓(17)固定连接主动磁组件(18)的上端，主动磁组件(18)与从动磁组件(21)透过试样槽(19)互相磁场耦合，从动磁组件(21)上部放置待测器件(20)；试样槽(19)、储液槽(28)、恒温槽(29)、循环泵(30)、流量计(32)通过管道(25)互相连通，形成恒温的循环流道；
试样槽(19)上装有pH计(22)、温度计(23)，恒温槽(29)内有储液槽(28)，储液槽(28)内有量筒(27)，量筒(27)上装有氢气传感器(26)；
电机(6)、循环泵(30)的控制信号输入端通过控制线连接计算机(2)；电化学工作站(36)通过测试线(35)与试样槽(19)内部的电极(34)和待测器件(20)连接，电化学工作站(36)通过数据线(37)与计算机(2)连接。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
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