一種多細胞的力學加載裝置及模擬實驗平臺制造方法及圖紙

本實用新型專利技術提供一種多細胞的力學加載裝置及模擬實驗平臺，它包括上端設有支具的活塞和加載箱，所述的活塞的規格與加載箱內部規格一致，所述的加載箱底部設有傳感器，外部設有信號采集儀。本實用新型專利技術還提供一種多細胞的力學模擬實驗平臺，所述的實驗平臺包括如上所述的多細胞力學加載裝置、電腦系統和設有夾具的萬能材料試驗機，所述的多細胞力學加載裝置固定于夾具上，所述的電腦系統與萬能材料試驗機連接。本實用新型專利技術優點在于：利用活塞的上下運動壓縮空氣以對細胞加載壓力，能確保細胞受力均勻，提高測定結果的準確性；采用的是萬能材料試驗機控制活塞運動，可精確地模擬壓力加載過程，且反應靈敏，能模擬復雜的壓力變化過程；結構簡單，操作簡便。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及細胞生物力學
，具體地說，是一種多細胞的力學加載裝置。
技術介紹
細胞生物力學(mechanocytobiology)是當前生命科學發展的前沿,涉及細胞力學研究的多個方面，其中熱點之一就是細胞因機械力作用所引起的損傷，以及有關力學作用對細胞生長、重整、力學信號轉導和基因表達以至引起ATP合成等過程的影響。細胞生物力學的深入研究，不但對當前細胞與組織工程、分子生物力學和生物工程、各種軟硬組織的生物力學、生物力學模型和生物材料等的研究起了重要的促進作用，而且對于生命科學的進一步發展和突破，將發揮著難以估量的影響。 常規的宏觀力學加載方法和實驗技術無法直接使用在細胞上，所以尋找合適的細胞加載方法和細胞變形及相關的生物學測量手段將是細胞生物力學所面臨的首要問題。常用的細胞力學實驗技術分為單細胞實驗技術和多細胞實驗技術，總體可分為四類①采用顯微技術和微管吸吮方法直接對單個細胞進行加載，并通過實時記錄系統加以記錄，利用圖像處理儀和計算機進行位移測量及變形數值分析，其典型代表就是微管吸吮實驗技術；②采用其它介質，利用流變學原理間接地對細胞進行加載，如流動小室、懸浮技術、微孔濾篩方法等，主要是通過流體流動產生的剪切力或者壓力對細胞加載；③利用對細胞粘附的基底材料進行加載，通過對基底材料加載后使基底材料的應變傳遞到細胞上，如四點彎曲梁的單向應變加載和膜材料的雙向應變加載方法、氣體加壓加載技術以及三維加載技術等；④利用直接對細胞表面受體施加磁場扭曲力的方法，測量細胞骨架剛度的變化。上述常用的四類實驗技術各自適用于所要研究的細胞類型且各有其優缺點，如不能反映細胞的生理狀態、結構復雜、價格昂貴等。如中國期刊《中國組織工程研究與臨床康復》，第13卷，第22期，刊出的文章“體外細胞壓應力加載裝置的研制與應用”，公開了一種體外細胞壓應力加載裝置，該裝置的工作原理是將維持細胞體外生存和生長的培養品及其培養的細胞放入細胞培養腔中，高壓儲氣室(鋼瓶)內的高壓氣體經兩級減壓裝置減壓到一定壓力后以穩定的壓力進入細胞培養腔內，當細胞培養腔內的壓力達到預定值時，關閉進氣電磁閥，細胞培養腔內形成穩定的密閉環境。壓應力加載部分原理為利用支線步進電機驅動汽缸加壓，使細胞培養腔內形成一定頻率、大小的周期性氣壓變化，從而使細胞培養腔里的細胞受到相應的壓應力作用。實驗完畢，打開排氣電磁閥，氣體經其排出。該裝置可對加載壓應力的大小、作用頻率及作用持續時間等進行定量控制，但是該裝置存在以下缺陷(1)細胞培養腔與氣缸通過通氣管連接，氣體最終是通過通氣管進入細胞培養腔后擴散，而該氣體的擴散運動既有正前方的推進擴散，也有向四周的彌散，這就導致細胞培養腔內的細胞受力并不是均勻的，模擬實驗結果存在誤差；(2)需要多級減壓裝置、電磁閥等來控制氣體頻率和氣壓大小，部件運轉反應時間長，靈敏度差，對于較為復雜的力學加載過程難以模擬，例如專利技術人丁季峰老中醫的“ 袞法”操作動力學曲線顯示4袞法垂直波振幅高，上升支陡峭，上升角大，波峰尖銳，下降支的回擺波振幅可高達主波(前擺波)的1/3 1/2，波峰尖銳，由于力學加載過程復雜且相鄰過程之間的壓力大小差距大，因而使用上述裝置將難以精確模擬。綜上所述，亟需一種能夠精確模擬復雜的力學加載過程，壓力加載均勻的裝置，但是目前關于這類裝置還未見報道。生物材料試驗系統(MTS)，又稱萬能材料試驗機、多軸生物力學試驗及運動模擬系統，采用電子技術與機械傳動相結合方式，對載荷、變形、位移的測量和控制有較高的精度和靈敏度，可進行等速加載、等速變形、等速位移的自動控制試驗，并有低周載荷循環、變形循環、位移循環的功能，被廣泛應用于人體組織的生物力學實驗。它還可以根據要求輸出可變壓力，模擬推拿手法等復雜壓力變化過程的動力學曲線，這為研制上述可精確模擬復雜的力學加載過程和壓力加載均勻的裝置提供了可能，從而為構建基于細胞生物力學的手法模擬實驗平臺提供了可能。
技術實現思路
本技術的目的是針對現有技術中的不足，提供一種可精確模擬復雜的力學加載過程、壓力加載均勻、結構簡單、操作簡便的多細胞力學加載裝置。本技術的另一的目的是，提供一種多細胞的力學模擬實驗平臺。為實現上述目的，本技術采取的技術方案是一種多細胞的力學加載裝置，所述的加載裝置包括上端設有支具的活塞和加載箱，所述的活塞的規格與加載箱內部規格一致，所述的加載箱底部設有傳感器，外部設有信號采集儀。所述的活塞和加載箱均是圓柱形。所述的加載箱是由有機玻璃制成。所述的傳感器是無線傳感器。所述的傳感器是有線傳感器，所述的傳感器通過導線與信號采集儀連接。為實現上述第二個目的，本技術采取的技術方案是一種多細胞的力學模擬實驗平臺，所述的實驗平臺包括如上任一所述的多細胞力學加載裝置、電腦系統和設有夾具的萬能材料試驗機，所述的多細胞力學加載裝置固定于夾具上，所述的電腦系統與萬能材料試驗機連接。本技術優點在于I、本技術的多細胞力學加載裝置利用活塞的上下運動壓縮空氣以對細胞加載壓力，能確保細胞受力均勻，提高測定結果的準確度；2、本技術的多細胞的力學模擬實驗平臺采用的是萬能材料試驗機控制活塞運動，可精確地模擬壓力加載過程，且反應靈敏，能模擬復雜的壓力變化過程；3、本技術的多細胞的力學加載裝置結構簡單，可控性好，操作簡便。附圖說明附圖I是本技術的一種多細胞的力學加載裝置結構示意圖。附圖2是本技術的一種多細胞的力學模擬實驗平臺結構示意圖。附圖3是丁季峰中型 袞法動態曲線圖。附圖4是模擬子袞法曲線。附圖5是模擬 袞法曲線運行軌跡。附圖6是正弦曲線運行軌跡。具體實施方式以下結合附圖對本技術提供的具體實施方式作詳細說明。附圖中涉及的附圖標記和組成部分如下所示I.加載箱2.活塞3.支具4.傳感器·5.信號采集儀10.多細胞力學加載裝置20.萬能材料試驗機30.電腦系統6.夾具61.第一夾具62.第二夾具實施例I本技術的一種多細胞力學加載裝置請參照圖1，圖I是本技術的一種多細胞的力學加載裝置結構示意圖。所述的多細胞的力學加載裝置設有一個加載箱1，所述的加載箱I由有機玻璃制成，呈圓柱形，夕卜部直徑13cm，內部直徑10cm，高13cm，上端的一面是開口的。所述的多細胞力學加載裝置還設有一個活塞2，所述的活塞2為圓柱形，直徑與加載箱I的內徑相同，厚度3cm。所述的活塞2的上端的中央設有支具3，所述的支具3也是一個圓柱體，由不銹鋼材料制成。所述的加載箱I的底部設有通孔(圖中未示出)，所述的通孔中緊密地嵌合著傳感器4，所述的傳感器4是無線傳感器，頂面與加載箱I的底面是在一個水平面上的。所述的加載箱I的外部還設有信號采集儀5。所述的信號采集儀5與傳感器4通過無線信號連接。實施例2本技術的一種多細胞的力學模擬實驗平臺請參照圖2，圖2是本技術的一種多細胞的力學模擬實驗平臺結構示意圖。所述的多細胞的力學模擬實驗平臺設有如實施例I所述的多細胞力學加載裝置10、萬能材料試驗機20和電腦系統30。所述的萬能材料試驗機20為美國MTS公司生產，型號為MTS858，設有夾具6，所述的夾具6包括第一夾具61和第二夾具62。所述的多細胞力學加載裝置10被固定于第一夾具61和第二夾具62之間，即本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多細胞的力學加載裝置，其特征在于，所述的加載裝置包括上端設有支具的活塞和加載箱，所述的活塞的規格與加載箱內部規格一致，所述的加載箱底部設有傳感器，外部設有信號采集儀。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張宏，嚴雋陶，林清，張國輝，馬恵升，趙謙，朱清廣，齊瑞，王勇麗，屈慶，
申請(專利權)人：上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院，
類型：實用新型
國別省市：