一种体外动态培养系统技术方案

本发明专利技术公开了一种体外动态培养系统，该系统由若干相同结构的工作位组成，每个工作位包含一个加载上试样和一个组合样品槽，组合样品槽外部由硬质材料制成，而内部由多孔软质材料制成，若干工作位共用一个水平方向的往复运动单元和一个竖直方向的应变加载单元，两个单元通过协同工作来给样品施加动态压缩应变、滑动摩擦等不同形式的力学刺激。本发明专利技术提供的一种体外动态培养系统，结构简单、操作方便，尺寸小，可以在无菌操作台中使用，组合样品槽中的多孔软质腔体能够为组织样品提供仿生的柔性夹持环境和弥散给养的营养供应条件，为关节软骨等活性组织的体外动态培养和功能评价提供了有效途径。

In vitro dynamic culture system

The invention discloses a dynamic in vitro culture system, the system consists of several identical structure work, each work contains a load on the specimen and a composite sample groove, groove external composite sample is made of hard materials, and the internal porous soft material, strain loading unit of reciprocating unit a share of a horizontal and a vertical direction, two units by mechanical working together to be applied to the sample, the dynamic compression strain, sliding friction and other forms of stimulus. The invention provides a dynamic in vitro culture system, simple structure, convenient operation, small size, can be used in aseptic operation in Taichung, porous soft cavity combination in sample cell can provide flexible clamp for bionic tissue samples to the environment and supplies a diffuse nutrient supply, which provides an effective way for in vitro culture and the function of articular cartilage tissue activity evaluation.

【技术实现步骤摘要】
一种体外动态培养系统
：本专利技术属于软骨等活性组织修复
，具体涉及一种体外动态培养系统，应用于软骨等活性组织的长期体外动态培养及力学刺激对其影响的研究。
技术介绍
：关节软骨没有血管、淋巴管和神经，仅仅依靠弥散获取营养，其营养依赖于滑膜的周围血管丛、关节滑液及邻近骨髓腔的血管。从关节滑液中，关节软骨既可获得营养物质，也可以排除代谢废物。关节运动对于维持关节软骨的正常结构起着重要的作用，适当的运动可以使关节软骨不断地受到压力刺激，同时关节滑液的运动能为关节软骨提供更好的营养供应和排出废物，从而促进关节软骨的新陈代谢。同样，对于组织工程软骨来说，适当的力学刺激和运动一方面可以直接刺激并影响种子细胞的生长和增殖，另一方面通过促进培养液在三维细胞支架中的循环，间接促进软骨种子细胞的增殖和胞外基质的分泌，从而促进组织工程软骨的生长。现存的应用于组织工程软骨体外动态培养的装置中，只能从单一方向施加应变载荷，无法有效模拟自然关节软骨组织在体内的运动和受力状态，无法研究应变和剪切复合作用对组织工程软骨生长的影响。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种体外动态培养系统，其结构简单、操作方便，能够提供一种体外仿生环境对软骨等活性组织进行动态培养，并且通过施加一定频率的应变、摩擦等力学刺激因素，来评价相关因素对组织生长或破坏的影响。同时设计多孔软质腔体夹具来夹持样品，可以保证培养液透过夹具与样品的各部位接触，为组织提供接近体内的仿生的力学环境和营养供给。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种体外动态培养系统，包括机座、机架、水平运动单元、竖直加载单元、样品夹具、加载上试样和夹具；其中，水平运动单元和机架固定连接在机座上，竖直加载单元固定连接在机架上，样品夹具固定连接在水平运动单元的工作台上，加载上试样和夹具固定连接在竖直加载单元的工作台上。本专利技术进一步的改进在于，样品夹具包括移动拖板，移动拖板上设置有若干个相同结构的工作位，每个工作位上自下而上依次设置有转动盘、U型槽和组合样品槽，组合样品槽一侧还设置有样品槽垫板。本专利技术进一步的改进在于，每个工作位上的转动盘与移动拖板之间通过深沟球轴承活动连接，每个工位上还设置有安装在移动拖板上的限位销钉，限位销订位于转动盘的两侧，用于限定转动盘在水平面内的转动角度在±10°范围内。本专利技术进一步的改进在于，加载上试样和夹具包括上试样夹具以及设置在上试样夹具的若干个加载上试样，若干个加载上试样与移动拖板上的若干个工作位相对应，上试样夹具固定连接在竖直加载单元的工作台上。本专利技术进一步的改进在于，所述的组合样品槽外部是由金属或者高分子聚合物材料制成，而内部与样品接触起夹持作用的部分由多孔软质材料经过翻模工艺制成。本专利技术进一步的改进在于，组合样品槽包括配合使用的软质腔体成形凹模和软质腔体成形凸模。本专利技术进一步的改进在于，在软质腔体成形凹模与加载上试样的水平相对运动方向相平行的两侧壁内表面加工有多齿结构，在软质腔体成形凹模(22)与加载上试样的水平相对运动方向相垂直的方向上加工有凹槽。本专利技术进一步的改进在于，凹槽的宽度为4mm，深度为1mm。本专利技术进一步的改进在于，在软质腔体成形凸模分型面的两侧边缘加工有两个溢料口。本专利技术进一步的改进在于，水平运动单元和竖直加载单元均采用200W伺服电机驱动，且竖直加载单元的伺服电机顶端加装有失电制动模块，断电情况下能够使竖直加载单元的工作台停在原位，防止加载上试样和夹具由于重力作用而撞上样品夹具；竖直加载单元上加装有光栅尺，其中标尺光栅固定安装在竖直加载单元的底座侧壁上，光栅读数头固定安装在竖直加载单元的工作台侧壁上，光栅尺能够将竖直加载单元工作台的运动信息反馈给控制器，以提高竖直加载单元的运动控制精度。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术所述的一种体外动态培养系统，结构简单、操作方便，尺寸小，可以在无菌操作台中使用，从而保证测试组织的无菌性。2、本专利技术所述的一种体外动态培养系统，通过运动单元和加载单元在水平和竖直方向上的单独工作或协同工作，可以为测试样品提供轴向载荷、剪切等复合力学刺激，可以研究各种复合状态下的载荷对样品力学及生物学等性能的影响，同时4个串联工作位可以一次测试多个样品，效率高，且利于保证各个工位内样品的加载和运动的一致性。3、本专利技术所述的组合样品槽夹具，通过内部的多孔软质腔体来夹持样品，方便样品的装入和取出，同时为样品提供一个仿生的柔性安装环境和弥散给养的营养供应条件，在动态培养的过程中，通过渗透作用向样品的各个部位输送营养，保证组织样品获得良好的营养供应，而且几乎不会产生磨屑或者磨粒从而影响样品的生长状态。4、本专利技术所述的组合样品槽夹具在水平面内具有±10°的转动自由度，能够使样品在动态培养过程中根据受力情况进行类似于自然关节内外旋的自适应调整。附图说明：图1为本专利技术的一种体外动态培养系统的总体爆炸结构示意图；图2为样品夹具部分示意图；图3为移动拖板的结构示意图；图4为转动盘的结构示意图；图5为U形槽的结构示意图；图6为组合样品槽的制备过程示意图；图7为组合样品槽硬质外壳即软质腔体成形凹模的结构示意图；图8为组合样品槽软质腔体成形凸模的结构示意图；图9为加载上试样和夹具部分的结构示意图；图10为上试样夹具的结构示意图；图11为加载上试样的结构示意图；图12为本专利技术的一种体外动态培养系统总体结构示意图。图中，1-机座；2-水平运动单元；3-移动拖板；4-第一连接螺钉；5-深沟球轴承；6-限位销钉；7-转动盘；8-第二连接螺钉；9-U型槽；10-紧定螺钉；11-第三连接螺钉；12-组合样品槽；13-样品槽垫板；14-上试样夹具；15-加载上试样；16-第四连接螺钉；17-第五连接螺钉；18-机架；19-竖直加载单元；20-样品夹具；21-加载上试样和夹具；22-软质腔体成形凹模；23-多孔软质腔体材料；24-软质腔体成形凸模；1901-失电制动模块；1902-光栅尺；2201-多齿结构；2202-凹槽；2401-溢料口。具体实施方式：下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的实施案例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参照图1，本专利技术提供的一种体外动态培养系统，包括机座1、机架18、水平运动单元2、竖直加载单元19、样品夹具20以及加载上试样和夹具21；其中，样品夹具20由移动拖板3、深沟球轴承5(型号选用6001RS)、限位销钉6、转动盘7、U型槽9、组合样品槽12、样品槽垫板13以及第一连接螺钉4、第二连接螺钉8、第三连接螺钉11和紧定螺钉10组成；加载上试样和夹具21由上试样夹具14、加载上试样15以及第四连接螺钉16、第五连接螺钉17组成；水平运动单元2和机架18通过螺钉固定连接在机座1，竖直加载单元19通过螺钉固定连接在机架18上，样品夹具20通过螺钉固定连接在水平运动单元2的工作台上，加载上试样和夹具21通过螺钉固定连接在竖直加载单元19的工作台上。参照图2和图12，所述的一种体外动态培养系统，由4个相同结构的工作位组成，4个工作位在水平方向等间距排列，共用一个上试样夹具14和移动拖板3，每个工作位由加载上试样15、组合样品槽12、样品槽垫板13、U型槽9、转动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种体外动态培养系统，其特征在于，包括机座(1)、机架(18)、水平运动单元(2)、竖直加载单元(19)、样品夹具(20)、加载上试样和夹具(21)；其中，水平运动单元(2)和机架(18)固定连接在机座(1)上，竖直加载单元(19)固定连接在机架(18)上，样品夹具(20)固定连接在水平运动单元(2)的工作台上，加载上试样和夹具(21)固定连接在竖直加载单元(19)的工作台上。

【技术特征摘要】
1.一种体外动态培养系统，其特征在于，包括机座(1)、机架(18)、水平运动单元(2)、竖直加载单元(19)、样品夹具(20)、加载上试样和夹具(21)；其中，水平运动单元(2)和机架(18)固定连接在机座(1)上，竖直加载单元(19)固定连接在机架(18)上，样品夹具(20)固定连接在水平运动单元(2)的工作台上，加载上试样和夹具(21)固定连接在竖直加载单元(19)的工作台上。2.根据权利要求1所述的一种体外动态培养系统，其特征在于，样品夹具(20)包括移动拖板(3)，移动拖板(3)上设置有若干个相同结构的工作位，每个工作位上自下而上依次设置有转动盘(7)、U型槽(9)和组合样品槽(12)，组合样品槽(12)一侧还设置有样品槽垫板(13)。3.根据权利要求2所述的一种体外动态培养系统，其特征在于，每个工作位上的转动盘(7)与移动拖板(3)之间通过深沟球轴承(5)活动连接，每个工位上还设置有安装在移动拖板(3)上的限位销钉(6)，限位销订(6)位于转动盘(7)的两侧，用于限定转动盘(7)在水平面内的转动角度在±10°范围内。4.根据权利要求2所述的一种体外动态培养系统，其特征在于，加载上试样和夹具(21)包括上试样夹具(14)以及设置在上试样夹具(14)的若干个加载上试样(15)，若干个加载上试样(15)与移动拖板(3)上的若干个工作位相对应，上试样夹具(14)固定连接在竖直加载单元(19)的工作台上。5.根据权利要求2所述的一种体外动态培养系统，其特征在于，所述的组合样品槽(12)外部是由金属或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玲，聂吉昌，申皓，李涤尘，靳忠民，刘亚雄，贺健康，连芩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61