一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置，该实验装置主要由施加压力的压头、上压板、钛合金薄片、下底座、六孔板和支撑平台构成，其中上压板和下底座具有固定卡槽。具体来说，实验将骨髓间充质干细胞接种于钛合金薄片上，然后将钛合金薄片卡于上压板和下底座之间，将其整体放置于六孔板中，并用无菌封板膜覆盖，最后将六孔板放置于支撑平台上并使用压头加载循环往复的压应力，从而达到促进粘附在钛合金材料上的骨髓间充质干细胞向成骨方向分化的实验目的。

An experimental device for promoting osteogenesis differentiation based on elastic deformation of titanium alloy

The present invention provides an experimental device to promote osteogenic differentiation based on elastic deformation of titanium alloy, the experimental device is mainly composed of a pressure head, pressure plate, titanium alloy, sheet, plate and a support platform, wherein the upper pressing plate and the lower base is provided with a fixed slot. Specifically, the bone marrow mesenchymal stem cells seeded on the titanium alloy sheet, and then the titanium alloy sheet clamped between upper plate and the lower base, the whole placed on the plate, and covered with a sterile closure plate membrane, the plate is arranged on the supporting platform and the use of pressure head loading cycle the compressive stress, which can promote the adhesion of bone marrow in titanium alloy materials on mesenchymal stem cells into experimental bone differentiation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置
本专利技术涉及一种实验装置，具体涉及一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置，属于生物医学

技术介绍
钛金属材料因其强度高、弹性模量低、生物相容性好而成为临床最常用的植入物材料之一。在各种原因造成的骨缺损重建手术中如人工关节翻修手术缺损重建、脊柱椎体全切或次全切除重建、肿瘤切除术后缺损重建等，亟需一种既能与骨组织良好整合又具有足够支撑能力的填充物或支撑物，钛合金材料无疑是最佳选择之一，也是近年来研究的热点，特别是直接金属3D打印技术的引进和应用，使钛合金的应用前景更加广阔。钛合金在适当应力刺激下会发生非线弹性形变，在人体负重行走的过程中，循环往复的应力会导致钛合金支架产生极其细微的弹性形变。骨髓间充质干细胞是力学信号敏感和响应细胞，研究表明在细胞与基底的各种力学信号(机械牵张力、流体切应力、动静态压应力等)可通过干细胞表面受体激活特定的力转导途径进而调节干细胞的分化。以往对于骨髓间充质干细胞响应各种力学信号的研究主要采用特殊的细胞加力仪器，如Flexcell细胞力学培养系统。该系统能对细胞提供不同种类的力学刺激，阐释了体外细胞的增殖、分化、凋亡等生物学行为与力学刺激的关系，阐明了细胞对力学信号感受和响应的机制。在该实验装置中，细胞生长于细胞培养板柔软的弹性基底膜上，通过牵张拉伸弹性基底膜使贴壁细胞受到力学刺激产生形变，但该基底膜为硅胶成分，并不能很好模拟金属植入物-骨界面整合环境，因此这种实验测试主要局限于理论研究。在临床应用中，钛合金植入物的生物学特性接近于人骨组织，属于硬基底材料，研究发现基底硬度是影响骨髓间充质干细胞分化的重要因素，在硬基底材料上骨髓间充质干细胞更容易向成骨方向分化，在软基底材料上干细胞更容易向成脂等方向分化。上述特殊的细胞加力装置，其弹性基底膜较软，也是实验研究的主要限制因素之一。为了促进钛合金植入物-骨界面整合和骨再生，传统对于钛合金植入物的研究主要集中在合金成分改良、支架孔径大小、孔隙连通率控制及金属表面改性等方面。对于钛合金物理形变与骨组织再生关系的研究，至今未见报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种实验装置，通过该实验装置对钛合金薄片施加循环往复的压应力，使钛合金薄片产生微量形变，进而使粘附在钛合金薄片表面的骨髓间充质干细胞受到力学刺激产生形变，从而达到促进干细胞向成骨方向分化的实验目的。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置，实验装置由压头、上压板、钛合金薄片、下底座、六孔板和支撑平台构成，六孔板置于支撑平台上，下底座和上压板放置在六孔板的其中一个孔内，上压板的下表面开有第一卡槽，下底座的上表面开有第二卡槽，钛合金薄片竖直放置在上压板和下底座围成的空间内，且钛合金薄片的上下两边分别位于第一卡槽和第二卡槽内，压头置于上压板的上部。进一步地，上压板带有凹坑，下底座带有立柱，凹坑和立柱配合形成空间。进一步地，压头是由不锈钢材料制成的圆柱体，圆柱体分为一体成型的上半部分和下半部分，上半部分的直径小于下半部分的直径，上半部分带有一个螺纹开孔。进一步地，上压板由中央圆柱体和周围十字形对称分布的四个短臂构成，第一卡槽同时通过中央圆柱体和其中两个对称分布的短臂下方，另外两个短臂各带有一个凹坑。进一步地，下底座呈圆盘状，第二卡槽位于圆盘的直径线上，圆盘两侧对称分布两条立柱，两条立柱的连线与第二卡槽相垂直。进一步地，六孔板由高分子聚乙烯材料制成。进一步地，支撑平台为铝合金材料，呈长方体形状。进一步地，上压板、钛合金薄片、下底座都由Ti6Al4V材料制成。进一步地，钛合金薄片呈长方形，长为2.9cm，宽为1.6cm，厚度为0.1mm。本专利技术的有益效果：采用钛合金材料粘附细胞模拟金属植入物-骨界面整合环境。附图说明图1是本专利技术一个具体实施例的实验装置的剖切结构示意图；图2是本专利技术一个具体实施例的实验装置的俯视结构示意图；图3是本专利技术一个具体实施例的实验装置的整体结构示意图。图例说明：1-压头；2-上压板；3-六孔板；4-立柱；5-下底座；6-支撑平台；7-钛合金薄片。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本专利技术附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本专利技术涉及一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置。该实验装置主要由施加压力的压头、上压板、钛合金薄片、下底座、六孔板和支撑平台构成，其中上压板和下底座具有固定卡槽。具体来说，实验将骨髓间充质干细胞接种于钛合金薄片上，然后将钛合金薄片卡于上压板和下底座之间，将其整体放置于六孔板中，并用无菌封板膜覆盖，最后将六孔板放置于支撑平台上并使用压头加载循环往复的压应力，从而达到促进粘附在钛合金材料上的骨髓间充质干细胞向成骨方向分化的实验目的。如图1所示，本专利技术的实验装置由压头1、上压板2、钛合金薄片7、下底座5、六孔板3和支撑平台6组成，其中上压板2和下底座5具有固定卡槽。压头1为不锈钢材料，呈圆柱体状。上部分圆柱体直径为2cm，高度为2.5cm，其中上部分圆柱体中央有一直径为5mm、深1cm的螺纹孔。下部分圆柱体直径为2.5cm，高度为2cm，上下圆柱体无缝相接，整体构成压头1。上压板2为Ti6Al4V材料，由中央的圆柱体和周围十字形对称分布的四个短臂构成。中央圆柱体直径为1.6cm，厚度为0.3cm，在圆柱体下部分的直径线上有一长度为3.4cm，宽度为0.15mm，深0.2cm的固定卡槽，该卡槽同时通过两个对称分布短臂的下方。圆柱体周围十字形对称分布四个短臂，短臂长0.8cm，宽0.8cm，厚度0.3cm，其中另两个对称分布的短臂上分别有一个直径为0.3cm，高度为0.3cm的圆柱形孔。钛合金薄片7为Ti6Al4V材料，呈长方形。长为2.9cm，宽为1.6cm，厚度为0.1mm。下底座5为Ti6Al4V材料，呈圆盘状。圆盘直径为3.4cm，厚度为0.3cm，在底座上部分的直径线上有一长为3.4cm，宽度为0.15mm，深为0.2cm的固定卡槽。圆盘两侧对称分布两条直径为0.29cm，高1.8cm的圆柱体形立柱4，两立柱连线与固定卡槽线相垂直。其中在施加循环往复的压应力时，下底座5的立柱4可插入上压板2的孔中，以确保钛合金薄片7只在垂直方向产生形变。六孔板3为实验室常用的细胞培养工具，为高分子聚乙烯材料，孔底部平整，无菌，孔内径为3.45cm，高度为1.8cm。支撑平台6为铝合金材料，呈长方体形状。长为18cm，宽为12cm，高为7cm。实用本专利技术的实验装置的具体实验操作步骤为：实验将骨髓间充质干细胞接种于钛合金薄片7上，然后将钛合金薄片卡于上压板2和下底座5之间，将其整体放置于六孔板3中，并用无菌封板膜覆盖，最后将六孔板3放置于支撑平台6上并使用压头1加载循环往复的压应力，从而达到促进粘附在钛合金薄片7上的骨髓间充质干细胞向成骨方向分化的实验目的。本专利技术具有以下优点：1、采用钛合金材料粘附细胞模拟金属植入物-骨界面整合环境。在临床应用中，金属内植物直接与骨组织界面相接触，通过骨细胞粘附、长入和新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置，其特征在于，所述实验装置由压头、上压板、钛合金薄片、下底座、六孔板和支撑平台构成，所述六孔板置于所述支撑平台上，所述下底座和所述上压板放置在所述六孔板的其中一个孔内，所述上压板的下表面开有第一卡槽，所述下底座的上表面开有第二卡槽，所述钛合金薄片竖直放置在所述上压板和所述下底座围成的空间内，且所述钛合金薄片的上下两边分别位于所述第一卡槽和所述第二卡槽内，所述压头置于所述上压板的上部。

【技术特征摘要】
1.一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置，其特征在于，所述实验装置由压头、上压板、钛合金薄片、下底座、六孔板和支撑平台构成，所述六孔板置于所述支撑平台上，所述下底座和所述上压板放置在所述六孔板的其中一个孔内，所述上压板的下表面开有第一卡槽，所述下底座的上表面开有第二卡槽，所述钛合金薄片竖直放置在所述上压板和所述下底座围成的空间内，且所述钛合金薄片的上下两边分别位于所述第一卡槽和所述第二卡槽内，所述压头置于所述上压板的上部。2.根据权利要求1所述的一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置，其特征在于，所述上压板带有凹坑，所述下底座带有立柱，所述凹坑和所述立柱配合形成所述空间。3.根据权利要求1所述的一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置，其特征在于，所述压头是由不锈钢材料制成的圆柱体，所述圆柱体分为一体成型的上半部分和下半部分，所述上半部分的直径小于所述下半部分的直径，所述上半部分带有一个螺纹开孔。4.根据权利要求1所述的一种基于钛合金弹性形变促进成骨分化的实验装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧武，常永云，邵永科，翟赞京，裴晓宏，朱振安，戴尅戎，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：发明
国别省市：上海,31