基于霍普金森杆的细胞冲击加载装置及其方法制造方法及图纸

本申请公开一种基于霍普金森杆的细胞冲击加载装置及其方法，其中所述装置包括：细胞装载装置、落锤式霍普金森杆；所述落锤式霍普金森杆由近端至远端依次包括：限位块、入射杆、子弹和摆锤；所述入射杆的近端包括一凸台部，所述限位块具有一圆孔，所述凸台部穿过所述限位块的圆孔并与所述细胞装载装置相对；所述摆锤以预定角度下落并撞击所述子弹，所述子弹被撞击后进而撞击所述入射杆，所述入射杆被撞击后进而撞击所述细胞装载装置，从而对所述细胞装载装置进行应力波加载；其中，所述入射杆的近端与所述限位块之间具有一限位距离，所述限位距离与所述摆锤的下落角度相对应。通过本申请能够实现对离体细胞进行有效稳定的单次应力波加载。

【技术实现步骤摘要】
基于霍普金森杆的细胞冲击加载装置及其方法
本专利技术涉及生物力学的冲击损伤技术，尤其涉及一种基于霍普金森杆的细胞冲击加载装置及其方法。
技术介绍
在生物力学领域，冲击损伤是一种特色损伤类型，它是一系列复杂的物理损伤效应的叠加表现。多尺度模型是研究冲击损伤机制的必备条件，体外模型可以在极少干扰因素下进行机制机理研究，能够稳定、准确有效的对冲击物理环境进行模拟是整个体外模型的基石。故而开发建立细胞适用的冲击平台是至关重要的。目前有两种有效可控的物理环境模拟方式：(1)脉冲加载(ImpulseLoading)：采用激波管、开放式爆炸场等可控有效的物理环境模拟方式来建立稳定的动物整体损伤模型和活体组织切片模型；(2)局部加载(LocalizedLoading)，也称为液压冲击(FluidPercussion)：基于霍普金森杆来对物体施加可控稳定的冲击力，以建立可测稳定的体外模型和动物脑损伤模型。液压冲击是将脉冲加载的原理应用到体外等小尺度模型上，两者是对冲击损伤模型的不同尺度模拟，实现对多尺度模型的连接作用。霍普金森杆是目前最有效最广泛使用的冲击力学应力加载平台，它可以便捷有效的对脉宽、幅值、冲量及加速度等物理参数进行调控，以建立符合各种冲击情况的体外细胞模型。但是，对离体细胞的单次应力波加载的问题，现有技术中尚未提供有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于霍普金森杆的细胞冲击加载装置及其方法，以解决现有技术存在的无法对离体细胞的进行单次应力波加载的问题。根据本专利技术的一个方面，提出一种基于霍普金森杆的细胞冲击加载装置，其包括：细胞装载装置、落锤式霍普金森杆；所述落锤式霍普金森杆由近端至远端依次包括：限位块、入射杆、子弹和摆锤；所述入射杆的近端包括一凸台部，所述限位块具有一圆孔，所述凸台部穿过所述限位块的圆孔并与所述细胞装载装置相对；所述摆锤以预定角度下落并撞击所述子弹，所述子弹被撞击后进而撞击所述入射杆，所述入射杆被撞击后进而撞击所述细胞装载装置，从而对所述细胞装载装置进行应力波加载；其中，所述入射杆的近端与所述限位块之间具有一限位距离，所述限位距离与所述摆锤的下落角度相对应。其中，所述入射杆的近端与所述限位块之间的限位距离小于1.5mm，所述摆锤撞击所述子弹的预定角度范围介于20-80度之间。其中，所述入射杆、所述子弹和所述摆锤同轴设置。其中，所述限位块的圆孔的直径大于所述凸台部的直径但小于入射杆的本体的直径。其中，所述细胞冲击加载装置还包括：流体压力传感器和数据采集器；所述流体压力传感器与所述细胞装载装置的压力输出端连接，所述流体压力传感器用于测量所述细胞装载装置内液体的压力数据，并将所述压力数据发送至所述数据采集器；所述数据采集器接收所述应变片测量的入射波信号；所述数据采集器将所述流体压力传感器测量的压力数据转换为反射波信号，并根据所述入射波信号和所述反射波信号确定所述细胞装载装置的透射波信号。根据本专利技术的另一个方面，提出一种基于霍普金森杆的细胞冲击加载方法，其包括：提供落锤式霍普金森杆，所述落锤式霍普金森杆由近端至远端依次包括：限位块、入射杆、子弹和摆锤；所述入射杆的近端包括一凸台部，所述限位块具有一圆孔；将所述入射杆的凸台部穿过所述限位块的圆孔并与一细胞装载装置的压力输入端相对；使所述摆锤以预定角度下落并撞击所述子弹，所述子弹被撞击后进而撞击所述入射杆，所述入射杆被撞击后进而撞击所述细胞装载装置，从而对所述细胞装载装置进行应力波加载；其中，所述入射杆的近端与所述限位块之间具有一限位距离，所述限位距离与所述摆锤的下落角度相对应。其中，所述入射杆的近端与所述限位块之间的限位距离小于1.5mm，所述摆锤撞击所述子弹的预定角度范围介于20-80度之间。其中，所述入射杆、所述子弹和所述摆锤同轴设置。其中，所述限位块的圆孔的直径大于所述凸台部的直径但小于入射杆的本体的直径。根据本专利技术的技术方案，通过落锤驱动子弹撞击入射杆以直接产生应力波，然后通过限位块对入射杆做一次位移限位以实现仅有单脉冲应力波从入射杆输入到细胞装载装置，以实现对细胞装载装置的液体内的细胞的单次加载，通过限位块对入射杆做限位使入射杆仅有一次完整脉冲的应力波信号透射到细胞装载装置，实现对离体细胞进行有效稳定的单次应力波加载。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的加载装置的结构示意图；图2是根据本专利技术实施例的入射杆与限位块的示意图；图3是根据本专利技术实施例的限位块的示意图；图4根据本专利技术实施例的细胞装载装置的示意图；图5是根据本专利技术另一个实施例的加载装置的结构示意图；图6是根据本专利技术实施例的加载方法的流程图；图7是撞击所产生的并在入射杆上传播的和最后传播到液体内的应力波曲线的示意图；图8是透射波的压力值与液体内压力值的标准曲线的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下结合附图，详细说明本专利技术各实施例提供的技术方案。根据本专利技术实施例提供了一种基于霍普金森杆的细胞冲击加载装置，其包括：细胞装载装置、落锤式霍普金森杆。在本申请实施例中，落锤式霍普金森杆以落锤撞击的方式产生应力波，该应力波传播至细胞装载装置。应力波由细胞装载装置的压力输入端传导至装置内的液体，实现对液体内的细胞的单次应力波加载。其中，应力波幅值可以通过调整摆锤撞击的幅度以进行控制，应力波宽度可以通过调整子弹的长度以进行控制。参考图1，根据本申请实施例的加载装置包括：细胞装载装置2和落锤式霍普金森杆，其中落锤式霍普金森杆由近端至远端依次包括：限位块3、入射杆6、子弹7、摆锤8。在本申请实施例中，入射杆6、子弹7同轴水平设置，子弹7的近端与入射杆6的远端相对，入射杆6的远端与子弹7的近端之间保持一个间距，例如可以是5cm、4cm或其他数值。在本申请的某些实施例中，所述摆锤8包括撞击部以及支撑部，支撑部与撞击部之间垂直固定，支撑部将摆锤固定，撞击部用于撞击子弹7。在初始状态下，支撑部与水平垂直，撞击部与水平平行，在本文的描述中，除非特殊说明的情况下，所述摆锤都是指摆锤的撞击部。在初始状态下(即未开始细胞冲击加载之前)，摆锤8与子弹7的远端同轴接触，此处的接触是指接触的面没有压力产生。在入射杆6的近端设置有限位块3，限位块3具有一定质量，将限位块3进行固定设置，也就是说，限位块3相对落锤式霍普金森杆的其他部件来说是固定的。在进行细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于霍普金森杆的细胞冲击加载装置，其特征在于，包括：细胞装载装置、落锤式霍普金森杆；/n所述落锤式霍普金森杆由近端至远端依次包括：限位块、入射杆、子弹和摆锤；所述入射杆的近端包括一凸台部，所述限位块具有一圆孔，所述凸台部穿过所述限位块的圆孔并与所述细胞装载装置相对；/n所述摆锤以预定角度下落并撞击所述子弹，所述子弹被撞击后进而撞击所述入射杆，所述入射杆被撞击后进而撞击所述细胞装载装置，从而对所述细胞装载装置进行应力波加载；/n其中，所述入射杆的近端与所述限位块之间具有一限位距离，所述限位距离与所述摆锤的下落角度相对应。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于霍普金森杆的细胞冲击加载装置，其特征在于，包括：细胞装载装置、落锤式霍普金森杆；
所述落锤式霍普金森杆由近端至远端依次包括：限位块、入射杆、子弹和摆锤；所述入射杆的近端包括一凸台部，所述限位块具有一圆孔，所述凸台部穿过所述限位块的圆孔并与所述细胞装载装置相对；
所述摆锤以预定角度下落并撞击所述子弹，所述子弹被撞击后进而撞击所述入射杆，所述入射杆被撞击后进而撞击所述细胞装载装置，从而对所述细胞装载装置进行应力波加载；
其中，所述入射杆的近端与所述限位块之间具有一限位距离，所述限位距离与所述摆锤的下落角度相对应。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入射杆的近端与所述限位块之间的限位距离小于1.5mm，所述摆锤撞击所述子弹的预定角度范围介于20-80度之间。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入射杆、所述子弹和所述摆锤同轴设置。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限位块的圆孔的直径大于所述凸台部的直径但小于入射杆的本体的直径。


5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：设置在所述入射杆上的应变片，所述应变片用于测量入射杆上的入射波信号。


6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：流体压力传感器和数据采集器；
所述流体压力传感器与所述细胞装载装置的压力输出端连接，所述流体压力传...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉龙，杨慧，张弩，徐大森，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61