医用镁合金生物降解性能体外动态模拟测试设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种医用镁合金生物降解性能体外动态模拟测试设备，包括恒温槽、储液罐、循环泵、流量计、测试舱、上位载样器、吸液管和回流管，其中吸液管和回流管分别置于储液罐中，储液罐置于恒温槽中，流量计和测试舱分别竖直固定，上位载样器经测试舱之舱顶盖悬挂于测试舱内；吸液管与循环泵入口间、循环泵出口与流量计入口间、流量计出口与测试舱进舱管间、测试舱出舱管与回流管间分别通过匹配的水管相连，构成液态介质循环通路。该设备具有结构紧凑、使用方便、通用性强等优点。利用该设备可快捷、准确地测试评价介质流速、组分、温度及其ｐＨ值等对介质侵蚀性及材料降解性的影响，能显著提高研发效率和研发质量、降低研发成本。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于材料性能测试技术和设备领域，涉及一种在流体介质中对材料腐 蚀降解性能进行动态模拟测试评价的设备，特别适用于生物医用材料/器械如医用镁合金 及其医疗器械产品生物降解性能的体外动态模拟测试。
技术介绍
服役于液态环境中的材料，如植入人体内的医疗器械、海水中的舰艇船舶等，与介 质间的相对运动对其腐蚀降解行为有着十分重要的影响。研究表明，这种相对运动不仅可 以改变材料/器械的腐蚀降解速度，而且可以改变其腐蚀降解类型及其机制。因此，模拟实 际服役状况尤其是环境介质与材料/器械间的相对运动，对于揭示介质降解侵蚀性及材料 /器械腐蚀降解行为真实规律、开发新材料/新器械及其降解控制技术等具有重要意义。以生物医用金属材料为例，镁合金以其资源、价格和性能尤其是生物降解-吸收 性、生物相容性和力学相容性优势，有望成为理想的生物医用金属新材料，用于冠脉支架、 组织工程支架、骨钉、骨板、骨网以及人工骨等附加值极高的医疗器械产品的设计、制造。但 是，生物降解过快的问题却一直制约着镁合金的生物医用。因此，研究镁合金生物降解行为 规律、开发镁合金生物降解控制技术(包括新合金开发、表面改性等)具有重要意义。在生 物医用镁技术的研发进程中，镁合金生物降解性能的测评是核心任务之一。现有动态模拟 试验设备或以满足普通工业用材如铁基材料的性能测试为设计原则，未考虑生物材料测试 条件要求的特殊性，如封闭、无菌、恒温等；或以常规生物医用金属材料如不锈钢、钛合金等 的性能测试为出发点，未考虑镁合金的特殊性——生物降解性及阴极降解产物在水基介质 中的难溶性。因此，现有动态模拟试验设备应用于镁合金生物降解性能的研究存在诸多缺 憾。受此限制，镁合金生物降解性能的现有测评仍以经典的全浸腐蚀试验法为主。这种方 法虽简单易行，却存在如下主要弊端1)忽略了材料/介质除对流以外的相对运动对材料 腐蚀降解行为的重要影响。而镁合金指日可待的生物医用，尤其是作为冠脉支架等使用时， 不可避免会受到流动的人体体液如血液、组织液等的剪切作用；2)作为1)的直接后果，相 关结果与体内植入试验结果相去甚远，难以准确预测材料/器械的体内生物降解性能，导 致其临床参考价值大打折扣，从而失去了体外研究应有的意义。因此，设计、开发适应镁合 金生物降解特性的动态模拟试验设备，已成为生物医用镁技术研发工作的当务之急。
技术实现思路
本技术的目的就是针对现有技术及设备之不足，提供一种能够模拟服役状态 下介质/材料间相对运动状态，方便、快捷、准确地评价介质降解侵蚀性和材料腐蚀降解行 为的动态模拟测试设备。本技术的上述目的通过以下技术方案实现一种医用镁合金生物降解性能体 外动态模拟测试设备，包括恒温槽、储液罐、循环泵、流量计、测试舱、上位载样器、吸液管和 回流管，其中吸液管和回流管分别置于储液罐中，储液罐置于恒温槽中，流量计和测试舱分别竖直固定，上位载样器经测试舱之舱顶盖悬挂于测试舱内；吸液管位于储液罐罐外的管 口与循环泵之入口间、循环泵之出口与流量计之入口间、流量计之出口与测试舱之进舱管 间、测试舱之出舱管与回流管位于储液罐罐外的管口间分别通过水管相连，构成液态介质 循环通路。所述储液罐为封闭方体容器，由隔板分成左、右两个独立罐体，其中右罐容积为左 罐容积的2. 1倍以上；储液罐罐顶设有补给口、带滤器的通气孔、吸液口和回流口，其中补 给口带匹配的密封塞，吸液口位于储液罐之左罐罐顶并靠近储液罐之左侧面和前侧面，回 流口位于储液罐之右罐罐顶并靠近储液罐之右侧面和前侧面，吸液口和回流口分别是吸液 管和回流管通过罐顶的通道，管与口之间密封连接；在隔板的不同高度间隔设有溢流孔，溢 流孔靠近储液罐之后侧面；储液罐之左侧面和右侧面分别开有排液口，排液口靠近储液罐 之罐底和后侧面；溢流孔和排液口内均无缝嵌套内螺纹管，内螺纹管带匹配的螺纹管塞。所述测试舱由进舱管、喇叭状渐扩舱、圆筒状主舱、舱顶盖和出舱管五部分构成， 其中进舱管和主舱分别位于渐扩舱的两端且三者共中轴线，出舱管位于主舱侧面且距主舱 口端面21mm以上；舱顶盖与主舱口通过螺纹连接，其中主舱口带外螺纹，舱顶盖盖周带与 主舱口外螺纹匹配的内螺纹，盖顶内衬密封垫圈；舱顶盖几何中心设有带内螺纹的用于对 上位载样器进行定位的圆形装样孔，在装样孔周围设有圆形测试孔，装样孔和测试孔均为 通孔，且测试孔带匹配的密封塞；进舱管和出舱管均为内径均勻的中空竹节管，且出舱管内 径为进舱管内径的2. 1倍以上；渐扩舱和主舱为中空结构，且进舱管与渐扩舱舱室、出舱管 与主舱舱室分别直接相通；主舱与渐扩舱之间设有圆形多孔稳流板；主舱外壁分别标有高 度刻度和圆筒内径，且刻度区舱壁透明。所述上位载样器由一个定位轴、三个以上载样头以及与载样头相同数量的衔接桥 组成，其中衔接桥的一端与定位轴的下端相连，另一端与载样头的上端相连，定位轴的上端 和载样头的下端均为自由端，载样头与衔接桥之间为一一对应关系；定位轴与载样头均为 圆柱体；载样头的轴线与定位轴的轴线相互平行；衔接桥均为尺寸相同的直杆，且衔接桥 以定位轴的轴线为基准线在空间上均勻分布；载样头的尺寸均相同，且其自由端均设有用 于安装试样的外螺纹；定位轴之自由端为与舱顶盖几何中心圆形装样孔匹配的螺杆；上位 载样器载样头朝下经装样孔悬挂于测试舱之主舱内。所述吸液管和回流管均为硬质水管，两者在储液罐内的管口端距储液罐罐底内侧 面的高度为3. 5-14mm。与现有技术及设备相比，本技术具有结构紧凑、可控性好、使用方便、通用性 强等优点。利用本技术进行材料/器械腐蚀降解性能的动态模拟测试，可取得如下突 出效果1)恒温槽的利用，储液罐的上述结构设计，可确保测试介质在循环期间在储液罐 内有充裕的停留时间，有利于恒温槽对其温度的调控，便于精确研究温度变化对介质及材 料性能的影响。2)测试舱的上述结构设计，可确保测试介质在测试舱内的流动平稳、可控。3)上位载样器的专利技术和利用，实现了对试验样品以硬质材料从样品上端进行装 载，解决了传统“悬吊式”载样法遇到的难题。载样器一拖三或以上的结构设计，可实现对 多个样品的一次性装载及后续研究测试，达到通过一次试验获取多组数据的目的，在大幅降低工作量、显著提高研发效率的同时，确保试样/介质相对运动参数的可控性以及测试 条件的平行性。4)利用该设备易于实现液态介质在测试舱内的受控流动，可方便、快捷、准确地测 评材料/介质间相对运动速度及面容比、介质温度、PH值和组分等重要参数对介质侵蚀性 及材料腐蚀降解性的影响，对揭示材料腐蚀降解行为规律、开发新材料/新器械及其降解 控制等应用技术具有重要价值，对提高研发效率和研发质量、降低研发成本具有重要意义。5)该设备不仅适用于模拟体内生理环境如动态血液/组织液等对生物医用金属 材料如镁合金、钛合金等以及可降解生物医用高分子材料如PLLA、SR-PLLA等及其医疗器 械产品的降解作用，而且适用于常规工程材料以及军工材料等与诸如海水之类的侵蚀性介 质间相互作用的动态模拟及相关性能的加速测试。附图说明图1为本技术整体结构示意图。图2为本技术之储液罐主视结构示意图。图3为本技术之储液罐俯视结构示意图。图4为本技术之储液罐中隔板侧视结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
医用镁合金生物降解性能体外动态模拟测试设备，其特征在于包括恒温槽（１）、储液罐（２）、循环泵（３）、流量计（４）、测试舱（５）、上位载样器（６）、吸液管（７）和回流管（８），其中吸液管（７）和回流管（８）分别置于储液罐（２）中，储液罐（２）置于恒温槽（１）中，流量计（４）和测试舱（５）分别竖直固定，上位载样器（６）经测试舱（５）之舱顶盖（２０）悬挂于测试舱（５）内；吸液管（７）位于储液罐（２）罐外的管口与循环泵（３）之入口间、循环泵（３）之出口与流量计（４）之入口间、流量计（４）之出口与测试舱（５）之进舱管（９）间、测试舱（５）之出舱管（１０）与回流管（８）位于储液罐（２）罐外的管口间分别通过水管相连，构成液态介质循环通路。

【技术特征摘要】
1.医用镁合金生物降解性能体外动态模拟测试设备，其特征在于包括恒温槽(1)、储 液罐(2)、循环泵(3)、流量计(4)、测试舱(5)、上位载样器(6)、吸液管(7)和回流管(8)， 其中吸液管(7)和回流管(8)分别置于储液罐(2)中，储液罐(2)置于恒温槽(1)中，流量 计⑷和测试舱(5)分别竖直固定，上位载样器(6)经测试舱(5)之舱顶盖(20)悬挂于测 试舱(5)内；吸液管(7)位于储液罐(2)罐外的管口与循环泵(3)之入口间、循环泵(3)之 出口与流量计⑷之入口间、流量计⑷之出口与测试舱(5)之进舱管(9)间、测试舱(5) 之出舱管(10)与回流管(8)位于储液罐(2)罐外的管口间分别通过水管相连，构成液态介 质循环通路。2.根据权利要求1所述的医用镁合金生物降解性能体外动态模拟测试设备，其特征在 于所述储液罐(2)为封闭方体容器，由隔板(11)分成左、右两个独立罐体，其中右罐容积 为左罐容积的2. 1倍以上；储液罐(2)罐顶设有补给口(12)、带滤器的通气孔(13)、吸液口 (14)和回流口(15)，其中补给口(12)带匹配的密封塞，吸液口(14)位于储液罐(2)之左罐 罐顶并靠近储液罐(2)之左侧面和前侧面，回流口(15)位于储液罐(2)之右罐罐顶并靠近 储液罐(2)之右侧面和前侧面，吸液口 (14)和回流口 (15)分别是吸液管(7)和回流管(8) 通过罐顶的通道，管与口之间密封连接；在隔板(11)的不同高度间隔设有溢流孔(16)，溢 流孔(16)靠近储液罐(2)之后侧面；储液罐(2)之左侧面和右侧面分别设有排液口(17)， 排液口 (17)靠近储液罐(2)之罐底和后侧面；溢流孔(16)和排液口 (17)内均无缝嵌套内 螺纹管，内螺纹管带匹配的螺纹管塞。3.根据权利要求1所述的医用镁合金生物降解性能体外动态模拟测试设备，其特征在 于所述测试舱(5)由进舱管(9)、喇叭状渐扩舱(18)、圆筒状主舱(19)、舱顶盖(20)和出 舱管(10)五部分构成，其中进舱管(9)和主舱(19)分别位于渐扩舱(18)的两端且三者共 中轴线，出舱管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永君，刘通，何柳，王治平，耿利红，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]