[發明專利]一種具有生物培養功能的關節運動模擬測試系統

有效

• 申請號: 201410271255.1
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104031837A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 王玲;朱祝山;朱錦宇;劉亞雄;李滌塵;靳忠民
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/38;C12M1/36
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種運動模擬測試系統，具體涉及一種具有生物培養功能的關節運動模擬測試系統。

背景技術

組織工程軟骨發展至今，雖然已有很多實驗研究成果和少量的臨床應用，但是無論在培養后所具有的功能還是植入后的長期效果都是差強人意的。如何提高組織工程軟骨的功能以及如何評價其功能達到何種程度才能被允許植入，這是現在所關注的焦點。組織工程軟骨培養的一個重要因素就是力學刺激。大量研究表明，適當的力學刺激能夠提高膠原、多糖蛋白等軟骨基質成分的表達，從而提高了組織工程軟骨的性能。到目前為止，研究中所應用的力學刺激都是壓力、流體剪切力、拉力、液體靜壓力、組織剪切力中的一種或兩種的復合，而且在這樣的力學刺激下，組織工程軟骨的性能提高后相對自然軟骨還是不夠的。自然膝關節的運動是非常復雜的，股骨和脛骨之間既有滾動又有滑動，所受的力也是很復雜的，而之前所述的研究中考慮摩擦環境是很少的。但是現有的關節模擬機僅僅能夠模擬自然關節的運動力學環境，從而對軟骨性能的研究的局限性非常大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有生物培養功能的關節運動模擬測試系統，該系統能夠提供近似自然關節的運動力學環境和生物學環境，同時不僅能夠進行組織工程軟骨培養還能夠進行活性關節軟骨在體外長期的摩擦磨損測試。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括關節模擬機以及生物培養循環系統；所述的生物培養循環系統由培養腔和離位滅菌玻璃發酵罐以及儲液罐組成，培養腔由能夠連通在一起的上腔和下腔組成，下腔與儲液罐的入口連通，儲液罐的出口與離位滅菌玻璃發酵罐的入口相連通，離位滅菌玻璃發酵罐的出口與上腔相連通；上腔與關節模擬機的橫軸相連，下腔與關節模擬機的縱軸相連。

所述的培養腔外設有培養腔溫度監控單元、培養腔氧氣監控單元以及能夠對摩擦副表面情況和培養液中磨屑進行觀察的影像監控單元。

所述的上腔和下腔分別通過嵌入配合的方式與彈性透明套相連，且彈性透明套與上腔和下腔分別用卡箍箍緊。

所述的上腔上開設有進料口，下腔上開設有出料口，且進料口與離位滅菌玻璃發酵罐的出口之間、離位滅菌玻璃發酵罐的入口與出料口之間均通過硅膠管連通。

所述的進料口與離位滅菌玻璃發酵罐的出口之間設有蠕動泵。

所述的儲液罐的入口和出口處均設有截止閥。

所述的儲液罐的出口處還設有過濾器。

所述的上腔通過上底座固定在夾具上，且夾具與關節模擬機的橫軸相連，上底座與夾具之間通過固定板連接，下腔通過下底座與關節模擬機的縱軸相連。

所述的上腔內頂壁上開設有用于固定股骨夾具的螺紋孔，下腔的內底壁上設有用于嵌入脛骨夾具的脛骨夾具嵌入凹槽，下腔的外底壁上設有用于嵌入下底座的底座嵌入凹槽。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

本發明的關節模擬機與培養腔相連，培養腔能夠在培養組織工程軟骨時提供近似自然關節的運動力學環境，而且，由于離位滅菌玻璃發酵罐上本來就帶有監控單元，該發酵罐的監控單元能夠在培養組織工程軟骨或軟骨摩擦磨損測試時對培養液的pH值、氧氣濃度、二氧化碳濃度以及溫度進行監控，因此，本發明能夠提供自然關節的運動力學環境和生物學環境，維持組織活性，延長測試時間，實現多種條件下的組織工程軟骨培養以及活性關節軟骨在體外長期的摩擦磨損測試。

進一步，本發明還設置了培養腔溫度監控單元、培養腔氧氣監控單元以及影像監控單元，影像監控單元能夠實現對摩擦副表面情況以及培養液中磨屑的觀察；培養腔溫度監控單元與離位滅菌玻璃發酵罐相結合使用就可以實現對培養腔中液體的恒溫控制，培養腔氧氣監控單元可以實現對培養腔中液體中的氧氣濃度的監控。另外，由于上腔和下腔用彈性透明套連接，這樣一方面能夠通過被拉伸壓縮彈性透明套使培養腔具有一定的運動空間，另一方面能夠在測試時從外面觀察到培養腔內部的情況。

附圖說明

圖1為本發明具有生物培養功能的關節運動模擬測試系統的結構示意圖；

圖2為培養腔的結構示意圖；

圖3為培養腔的的剖視圖；

圖4為培養腔在關節模擬機上的裝夾示意圖；

圖5為上腔、固定板以及夾具的連接關系圖；

圖6為上底座的示意圖；

圖7為固定板的示意圖；

圖8為關節模擬機的橫軸和縱軸的運動圖；其中，a為橫軸，b為縱軸；