[發明專利]一種生物力學仿生研究的支架

在審

• 申請號: 202110489037.5
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113150989A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 李慧武;童志成;楊洋;夏潤之;常永云;胡弋;孔柯瑜
• 申請（專利權）人: 上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00
• 代理公司: 上海兆豐知識產權代理事務所(有限合伙) 31241
• 代理人: 盧艷民

本發明公開了一種生物力學仿生研究的支架，包括上卡槽片、下卡槽片及若干條多孔隙弧形板，所述上卡槽片和下卡槽片一上一下地橫向設置，所述若干條多孔隙弧形板從左至右依次間隔均勻地設置在所述上卡槽片和下卡槽片之間，每條多孔隙弧形板的上下端一一對應地與所述上卡槽片和下卡槽片相連；每條多孔隙弧形板從前至后包括四層孔隙；所述多孔隙弧形板的弧度為₁₅^°；所述支架采用鈦合金制成。本發明的生物力學仿生研究的支架，可以實現在支架內植物上研究生物力學信號對細胞的生物學影響，從而更好地指導和優化支架內植物的設計。

技術領域

本發明涉及一種生物力學仿生研究的支架。

背景技術

骨組織是一種動力學器官，主要功能是支撐身體自重，與肌肉、關節等配合實現運動功能。在日常生活中，人體內的每塊骨組織都會承受著的復雜的力學載荷。因此包含骨髓間充質干細胞(Bone mesenchymal stem cells，BMSCs)在內的骨細胞也時刻處于各種生物力學環境之中，它們也能夠通過響應生物力學刺激來達到特定的細胞生物學行為。例如，長期進行負重訓練的人，其骨密度水平普遍比正常人體要高，甚至自身體內的不同骨骼也存在骨密度的差異性。這是因為骨組織為了適應頻繁受力的環境，必須通過增強骨形成減少骨吸收來增加骨量，提升特定區域或特定骨組織的剛度等力學性能。相反，如果長期不接受力學刺激，該部分骨組織失去了受力環境來維持骨量，骨組織就會逐漸發生骨質流失。最顯而易見的就是宇航員在外太空中，因為長期處于失重環境，導致宇航員體內的負重骨骼以每月1-2％的速度發生骨質流失。由此可見，維持力學刺激對骨組織的重要性，這從宏觀層面闡釋包括BMSCs在內的骨細胞對生物力學的敏感性。針對此，大多數生物力學研究都采用標準化的Flexcell力學加載系統，它將細胞培養在柔性基底膜上，可實現對其施加拉伸力、壓應力等多種力學形式。然而這種生物力學的研究結果并不能模擬支架內植物-宿主骨界面的整合環境，這限制了研究結果的臨床轉化。因此，我們迫切需要在支架內植物上研究細胞響應生物力學的效應。

鈦合金因其力學性能接近人骨、彈性模量低、強度高且兼具耐疲勞、耐腐蝕以及生物相容性好等優點已經成為臨床最常用的內植物材料之一。近年來，鈦合金內植物已被廣泛應用于由骨腫瘤、創傷、人工關節翻修等原因造成的各類骨缺損手術中，臨床實踐證明鈦合金內植物具有良好的支撐性能。然而盡管相比于其他材料，鈦合金已經因其力學特性脫穎而出，但這仍不足以解決內植物-宿主骨界面整合欠佳的臨床難題。

為了解決這一難題就必須闡明內植物-宿主骨界面骨整合的細胞機制。然而目前尚未有一種研究方法能夠實現在支架上面進行生物力學研究。CN201720882708.3公開了一種基于鈦合金彈性形變促進成骨分化的實驗裝置，該實驗裝置可以對支架進行力學加載，以往對于支架的研究多局限在其強度及生物相容性，尚未見有研究報道對支架本身進行力學加載。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種生物力學仿生研究的支架，通過力學加載裝置對支架進行力學加載，可以實現在支架內植物上研究生物力學信號對細胞的生物學影響，從而更好地指導和優化支架內植物的設計。

實現上述目的的技術方案是：一種生物力學仿生研究的支架，包括上卡槽片、下卡槽片及若干條多孔隙弧形板，其中：

所述上卡槽片和下卡槽片一上一下地橫向設置，所述若干條多孔隙弧形板從左至右依次間隔均勻地設置在所述上卡槽片和下卡槽片之間，每條多孔隙弧形板的上下端一一對應地與所述上卡槽片和下卡槽片相連；

每條多孔隙弧形板從前至后包括四層孔隙；

所述多孔隙弧形板的弧度為15°；

所述支架采用鈦合金制成。

上述的一種生物力學仿生研究的支架，其中，所述支架整體的長度和高度分別為35mm；所述支架整體呈弧度為15°的弧形結構；

所述上、下卡槽片的長度均為35mm，高度均為5mm；