压力反应装置的制作方法

1.本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种压力反应装置。


背景技术：

2.半月板是位于股骨髁与胫骨平台间的半月形纤维软骨组织，在膝关节中发挥着缓冲减压、吸收震荡、润滑关节和维持关节稳定等功能。
3.目前关于组织工程半月板的构建主要局限于使用人造或天然半月板形状的支架(如聚己内酯，pcl、丝素蛋白等)，结合种子细胞(如骨髓间充质干细胞、或半月板细胞等)，随后再添加生长因子(如转化生长因子β，tgf
‑
β、成纤维细胞生长因子，fgf)促进细胞生长、分化及胶原基质合成。
4.但现有技术所获得的组织工程半月板与天然半月板仍存在很大差异，无法充分保护关节软骨。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供一种压力反应装置，以解决以上技术问题。
6.第一方面，本技术提供一种压力反应装置，所述压力反应装置包括：
7.容纳部，用于容纳组织工程半月板支架；
8.压缩构件，对所述组织工程半月板支架的内侧施力，以压缩所述组织工程半月板支架。
9.本实用新型的发明人意识到，半月板具有以下关键的复杂生物学特点：
10.1.在外观形态上，半月板呈现出典型的外高内低的楔形结构，即与关节囊、滑膜缘衔接处高于内侧游离缘；
11.2.在血供方面，半月板的血供来源于膝内、外动脉的分支，并且该分支在关节囊内形成血管网络，半月板边缘与关节囊及滑膜紧密连接，半月板外侧1/3区域接受来源于关节囊及滑膜的血液供应；而内侧2/3区域缺乏血供，仅通过关节液渗透提供营养；
12.3.在组成上，半月板外侧区域富含有一型胶原蛋白，起到抵抗拉伸的作用，而半月板内侧区域主要包含二型胶原蛋白及粘多糖，起到抵抗压缩的作用；
13.4.在胶原纤维排列上，半月板表面胶原纤维表现出无序排列，胶原纤维从表面到底部逐渐表现为有序排列，呈现出典型的环向纤维排列，并且在环向纤维间分布有放射状排列的纤维，起到锚定环向纤维的作用；
14.5.在细胞形态上，半月板外侧边缘细胞表现为典型的梭形成纤维样细胞形态，而内侧细胞表现为圆形软骨样细胞形态。
15.依据以上特点，发明人进一步意识到现有技术所获得的组织工程半月板与天然半月板存在的差异主要体现在胶原纤维及细胞的分布并没有表现出天然半月板的区域特异性，以及获取的组织工程半月板在力学性能上与天然半月板相差太大，无法充分保护关节软骨。
16.为此，发明人进一步意识到天然半月板在自然负重的条件下，其中内侧游离缘承受更多的压力，而外侧边缘承受更多的张力，正是由于这种受力模式的差异导致半月板内侧受压明显的游离缘含有更多的二型胶原蛋白及粘多糖，而以张力为主的外侧边缘含有更多的一型胶原蛋白。
17.组织工程半月板支架与半月板的结构相似，呈外高内低楔形结构，以上技术方案中提到的“内侧”中的“内”指的是这里所说的“外高内低”中的“内”。
18.因此，提出以上技术方案，根据以上方案，承载组织工程半月板的支架在受力而被压缩的情况下，将使得组织工程半月板以以上天然半月板的受力方式被施力而形变，进而促使组织工程半月板获得天然半月板的区域特异性以及更好的力学性能。
19.优选地，所述压缩构件的与所述组织工程半月板支架接触的端部形成为弧面，所述压缩构件由聚四氟乙烯形成。
20.由于组织工程半月板支架仿生的外高内低楔形结构，弧形段部的压缩构件特别有利于实现组织工程半月板支架在挤压下的力学分散，聚四氟乙烯材料则大大降低了摩擦力。
21.优选地，所述压力反应装置包括：
22.反应构件，多个所述容纳部形成于所述反应构件；
23.平台，所述反应构件设置于所述平台的上端面；
24.升降机构，与所述平台的下端面连接。
25.优选地，所述压力反应装置还包括：
26.压力传感器，设置于所述平台并位于所述反应构件的下方；
27.控制机构，与所述压力传感器通信连接。
28.优选地，所述容纳部的数量为多个，多个所述容纳部呈阵列状排布。
29.优选地，所述反应构件的数量为多个，分别从属于相邻的两个所述反应构件的最内侧两列所述容纳部中彼此相对应的两个所述容纳部之间的距离为100mm。
30.优选地，所述反应构件的数量为两个，任一所述反应构件形成有12个容纳部，所述容纳部的直径为10mm，相邻两个所述容纳部之间的距离为26mm。
31.优选地，所述压力反应装置还包括：
32.音圈电机，与所述控制机构通信连接，并驱动压缩构件升降；
33.总控制屏，与所述控制机构通信连接，所述总控制屏包括参数设置界面和压力显示界面；
34.度量构件，设置于所述平台，用于度量所述压缩构件的位移变化以及所述组织工程半月板支架的压缩程度。
35.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
36.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可
以根据这些附图获得其他相关的附图。
37.图1示出了压力反应装置的装配图的示意图；
38.图2示出了音圈电机的结构的示意图；
39.图3示出了压缩头的第一实施方式的示意图；
40.图4示出了光栅尺的结构的示意图；
41.图5示出了反应构件的俯视图的示意图；
42.图6示出了总控制屏的结构的示意图；
43.图7示出了压缩头的第二实施方式的示意图。
44.附图标记：
[0045]1‑
恒温培养箱；2
‑
光栅尺；21
‑
尺体；22
‑
读数头；23
‑
电缆；3
‑
压缩头；4
‑
压力传感器；5
‑
升降台；6
‑
主机；7
‑
反应构件；71
‑
反应孔；8
‑
音圈电机；81
‑
磁体组件；82
‑
线圈组件；9
‑
总控制屏；91
‑
参数设置界面；92
‑
压力显示界面。
具体实施方式
[0046]
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0047]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0048]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0049]
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0050]
本实施例提供的压力反应装置包括恒温培养箱、光栅尺、压缩头、压力传感器、升降台、主机、反应构件、音圈电机和总控制屏。
[0051]
如图1所示，图1示出了压力反应装置的装配图的示意图，其中总控制屏9并未在图1中示出。参见图1，光栅尺2、压缩头3、压力传感器4、升降台5、主机6、反应构件7和音圈电机8设置于恒温培养箱1的内部。具体地，主机6可以形成为板状结构。板状的主机6包括上端面，上端面设置有压力传感器4，例如分别位于上端面的左右两侧的两组压力传感器4。作为一种示例，两组压力传感器4可以分别包括一个压力传感器4。仍然参见图1，作为一种示例，压力传感器4可以嵌入到主机6内并与下述控制机构通信连接，以将检测到的压力情况传输
至控制机构。
[0052]
如图1所示，主机6的下端面可以设置有升降台5，升降台5可以如此可以调节主机6的高度。作为一种示例，升降台5可以是使用手摇的方式手动调整的手摇升降台5，也可以是电动升降台5。
[0053]
在实施例中，两组压力传感器4的上方分别设置有两个反应构件7，结合图5，以下将具体描述反应构件7的具体结构。
[0054]
如图5所示，图5示出了反应构件7的结构，具体地，反应构件7形成有反应孔71，反应孔71的直径可以优选形成为10mm。在实施例中，反应构件7可以形成有12个反应孔71，即如图5所示的3*4＝12个，这样一组12个反应孔71设置于一个反应构件7。进一步地，本实施例中反应构件7可以设置有两个，分别设置于上述两个压力传感器4的上方。也就是说，本实施例中的压力反应装置包括两组共24个反应孔71。优选的是，相邻的两组反应孔71中，两列最内侧的反应孔71中，彼此对应的分别从属于两组反应孔71的两个反应孔71之间的距离为100mm。
[0055]
由此，在进行组织工程半月板培养时，对应24个反应孔71可同时进行24个组织工程半月板的培养。其中反应孔71中心间距可以优选形成为26mm。反应构件7优选为聚苯乙烯(ps)材质，也可以为聚乙烯(pe)材质。
[0056]
进一步地，结合图1至图3，本实施例中，压缩头3设置于反应构件7的上方，每个压缩头3对应一个上述反应孔71。如图3所示，压缩头3整体上呈大致地柱状结构。柱状的压缩头3包括自上至下的三部分，包括最上方的小径部、位于中间的具有最大直径的大径部以及最下方中径部，三者顺次连接。
[0057]
如图1所示，多个压缩头3可以安装于支架(图中未作标注)，例如将小径部插入接到支架上开设的安装孔(图中未示出)中。在本实施例中，中径部的下端即压缩头3的下端为弧面形状，以下将这种压缩头3简称为弧形的压缩头。如此弧形的压缩头特别能够匹配组织工程半月板支架外高内低的楔形结构。
[0058]
进一步地，本实施例中的压缩头3可以由聚四氟乙烯形成，该材料生物稳定性及生物相容性好，摩擦系数非常低，有效减小压缩头3与组织工程半月板摩擦力。优选的是，本实施例中压缩头3的中径部的直径为10mm。
[0059]
正如以上所提及的，以上的弧形的压缩头3适用于构建组织工程半月板，这里这种弧形的压缩头3为本实施例压缩头3的第一实施方式。参见图7，图7为本实施例中的压缩头3的第二实施方式，其相对于第一实施方式中的弧形的压缩头3而言，区别在于，第二实施方式中的压缩头3的下端为平面，这种压缩头3还可以用于构建组织工程软骨。
[0060]
仍然参见图1，在以上描述的特征的基础上，上述安装压缩头3的支架安装于音圈电机8，音圈电机8与下述控制机构通信连接，以下将简要描述音圈电机8的工作原理。结合图2，音圈电机8包括磁体组件81和线圈组件82，其中磁体组件81可以设置于恒温培养箱1的内顶部并提供磁场环境，线圈组通电受到力的作用，带动下方的压缩头3升降，从而对组织工程半月板实现周期性的压力刺激。由于音圈电机8自身有较高的控制精度，特别适合用于控制对组织工程半月板所施加的刺激压力，因此这样更有利于确保获得的组织工程半月的力学性能接近真实半月板的力学性能。
[0061]
进一步地，本实施例中的光栅尺2包含有尺体21、读数头22和电缆23线。结合图1和
图3，其中，尺体21沿着竖直方向安装于主机6的侧部，尺体21的内部设置有光栅，读数头22可用于记录压缩头3的位移变化以及组织工程半月板支架的压缩程度，电缆23线则用于连接电源。
[0062]
在实施例中，压力反应装置还包括控制机构，总控制屏9与控制机构通信连接，二者可以设置于恒温培养箱1的外侧，包括参数设置界面91和压力显示界面92。其中，参数设置界面91可用于设置压缩频率和压缩强度强度，压力显示界面92可实时记录每次压缩的压力强度，每次的压缩强度由上述压力传感器4获取，这样获取的压力轻度可以用于后期实验结果的分析。
[0063]
在以上所描述的特征的基础上，以手摇升降台5为例，本实施例还提供一种压力反应装置的控制方法，该方法将在以下描述。
[0064]
首先，将手摇升降台5至合适高度例如第一预定高度，将预先载有间充质干细胞的组织工程半月板支架放入反应构件7的反应孔71中。将压缩头3安装于音圈电机8上，随后调节升降台5的高度，直至压缩头3与半月板支架表面接触，此时升降台5可以位于第二预定高度。在总控制屏9的参数设置界面91设置合适的压缩频率。
[0065]
在本实施例中，采用压缩头3下降1秒
‑
维持1秒至2秒
‑
上升1秒的参数频率(即压缩头3执行下压动作1秒，随后维持在最低位置1秒至2秒，优选为1秒，然后上升1秒)，强度以实现半月板支架压缩10％至20％，以10％的形变为宜，还可以采用13％、15％和18％。参数设置完毕后，向反应孔71中添加培养液及生长因子，培养箱温度设置为恒温37度，二氧化碳浓度设置为5％。最终在生长因子化学因子及力学的双重刺激下，实现在组成、结构、力学性能上更加仿生的组织工程半月板。
[0066]
在本实施例中，压缩头3可模拟体内的股骨髁软骨，向下移动后可使半月板支架产生一定形变，从而模拟半月板在负重条件下受到挤压产生的形变。并且由于组织工程半月板支架仿生的外高内低楔形结构，在弧形的压缩头3挤压下，实现力学分散，从而实现半月板支架内侧部位以压力为主，而支架外侧边缘以张力为主，类似于天然半月板受到的力学特点。而这种力学的分布差异性，可导致半月板支架内部不同区域的细胞表型产生差异，其中以受到压力为主的细胞表现为软骨样细胞表型，产生二型胶原蛋白及粘多糖为主，并且这些成分是天然半月板内侧主要的组成成分。而以受到张力为主的细胞则产生一型胶原蛋白，为天然半月板外侧主要的组成成分，实现组织工程半月板成分及力学性能分区。最终实现所构建的组织工程半月板在组成、胶原排列、力学性能上更加类似于天然半月板。
[0067]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是在本实用新型的创新构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的保护范围内。