一种用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置及系统。


背景技术：

2.在医疗器械领域，对于医用类植介入材料的性能需求不断提升。不仅对材料本身的性能提出要求，同时，针对特定的使用场景，通过负载药物或者在表面构筑功能性涂层的方式获得更好的综合性能。目前对于医用类植入材料的降解，或植入材料表面涂层牢固度的研究多给予腐蚀行为研究，多采用将试样浸泡在模拟介质中的静态腐蚀方式，或直接采用摩擦方式进行直接刮擦，和真实的血液流动环境相差甚远，而采取动物实验研究耗时耗力，且试验结果因动物样本的个体差异稳定性较低。流动腔和生物反应器可用来模拟体内流体环境，目前流动腔和生物反应器大多用来研究流体剪切力对各种细胞的形态、黏附和功能化等影响，但用来检测医用材料腐蚀降解性能，及植入材料涂层牢固度的流动腔平台报道很少。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，通过结构设计，可以模拟体内流体环境，验证在特定流体环境下，植入材料表面涂层的牢固性。
4.为实现实用新型目的，本实用新型提供一种用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其包括盖板和底座，所述盖板上设置有第一通孔、第二通孔和第一缓冲槽，所述第一通孔与所述第一缓冲槽连通，所述盖板设置在所述底座上，所述盖板与所述底座之间形成有流动腔，所述流动腔分别与所述第一缓冲槽和所述第二通孔连通。
5.进一步的，其包括密封垫，所述密封垫设置在所述盖板与所述底座之间，待测样品设置在所述密封垫和所述底座之间，所述密封垫上设置有第三通孔，所述盖板通过所述密封垫的第三通孔与所述待测样品之间形成所述流动腔。
6.进一步的，所述第一缓冲槽设置在所述盖板朝向所述密封垫一侧，所述第一缓冲槽与所述第三通孔连通。
7.进一步的，所述底座对应所述第三通孔的位置设置有第一凹槽。
8.进一步的，所述底座上设置有用于限定所述盖板位置的定位结构。
9.进一步的，所述定位结构包括若干个定位销，所述盖板上对应所述定位销的位置设置有定位孔；和/或所述定位结构包括若干个定位孔，所述盖板上对应所述定位孔的位置设置有定位销。
10.进一步的，所述定位结构为第二凹槽，所述盖板设置在所述第二凹槽内。
11.进一步的，其包括夹紧结构，所述夹紧结构能够将所述盖板夹紧在所述底座上。
12.进一步的，所述盖板上设置有第二缓冲槽，所述第二缓冲槽与所述第二通孔连通。
13.进一步的，所述第二缓冲槽设置在所述盖板朝向所述密封垫一侧，所述第二缓冲槽与所述第三通孔连通。
14.本实施例还提供一种用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟系统，其包括上述体内流体环境模拟装置，体内流体环境模拟系统还包括收集装置和泵源，所述体内流体环境模拟装置与所述收集装置连接，所述泵源被配置的能够将流体导入至所述体内流体环境模拟装置的流动腔内，之后流体流动至所述收集装置内。
15.进一步的，其还包括观察装置，所述观察装置被配置的能够观察样品的变化情况。
16.进一步的，其还包括检测装置，所述检测装置与所述收集装置连接，所述检测装置被配置的能够对所述收集装置内的流体进行检测。
17.本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置及系统至少具有如下一个或多个有益效果：
18.(1)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其结构简单，易于加工，可以针对不同形状和材质的样品进行加工设计；
19.(2)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其可以模拟体内流体环境，验证在特定流体环境下，植入材料表面涂层的牢固度，为研究医用植入材料涂层牢固度在生理剪切力作用下的降解行为提供了一种新途径；
20.(3)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其通过控制流体速度来调节流体的剪切力；
21.(4)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其入流口位置设置有缓冲槽，可以使得流体变得更加缓和，保证在所述流动腔内流过样品的流体更加均匀，进而产生较为均匀的剪切力；
22.(5)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其可以在出流口处再设置一缓冲槽，与入流口处缓冲槽对称设置，可以保证盖板安装在底座上时，可以不用区别安装方向，使用更加方便；
23.(6)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其底座上设置有定位结构，可以保证盖板安装在底座上的位置固定，配合夹紧结构，使得装置更加牢靠，检测更加稳定；
24.(7)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其可以测量不同硬度的材质，并可以通过在底座上对应流动腔的位置开设一凹槽的方式，使得装置在测试较软质地的样品时，不会因盖板的压持作用下样品发生胀变而过多的堵塞流动腔，进而影响测量精度；
25.(8)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其可以多个并联，一次检测多个样品，实现高通量；
26.(9)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟系统，其通过泵源调节流体速度，进而调节流体剪切力，从而可以模拟人体不同部位的剪切力条件，不仅可以用来研究医用植入材料涂层的降解行为，还可用来评价表面涂层的药物释放等；
27.(10)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟系统，其使用收集装置收集流经体内流体环境模拟装置的流体，通过测量收集装置中流体内的微粒数量，可推测样品涂层的脱落情况，也可以将收集装置直接与检测装置直接连接，实现自动化取样检测；
28.(11)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟系统，其还可以使用观察装置，直观的观察样品的表面显微结构，判断样品涂层的脱落情况。
附图说明
29.图1为本技术实施例提供的体内流体环境模拟装置的结构示意图；
30.图2为本技术实施例提供的体内流体环境模拟装置的爆炸示意图；
31.图3为本技术实施例提供的盖板的结构示意图；
32.图4为本技术实施例提供的体内流体环境模拟装置去掉夹紧结构的俯视示意图；
33.图5为图4在a位置的剖视结构示意图；
34.图6为本技术实施例提供的底座另一种定位方式的结构示意图；
35.图7为本技术实施例提供的在去掉操作杆时夹紧结构的结构示意图；
36.图8为本技术实施例提供的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟系统图。
37.其中，1-盖板，11-第一通孔，12-第二通孔，13-第一缓冲槽，14-定位孔， 15-第二缓冲槽，2-底座，21-第一凹槽，22-定位销，23-第二凹槽，3-密封垫， 31-第三通孔，4-样品，5-夹紧结构，51-夹座，52-夹杆，53-定位杆，54-操作杆，55-夹头，6-体内流体环境模拟装置，7-收集装置，8-泵源，9-观察装置。
具体实施方式
38.为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
39.实施例
40.如图1和图2所示，本实施例提供一种用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其包括盖板1和底座2。所述盖板1上设置有第一通孔11、第二通孔12和第一缓冲槽13，如图3所示。所述第一通孔11和所述第二通孔12 间隔设置。优选的，所述第一通孔11和所述第二通孔12分别上下贯穿所述盖板1。不过需要说明的是，所述第一通孔11或所述第二通孔12并不限于在所述盖板1的上表面贯穿，也可以在所述盖板1的任意侧表面实现贯穿，只要保证所述第一通孔11和所述第二通孔12的一端贯穿所述盖板1的下表面，所述第一通孔11的另一端或所述第二通孔12的另一端贯穿位置不做限制。
41.所述第一缓冲槽13设置在所述盖板1朝向所述底座2的一侧，即所述盖板1的下表面，且所述第一通孔11与所述第一缓冲槽13连通。所述盖板1设置在所述底座2上。所述盖板1与所述底座2之间形成有流动腔，所述流动腔分别与所述第一缓冲槽13和所述第二通孔12连通。优选的，在所述盖板1和所述底座2之间设置一密封垫3，且在所述密封垫3上开设一第三通孔31。图2 中适应性展示的，所述第三通孔31为矩形，且长度方向的两端分别向所述第一通孔11和第二通孔12方向延伸，并分别与所述第一缓冲槽13和所述第二通孔 12连通。在具体检测时，待测样品4放置在所述底座2上，之后依次在所述待测样品4上放置密封垫3和盖板1，优选的待测样品4的尺寸略大于所述第三通孔31的尺寸，这样所述盖板1通过所述密封垫3的第三通孔31与所述待测样品4之间形成腔室即所述流动腔，如图5所示。需要说明的是，所述第三通孔31的形状和尺寸并不限制，可以在具体实施时根据需要进行灵活设计。
42.在具体实施时，所述第一通孔11和所述第二通孔12，一个用于接入流体，一个用于放出流体。比如可以在所述第一通孔11和所述第二通孔12上分别安装一个接头，如图2和图4所示，之后可通过管道与一收集装置7连接形成通路，所述收集装置7可以是烧杯或水箱等任意可容置流体的容器。同时在管道上可以接一个泵用于将所述收集装置7内的流体通过所述第一通孔11流入至所述第一缓冲槽13内，之后在流入至所述流动腔内从待测样品4表面流过，最后经过所述第二通孔12流回至所述收集装置7。所述泵在选择时优选采用蠕动泵，通过挤压管道产生负压的方式来实现流体循环，这样可以保证泵与检测流体不发生直接接触，可以保证检测精度。当然，所述泵并不限于此，可以为任意类型。流体的速度可通过泵调节，进而调节流体剪切力，从而可以模拟人体不同部位的剪切力条件，不仅可以用来研究医用植入材料涂层的降解行为，还可用来评价表面涂层的药物释放等。另外，所述第一缓冲槽13优选为条形凹槽，且所述第一缓冲槽13的长度方向与所述第三通孔31的宽度方向一致，如图3所示。并优选的，所述第一通孔11在靠近所述第一缓冲槽13的端部设置，这样可以更好的在流体加入至第一缓冲槽13内时变得更加缓和，保证在所述流动腔内流过样品4的流体更加均匀，进而产生较为均匀的剪切力。
43.在进一步的实施例中，还可以在所述盖板1朝向所述底座2的一侧对应所述第二通孔12的位置设置第二缓冲槽15，且所述第二缓冲槽15分别与所述第二通孔12和所述第三通孔31连通。所述第二缓冲槽15优选与所述第一缓冲槽13对称设计，这样可以保证盖板1安装在底座2上时，可以不用区别安装方向，使用起来更加方便，便捷。
44.为了保证本实施例的装置更加牢靠，且检测更加稳定。本实施例中，在所述底座2上设置有用于限定所述盖板1位置的定位结构。如图2所示，图中示意性展示了一种定位方式，即在所述底座2上设置有四个定位销22，而在所述盖板1上对应所述定位销22的位置分别设置一个定位孔14，使得所述底座2 可以准确快捷的安装在所述底座2上。对应的，在所述密封垫3上同样设置相应的通孔，可以起到固定密封垫3的作用。当然也可以是定位孔设置在所述底座2上，所述定位销设置在所述盖板1上，又或是所述盖板1或所述底座2上均分别采用定位销和定位孔组合的排布方式等。且定位销22或定位孔14的数量和排布方式不做限制，可以在具体实施时根据需要进行灵活设计。如图6所示，图中适应性展示了另一种定位方式，即所述定位结构为第二凹槽23，所述第二凹槽23的形状优选与所述盖板1匹配，保证所述盖板1能够稳定牢靠的放置在所述第二凹槽23内。
45.在进一步的实施例中，所述底座2对应所述第三通孔31的位置设置有第一凹槽21，如图6所示。图中展示的是以第二种定位结构为基础，而在第一种定位结构同样适用，在此不在提供附图示意。在所述底座2上开设第一凹槽21可以使得装置在测试较软质地的样品4时，不会因盖板1的压持作用下样品4发生胀变而过多的堵塞流动腔，进而影响测量精度。
46.对应的，在所述底座2上还设置有夹紧结构5。图1中、图2和图7中示意性展示了一种夹紧结构5，分别设置在所述底座2的两端，即所述盖板1的两侧。所述夹紧结构5由夹座51、夹杆52、定位杆53、操作杆54和夹头55 构成。所述夹座51通过一固定块固定在所述底座2上。所述夹座51呈l形，具有竖向部和横向部，所述竖向部靠近所述盖板1，所述横向部朝远离所述盖板 1的一侧延伸。所述夹杆52的一端向上弯曲，所述夹杆52的弯曲部位与所述竖向部可转动连接，所夹杆52向上弯曲的部分远离所述盖板1。所述夹头55 可调节的设置在所述夹杆52远离所述夹杆52弯曲部分的一端。具体的，所述夹杆52设计为中空状，即呈上下
通透的长条环状。所述夹头55由螺栓、两螺母和两限限位件构成，具体安装方式可参看图1或图2。通过调节上螺母和下螺母与螺栓之间的相对旋紧位置，可以调节所述螺栓在所述夹杆52的竖向和横向上的位置，进而可以匹配不同盖板1尺寸以及调节对盖板1的夹紧力。所述操作杆54的一端向上弯曲，所述操作杆54的弯曲部分端部与夹杆52的弯曲部分端部可转动连接，所述操作杆54的另一端自由端朝远离所述盖板1的一侧延伸。所述定位杆53的一端与所述夹座51的横向部端部可转动连接，所述定位杆53 的中间部分与所述操作杆54的弯曲部位可转动连接，所述定位杆53的另一端设计为尖角状。通过此种连杆结构设计，可以保证在抬起所述操作杆54的自由端时，可以使所述夹杆52的端部抬起进而带动所述夹头55向上抬起，从而解锁对所述盖板1的夹紧作用。而在下压所述操作杆54的自由端时，可以使所述夹杆52的端部下落进而带动所述夹头55向下移动直至夹紧所述盖板1。所述定位杆53的端部设计为尖角状，可以保证在夹紧所述盖板1时，所述定位杆 53的端部与所述夹杆52的弯曲部分相抵触，进而起到一定的锁死作用，可以维持夹杆52对盖板1的夹持作用。
47.通过上述体内流体环境模拟装置6可构建一用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟系统，如图8所示。所述体内流体环境模拟系统由上述体内流体环境模拟装置6以及收集装置7和泵源8组成。所述收集装置7可以是烧杯或水箱等任意可容置流体的容器。所述体内流体环境模拟装置6与所述收集装置7 连接，可以通过管道连接的方式，将所述收集装置7与所述体内流体环境模拟装置6的用于流体流出的通孔连通，以盛放流经所述体内流体环境模拟装置6 的流体。所述泵源8被配置的能够将流体导入至所述体内流体环境模拟装置6 的流动腔内，之后流体流动至所述收集装置7内。所述泵源8可以是蠕动泵或注射泵等，优选采用蠕动泵。进一步的，所述收集装置7可以与所述体内流体环境模拟装置6的用于流体流入的通孔通过管道连通构成循环通路。当然，可以不构成循环通路，泵源8直接将其他容器内的流体导入至所述体内流体环境模拟装置6的流动腔内。
48.在进一步的实施例中，所述体内流体环境模拟系统还包括观察装置9，所述观察装置9可以是光学显微镜又或是摄像设备等，操作者可以通过所述观察装置9直观的观察样品的表面显微结构，判断样品涂层的脱落情况。必要时还可以配备显示屏等显示设备。
49.在进一步的实施例中，在所述体内流体环境模拟系统中所述收集装置可以直接与检测装置直接连接，通过检测装置自动的检测所述收集装置内的流体，实现自动化取样检测。所述检测装置可以为微粒度测试仪、icp光谱仪、紫外分光光度计、酸碱度测试仪等等。
50.本实施例提供的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置及系统的主要工作原理如下：将待检测样品4置入体内流体环境模拟装置6的密封垫3和底座2之间，并使样品4覆盖整个密封垫3上的第三通孔31，之后将盖板1压装在所述密封垫3上并用夹紧结构5夹紧。由于密封垫3具有一定厚度，因此，在所述盖板1压装在所述密封垫3上时，所述第三通孔31内将形成流动腔。通过泵源8和管道向流动腔内注入流体，会在所述流动腔内部，样品4表面形成稳定的流体剪切力，之后流入至收集装置7内。所述流体剪切力的计算公式为τ＝6ηq/wh2，其中，τ为剪切应力，需要确定流动腔均匀剪切力区的腔体宽度 w和高度h，流体的动力粘度η和流体的流量q。在本实施例中设计的流动腔，一旦选取了确定的流体，剪切力大小就由流量来控制，就能根据要求，得到需要的剪切力。之后通过测量所述收集装置7内流体内微粒的数量变化或者吸光值等变化，即可推测样品4涂层的脱落情况，同时还可以配合观察装置9，直观的观察样品4的表面显微结构。
51.接下来通过两个实验例来对本实施例的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置及系统作进一步的说明：
52.实验例一、对具有多孔表面的织物表面涂层牢固度的研究
53.由聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯和聚四氟乙烯等聚合物共混物可用于制备纤维，例如单丝或多丝纤维，用于织物的构造。可以应用于医用植入材料，包括血管的补片、心脏瓣膜等。主要检测步骤如下：
54.(1)用去离子水清洗体内流体环境模拟装置的流动腔，连接管道，用纯水清洗仪器及管道用于去除表面的杂质颗粒。随后用无颗粒水最大流速循环管道 10min彻底清除残留的微小颗粒物。检测水中颗粒度做空白对照。
55.(2)样品4处理，用去离子水清洗样品4，去除表面的杂质颗粒，随后放入流动腔中，用无颗粒水，小流速(q1＝100ml/min)循环冲洗样品45min，以去除残余的表面颗粒，检测此时水中的颗粒度作为阴性对照。
56.(3)用q2＝500ml/min，300ml水循环冲刷样品4为5h，取60ml水做微粒度检测。
57.检测数据如下表1所示。从表内对样品4冲刷前后流体内的微粒数变化可以看出样品4的涂层是有一定损耗的，之后再通过计算并结合相应的微粒数量比例等即可推测出样品4涂层的损耗程度或牢固度。
58.表1
[0059][0060]
相应的，也可以使用显微镜的观察装置来对冲刷后样品4的表面进行观察。
[0061]
实验例二、对医用类管材表面涂层牢固度研究
[0062]
一种聚丙烯材料的医用类管材，其表面接枝肝素，利用体内流体环境模拟装置检测剪切力作用前后，材料表面肝素的含量。主要检测步骤如下：
[0063]
(1)用去离子水清洗体内流体环境模拟装置的流动腔，连接管道，用纯水清洗仪器及管道用于去除表面的杂质颗粒。随后用无颗粒水最大流速循环管道 10min彻底清除残留的微小颗粒物。
[0064]
(2)样品4处理，用去离子水清洗样品4，去除表面的杂质颗粒，随后放入流动腔中，用用无颗粒水，小流速(q1＝100ml/min)循环冲洗样品45min，以去除残余的表面颗粒，检测此时水中的肝素含量作为阴性对照。
[0065]
(3)用q2＝500ml/min，300ml水循环冲刷样品4为4h，取60ml水做肝素含量检测。
[0066]
(4)为了确认涂层的存在，用甲苯胺蓝染色可以对肝素涂层含量做定性分析。通过将样品4浸入0.1％w/v甲苯胺蓝水溶液中2分钟，然后用水彻底冲洗样品4以除去过量的染料，从而用正电荷染料甲苯胺蓝染色样品4。样品4染成深紫色，表明存在肝素涂层，未涂覆的对照染成非常微弱的蓝色。
[0067]
本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置及系统至少具有如下一个或多个有益效果：
[0068]
(1)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其结构简单，易于加工，可以针对不同形状和材质的样品进行加工设计；
[0069]
(2)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其可以模拟体内流体环境，验证在特定流体环境下，植入材料表面涂层的牢固度，为研究医用植入材料涂层牢固度在生理剪切力作用下的降解行为提供了一种新途径；
[0070]
(3)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其通过控制流体速度来调节流体的剪切力；
[0071]
(4)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其入流口位置设置有缓冲槽，可以使得流体变得更加缓和，保证在所述流动腔内流过样品的流体更加均匀，进而产生较为均匀的剪切力；
[0072]
(5)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其可以在出流口处再设置一缓冲槽，与入流口处缓冲槽对称设置，可以保证盖板安装在底座上时，可以不用区别安装方向，使用更加方便；
[0073]
(6)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其底座上设置有定位结构，可以保证盖板安装在底座上的位置固定，配合夹紧结构，使得装置更加牢靠，检测更加稳定；
[0074]
(7)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其可以测量不同硬度的材质，并可以通过在底座上对应流动腔的位置开设一凹槽的方式，使得装置在测试较软质地的样品时，不会因盖板的压持作用下样品发生胀变而过多的堵塞流动腔，进而影响测量精度；
[0075]
(8)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟装置，其可以多个并联，一次检测多个样品，实现高通量；
[0076]
(9)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟系统，其通过泵源调节流体速度，进而调节流体剪切力，从而可以模拟人体不同部位的剪切力条件，不仅可以用来研究医用植入材料涂层的降解行为，还可用来评价表面涂层的药物释放等；
[0077]
(10)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟系统，其使用收集装置收集流经体内流体环境模拟装置的流体，通过测量收集装置中流体内的微粒数量，可推测样品涂层的脱落情况，也可以将收集装置直接与检测装置直接连接，实现自动化取样检测；
[0078]
(11)本技术的用于检测涂层牢固度的体内流体环境模拟系统，其还可以使用观察装置，直观的观察样品的表面显微结构，判断样品涂层的脱落情况。
[0079]
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
[0080]
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
[0081]
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
[0082]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用
新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。