一種用于軟骨數字圖像相關實驗的滾動載荷施加控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物力學和生物組織工程領域，特別是一種用于軟骨數字圖像相關實驗的滾動載荷施加控制裝置。
【背景技術】
[0002]關節軟骨是人體“骨骼-運動”系統的關鍵部位，在高頻率的日常使用中最容易受到外傷、疲勞、環境因素、力學性質改變、關節制動等因素的影響而受到不同程度的損傷，損傷會引起承載關節軟骨結構內力的重新分配，隨著軟骨損傷演化過程的發展，軟骨的承載能力不斷下降至喪失，軟骨損傷所造成的力學環境改變也將影響軟骨細胞的代謝，從而影響內部營養物質的正常傳輸。
[0003]生物力學方面的軟骨損傷是指由于外界各種因素引起軟骨基質膠原纖維斷裂，細胞微環境被嚴重破壞，軟骨細胞退變壞死，細胞內的膠原酶、蛋白多糖等釋放到軟骨基質中，致使基質進一步破壞，而基質的破壞又導致更多軟骨細胞退變壞死，如此形成惡性循環，出現不可逆退變，最終引起軟骨損傷。目前對于軟骨微損傷后在日常生理載荷作用下的力學響應尚不清楚。研究載荷與關節軟骨之間的關系，揭示軟骨的力學行為和損傷演化的機理，其意義在于深入認識與軟骨損傷有關的軟骨疾病，預防疾病的發生，指導軟骨損傷后的治療和康復，設計治療軟骨缺損和修復軟骨的藥物，改善或恢復關節軟骨的功能，指導軟骨替代物的研制，保證替代材料能夠滿足軟骨的功能需要。以往的體外實驗，軟骨在空氣中操作，很容易流失液體養分變干硬，失去了原有的溫度環境和液體環境，力學屬性與真實相差甚遠，為了更真實的測量軟骨的力學屬性，所以在此研發一加載裝置，模擬人體活動過程對軟骨產生的滾壓載荷，探討軟骨的力學行為及損傷演化規律。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于軟骨數字圖像相關實驗的滾動載荷施加控制裝置，該裝置能將滾壓載荷施加在關節軟骨上，能夠模擬軟骨所處的生物環境的力學模擬機構并完成圖像采集，載荷的施加更接近人體運動時膝關節軟骨所受的力學環境，為關節軟骨實驗提供了基本條件。
[0005]本發明的技術方案:
[0006]一種用于軟骨數字圖像相關實驗的滾動載荷施加控制裝置，包括裝置底板、動力驅動裝置、夾具控制調節裝置和模擬水箱控制調節裝置。動力驅動裝置由電機支撐架、步進電機、絲杠、叉型架、兩個導向輪、兩根齒條、叉型架導向槽、加載滾輪和電機控制箱組成，臺式電機支撐架與裝置底板固定，步進電機固定于電機支撐架的一端，兩根齒條平行固定于電機支撐架的另一端，兩個導向輪分別與兩根齒條嚙合并通過軸連接，叉型架與兩個導向輪外側的軸活動連接，絲杠的一端與步進電機連接，另一端與叉型架的橫端面的中心連接，加載滾輪固定于兩個導向輪的軸的一端并同軸運動，電機控制箱與步進電機通過導線連接;夾具控制調節裝置由門橋框架、兩個導向塊、兩個導向槽、兩個滑塊、兩個縱向調節螺桿、兩個橫向調節螺桿、兩個軸承座和樣品夾具組成，門橋框架與裝置底板垂直設置，門橋框架上設有矩形門孔和兩個垂直凹槽，兩個導向塊平行設置于門橋框架的兩側并分別與裝置底板固定，兩個導向塊上分別設有凹槽，兩個導向槽開鑿于兩個導向塊內側的裝置底板上，兩個滑塊分別與兩個導向塊上的凹槽、門橋框架上的垂直凹槽、橫向調節螺桿以及裝置底板上的導向槽匹配，門橋框架安裝時要使底部兩側插入滑塊的凹槽中，兩個縱向調節螺桿分別設置于門橋框架上端面的兩邊螺紋孔內并用于調節門橋框架的高度，從而帶動并調節樣品試件與加載滾輪之間的垂直距離;兩個軸承座分別與裝置底板固定，兩個橫向調節螺桿分別與兩個軸承座配合，兩個橫向調節螺桿的另一端與滑塊上的螺紋孔配合，用于調節滑塊在導向槽和導向塊的內凹槽上移動，從而帶動門橋框架的前后移動以及樣品試件與加載滾輪之間前后對齊位置;模擬水箱控制調節裝置由控溫器、熱電偶、加熱棒和水槽組成，水槽放置于門橋框架的下部且門橋框架的中間部分連同樣品夾具一同置入水槽中，熱電偶和加熱棒均設置于水槽中中，熱電偶和加熱棒通過導線分別與控溫器連接，水槽由光學玻璃制備，便于顯微鏡圖像采集。
[0007]本發明的有益效果是:該裝置能將滾壓載荷施加在關節軟骨上，能夠模擬軟骨所處的生物環境的力學模擬機構并完成圖像采集，載荷的施加更接近人體運動時膝關節軟骨所受的力學環境，為關節軟骨實驗提供了基本條件。
【附圖說明】
[0008]圖1為該控制裝置結構示意圖。
[0009]圖2為模擬水箱控制調節裝置局部放大結構示意圖。
[0010]圖3為門橋框架局部放大結構示意圖。
[0011]圖中:1.叉型架導向槽;2.齒條;3.導向輪;4.叉型架;5.絲杠;6.步進電機;7.電機支撐架;8.電機控制箱;9.裝置底板；10.軸承座；11.橫向調節螺桿；12.導向槽；13.滑塊；14.加載滾輪；15.樣品夾具；16.門橋框架；17.導向塊；18.縱向調節螺桿；19.軸；20.控溫器;21.熱電偶;22.加熱棒;23.水槽。
【具體實施方式】
[0012]實施例:
[0013]—種用于軟骨數字圖像相關實驗的滾動載荷施加控制裝置，如圖1-3所示，包括裝置底板9、動力驅動裝置、夾具控制調節裝置和模擬水箱控制調節裝置，動力驅動裝置由電機支撐架7、步進電機6、絲杠5、叉型架4、兩個導向輪3、兩根齒條2、叉型架導向槽1、加載滾輪14和電機控制箱8組成，臺式電機支撐架7與裝置底板9固定，步進電機6固定于電機支撐架7的一端，兩根齒條2平行固定于電機支撐架7的另一端，兩個導向輪3分別與兩根齒條2嚙合并通過軸19連接，叉型架4與兩個導向輪3外側的軸活動連接，絲杠5的一端與步進電機6連接，另一端與叉型架4的橫端面的中心