专利名称：用于软骨培养的加载装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及组织工程领域的生物反应器，特别是涉及一种用于软骨培养的加
载装置。
背景技术：
组织工程是近年来正在兴起的一门新学科，是继细胞生物学和分子生物学之后， 生命科学发展史上又一个新的里程碑，标志着医学将走出器官移植的范畴，步入制造组织 和器官的新时代。 关节软骨缺损是外科常见的疾病之一，通常由外伤、手术切除、骨性关节炎等慢性 疾病引起。临床上自体移植或异体移植也存在较大的限制和弊端。特别是在力学环境作用 下培养的不同形状、具有承力功能的人工软骨可以更好地满足临床需求。生物反应器是组 织工程化培养的重要因素，使用生物反应器的目的是为体外组织工程构建提供合适的生长 条件，使工程化组织获得与活体组织相似的结构与功能。软骨组织工程、骨组织工程是一门 仿生科学，因此培养环境尽可能接近自然条件，软骨、骨是人体的承力组织，力学对软骨、骨 结构、功能都有重要影响。 滚动载荷确实是关节软骨力学环境的重要组成部分，在关节运动过程中还有滑动 现象，人工软骨培养的力学环境应当尽可能模拟其天然环境，因此，在软骨培养中滚动加载 与滑动载荷同时作用是人体膝关节软骨真实的力学环境。 中国实用新型专利ZL200720096199. 8(发明名称为施加滚动载荷与滑动载荷的 生物反应器")就设计了滚动与滑动复合加载的力学环境，其中采用曲柄连杆机构作为滚 动、滑动的连接机构。该反应器施载过程中培养物所受滚动载荷、滑动载荷不均匀，滚动、滑 动速比难精确给出，且结构相对分散。
实用新型内容本实用新型的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、简单，施加的滚 动载荷与滑动载荷可以按不同的速度比同时均匀作用的人工软骨或骨软骨体外培养的加 载装置。 为此，本实用新型的用于软骨培养的加载装置包括底板、设置在底板上的机架和 设置在机架上的托板槽，所述的托板槽为顶部开放的长方体形，在托板槽的底部设置有一 可升降的升降滑块，升降滑块的大小与托板槽的底部形状相适应，在升降滑块上面设置有 培养室，培养室是顶部开放的长方体形，其底面形状与升降滑块相同，在培养室内设置有滚 动加载体，滚动加载体的轴的两侧通过键配合分别与一导向齿轮连接，在托板槽两侧的机 架上分别设置有齿条，导向齿轮与齿条啮合，滚动加载体的轴的两端通过一叉形连杆连接 在传动机构上，所述的托板槽能够相对于机架前后滑动，所述的传动机构包括伺服电机、与 伺服电机可操作地连接的变速箱，所述的变速箱具有两个输出轴，每个输出轴分别与一齿 轮副的主、从动齿轮连接，所述的主、从动齿轮分别通过丝杠带动所述的叉形连杆和机架平行移动。 所述的变速箱的的两个输出轴各自通过一轴套与相应的输入轴连接，所述的轴套 内形成有键，轴套的两端设置有紧固输出轴、输入轴用的紧定螺钉，在输出轴、输入轴上分 别形成有滑槽，所述的输入轴上形成的滑槽足够长，使轴套沿着输入轴滑离输出轴后，在轴 套与输出轴之间形成足够的用来更换齿轮副24的间隙。 所述的托板槽的底板上安装有至少一个高度调节螺栓；所述的滚动加载体的直径 与所述的导向齿轮的节圆直径相等。 本实用新型的用于软骨培养的加载装置结构紧凑、简单，可以实现滚动载荷与滑 动载荷同时作用，且可获得准确的滚动与滑动的速度比，使其加载方式更接近软骨组织生 长发育的力学环境，更有利于细胞、组织的生长、发育。
图1为本实用新型的加载装置的主视示意图；[0012]图2为图1中加载装置的俯视示意图；图3为图1中加载装置的A-A剖视图；图4为本实用新型中变速箱输入轴的结构示意图；[0015]图5为本实用新型中变速箱轴套的结构示意图；[0016]图6为本实用新型中变速箱输出轴的结构示意图；[0017]图7为更换齿轮副前变速箱内轴套与输入轴、输出轴的相对位置示意图[0018]图8为更换齿轮副后变速箱内轴套与输入轴、输出轴的相对位置示意图[0019]图中1.伺服电机；2.第1连轴器；3.变速箱；4.第2连轴器；5.滑动支架；6A、6B.丝杠;7.连接螺栓；8.叉形连杆；9.导向齿轮；10.培养室；11.滚动加载体;12.滚动加载体轴；13.键；14.轴端螺母；15.齿条；16.机架；17.托板槽；18.升降滑块；19.高度调节螺栓；20.培养物；21.底板；22.培养液出口 ；23.培养液进口;24.齿轮副；25A、25B.输出轴;26A、26B.轴套;27A、27B.输入轴。
具体实施方式下面参照附图对本实用新型的用于软骨培养的加载装置的具体结构进行详细说 明。 首先如图1 图3所示，在底板21上设置有机架16，在机架16上设置有托板槽 17，所述的托板槽17为顶部开放的长方体形，托板槽17能够相对于机架16前后滑动。在 托板槽17的底部设置有一可升降的升降滑块18，升降滑块18的大小与托板槽17的底部形 状相适应，在升降滑块18上面设置有培养室IO，培养室10也是顶部开放的长方体形，其外 形尺寸与托板槽17形成的槽的大小相适应并能随升降滑块18 —起升降，且培养室10与托板不能产生相对滑动。培养物20放置在培养室10内，培养室10设置有培养液进口 23和 培养液出口 22。另外，在培养室10内设置有滚动加载体ll，滚动加载体11为圆柱体，其轴 的两端通过一个叉形连杆8连接在丝杠6A上。本加载装置以伺服电机1作为动力源，伺服 电机1通过第1连轴器2与变速箱3的输入轴27A相连，输入轴27A通过轴套26A与输出 轴25A连接，输出轴25A与齿轮副24的主动齿轮可操作地连接，齿轮副24的从动齿轮依次 与输出轴25B、轴套26B、输入轴27B可操作地连接，输入轴27B的另一端与变速箱3轴承连 接。变速箱3的两个输出轴25A、25B分别通过一第2连轴器4带动丝杠6A、6B转动。丝杠 6B的另一端与托板槽17固定连接。 滚动加载体11的轴12的两侧通过键13分别与一导向齿轮9连接，在轴12的端 部设置有限位用的轴端螺母14，在托板槽17的两侧、机架16上设置有齿条15，导向齿轮9 与齿条15啮合。滚动加载体11的直径与导向齿轮的节圆直径相等。在托板槽17的底板 上安装有至少一个高度调节螺栓19，通过转动高度调节螺栓19来调节升降滑块18在托板 槽17内的垂直高度，从而调节培养室10与滚动加载体11之间的距离，使培养物达到合适 的变形量。 变速箱3的两组输入轴、轴套与输出轴的结构基本相同，下面仅以其中一组为例 进行说明。如图4 图8所示，在轴套26A与输入轴27A、输出轴25A通过键和滑槽配合，输 入轴27A上形成的滑槽28应足够长，使轴套26A上的键沿着输入轴27A上的滑槽滑离输出 轴25A后，可以利用轴套26A与输出轴25A间形成的间隙来更换齿轮副24。 在轴套26A上安装有紧定螺钉，在需要更换齿轮副24时，松开紧定螺钉，使轴套 26A滑离输出轴25A，即可更换上不同传动比的齿轮副24。然后再将轴套26A反向滑动至套 入输出轴25A足够深度，上紧轴套上的紧定螺钉即可。 本实用新型的加载过程为伺服电机1带动变速箱3驱动丝杠6A和6B， 一方面上 侧丝杠6A带动连杆8，通过加载体11的轴12拉动滚动加载体11作往复直线滚动。导向 齿轮9沿齿条15滚动，导向齿轮9与齿条15之间磨擦力足够大，使轮只能纯滚动。另一方 面下侧丝杠6B带动托板槽17做相对于机架16的往复的水平滑动，使得在培养室10内固 定着的培养物20与滚动加载体11之间产生相对滑动。变速箱在某一个特定的传动比下， 滚动加载体11和托板槽17之间水平运动速度比、速度差均为定值，二者单程运动位移差也 确定，设定伺服电机1的转速，根据该转速下滚动加载体11和托板槽17的速度差和相对位 移(大于培养物20的水平尺寸)设定伺服电机反转循环时间间隔，即可获得稳定的循环运 动。
权利要求一种用于软骨培养的加载装置，包括底板、设置在底板上的机架和设置在机架上的托板槽，所述的托板槽为顶部开放的长方体形，在托板槽的底部设置有一可升降的升降滑块，升降滑块的大小与托板槽的底部形状相适应，在升降滑块上面设置有培养室，培养室是顶部开放的长方体形，其底面形状与升降滑块相同，在培养室内设置有滚动加载体，滚动加载体的轴的两侧通过键配合分别与一导向齿轮连接，在托板槽两侧的机架上分别设置有齿条，导向齿轮与齿条啮合，滚动加载体的轴的两端通过一叉形连杆连接在传动机构上，其特征在于所述的托板槽能够相对于机架前后滑动，所述的传动机构包括伺服电机、与伺服电机可操作地连接的变速箱，所述的变速箱具有两个输出轴，每个输出轴分别与一齿轮副的主、从动齿轮连接，所述的主、从动齿轮分别通过丝杠带动所述的叉形连杆和机架平行移动。
2. 根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于所述的变速箱的的两个输出轴各自 通过一轴套与相应的输入轴连接，所述的轴套内形成有键，轴套的两端设置有紧固输出轴、 输入轴用的紧定螺钉，在输出轴、输入轴上分别形成有滑槽，所述的输入轴上形成的滑槽足 够长，使轴套沿着输入轴滑离输出轴后，在轴套与输出轴之间形成足够的用来更换齿轮副 (24)的间隙。
3. 根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于所述的托板槽的底板上安装有至少一个高度调节螺栓。
4. 根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于所述的滚动加载体的直径与所述的 导向齿轮的节圆直径相等。
专利摘要本实用新型公开了一种用于软骨培养的加载装置，包括底板、机架和设置在机架上的托板槽，在托板槽的底部设置有一可升降的升降滑块，升降滑块的大小与托板槽的底部形状相适应，在升降滑块上面设置有培养室，在培养室内设置有滚动加载体，滚动加载体的轴的两侧分别与一导向齿轮连接，在托板槽两侧的机架上分别设置有齿条，导向齿轮与齿条啮合，滚动加载体的轴的两端通过一叉形连杆连接在传动机构上，在机架与托板槽之间设置有滑轨、滑槽组件，所述的传动机构包括伺服电机、与伺服电机可操作地连接的变速箱，变速箱具有两个输出轴，每个输出轴分别与一齿轮副的主、从动齿轮连接，所述的主、从动齿轮分别通过丝杠带动所述的叉形连杆和机架平行移动。
文档编号C12M3/00GK201501876SQ2009200987
公开日2010年6月9日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者孙明林, 张春秋, 张述卿, 徐艳, 李江 申请人:天津理工大学