一种生物力学发生器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种生物力学发生器，包括：底座，垂直底座上端面设置的燕尾导向滑轨，通过燕尾槽与燕尾导向滑轨配合装配的工作台主体和设置于工作台上端面的生物力学发生机构；底座上端面垂直设置有螺纹杆；底座内部设置有用于驱动螺纹杆旋转的齿轮机构；工作台主体下端面设置有涡轮，且涡轮与工作台主体为转动装配；工作台主体上设置有用于驱动涡轮旋转的涡杆；涡轮套置于螺纹杆上，且与螺纹杆螺纹配合；本实用新型通过粗调装置（齿轮机构）使工作台快速上升，然后通过微调装置（涡轮与涡杆机构）使工作台微距上升，最后通过电机带动曲柄连杆机，构驱动生物力学发生机构的模拟力学触头往复式旋转，使触头上生物膜扭动以在其表面产生剪切力虚拟。
【专利说明】一种生物力学发生器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种生物力学发生器。
【背景技术】
[0002]随着医学的不断发展，尤其是骨科学的发展，其与生物力学之间的交叉融合越来越紧密了，在骨科领域，脊柱及其椎间盘的退变是一种常见疾病，但目前对其研究的方向主要集中于在活体动物上给予力学刺激造成脊柱及椎间盘退变的模型，然后通过细胞学、分子生物学、免疫学检测及分析来研究退变的机制，这样的研究在细胞学阶段是静态的研究，是对受力终末状态的细胞进行形态及细胞骨架的分析，目前没有装置能够完全模拟正常人体脊柱及椎间盘的动态受力及复合受力状态，进而导致不能在动态下观察细胞在不断的力学刺激作用下所发生的大体形态、微观结构、细胞骨架、生物学迁移规律所发生的变化，就无法对椎体终板软骨细胞在动态受力及复合受力状态进行观察研究。
【发明内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种生物力学发生器，对正常活体细胞提供动态的力学刺激，该生物力学发生器不仅可以持续给予力学刺激，并且可以在一定范围内改变施力方向、循环往复运动，结构强度好，制造方便，成本较低。更重要的是能够在细胞培养箱环境中运作。
[0004]为达到以上目的，通过以下技术方案实现的:
[0005]一种生物力学发生器，包括:底座，垂直底座上端面设置的燕尾导向滑轨，通过燕尾槽与燕尾导向滑轨配合装配的工作台主体和设置于工作台上端面的生物力学发生机构；
[0006]底座上端面垂直设置有螺纹杆，且螺纹杆下端伸入于底座内部；底座内部设置有用于驱动螺纹杆旋转的齿轮机构，且齿轮机构至少包括两级齿轮；
[0007]工作台主体下端面设置有涡轮，且涡轮与工作台主体为转动装配，即涡轮能够相对于工作台主体周向自由转动；工作台主体上设置有用于驱动涡轮旋转的涡杆；
[0008]涡轮套置于螺纹杆上，且与螺纹杆螺纹配合；
[0009]工作台主体位于螺纹杆中心轴线延伸方向设置有用于螺纹杆伸出的通孔；
[0010]生物力学发生机构包括:模拟力学触头和曲柄连杆机构；曲柄连杆机构包括，第一动力曲柄、第二曲柄、第三摆动曲柄和外齿套；
[0011]工作台主体内部设置有动力电机，且动力电机输出轴与第一动力曲柄连接固定；第二曲柄一端通过转轴与第一动力曲柄的另一端连接，第三摆动曲柄一端通过转轴与第二曲柄的另一端连接，第三摆动曲柄固定有外齿套；外齿套通过转轴设置于工作台主体上端面，且外齿套中心轴线与工作台主体垂直，即外齿套能够其绕中心轴线自由转动；
[0012]模拟力学触头为4个，垂直设置于工作台主体上端面，且每个模拟力学触头通过转轴设置于工作台主体上端面，且每个模拟力学触头中心轴线与工作台主体上端面垂直，即每个模拟力学触头能够绕其中心轴线自由转动；每个模拟力学触头上设置有与外齿套啮合的齿轮，且每个齿轮完全相同；
[0013]涡杆伸出于工作台主体端固定有手轮；
[0014]第一动力曲柄上设置有至少4个用于第二曲柄安装的档位调节孔；
[0015]齿轮机构包括:动力输入的驱动齿轮，用于驱动螺纹杆旋转的动力齿轮和装配于驱动齿轮和动力齿轮且分别与上述两个齿轮啮合的过渡齿轮；驱动齿轮、动力齿轮和过渡齿轮都通过转轴装配于底座内部，且底座上端设置有用于驱动驱动齿轮旋转的调整轮；
[0016]调整轮上设置于定位凹槽，且底座上端设置有与定位凹槽配合定位的锁紧杆机构；
[0017]采用上述技术方案的本实用新型，首先调整工作台主体相对于底座的位置，使用者转动调整轮，进而带动驱动齿轮、过渡齿轮和动力齿轮组成的齿轮组转动(此处过渡齿轮的数量不限，可通过增加过渡齿轮来实现底座整体体积减小)，动力齿轮带动螺纹杆转动，由于涡轮与螺纹杆为螺纹配合，进而涡轮带动工作台主体，沿着燕尾导向滑轨上升或者下降，然后通过锁紧杆机构(此处锁紧杆机构可通过铰轴固定于底座上端的活动杆或者插销结构实现，如选用活动杆则在调整轮转动过程活动杆与调整轮上的凹槽脱离，当需要定位调整轮时，只需要将活动杆插入调整轮上的凹槽中即可满足定位需要，当采用插销，则在底座表面需要加工用于插销插入定位的孔，当调整轮需要定位时插销只要直接穿过调整轮上的凹槽或者通孔插入底座上相应的定位孔即可满足定位。)定位调整轮轮的位置，使初步位置确定，此处配置要求为:调整轮转一圈，螺纹杆转5.536圈，工作台上升8.304mm ；
[0018]然后通过转动手轮带动涡杆转动，进而带动涡轮转动，由于此时的螺纹杆已经定位不转动，涡轮单独转动即可完成进一步的位置调整，此处的配置要求为:能使工作台上升
0.01829mm，微距上升，确保高精确性；
[0019]工作台主体位置确定以后，启动动力电机，动力电机带动第一动力曲柄整圆周转动，带动第二曲柄转动，带动第三摆动曲柄，由于第三摆动曲柄与外齿套固定，且外齿套通过转轴与工作台主体上端面固定，进而第三摆动曲柄会做相对于外齿套转轴与动力电机动力输出轴连线为对称线的来回摆动，进而外齿套完成往复一定角度的转动，进而通过齿轮带动模拟力学触头转动，进而完成生物力学的虚拟；此处的配置要求为:第三摆动曲柄两处最大位置所成夹角范围，通过第二曲柄安装在第一动力曲柄哪个装配调节孔而定，作为优选4个档位，分别完成第三摆动曲柄两处最大位置所成夹角范围为3.75°、7.5°、
11.25°和15°，以适应人体高频低幅脊柱旋转范围。
[0020]综上:
[0021]作为优选，所述工作台由不锈钢制作，以适应培养箱湿度、二氧化碳浓度。
[0022]作为优选，所述模拟力学触头，通过与培养皿生物膜接触，循环旋转，从而扭动生物膜，使贴壁生长的细胞在液体环境中遭受液体及生物膜的双向剪切力。
[0023]使用本实用新型时，需将健康的传代细胞培养于底部为生物膜的培养皿中，将培养皿置于工作台之上，通过粗调装置(齿轮机构)使工作台快速上升，然后通过微调装置(涡轮与涡杆配合机构)使模拟力学触头与生物膜接触紧密，以保证模拟力学触头的旋转带动生物膜扭动以在其表面产生剪切力，该发明装置的动力设备采用电机带动，该电机能工作500小时，能保证实验顺利进行。[0024]本实用新型的优点在于模拟人体椎间盘在正常活动时所承受的旋转剪切力，动态观察椎间盘终板软骨细胞在特定生物力学环境下形态、微观结构及迁移能力的变化，研究特定生物力学状态在椎间盘退变过程中发挥的作用及作用机制。
[0025]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]本实用新型共4幅附图，其中:
[0027]图1为本实用新型的侧视结构示意图。
[0028]图2为本实用新型的俯视结构示意图。
[0029]图3为本实用新型工作台主体的透视结构示意图。
[0030]图4为本实用新型底座的剖面结构示意图。
[0031]图中:1、底座，2、燕尾导向滑轨，3、工作台主体，4、生物力学发生机构，5、螺纹杆，
6、齿轮机构，7、涡轮，8、涡杆，9、模拟力学触头，10、曲柄连杆机构，11、第一动力曲柄，12、第二曲柄，13、第三摆动曲柄，14、外齿套，15、手轮，16、装配调节孔，17、驱动齿轮，18、动力齿轮，19、过渡齿轮，20、调整轮，21、锁紧杆机构。
【具体实施方式】
[0032]如图1、图2、图3和图4所示的一种生物力学发生器，包括:底座I,垂直底座I上端面设置的燕尾导向滑轨2，通过燕尾槽与燕尾导向滑轨2配合装配的工作台主体3和设置于工作台上端面的生物力学发生机构4 ；
[0033]底座I上端面垂直设置有螺纹杆5，且螺纹杆5下端伸入于底座I内部；底座I内部设置有用于驱动螺纹杆5旋转的齿轮机构6，且齿轮机构6至少包括两级齿轮；
[0034]工作台主体3下端面设置有涡轮7，且涡轮7与工作台主体3为转动装配，即涡轮7能够相对于工作台主体3周向自由转动；工作台主体3上设置有用于驱动涡轮7旋转的润杆8 ；
[0035]涡轮7套置于螺纹杆5上，且与螺纹杆5螺纹配合；
[0036]工作台主体3位于螺纹杆5中心轴线延伸方向设置有用于螺纹杆5伸出的通孔；
[0037]生物力学发生机构4包括:模拟力学触头9和曲柄连杆机构10 ；曲柄连杆机构10包括，第一动力曲柄11、第二曲柄12、第三摆动曲柄13和外齿套14 ；
[0038]工作台主体3内部设置有动力电机,且动力电机输出轴与第一动力曲柄11连接固定；第二曲柄12 —端通过转轴与第一动力曲柄11的另一端连接，第三摆动曲柄13 —端通过转轴与第二曲柄12的另一端连接，第三摆动曲柄13固定有外齿套14 ;外齿套14通过转轴设置于工作台主体3上端面，且外齿套14中心轴线与工作台主体3垂直，即外齿套14能够其绕中心轴线自由转动；
[0039]模拟力学触头9为4个，垂直设置于工作台主体3上端面，且每个模拟力学触头9通过转轴设置于工作台主体3上端面，且每个模拟力学触头9中心轴线与工作台主体3上端面垂直，即每个模拟力学触头9能够绕其中心轴线自由转动；每个模拟力学触头9上设置有与外齿套14啮合的齿轮，且每个齿轮完全相同；
[0040]涡杆8伸出于工作台主体3端固定有手轮15 ；
[0041]第一动力曲柄11上设置有至少4个用于第二曲柄12安装的装配调节孔16 ；
[0042]齿轮机构6包括:动力输入的驱动齿轮17，用于驱动螺纹杆5旋转的动力齿轮18和装配于驱动齿轮17和动力齿轮18且分别与上述两个齿轮啮合的过渡齿轮19 ;驱动齿轮17、动力齿轮18和过渡齿轮19都通过转轴装配于底座I内部，且底座I上端设置有用于驱动驱动齿轮17旋转的调整轮20 ；
[0043]调整轮20上设置于定位凹槽，且底座I上端设置有与定位凹槽配合定位的锁紧杆机构21 ；
[0044]采用上述技术方案的本实用新型，首先调整工作台主体3相对于底座I的位置，使用者转动调整轮20，进而带动驱动齿轮17、过渡齿轮19和动力齿轮18组成的齿轮组转动(此处过渡齿轮的数量不限，可通过增加过渡齿轮来实现底座整体体积减小)，动力齿轮18带动螺纹杆5转动，由于涡轮7与螺纹杆5为螺纹配合，进而涡轮7带动工作台主体3，沿着燕尾导向滑轨2上升或者下降，然后通过锁紧杆机构21 (此处锁紧杆机构可通过铰轴固定于底座上端的活动杆或者插销结构实现，如选用活动杆则在调整轮转动过程活动杆与调整轮上的凹槽脱离，当需要定位调整轮时，只需要将活动杆插入调整轮上的凹槽中即可满足定位需要，当采用插销，则在底座表面需要加工用于插销插入定位的孔，当调整轮需要定位时插销只要直接穿过调整轮上的凹槽或者通孔插入底座上相应的定位孔即可满足定位，锁定状态如图4所示，解锁状态如图1所示。)定位调整轮20轮的位置，使初步位置确定，此处配置要求为:调整轮20转一圈，螺纹杆5转5.536圈，工作台上升8.304mm；
[0045]然后通过转动手轮15带动涡杆8转动，进而带动涡轮7转动，由于此时的螺纹杆5已经定位不转动，涡轮7单独转动即可完成进一步的位置调整，此处的配置要求为:能使工作台上升0.01829mm，微距上升，确保高精确性；
[0046]工作台主体3位置确定以后，启动动力电机，动力电机带动第一动力曲柄11整圆周转动，带动第二曲柄12转动，带动第三摆动曲柄13，由于第三摆动曲柄13与外齿套14固定，且外齿套14通过转轴与工作台主体3上端面固定，进而第三摆动曲柄13会做相对于外齿套14转轴与动力电机动力输出轴连线为对称线的来回摆动，进而外齿套14完成往复一定角度的转动，进而通过齿轮带动模拟力学触头9转动，进而完成生物力学的虚拟；此处的配置要求为:第三摆动曲柄13两处最大位置所成夹角范围，通过第二曲柄12安装在第一动力曲柄11哪个装配调节孔16而定，作为优选4个档位，分别完成第三摆动曲柄13两处最大位置所成夹角范围为3.75°、7.5° ,11.25°和15°，以适应人体高频低幅脊柱旋转范围。
[0047]综上:
[0048]作为优选，所述工作台由不锈钢制作，以适应培养箱湿度、二氧化碳浓度。
[0049]作为优选，所述模拟力学触头，通过与培养皿生物膜接触，循环旋转，从而扭动生物膜，使贴壁生长的细胞在液体环境中遭受液体及生物膜的双向剪切力。
[0050]使用本实用新型时，需将健康的传代细胞培养于底部为生物膜的培养皿中，将培养皿置于工作台之上，通过粗调装置使工作台快速上升，然后通过微调装置使模拟力学触头与生物膜接触紧密，以保证模拟力学触头的旋转带动生物膜扭动以在其表面产生剪切力，该发明装置的动力设备采用电机带动，该电机能工作500小时，能保证实验顺利进行。[0051]本实用新型的优点在于模拟人体椎间盘在正常活动时所承受的旋转剪切力，动态观察椎间盘终板软骨细胞在特定生物力学环境下形态、微观结构及迁移能力的变化，研究特定生物力学状态在椎间盘退变过程中发挥的作用及作用机制。
[0052]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种生物力学发生器，其特征在于:包括，底座(1)，垂直底座(I)上端面设置的燕尾导向滑轨(2)，通过燕尾槽与燕尾导向滑轨(2)配合装配的工作台主体(3)和设置于工作台上端面的生物力学发生机构(4)； 所述底座(I)上端面垂直设置有螺纹杆(5)，且螺纹杆(5)下端伸入于底座(I)内部；所述底座(I)内部设置有用于驱动螺纹杆(5)旋转的齿轮机构(6)，且齿轮机构(6)至少包括两级齿轮； 所述工作台主体(3)下端面设置有涡轮(7)，且所述涡轮(7)与工作台主体(3)为转动装配，即涡轮(7)能够相对于工作台主体(3)周向运动；所述工作台主体(3)上设置有用于驱动涡轮(7)旋转的涡杆(8); 所述涡轮(7)套置于螺纹杆(5)上，且与螺纹杆(5)螺纹配合； 所述工作台主体(3)位于螺纹杆(5)中心轴线延伸方向设置有用于螺纹杆(5)伸出的通孔； 所述生物力学发生机构(4)包括:模拟力学触头(9)和曲柄连杆机构(10);所述曲柄连杆机构(10)包括，第一动力曲柄(11)、第二曲柄(12)、第三摆动曲柄(13)和外齿套(14)； 所述工作台主体(3)内部设置有动力电机，且动力电机输出轴与第一动力曲柄(11)连接固定；所述第二曲柄(12) —端通过转轴与第一动力曲柄(11)的另一端连接，第三摆动曲柄(13 ) —端通过转轴与第二曲柄(12 )的另一端连接，第三摆动曲柄(13 )固定有外齿套(14);所述外齿套(14)通过转轴设置于工作台主体(3)上端面，且外齿套(14)中心轴线与工作台主体(3)垂直，S卩外齿套(14)能够其绕中心轴线自由转动； 所述模拟力学触头(9)为4个，垂直设置于工作台主体(3)上端面，且每个模拟力学触头(9)通过转轴设置于工作台主体(3)上端面，且每个模拟力学触头(9)中心轴线与工作台主体(3)上端面垂直，即每个模拟力学触头(9)能够绕其中心轴线自由转动；每个模拟力学触头(9)上设置有与外齿套(14)啮合的齿轮,且每个齿轮完全相同。
2.根据权利要求1所述的一种生物力学发生器，其特征在于:所述涡杆(8)伸出于工作台主体(3)端固定有手轮(15)。
3.根据权利要求1所述的一种生物力学发生器，其特征在于:所述第一动力曲柄(11)上设置有至少4个用于第二曲柄(12)安装的档位调节孔(16)。
4.根据权利要求1所述的一种生物力学发生器，其特征在于:所述齿轮机构(6)包括:动力输入的驱动齿轮(17)，用于驱动螺纹杆(5)旋转的动力齿轮(18)和装配于驱动齿轮(17)和动力齿轮(18)且分别与上述两个齿轮啮合的过渡齿轮(19);所述驱动齿轮(17)、动力齿轮(18)和过渡齿轮(19)都通过转轴装配于底座(I)内部，且所述底座(I)上端设置有用于驱动驱动齿轮(17 )旋转的调整轮(20 )。
5.根据权利要求4所述的一种生物力学发生器，其特征在于:所述调整轮(20)上设置于定位凹槽，且底座(I)上端设置有与定位凹槽配合定位的锁紧杆机构(21)。
【文档编号】C12M1/00GK203513666SQ201320676718
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】王卫明, 万朝燕, 陈秉智, 向先祥, 赵东洋 申请人:王卫明, 万朝燕, 陈秉智