一种模拟肺泡呼吸的拉伸装置

本发明涉及生物力学工程的，尤其涉及一种模拟肺泡呼吸的拉伸装置。

背景技术：

1、呼吸是一个生物学和力学高度耦合的复杂过程。在正常情况下，人体呼吸肌通过协同作用在气道内产生一定的周期性压力梯度，在维持气道开放的基础上，将氧气输送到肺泡并同时将二氧化碳排出体外。在病理情况下，如covid-19危重症状下，患者肺部通气效率大幅度下降，这时往往需要机械通气，以通过外源力学手段实现上述气体运输的过程。但是机械通气后患者死亡率较高，很可能与通气条件下机械拉伸刺激引起的肺损伤相关。

2、该理论认为机械通气导致肺泡上皮细胞超分泌细胞因子导致细胞因子风暴进而引发多器官功能紊乱。研究发现机械通气患者肺泡灌洗液中tgf-β、tnf-α,il-1,il-6和il-8显著升高。随后这些炎症因子可沿着肺泡上皮细胞-肺泡毛细血管屏障进入血液，从而引起全身多器官的衰竭。

3、肺泡上皮细胞不但受到牵张拉伸，还受到近细胞范围内的曲率影响。越来越多的证据表明，在近细胞范围内表面曲率会影响细胞行为。但是目前体外研究拉伸的装置只能进行一个水平轴向平面的拉伸控制，这种非常简单的培养环境不能恰当地反映肺泡上皮细胞其所处的真实微环境。在此，我们提出了一种模拟肺泡呼吸的拉伸装置，保留或恢复细胞原生微环境的主要球形几何形状。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有模拟肺泡呼吸的拉伸装置存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明目的是提供一种模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其目的在于：提供一种恢复细胞原生微环境的主要球形几何形状的模拟肺泡呼吸拉伸装置。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种模拟肺泡呼吸的拉伸装置，包括，安装单元，包括安装箱，设置于所述安装箱内部的多孔基板，所述多孔基板上的空洞中设有gelma薄膜；以及，拉伸单元，包括设置于所述安装箱中密封环，滑动设置于所述多孔基板下方且与所述密封环相抵密封的隔板，设置于所述多孔基板与所述隔板之间的第一气腔，设置于所述隔板下方的第二气腔，以及设置于所述安装箱外侧、且分别与所述第一气腔和所述第二气腔连通的充气组件。

5、作为本发明所述模拟肺泡呼吸的拉伸装置的一种优选方案，其中：所述充气组件包括安装盒，设置于所述安装盒上、且分别与所述第一气腔和所述第二气腔连通的连接管，设置于所述安装盒上的进气管，设置于所述安装盒内部、且与所述进气管配合的换气部，设置于所述安装盒内部、且与所述换气部配合的限位部，以及设置于所述第二气腔中、且与所述换气部配合的归位部；所述进气管位于两个所述连接管之间、且与所述连接管不在同一侧。

6、作为本发明所述模拟肺泡呼吸的拉伸装置的一种优选方案，其中：所述换气部包括弹性设置于所述安装盒顶部、且与所述安装盒内壁滑动密封的移动板，弹性设置于所述移动板底端、且与所述安装盒内壁滑动密封的密封板，以及设置于所述密封板顶面、且与所述进气管配合的挡风件；所述第一气腔中的所述连接管位于所述移动板和所述密封板之间；所述安装盒顶端设有连通孔。

7、作为本发明所述模拟肺泡呼吸的拉伸装置的一种优选方案，其中：所述限位部包括设置于所述安装盒上的安装管，设置于所述安装管内部的限位环，滑动设置于所述安装管内部的滑环，弹性设置于所述滑环上、且位于所述安装盒中与所述移动板相抵的限位块，以及螺纹设置于所述安装管端部、且与所述滑环相抵的螺纹筒；所述限位块与所述移动板之间的接触面设为斜面，所述限位块上设有与安装盒内部相通的通气孔，所述移动板底端设有与所述限位块相抵的限位板，所述限位板中间设有与通气孔连通的中空槽。

8、作为本发明所述模拟肺泡呼吸的拉伸装置的一种优选方案，其中：所述挡风件包括设置于密封板上、且与所述安装盒内壁贴合的两个安装块，铰链设置于两个所述安装块之间、与所述密封板之间弹性连接、且与所述进气管配合的挡风板；所述挡风板底端呈弧形、且所述密封板转动密封，所述挡风板与所述安装盒内壁贴合密封。

9、作为本发明所述模拟肺泡呼吸的拉伸装置的一种优选方案，其中：所述归位部包括设置于所述第二气腔中的两个滑杆，滑动设置于所述滑杆上的滑块，设置于所述滑块与所述移动板底端的连接绳，设置于所述滑块与所述隔板之间的顶升件，设置于所述滑块与所述第二气腔中的所述连接管与所述滑块之间的移动件，以及设置于所述安装盒中、且位于所述进气管下方的出气件。

10、作为本发明所述模拟肺泡呼吸的拉伸装置的一种优选方案，其中：所述移动件包括设置于所述连接管与所述滑块之间的波纹管，设置于所述滑块与所述安装箱内壁之间的复位弹簧；所述连接绳位于所述波纹管中、且穿过所述连接管与所述滑块和所述移动板连接。

11、作为本发明所述模拟肺泡呼吸的拉伸装置的一种优选方案，其中：所述顶升件包括设置于所述滑块顶端的第一斜块，设置于所述隔板底端、且与所述第一斜块相抵的第二斜块；所述第一斜块和所述第二斜块呈直角梯形状。

12、作为本发明所述模拟肺泡呼吸的拉伸装置的一种优选方案，其中：所述出气件包括设置于所述安装盒中的泄压孔，弹性设置于所述安装盒底部、且与所述泄压孔配合的密封块；所述密封块与所述安装盒贴合密封，所述密封块上设有与泄压孔配合的穿孔；所述移动板底端设有与所述密封块相抵的顶杆。

13、作为本发明所述模拟肺泡呼吸的拉伸装置的一种优选方案，其中：所述第一气腔的内壁上设有可打开的窗口，通过打开窗口对隔板上放置砝码改变隔板和砝码整体的重量。

14、本发明的有益效果：通过充气组件首先对第一气腔进行充气，增加第一气腔内部气压，使得gelma薄膜产生形变，之后对第二气腔进行充气，对隔板进行顶升，之后关闭充气组件同时密封第一气腔，隔板下降，减小第一气腔内部气压，使得gelma薄膜产生反向形变，从而模拟肺泡呼吸的球形形状变形过程。

技术特征：

1.一种模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：所述充气组件(203)包括安装盒(203a)，设置于所述安装盒(203a)上、且分别与所述第一气腔(m)和所述第二气腔(n)连通的连接管(203b)，设置于所述安装盒(203a)上的进气管(203c)，设置于所述安装盒(203a)内部、且与所述进气管(203c)配合的换气部(203d)，设置于所述安装盒(203a)内部、且与所述换气部(203d)配合的限位部(203e)，以及设置于所述第二气腔(n)中、且与所述换气部(203d)配合的归位部(203f)；

3.根据权利要求2所述的模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：所述换气部(203d)包括弹性设置于所述安装盒(203a)顶部、且与所述安装盒(203a)内壁滑动密封的移动板(203d-1)，弹性设置于所述移动板(203d-1)底端、且与所述安装盒(203a)内壁滑动密封的密封板(203d-2)，以及设置于所述密封板(203d-2)顶面、且与所述进气管(203c)配合的挡风件(203d-3)；

4.根据权利要求3所述的模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：所述限位部(203e)包括设置于所述安装盒(203a)上的安装管(203e-1)，设置于所述安装管(203e-1)内部的限位环(203e-2)，滑动设置于所述安装管(203e-1)内部的滑环(203e-3)，弹性设置于所述滑环(203e-3)上、且位于所述安装盒(203a)中与所述移动板(203d-1)相抵的限位块(203e-4)，以及螺纹设置于所述安装管(203e-1)端部、且与所述滑环(203e-3)相抵的螺纹筒(203e-5)；

5.根据权利要求3或4所述的模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：所述挡风件(203d-3)包括设置于密封板(203d-2)上、且与所述安装盒(203a)内壁贴合的两个安装块(203d-31)，铰链设置于两个所述安装块(203d-31)之间、与所述密封板(203d-2)之间弹性连接、且与所述进气管(203c)配合的挡风板(203d-32)；

6.根据权利要求3或4所述的模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：所述归位部(203f)包括设置于所述第二气腔(n)中的两个滑杆(203f-1)，滑动设置于所述滑杆(203f-1)上的滑块(203f-2)，设置于所述滑块(203f-2)与所述移动板(203d-1)底端的连接绳(203f-3)，设置于所述滑块(203f-2)与所述隔板(202)之间的顶升件(203f-4)，设置于所述滑块(203f-2)与所述第二气腔(n)中的所述连接管(203b)与所述滑块(203f-2)之间的移动件(203f-5)，以及设置于所述安装盒(203a)中、且位于所述进气管(203c)下方的出气件(203f-6)。

7.根据权利要求6所述的模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：所述移动件(203f-5)包括设置于所述连接管(203b)与所述滑块(203f-2)之间的波纹管(203f-51)，设置于所述滑块(203f-2)与所述安装箱(101)内壁之间的复位弹簧(203f-52)；

8.根据权利要求7所述的模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：所述顶升件(203f-4)包括设置于所述滑块(203f-2)顶端的第一斜块(203f-41)，设置于所述隔板(202)底端、且与所述第一斜块(203f-41)相抵的第二斜块(203f-42)；

9.根据权利要求8所述的模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：所述出气件(203f-6)包括设置于所述安装盒(203a)中的泄压孔(203f-61)，弹性设置于所述安装盒(203a)底部、且与所述泄压孔(203f-61)配合的密封块(203f-62)；

10.根据权利要求1～4和7～9任一所述的模拟肺泡呼吸的拉伸装置，其特征在于：所述第一气腔(m)的内壁上设有可打开的窗口，通过打开窗口对隔板(202)上放置砝码改变隔板(202)和砝码整体的重量。

技术总结
本发明涉及生物力学工程的技术领域，尤其涉及一种模拟肺泡呼吸的拉伸装置，包括安装单元，包括安装箱，设置于所述安装箱内部的多孔基板，所述多孔基板上的空洞中设有GelMA薄膜；以及，拉伸单元，包括设置于所述安装箱中密封环，滑动设置于所述多孔基板下方且与所述密封环相抵密封的隔板，设置于所述多孔基板与所述隔板之间的第一气腔，设置于所述隔板下方的第二气腔。该模拟肺泡呼吸的拉伸装置，通过充气组件首先对第一气腔进行充气，增加第一气腔内部气压，使得GelMA薄膜产生形变，之后对第二气腔进行充气，对隔板进行顶升，之后关闭充气组件同时密封第一气腔，隔板下降，减小第一气腔内部气压，使得GelMA薄膜产生反向形变。

技术研发人员：倪凯,邓林红,罗明志,车波,顾榕,王春红
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15