一种人工血管体内环境模拟装置的制作方法

本实用新型属于生物医用研究领域，尤其涉及一种人工血管体内环境模拟装置，用于各种口径人工血管的体外长期动态顺应性及降解性能的测试研究。

背景技术：

人工血管在可以真正投入到临床使用之前，需要经过多方面性能的严格试验及评价，只有当人工血管符合全部标准后才可以移植到患者体内起到替代天然血管或作为血管支架促进天然血管新生的作用。对人工血管进行评价，分为体外和体内两个部分，其中一些体外评价指标需要在模拟体内的环境下进行测试，比如顺应性和降解性能。

血管的顺应性是指血管在承受脉动压力的条件下，体积发生膨胀而不破裂的一种特征，是衡量血管腔可扩张度的重要指标。人工血管和宿主血管的顺应性不匹配会导致血栓和内膜增生，并进一步致使移植失败。人工血管的降解性能，尤其是小口径血管支架的降解性能对于手术移植成败也具有关键作用。小口径血管支架的作用是在新生血管重建期间为血管内细胞和组织提供临时的物理支撑，因此其不能降解太快，否则必然会导致支架力学性能的损失，在新组织再生之前不能起到支撑作用；也不能降解太慢，否则不利于新组织的再生及重塑。目前，体外测试顺应性及降解性能的方法具有一定的局限性。对于顺应性来说，研究者们只是测试人工血管的初始顺应性数值，实际情况是当人工血管移植到体内后会承受长期持续的脉动压力，在这个过程中其顺应性必然会发生变化，而这种变化往往带来的是不可预料的风险，因此还需要研究人工血管在真实环境下长期顺应性的情况。同样，在降解性能方面，研究者们也只是在模拟体温下对人工血管进行一段时间的静态降解，人工血管并未承受任何脉动压力的影响，而脉动压力是否会对其降解性能产生实质的影响并不知情。体内测试顺应性及降解性能的传统方法是将人工血管植入动物体内，并在一段时间后取出试样，将测出的后期顺应性与降解性能与初始性能值进行比对，以达到观测长期顺应性和降解性能的目的，但由于动物活体的生理(包括性别、大小、年龄等)差异、结构差异以及环境因素对生物体状态的影响，致使活体试验费时费力、成本高、重现性差。因此，很有必要设计一种全真模拟人工血管体内环境的装置，作为人工血管长期动态顺应性和降解性的“前测试”来预测体内试验情况及优化活体试验条件，从而达到降低成本、节约时间、提高重复性和准确性的目的。

本实用新型旨在设计制造一种人工血管体内环境模拟装置，该装置可全真模拟人体环境温度、血管外部液体环境、血管内部持续的血液流动带来的脉冲压力等真实条件，当人工血管放入装置后会使模拟血液流经人工血管支架，产生持续的脉动压力，并使人工血管处于模拟体温和模拟体液包裹的环境当中。经过一段时间的测试后，再取出样品并测试其顺应性和降解性能，并与初始数据进行比较，可以得到更为有效且具有说服力的实验数据，为人工血管的体内实验奠定一定的理论基础。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本实用新型提供了一种可以模拟人体环境温度、血管外部液体环境、血管内部持续的血液流动带来的脉冲压力等真实条件的一种人工血管体内环境模拟装置，为获取人工血管长期动态顺应性和仿真条件下的降解性能等数据提供了便利。

本实用新型解决技术问题的技术方案如下：

一种人工血管体内环境模拟装置，它包括体温模拟装置(1)、导流硅胶管(2)、限流调压阀门(3)、电子蠕动泵(4)、试样安装装置(5)、试样连接装置(6)、压力测试装置(7)。体温模拟装置(1)由恒温水浴振荡器(11)以及水(12)组成，试样安装装置(5)由底面基础板(51)、垂直放置于基础板(51)上面的带双孔试样安装板(52)、与带双孔试样安装板 (52)相连的侧板(53)、超薄弹性硅胶管(54)、模拟体液(55)组成，安装在带双孔试样安装板(52)的试样连接装置(6)由二通夹头(61)、三通夹头(62)、与二通夹头(61)和三通夹头(62)的左右两侧分别相拧合的接头(63)组成，压力测试装置(7)由压力传感器 (71)、直流电源(72)、压力显示器(73)、导线(74)组成。

根据上述所述的人工血管体内环境模拟装置，其特征在于所述的试样安装装置(5) 中的底面基础板(51)、带双孔试样安装板(52)、侧板(53)等材料选用有机玻璃；二通夹头(61)与三通夹头(62)的材料选用铜，与二通夹头(61)和三通夹头(62)相拧合的接头(63)材料选用不锈钢。

所述的人工血管体内环境模拟装置的使用方法，其特征在于：

[1]向体温模拟装置(1)内加三分之二的水(12)，没过内部的温控加热棒，接通电源，打开恒温水浴振荡器(11)，设置温度为37℃，预热半小时。

[2]打开直流电源(73)和压力显示器(72)，使压力测试装置(7)处于工作状态，并将与蠕动泵和试样安装装置相连的导流硅胶管(2)的首尾两端插入到体温模拟装置(1)内的水(12)中，打开电子蠕动泵(4)，保证该系统可循环流动，不发生漏水现象，且压力测试装置(7)显示正常，若有任何不妥当，应及时调整，以免测试中途调整时增加测试误差，检查完后关闭电子蠕动泵(4)。

[3]选择人工血管试样A，可选择的样品内径范围为1－40mm，长度范围为1－20cm，一个试样安装装置(5)可放置样品数量为2个，通过导流硅胶管(2)可同时串联2－4个试样安装装置(5)，即每次测试可同时放置2，4，6，8个数目不等的人工血管，可根据测试需求酌情选择。根据人工血管试样A的内径和长度选择相匹配的超薄弹性硅胶管(54)，根据超薄弹性硅胶管(54)的内径选择外径与之相匹配的接头(63)，接着将人工血管试样A套在超薄弹性硅胶管(54)上，而后将套有人工血管试样A的超薄弹性硅胶管(54)的左端紧套在与二通夹头(61)的右端相拧合的接头(63)上，接着将其右端紧套在另一侧与三通夹头(62)左端相拧合的接头(63)上，接头(63)通过带双孔试样安装板(52)与二通夹头 (61)、三通夹头(62)相拧合，连接长度小于20cm的人工血管可在超薄弹性硅胶管(54) 上自由伸直。

[4]向试样安装装置(5)中加入能完全没过人工血管的模拟体液(55)，并把试样安装装置(5)安放在体温模拟装置(1)内部的水(12)中，利用水(12)的温度加热模拟体液 (55)，其温度也保持在37℃。

[5]打开电子蠕动泵(4)，调整好其脉动频率，频率可调节范围为0－30Hz，待电子蠕动泵(4)运作起来使水(12)转变为脉动流后，通过压力测试装置(7)查看压力示数，调整限流调压阀门(3)，改变人工血管试样A所承受的最大压力，压力可调节的范围为 120mmHg－4000mmHg；

[6]待水(12)流动连续、稳定后开始计时，待仿生环境模拟装置运转72小时－4320小时(6 个月)后关闭电子蠕动泵(4)。

[7]每到一个时间点，取出样品，分别到相关仪器进行顺应性和降解性能测试，查看人工血管的长期顺应性和降解性能的情况。

本实用新型的有益效果为：该人工血管体内环境模拟装置能够精确的重现真实血管的体内环境，电子蠕动泵可以高度近似模拟人体心脏供血功能，为人工血管提供了持续的内部脉动压力，且可通过调节不同频率起到加速测试功能；试样安装装置能够为人工血管提供模拟体液环境，并可同时安装多个人工血管试样，提高能效；体温模拟装置为包括循环液体在内的整个循环装置提供了体温模拟；试样连接装置可有效连接试样及外部装置；通过限流调压阀门可改变人工血管试样A承受的压力；压力测试装置可在线精确观测压力变化情况。本装置可为直径范围为1－40mm、长度范围为1－20cm的人工血管的长期动态顺应性和仿真条件下的降解性能提供较为科学的观测和评价。

附图说明

图1为本实用新型的人工血管体内环境模拟装置关系图；图1中，1－体温模拟装置， 2－导流硅胶管，3－限流调压阀门，4－电子蠕动泵，5－试样安装装置，6－试样连接装置，7－压力测试装置；

图2为本实用新型的人工血管体内环境模拟装置的体温模拟装置示意图；图2中，11－恒温水浴振荡器，12－水；

图3为本实用新型的人工血管体内环境模拟装置的试样安装装置及试样连接装置主视结构示意图；图3中，51－基础板，52－带双孔试样安装板，53－侧板，54－超薄弹性硅胶管，55 －模拟体液，61－二通夹头，62－三通夹头，63－接头，A－人工血管试样；

图4为本实用新型的人工血管体内环境模拟装置的试样安装装置及试样连接装置俯视结构示意图；

图5为本实用新型的人工血管体内环境模拟装置的压力测试装置示意图；图5中，71－压力传感器，72－直流电源，73－压力显示器，74－导线。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实用新型的人工血管体内环境模拟装置由体温模拟装置(1)、导流硅胶管(2)、限流调压阀门(3)、电子蠕动泵(4)、试样安装装置(5)、试样连接装置(6)、压力测试装置(7)组成。

体温模拟装置(1)中的恒温水浴振荡器(11)用来盛放水(12)和调控温度，用水来代替血液的原因是水的相对密度与血液的相对密度非常接近(在37℃时，水的密度为 1000Kg/m3，而血液的密度为1040Kg/m3)，且水不会影响人造血管的表面性能。它通过导流硅胶管(2)与电子蠕动泵(4)相连，电子蠕动泵(4)是一种凸轮装置，可模拟心脏的功能，通过电子蠕动泵(4)内的转辊挤压导流硅胶管(2)把恒温水浴振荡器(11)中的水(12) 转变成脉动流，此脉动流再通过导流硅胶管(2)流过限流调压阀门(3)和试样连接装置(6) 到人工血管试样A。人工血管试样A设置在试样安装装置(5)内的超薄弹性硅胶管(54) 上，试样安装装置(5)包括放置在工作台上的基础板(51)、垂直放置于基础板(51)上面的带双孔试样安装板(52)、粘附在基础板(51)与带双孔试样安装板(52)两侧面的两块侧板(53)和超薄弹性硅胶管(54)及模拟体液(55)，接头(63)通过带双孔试样安装板(52) 上的小孔与二通夹头(61)相连，二通夹头(61)左端的接头(63)与导流硅胶管(2)套连右端与超薄弹性硅胶管(54)套连，与超薄弹性硅胶管(54)右端套连的接头(63)通过右侧带双孔试样安装板(52)与三通夹头(62)相连，既与二通夹头(61)右端接头(63)套连又与三通夹头(62)的左端接头(61)套连的超薄弹性硅胶管(54)，人工血管试样A就套装在超薄弹性硅胶管(54)的外部，一个试样安装装置(5)可安置2个人工血管试样，但该仿生装置可根据测试需要通过导流硅胶管(2)串联2－4个试样安装装置(5)，即可同时对2，4，6，8个数目不等的人造血管试样A进行测试，测试样品数量主要通过串联试样安装装置(5)的数量增加，带双孔试样安装板(52)上的孔径决定人工血管试样的直径测试范围为1－40mm，侧板(53)的长度决定了人工血管试样A的测试长度可在20cm以内自由调节，其长度可调节范围为1－20cm，压力测试装置(7)中的压力传感器(71)置于三通夹头(62)上，压力传感器(71)通过导线(74)既与直流电源(72)相连又与压力显示器(73) 相连，可测试人工血管试样A所承受的脉动压力。通过压力测试装置(7)查看此时人工血管A所受到的脉冲压力，并且可用与电子蠕动泵(4)与试样连接装置(6)中间的限流调压阀门(3)调节所受压力，再通过与试样连接装置(5)相连的导流硅胶管(2)排出到体温模拟装置(1)中，形成一个循环。

所述的基础板(51)、带双孔试样安装板(52)、侧板(53)材料选用有机玻璃；二通夹头(61)与三通夹头(62)的材料选用铜，接头(63)选用的材料为不锈钢。

所述的数显恒温水浴振荡器(11)购于常州普天仪器制造有限公司，电子蠕动泵(4) 购于南京远拓科学仪器有限公司，导流硅胶管(2)、超薄弹性硅胶管(54)、模拟体液(55)、限流调压阀门(3)均为市购。

所述的人工血管体外仿真环境模拟装置的使用方法，其特征在于：

[1]向体温模拟装置(1)内加三分之二的水(12)，没过内部的温控加热棒，接通电源，打开恒温水浴振荡器(11)，设置温度为37℃，预热半小时。

[2]打开直流电源(73)和压力显示器(72)，使压力测试装置(7)处于工作状态，并将与蠕动泵和试样安装装置相连的导流硅胶管(2)的首尾两端插入到体温模拟装置(1)内的水(12)中，打开电子蠕动泵(4)，保证该系统可循环流动，不发生漏水现象，且压力测试装置(7)显示正常，若有任何不妥当，应及时调整，以免测试中途调整时增加测试误差，检查完后关闭电子蠕动泵(4)。

[3]选择人工血管试样A，可选择的样品内径范围为1－40mm，长度范围为1－20cm，数量可根据试样安装装置(5)的串联数目决定，一个试样安装装置(5)可放置样品数量为 2个，通过导流硅胶管(2)可同时串联2－4个试样安装装置(5)，即每次测试可同时放置2， 4，6，8个数目不等的人工血管，可根据测试需求酌情选择。然后根据人工血管试样A的内径选择相匹配的超薄弹性硅胶管(54)，根据超薄弹性硅胶管(54)的内径选择外径与之相匹配的接头(63)，接着将人工血管试样A套在超薄弹性硅胶管(54)上，而后将套有人工血管试样A的超薄弹性硅胶管(54)的左端紧套在与二通夹头(61)的右端相拧合的接头(63) 上，接着将其右端紧套在另一侧与三通夹头(62)左端相拧合的接头(63)上，接头(63) 通过带双孔试样安装板(52)与二通夹头(61)、三通夹头(62)相拧合，连接长度小于20cm 的人工血管可在超薄弹性硅胶管(54)上自由伸直。

[4]向试样安装装置(5)中加入能完全没过人工血管的模拟体液(55)，并把试样安装装置(5)安放在体温模拟装置(1)内部的水(12)中，利用水(12)的温度加热模拟体液 (55)，使其温度也保持在37℃。

[5]打开电子蠕动泵(4)，调整好其脉动频率，频率可调节范围为0－30Hz，待电子蠕动泵(4)运作起来使水(12)转变为脉动流后，通过压力测试装置(7)查看压力示数，调整限流调压阀门(3)，改变人工血管试样A所承受的最大压力，压力可调节的范围为120mmHg －4000mmHg；

[6]待水(12)流动连续、稳定后开始计时，待人工血管体外仿真环境模拟装置运转72小时－4320小时(6个月)后关闭电子蠕动泵(4)。

[7]每到一个时间点，取出样品，分别到相关仪器进行顺应性和降解性能测试，观察人工血管的长期顺应性和降解性能的情况。

实施例1：

对内径为3mm，长度为6cm的丝素蛋白/聚左旋乳酸己内酯人工血管进行长期仿真环境测试。

具体测试步骤如下：

[1]向体温模拟装置(1)内加三分之二的水(12)，没过内部的温控加热棒，接通电源，打开恒温水浴振荡器(11)，设置温度为37℃，预热半小时。

[2]打开直流电源(73)和压力显示器(72)，使压力测试装置(7)处于工作状态，并将与蠕动泵和试样安装装置相连的导流硅胶管(2)的首尾两端插入到体温模拟装置(1)内的水(12)中，打开电子蠕动泵(4)，保证该系统可循环流动，不发生漏水现象，且压力测试装置(7)显示正常，若有任何不妥当，应及时调整，以免测试中途调整时增加测试误差，检查完后关闭电子蠕动泵(4)。

[3]选择人工血管试样A，选择的样品内径为3mm，长度为6cm，数量为8个，然后根据人工血管试样A的内径选择相匹配的超薄弹性硅胶管(54)，根据超薄弹性硅胶管(54) 的内径选择外径与之相匹配的接头(63)，接着将人工血管试样A套在超薄弹性硅胶管(54) 上，而后将套有人工血管试样A的超薄弹性硅胶管(54)的左端紧套在与二通夹头(61)的右端相拧合的接头(63)上，接着将其右端紧套在另一侧与三通夹头(62)左端相拧合的接头(63)上，接头(63)通过带双孔试样安装板(52)与二通夹头(61)、三通夹头(62)相拧合。

[4]向试样安装装置(5)中加入能完全没过人工血管的模拟体液(55)，并把试样安装装置(5)安放在体温模拟装置(1)内部的水(12)中，利用水(12)的温度加热模拟体液(55)，使其温度也保持在37℃。

[5]打开电子蠕动泵(4)，调整好其脉动频率，频率调节为30Hz，待电子蠕动泵(4) 运作起来使水(12)转变为脉动流后，通过压力测试装置(7)查看压力示数，调整限流调压阀门(3)，改变人工血管试样A所承受的最大压力，压力调节为3600mmHg；

[6]待水(12)流动连续、稳定后开始计时，待人工血管体外仿真环境模拟装置运转72小时后关闭电子蠕动泵(4)。

[7]取出样品到顺应性测试仪器上进行顺应性测试，最终得出的人工血管试样A的顺应性平均值C＝0.92％/100mm Hg与用于医院临床的人造血管其顺应性数值应大于0.1％ /100mmHg进行比较，从而确定该测试的人工血管试样A的顺应性平均值C满足于医院临床应用。另一部分样品拿去检测样品的降解性能，通过观察人工血管表面形貌和质量损耗得到的数据与原始数据相比相差不大，降解性能较为稳定。

实施例2

对内径为10mm，长度为10cm的丝素蛋白/聚左旋乳酸己内酯人工血管进行长期仿真环境模拟测试。

具体测试步骤如下：

[1]向体温模拟装置(1)内加三分之二的水(12)，没过内部的温控加热棒，接通电源，打开恒温水浴振荡器(11)，设置温度为37℃，预热半小时。

[2]打开直流电源(73)和压力显示器(72)，使压力测试装置(7)处于工作状态，并将与蠕动泵和试样安装装置相连的导流硅胶管(2)的首尾两端插入到体温模拟装置(1)内的水(12)中，打开电子蠕动泵(4)，保证该系统可循环流动，不发生漏水现象，且压力测试装置(7)显示正常，若有任何不妥当，应及时调整，以免测试中途调整时增加测试误差，检查完后关闭电子蠕动泵(4)。

[3]选择人工血管试样A，选择的样品内径为10mm，长度为10cm的丝素蛋白/聚左旋乳酸己内酯人造血管试样A，选择样品数目为4个，根据人造血管试样A的内径选择外径为10mm内径为9.9mm长度为12cm的超薄弹性硅胶管(54)，根据超薄弹性硅胶管(54) 的内径选择外径与之相匹配的接头(63)，接着将人工血管试样A套在超薄弹性硅胶管(54) 上，而后将套有人工血管试样A的超薄弹性硅胶管(54)的左端紧套在与二通夹头(61)的右端相拧合的接头(63)上，接着将其右端紧套在另一侧与三通夹头(62)左端相拧合的接头(63)上，接头(63)通过带双孔试样安装板(52)与二通夹头(61)、三通夹头(62)相拧合。

[4]向试样安装装置(5)中加入能完全没过人工血管的模拟体液(55)，并把试样安装装置(5)安放在体温模拟装置(1)内部的水(12)中，利用水(12)的温度加热模拟体液 (55)，使其温度也保持在37℃。

[5]打开电子蠕动泵(4)，调整好其脉动频率，频率调节为15Hz，待电子蠕动泵(4) 运作起来使水(12)转变为脉动流后，通过压力测试装置(7)查看压力示数，调整限流调压阀门(3)，改变人工血管试样A所承受的最大压力，压力调节为1800mmHg；

[6]待水(12)流动连续、稳定后开始计时，待人工血管体外仿真环境模拟装置运转2610小时(3个月)后关闭电子蠕动泵(4)。

[7]取出样品到顺应性测试仪器上进行顺应性测试，最终得出的人工血管试样A的顺应性平均值C＝0.78％/100mmHg与用于医院临床的人工血管其顺应性数值应大于0.1％/100 mmHg进行比较，从而确定该测试的人工血管试样A的顺应性平均值C满足于医院临床应用。另一部分样品拿去检测样品的降解性能，观察到样品表面纤维有明显溶解现象，且质量损耗约为30％。

实施例3

对内径为40mm，长度为20cm的丝素蛋白/聚左旋乳酸己内酯人工血管进行长期仿真模拟测试。

具体测试步骤如下：

[1]向体温模拟装置(1)内加三分之二的水(12)，没过内部的温控加热棒，接通电源，打开恒温水浴振荡器(11)，设置温度为37℃，预热半小时。

[2]打开直流电源(73)和压力显示器(72)，使压力测试装置(7)处于工作状态，并将与蠕动泵和试样安装装置相连的导流硅胶管(2)的首尾两端插入到体温模拟装置(1)内的水(12)中，打开电子蠕动泵(4)，保证该系统可循环流动，不发生漏水现象，且压力测试装置(7)显示正常，若有任何不妥当，应及时调整，以免测试中途调整时增加测试误差，检查完后关闭电子蠕动泵(4)。

[3]选择人工血管试样A，选择的样品内径为40mm，长度为20cm的丝素蛋白/聚左旋乳酸己内酯人工血管试样A，选择数目为2个，根据人造血管试样A的内径选择外径为40 mm内径为39.9mm长度为22cm的超薄弹性硅胶管(54)，根据超薄弹性硅胶管(54)的内径选择外径与之相匹配的接头(63)，接着将人工血管试样A套在超薄弹性硅胶管(54)上，而后将套有人工血管试样A的超薄弹性硅胶管(54)的左端紧套在与二通夹头(61)的右端相拧合的接头(63)上，接着将其右端紧套在另一侧与三通夹头(62)左端相拧合的接头(63) 上，接头(63)通过带双孔试样安装板(52)与二通夹头(61)、三通夹头(62)相拧合。

[4]向试样安装装置(5)中加入能完全没过人工血管的模拟体液(55)，并把试样安装装置(5)安放在体温模拟装置(1)内部的水(12)中，利用水(12)的温度加热模拟体液 (55)，使其温度也保持在37℃。

[5]打开电子蠕动泵(4)，调整好其脉动频率，频率调节为1Hz，待电子蠕动泵(4) 运作起来使水(12)转变为脉动流后，通过压力测试装置(7)查看压力示数，调整限流调压阀门(3)，改变人工血管试样A所承受的最大压力，压力调节为120mmHg；

[6]待水(12)流动连续、稳定后开始计时，待人工血管体外仿真环境模拟装置运转4320小时(6个月)后关闭电子蠕动泵(4)。

[7]取出样品到顺应性测试仪器上进行顺应性测试，最终得出的人工血管试样A的顺应性平均值C＝0.80％/100mmHg与用于医院临床的人工血管其顺应性数值应大于0.1％/100 mmHg进行比较，从而确定该测试的人工血管试样A的顺应性平均值C满足于医院临床应用。另一部分样品拿去检测样品的降解性能，通过观察表面纤维形态，发现已经溶解完全，看不出明显纤维状，且质量损耗达到57％。

通过上述实施例可以看出，本实用新型可以对人工血管的长期顺应性和降解性能进行较科学的观测和评价。