专利名称：一种通过组织工程构建的心肌力学刺激装置的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医学工程领域，具体的是涉及一种通过组织工程构建的心肌力学刺激装置。
背景技术：
心肌细胞具有自发跳动的特点，体外单层培养时心肌细胞可形成一个个自发跳动的单元；相互靠近的跳动单元在跳动时相互牵拉可形成一致跳动，因此心肌细胞的自发跳动可以实现同步化。在进行组织工程化三维培养时，构建物不同部分的心肌细胞也会形成不同的自发跳动单元，这些自发跳动的单元也会在长时的作用中形成一致跳动的步调； 当给以类似于心肌跳动的力的拉伸作用时可快速诱导这些自发跳动单元形成一致跳动的整体。此外，力的拉伸作用还可促进心肌的发育和提高心肌细胞自发跳动时的收缩力。 Zimmermann等用液态胶原构建心肌细胞-胶原条带并给与力的拉伸作用，以模仿心肌的跳动，经过7天拉伸作用构建的心肌细胞一胶原构建物可实现一致的跳动。Christine 等研究了脉冲单向拉伸力学刺激对心肌发育的影响，表明力学刺激可提高RNA / DNA和蛋白/细胞的比例，ANF mRNA和α-肌小节肌动蛋白水平也得到了很大的提高。由此可见拉伸对组织工程化心肌的构建至关重要。同时，由于使用液态胶原支架材料不仅具有良好的生物相容性和具有与心肌细胞跳动相适应的力学性能，而且可以铸成各种形状，这种特性便于设计力学刺激装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，设计一种通过组织工程构建的心肌力学刺
激装置。该装置根据心肌细胞自发跳动的特点和发育特点结合组织工程化心肌构建物的特点设计。它由动力系统、传动系统、支架部分和力学刺激四个部分组成。主要部件有电机，螺钉，飞轮，支架，连杆，电机架，固定螺母，从动支架，螺钉，固定螺母，支撑塞，工作台， 调距支撑，调距杆，调距手柄，工作杆支架，工作杆，支架，固定螺母，连接螺栓，连接螺母，滑块连接，滑块，手柄固定螺母，螺钉，滑块固定螺钉，从动杆，传动杆，固定螺钉，行程调节螺栓，动杆。动力系统是一个功率为巧瓦的电机。传动系统由飞轮、连杆、传动杆、滑块连接和滑块组成，其功能是将电机提供的动力传递给工作杆，同时通过这一系统来对力学刺激幅度进行调节。支架部分由支架、工作台组成。力学刺激部分由工作杆支架、工作杆、调距杆和支架组成，其功能是提供样品在装置上的力学附着点，完成对样品的力学刺激。电机为整个装置提供动力。动力通过连杆、传动、从动杆和滑块连接传递到滑块上，再通过固定在滑块上的支架将动力通过工作杆支架传递给工作杆。工作杆之间的距离可通过调距杆上的调距手柄进行调节，从而可对不同周长的环形条带进行力学刺激。拉伸幅度可通过调节行程调节螺栓进行调节，可对环形条带进行不同幅度大小的力学刺激。刺激频率是通过调节电机的转速来实现的。本装置中工作杆有6对，可同时对6个样品进行同等的力学刺激。体外构建组织工程化心肌组织时，构建物中心肌细胞的自发跳动一般在短时间内很难形成一致的跳动，但当给以类似于心肌自发跳动的外力拉伸作用时可快速诱导心肌细胞的一致跳动。另外，心肌组织是比较柔软的组织，对其施加力的作用时不易固定，尤其采用液态胶原构建时更是如此，因此将构建物制备成环状解决拉伸作用时力的固定问题。根据这些特点设计的本装置可将构建的环状构建物套在两个作单向拉伸的杆上，靠两杆向两边的拉伸实现拉伸力的作用。该装置可对用组织工程化方法构建的周长为2 - 12cm大小的范围内的环状心肌条带进行幅度大小为10 %、频率范围1-5 Hz的力学刺激，以诱导胶原中的心肌细胞发育和自发跳动的同步化。与Zimmermarm等在实验中采用的装置相比，两装置具有相似的功能，与其不同的是本装置采取了不同的设计结构，可对构建的不同大小心肌/胶原构建物施以不同频率的力的作用。
图1力学刺激装置图的立体2力学刺激装置图的俯视图
图3力学刺激装置图的正视4力学刺激装置图的侧视图
附图标注(1 )电机，(2 )螺钉，(3 )飞轮，(4 )支架，(5 )连杆，(6 )电机架，(7 )固定螺母，(8 )从动支架，(9 )螺钉，(10 )固定螺母，(11 )支撑塞， (12 )工作台，(13 )调距支撑，(14 )调距杆，(15 )调距手柄，(16 )工作杆支架，(17 )工作杆，(18 )支架，(19 )固定螺母，(20 )连接螺栓，(21 )连接螺母，(22 )滑块连接，(23 )滑块，(M )手柄固定螺母，(25 )螺钉，(沈)滑块固定螺钉，(27 )从动杆，(观)传动杆，(四)固定螺钉，(30 )行程调节螺栓，( 31 )动杆。
具体实施例方式该装置根据心肌细胞自发跳动的特点和发育特点结合组织工程化心肌构建物的特点设计。它由动力系统、传动系统、支架部分和力学刺激四个部分组成。动力系统是一个功率为巧瓦的电机1。传动系统由飞轮3、连杆5、传动杆观、滑块 22连接和滑块23组成，其功能是将电机提供的动力传递给工作杆17，同时通过这一系统来对力学刺激幅度进行调节。支架部分由支架4、工作台12组成。力学刺激部分由工作杆支架16、工作杆17、调距杆14和支架18组成，其功能是提供样品在装置上的力学附着点， 完成对样品的力学刺激。电机1为整个装置提供动力。动力通过连杆5、传动观、从动杆27和滑块22连接传递到滑块23上，再通过固定在滑块上的支架18将动力通过工作杆支架16传递给工作杆 17。工作杆之间的距离可通过调距杆14上的调距手柄15进行调节，从而可对不同周长的环形条带进行力学刺激。拉伸幅度可通过调节行程调节螺栓30进行调节，可对环形条带进行不同幅度大小的力学刺激。刺激频率是通过调节电机的转速来实现的。本装置中工作杆有6对，可同时对6个样品进行同等的力学刺激。
权利要求
1.一种通过组织工程构建的心肌力学刺激装置，由动力系统、传动系统、支架部分和力学刺激部分组成，可对构建的环状的组织工程化心肌进行类似天然心肌跳动样的力学刺激，其特征在于动力系统是一个功率为15瓦电动机；传动系统是一个杆件结构，通过它可将电动机提供的动力传递到附着杆，再由附着杆带动连在其上的牵拉杆运动，最终将电动机提供的动力传递到牵拉杆上；支架部分是底部和滑槽；力学刺激由附着杆、牵拉杆和螺丝组成；力学刺激装置是通过将构建的心肌细胞一胶原环状复合物套在伸出的两个牵拉杆上，由牵拉杆向两边单向拉伸实现对心肌细胞一胶原环状复合物的力学刺激。
2.根据权利要求1所述的一种通过组织工程构建的心肌力学刺激装置，其特征在于其牵拉杆之间的距离可以在1 - 6厘米范围内进行调节，这样该装置可对周长2 - 12 厘米左右的细胞一胶原构建物进行幅度10 %的力学刺激。
3.根据权利要求1所述的一种通过组织工程构建的心肌力学刺激装置，其特征在于其牵拉杆之间的距离调节是通过调节附着杆之间的距离实现的。
4.根据权利要求1所述的一种通过组织工程构建的心肌力学刺激装置，其特征在于其力学刺激的频率可以在1 - 5 Hz范围内进行变化，从而可对心肌细胞一胶原构建物施以1 - 5Hz范围的力学刺激；其频率的改变是通过调节动力电机的转动频率实现的。
全文摘要
本发明是一种通过组织工程构建的心肌力学刺激装置，属于生物医学工程领域。该装置对用组织工程化方法构建的环状心肌细胞提供类似天然心肌跳动的力学刺激，它由电动机、传动系统、支架和力学刺激部分组成。该装置可对构建的周长为2-12cm左右的环状的心肌细胞-胶原构建物施以频率为1-5Hz、幅度为10％的力学刺激。心肌细胞-胶原构建物经过力学刺激可诱导自发跳动的心肌细胞实现一致跳动，同时可提高心肌细胞的发育水平和自发跳动的收缩力。
文档编号G09B23/28GK102479460SQ20101055356
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者杜冲 申请人:大连创达技术交易市场有限公司