模拟人体运动过程中血流环境的平行平板流动腔系统的制作方法

1.本发明属于细胞生物力学实验装置技术领域，具体涉及一种模拟人体运动过程中血流环境的平行平板流动腔系统，尤其涉及一种模拟振动及摆动环境的平行平板流动腔系统。


背景技术：

2.相关研究表明，一切器官、组织、细胞等各个层次上的生物运动都是在一定的力学环境里面进行的。流体剪切力对细胞的影响是目前细胞生物学和细胞力学研究的一个重要课题，但由于人体内生理环境的复杂性，使得体外实验成为细胞力学研究的主要手段，其中平行平板流动腔是研究细胞在切应力作用下变化规律的主要装置之一。
3.平行平板流动腔是一个高度远小于横向宽度和纵向长度的扁平流动腔室，由不同高差的静水压提供恒定的剪切力，或由激活泵提供瞬态剪切力使流入管和流出管之间产生压差，使流动室内的细胞受到均匀或脉冲的剪切力作用，继而配合相关的光学仪器后可观察其内部的流体流动情况及细胞的受力情况。
4.近年来，心脑血管类的疾病发生率逐年上升，血管支架的应用也随之普及。随着血管支架技术的不断发展，各种新型裸支架、药物涂层支架不断出现，大大提高了动脉血管介入治疗的后期通畅率，但后期再堵塞的发生率远高于血管其它部位，基于此种情况的发生，迫切需要研究一种可以模拟支架术后的血流环境的平行平板流动腔，用于观察术后血小板在支架上的粘附情况以研究支架植入后再狭窄问题。但是现有的平行平板流动腔多用于研究细胞粘附特性，并不能很好地用于实际支架植入环境下的研究，模拟场景受限明显。同时，由于人体血管中在植入支架后的每一刻都处于运动状态，简单的静态模拟系统很难用于模拟支架植入后的血流环境中支架上的血小板粘附情况。
5.中国专利cn 103881899 a曾公开一种模拟振荡血流剪切应力环境的平行平板流动腔系统，通过改变电磁阀开关频率以及平行平板流动腔的后流动负荷大小和比例，在平行平板流动腔内部实现不同平均值、振荡幅度和振荡频率组合的振荡流环境，从而为培养在平行平板流动腔底部的血管内皮细胞施加不同特征的振荡剪切应力，进而定量分析振荡剪切应力定量调控离体贴壁细胞的生物学行为及其机制。不过该系统主要是解决了传统的机械式、叶片式脉动流发生泵的结构复杂、制作成本高、振荡流的控制过程困难的问题，仍然无法较为精确的模拟多种运动模式，因而还是有必要研究出一种能模拟多情态运动模式的平行平板流动腔实验装置。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决现有技术中的不足，公开一种模拟人体运动过程中血流环境的平行平板流动腔系统，通过对摆动组件和振动组件的控制，能有效模拟支架植入后的血流环境中支架上的血小板粘附情况。
7.本发明的技术方案为：一种模拟人体运动过程中血流环境的平行平板流动腔系
统，包括依次设置的平行平板流动腔、摆动组件和振动组件；摆动组件包括换位机构、顶升机构、连接支架、摆动回转机构和曲柄连杆机构；换位机构固定设在顶升机构上方，包括腔体容置框和与其活动连接的铰接支架；顶升机构包括在连接支架两侧相对设置的主动顶升机构和被动顶升机构；主动顶升机构和被动顶升机构分别与腔体容置框的两端底面衔接设置，主动顶升机构与曲柄连杆机构传动连接；摆动回转机构设在连接支架上；振动组件包括振动支撑架、顶推底板和凸轮回转机构；在连接支架的底部四角位置分别设有一个振动导向柱，在顶推底板和振动支撑架上与振动导向柱对应的位置分别设有适配的固定套筒和活动套筒，振动导向柱从相应的活动套筒中穿过后与固定套筒套接并固定，在振动导向柱上且位于活动套筒和固定套筒间环套有振动弹簧。
8.进一步地，主动顶升机构包括第一滑槽、第一滑块和第一顶升杆，第一滑块滑动连接在第一滑槽内且可沿其纵向滑动，第一顶升杆的底部与第一滑块固定相接、顶部穿过第一滑槽上适配的活动孔后通过顶升头与腔体容置框的底面衔接设置，第一滑块外侧端与曲柄连杆机构的一端铰接连接。
9.进一步地，被动顶升机构包括第二滑槽、第二滑块和第二顶升杆，第二滑块滑动连接在第二滑槽内且可沿其纵向滑动，第二顶升杆的底部与第二滑块固定相接、顶部穿过第二滑槽上的适配的活动孔后通过顶升头与腔体容置框的底面衔接设置，在第二顶升杆上环套有复位弹簧，复位弹簧设在第二滑块顶面与第二滑槽的内腔顶面之间且复位弹簧两端分别与第二滑块顶面和第二滑槽内腔顶面固定相接。
10.进一步地，在腔体容置框内设有十字型凹槽，凹槽尺寸与平行平板流动腔的尺寸相适应。
11.进一步地，摆动回转机构包括摆动轴和连接在其上的摆动轴承，摆动轴的一端与曲柄连杆机构连接、另一端与外接电机连接，摆动轴承设在摆动轴承座内，摆动轴承座包括摆动上轴座和摆动下轴盖，摆动上轴座与连接支架底面固定相接，摆动下轴盖与摆动上轴座固定相接。
12.进一步地，振动支撑架固定在底板上，凸轮回转机构设在顶推底板下方，凸轮回转机构包括凸轮、振动轴承和凸轮轴，振动轴承连接在振动轴承座上，凸轮置于两个振动轴承间且键连接在凸轮轴上，振动轴承设在振动轴承座上的轴承盖中，振动轴承座固定在底板上，凸轮轴的一端键连接外接电机。
13.进一步地，在第二滑槽上设有驻停销孔，在第二滑块上与驻停销孔对应的位置也设有驻停孔，驻停插销顺次穿过第二滑槽和在第二滑块上的驻停销孔以及驻停孔后实现摆动组件的驻停。
14.进一步地，在凸轮轴与振动支撑架上对应设有销孔，当凸轮达到最大振动位置时，将振动插销顺次插入凸轮轴与振动支撑架上的销孔中，振动组件限位固定。
15.进一步地，平行平板流动腔包括通过顺次固定连接的上透视板、上平行板、下平行板和下透视板，上透视板和下透视板均由透明材料制成，上平行板和下平行板之间夹有压紧垫片，上透视板和上平行板的配合面间以及下平行板和下透视板的配合面间设有橡胶垫片；在上透视板上均布数个螺纹孔用以螺纹连接开槽无头轴位螺钉，在下平行板的两侧对应位置处分别设有一个流体入口和流体出口用于外接空心圆管，在上平行板和下平行板连接后两端形成的空腔内分别对称固定设有一组定位块，在定位块的外侧端设有连接导柱。
16.进一步地，在腔体容置框的四面外周框沿上分别设有三个连接凹槽，同一框沿上的中间位置处的连接凹槽用于空心圆管的穿行、两侧位置处的连接凹槽的设置位置与平行平板流动腔上连接导柱的设置位置和尺寸相适应。
17.本发明的有益效果是：
18.1、本技术公开的模拟人体运动过程中血流环境的平行平板流动腔系统，可用于单独或联合模拟振动及摆动环境，即能有效模拟支架植入后的血流环境中支架上的血小板粘附情况，模拟场景更为贴近真实情况，所获数据更为真实且更加具有代表性，可有效扩展平行平板流动腔的工作场景，为相关医学研究提供有益助力；
19.2、本技术公开的摆动组件和振动组件分别利用驻停插销和振动插销实现对相应组件的动停控制，该设计可提高处于非工作状态的相应组件的稳定性，也能保证处于工作状态的组件工作效果不受干扰；
20.3、腔体容置框内的十字凹槽为平行平板流动腔提供了两个相垂直的摆动方向，将平行平板流动腔置于相应方向的槽孔内后即可模拟出不同方向上的腔体摆动效果；
21.4、本技术中在平行平板流动腔上螺接数个开槽无头轴位螺钉用于血管支架丝的缠绕限位，可用于直接模拟支架植入术后的血流环境，而将六个开槽无头轴位螺钉上旋至其底面与上透视板的底面齐平的位置时又可用于模拟正常状态下的血流环境，这一设计充分提升了系统适用性。
附图说明
22.图1为模拟人体运动过程中血流环境的平行平板流动腔系统的轴测图；
23.图2为平行平板流动腔的轴测图；
24.图3为平行平板流动腔的内部结构图；
25.图4为摆动组件最大摆幅位置示意图；
26.图5为平行平板流动腔和摆动组件连接示意图；
27.图6为摆动回转机构内部结构图；
28.图7为振动组件处于最大振幅位置及其固定示意图；
29.图8为凸轮回转机构内部结构图；
30.其中，1-平行平板流动腔，2-摆动组件，3-振动组件；
31.11-上透视板，12-上平行板，13-下平行板，14-下透视板，15-压紧垫片，16-橡胶垫片，17-开槽无头轴位螺钉，18-流体入口，19-连接导柱；
32.21-换位机构，22-主动顶升机构，23-被动顶升机构，24-连接支架，25-摆动回转机构，26-曲柄连杆机构，27-驻停插销；
33.211-腔体容置框，212-铰接支架；
34.2111-连接凹槽；
35.221-第一滑槽，222-第一滑块，223-第一顶升杆，224-顶升头；
36.231-第二滑槽，232-第二滑块，233-第二顶升杆，234-复位弹簧；
37.251-摆动轴承，252-摆动轴，253-摆动轴承座；
38.2531-摆动上轴座，2532-摆动下轴盖；
39.261-连杆，262-曲柄；
40.31-底板，32-振动支撑架，33-顶推底板，34-凸轮回转机构，35-振动导向柱，36-固定套筒，37-活动套筒，38-振动弹簧，39-振动插销；
41.341-凸轮，342-振动轴承，343-凸轮轴，344-振动轴承座，345-凸轮盖。
具体实施方式
42.以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
43.实施例1：
44.为了更好地模拟出贴近实际状况的支架植入环境，本实施例中提供一种能模拟出振动及摆动环境的平行平板流动腔系统；包括从上至下依次设置的平行平板流动腔1、摆动组件2和振动组件3。
45.摆动组件2包括换位机构21、主动顶升机构22、被动顶升机构23、连接支架24、摆动回转机构25和曲柄连杆机构26，主动顶升机构22和被动顶升机构23在连接支架24两侧相对设置，换位机构21固定设在主动顶升机构22和被动顶升机构23上方，摆动回转机构25设在连接支架24上，曲柄连杆机构26一端与摆动回转机构25连接、一端与主动顶升机构22连接。
46.换位机构21包括腔体容置框211和铰接支架212，腔体容置框211内设有十字型凹槽，可用于在两个相垂直的方向上内置平行平板流动腔1，从而模拟不同方向上的腔体摆动情况；铰接支架212的顶部两端与腔体容置框211的两个相对外表面铰接连接且初始状态下的腔体容置框211能处于水平稳定状态；
47.腔体容置框211的另外两个相对面的底面分别与主动顶升机构22和被动顶升机构23衔接设置，主动顶升机22构包括第一滑槽221、第一滑块222和第一顶升杆223，第一滑块222滑动连接在第一滑槽221内且可沿其纵向滑动，第一顶升杆223的底部与第一滑块222固定相接、顶部穿过第一滑槽221上的适配的活动孔后通过顶升头224与腔体容置框211的底面衔接设置，第一滑块222外侧端与曲柄连杆机构26的一端铰接连接。被动顶升机构23包括第二滑槽231、第二滑块232和第二顶升杆233，第二滑块232滑动连接在第二滑槽231内且可沿其纵向滑动，第二顶升杆233的底部与第二滑块232固定相接、顶部穿过第二滑槽231上的适配的活动孔后通过顶升头与腔体容置框211的底面衔接设置，在第二顶升杆233上环套有复位弹簧234，复位弹簧234设在第二滑块232顶面第二滑槽231的内腔顶面之间且复位弹簧234两端分别与第二滑块232顶面和第二滑槽231内腔顶面固定相接。
48.曲柄连杆机构26包括连杆261和曲柄262，连杆261的一端与第一滑块222的外表面铰接连接、另一端与曲柄262的一端铰接连接，曲柄262的另一端与摆动回转机构25键连接。
49.摆动回转机构25包括摆动轴承251和摆动轴252，摆动轴承251连接在摆动轴252上，摆动轴252的两端均设置有键槽，摆动轴252的一端与曲柄连杆机构26中的曲柄262键连接、另一端与外接电机连接；摆动轴承251设在摆动轴承座253内，摆动轴承座253包括摆动上轴座2531和摆动下轴盖2532，摆动上轴座2531与连接支架24底面固定相接，摆动下轴盖2532与摆动上轴座2531固定相接；连接支架24与第一滑槽221和第二滑槽231的内侧面固定相接。
50.在第二滑槽231上设有驻停销孔，在第二滑块232上与驻停销孔对应的位置也设有
驻停孔，驻停插销27顺次穿过第二滑槽231和在第二滑块232上的驻停销孔以及驻停孔后可实现摆动组件2的驻停。
51.振动组件3包括底板31、振动支撑架32、顶推底板33和凸轮回转机构34，振动支撑架32固定在底板31上，在连接支架24的底部四角位置分别设有一个振动导向柱35，在顶推底板33上与振动导向柱35对应的位置设有适配的固定套筒36，在振动支撑架32上与振动导向柱35对应的位置设有适配的活动套筒37，振动导向柱35底端从相应设置的活动套筒37中穿过后再与底部相应位置处的固定套筒36套接并固定，在振动导向柱35上且位于活动套筒37和固定套筒36间环套有振动弹簧38用于实现振动的往复运动。凸轮回转机构34对应设置在顶推底板33下方，凸轮回转机构34包括凸轮341、振动轴承342和凸轮轴343，振动轴承342连接在振动轴承座344上，凸轮341置于两个振动轴承342间且键连接在凸轮轴343上，振动轴承342设在振动轴承座344上的轴承盖中，振动轴承座344固定在底板31上，凸轮轴343的一端键连接外接电机(图中未示出)。
52.为了防止凸轮341的轴向窜动，凸轮341的两侧固定连接有两个凸轮盖345。
53.在凸轮轴343与振动支撑架32上对应设有销孔，当凸轮341达到最大振动位置时，可将振动插销39顺次插入凸轮轴343与振动支撑架32上的销孔中，从而使振动组件3限位固定。
54.平行平板流动腔1为主要观测部件，包括通过螺栓螺母组件顺次固定连接的上透视板11、上平行板12、下平行板13和下透视板14，且连接时需施加一定的预紧力，上透视板11和下透视板14均由透明的亚克力板制成，上平行板12和下平行板13之间夹有压紧垫片15用以起到密封作用，为了进一步提高密封效果，上透视板11和上平行板12的连接面间以及下平行板13和下透视板14的连接面间设有橡胶垫片16；在上透视板11上均布六个螺纹孔用以螺纹连接六个开槽无头轴位螺钉17，在下平行板13的两侧对应位置处分别设有一个直径2mm的流体入口18和流体出口用于外接空心圆管，在上平行板12和下平行板13连接后两端形成的空腔内分别对称设有一组定位块，定位块通过销轴与上平行板12和下平行板13固定连接，在定位块的外侧端设有连接导柱19。
55.在腔体容置框211的四面外周框沿上分别设有三个连接凹槽2111，同一框沿上的中间位置处的连接凹槽2111用于空心圆管的穿行以便空心圆管能与下平行板13上的流体入口18/流体出口顺利对接、两侧位置处的连接凹槽2111的设置位置与平行平板流动腔1上连接导柱19的设置位置和尺寸相适应，便于平行平板流动腔1能利用连接导柱19卡接连接在腔体容置框211内。
56.该系统的具体工作流程如下：
57.首先在平行平板流动腔1上的六个开槽无头轴位螺钉17上，采用缠绕支架丝的方式，模拟支架植入后的血管环境。当然，如需利用该系统研究模拟正常状态下的血流环境也是可以的，只需将六个开槽无头轴位螺钉17上旋至螺钉底面与上透视板11的底面位置齐平即可。
58.选定本次试验的摆动方向后将平行平板流动腔1置于腔体容置框211中相应方向的凹槽中。
59.试验时可通过透明材料制成的上透视板11来观察试验过程中血管支架丝上的流体流动情况及细胞的受力情况。
60.接着即可利用摆动组件2和/振动组件3来模拟运动过程中植入血管支架后的血流情况以及血小板的黏附情况。
61.本技术利用驻停插销27和振动插销29实现相应运动的动停控制，如需单独运行摆动组件2以研究摆动运动过程中植入血管支架后的血流情况以及血小板的黏附情况，振动插销39首先插接到位实现振动组件3的驻停，接着从第二滑槽231上拔出驻停插销27使得摆动组件2处于可正常运行的状态，摆动组件2的工作方式为：首先连接摆动回转机构25的外接电机工作，带动摆动轴252旋转，进而带动曲柄连杆机构26运行，在曲柄连杆机构26的作用下，第一滑块222顺着第一滑槽221向上运动，继而导致第一顶升杆223带动该侧的腔体容置框211向上顶升，而被动顶升机构23一侧的腔体容置框211则被动下沉，腔体容置框211发生一个角度的倾斜，被动顶升机构23一侧的腔体容置框211下沉带动第二顶升杆233和第二滑块232下沉，进而复位弹簧234被拉伸，当第一滑块222上升到最高限位处，则平行平板流动腔1完成了单个方向的摆动工作；此后曲柄连杆机构26开始带动第一滑块222向下滑动，平行平板流动腔1开始复位并进行另一个方向的摆动，在此过程中，拉伸状态下的复位弹簧234在弹性回复力的作用下，会带动被动顶升机构23快速回复原位，直至平行平板流动腔1摆动至另一个方向的极限位置时，复位弹簧234则处于压紧状态，在接下来的过程中压缩状态的复位弹簧234在弹性回复力的作用下会帮助平行平板流动腔1再次回复原位，继而多次往复实现对平行平板流动腔1的摆动控制。
62.如需单独运行振动组件2以研究振动运动过程中植入血管支架后的血流情况以及血小板的黏附情况，驻停插销27保持插接到位的状态实现摆动组件2部分的驻停，此时从凸轮轴343上拔下振动插销39使得振动组件3处于可正常运行的状态，振动组件3的工作方式为：连接凸轮回转机构34的外接电机工作带动凸轮341回转，在凸轮341回转的过程中，会带动与其衔接设置的顶推底板33上下运动，进而带动连接支架24上下振动，振动导向柱35上的振动弹簧38会帮助顶推底板33快速稳定复位以提高振动过程的稳定性，最终实现振动平行平板流动腔1的效果。
63.当然，摆动组件2和振动组件3并非只能独立运行，如需同时完成平行平板流动腔1的摆动和振动工作，则只需同时取下振动插销39和驻停插销27使摆动组件2和振动组件3均处于可正常运行的状态，再按照上述相关工作模式实现振动和摆动的操作即可，当实验结束，再次将振动插销39和驻停插销27插接到位使系统保持稳定。
64.同时，利用该系统进行模拟实验时，摆动的方向是可以变化的，即通过将平行平板流动腔1放置在腔体容置框211上十字凹槽不同方向的槽孔来改变平行平板流动腔1的活动方向，从而即可改变摆动模式。
65.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。