[发明专利]仿生血液循环系统的脉动生物反应器的差压调节器

说明书

技术领域

本发明涉及一种液压系统中压力差的控制装置，特别涉及一种仿生血 液循环系统的脉动生物反应器的差压调节器。

背景技术

在日常生活和科学试验中，经常遇到根据实际需要调节压力差的问 题，如人身体的血液循环系统中，通常动脉血流对血管壁的压力在 70—110mmHg之间按照一定规律周期性变化，随着科学技术的发展，通过 仿生学系统来培养或者生长细胞等以满足医疗疾病过程中的需求，己经基 本具备条件，把目前心脏瓣膜上细胞培养由静态环境改进成模拟人身体中 的血液循环系统动态培养，则将会极大的提高植入人体内的心脏辨膜上细 胞的成活率。所以研制模拟人心脏血液循环系统具有很大的实用意义。

目前还没有成熟的仿生脉动生物反应器产品，在报道的几个试验样机 中都是通过具有—定弹性的软管在压力增大时的形变来实现对人造心脏 收缩时培养液压力差的调节等方法来实现压力差调节的。虽然这些方法基 本上可以实現对高压的调节功能，但是无法实现压力差数据根据实际需要 的调整以及按压力曲线的调整等更复杂的功能。所以研制一种能够拫据实 际要求调整压力差并按照—定压力曲线变化的自动压力差调节器就显得 十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种结构简单、使用 方便，不但能够根据实际需要实现压力差调节，而且能够按照所设计的压 力曲线随时间进行变化的仿生血液循环系统的脉动生物反应器的差压调 节器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括壳体以及设置在壳 体上端的与壳体的空腔相连通的折叠囊，在壳体内设置有软负载，壳体与 折叠囊形成一个密闭的腔体，在该密闭的腔体内填充有液体，壳体的上端 还设置有支架，支架的上端螺纹连接有丝杠，丝杠与折叠囊之间设置有弹 簧，软负载通过进液口和出液口分别与系统回路中的培养腔和电动阀相连通。

本发明的丝杠上还设置有调节手柄。

本发明将动脉血流对血管壁的压力在70—110mmHg之间分解成了 90mmHg的恒定压力的基础上，通过丝杠及弹簧的作用再叠加一个幅度为 20mmHg的压力，不但可完全根据实际需要实現压力差调节，而且能够按照 所设计的压力曲线随时间进行变化的功能。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括壳体8以及设置在壳体8上端的与壳体8的空 腔相连通的折叠囊2，在壳体8内设置有软负载1，壳体8与折叠囊2形 成一个密闭的腔体，在该密闭的腔体内填充有液体5，壳体的上端还设置 有支架9，支架9的上端螺纹连接有丝杠4，丝杠4上还设置有调节手柄 10，丝杠4与折叠囊2之间设置有弹簧3，软负载1通过进液口7和出液 口6分别与系统回路中的培养腔和电动阀相连通。

本发明采用软负载1来模拟血管，通过折叠囊2、弹簧3与杠4组 成可调节容积和压力的液压体构成自动压力差调节器；而且软负载1一直 处于液体5的包围之中。折叠囊2仅在纵向高度上的变化引起液体5容积 的变化；也就是说折叠囊2在横向方向上是恒定不变的。通过调节弹簧2 压缩程度来控制液体5所承受的压力，再根据液体5不可压缩及等压传递 的原理，把这个压力均匀的施加给软负载1。

又由于高压的高低与软负载1容积的增大程度近似成反比，所以当模 拟心脏每—次收缩时培养液通过进液口7冲流过来导致软负载1容积增大 的程度决定了高端压力的升高幅度，而软负载1容积增大的多少取决于其 周围液压体对其施加的压力，这样通过调节手柄10转动丝杠4的方法来 调节弹簧3对液体5的压力，并通过液体5将该压力传送并均匀施加给软 负载1，以保证软负载1体积的增加处于完全受控状态，从而有效的实现 对压力差的调节和控制。

本发明在大范围调整时通过选择不同弹性模量的弹簧3(粗调)实现， 其中弹簧3的弹性系数根据实际实验结果来具体确定；在小范围调整时通 过柄转动丝杠4(细调)实现，从而进一步实现跳变点时把最佳压力均匀 准确的施加给软负载上。根据实际需要实现对包围软负载1的液体5压力 的有效控制；并进而根据液体不可压缩及等压传递的原理，把该压力均匀 的施加给软性负载，从而实现当模拟心脏收缩时冲流过来的培养液导致软 性负载体积膨胀时对其体积增大部分的有效控制也即达到了控制高压量 的目标。

本发明模拟人的血液循环系统压力等参数的基本原理是：在通过闭环 控制系统实现的恒定压力曲线的基础上再叠加一个通过压力差调节器调 节的适当压力差曲线，就可以实现模拟人的心脏血液循环系统的压力曲线 了。例如心脏瓣膜细胞生长的某一段时间内要求其压力在70-110mmHg之 间，将软负载1调节为90mmHg，然后再叠加上压力差调节器调节出来的幅 度为20mmHg的压力则可实现。