[发明专利]人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置及方法

权利要求书

1.一种人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置，其特征在于：包括音圈电机模组（1）、驱动连接杆（2）、生物环境培养箱（3）、法向力加载模组、摩擦力测量模组、滑台模组（6）、生物介质容器（7）以及活性骨夹具（8）；法向力加载模组与滑台模组（6）密封于生物环境培养箱（3）内部，音圈电机模组（1）位于生物环境培养箱（3）外部；

所述滑台模组（6）由滑台底座及其上部的活动滑块组成；驱动连接杆（2）与音圈电机模组（1）、滑台模组（6）的活动滑块之间均为刚性连接，用于将音圈电机模组（1）的微动幅值往复运动传递到滑台模组（6），带动活动滑块水平滑动；

所述滑台模组（6）上方依次设置生物介质容器（7）、活性骨夹具（8）、摩擦力测量模组以及法向力加载模组；

所述法向力加载模组包括垂直滑台（4-1）、加载板（4-2），所述加载板（4-2）水平设置且连接于垂直滑台（4-1）的滑块上，在垂直方向上自由滑动；

所述加载板（4-2）下方设置摩擦力测量模组的水平导轨（5-1），水平导轨（5-1）依次通过摩擦力引出杆（5-2）、摩擦力传递杆（5-3）连接位于生物环境培养箱（3）外部的摩擦力传感器（5-4）；所述摩擦力引出杆（5-2）与水平导轨（5-1）的活动滑块刚性连接，并与摩擦力传递杆（5-3）端部通过沟槽设计连接，当加载板（4-2）做法向位置调整时，随动的摩擦力引出杆（5-2）相对于摩擦力传递杆（5-3）做法向位置调整；所述摩擦力传递杆（5-3）另一端与摩擦力传感器（5-4）连接，摩擦力传感器（5-4）固定安装于生物环境培养箱（3）外侧，摩擦力传递杆（5-3）与摩擦力传感器（5-4）相对于生物环境培养箱（3）箱体均为固定状态；所述活性骨夹具（8）下端夹持活性骨试样，上端与水平导轨（5-1）的活动滑块刚性连接；

所述生物介质容器（7）设置于滑台模组（6）的活动滑块上，内置人工关节材料试样和生物培养液。

2.根据权利要求1所述的一种人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置，其特征在于：所述法向力加载模组包括垂直滑台（4-1）、加载板（4-2）、定滑轮（4-3）、调零砝码台（4-4），所述加载板（4-2）由螺栓连接于垂直滑台（4-1）的滑块上，在垂直方向上自由滑动；所述调零砝码台（4-4）与加载板（4-2）之间通过柔性钢丝绳连接，柔性钢丝绳绕于定滑轮（4-3）上，定滑轮（4-3）安装于垂直滑台（4-1）顶部。

3.根据权利要求1所述的一种人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置，其特征在于： 所述生物介质容器（7）下端与滑台模组（6）的活动滑块通过螺栓进行刚性连接，生物介质容器（7）内通过螺钉固定人工关节材料试样，并使其浸润在生物培养液中；所述活性骨夹具（8）下端夹持活性骨试样，上端与水平导轨（5-1）的活动滑块通过螺栓进行刚性连接。

4.根据权利要求1所述的一种人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置，其特征在于：所述驱动连接杆（2）、摩擦力传递杆（5-3）在穿过生物环境培养箱（3）箱体处均安装有密封圈。

5.根据权利要求2所述的一种人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将活性骨试样与人工关节材料试样分别安装于活性骨夹具（8）下端与生物介质容器（7）中，并在生物介质容器（7）中注入生物培养液使其没过试样接触界面；

（2）在调零砝码台（4-4）上放置砝码以补偿加载板（4-2）所受重力；

（3）根据预先设定的法向加载压力选择对应重量的砝码放置于加载板（4-2）上，此时上下试样在法向加载力作用下实现预紧接触；

（4）闭合生物环境培养箱（3），按照活性骨培养的氛围要求调节箱内温湿度以及CO₂浓度；

（5）设置音圈电机模组（1）的作业模式和作业参数程序并将其启动，此时上下试样接触界面间产生微动刺激；

（6）试验结束后，取出上下试样测量接触界面间的骨长入情况，应用于微动刺激对骨长入/损伤的研究。