[实用新型]一种用于骨样本试验的机械力装置

说明书

本实用新型涉及一种用于骨样本试验的机械力装置，该装置包括置于培养箱中的步进电机、底座、圆柱形容器、支架以及置于培养箱外面的与步进电机依次相连接的电机控制器和可编程电源。支架上设有步进电机、活塞和千分尺；步进电机连有椭圆形凸轮，该椭圆形凸轮的底部设有活塞；圆柱形容器的上下面均为开口结构，侧面上部设有圆形小孔；圆柱形容器内设有固定于底座上的基座，该基座上固定有骨样本；骨样本上设有弹性垫片，该弹性垫片与活塞相接；电机控制器与计算机的USB接口相连，该计算机安装有与电机控制器配套的软件。本实用新型结构简单、操作容易，能够通过计算机控制机械力的施加频率和施加时间，在体外实时观测机械力对骨样本精细结构的影响。

技术领域

本实用新型涉及骨研究技术领域，尤其涉及一种用于骨样本试验的机械力装置。

背景技术

宇航员在太空环境中会遭遇严重的骨丢失，其主要原因是失重条件下骨组织缺少地球引力的刺激所导致的骨流失率大于骨形成率。人在因病卧床或缺乏运动时也会产生骨流失，而举重、跑步等运动产生的冲击力则能够提高骨密度。这些现象表明力在维持骨形成和骨流失的平衡中具有重要作用。

德国医学博士Wolff很早就提出了骨骼的机械应变定律，表述为：骨骼的功能是承受活动期间骨组织的机械应变，并具有适应这些功能需要的能力。骨骼的生长会受到力学刺激影响而改变其结构，用之则强，废用则弱。通过X射线晶体衍射技术对骨骼的主要组分——胶原纤维和磷灰石晶体进行精细观测，发现胶原纤维的铺展规律对密质骨的局部应力与应变关系具有重要影响，并且人体骨骼磷灰石晶体的晶粒在0~30岁时比30~80岁时大5~7nm，表明成年后逐渐增加的骨流失能使晶粒变小。

人们围绕“Wolff定律”针对力对骨骼的影响开展了大量的研究。如Souza（Bone,2005, 37: 810-818）等人于2005年以小鼠为实验对象，利用一套带护垫的小杯研究了机械压力对活体骨的影响，发现机械压力促进了小鼠胫骨皮质骨的重建，表明适当的机械压力能够促进骨形成。但是，活体条件下研究骨骼具有很大的局限性，只能通过骨密度测量仪和尿液、粪便中钙离子浓度的变化粗略地观测骨骼的变化并估算钙的吸收量和排放量，很难实时跟踪骨组织精细结构的变化过程。因此，研究机械力对骨影响的方法从体内转向体外。Sun（Bone, 2012, 50: 581-591）等人于2012年利用固定在光学显微镜上的机械拉力装置实现了离体骨的实时监测，发现机械拉力可以诱导钙离子从骨基质中流出，并刺激成骨细胞的生长，但是该装置结构复杂、不易实现，既没有涉及骨组织精细结构方面的变化，也没有涉及人类活动中经常受到的压力和冲击力对骨骼的影响。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、容易操作的用于骨样本试验的机械力装置。

为解决上述问题，本实用新型所述的一种用于骨样本试验的机械力装置，其特征在于：该装置包括置于5% CO₂、37℃的培养箱中的步进电机、底座、透明的圆柱形容器、支架以及置于所述培养箱外面的与所述步进电机依次相连接的电机控制器和可编程电源；所述支架上分别设有所述步进电机、活塞和千分尺；所述步进电机通过金属杆连有椭圆形凸轮，该椭圆形凸轮的底部设有所述活塞；所述圆柱形容器的上下面均为开口结构，其侧面上部设有圆形小孔；所述圆柱形容器内设有固定于所述底座上的基座，该基座上固定有骨样本；所述骨样本上设有弹性垫片，该弹性垫片与所述活塞相接；所述电机控制器与计算机的USB接口相连，该计算机安装有与所述电机控制器配套的软件。

所述支架由不锈钢板、不锈钢杆和螺栓连接而成；所述不锈钢板设有圆形窗口，该圆形窗口设有上下移动的所述活塞。

所述活塞上设有橡胶环。

所述弹性垫片为带有小孔洞的弹簧钢薄片。

所述基座设有固定所述骨样本的卡槽。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：