專利名稱：一種通過組織工程構(gòu)建的心肌力學(xué)刺激裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體的是涉及一種通過組織工程構(gòu)建的心肌力學(xué)刺激裝置。
背景技術(shù)：
心肌細胞具有自發(fā)跳動的特點，體外單層培養(yǎng)時心肌細胞可形成一個個自發(fā)跳動的單元；相互靠近的跳動單元在跳動時相互牽拉可形成一致跳動，因此心肌細胞的自發(fā)跳動可以實現(xiàn)同步化。在進行組織工程化三維培養(yǎng)時，構(gòu)建物不同部分的心肌細胞也會形成不同的自發(fā)跳動單元，這些自發(fā)跳動的單元也會在長時的作用中形成一致跳動的步調(diào)； 當(dāng)給以類似于心肌跳動的力的拉伸作用時可快速誘導(dǎo)這些自發(fā)跳動單元形成一致跳動的整體。此外，力的拉伸作用還可促進心肌的發(fā)育和提高心肌細胞自發(fā)跳動時的收縮力。 Zimmermann等用液態(tài)膠原構(gòu)建心肌細胞-膠原條帶并給與力的拉伸作用，以模仿心肌的跳動，經(jīng)過7天拉伸作用構(gòu)建的心肌細胞一膠原構(gòu)建物可實現(xiàn)一致的跳動。Christine 等研究了脈沖單向拉伸力學(xué)刺激對心肌發(fā)育的影響，表明力學(xué)刺激可提高RNA / DNA和蛋白/細胞的比例，ANF mRNA和α-肌小節(jié)肌動蛋白水平也得到了很大的提高。由此可見拉伸對組織工程化心肌的構(gòu)建至關(guān)重要。同時，由于使用液態(tài)膠原支架材料不僅具有良好的生物相容性和具有與心肌細胞跳動相適應(yīng)的力學(xué)性能，而且可以鑄成各種形狀，這種特性便于設(shè)計力學(xué)刺激裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計一種通過組織工程構(gòu)建的心肌力學(xué)刺
激裝置。該裝置根據(jù)心肌細胞自發(fā)跳動的特點和發(fā)育特點結(jié)合組織工程化心肌構(gòu)建物的特點設(shè)計。它由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、支架部分和力學(xué)刺激四個部分組成。主要部件有電機，螺釘，飛輪，支架，連桿，電機架，固定螺母，從動支架，螺釘，固定螺母，支撐塞，工作臺， 調(diào)距支撐，調(diào)距桿，調(diào)距手柄，工作桿支架，工作桿，支架，固定螺母，連接螺栓，連接螺母，滑塊連接，滑塊，手柄固定螺母，螺釘，滑塊固定螺釘，從動桿，傳動桿，固定螺釘，行程調(diào)節(jié)螺栓，動桿。動力系統(tǒng)是一個功率為巧瓦的電機。傳動系統(tǒng)由飛輪、連桿、傳動桿、滑塊連接和滑塊組成，其功能是將電機提供的動力傳遞給工作桿，同時通過這一系統(tǒng)來對力學(xué)刺激幅度進行調(diào)節(jié)。支架部分由支架、工作臺組成。力學(xué)刺激部分由工作桿支架、工作桿、調(diào)距桿和支架組成，其功能是提供樣品在裝置上的力學(xué)附著點，完成對樣品的力學(xué)刺激。電機為整個裝置提供動力。動力通過連桿、傳動、從動桿和滑塊連接傳遞到滑塊上，再通過固定在滑塊上的支架將動力通過工作桿支架傳遞給工作桿。工作桿之間的距離可通過調(diào)距桿上的調(diào)距手柄進行調(diào)節(jié)，從而可對不同周長的環(huán)形條帶進行力學(xué)刺激。拉伸幅度可通過調(diào)節(jié)行程調(diào)節(jié)螺栓進行調(diào)節(jié)，可對環(huán)形條帶進行不同幅度大小的力學(xué)刺激。刺激頻率是通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的。本裝置中工作桿有6對，可同時對6個樣品進行同等的力學(xué)刺激。體外構(gòu)建組織工程化心肌組織時，構(gòu)建物中心肌細胞的自發(fā)跳動一般在短時間內(nèi)很難形成一致的跳動，但當(dāng)給以類似于心肌自發(fā)跳動的外力拉伸作用時可快速誘導(dǎo)心肌細胞的一致跳動。另外，心肌組織是比較柔軟的組織，對其施加力的作用時不易固定，尤其采用液態(tài)膠原構(gòu)建時更是如此，因此將構(gòu)建物制備成環(huán)狀解決拉伸作用時力的固定問題。根據(jù)這些特點設(shè)計的本裝置可將構(gòu)建的環(huán)狀構(gòu)建物套在兩個作單向拉伸的桿上，靠兩桿向兩邊的拉伸實現(xiàn)拉伸力的作用。該裝置可對用組織工程化方法構(gòu)建的周長為2 - 12cm大小的范圍內(nèi)的環(huán)狀心肌條帶進行幅度大小為10 %、頻率范圍1-5 Hz的力學(xué)刺激，以誘導(dǎo)膠原中的心肌細胞發(fā)育和自發(fā)跳動的同步化。與Zimmermarm等在實驗中采用的裝置相比，兩裝置具有相似的功能，與其不同的是本裝置采取了不同的設(shè)計結(jié)構(gòu)，可對構(gòu)建的不同大小心肌/膠原構(gòu)建物施以不同頻率的力的作用。


圖1力學(xué)刺激裝置圖的立體2力學(xué)刺激裝置圖的俯視圖
圖3力學(xué)刺激裝置圖的正視4力學(xué)刺激裝置圖的側(cè)視圖
附圖標(biāo)注(1 )電機，(2 )螺釘，(3 )飛輪，(4 )支架，(5 )連桿，(6 )電機架，(7 )固定螺母，(8 )從動支架，(9 )螺釘，(10 )固定螺母，(11 )支撐塞， (12 )工作臺，(13 )調(diào)距支撐，(14 )調(diào)距桿，(15 )調(diào)距手柄，(16 )工作桿支架，(17 )工作桿，(18 )支架，(19 )固定螺母，(20 )連接螺栓，(21 )連接螺母，(22 )滑塊連接，(23 )滑塊，(M )手柄固定螺母，(25 )螺釘，(沈)滑塊固定螺釘，(27 )從動桿，(觀)傳動桿，(四)固定螺釘，(30 )行程調(diào)節(jié)螺栓，( 31 )動桿。
具體實施例方式該裝置根據(jù)心肌細胞自發(fā)跳動的特點和發(fā)育特點結(jié)合組織工程化心肌構(gòu)建物的特點設(shè)計。它由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、支架部分和力學(xué)刺激四個部分組成。動力系統(tǒng)是一個功率為巧瓦的電機1。傳動系統(tǒng)由飛輪3、連桿5、傳動桿觀、滑塊 22連接和滑塊23組成，其功能是將電機提供的動力傳遞給工作桿17，同時通過這一系統(tǒng)來對力學(xué)刺激幅度進行調(diào)節(jié)。支架部分由支架4、工作臺12組成。力學(xué)刺激部分由工作桿支架16、工作桿17、調(diào)距桿14和支架18組成，其功能是提供樣品在裝置上的力學(xué)附著點， 完成對樣品的力學(xué)刺激。電機1為整個裝置提供動力。動力通過連桿5、傳動觀、從動桿27和滑塊22連接傳遞到滑塊23上，再通過固定在滑塊上的支架18將動力通過工作桿支架16傳遞給工作桿 17。工作桿之間的距離可通過調(diào)距桿14上的調(diào)距手柄15進行調(diào)節(jié)，從而可對不同周長的環(huán)形條帶進行力學(xué)刺激。拉伸幅度可通過調(diào)節(jié)行程調(diào)節(jié)螺栓30進行調(diào)節(jié)，可對環(huán)形條帶進行不同幅度大小的力學(xué)刺激。刺激頻率是通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的。本裝置中工作桿有6對，可同時對6個樣品進行同等的力學(xué)刺激。
權(quán)利要求
1.一種通過組織工程構(gòu)建的心肌力學(xué)刺激裝置，由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、支架部分和力學(xué)刺激部分組成，可對構(gòu)建的環(huán)狀的組織工程化心肌進行類似天然心肌跳動樣的力學(xué)刺激，其特征在于動力系統(tǒng)是一個功率為15瓦電動機；傳動系統(tǒng)是一個桿件結(jié)構(gòu)，通過它可將電動機提供的動力傳遞到附著桿，再由附著桿帶動連在其上的牽拉桿運動，最終將電動機提供的動力傳遞到牽拉桿上；支架部分是底部和滑槽；力學(xué)刺激由附著桿、牽拉桿和螺絲組成；力學(xué)刺激裝置是通過將構(gòu)建的心肌細胞一膠原環(huán)狀復(fù)合物套在伸出的兩個牽拉桿上，由牽拉桿向兩邊單向拉伸實現(xiàn)對心肌細胞一膠原環(huán)狀復(fù)合物的力學(xué)刺激。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過組織工程構(gòu)建的心肌力學(xué)刺激裝置，其特征在于其牽拉桿之間的距離可以在1 - 6厘米范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，這樣該裝置可對周長2 - 12 厘米左右的細胞一膠原構(gòu)建物進行幅度10 %的力學(xué)刺激。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過組織工程構(gòu)建的心肌力學(xué)刺激裝置，其特征在于其牽拉桿之間的距離調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)附著桿之間的距離實現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過組織工程構(gòu)建的心肌力學(xué)刺激裝置，其特征在于其力學(xué)刺激的頻率可以在1 - 5 Hz范圍內(nèi)進行變化，從而可對心肌細胞一膠原構(gòu)建物施以1 - 5Hz范圍的力學(xué)刺激；其頻率的改變是通過調(diào)節(jié)動力電機的轉(zhuǎn)動頻率實現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明是一種通過組織工程構(gòu)建的心肌力學(xué)刺激裝置，屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。該裝置對用組織工程化方法構(gòu)建的環(huán)狀心肌細胞提供類似天然心肌跳動的力學(xué)刺激，它由電動機、傳動系統(tǒng)、支架和力學(xué)刺激部分組成。該裝置可對構(gòu)建的周長為2-12cm左右的環(huán)狀的心肌細胞-膠原構(gòu)建物施以頻率為1-5Hz、幅度為10％的力學(xué)刺激。心肌細胞-膠原構(gòu)建物經(jīng)過力學(xué)刺激可誘導(dǎo)自發(fā)跳動的心肌細胞實現(xiàn)一致跳動，同時可提高心肌細胞的發(fā)育水平和自發(fā)跳動的收縮力。
文檔編號G09B23/28GK102479460SQ20101055356
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者杜沖 申請人:大連創(chuàng)達技術(shù)交易市場有限公司