软骨仿生基质凝胶自动合成仪器的制作方法

1.本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种软骨仿生基质凝胶自动合成仪器。


背景技术：

2.在临床中由创伤或骨病所致关节骨软骨损伤十分常见，其中软骨缺损者可达50％，进而发展成为骨性关节炎等各类退行性关节疾病，严重影响患肢功能和患者生活质量。关节软骨自身缺乏血供，修复能力低下，现有医学临床治疗措施存在修复软骨缺损面积有限、术后易复发、异体关节软骨移植会产生免疫反应等问题，影响植入效果和患者术后恢复。随着干细胞应用的发展和对天然软骨成分、结构及功能的探索，利用干细胞的多向分化能力和天然软骨中的重要成分来构建组织工程软骨，并研发了与天然软骨成分相仿、结构相仿的软骨组织工程支架—软骨仿生基质凝胶。软骨仿生基质凝胶产品属新型软骨修复产品，产品由多种组分分步合成。目前产品制作均由人工进行，尚无自动化设备替代。同时，人工操作过程中存在各环节反应时间把握不当、组分用量控制不当造成误差，而且操作过程中还可能造成人为污染等问题，亟待自动化设备来代替人工操作。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种软骨仿生基质凝胶自动合成仪器，旨在解决软骨仿生基质凝胶产品无自动化设备生产的问题。
4.本发明是通过以下技术方案来实现的：
5.本发明提供一种软骨仿生基质凝胶自动合成仪器，包括由底架、平台板、斜板组成的机架模块，底架上设有水平布置的平台板和倾斜布置的斜板，平台板上设置有用于承载装剂管并使之离心旋转的药盘模块，斜板上设置有用于夹放药盘模块上装剂管的夹取模块、用于对夹取模块上夹持的装剂管底部进行剪切的剪切模块、及用于夹放推杆或搅拌杆并使之对夹取模块上夹持的装剂管内的试剂进行推挤或搅拌的夹搅模块，且斜板自上而下依次布置夹搅模块、夹取模块和剪切模块。
6.进一步，机架模块还包括有滑轨、滑板、支架、导轨、滚珠丝杆机构e和托板组成，平台板上设置滑轨、支架、托板和滚珠丝杆机构e，滑板通过滑轨与平台板滑动连接，并由滚珠丝杆机构e驱动，斜板穿过平台板并在其长度方向上的两端分别与支架和托板固定连接，斜板上设有辅以夹搅模块、夹取模块和剪切模块滑动的导轨。
7.进一步，药盘模块还用于承载推杆和搅拌杆，由转盘、搁物筒、通槽、卡块、基座、底盘、旋转电机组成，转盘上并沿其径向环布有多个向内倾斜的搁物筒，单个搁物筒用于搁置装剂管、推杆或搅拌杆，转盘的中部开设有通槽，基座上设有与转盘所设通槽的相对两侧分别卡合的一对卡块，基座转动的设置在底盘上，底盘安装在滑板上，底盘上设有用于驱动基座及转盘转动的旋转电机。
8.进一步，转盘上所设的通槽一侧设有阶梯槽，且一对卡块中之一与阶梯槽相适配；所述基座上还设有与转盘所设通槽的中部定位的方块。
9.进一步，基座上还设有作用于转盘底部的顶压弹簧，弹簧设置为两个，呈对称布置，且与一对卡块相互间隔设置。
10.进一步，夹取模块由滚珠丝杆机构a、连接框架a、双螺纹丝杆机构a、夹板组成，滚珠丝杆机构a设于斜板上并作用于连接框架a，连接框架a与导轨滑动连接，连接框架a上设置双螺纹丝杆机构a，双螺纹丝杆机构a上设置一对用于夹放药盘模块上装剂管的夹板。
11.进一步，夹搅模块由滚珠丝杆机构c、滚珠丝杆机构d、连接框架c、连接框架d、轴承座a、伸缩弹簧、抓取轴、轴承座b、锁紧套组成，滚珠丝杆机构c设置在斜板上，连接框架c和连接框架d分别与导轨滑动连接，且连接框架d与连接框架c通过滚珠丝杆机构d呈上下对应连接，连接框架d上设有轴承座a，连接框架c上设有轴承座b，轴承座b内设有与之转动连接的锁紧套，抓取轴上套装有位于轴承座a与轴承座b之间的伸缩弹簧，抓取轴的一端贯穿锁紧套并设有能伸出和缩回锁紧套的锁放结构，抓取轴的另一端与轴承座a转动连接，锁放结构包括有设置在抓取轴端部的锥形头和沿抓取轴轴向开设在锥形头所在端部上的开槽。
12.进一步，夹搅模块还包括有联轴套和旋转马达，抓取轴在背离锁紧套的背离端通过联轴套连接上旋转马达，联轴套与轴承座a转动连接，旋转马达固定在轴承座a上，伸缩弹簧的两端分别作用于锁紧套和联轴套上。
13.进一步，剪切模块由滚珠丝杆机构b、连接框架b、双螺纹丝杆机构b、剪刀组成，滚珠丝杆机构b设于斜板上并作用于连接框架b，连接框架b与导轨滑动连接，连接框架b上设置双螺纹丝杆机构b，双螺纹丝杆机构b上设置一对用于剪切装剂管底部的剪刀。
14.进一步，底架上还设有控制箱、挡板和外壳，挡板上设有端子箱，控制箱与端子箱电性连接，夹搅模块、夹取模块和剪切模块与端子箱电性连接，药盘模块与控制箱电性连接；外壳的前后侧分别设有前门和后门，外壳的两侧侧壁上设有相对的握槽。
15.本发明的优点在于：
16.1、本发明提及的软骨仿生基质凝胶自动合成仪器能够解决软骨仿生基质凝胶产品的人为手工合成，并实现全自动合成，且有助于提高产品合成精度、效率和质量。
17.2、本发明提及的软骨仿生基质凝胶自动合成仪器具有整体结构简单易行、操作方便、功能完善、体积小等优点，并有效的减轻了人工工作强度，对提升科技机械使用效率有积极作用。
18.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
19.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
20.图1为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器的正面结构示意图；
21.图2为图1的仰视结构示意图；
22.图3为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器的立体结构示意图；
23.图4为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器的另一立体结构示意图；
24.图5为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器的外形结构示意图；
25.图6为图5的后视结构示意图；
26.图7为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器中机架模块的立体结构示意图；
27.图8为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器中药盘模块的立体结构示意图；
28.图9为图8中去掉转盘后的立体结构示意图；
29.图10为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器中斜板一侧的立体结构示意图；
30.图11为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器中斜板另一侧的立体结构示意图；
31.图12为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器中夹取模块的立体结构示意图；
32.图13为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器中夹搅模块的立体结构示意图；
33.图14为图13中抓取轴部分组成的分解结构示意图；
34.图15为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器中剪切模块的立体结构示意图；
35.图16为本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器的工作流程图；
36.附图标记：机架模块1，药盘模块2，装剂管3，夹取模块4，夹搅模块5，剪切模块6，控制箱7，端子箱8，挡板9，外壳10，前门11，握槽12，后门13，推杆14，搅拌杆15；底架101，平台板102，滑轨103，滑板104，支架105，斜板106，导轨107，滚珠丝杆机构e108，托板109；转盘201，搁物筒202，通槽203，阶梯槽204，卡块205，方块206，顶压弹簧207，基座208，底盘209，旋转电机210；滚珠丝杆机构a401，连接框架a402，双螺纹丝杆机构a403，夹板404；滚珠丝杆机构c501，滚珠丝杆机构d502，连接框架c503，连接框架d504，旋转马达505，轴承座a506，伸缩弹簧507，抓取轴508，轴承座b509，锁紧套510，联轴套511；滚珠丝杆机构b601,连接框架b602，双螺纹丝杆机构b603，剪刀604。
具体实施方式
37.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.如图1
‑
6所示，本实施例中提及的一种软骨仿生基质凝胶自动合成仪器，主要包括有机架模块1，药盘模块2，装剂管3，夹取模块4，夹搅模块5，剪切模块6，控制箱7和端子箱8，其中，机架模块1作为承载主体，起到支撑和装配其他模块的作用，且其被外壳10包裹，而外壳10的前后侧分别开设有前门11和后门13，方便观察及操作，外壳10的两侧侧壁上设置相对的握槽12，便于搬运操作；而药盘模块2是用于承载装剂管3并使之离心旋转动作，夹取模块4则是用于夹放药盘模块2上装剂管3，并配合夹搅模块5的工作；而夹搅模块5则是用于夹放推杆14或搅拌杆15并使之对夹取模块4上夹持的装剂管3内的试剂进行推挤或搅拌动作；剪切模块6则是用于对夹取模块4上夹持的装剂管3底部进行剪切，以使该装剂管内的试剂通过夹搅模块5的作用后被推挤进入另一个装剂管中，以完成两个装剂管中的两种试剂混合。而控制箱7与端子箱8电性连接，夹搅模块5、夹取模块4和剪切模块6与端子箱8电性连接，药盘模块2与控制箱7电性连接，以实现自动化电控操作。这样，采用上述方案，本软骨仿
生基质凝胶自动合成仪器能够解决软骨仿生基质凝胶产品的人为手工合成，并实现全自动合成，且有助于提高产品合成精度、效率和质量。
39.再结合图7所示，本机架总成包括有底架101、平台板102、滑轨103、滑板104、支架105、斜板106、导轨107、滚珠丝杆机构e108和托板109，其中，底架101上设有水平布置的平台板102和倾斜布置的斜板106，平台板102上设置药盘模块2，斜板106上并自上而下依次布置夹搅模块5、夹取模块4和剪切模块6；平台板102上设置滑轨103、支架104、托板109和滚珠丝杆机构e108，滑板104通过滑轨103与平台板102滑动连接，并由滚珠丝杆机构e108驱动，斜板106穿过平台板102并在其长度方向上的两端分别与支架105和托板109固定连接，斜板106上设有辅以夹搅模块5、夹取模块4和剪切模块6滑动的导轨107。这样，滑板104及药盘模块2相对于机架模块1在平台板102的水平面上滑动而远离或靠近斜板106，夹搅模块5、夹取模块4和剪切模块6则相对于机架模块1在斜板106上滑动而使之配合药盘模块2工作，来完成软骨仿生基质凝胶产品在合成中所涉及到的相关步骤及动作。滚珠丝杆机构e108所用驱动装置采用伺服电机，便于自动化控制。
40.再结合图8、9所示，本药盘模块还用于承载推杆14和搅拌杆15，包括有转盘201、搁物筒202、通槽203、阶梯槽204、卡块205、方块206、顶压弹簧207、基座208、底盘209和旋转电机210，其中，转盘201上并沿其径向环布有多个向内倾斜的搁物筒202，单个搁物筒202用于搁置装剂管3、推杆14或搅拌杆15，转盘201的中部开设有通槽203，基座208上设有与转盘201所设通槽203的相对两侧分别卡合的一对卡块205，通过卡块205与通槽203之间的配合关系，即可使得转盘201与基座208之间固定连接；而基座208通过轴承转动的设置在底盘209上，底盘209则安装在滑板104上，底盘209上设有用于驱动基座208及转盘201转动的旋转电机210，通过旋转电机210即可带动转盘201转动，从而使得转盘201上的搁物筒202内置入的装剂管3内的试剂进行离心旋转动作，有助于软骨仿生基质凝胶产品各组成成分之间的混合。另外，转盘201上所设的通槽203一侧设有阶梯槽204，且一对卡块205中之一与阶梯槽2相适配，以便于转盘201与基座208之间的装配定位作用；基座208上还设有与转盘201所设通槽203的中部定位的方块206，一方面可进一步提升转盘201与基座208之间的装配定位识别，另一方面可将基座208的旋转力通过方块206更好的传递给转盘201，以使转盘201的离心旋转运动更好。而基座208上还设有作用于转盘201底部的顶压弹簧207，顶压弹簧207设置为两个，呈对称布置，且与一对卡块205相互间隔设置，通过顶压弹簧207的作用，可使转盘201在卡合于基座208上后，由其提供压缩反力而顶压转盘201，使得转盘201与底座208之间的装配效果更佳。搁物筒202在转盘201上倾斜布置，且搁物筒202口部向转盘内偏斜，以便于转盘201在做离心旋转运动时，保证搁物筒202内放置的装剂管3内试剂不会被甩出。而搁物筒202的中轴线与竖向之间的夹角采用30
°
、40
°
、45
°
等。旋转电机210所用驱动装置采用伺服电机，便于自动化控制。使用时，通过转盘上的搁物筒来依次放置相应的装剂管、推杆及搅拌杆，并利用旋转电机来使转盘获得旋转运动，从而使得转盘上的装剂管内的试剂获得离心旋转，以完成对装剂管内试剂的离心合成。
41.在结合图10
‑
12所示，夹取模块4由滚珠丝杆机构a401、连接框架a402、双螺纹丝杆机构a403、夹板404组成，其中：滚珠丝杆机构a401设于斜板106上并作用于连接框架a402，连接框架a402与导轨107滑动连接，连接框架a402上设置双螺纹丝杆机构a403，双螺纹丝杆机构a403上设置一对用于夹放药盘模块2上装剂管3的夹板404。使用时，通过滚珠丝杆机构
a401可调节夹板404相对于药盘模块2上装剂管3的高度，并利用双螺纹丝杆机构a403操作两夹板404来实施对装剂管3的夹取动作。滚珠丝杆机构a401和双螺纹丝杆机构a403所用驱动装置均采用伺服电机，便于自动化控制。
42.再结合图10
‑
11、13
‑
14所示，本夹搅模块5包括有滚珠丝杆机构c501、滚珠丝杆机构d502、连接框架c503、连接框架d504、旋转马达505、轴承座a506、伸缩弹簧507、抓取轴508、轴承座b509、锁紧套510和联轴套511，其中：滚珠丝杆机构c501安装在斜板106上，连接框架c503和连接框架d504分别与导轨107滑动连接，且连接框架d504与连接框架c503通过滚珠丝杆机构d502呈上下对应连接，连接框架d504上设有轴承座a506，连接框架c503上设有轴承座b509，轴承座b506内通过轴承设有与之转动连接的锁紧套510，抓取轴508上套装有位于轴承座a506与轴承座b508之间的伸缩弹簧507，抓取轴508的一端贯穿锁紧套510并设有能伸出和缩回锁紧套510的锁放结构，抓取轴508的另一端与轴承座a506通过轴承转动连接，该锁放结构包括有设置在抓取轴508端部的锥形头(未标记)和沿抓取轴508轴向开设在锥形头所在端部上的开槽(未标记)。使用时，通过滚珠丝杆机构d502的作用，使得连接框架d504向连接框架c503靠拢，即轴承座a506与轴承座b509之间的高度被压缩，且伸缩弹簧507也被压缩，此时轴承座a506上设置的抓取轴508则相对于锁紧套510呈伸出状态，抓取轴508上的锥形头露出锁紧套外，并利用其上的开槽来方便推杆14或者搅拌杆15进入其内，然后滚珠丝杆机构d502不作用后，受伸缩弹簧507的弹力恢复而推动连接框架d504远离连接框架c503，从而带动抓取轴508后退，进而使的抓取轴508上的锥形头回缩至锁紧套510内，并利用锁紧套510完成对推杆14或搅拌杆15的夹持。反之，要取下推杆14或搅拌杆15时，重复上述操作即可。而通过滚珠丝杆机构c501可对连接框架c503及连接框架d504形成整体的在斜板106上相对于导轨107做直线运动，并通过抓取轴508上夹持的推杆14来完成对装剂管3内的凝胶合成试剂进行推挤动作。另外，抓取轴508在背离锁紧套510的背离端通过联轴套511连接上旋转马达505，联轴套511与轴承座a506转动连接，旋转马达505固定在轴承座a506上，伸缩弹簧507的两端分别作用于锁紧套510和联轴套511上。这样，通过旋转马达505可为抓取轴508提供旋转力，以使得抓取轴508在夹持有搅拌杆15后能够获得旋转，从而通过搅拌杆15对装剂管3内的凝胶合成试剂进行相应的搅拌工作。该旋转马达505可以采用空心杯电机。空心杯电动机具有突出的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运行特性，可以作为本夹搅总成高效率的能量转换装置。滚珠丝杆机构c501和滚珠丝杆机构d502所用的驱动装置为伺服电机,以便自动化控制。
43.再结合图10
‑
11、15所示，本剪切模块6由滚珠丝杆机构b601、连接框架b602、双螺纹丝杆机构b603、剪刀604组成，滚珠丝杆机构b601设于斜板106上并作用于连接框架b602，连接框架b602与导轨107滑动连接，连接框架b602上设置双螺纹丝杆机构b603，双螺纹丝杆机构b603上设置一对用于剪切装剂管3底部的剪刀。使用时，通过滚珠丝杆机构b601可调节剪刀604相对于夹取模块4上夹持装剂管3的距离，并利用双螺纹丝杆机构b603操作两剪刀604来实施对装剂管3底部的剪切动作，此时的药盘模块2也需移动至夹取模块4下，使得夹取模块4上夹持的装剂管在上，并与其在下的药盘模块2上放置的另一装剂管相对应，以便上方的装夹管底部被剪切模块6剪底后，其内试剂能够进入下方的装剂管内，完成两个装剂管的试剂混合，为后续的夹搅模块5的推挤或搅拌提供基础。滚珠丝杆机构b601和双螺纹丝杆机构b603所用驱动装置均采用伺服电机，便于自动化控制。
44.如图16所示，以一个具体的示例来阐述下本软骨仿生基质凝胶自动合成仪器的工作流程，如下：
45.步骤1)、在药盘模块2的转盘201的搁物筒2上依次放置六个装剂管3，分别定义为：试剂ⅰ，纯水87.5μl；试剂ⅱ，ocs&oha干粉0.013g；试剂ⅲ，纯水450μl；试剂ⅳ，col
‑ⅱ
干粉0.05g；试剂
ⅴ
，naoh溶液45μl；细胞悬液，并在转盘201上剩余的搁物筒2上分别放置上推杆14和搅拌杆15；并将该转盘201放置于机架模块1上；
46.步骤2)、启动机架模块1上的滚珠丝杆机构e108，使滑板104带动药盘模块2远离斜板106，即向外壳10上的前门11靠近；
47.步骤3)、使夹取模块4和剪切模块6位于斜板106下端，夹搅模块5位于斜板106上端，并启动机架模块1上的滚珠丝杆机构e108，使滑板104带动药盘模块2移向斜板106；
48.步骤4)、通过旋转电机210转动转盘201，并在转盘201的分度作用下，使装有推杆14的搁物筒2位于夹搅模块5下方；然后，启动夹搅模块5的滚珠丝杆机构c501和滚珠丝杆机构d502，让抓取轴508对推杆14进行抓取；
49.步骤5)、再实施步骤2)的动作后，并将夹取模块4移动至药盘模块2的上方，且通过旋转电机210转动转盘201，并在转盘201的分度作用下，使装有试剂ⅰ的装剂管3位于夹取模块4的夹取位；然后，启动机架模块1上的滚珠丝杆机构e108，使滑板104带动药盘模块2移向斜板106，启动滚珠丝杆机构a401使连接框架a402下移至指定位置，启动双螺纹丝杆机构a403带动夹板404夹持住带有试剂ⅰ的装剂管3，再通过滚珠丝杆机构a401使连接框架a402上移至指定位置；
50.步骤6)、再实施步骤2)的动作后，并将剪切模块6通过其滚珠丝杆机构b601带动连接框架b602移动至夹取模块4上夹持的装有试剂ⅰ的装剂管3底部合适位置，使其剪刀对准装剂管3底部剪切位；然后，启动机架模块1上的滚珠丝杆机构e108，使滑板104带动药盘模块2又移向斜板106，并通过旋转电机210转动转盘201，并在转盘201的分度作用下，使装有试剂ⅱ的装剂管3位于夹取模块4的夹取位；启动夹搅模块5的滚珠丝杆机构c501带动推杆14插入装有试剂ⅰ的装剂管3内；启动剪切模块6上的双螺纹丝杆机构b603带动剪刀604动作，对装有试剂ⅰ的装剂管底部进行剪切，同时，夹搅模块5继续下移而推挤装有试剂ⅰ的装剂管，使其内的试剂ⅰ正好流入药盘模块2上装有试剂ⅱ的装剂管中，进行混合；即：溶解ocs
‑
oha干粉，将试剂i的87.5μl水加入试剂ⅱ的ocs&oha混合干粉中；
51.步骤7)、再实施步骤2)的动作后，将剪切模块6下移至斜板106下端，将夹搅模块5上移至斜板106上端，再移回药盘模块2并使转盘201反向转动后，由夹取模块4将原装有试剂ⅰ的装剂管放回转盘201上；
52.步骤8)、再实施步骤2)的动作后，将夹取模块4也下移至斜板106下端，并移动夹搅模块5及配合转盘201的转动，使抓取轴508上的推杆放回转盘201上，并夹持上转盘201上的搅拌杆15；并使转盘201旋转混合有试剂ⅰ和试剂ⅱ的装剂管至夹搅模块5的搅拌位，启动夹搅模块5的旋转马达505，使抓取轴508带动搅拌杆15在混合有试剂ⅰ和试剂ⅱ的装剂管内搅拌，采用100r/min搅拌约5min，并静置约15min得ocs
‑
oha溶液；再使夹搅模块5将搅拌杆15放回至转盘201上的原位；
53.步骤9)，重复步骤1)
‑
8)，来溶解col
‑ⅱ
干粉，即取试剂ⅲ的450μl水加入试剂ⅳ的干粉col
‑ⅱ
中，并采用90r/min搅拌约2min，及离心作用；
54.步骤10)，重复步骤1)
‑
8)，来调节col
‑ⅱ
溶液ph值，即取试剂
ⅴ
的45μlnaoh溶液加入混合有试剂ⅲ和试剂ⅳ的col
‑ⅱ
溶液中，并采用90r/min搅拌约2min，及离心作用；
55.步骤11)，重复步骤1)
‑
8)，来加入ocs
‑
oha溶液，即取混合有试剂ⅰ和试剂ⅱ的ocs
‑
oha溶液通过旋转电机210离心后加入混合有试剂ⅲ、试剂ⅳ和试剂
ⅴ
的col
‑ⅱ
中，并采用90r/min搅拌约3min，及离心作用；
56.步骤12)，重复步骤1)
‑
8)，来加入细胞悬液(也可采用手动加入)，即将20μl细胞悬液加入到混合有试剂ⅰ、试剂ⅱ、试剂ⅲ、试剂ⅳ和试剂
ⅴ
的col
‑ⅱ
中，并采用90r/min搅拌约3min，再离心后得最终产品。
57.上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱开本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。