CN117839577A - 一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，属于骨修复材料技术领域。物料仓包括储料箱；储料箱下连接有多个出料管，储料箱内具有独立的仓位；配胶仓包括位于出料管下方的磁力搅拌器；磁力搅拌器连接有引流管；固化仓包括固化模具，固化模具上方设置有固化光源；固化模具具有内腔和外腔；外外腔底部具有升降活塞组件；内腔低位连接有冷却液管，内腔高位连接有溢流管，溢流管连接至废液仓；固化仓一侧设置有与冷却液管连接的升降式冷却箱。本发明采用集成设计，可依次完成配料、搅拌和水凝胶固化，实现支架批量生产，保证产品质量，提高生产效率，降低工人的劳动强度，适应多种固化水凝胶的加工。

Description

一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备

技术领域

本发明涉及骨修复材料技术领域，具体是一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备。

背景技术

在治疗骨科病人时，为了修补或替换坏损的骨组织，常常需要使用与人体相匹配的材料。特别是在骨关节软骨组织的修复过程中，通过借助专门的成型装置，然后将材料切割成指定的形状支架，最后，医生会对材料进行简单的处理，进行软骨组织的修复。

目前，骨缺损修复支架的传统制作方法为：

1、按比例将基质溶液加入水凝胶冻干原料中，加热磁力搅拌使水凝胶冻干完全溶解，然后一边磁力搅拌一边加入光引发剂粉末、掺杂剂、药物，搅拌均匀。PS：对于颗粒较大的不溶掺杂剂，需要事先研磨并过筛网，得到颗粒更细的粉末，使其能够更好地形成混悬液。对于不溶的药物，可实现研磨成细粉或使用助溶剂溶解。

2、将上述配制好的水凝胶溶液降温到约30°（不同的水凝胶有不同的温度阈值），灌装入事先4摄氏度预冷的模具中，将模具再放入低温环境中使水凝胶溶液快速降温形成凝胶态，但不结冰，在这种状态下使用固化光源照射凝胶，激活光引发剂，使水凝胶进一步固化。

3、将固化好的水凝胶降温到-50度左右，抽真空，使冰升华，留下冻干的水凝胶支架。一定时间后，冰全部升华，升温至40度（防止取出支架时外界水蒸气冷凝至支架上使支架受潮），关闭真空环境，取出冻干的水凝胶支架，置于干燥环境中（有吸湿固体存在）。然后，将干燥的支架单独包装放入灭菌容器中，进行辐照灭菌。

上述步骤1和步骤2中，一般是人工操作，配合称量搅拌等辅助设备，单独完成试剂的溶解和固化，效率较低，支架质量不好保证。

发明内容

本发明提供一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，集成化、自动化的批量产出骨缺损修复支架水凝胶。

本发明采用如下技术方案：一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，包括由上至下依次布置的物料仓、配胶仓、固化仓和废液仓；所述物料仓包括储料箱；所述储料箱下连接有多个出料管，储料箱内具有独立的与所述出料管一一对应连通的仓位；所述配胶仓包括位于所述出料管下方的磁力搅拌器；所述磁力搅拌器连接有引流管，引流管伸入至所述固化仓；所述固化仓包括固化模具，固化模具上方设置有固化光源；所述固化模具具有内腔和外腔；所述外腔位于所述引流管的下方，外腔底部具有升降活塞组件；所述内腔低位连接有冷却液管，内腔高位连接有溢流管，溢流管连接至所述废液仓；所述固化仓一侧设置有与所述冷却液管连接的升降式冷却箱。

其进一步是：所述固化模具包括底座和固定在底座上的外壳；所述外壳具有所述内腔和外腔；所述外腔具有多个用于水凝胶成型的条形沉槽；所述升降活塞组件包括滑动安装在外腔中的活塞，活塞上端具有与外腔中的条形沉槽一一对应滑动配合连接的推块；所述活塞下端开设有螺纹孔，螺纹孔中安装螺杆；所述螺杆下端连接有电动马达，电动马达固定在所述底座上。

还包括与所述固化模具配合的分离器；所述分离器包括支盘，支盘一侧面固定有把手，支盘另一侧面固定有均布的分离片；使用时，所述分离片插入所述条形沉槽与成型后的水凝胶之间。

所述固化仓一侧固定有连接器；所述连接器上具有用于和所述冷却液管连接的接头，接头另一端通过软管连接所述升降式冷却箱；所述升降式冷却箱包括滑柱和滑动安装在滑柱上的制冷箱；所述制冷箱底部安装用于带动制冷箱沿着滑柱升降的动力装置，制冷箱中放置液体制冷剂和固体制冷剂。

所述磁力搅拌器包括圆柱形的容器，容器中回转安装有磁力搅拌叶片；所述容器下方设置有驱动电机，驱动电机输出端固定有与所述磁力搅拌叶片相对配合的电磁铁。

所述容器底部设置有电阻应变式压力传感器；所述容器内壁靠近底部位置设有电加热装置，容器内还安装有液位传感器；所述引流管中安装有电磁开关阀。

所述储料箱上固定有振动马达。

用于输送粉料的所述出料管的出口安装有下料器；所述下料器包括平行布置的上层板、中层板和下层板；所述上层板和下层板的两端部分别固定连接，中层板滑动配合安装在上层板和下层板之间；所述上层板、中层板和下层板上分别开设有下料孔；所述中层板一侧通过销轴连接有摆动电缸；所述摆动电缸带动中层板在三个位置切换；所述中层板在第一位置处时，中层板下料孔仅与上层板下料孔相对；中层板在第二位置处时，中层板下料孔与上层板下料孔、下层板下料孔均不相对；中层板在第三位置处时，中层板下料孔仅与下层板下料孔相对。

所述中层板侧面开设有连通至中层板下料孔的滑槽，滑槽中安装有调节块；所述调节块与中层板通过螺栓连接，调节块上开设有定量槽。

所述上层板的侧面固定有导向块，导向块与所述中层板侧面滑动配合；所述中层板的两端固定有耐磨块，中层板在第一、第三位置处时，耐磨块与上层板端部接触。

本发明的有益效果在于：将物料仓、配胶仓和固化仓集成设计为一体，可依次完成配料、搅拌和水凝胶固化，实现支架批量生产，标准化的生产流程更容易保证产品质量，提高生产效率，降低工人的劳动强度；物料仓设置振动马达和下料器，防止粉末卡住出口，保证出粉均速，可调定量配比，提高配比精度；配胶仓设置磁力搅拌器配合电加热装置保证搅拌均匀、效率高，设置电阻应变式压力传感器方便控制原料配量和后续浇筑流量；固化仓采用分离式的固化模具和冷却装置，便于切换不同的模具，适应多种固化水凝胶的加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备的结构示意图。

图2为本发明中固化模具的结构示意图。

图3为本发明中下料器的立体图。

图4为本发明中下料器的主视图。

图5为本发明中下料器的俯视图。

图6为图5中A-A向视图。

附图标记说明：a、物料仓；b、配胶仓；c、固化仓；d、废液仓；1、储料箱；2、出料管；3、磁力搅拌器；301、容器；302、磁力搅拌叶片；303、驱动电机；304、电磁铁；4、固化模具；401、内腔；402、外腔；4021、条形沉槽；403、底座；404、外壳；5、升降活塞组件；501、活塞；502、推块；503、螺杆；504、电动马达；6、分离器；601、支盘；602、把手；603、分离片；7、下料器；701、上层板；702、中层板；703、下层板；704、销轴；705、调节块；7051、定量槽；706、导向块；707、耐磨块；8、升降式冷却箱；801、滑柱；802、制冷箱；9、固化光源；10、连接器；11、电阻应变式压力传感器；12、电加热装置；13、液位传感器；14、电磁开关阀；15、振动马达；16、溢流管；17、冷却液管；18、引流管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

结合图1所示，一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，物料仓a、配胶仓b、固化仓c和废液仓d由上至下依次布置为一体。

物料仓a包括储料箱1，储料箱1下侧两端位置分别固定有振动马达15。储料箱1下连接有多个出料管2，储料箱1内设置有独立的仓位，仓位与出料管2一一对应连通。本实施例中，仓位设置有5个，分别储存光引发剂粉末、储存羟基磷灰石粉末、储存药物粉末、储存药物溶液和储存PBS溶液。出料管2呈倒置棱锥形，其上安装电磁开关，用于控制物料的送出。配合振动马达15，可以防止粉末卡住出口，保证出粉的匀速。

配胶仓b包括设置在出料管2下方的用于承接出料的磁力搅拌器3。磁力搅拌器3包括圆柱形的容器301，容器301底部设置有电阻应变式压力传感器11，提供电阻应变式压力传感器11可以实时得知容器301的整体重量，以确定其中物料的重量。容器301中回转安装磁力搅拌叶片302，容器301下方设置有驱动电机303，驱动电机303输出端电磁铁304，电磁铁304与磁力搅拌叶片302位置相对。驱动电机303驱动电磁铁304回转时，电磁铁304带动容器301内磁力搅拌叶片302转动，对容器301物料进行搅拌。

容器301内壁靠近底部位置设有电加热装置12，通过电加热装置12控制容器301溶液的问题。在电加热装置12的对侧，容器301内壁上固定有液位传感器13，通过液位传感器13可以实时得知容器301内溶液的高度，防止发生干烧情况。容器301下连接有引流管18，引流管18伸入至固化仓c，用于向固化仓c输送搅拌好的溶液。引流管18中靠上位置安装电磁开关阀14，控制引流管18通断。

结合图1和图2所示，固化仓c包括推拉式的固化模具4。固化模具4包括底座403和固定在底座403上的外壳404。外壳404具有用于盛放冷却介质的内腔401和用于盛放水凝胶溶液的外腔402。外腔402具有多个用于水凝胶成型的条形沉槽4021。升降活塞组件5包括活塞501，活塞501上端具有多个均布的推块502。活塞501上端的推块502与条形沉槽4021一一对应滑动配合。工作时，外腔402位于引流管18的下方，水凝胶溶液进入外腔402中的条形沉槽4021，条形沉槽4021侧壁与活塞501推块502的顶部构成水凝胶成型空间。活塞501下端开设螺纹孔，螺纹孔中安装螺杆503，螺杆503下端连接有电动马达504，电动马达504固定在底座403上。通过电动马达504带动螺杆503可以控制活塞501的升降，进而控制水凝胶成型空间。

内腔401低位连接有冷却液管17，冷却液管17连接升降式冷却箱8，通过升降式冷却箱8、冷却液管17向固化模具4的内腔401输送冷却介质。内腔401高位连接有溢流管16，溢流管16连接至废液仓d。在内腔401中设置温度传感器和液位传感器，用于检测内腔401中温度和液位高度。

在固化模具4上方设置有固化光源9。本实施例中的固化光源9由3种不同波长的光源组成，呈六边形排列，可根据光引发剂的不同选用对应的波长的光。固化光源9阵列覆盖整个固化模具4上方。

分离器6与固化模具4配合使用，用于取出固化后的水凝胶。分离器6包括支盘601，支盘601一侧面固定有把手602，支盘601另一侧面固定有均布的分离片603。使用时，活塞501推动固化后的水凝胶上移，分离片603可以插入条形沉槽4021与成型后的水凝胶之间，方便取出水凝胶。

升降式冷却箱8布置在固化仓c一侧，升降式冷却箱8包括滑柱801。制冷箱802滑动安装在滑柱801上，制冷箱802底部安装动力装置，动力装置用于带动制冷箱802沿着滑柱801升降。本实施例中制冷箱802中放置液体制冷剂（例如水、丙三醇、液氮）和固体制冷剂（例如冰、干冰）。固化仓c一侧固定有连接器10，连接器10接头通过软管连接升降式冷却箱8，连接器10接头另一端与冷却液管17可分离式连接。当制冷箱802上升时，制冷箱802中的冷却介质进入固化模具4中，制冷箱802下降时，固化模具4中冷却介质回流到制冷箱802。

工作时，

储料箱1通过出料管2向磁力搅拌器3下料，通过电磁开关控制下料量，磁力搅拌器3下的电阻应变式压力传感器11可以实时确定加料量；

加料完毕后，磁力搅拌器3启动，混合物料，形成均质溶液；

电磁开关阀14开启，溶液通过引流管18进入到固化模具4的外腔402；电动马达504带动活塞501和推块502下降，溶液进入到条形沉槽4021；制冷箱802上升制冷箱802中的冷却介质进入固化模具4中内腔401；固化光源9开启，水凝胶溶液固化；

固化完成后，制冷箱802下降时，固化模具4中冷却介质回流到制冷箱802，连接器10断开，拉出固化模具4；电动马达504带动活塞501和推块502上升，推块502将条形沉槽4021中的固化水凝胶推出；分离器的分离片603插入条形沉槽4021与成型后的水凝胶之间，取出固化水凝胶。

实施例二

结合图3至图6所示，在上述实施例一的基础上，为了提高储料箱1中粉料的下料速度和下料精度，本实施例二在用于输送粉料的出料管2的出口安装下料器7。下料器7可以实现各种粉料按比例同时下料。

下料器7包括平行布置的上层板701、中层板702和下层板703。上层板701下侧面开设阶梯槽，下层板703两端通过螺栓固定在阶梯槽外侧，下层板703与上层板701之间形成通槽结构。中层板702滑动安装在通槽结构中。上层板701的侧面固定有导向块706，导向块706与中层板702侧面滑动连接，对于中层板702滑动起到导向作用。

中层板702一侧通过销轴704连接有摆动电缸。在工作时，摆动电缸带动中层板702在三个位置反复切换，分别为：中层板702在第一位置处时，中层板702下料孔与上层板701下料孔相对；中层板702在第二位置处时，中层板702下料孔与上层板701下料孔、下层板703下料孔均不相对；中层板702在第三位置处时，中层板702下料孔与下层板703下料孔相对。中层板702的两端固定有耐磨块707，中层板702在第一、第三位置处时，耐磨块707与上层板701端部碰撞，通过碰撞产生的振动，确保下料充实，提高下料精度。

中层板702侧面开设有连通至中层板702下料孔的滑槽，滑槽中安装有调节块705。调节块705与中层板702通过螺栓连接，调节块705上开设有定量槽7051。在工作时，每一次反复运动，定量槽7051的容积就是下料量，通过调换调节块705，就可以控制每一次下料时，各种粉料的下料比例，实现各种粉料按比例同时下料的目的，提高下料速度和精度。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，

其特征在于：

包括由上至下依次布置的物料仓（a）、配胶仓（b）、固化仓（c）和废液仓（d）；

所述物料仓（a）包括储料箱（1）；所述储料箱（1）下连接有多个出料管（2），储料箱（1）内具有独立的与所述出料管（2）一一对应连通的仓位；

所述配胶仓（b）包括位于所述出料管（2）下方的磁力搅拌器（3）；所述磁力搅拌器（3）连接有引流管（18），引流管（18）伸入至所述固化仓（c）；

所述固化仓（c）包括固化模具（4），固化模具（4）上方设置有固化光源（9）；所述固化模具（4）具有内腔（401）和外腔（402）；所述外腔（402）位于所述引流管（18）的下方，外腔（402）底部具有升降活塞组件（5）；所述内腔（401）低位连接有冷却液管（17），内腔（401）高位连接有溢流管（16），溢流管（16）连接至所述废液仓（d）；

所述固化仓（c）一侧设置有与所述冷却液管（17）连接的升降式冷却箱（8）。

2.根据权利要求1所述的一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，其特征在于：所述固化模具（4）包括底座（403）和固定在底座（403）上的外壳（404）；所述外壳（404）具有所述内腔（401）和外腔（402）；所述外腔（402）具有多个用于水凝胶成型的条形沉槽（4021）；

所述升降活塞组件（5）包括滑动安装在外腔（402）中的活塞（501），活塞（501）上端具有与外腔（402）中的条形沉槽（4021）一一对应滑动配合连接的推块（502）；所述活塞（501）下端开设有螺纹孔，螺纹孔中安装螺杆（503）；所述螺杆（503）下端连接有电动马达（504），电动马达（504）固定在所述底座（403）上。

3.根据权利要求2所述的一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，其特征在于：还包括与所述固化模具（4）配合的分离器（6）；所述分离器（6）包括支盘（601），支盘（601）一侧面固定有把手（602），支盘（601）另一侧面固定有均布的分离片（603）；使用时，所述分离片（603）插入所述条形沉槽（4021）与成型后的水凝胶之间。

4.根据权利要求1所述的一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，其特征在于：所述固化仓（c）一侧固定有连接器（10）；所述连接器（10）上具有用于和所述冷却液管（17）连接的接头，接头另一端通过软管连接所述升降式冷却箱（8）；

所述升降式冷却箱（8）包括滑柱（801）和滑动安装在滑柱（801）上的制冷箱（802）；所述制冷箱（802）底部安装用于带动制冷箱（802）沿着滑柱（801）升降的动力装置，制冷箱（802）中放置液体制冷剂和固体制冷剂。

5.根据权利要求1所述的一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，其特征在于：所述磁力搅拌器（3）包括圆柱形的容器（301），容器（301）中回转安装有磁力搅拌叶片（302）；所述容器（301）下方设置有驱动电机（303），驱动电机（303）输出端固定有与所述磁力搅拌叶片（302）相对配合的电磁铁（304）。

6.根据权利要求5所述的一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，其特征在于：所述容器（301）底部设置有电阻应变式压力传感器（11）；所述容器（301）内壁靠近底部位置设有电加热装置（12），容器（301）内还安装有液位传感器（13）；所述引流管（18）中安装有电磁开关阀（14）。

7.根据权利要求1所述的一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，其特征在于：所述储料箱（1）上固定有振动马达（15）。

8.根据权利要求1所述的一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，其特征在于：用于输送粉料的所述出料管（2）的出口安装有下料器（7）；

所述下料器（7）包括平行布置的上层板（701）、中层板（702）和下层板（703）；所述上层板（701）和下层板（703）的两端部分别固定连接，中层板（702）滑动配合安装在上层板（701）和下层板（703）之间；所述上层板（701）、中层板（702）和下层板（703）上分别开设有下料孔；

所述中层板（702）一侧通过销轴（704）连接有摆动电缸；所述摆动电缸带动中层板（702）在三个位置切换；所述中层板（702）在第一位置处时，中层板（702）下料孔仅与上层板（701）下料孔相对；中层板（702）在第二位置处时，中层板（702）下料孔与上层板（701）下料孔、下层板（703）下料孔均不相对；中层板（702）在第三位置处时，中层板（702）下料孔仅与下层板（703）下料孔相对。

9.根据权利要求8所述的一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，其特征在于：所述中层板（702）侧面开设有连通至中层板（702）下料孔的滑槽，滑槽中安装有调节块（705）；所述调节块（705）与中层板（702）通过螺栓连接，调节块（705）上开设有定量槽（7051）。

10.根据权利要求8所述的一种骨缺损修复支架水凝胶自动化制作设备，其特征在于：所述上层板（701）的侧面固定有导向块（706），导向块（706）与所述中层板（702）侧面滑动配合；所述中层板（702）的两端固定有耐磨块（707），中层板（702）在第一、第三位置处时，耐磨块（707）与上层板（701）端部接触。