CN102824196B - 一种生物栓的卷制装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种治疗瘘管用的生物栓的卷制装置及制作方法。该装置，有夹紧旋转装置、气动张紧滑台、电机固定块、移动平台、移动平台导向装置、移动平台移动装置、设备基板和控制系统；夹紧旋转装置分别通过气动张紧滑台和电机固定块安装在设备基板上；移动平台通过移动平台导向装置与夹紧旋转装置呈垂直方向固定在设备基板上；移动平台移动装置安装在移动平台和设备基板之间，可驱动移动平台前后移动。本发明提高了生产效率1/2至3/4；均一性合格率可提升至95%以上；产品合格率提高至85%以上；可使用不同长短及软硬程度的卷芯卷制生物栓，满足不同患者的需要。

Description

一种生物栓的卷制装置及制作方法

技术领域

本发明属于组织工程学医用生物材料技术，具体地说是一种治疗瘘管用的生物栓的卷制加工装置及其制作方法。

背景技术

瘘管是空腔脏器与空腔脏器、空腔脏器与皮肤或黏膜之间长期不愈合的病理性管道，通常有2个以上的开口。临床治疗瘘管的常规方法是手术治疗，手术治疗存在一定风险，且患者术后康复期痛苦较大。近年来，随着组织工程技术的发展，开始使用组织工程支架材料的方法代替手术的方法，可免除治疗所带来风险和痛苦，其研制与开发已经成为瘘管治疗的热点。

生物栓是一种锥形栓状产品，系采用组织工程支架材料卷制而成。其治疗方法是：将瘘道清创后，将生物栓经内口穿入瘘道，从外口牵出，将生物栓置于瘘道内；生物栓底面与瘘道口缝合，封闭瘘道内口；剪掉瘘道外口多余材料，对创口进行消毒包扎，外口更换敷料直至愈合。生物栓的锥形结构在瘘管内起占位作用，引导组织长入，从而实现组织重建；内口闭合更易于愈合，外口不封闭栓体又可起到引流的作用，防止假性愈合。

由于组织工程技术还处于起步阶段，生物栓的加工制作尚无成熟的专用设备及生产器具，目前多是采用人工卷制的方法：把膜状组织工程材料平铺在物料平板上，并裁切成适合的形状。将卷芯放置在材料的一边，将物料卷附在卷芯上，手工转动卷芯，直到物料完全卷在卷芯上并形成锥形外观，卷制好后直接放入相应模具中，冻干。这种手工卷制的方法存在如下缺点：1.产品制作靠操作人员的经验进行，生产效率低，成本高；2.因操作人员不同，极易出现卷制的生物栓粗细、松紧不同，产品质量和规格难以控制，很难实现标准化生产；3.在作业过程中，手工卷制更容易增加污染风险，造成产品内毒素、细胞毒性等超标。

发明内容

针对目前手工作业生产生物栓存在的缺点，本发明的目的在于提供一种半自动化制作生物栓的卷制装置及制作方法。

本发明用以生产生物栓的装置，主要有夹紧旋转装置、气动张紧滑台、电机固定块、移动平台、移动平台移动装置、移动平台导向装置、设备基板，控制系统组成。夹紧旋转装置分别通过气动张紧滑台和电机固定块安装在设备基板上；移动平台通过移动平台导向装置与夹紧旋转装置呈垂直方向固定在设备基板上；移动平台移动装置安装在移动平台和设备基板之间，可驱动移动平台前后移动。

所述夹紧旋转装置为两套，各由联轴器、气动卡盘和旋转电机组成。两套夹紧旋转装置之间同轴相对，水平间隔15-30cm，分别安装在与之对应的气动张紧滑台和电机固定块上：与气动张紧滑台连接的一组夹紧旋转装置可水平移动，与电机固定块连接的一组夹紧旋转装置不可移动。气动卡盘位于中间，旋转电机在外侧，联轴器一侧与旋转电机轴连接，另一侧与气动卡盘固定，做为旋转力矩的传递连接。气动卡盘前端有3-6支呈圆形阵列的可向内夹紧的卡爪；气动卡盘中间位置有两个压缩空气进气口；分别对两个进气口通入压缩空气——可控制卡爪的聚拢与释放，卡爪抓紧力由压缩空气的气压大小决定。卡爪由合金钢材质制造，可紧固直径0.7-50mm柱状物。

所述气动张紧滑台，其与旋转电机固定连接；气动滑台底面与设备基板固定连接。气动张紧滑台由压缩空气驱动，张紧力由气动张紧滑台供给的气压大小决定。通过气动张紧平台的移动，可使与其连接的夹紧旋转装置呈水平方向移动，以达到拉直卷芯的目的。

所述移动平台，由不锈钢材质加工制成。移动平台与其底面连接的滑块通过固定在设备基板上的滑轨被嵌套在两套夹紧旋转装置中间，与夹紧旋转装置呈垂直方向，并可沿滑轨方向前后移动。移动平台可以放置任意规格的待使用组织工程材料，并在其表面完成生物栓卷制工作。

所述移动平台移动装置，是由平台移动电机、滑动丝杠、丝杠固支座组件及丝杠用螺帽组成。平台移动电机固定在设备基板上两条滑轨中间靠近夹紧旋转装置一侧，平台移动电机轴与滑轨呈平行方向。滑动丝杠一端与平台移动电机轴连接，另一端与丝杠固支座组件连接。丝杠用螺帽通过螺纹与丝杠嵌套咬合，其固定面与移动平台底面通过螺丝固定。通过滑动丝杠的旋转，丝杠用螺帽将平台移动电机的旋转力矩转变成与滑轨平行方向的力矩，并通过电机正反转控制移动平台前后移动，移动速度由平台移动电机旋转速度决定。

所述移动平台导向机构，由滑轨及滑块组成。两根滑轨固定在设备基板上，与移动平台移动装置中丝杠平行并位于其两侧对称安装，移动平台底面与滑块固定。滑块嵌套在滑轨上，并可沿滑轨方向前后移动。

所述设备基板，由不锈钢材质加工制成，安装有支撑脚，便于该装置的摆放调平和移动。

所述控制系统，包括触摸屏、可编程控制器、电机驱动器和电磁阀；触摸屏用于显示和设置各项参数，包括平台移动电机和两只旋转电机的转速、气动卡盘，气动张紧滑台的压力，移动平台移动距离；并控制气动卡盘的聚拢和释放。可编程控制器用于程序存储运行并下发运行指令，其拓展输入端与触摸屏连接，信号输出端与电机驱动器、电磁阀连接。电机驱动器的信号输入端与可编程控制器连接，信号输出端分别与旋转电机、平台移动电机连接——可控制电机转速、方向。电磁阀的信号输入端与可编程控制器连接，通过打开或关闭压缩空气的通路实现卡爪的聚拢、释放，并可控制张紧气动滑动平台是否动作。

本发明之生物栓的卷制方法和步骤，如下所述：

1．打开设备电源，通过控制部分的触摸屏设定旋转电机转速、移动平台移动速度和移动距离、由空气压缩机提供压缩空气压力。

2．将裁切成合适形状和大小之湿润的组织工程支架材料，放置在移动平台上，然后将卷芯两端的金属柄分别放置于夹紧卡盘卡爪中。启动夹紧按钮，卡爪将卷芯夹紧固定。

3．按下触摸屏运行按钮，拉伸旋转装置运行，与气动滑台连接的夹紧旋转装置移动，卷芯被拉直，并开始在旋转装置驱动下旋转。

4．移动平台以设定速度向卷芯靠近，组织工程支架材料与卷芯接触后，在液体张力作用下，材料附着在卷芯上并随卷芯开始转动。

5．当物料完全包覆在卷芯上时，移动平台到达设定移动距离后停止前进，旋转装置停止旋转后，气动卡盘卡爪自动释放，移动平台及生物栓一起返回初始位置，卷制过程结束。

重新放置新的组织工程材料，并安装卷芯，即可开始第二轮卷制。

本发明之生物栓的制作，也可以采用半自动化的制备方法：通过动力控制驱动卷芯旋转，借助组织工程材料的液体表面张力作用，使其自然贴附在卷芯上，卷芯持续旋转，组织工程材料被完全卷在卷芯上得到生物栓。

本发明的生物栓卷制装置及使用方法，与目前人工卷制相比，具有以下优点：

（1）根据实验统计，使用本装置卷制生物栓，所需要的时间只有手工卷制瘘管生物栓的1/2至3/4，提高了生产效率。

（2）使用本装置卷制生物栓，卷制过程中各动作均可按照实际需要设定相应参数，卷制过程中生物栓受力均衡，大小长短统一。目前人工卷制生物栓均一性受到操作人员个体、经验、手法等多方面影响，均一性合格率在80%左右，而本装置均一性合格率可提升至95%以上。

（3）采用此装置卷制瘘管生物栓，通过控制卷芯旋转速度和移动平台进给速度，可制备不同软硬程度的生物栓，因此卷制生物栓密度及软硬程度可严格控制，从而保证同批次产品之间及不同批次产品间产品的卷制质量。

（4）采用此装置卷制瘘管生物栓，减少了人为参与过程，降低手工带入的污染风险，提高产品合格率，根据实验统计，人工卷制合格率为70%左右，采用本发明方法卷制产品合格率提高至85%以上。

（5）采用此装置卷制瘘管生物栓，因为设计有气动张紧滑台，可自动调整使卷芯水平拉直，故该装置可使用不同长短及软硬程度的卷芯卷制生物栓，满足不同患者的需要。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是由本发明实施例之生物栓卷制装置整体构成的主视示意图：

图2是由本发明实施例之生物栓卷制装置整体构成的俯视示意图；

图3是本实施例之生物栓卷制装置的夹紧装置示意图；

图4是本实施例之卷制装置移动平台示意图；

图5是本实施例之柔性卷芯示意图。

图中：1、支撑脚，2、设备基板，3、气动张紧滑台，4、旋转电机，5、联轴器，6、气动卡盘，7、滑轨，8、滑块，9、滑动丝杠，10、丝杠用螺帽，11、平台移动电机，12、卷芯，13、移动平台，14、电机固定块，15、卡爪，16、卡爪夹紧释放进气口，17、组织工程材料，18、金属柄，19、线体。

具体实施方式

实施例1

本实施例采用的主要配件型号如下：旋转电机及配套电机驱动器：松下伺服A4系列MHMD022P1U电机及配套MADDT1207003驱动器；平台移动电机及配套电机驱动器：松下伺服A4系列MHMD022P1U电机及配套MADDT1207003驱动器；触摸屏：三菱GT1155-QSBD-C；可编程控制器：三菱FX1N-24MR-001；电磁阀：SMC的VF3530-4G-02；气动卡盘：JAP100精密气动膜片卡盘；滑动丝杠及配套丝杠用螺帽：MISUMI的MTATR-10-50及配套螺帽支架；滑轨及滑块：MISUMI的SE2BSZ-10-70；气动张紧滑台：SMC的MXPJ6；柔性卷芯：直径为0.5mm长度为15cm手术缝合线，两端安装有长1.5cm直径1mm圆柱形金属柄。

图1、图2从主视和俯视角度显示了本实施例的构造

本实施例之生物栓卷制装置，由夹紧旋转装置、气动张紧滑台3、电机固定块14、移动平台13、移动平台移动装置、移动平台导向装置、设备基板2，控制系统组成。夹紧旋转装置分别通过气动张紧平台3和电机固定块14安装在设备基板2上；移动平台13通过移动平台导向装置与夹紧旋转装置呈垂直方向固定在设备基板2上；移动平台移动装置安装在移动平台13和设备基板2之间，可驱动移动平台13前后移动。

图3显示了本实施例夹紧旋转装置的构造：夹紧旋转装置为两套，各由联轴器5、气动卡盘6和旋转电机4组成。两套夹紧旋转装置之间同轴相对，水平间隔20cm，分别安装在与之对应的气动张紧滑台3和电机固定块14上，与气动张紧滑台3连接的一组夹紧旋转装置可水平移动，与电机固定块14连接的一组夹紧旋转装置不可移动。气动卡盘6在中间，旋转电机4在外侧，联轴器5一侧与旋转电机轴连接，另一侧与气动卡盘6通过螺丝紧固。气动卡盘6前端有4支呈圆形阵列的可向内夹紧的卡爪15，气动卡盘6中间位置有卡爪夹紧释放进气口16，压缩空气进气口分别对两个进气口通入压缩空气——控制卡爪15的聚拢与释放，卡爪15的抓紧力由压缩空气的气压大小决定。卡爪15由合金钢材质制造，可紧固直径0.7-50mm柱状物；

所述气动张紧滑台3与电机固定块14之间，通过螺丝固定；气动张紧滑台3底面与设备基板2通过螺丝固定。气动张紧滑台3由压缩空气驱动，张紧力由气动张紧滑台3供给气压决定，驱动气动张紧平台3的移动。

图4显示移动平台的构造：移动平台13通过与其底面连接的滑块8通过固定在设备基板上的滑轨7被嵌套在两套夹紧旋转装置中间，与夹紧旋转装置呈垂直方向，并可沿滑轨7方向前后移动。移动平台13用以放置任意规格待使用的组织工程材料17，并在其表面完成生物栓卷制工作。由不锈钢材质加工制成。

所述移动平台移动装置，是由平台移动电机11、滑动丝杠9、丝杠固支座组件及丝杠用螺帽组成。平台移动电机11固定在设备基板上两条滑轨7中间之靠近夹紧旋转装置一侧，平台移动电机11轴与滑轨7呈平行方向。丝杠9一端与平台移动电机轴连接，另一端与丝杠固支座组件连接。丝杠用螺帽10通过螺纹与滑动丝杠9嵌套咬合，其固定面与移动平台13底面通过螺丝固定。通过滑动丝杠9的旋转，丝杠用螺帽10将电机的旋转力矩转变成与滑轨7平行方向的力矩，并通过平台移动电机11正反转控制移动平台13前后移动，移动速度由平台移动电机11旋转速度决定。

所述移动平台导向机构，由滑轨7及滑块8组成。两根滑轨8固定在设备基板2上，与移动平台移动装置中丝杠9平行并位于其两侧对称安装，移动平台13底面通过螺丝与滑块8在相应位置固定。滑块8嵌套在滑轨7上，并可沿滑轨7方向前后移动；

所述设备基板2由不锈钢材质加工制成，安装有支撑脚1，便于该装置的摆放调平和移动；

所述控制系统，包括触摸屏、可编程控制器、电机驱动器和电磁阀；触摸屏用于显示和设置各项参数，包括平台移动电机11、两只旋转电机4的转速、气动卡盘6、气动张紧滑台3的压力、移动平台13移动距离，并可控制气动卡盘6进行聚拢和释放。可编程控制器用于程序存储运行并下发运行指令，其拓展输入端与触摸屏连接，信号输出端与电机驱动器、电磁阀连接。电机驱动器的信号输入端与可编程控制器连接，信号输出端分别与旋转电机4、平台移动电机11连接——可控制电机转速、方向。电磁阀的信号输入端与可编程控制器连接，通过打开或关闭压缩空气的通路实现卡爪15的聚拢、释放，并可控制气动张紧滑动平台3的动作。

图5显示本实施例柔性卷芯的构造：中间部分为手术缝合线制成的线体19，直径0.5mm长度15cm，两端有金属柄18，长度1.5cm直径1mm圆柱形316L不锈钢材料制成。

所述卷制用卷芯12可分为柔性卷芯和硬性卷芯。柔性卷芯中间部分为手术缝合线等制成线体，直径0.3-1.5mm，长度10-25cm，两端有金属柄18。长度1-4cm直径1-3mm圆柱形316L不锈钢材料制成；硬性卷芯可使用直径为0.3-1.5mm不锈钢或聚乙烯等材料构成。

本实施例采用柔性卷芯，其卷制工艺如下：

将本装置放置在超净工作台中，打开备电源。在触摸屏上选择卷芯类别为线体卷芯12，设定卷芯旋转速度为60rpm，设定移动平台前进速度为11.5cm/min，设置平台移动距离为27cm，调整进气压力为0.3MP。将小肠粘膜下层按照图4所示放置于设备的移动平台13上。拿取专用卷芯，将一端金属柄18置于固定侧旋转夹紧装置气动卡盘卡爪中心位置，按下对应卡爪闭合按钮，金属柄18被气动卡盘卡爪15夹紧固定。固定手术缝合线另一端金属柄于另一侧旋转夹紧装置气动卡盘卡爪中心位置。按下触摸屏启动装置运行，气动张紧滑台及与其连接的旋转装置向左侧移动并拉紧卷芯，2s后卷芯开始转动，移动平台向前移动，当小肠粘膜下层碰触到卷芯后，物料边缘在张力作用下随卷芯卷起，随着移动平台13向前移动卷芯继续旋转，小肠粘膜下层最终完全卷在卷芯上形成锥形生物栓，移动平台13继续向前移动到设定距离后停止，旋转夹紧装置停止，并释放卡爪15。金属柄18在自身重力作用下从卡爪15中掉出，生物栓被放置在移动平台13上。气动张紧滑台停止，左侧旋转装置回归初始位置，3秒后移动平台快速复位。卷制过程结束。

重新放置小肠粘膜下层，并安装卷芯12即可开始下一次卷制工作。操作人员将卷制好的一批生物栓放入冻干模具进行冻干，即完成整个加工程序。

实施例2.生物栓的半自动化的制备方法：通过动力控制驱动卷芯旋转，借助组织工程材料的液体表面张力作用，使其自然贴附在卷芯上，卷芯持续旋转，组织工程材料被完全卷在卷芯上得到生物栓。

Claims (4)

1.一种生物栓的卷制装置，其特征在于，有：夹紧旋转装置、气动张紧滑台(3)、电机固定块(14)、移动平台(13)、移动平台移动装置、移动平台导向装置、设备基板(2)和控制系统；夹紧旋转装置分别通过气动张紧滑台(3)和电机固定块(14)安装在设备基板(2)上；移动平台(13)通过移动平台导向装置与夹紧旋转装置呈垂直方向固定在设备基板(2)上；移动平台移动装置安装在移动平台(13)和设备基板(2)之间，可驱动移动平台(13)前后移动；

所述夹紧旋转装置，有两套，各由联轴器(5)、气动卡盘(6)和旋转电机(4)组成；两套夹紧旋转装置之间同轴相对，水平间隔15-30cm，分别安装在与之对应的气动张紧滑台(3)和电机固定块(14)上：与气动张紧滑台(3)连接的一组夹紧旋转装置可水平移动，与电机固定块(14)连接的一组夹紧旋转装置不可移动；气动卡盘(6)在中间，旋转电机(4)在外侧；联轴器(5)一侧与旋转电机轴连接，另一侧与气动卡盘(6)固定连接；气动卡盘(6)前端有3-6支呈圆形阵列的可向内夹紧的卡爪(15)；气动卡盘(6)中间位置有两个压缩空气进气口(16)，分别对两个进气口通入压缩空气——控制卡爪(15)的聚拢与释放；

所述气动张紧滑台(3)与旋转电机之间固定连接；气动张紧滑台(3)底面与设备基板(2)固定连接；气动张紧滑台(3)由压缩空气驱动，使与其连接的夹紧旋转装置水平方向移动；

所述移动平台(13)，其底面连接的滑块(8)通过固定在设备基板上的滑轨(7)被嵌套在两套夹紧旋转装置中间，与夹紧旋转装置呈垂直方向，并沿滑轨(7)方向前后移动；

所述移动平台移动装置，是由平台移动电机(11)、滑动丝杠(9)、丝杠固支座组件及丝杠用螺帽(10)组成，平台移动电机(11)固定在设备基板上位于两条滑轨(7)中间之靠近夹紧旋转装置一侧，平台移动电机轴与滑轨(7)呈平行方向；滑动丝杠(9)一端与平台移动电机轴连接，另一端与丝杠固支座组件固定连接；丝杠用螺帽(10)通过螺纹与丝杠嵌套咬合，其固定面与移动平台底面通过螺丝固定；

所述移动平台导向装置，由滑轨(7)及滑块(8)组成；两根滑轨(7)固定在设备基板(2)上，与移动平台移动装置中滑动丝杠(9)平行，并位于其两侧对称安装，移动平台底面通过螺丝与滑块(8)固定；滑块(8)嵌套在滑轨(7)上，并可沿滑轨(7)方向前后移动；

所述控制系统，包括触摸屏、可编程控制器、电机驱动器和电磁阀；

触摸屏与平台移动电机(11)，两只旋转电机(4)，两只气动卡盘(6)，气动张紧滑台(3)和移动平台(13)电连接；

可编程控制器，其拓展输入端与触摸屏连接，信号输出端与电机驱动器、电磁阀电连接；

电机驱动器的信号输入端与可编程控制器连接，信号输出端分别与旋转电机(4)、平台移动电机(11)电连接。

2.一种利用权利要求1所述的生物栓的卷制装置制备生物栓的方法，其特征在于，包括：

1)开通设备电源，通过控制部分的触摸屏设定旋转电机(4)转速、移动平台(13)移动速度和移动距离；

2)将裁切合适形状和大小之湿润的组织工程生物支架材料，放置在移动平台(13)上，然后将卷芯(12)两端金属柄(18)分别放置于卡爪(15)中，启动夹紧按钮，卡爪(15)将卷芯(12)夹紧固定；

3)按下触摸屏运行按钮，拉伸旋转装置运行，与气动张紧滑台(3)连接的夹紧旋转装置移动，卷芯(12)被拉直，并在旋转装置驱动下旋转；

4)移动平台(13)以设定速度向卷芯(12)靠近，组织工程生物支架材料与卷芯(12)接触后，在液体张力作用下，材料附着在卷芯(12)上并随卷芯开始转动；

5)当组织工程生物支架材料完全包覆在卷芯(12)上时，移动平台(13)到达设定移动距离后停止前进，夹紧旋转装置停止旋转后，卡爪(15)自动释放，移动平台(13)及生物栓一起返回初始位置，卷制过程结束。

3.根据权利要求1所述生物栓的卷制装置，其特征在于，所述设备基板(2)，下方设有便于摆放调平和移动的支撑脚(1)。

4.根据权利要求1所述生物栓的卷制装置，其特征在于：设备基板(2)，由不锈钢材质制成。