【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及微流控芯片技术与骨传质领域，具体涉及一种适用于空间站实验的微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片。
技术介绍
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技术介绍
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1、随着人类对太空的探索不断深入，微重力引起的一系列症状应该引起人们的关注，并试图找到解决办法。在微重力条件下，人体受力学环境发生改变，这会导致人体多个系统、器官和组织发生显著而持续的生理病理变化。其中，微重力诱发的骨质疏松是一个非常突出的问题，被认为是微重力环境下重要影响之一。近几年研究发现：骨陷窝-骨小管系统传质缺失是微重力下骨质疏松的决定因素。研究表明，超重力场下，营养物质通过骨陷窝-骨小管系统(lcs)向深层骨陷窝传质受到了促进。而微重力场下骨陷窝-骨小管系统规律缺少实验数据，迫切需要在空间站进行实验研究。
2、目前用活体或体外实验去探究骨陷窝-骨小管系统传质规律，然而活体和体外实验所使用的技术有其局限性。在活体或体外实验后用激光共聚焦显微镜进行观察时，只能观察到有限的深度，而且制备实验样品繁琐，并不适合在空间站进行实验。
3、近年来，微流控芯片技术在研究组织和器官方面得到了广泛应用。微流控芯片是一种微小尺寸的芯片，可以精确控制流体的流动和混合，模拟生理环境，并提供更有效的实验平台。相对于传统的体外和体内实验，微流控芯片具有一些优势。首先，微流控芯片可以提供更精确和可控的实验条件，能够更好地模拟真实的生理环境。其次，微流控芯片可以减少实验材料和试剂的使用量，节约成本。此外，微流控芯片还可以实现高通量的实验，同时进行多个实验条件的比较，提高实验效率。>
4、压电陶瓷是一种能够通过压电效应实现微小形变的材料。当对压电陶瓷片施加周期性的驱动信号时，它会产生相应的移动。压电陶瓷驱动具有高精度、高响应速度、大输出力、高刚性、宽工作频率范围、无磁性、无摩擦、低能耗和长寿命等优点，目前已经在多个领域使用。
5、微流控芯片技术与压电陶瓷控制在研究骨陷窝-骨小管系统规律方面具有很大的潜力。微流控芯片可以模拟真实的生理环境，通过压电陶瓷进行加载能精确控制实验条件，为微重力场下骨陷窝-骨小管系统规律研究提供了一种新的手段。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、综合上述活体或体外实验探究骨陷窝-骨小管系统传质规律的局限性，以及微流控芯片技术与压电陶瓷控制在研究骨陷窝-骨小管系统规律的潜力，设计一种适用于空间站实验的微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片，其传质芯片便于样品制备、可靠性好、操作简便，能够在空间站进行骨陷窝-骨小管传质规律实验。
2、为了达到上述的目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种适用于空间站实验的微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片结构：上盖板、压电陶瓷槽、前积液槽、后积液槽、回液槽、模拟哈弗氏系统和下盖板。下盖板的材料为聚二甲基硅氧烷(pdms)，上盖板的材料为石英玻璃。回液槽带有五个单向阀，只允许液体单向流通。
4、模拟骨陷窝-骨小管系统结构：在下盖板上仿造骨组织的结构刻蚀模拟哈弗氏系统的结构，其结构包括：哈弗氏管、福尔克曼管、骨小管和骨陷窝，其结构尺寸与真实骨结构中的尺寸一致，模拟哈弗氏系统分为两组，分布在回液槽的两侧，每组模拟哈弗氏系统纵向三条哈弗氏管贯通前积液槽与后积液槽，横向的五条福尔克曼管交错与哈弗氏管相连，在每条哈弗氏管上有五组模拟骨陷窝-骨小管系统。
5、下盖板刻蚀模拟哈弗氏系统、前积液槽、回液槽、后积液槽、压电陶瓷槽，上盖板只刻蚀压电陶瓷槽，上盖板与下盖板通过键合方式连接在一起。
6、上盖板和下盖板的形状为矩形，尺寸长为16mm、宽为10mm，厚度为2mm。
7、通过压电陶瓷进行加载，实现对不同条件运动状态下的加载压力精确调控，可以改变电场频率与大小来模拟不同运动状态下真实的心脏脉动压力，并实现对模拟骨陷窝-骨小管系统施加相应的应力应变。
8、一种适用于用于空间站实验的微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片的实验方法，包括以下步骤：
9、(一)将下盖板的后积液槽与模拟哈弗氏系统的结构填入生理盐水，在前积液槽放入示踪剂，将压电陶瓷放入压电陶瓷槽内，并将上盖板与下盖板通过键合方式连接在一起，形成一个整体。
10、(二)通过调整压电陶瓷的输入电流控制示踪剂的加载，通过压电陶瓷振动来模拟人体脉动压力，并对模拟骨陷窝-骨小管系统系统施加相应的应力应变，加载20min后停止。
11、(三)将其放在激光共聚焦显微镜下观察微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片内示踪剂情况，记录实验数据并保存图片。
12、本专利技术达到的技术效果是：
13、本专利技术将微流控芯片技术运用于骨陷窝-骨小管系统传质规律探索，设计出一种适用于空间站实验的微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片，采用模拟骨陷窝-骨小管系统结构来模拟真实的骨陷窝-骨小管系统结构，使用透明材料，可以清晰观察液体的流动和分布情况。使用压电陶瓷进行加载，可以实现对不同条件运动状态下的加载压力精确调控，不仅能模拟不同运动状态下真实的心脏脉动压力，还可以对模拟骨陷窝-骨小管系统施加相应的应力应变，更加符合真实的实验情况。芯片所需功能集成于一体，可以降低实验操作难度，即使在没有专业人员指导的情况下，航天员也能够独自进行实验，并记录实验结果，更适合在空间站的受限环境中进行实验研究。
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1.一种适用于空间站实验的微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片，其特征是，包括上盖板(1)、压电陶瓷槽(2)、前积液槽(3)、回液槽(4)、下盖板(5)、后回液槽(6)、模拟哈弗氏系统(7)。其中上盖板(1)与下盖板(5)均为尺寸相同的矩形，上盖板(1)使用石英玻璃材质，下盖板(5)使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)材质。下盖板(5)刻蚀微压电陶瓷槽(2)、前积液槽(3)、回液槽(4)、后回液槽(6)、两组模拟哈弗氏系统的结构(7)，上盖板只刻蚀压电陶瓷槽(2)；模拟哈弗氏系统(7)，包括三条纵向哈弗氏管(7-1)贯通前积液槽(3)与后积液槽(6)，横向的五条福尔克曼管(7-3)交错与哈弗氏管(7-1)相连，在每条哈弗氏管(7-1)上有五组模拟骨单元结构(7-2)；微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片，采用模拟骨陷窝-骨小管系统结构来模拟真实的骨陷窝-骨小管系统结构，使用透明材料，可以清晰观察液体的流动和分布情况。
2.一种适用于用于空间站实验的微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片的加载方式，使用压电陶瓷进行加载，可以实现对不同条件运动状态下的加载压力精确调控，不仅能模拟不同运动状态下真实
3.一种适用于用于空间站实验的微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片的实验方法，包括以下步骤：将下盖板的后积液槽(6)与模拟哈弗氏系统(7)填入生理盐水，在前积液槽(3)放入示踪剂，将压电陶瓷放入压电陶瓷槽(2)内，并将上盖板(1)与下盖板(5)通过键合方式连接在一起，形成一个整体；通过调整压电陶瓷的输入电流控制示踪剂的加载，使用通过压电陶瓷振动来模拟人体脉动压力，即血压约为收缩压120mmHg、舒张压80mmHg，脉动频率约为1.1Hz，并实现对模拟骨陷窝-骨小管系统施加相应的应力应变，加载20min后停止；将其放在激光共聚焦显微镜下观察微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片内示踪剂情况，记录实验数据并保存图片。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于空间站实验的微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片，其特征是，包括上盖板(1)、压电陶瓷槽(2)、前积液槽(3)、回液槽(4)、下盖板(5)、后回液槽(6)、模拟哈弗氏系统(7)。其中上盖板(1)与下盖板(5)均为尺寸相同的矩形，上盖板(1)使用石英玻璃材质，下盖板(5)使用聚二甲基硅氧烷(pdms)材质。下盖板(5)刻蚀微压电陶瓷槽(2)、前积液槽(3)、回液槽(4)、后回液槽(6)、两组模拟哈弗氏系统的结构(7)，上盖板只刻蚀压电陶瓷槽(2)；模拟哈弗氏系统(7)，包括三条纵向哈弗氏管(7-1)贯通前积液槽(3)与后积液槽(6)，横向的五条福尔克曼管(7-3)交错与哈弗氏管(7-1)相连，在每条哈弗氏管(7-1)上有五组模拟骨单元结构(7-2)；微观骨陷窝-骨小管系统传质芯片，采用模拟骨陷窝-骨小管系统结构来模拟真实的骨陷窝-骨小管系统结构，使用透明材料，可以清晰观察液体的流动和分布情况。
2.一种适用于用于空间站实验...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春秋，熊宝川，崔鑫，高丽兰，王鑫，李学进，都承斐，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：
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