随着航空航天技术的发展,高加速度环境对生物体的力学生物学影响越来越受到重视,研究表明高加速度对器官、组织、细胞和分子水平都有影响。而对于高加速度环境模拟,航天航空部门有高加速度加载的专用设备,例如垂直落塔和载人离心机等。但对于一般实验室,高加速度环境对生物体的力学生物学影响的研究缺乏条件。实验室内,普通离心机功能主要是用于离心分离和样品制备,可用于细胞加载的离心机甚少,特别是针对贴壁细胞加载的更少,现存的离心机已经无法满足目前的实验要求。本文根据目前普通离心机和细胞培养环境,针对贴壁细胞离心加载设计了一种体积小、噪音低、安全性能高的新型离心加载装置。本课题研制了用于贴壁细胞加载的离心式高加速度加载机,并且还设计了角度可调式转子。首先,分析了国内外高加速加载装置的结构形式和工作原理,总结了它们在应用时的优点和缺点,结合本课题实验要求,确定设计指标,即离心加载机要实现0-40g的恒加速度加载和0-0.8g/s的变加速度加载,并制定了本离心加载机的设计方案。然后,建立机身结构的三维模型,选择旋转电机等零部件。对于离心式高加速度加载机转子,其特点是可以对培养板和培养瓶直接进行加载,先利用SolidWorks建立三维模型,再利用ANSYS有限元分析软件对离心式高加速度加载机转子进行有限元分析,在确定转子结构满足强度和安全性要求后,进行加工制造。在使用转子时,对培养板和培养瓶进行装夹前,培养板和培养瓶要装满培养液,防止加载时贴壁细胞与培养液之间存在气泡,影响加载效果。而且,培养板要密封且用夹板夹紧,培养瓶拧紧瓶盖,以免造成培养液泄漏。然后,要对密封的培养板和培养瓶进行配平,保证转子对称两侧质量分布均匀。而角度可调式转子根据角度不同可以进行恒加速度和梯度加载,并且可以用于动物离心加载,同样,先利用SolidWorks建立三维模型,确定转子在功能上的可行性,再利用ANSYS Workbench对角度可调式转子不同角度进行有限元仿真分析,分析其在各角度的应力、应变情况,分析表明转子结构满足强度和安全性要求。本课题将机械设计与生物力学相结合,设计的离心加载装置可用于高加速度加载下细胞的力学生物学研究。这种新型离心加载装置的研究,为细胞离心加载提供了一种方便的方法,也为高校、公司及科研单位等在离心加载方面的研究提供了一种新途径。