新型磁懸浮泵為人工心臟開辟“柔性”發展可能

日前，記者從天津大學獲悉，該校研制成功研發出可高速旋轉和泵流的全柔性磁懸浮泵。這種可穿戴、柔性、微型離心泵為需要高速旋轉和液體輸送的醫療器械開辟了“柔性發展”的可能，為后續人體穿戴和植入打下基礎。10月29日，該課題相關論文發表在《科學·進展》（Science Advances）

柔性磁懸浮微型離心泵組成與控制示意圖天津大學供圖

據了解，作為人工心臟、人工肺等醫療機械的核心部件，離心泵占世界泵產量的80%以上，且具有高轉速、大流量液體輸運和低維護要求的特點，是工業、家庭、醫學和科學研究中液體輸送常用的機械系統之一，也是許多醫療輔助設備的重要組成部分，例如心室輔助裝置 (VAD)、體外膜肺氧合 (ECMO) 機和透析機等，為數百萬患有心血管疾病和慢性腎臟疾病的患者提供服務。

然而，現有的離心泵大多由機械剛性部件構成，體積和質量都比較大，無法隨時隨地的滿足使用需求，而且剛性的高速旋轉的轉子和固定的轉軸也會對血細胞等醫學流體產生損傷，影響患者健康。

針對以上痛點，天津大學精密儀器與光電子工程學院教授黃顯團隊研制了一種基于折疊永磁薄膜和磁懸浮技術的柔性磁懸浮微型離心泵，該離心泵是可高速旋轉和泵流的全柔性磁懸浮泵，采用柔性轉子高速旋轉，實現大流量液體輸運，能解決現有的剛性離心泵質量和體積依舊偏大的問題，可適用于血液、脂肪乳劑、冷卻液等液體，在人工心臟、透析、膜肺氧合和智能衣物等方面具有廣闊的應用前景。

“這種可穿戴、柔性和微型離心泵得到有效應用，將改變患者的生活方式，讓他們在進行疾病治療的同時不影響日?；顒?，自由選擇使用時間和使用地點。此外，柔性材料的力學特性與身體組織和器官兼容，更符合人體工程學，使得患者的使用體驗更加友好，更加適合長期穿戴使用。”黃顯介紹說。

黃顯表示，柔性磁懸浮微型離心泵主要由柔性磁性轉子、蝸殼型腔室、磁束縛環和柔性控制電路四大部分組成，通過磁束縛環將磁性轉子以磁懸浮的方式穩定于蝸殼型腔室中，避免了磁性轉子與蝸殼腔室摩擦接觸造成的旋轉阻礙和能量損耗，并通過三相線圈和柔性控制電路控制磁性轉子在液體環境中高速旋轉，從而實現液體泵流。

針對不同的應用場景，黃顯團隊還研發了不同體積和質量的離心泵系統。目前，該泵的最大的體積和重量僅為現有剛性離心泵的1/20。

“整個系統的功耗在4W以內，長時間的流體輸運后，整個微泵的溫度不超過37°C，不會對人體組織造成損傷，其柔性的結構可適應人體的運動進行一定程度的形變，且在不同的運行角度上均具有泵流能力，更符合人體工學的柔性材料和結構使得該泵更適合長期的穿戴使用，這驗證了柔性材料和電路替代傳統剛性和旋轉部件的可能性，還展現了在全柔性人造器官領域和大型診療設備的可穿戴化的應用潛力，將給廣大患者帶來更大的福祉。” 相關論文第一作者、天津大學博士研究生周明行說。（來源：中國科學報陳彬趙暉）

【相關文獻】相關論文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abi7203
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