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世界首个3D打印软体人工心脏诞生 什么是人工心脏

时间:2017-07-17 点击数:1798

【仪器交易网 编辑推荐】日前,瑞士联邦理工学院的博士生尼古拉斯·科尔斯(Nicholas Cohrs)领导的团队,运用3D打印技术制造出了世界上第一个软体人工心脏。


目前用于泵送血液的人工心脏泵等装置仍存在许多缺点,比如金属和塑料材料难以与器官组织相融合,其不自然的运动方式也会给血液造成一定损伤。因此,科学家们一直在努力寻找新的解决方案,比如寻找塑性泡沫等生物相容性材料,以创造出更接近人类心脏的人工心脏泵,用更安全、舒适的方式来保持血液泵送。

3D打印技术的发展,使得科学家能够用柔软坚韧的材料制造出复杂的内部结构,打造性能更加优越的人造心脏。尼古拉斯团队创造出的软体人工心脏,其硅心室中的泵送机制与人类极其相似。不过它的结构和人类心脏并非完全一致——心室之间不是瓣膜,而是充气和放气以便产生抽吸作用的心室。除了供血液进出的输入和输出端口,整个心脏基本是个密闭的整体,所以不需担心不同的内部机制如何组合。

尼古拉斯团队用类似血液的液体对这颗人工心脏进行了测试,结果很理想。不过这颗人造心脏还是一款概念产品,无法用于临床植入。因为用于制造这款心脏的材料不够坚韧,大约只能支撑半个小时,具体使用时间取决于心率的快慢。

不过这项研究成果的意义仍然十分重大,研究人员正计划使用更好的材料和设计打造出一颗更加强悍的心脏。或许要不了多久,医生就能使用这种软体人工心脏帮助心脏病患者重获健康了。尼古拉斯团队的成员阿纳斯塔西奥斯·彼得鲁(Anastasios Petrou)也对自己的研究成果感到自豪,他表示“这项研究简直令我着迷”。


那么,人工心脏究竟是什么呢?

人工心脏是在解剖学、生理学上代替人体因重症丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。可分为辅助人工心脏和完全人工心脏。人工心脏基本上是由血泵、驱动装置、监控系统及能源四个部分构成。

人工心脏血泵:血泵有多种形式,但从原理结构上大体可分膜式血泵、囊型血泵、管型血泵、螺形血泵等五种。目前制成血泵常用以下几种材料:硅橡胶、甲基硅橡胶、嵌段硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯、复合材料等。

人工心脏瓣膜:它是控制人工心脏血流的单向阀,人工心脏功能的好坏与瓣膜构造有密切关系。早期阶段用球瓣,现在常用的为碟瓣以及生物瓣。

人工心脏驱动系统:它是供给人工心脏血泵工作的动能。形式多样,大致可分为,机械、电动、磁力、气压、液压五种形式。

人工心脏监控系统:监控人工心脏工作状态,使之适应实验动物循环生理的需要,是保障人工心脏置入实验动物长期存活的重要条件。监控系统基本上从血泵机能,驱动装置各项指标及血液循环生理参数变化三个方面进行监控。

能源:人工心脏依靠外加能源工作以推动血液循环。既能满足功率要求,并使之微型化做到全置入体内,长期达数年使用的能源,目前尚未完全解决。

其实,人工心脏的研究从一开始便面临着许多挑战,尽管目前还不能完全模拟自然心脏的作用和功能,但不同领域的研究人员都在从各自的领域推动着人工心脏的发展。随着人工心脏的机械性能、血流动力学性能、能源、抗血栓性以及测控方法等问题的改进与完善,人工心脏的仿生技术也将进一步得到发展。



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