基于热致液晶弹性体的仿生心脏泵的设计

发布时间：2024-02-14 07:25

　　为设计一款仿生心脏功能较佳的心室泵,采用柔性、热致伸缩的热致形变弹性体代替心肌,根据螺旋心室心肌带理论,选择心肌带的左心室段,并选取了Hilbert平面填充曲线作为热致导体在热致形变弹性体中的走行方式,设计出与真实心脏类似的心室泵结构.通过试验测量了所设计的心室泵的射血分数与心率,结果显示该心室泵的搏出量高于自然心脏,而其心率远低于自然心脏.相对于机械泵,所设计的心室泵结构与真实心脏类似,具有收缩能力强,射血分数高的优点,且不易破坏血细胞,生物相容性较好.不足之处在于,热致动液晶弹性体变形响应慢,暂时还未能达到正常心脏的心率.论证了构建双稳态结构提高仿生心室泵效率的可能性,以及对于心肌纤维走向较为复杂的其他心肌带段,双轴拉伸机械雕刻对其仿生的可能性.此研究可为容积心脏泵的研发提供新的思路,也可以对右心衰竭等心脏疾病起到辅助治疗的作用.

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【部分图文】：

图1螺旋心室心肌带解剖示意图[2]

左心室因需泵血至体循环，工作时压力较大，心室壁厚．虽然重建难度大，但左室段心肌纤维走行方向却较为一致．因此，采用液晶弹性体代替心肌时，左心室段比心肌带的其他段更容易设计和实现．1.2液晶弹性体

图2蠕动泵的2种典型形态有限元仿真[8]

肯特州立大学的液晶研究所曾利用有限元分析的方法论证了LCEs做成蠕动泵的可行性，如图2所示[9]．蠕动泵是容积泵的一种，也是靠容积的变化驱动流体流动．文中提出2种高度理想化蠕动泵概念设计，既可以单独用LCEs组成管状泵(见图2a)，管体以蠕动运动起伏，驱动流体流动;也可以用LCE....

图3热致变形液晶弹性体合成反应的2个步骤及其分子构相

2)LCEs需要机械雕刻以形成适当的形状并进行紫外光固化．文中制备过程中，主要采用拉伸的方式对制备好的LCEs进行机械雕刻，见图3c，拉伸量为50%～200%．并经过光致聚合作用，用紫外光固化15min后制备完成，得到图3d所示的单畴结构．LCEs由交联的主链液晶单元和(或)....

图4热致线圈封装后的LCEs实物图

LCEs制备成功后，采用Ecoflex(Ecoflex-00-30)对液态金属热致动线圈进行封装．Ecoflex是铂催化的有机硅，用途广泛且易于使用．因PDMS与Ecoflex透明、柔软、粘合性较好，都被经常用来作为封装材料．此处选择Ecoflex是因为文中心室泵的设计形变量大....

本文编号：3897946