日前，記者從天津大學(xué)獲悉，該校研制成功研發(fā)出可高速旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)和液體輸送的醫(yī)療器械開辟了“柔性發(fā)展”的可能，為后續(xù)人體穿戴和植入打下基礎(chǔ)。10月29日，該課題相關(guān)論文發(fā)表在《科學(xué)·進(jìn)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(xué)供圖

據(jù)了解，作為人工心臟、人工肺等醫(yī)療機(jī)械的核心部件，離心泵占世界泵產(chǎn)量的80%以上，且具有高轉(zhuǎn)速、大流量液體輸運(yùn)和低維護(hù)要求的特點(diǎn)，是工業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究中液體輸送常用的機(jī)械系統(tǒng)之一，也是許多醫(yī)療輔助設(shè)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(jī)和透析機(jī)等，為數(shù)百萬患有心血管疾病和慢性腎臟疾病的患者提供服務(wù)。

然而，現(xiàn)有的離心泵大多由機(jī)械剛性部件構(gòu)成，體積和質(zhì)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(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和固定的轉(zhuǎn)軸也會對血細(xì)胞等醫(yī)學(xué)流體產(chǎn)生損傷，影響患者健康。

針對以上痛點(diǎn)，天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院教授黃顯團(tuán)隊(duì)研制了一種基于折疊永磁薄膜和磁懸浮技術(shù)的柔性磁懸浮微型離心泵，該離心泵是可高速旋轉(zhuǎn)和泵流的全柔性磁懸浮泵，采用柔性轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)大流量液體輸運(yùn)，能解決現(xiàn)有的剛性離心泵質(zhì)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(yīng)用前景。

“這種可穿戴、柔性和微型離心泵得到有效應(yīng)用，將改變患者的生活方式，讓他們在進(jìn)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(diǎn)。此外，柔性材料的力學(xué)特性與身體組織和器官兼容，更符合人體工程學(xué)，使得患者的使用體驗(yàn)更加友好，更加適合長期穿戴使用?！秉S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(zhuǎn)子、蝸殼型腔室、磁束縛環(huán)和柔性控制電路四大部分組成，通過磁束縛環(huán)將磁性轉(zhuǎn)子以磁懸浮的方式穩(wěn)定于蝸殼型腔室中，避免了磁性轉(zhuǎn)子與蝸殼腔室摩擦接觸造成的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子在液體環(huán)境中高速旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)液體泵流。

針對不同的應(yīng)用場景，黃顯團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了不同體積和質(zhì)量的離心泵系統(tǒng)。目前，該泵的最大的體積和重量僅為現(xiàn)有剛性離心泵的1/20。

“整個系統(tǒng)的功耗在4W以內(nèi)，長時間的流體輸運(yùn)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(jié)構(gòu)可適應(yīng)人體的運(yùn)動進(jìn)行一定程度的形變，且在不同的運(yùn)行角度上均具有泵流能力，更符合人體工學(xué)的柔性材料和結(jié)構(gòu)使得該泵更適合長期的穿戴使用，這驗(yàn)證了柔性材料和電路替代傳統(tǒng)剛性和旋轉(zhuǎn)部件的可能性，還展現(xiàn)了在全柔性人造器官領(lǐng)域和大型診療設(shè)備的可穿戴化的應(yīng)用潛力，將給廣大患者帶來更大的福祉?！?相關(guān)論文第一作者、天津大學(xué)博士研究生周明行說。

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abi7203

來源：《科學(xué)進(jìn)展》、中國科學(xué)報(bào)