人体血液机械承载性能的试验研究

　　随着现代生物医学工程技术发展,各种人工器官如人工心脏、人工心肺机、人工肝等不断出现,人工器官中运动部件之间的摩擦润滑已成为人们研究的重点。目前主要趋势是直接利用血液作为人工器官摩擦副的润滑剂[1]。作为润滑剂使用时,人体血液摩擦润滑性能及摩擦润滑对血液成分的影响等成为血液工程应用基础研究之一。

　　血液作为人体生命必需物质,具有典型非牛顿流体特性。对血液的研究目前主要集中在血液流变性能及血液组分对人体影响等领域[2,3]。2005年葛世荣,王成焘提出了人体生物摩擦学的概念,并就血液、人工心脏泵、人工心脏瓣膜等生物摩擦学研究方向进行了展望[4]。在工程上,对大分子结构如有机物作为润滑剂的研究很少[5,6],从目前文献检索情况看,还没有专门研究血液摩擦润滑性能的报道。然而,当血液作为工程润滑剂使用时,必须对血液基本摩擦润滑性能进行研究。本文利用四球机对正常人体血液在不同载荷和不同切变率条件下钢球平均磨痕直径变化规律的试验分析,间接反应出人体血液在不同摩擦条件下的承载能力。

　　1　试验方法

　　1. 1　试验样本

　　选取无明显血液流变疾病男性受试者,清晨空腹,由专人抽取血样,采样时待加压带松解5 s后,缓慢抽取血样100 mL,在4℃条件下保存,利用全自动血流变测试分析仪测试样本血液流变指标。

　　1. 2　试验设备

　　血液流变仪为:重庆麦迪克科技开发有限公司生产的MDK23200G双通道全自动血流变测试分析仪,用于测试样本血液流变指标。选取主要血液流变指标在正常值范围内的血样作为试验样本,保证试验结果具有代表性。可调速承载能力测试试验机:济南试验机厂MRS210A四球机摩擦试验机,最大试验力为10 kN,试验转速0~2400 r/min可调;试验钢球:符合GB308《钢球》要求的Ⅱ级轴承钢球,直径为12. 7 mm,材料为GCr15;读数显微镜,精度0. 01 mm。

　　1. 3　试验步骤

　　随机选择供血者采取血液,利用MDK23200G血液流变仪对供血者血液样本进行流变性能测试。选取的试验样本血液主要流变指标为:全血高切黏度为3. 51 MPa·s,中切黏度为4. 72MPa·s,低切黏度为7. 54 MPa·s,红细胞压积为0. 41,血红蛋白为128 g/L。

　　按试验要求设定四球机主轴转速,启动电机空转2 min~3 min。用溶剂汽油清洗钢球、油盒、夹具及在试验中血液接触的零部件,再用石油醚清洗两次,然后吹干,保证清洗后的钢球表面光洁无锈斑。将钢球分别固定在四球机上球座和油盒内,抽取血液样本5 mL注入油盒中,让血液盖过钢球而达到压环与螺帽的接合处,放上压环,拧紧螺帽固紧油盒。把装好血液和钢球的油盒正中地安放在上球座下面,在油杯和导向柱中间放上圆盘架,放出加载杠杆并把规定的载荷加到球上,加载时应避免冲击。加载后启动电机同时按下秒表,从启动到关闭的试验时间为10 s。试验后测量油盒内任何一个钢球纵横两个方向的磨痕直径,并记录在试验记录表中。调整四球机转速或载荷大小,重复上述步骤,测定不同试验转速和不同载荷条件下试验钢球的平均磨痕直径。