1. 生物材料科学与工程

人工心脏的核心部件（如血泵、瓣膜）需与人体血液和组织长期接触，因此生物相容性材料的选择与优化至关重要：

  • 材料特性：需具备低毒性、抗血栓形成性、耐腐蚀性、抗疲劳性等。例如，聚氨酯和硅橡胶因良好的血液相容性被广泛用于血泵制造。
  • 表面处理技术：通过仿生涂层或药物释放系统减少血小板粘附，降低血栓风险（如航天泰心的磁悬浮系统采用仿生涂层）。
  • 材料分类：包括天然材料（如胶原蛋白）、合成高分子材料（如聚乳酸）、金属合金（如钛合金）及复合材料。

    • 2. 流体力学与机械设计

    人工心脏的血泵设计需精准模拟自然心脏的血液动力学特性：

  • 泵血机制：通过机械装置（如离心泵或磁悬浮泵）模拟心脏的收缩与舒张，确保血流稳定且无溶血风险。
  • 流体动力学模拟：优化泵内流道设计，减少湍流和剪切应力，避免红细胞破坏。
  • 小型化与轻量化：例如，深圳核心医疗的Corheart®6血泵直径仅34毫米，重量90克，体现了精密机械加工技术的突破。

    • 3. 电子工程与智能控制

    人工心脏的驱动与监控系统依赖电子工程技术的支持：

  • 驱动方式：包括电动、磁力、液压等，需实现高效能转换与低能耗（如全磁悬浮系统的无接触驱动）。
  • 实时监控：集成传感器与算法，监测血流量、压力及设备运行状态，并通过预警系统保障患者安全（如智能监测系统）。
  • 能源管理：开发可植入式电池或无线充电技术，解决长期能源供应问题。

    • 4. 生物力学与生理学适配

    人工心脏需与人体循环系统无缝兼容：

  • 血流动力学匹配：根据患者生理参数调整泵速，维持血压和心输出量的生理平衡。
  • 组织力学特性：模拟心脏瓣膜的开合力学，减少对血管壁的机械损伤。
  • 长期耐久性测试：通过疲劳试验评估材料在长期搏动中的稳定性（如航天泰心HeartCon的耐久性验证）。

    • 5. 组织工程与再生医学

    前沿研究方向包括生物活性材料与细胞整合技术：

  • 组织工程材料：利用可降解支架促进自体细胞生长，逐步替代人工装置。
  • 仿生结构设计：如仿蟑螂心脏的微型化泵体，提升能量利用效率。

    • 6. 跨学科系统集成

    人工心脏研发需整合多领域技术：

  • 机械工程：精密加工与微型化制造（如全球最小磁悬浮系统的实现）。
  • 临床医学：通过动物实验和临床试验验证安全性与有效性（如西安交大单日完成4台植入手术的案例）。
  • 成本控制与产业化：优化生产工艺降低成本（如航天泰心将价格降至49.9万元/套）。

    • 总结

    人工心脏技术是生物医学工程领域的集大成者，其发展依赖于材料科学、流体力学、电子控制、生物力学等多学科的协同创新。未来趋势包括更智能的监测系统、更持久的生物材料以及更广泛的临床应用。