人工器官探秘

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生物医学中的人工器官研究

生物医学中的人工器官研究

生物医学中的人工器官研究随着生物技术的不断进步和发展,人工器官已经成为一个备受关注的研究领域。

人工器官研究的意义在于开发出一些可替代和修复生物体器官的方法,使得更多的疾病可以得到治疗,并且提高生物医学领域的技术水平。

人工器官的研究和发展还处于初级阶段,但是科学家们已经取得了一些重要的进展。

比如,人工耳蜗已经能够恢复听力,人工心脏和人工胰腺也正在进行实验研究。

本文将围绕人工器官在生物医学领域中的应用进行深入探讨。

一、人工耳蜗的研究人工耳蜗是人造的一种设备,可以恢复耳朵的听觉,研究领域属于人工耳科。

人工耳蜗采用的是一种电子学原理,里面包括98%的微电机和感觉神经元,它模仿人体的听觉过程,可以通过植入人体的方式使得被耳部损伤的病人恢复正常的听力。

目前,人工耳蜗已经被广泛使用,在生物医学领域中发挥了重要的作用。

二、人工心脏的研究人工心脏是指用机械装置代替人体心脏,进行外科手术修复和替代。

人工心脏的应用能够拯救很多需要心脏移植的病人,长久以来已经得到了很多的研究和探索。

目前,人工心脏的研究分为两种:心脏辅助装置和人工心脏移植。

心脏辅助装置是一种可以帮助有心脏疾病的病人保持心跳的设备,通常植入在病人的体内,就像植入类似心脏起搏器的装置。

人工心脏移植则是通过手术将完全的机器心脏植入肺动脉,来代替体内已存在的心脏。

人工心脏的研究需要高超的技术和手术技能,目前还处于探索阶段。

三、人工胰腺的研究糖尿病是一种无法医治的病症,病人体内胰岛素的分泌往往不足或者完全没有,这会导致血糖升高,超出正常范围,造成许多不良后果。

目前,人工胰腺的研究旨在制造一个能够合成和释放胰岛素的装置,来替代人体的胰腺。

人工胰腺需要压缩、储存、释放胰岛素,并且与心电图仪互相连接,以实现自动调节血糖水平的目标,用于改善糖尿病患者生活质量。

虽然人工胰腺技术尚未完全成熟,但是已经出现了很多实验性的设备,证明了这项研究的前景广阔。

四、人工肾脏的研究肾脏是人体最重要的代谢器官之一,吸收和排泄身体内的废物和毒素。

十大不思议的人造器官

十大不思议的人造器官

十大不思议的人造器官从人造子宫到人造心脏,从人造骨头到再生肢体……一组不可思议的科学奇迹。

1.人造子宫Hung-Ching Liu博士是美国康奈尔大学生殖医学和不育症研究中心的负责人。

从2001年起,她的实验室开始以取自人体子宫内膜的细胞为基础培养单片人体组织。

最初的细胞是由不育症患者捐赠的。

人造子宫是试管授精研究带来的一个副产品,研究它的目的同样是为了帮助那些不育夫妇。

Hung-Ching Liu认为她们小组将在5~10年内培育出活的老鼠子宫,而人体子宫还要等上更长的时间。

2.人造胃06年11月英国科学家研制出一个完全模仿人体消化过程的高科技机械,这个由塑料和金属制成的装置是由英国某个食物研究所的Martin Wickham博士和同伴研制出来的。

它经得起胃里的酸和酶的腐蚀,而且最终可能有助于科研人员开发出超级营养品,例如减肥食品,它们能使胃自以为“饱”了。

3.人造心脏历史上首个人造心脏Jarvik-7,是在1982年植入病人Barney Clark的体内。

他共活了112天。

另一名也植入Jarvik-7的病人William Schrodedr则活了620天。

4.人造血1966年,这两位科学家把一些小鼠放入一桶液体中,并将小鼠完全浸没在液面下。

按说小鼠应该在数分钟之内死亡,但它们却活了好几个小时。

桶中的液体含有碳化氟和水,碳化氟分子同水中的氧气结合,并进入小鼠的血液内。

第二年,另一位美国人Henry 给几只兔子注射了含有碳化氟和蛋清的混合物。

他发现如果这种混合物不超过血液总量的三分之一,兔子就能够成活。

第一位接受人造血的是日本科学家内藤良知。

1979年,他给自己注射200毫升人造血。

如今,医生已经有多种不同配方的人造血供急救用。

1980年6月,我国第一次将自己研制的人造血应用于临床,这一年就有14个病人获得满意的结果。

5.人造血管来自日本北海道大学的科学家们利用从鲑鱼皮中提取的胶原制造全球首例人造血管。

基于生物仿生原理的人工器官研究

基于生物仿生原理的人工器官研究

基于生物仿生原理的人工器官研究随着医学技术的不断发展,人们对于人工器官的需求越来越大。

人工器官可以替代人体失去功能的器官,帮助病患维持生命,同时提高生活质量。

如今的医学技术已经能够制造出一些基本的人工器官,但是与人体自身器官相比,它们的功能和效率还有很大差距。

因此,如何提升人工器官的性能,让其更好地模拟人体器官的功能成为了研究的热点。

生物仿生原理的人工器官研究源于对自然界中生物器官的研究。

生物器官是自然进化的产物,具有完美的结构与复杂的功能,其不断进化的过程对于人工器官的研究提供了许多启示。

目前,人们在研究人工器官时,已经开始借鉴自然界中生物器官的结构原理,进而改进人工器官的设计。

首先,仿生学家们通过研究生物器官的结构来改进人工器官的设计。

例如,人体心脏是由心室和心房组成的,两部分之间通过瓣膜相连。

瓣膜能够防止血液回流,同时起到了调节血流量的作用。

仿生学家们就通过这种结构特点来设计人工心脏。

目前,已经开展了许多人工心脏的研究,其中不乏一些极有前途的项目。

例如,双闸心脏是一种仿生心脏,它能够模拟人体心脏的血液供应过程,不仅可以缓解心脏病患者的症状,还具有一定的治疗作用。

其次,仿生学家们通过研究生物器官的功能来改进人工器官的性能。

例如,蜘蛛丝具有非常出色的强韧性和抗张强度,这使得它们成为一种理想的仿生材料。

人们可以通过蚕丝、蜘蛛丝等仿生材料制造出强度更高的人工组织或器官,这些器官可以耐受更大的压力和张力,更好地模拟人体组织的结构和性能。

最后,仿生学家们通过研究生物器官的适应性来改进人工器官的使用效果。

例如,猫科动物的眼睛具有超强的夜视能力,这是因为它们的眼中有多层反光膜。

仿生学家们便通过这种原理研发出了一种新型的人工眼睛,这些眼睛在黑暗环境下能够更好地识别各种物体,能够有效改善低视力患者的生活质量。

在现代医学的发展过程中,基于生物仿生原理的人工器官研究已经取得了显著的进展。

这种技术的问世,将会给众多需要人工器官支持的人们带来新的曙光。

神秘莫测的人工器官

神秘莫测的人工器官

252018.11人造血管血管是输送血液的管道,全身的血液循环全靠心脏和许多血管来维持。

血管发生病变或损坏,必然会影响血液畅通,导致其它器官因缺血而不同程度地丧失功能。

治疗血管疾病常常需要切除病变血管,这样就会造成血管缺损,必须另用完好的血管来替换。

医务工作者们在很早以前就在寻找血管的代用品。

十九世纪末,有人曾用玻璃管和象牙管做过实验,但都没有成功。

上世纪五十年代后期,高分子化学研究有了进神秘莫测的人工器官钟表的发条断了,送到修理部去,换上一根新的发条,钟表就又嗒嗒地走动起来。

收音机的电子管坏了,只要换上一只新电子管,就会重新发出清晰的音响。

那么人体的某一种器官出了毛病,吃药打针都不能治愈,能不能也随时换上一个新的器官呢?据说在古希腊的时候,人们就有过这种幻想。

到了近代,先进的医务工作者们已经把这个幻想变成现实,早已开始孜孜不倦地研究器官移植术和人工器官的制造。

器官的移植就是把他人的健康器官取来,替换人体已丧失功能的器官,以挽救病人的生命。

对心脏、肾脏、肝脏,都已经进行过许多移植试验,其中肾脏移植的研究进展最大。

但是器官移植碰到的最大障碍是人体的排异反应,且迄今未能克服。

原来,人体有一种奇特的本能,就是能够识别异体器官,并产生抗体来摧毁它,从而使移植的器官受到破坏,失去功能。

这本来是属于保护身体的一种免疫反应,但却给器官移植带来很大的困难。

尽管医生们采用多种药物来控制排异反应,但迄今为止还没有取得满意的成果。

另外,同种异体器官移植还受到供应来源和保存等方面的限制,所以一部分科学工作者就另辟蹊径,开始研制人工器官。

人工器官是人工制造的具有器官功能的机械装置,把它安装在人体上不会产生异体移植的排异反应,而且人工器官可以大量生产并易于保存。

如果人体的各种器官都能研制成功,患者就能各取所需,随意替换失去功能的器官。

这样,对许多垂危的患者就有起死回生的作用。

吕雪萱262018.11展,推动了人造血管的试制。

医学突破人工器官的研发知识点

医学突破人工器官的研发知识点

医学突破人工器官的研发知识点随着科技的不断进步,人工器官的研发成为医学界的一项重要领域。

人工器官的出现为患有器官损伤或器官功能障碍的患者提供了新的治疗手段,极大地改善了他们的生活质量。

本文将介绍人工器官的研发知识点,包括其定义、分类、研究方向以及应用前景等方面。

一、人工器官的定义人工器官是指通过科学技术手段制造的可以替代或修复人体原生器官功能的人工装置。

它可以部分或完全代替原生器官的功能,从而使患者能够恢复部分或全部的生理功能。

常见的人工器官包括人工心脏、人工肾脏、人工耳蜗等。

二、人工器官的分类根据功能和应用领域的不同,人工器官可以分为多个分类。

其中,基于器官功能的分类包括心脏、肾脏、肝脏、肺等;基于技术手段的分类包括机械、电子、生物等。

1. 机械类人工器官机械类人工器官主要通过机械装置来模拟和替代人体器官的功能。

它们通常由金属、塑料等材料制成,具有良好的力学性能。

常见的机械类人工器官有人工心瓣膜、人工关节等。

2. 电子类人工器官电子类人工器官主要通过电子技术来模拟和替代人体器官的功能。

它们通常采用微电子技术,结合传感器和激励器等元件,实现器官功能的恢复或替代。

常见的电子类人工器官有人工耳蜗、人工视网膜等。

3. 生物类人工器官生物类人工器官主要通过生物材料和细胞工程技术来模拟和替代人体器官的功能。

它们通常由生物相容性材料制成,并植入到患者体内,通过细胞再生和生物反应来实现器官功能的恢复。

常见的生物类人工器官有人工皮肤、人工血管等。

三、人工器官的研究方向1. 材料研究人工器官的成功与材料的选择和研究密切相关。

科学家们不断探索和开发适合的材料,以确保人工器官能够良好地与人体组织相容,并具有足够的力学性能和稳定性。

2. 技术创新人工器官的研发中,技术创新是至关重要的。

各种技术手段的应用,如纳米技术、生物工程技术等,能够有效提高人工器官的功能和性能,促进其在临床上的应用。

3. 植入方式和植入位置的研究人工器官的植入方式和植入位置对其效果影响重大。

人造器官的研究与开发实践

人造器官的研究与开发实践

人造器官的研究与开发实践近年来,随着医学科技的飞速发展,人造器官的研究与开发逐渐成为医学界的热门话题。

这种技术可以帮助人类解决许多生命健康方面的难题,帮助失去器官的患者拯救生命,同时也推动了医学研究的进步。

一、什么是人造器官人造器官是由人工合成的材料或细胞制成的,用于替代遭受功能性损失或失去的人体器官。

通过对材料、细胞的改良,可以实现人造器官的生物相容性和实用性,以满足人类的需求。

二、人造器官的研究现状目前,人造器官的研究处于不断深入的阶段,已经开发出了多种类型的人造器官,如心脏、肝脏、肺等,这些器官可以用于动物实验,也被用于临床试验,是未来生命健康领域的一个重要发展方向。

现在,人造器官主要用于解决严重的器官缺失问题。

例如,糖尿病患者需要接受胰腺移植以缓解病情,但由于供体所获器官的数量有限,等待排队的时间非常长,因此,人造胰腺的研究和开发已成为解决这个难题的重要方案。

人造眼角膜也是一个备受关注的领域,这个领域的发展可以让视力受损的人获得更好的治疗和恢复。

三、未来发展趋势从目前的情况来看,人造器官的未来发展有许多可能的方向。

随着3D打印技术的不断进步,人工合成的打印器官的研究得到了快速发展,解决了不少的难题,如材料缺乏等。

这个领域目前正经历着快速的增长,预计在不久的将来,大量的人造器官将投入使用。

有研究人员认为,未来的人造器官将具备多种功能,不仅仅是等效的器官替代品。

经过梳理、分离和纯化,科学家们在细胞和组织水平上制造器官,开发出有助于识别和治疗疾病的实验平台,甚至制造一个由未受污染的、新的器官库,以满足替换器官的临床需求。

四、人造器官的未来目标未来,人造器官的目标不仅是解决器官缺失的问题,还有提高器官的质量和实用性。

例如,在心脏方面,科学家正在研究人工心脏的功能和性能,希望可以生产出比一般心脏更加智能化的心脏。

科学家们还希望能够实现神经和心脏之间的通讯,使人造心脏的支配和调节能力更加精准,达到更加接近自然心脏的效果。

人工器官研究进展及其应用

人工器官研究进展及其应用

人工器官研究进展及其应用随着医疗技术的飞速发展,人工器官的研究也日益成为医学领域的热门话题。

人工器官可以替代或增强人体的某些功能,为人们带来更好的生活品质和健康状况。

本文将从人工心脏、人工肝脏、人工肾脏和人工胰腺四个方面,介绍人工器官研究的进展及其应用。

人工心脏人工心脏作为最早得到应用的人工器官之一,已经有了长足的发展。

早期的人工心脏使用压缩式的气压泵,但由于泵的可移植性和操作方式的限制,在使用过程中常常产生一系列的负面影响。

近年来,随着材料科学和微型技术的不断发展,微型机械泵已经逐渐成为人造心脏的发展方向。

微型机械泵可以更精确地模拟真实心脏的起搏和收缩过程,更好地适应生理要求。

另外,人工心脏还可以通过电极与外部电源相连,以便实现更精准的调节。

人工心脏的研究已经实现了一定的规模化生产,但是人工心脏的使用范围目前还比较有限,主要应用于对心脏有严重损伤或无法使用传统心脏支持设备的患者。

人工肝脏人工肝脏的研究是目前人工器官研究的热点之一。

肝脏是人体中最重要的器官之一,肝功能衰竭会导致广泛的健康问题。

虽然传统的肝移植手术已经可以在一定程度上缓解肝功能衰竭的症状,但是受排异反应和缺少供体等因素限制,肝移植面临着很大的挑战。

因此,人工肝脏的发展可以解决这些瓶颈问题。

人工肝脏的研究围绕着两个方向展开,一个是基于人类肝脏细胞的体外培养和再移植,另一个是利用新材料和生物技术制造可移植的人工肝。

目前,基于细胞培养的人工肝研究已经得到了一定的进展,但是因为细胞移植和培养的一系列问题,体外肝脏的应用还比较有限。

而利用新材料和生物技术制造的人工肝可能具有更大的发展空间。

人工肾脏人工肾脏是一个复杂的研究方向,在人造器官研究中具有重大意义。

肾衰竭对人体的各个系统都有很大的影响,肾脏移植或透析是目前人们治疗肾衰竭的主要方法。

但是,由于供体的匮乏和透析过程繁琐等问题,人工肾脏的研究已经成为重要的医学领域之一。

目前,人工肾脏可以实现一些基本的血液循环和滤波功能,但是由于复杂的肾脏结构和生理机制,完全模拟人体肾脏的功能还面临着很大的挑战。

人工器官研究及应用

人工器官研究及应用

人工器官研究及应用随着科技不断发展,人工器官已经越来越成为现实。

无论是在医学方面还是科技方面,人工器官的研究和应用都给人们带来了无限的想象空间和美好的生活预期。

一、人工器官研究的历程人工器官的发展历程可以追溯到20世纪初。

当时的医学技术还非常有限,人们只能通过人类移植器官来解决某些疾病。

但是,有限的器官供应限制了移植的可行性和成功率。

因此,越来越多的科学家开始将精力集中在研究人工器官上。

最早的人工器官是心脏起搏器。

20世纪50年代,科学家发明了第一台心脏起搏器,利用电子元件来让心脏跳动。

这项技术的发展,解决了许多因心脏病导致的心跳过慢的问题。

除了心脏起搏器外,还有很多人工器官也有了可喜的进展。

比如,人工耳蜗、人工心脏瓣膜、人造关节等等。

人造器官的外形和功能已经越来越接近真实的器官,同时材料和设计也都有了极大的进步。

二、人工器官的应用人工器官的研究成果为医学、科技、社会和环保等领域带来了广泛的应用。

以下是一些人工器官的应用案例:1. 能够延长人类寿命随着岁月的流逝,人类体内的某些器官容易出现衰老现象。

人工器官的应用可以解决这个问题,延长人们的寿命。

2. 对于特殊人群非常重要对于某些被特定疾病困扰的人来说,人工器官可以是救命稻草。

例如,对于肺衰竭患者,人工肺可以为其提供呼吸支持。

对于唐氏综合症患者,人工心脏可以为其提供重要的心脏功能。

3. 促进环保人工器官还可以帮助减少动物实验。

通过使用人造器官,科学家们可以在不伤害动物的情况下进行器官研究,保护了动物的生命和权利,也把科技带入了更高层次的探索。

4. 用于科学研究人工器官可以帮助科学家们更好地了解人体的功能和结构。

比如,人工肝、人造骨髓等,可以供科学家们学习和研究器官的功能,理解器官病理生理学和药效学。

三、人工器官助力未来未来,人工器官将继续成为医学和科技领域的一个重要发展方向。

以下是一些人工器官可能的未来应用和潜在的技术进展:1. 基因工程基因工程技术将使科学家们可以设计、合成和编辑特定的生物分子。

人造器官的研究与开发

人造器官的研究与开发

人造器官的研究与开发自从人类历史以来,生命科学一直是一个伟大而神秘的领域。

我们一直在探索生命的奥秘,从手工战争,到现在先进的医疗技术,我们走过了很长的路程。

然而,尽管我们在生活中有很多选择,但血红蛋白病、衰竭、器官损伤、糖尿病等疾病仍然无法避免。

因此,我们需要一些新的技术来治愈和修复人类身体的受损部位。

这就引入了人工器官的研究与开发。

人造器官是一种医疗技术,使用独特设计的器官替代病人身体内已经无法正常运行的器官。

这些器官的生产,通常有两种方式:一是通过使用生物材料制造出来的,这样的器官通常由疏松的基质和多功能的细胞构成。

二是通过使用人工材料制造出来的,例如传输流体、变化大小的管道、类似肝脏的过滤器和心形器官等。

人造器官的研究与开发对人类生命科学产生了积极的影响。

例如,由于肝脏能够过滤不必要的化学物质并分泌体内所需要的细胞生成因子,因此,一个包含类似肝脏的过滤器的人工器官可以被设计为可以处理某些类型的癌症。

它也可以用来处理药物滥用者或长期饮酒者所引起的肝脏病。

肺脏也是人造器官开发的一大焦点。

2020年,COVID-19疫情肆虐时,肺脏疾病受到了广泛的关注,这引起了人造器官研究的进一步开发。

这种病毒会给肺部带来大量的破坏,引起严重的呼吸紊乱,甚至导致死亡。

肺部替代方案的发展包括使用机器呼吸机械,但机器并不能取代肺脏的所有工作。

因此,开发可用于人体的人工肺脏将是治疗这类疾病的非常有效和重要的方案。

心脏的问题也是常见的疾病。

由于心脏是人体中最重要的器官之一,任何与心脏有关的问题都可以很快地导致死亡。

手术是一种治疗心脏病的方法,但它还存在一定的风险。

一些研究小组正在研究使用人工器官来帮助治疗心脏病患者。

人工心脏将成为帮助治疗这种疾病的有效方法。

其中最值得关注的研究方向之一是使用3D打印技术。

3D打印技术可以制造出与之前不同的复杂形状和结构的生物材料。

为了成功的复制心脏、肺脏等复杂器官,3D打印技术可以很好的应用于这些生物结构的制造,可以进行定制化的生产,从而大量减少有关生物配件的生产成本,改善健康保健体系,让更多的人有机会接受和受益于技术的进步。

人工器官

人工器官

人工器官什么是人工器官呢?人工器官是暂时或永久性地代替身体某些器官主要功能的人工装置。

使用较广泛的有:①人工肺(氧合器)模拟肺进行O2与CO2交换的装置,通过氧合器使体内含氧低的静脉血氧合为含氧高的动脉血;②人工心脏(血泵)。

代替心脏排血功能的装置,结构与泵相似,能驱动血流克服阻力沿单向流动。

人工心脏与人工肺合称人工心肺机,于1953年首次用于人体,主要适用于复杂的心脏手术;③人工肾(血液透析器)。

模拟肾脏排泄功能的体外装置,1945年开始用于临床。

人工肾由透析器及透析液组成,透析器的核心是一层半透膜,可允许低分子物质如电解质、葡萄糖、水及其他代谢废物(如尿素)等通过,血细胞、血浆蛋白、细菌、病毒等则不能通过,从而调节机体电解质、体液和酸碱平衡,维持内环境的相对恒定。

主要应用于急、慢性肾功能衰竭和急性药物、毒物中毒等。

人工器官目前只能模拟被替代器官1~2种维持生命所必需的最重要功能,尚不具备原生物器官的一切天赋功用和生命现象,但它拓宽了疾病治疗的途径,增加了病人获救的机会,已经并仍在继续使越来越多的患者受益。

中国研制的电子喉公重20克,发音清晰,音量可控,且男女声可辨。

人造假肢可上举约22公斤的重物。

使用人工肾业已成为肾功能衰竭末期病人的常规治疗手段,急性肾功能衰竭者采用人工肾治疗后死亡率已由75%降低到7%以下。

目前人工肾研制的发展方向是要求其透析性能高,体积小,能佩带甚至能体内植入。

埋藏式人工心脏正逐步走向临床试用阶段,1982年底,美国犹他大学医疗中心的德弗利斯博士为一位61岁的退休牙医克拉克安置了世界上第一个永久性人工心脏,使病人活了112天。

人们目前已经制成的人工器官有心脏、皮肤、骨骼、肾、肝、肺、喉、眼等等。

人工器官按功能分为11类:(1)支持运动功能的人工器官,如人工关节,人工脊椎,人工骨,人工肌腱,肌电控制人工假肢等.(2)血液循环功能的人工器官,如人工心脏及其辅助循环装置,人工心脏瓣膜,人工血管,人工血液等.(3)呼吸功能的人工器官,如人工肺(人工心肺机),人工气管,人工喉等.(4)血液净化功能的人工器官,如人工肾(血液透析机),人工肺等.(5)消化功能的人工器官,如人工食管,人工胆管,人工肠等.(6)排尿功能的人工器官,如人工膀胱,人工输尿管,人工尿道等.(7)内分泌功能的人工器官,如人工胰,人工胰岛细胞.(8)生殖功能的人工器官,如人工子宫,人工输卵管,人工睾丸等.(9)神经传导功能的人工器官,如心脏起搏器,膈起搏器等.(10)感觉功能的人工器官,如人工视觉,人工听觉(人工耳蜗),人工晶体,人工角膜,人工听骨,人工鼻等.(11)其他类,人工硬脊膜,人工皮肤等.人工器官按原理分类机械式装置(如人工心脏瓣膜,人工气管,人工晶体等)电子式装置(如人工耳蜗,人工胰,人工肾,心脏起搏器等).人工器官按使用方式分类植入式,如人工关节,人工心脏瓣膜,心脏起搏器.体外式,如人工肾,人工肺,人工胰.这些体外式人工器官实际上都是由电子控制的精密机械装置.特点:人工器官是多种学科研究的结晶,该学科是生物材料,生物力学,组织工程学,电子学(包括计算机)特别是微电子学以及临床医学相结合的多学科的交叉学科.下面来介绍一下人工肺。

生物工程的人工器官

生物工程的人工器官

生物工程的人工器官人工器官是指人类通过生物工程技术制造出来的可以代替或辅助人体自然器官功能的器械。

随着生物技术的快速发展,人工器官逐渐成为医学领域的热门研究方向。

本文将从人工心脏、肾脏和肝脏三个方面介绍生物工程的人工器官。

一、人工心脏心脏是人体最重要的器官之一,不仅仅是一个机械泵,还包括心脏瓣膜、心脏组织等多个组成部分。

由于心血管疾病等原因,全球范围内每年有大量的患者需要进行心脏移植手术,但由于器官捐赠的有限性和移植排斥等问题,很多患者无法得到适宜的心脏。

因此,研发生物工程的人工心脏成为了一项具有重要意义的任务。

生物工程的人工心脏一般由多种材料组成,如生物材料、金属材料和医用塑料等。

它可以通过与人体自然心脏连接,模拟心脏的收缩和舒张功能,从而实现血液的正常循环。

此外,人工心脏还可以根据患者的需求进行调节,以适应不同的活动强度。

二、人工肾脏肾脏是人体排泄废物、平衡水盐和酸碱度的重要器官。

然而,由于疾病或其他原因导致慢性肾脏病的患者庞大,而供体肾的不足导致了肾源性疾病的缓解难题。

因此,研究生物工程的人工肾脏对于改善患者生活质量具有重要意义。

人工肾脏通常由滤过器、尿液收集器和废液处理器等组成。

它通过模拟肾脏的功能,将血液中的废物和多余水分分离出来,并将清洁的尿液输出到体外。

生物工程的人工肾脏不仅可以实现血液的过滤功能,还可以调节血液中的电解质和酸碱度,从而改善患者的生活质量。

三、人工肝脏肝脏是人体最大的内脏器官,不仅担任着代谢废物、合成蛋白质等重要功能,还具有解毒和排毒的作用。

然而,由于肝脏疾病或其他原因导致的肝功能衰竭对患者的生命安全构成了严重威胁。

因此,研发生物工程的人工肝脏对于挽救患者的生命具有重要意义。

生物工程的人工肝脏可以通过模拟肝脏的功能,将血液中的废物和毒素分解代谢掉,并将必要的物质合成出来。

它通常由细胞培养技术和仿生材料构成,可以在体外维持和修复患者的肝功能,从而达到挽救生命的效果。

总结:生物工程的人工器官在医学领域的应用前景广阔。

医学奇迹:人造器官拯救生命

医学奇迹:人造器官拯救生命

医学奇迹:人造器官拯救生命人类历史上的一个伟大突破是人造器官的发明和应用。

传统上,当我们的身体器官因疾病、事故或年龄等原因衰退或损坏时,往往只能通过器官捐赠来延续生命。

然而,由于器官捐赠源匮乏且与捐赠者血型、寿命等因素相匹配的机会稀缺,许多患者面临着长时间等待器官移植的困境。

而现在,借助人造器官技术的出现,这一困境可能很快就会得到极大改善。

1. 什么是人造器官?人造器官是通过使用先进的生物材料和生物工程技术,在实验室中制造出来的人工组织或器官。

这些人造器官通常可以替代我们身体中受损或衰退的自然器官,并恢复其功能。

2. 人造器官的制作过程制作人造器官通常包括以下几个步骤:2.1 细胞培养和扩增首先,需要从患者自身或供体中提取相应类型的细胞,例如肝细胞、心脏细胞等。

然后,在适当的培养基条件下,这些细胞被培养和扩增,以达到足够数量用于后续步骤。

2.2 制作支架结构在细胞培养完成后,需要制作一个类似于自然器官形状和结构的支架,可以使用生物可降解材料或人工合成材料。

这个支架将提供细胞定植的基础,并在成型过程中为其提供必要的结构支撑。

2.3 细胞种植和培养接下来,经过预先设计和优化后的支架被种植上已经扩增好的细胞。

种植过程非常关键,需要确保细胞能够适应给定的环境,并在支架上均匀分布。

随后,在体外培养过程中,细胞将得到不断的营养和刺激以促进其生长和成熟。

2.4 生长和成熟经过一段时间的培养后,种植到支架上的细胞会开始自组装形成组织结构,并逐渐发展出与自然器官相似的功能。

这个过程可能涉及多个因素的调控,例如生长因子、化学物质等。

3. 当前已实现的人造器官尽管目前仍处于早期阶段,但已经有一些成功制作出来并用于临床应用的人造器官。

以下是其中几个例子:3.1 皮肤由于皮肤损伤广泛且非常普遍,在皮肤再生领域取得突破对许多患者来说是一个重要里程碑。

通过使用类似“喷笔”的装置喷射干细胞、生长因子和其他治疗因素,科学家们成功地制作出了可移植且具有正常功能的人工皮肤。

生物医学工程中的人工器官研制

生物医学工程中的人工器官研制

生物医学工程中的人工器官研制随着科学技术的发展,人们对于身体健康的需求也越来越高,对于一些器官损伤寿命的人来说,人工器官的研制显得愈发必要和迫切。

近年来,生物医学工程技术的迅速发展,使得这一领域中的人工器官研制取得了前所未有的进展。

一、什么是人工器官人工器官也被称为人工代用器官,是由人工材料制成的,能够替代或增强人体某些器官的功能,从而使身体恢复健康的一种医疗器械。

人工器官的种类有很多,例如,人工心脏、人工耳蜗、人工肾等等。

二、人工器官研制的历史人类早在几千年前就开始尝试着制造人工器官。

在古埃及时期,人们曾用金属、木头和玻璃等物质制造出了一些人工肢体,但这些器官都存在着诸多问题,例如,材料不耐用、结构不稳定等。

随着现代科学技术的不断发展,人工器官的研制也在逐步改善和完善。

二十世纪五十年代,美国心脏外科医生克里斯蒂安·巴纳德成功地进行了一项人工心脏手术,创造了历史上的第一次人工心脏植入手术。

自此,人工器官研制的历史进入了一个全新的阶段。

三、人工器官研制的现状近年来,随着科技水平的进步,人工器官的研制也得到了重大进展。

目前人工器官的种类越来越丰富,功能越来越完善。

在这些人工器官中,人工耳蜗、人工心脏以及人工肾等已经在临床上得到了广泛应用。

人工心脏是人工器官研制的代表性成果之一,它能够模拟人体心脏的功能,达到预期的治疗效果。

目前,世界上已经有数百例人工心脏植入手术成功地进行,这为临床应用打开了一扇新的大门。

人工肾是另一种具有重大意义的人工器官,能够模仿人体的天然肾脏,进行血液净化。

随着人工肾技术的不断改进,人们相信在不久的将来,它将会大量应用在临床上。

四、人工器官的优点和不足之处人工器官的优点是显而易见的。

一方面,人工器官能够很好地替代损伤的、失去功能的自然器官,从而帮助病人恢复健康。

相比之下,病人进行器官移植的成功率要低得多,同时也存在着排斥反应和易感染等风险。

另一方面,人工器官具有制造和更换成本低、操作简单、易于管理等优点,有效地节约了医疗资源的使用。

人工器官的实验报告

人工器官的实验报告

一、实验目的1. 了解人工器官的概念、种类及特点;2. 掌握人工器官的实验操作方法;3. 分析人工器官的实验结果,探讨其应用前景。

二、实验原理人工器官是指用于替代、修复或增强人体器官功能的一种生物医学工程产品。

它通过模仿人体器官的结构和功能,为患者提供生理、心理和社会适应的支持。

人工器官的种类繁多,包括心脏、肾脏、肝脏、肺、心脏瓣膜、血管、关节、皮肤等。

三、实验材料与仪器1. 实验材料:人工心脏瓣膜、人工血管、人工关节、人工皮肤等;2. 实验仪器:显微镜、手术显微镜、手术器械、生物显微镜、培养箱、培养皿、细胞培养液等。

四、实验步骤1. 人工心脏瓣膜实验(1)观察人工心脏瓣膜的结构和外观,了解其工作原理;(2)将人工心脏瓣膜放置于模拟心脏的装置中,观察其开合情况;(3)通过手术显微镜观察人工心脏瓣膜与周围组织的相容性。

2. 人工血管实验(1)观察人工血管的结构和外观,了解其工作原理;(2)将人工血管植入模拟血管的装置中,观察其血液流动情况;(3)通过显微镜观察人工血管与周围组织的相容性。

3. 人工关节实验(1)观察人工关节的结构和外观,了解其工作原理;(2)将人工关节植入模拟关节的装置中,观察其运动情况;(3)通过显微镜观察人工关节与周围组织的相容性。

4. 人工皮肤实验(1)观察人工皮肤的结构和外观,了解其工作原理;(2)将人工皮肤贴于模拟皮肤表面,观察其与周围组织的相容性;(3)通过显微镜观察人工皮肤与周围组织的相容性。

五、实验结果与分析1. 人工心脏瓣膜实验实验结果显示,人工心脏瓣膜在模拟心脏装置中能够正常开合,与周围组织的相容性良好。

2. 人工血管实验实验结果显示,人工血管在模拟血管装置中血液流动顺畅,与周围组织的相容性良好。

3. 人工关节实验实验结果显示,人工关节在模拟关节装置中运动灵活,与周围组织的相容性良好。

4. 人工皮肤实验实验结果显示,人工皮肤贴于模拟皮肤表面,与周围组织的相容性良好。

生物医学中的人造器官技术研究

生物医学中的人造器官技术研究

生物医学中的人造器官技术研究生物医学的快速发展,使得医疗技术也随之得到了极大的提高。

我们不仅拥有了能够救死扶伤的高科技治疗手段,而且也开始逐步向着人造器官技术的研究与应用方向发展。

人造器官技术,即通过生物学和医学技术来制造出与人类器官功能相似的器官,充当功能缺失器官的替代品,从而帮助人类病患恢复到健康状态。

人造心脏心脏是人体中最重要的器官之一,而现实中也有大量的心脏病患者,其心脏无法再继续正常工作。

针对这些患者,研究人员开始尝试制造出人造心脏。

最早的心脏支持设备是由大型机器构成的,但是这些机器的缺点也非常明显,体积大、重量重,需要长时间使用它。

之后,研究人员采用机械体外循环的方法替代了这种大型的机器,但它的使用方式依旧非常不方便。

随着生物医学技术的快速发展,现在有许多的人造心脏技术得到了广泛的应用。

一个著名的例子是,研究人员尝试通过将细胞培养在一个心脏模型内,制造出了一个细胞培养的人造心脏。

这种细胞培养的人造心脏可以将细胞与人工环境结合起来,并且可以逐步转化为更加可靠的传输设备。

人工肝脏肝脏是人类体内实现正常生理功能必不可少的器官之一,一旦人们的肝脏发生疾病,就需要尽早得到治疗。

而如今,人造肝脏技术的研究也获得了快速发展。

研究人员在人工肝脏生产的过程中,还可以给肝脏加入透明敷料,以便于研究员们对肝脏的生长情况进行观察。

通过人工肝脏技术的发展,不仅可以制造出与真实器官功能近似的肝脏,同时也可以替换部分肝脏功能,对于治疗疾病方面有着非常重要的意义。

人工眼睛在目前的医学技术中,科学家已经实现了制造出人造眼睛的方法。

人工眼睛根据需要,可根据不同的功能需要进行定制。

这意味着,患者可以通过人工眼睛,恢复到日常生活中最基本的视觉;此外,还可以根据特定的功能,设计出辅助的视觉器材。

人工子宫人工子宫被设计出来是为了帮助那些生殖器官或胎儿出现异常的人们。

人工子宫可以提供外部支持,帮助胎儿正常发育,并等到胎儿发育到一定程度后,再将胎儿移植到人类母体中完成妊娠过程。

生物医学工程中的人工器官研究

生物医学工程中的人工器官研究

生物医学工程中的人工器官研究人工器官是指由科技手段制造出来的、可用来替代人体内部器官的设备。

这种设备通常是由生物材料、机械构件、电子元件或其他材料制成,它们的功能是模拟人体内部器官,从而取代失效或损伤的器官,以恢复人体器官正常的功能。

人工器官技术是现代医学中的一个新兴学科,被广泛应用于生命科学、医学、生物医学工程等领域。

它为人们提供了一个新的机遇,可以让他们从疾病和受损的器官中得到解脱,从而帮助他们重获健康。

生物医学工程作为一个新兴的交叉学科,将工程学、生物学和医学知识有机结合起来,不断开发新型的生物医学器械和设备,以帮助人类解决健康问题。

在其中,人工器官技术是一项非常重要的技术之一。

人工器官研究涉及领域非常广泛,从克隆器官到仿生机器人,都是人工器官研究的领域。

这些研究涉及到生物材料、生物工程、机械工程、电子工程等方面,是一项综合性极强的技术。

生物医学工程的发展和人工器官技术的不断进步让医疗科技发生了翻天覆地的变化,让医学变得更加高效和安全,帮助人类改善了生命质量。

在人工器官研究中,生物材料的研发是非常重要的一环。

生物材料是构成人工器官的材料之一,它可以模拟人体内部组织的外形和功能。

生物材料需要有一定的生物相容性,以免被人体的免疫系统逐渐排斥或出现过敏反应。

此外,生物材料还需要具有适当的物理性能,包括强度、持久性、形状可调性、可制造性等等。

生物材料的研发需要融合材料科学、生物学、化学等知识,研发出仿生的生物材料,从而更好地应用于人体内。

另一个关键性的问题是如何让产品能够更好的结合到人体组织中。

对于许多器官来说,这意味着必须考虑有机械和生化特性与人体组织相似的生物材料,从而使得器官在植入后不会被排斥。

生物技术、分子生物学以及基因工程技术的出现为解决这个问题提供了新的思路。

例如,科学家们采用了体内干细胞治疗的方法,将干细胞种植到损伤的组织中,从而激活组织自我修复的能力。

生物模仿技术是人工器官研究的重要领域之一,通过研究和模仿自然界中的生物器官,科学家们可以更好地理解生物组织的构成和组织结构,从而开发出更好的人工器官。

人工器官的研究和发展

人工器官的研究和发展

人工器官的研究和发展近年来,随着科技的不断发展和人们对健康的要求越来越高,人工器官的研究和发展已逐渐成为科技界和医学界的热门话题。

人工器官是通过仿照自然器官的结构和功能,利用高科技材料和先进技术制造出来的,可以替代或补充人体原有器官的功能。

目前,人工器官的研究和发展已经开始落地实施,它正在逐渐被应用于许多领域,如神经科学、肾脏病学、胰腺病学、眼科学等,极大地改善了患者的生活质量和延长了他们的生命。

1. 人工器官的种类目前,人工器官主要包括心脏、肝脏、肾脏、胰腺、眼睛等器官。

其中,最主要的人工器官是心脏和肾脏。

心脏病是人类死亡的主要原因之一,通过移植心脏可以挽救患者生命。

但是,由于器官移植的合适供体和移植体之间的配型问题,供体的匮乏和排异反应等问题,目前世界范围内器官移植受到很大的限制。

因此,人工心脏逐渐成为目前的研究方向。

人工心脏不仅可以替代有心脏问题的患者的心脏,而且可以降低器官移植所带来的各种风险。

肾脏同样也是人体内重要的器官之一,它主要负责排泄体内的代谢废物和液体,维护人体内环境的平衡。

而肾脏疾病的发生率却越来越高,导致严重的健康问题,如血透和腹膜透析等方法虽然可以维持患者生命,但是对患者的身体健康和日常生活质量带来了很大的影响。

因此,人工肾脏的研究和开发也逐渐成为肾脏疾病治疗的重要组成部分。

此外,人工器官还包括可植入式微型器官和人工胰岛等,这些人工器官的研制为治疗各种疾病和替换器官提供了新的途径。

2. 人工器官的材料人工器官的材料是制造人工器官所必须的。

目前,研究人员主要使用可降解的生物材料和仿生材料。

可降解的生物材料通常是由天然高分子和人工合成高分子组成的。

利用这些生物材料可以制造出符合人体生物学要求的人工器官。

具体来说,利用可降解的生物材料可以制备出人工骨髓、心脏、血管和肾脏等器官。

这些人工器官具有生物相容性好、生物活性高等优点,被广泛应用于医学治疗中。

仿生材料是一种结构和性能与天然组织相似的新型材料,也是人工器官研究中的重要组成部分。

生物医学工程中的人工器官

生物医学工程中的人工器官

生物医学工程中的人工器官在人类历史的长河中,曾经有那么一段时间,人类希望通过草药、祷告等方式去治愈疾病。

但是,这些方法并不能像现代科技那样给我们提供长久的解决方案。

因为,人体的结构是非常复杂的,而且人体器官本身就有着再生、更新的需求。

因此,在生物医学工程领域,人工器官的研究被广泛关注。

一、背景介绍人工器官最早可以追溯到1964年,美国的一位心脏外科医生Christian Barnard成功实施了人类第一次心脏移植手术。

但是,由于供体的限制和排斥反应等问题,人类移植手术并没有真正意义上的解决问题。

而人工器官的出现则提供了另一种解决方案。

二、生物医学工程中的人工器官人工器官是一种通过人工手段来代替生物体的功能。

目前,生物医学工程领域中人工器官的研究已经在不断发展和进步。

而且,人工器官未来的应用前景也非常广阔。

(一)常见的人工器官1.心脏人工心脏是人体最重要的器官之一,它具有传输血液的功能。

目前,奈加(NIH)的一份报告指出,有200万人死于心脏病。

因此,心脏病的治疗一直以来都是生物医学工程领域的研究热点。

人工心脏是目前心脏病治疗领域中最具有发展前途的技术之一。

2.肝脏肝脏是一个重要的代谢器官,它可以过滤身体中的毒素,并将荷尔蒙转化为可处理的形式。

肝脏疾病的发生严重影响身体的各项机能。

人工肝脏是目前生物医学工程领域中的热点研究方向之一。

3.肾脏人的肾脏可以过滤身体中的废弃物质。

如果肾脏失去功能,血液中的废品就会在身体内积聚,引起身体的其他器官受损。

人工肾脏的出现为它们提供了新的治疗方案,从而提高了生存几率。

(二)人工器官的研究目前,人工器官的研究主要集中在以下几个方面:1. 仿生设计仿生设计是将自然界的一些机制与技术进行结合,实现对生物组织的仿真,实现对生物器官的重建。

例如,仿生设计的材料可以解决排斥反应、高代价等问题。

2. 组织工程组织工程可以将细胞种植在特定的材料中,形成人工组织或器官。

如此可以解决人工器官排异反应的风险。

作文《探秘人体器官》

作文《探秘人体器官》

探秘人体器官篇一探秘人体器官小时候,我特别好奇人体,觉得人体就像一个超级复杂的乐高积木,各种零件组合在一起,竟然能跑能跳能思考,简直神乎其神!尤其对内脏器官充满了神秘感,感觉它们藏在身体里,默默地工作,出力不讨好,想想就觉得伟大。

记得有一次,我肚子疼,疼得我死去活来,感觉五脏六腑都在抗议。

我妈带我去医院,医生让我躺在检查床上,然后拿了个冰冰凉凉的东西在我的肚子上滑来滑去,那感觉……怎么说呢,就好像一坨果冻在我肚子上四处乱窜,又滑又冷,简直不像是检查,倒像是玩大型真人版“猜猜我在哪儿”游戏。

最后,医生告诉我,我得了肠胃炎,肠子闹脾气了,必须乖乖吃药,好好休息。

那次经历让我对肠子这个器官有了更深刻的认识,它虽然躲在肚子里面,平时不声不响的,但它一旦闹起小脾气来,威力可是不容小觑!想想它每天辛辛苦苦地消化食物,吸收营养,还得处理各种“废物”,真是辛苦啊!我突然觉得,我应该好好善待我的肠子,少吃些垃圾食品,多吃点蔬菜水果,让它好好工作,别再让它“罢工”了。

篇二探秘人体器官说起人体器官,心脏绝对是主角中的主角!它日夜不停地跳动,为全身输送血液,真可谓是“永动机”啊!以前我对心脏的认识,仅限于教科书上那些枯燥的解剖图,以及偶尔在电视上看到的那些心脏手术画面,感觉离我很遥远,很神秘。

直到我外婆生病住院,我才知道心脏病有多可怕。

外婆因为心脏不好,经常胸闷气短,脸色苍白。

那天去医院探望她,看到她虚弱的样子,我心里很难受。

医生说外婆需要做心脏支架手术,我当时就懵了,支架?这玩意儿怎么放进心脏里?手术过程又是怎样的?我脑子里充满了各种疑问和担忧。

手术后,我看到外婆逐渐恢复健康,看到她脸上重新绽放的笑容,我心里也轻松了不少。

那段时间,我对心脏的理解不再是简单的书本知识,而是一种切身的感受,一种对生命的敬畏。

我开始关注心脏健康,我明白心脏不仅是一个器官,更是生命的重要支柱。

篇三探秘人体器官要说最神奇的人体器官,我觉得非大脑莫属!它掌控着我们的思维、情感、行为,是指挥中心,是人体最宝贵的财富。

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序号:成绩:论文题目:论人工心脏之未来课程名称:人工器官探秘课程代码:0000ZRTX04-201延边大学医学院15麻醉姓名:高相茸2016年7月18日论人工心脏之未来延边大学医学院15级麻醉专业高相茸摘要人工心脏是利用机械的方法把血液输送到全身各器官以代替心脏的功能。

人工心脏可分为辅助人工心脏(VAD)和完全人工心脏(TAH)。

人工心脏是科学家为了挽救越来越多的心脏病患者的生命而研制出来的一种人造器官。

关键词人工心脏辅助人工心脏完全人工心脏心脏病是人类死亡的第二大杀手。

在人体心脏因病损而部分或完全丧失功能而不能维持全身正常循环时可移植一种用人工材料制造的机械装置以暂时或永久地部分或完全代替心脏功能、推动血液循环,这种装置即人工心脏。

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。

人工心脏起搏器实际上是人工制成的一种精密仪器。

它能按一定形式的人工脉冲电流刺激心脏,使心脏产生有节律地收缩,不断泵出血液以供应人体的需要。

人工心脏基本上是由血泵、驱动装置、监控系统、能源四个部分构成。

人工心脏血泵有多种形式,但从原理结构上大体分为膜式血泵、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。

人工心脏瓣膜是控制人工心脏血液的单向阀,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。

人工心脏驱动系统是供给人工心脏血泵工作的功能。

形式多样,大致可分为机械、电动、磁力、气压、液压五种形式。

人工心脏监控系统是用于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。

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。

辅助人工心脏有左心室辅助、右心室辅助和双心室辅助,以辅助时间的长短又分为一时性辅助及永久性辅助两种。

完全人工心脏包括一时性完全人工心脏、以辅助等待心脏移植及永久性完全人工心脏。

人工心脏移植为一种治疗心衰的手段,是心脏移植术有效的替代方案。

罗伯特·图尔斯,全球第一位全内置式人工心脏移植患者,在移植手术后近5个月于11月30日在美国肯塔基周路易斯维尔大学附属的犹太医院去世,享年59岁。

在心脏移植手术之前图尔斯先生已是心脏病晚期,几乎卧床不起。

病后的他与病前相比整整瘦掉了50磅,骨瘦如柴,甚至连抬头的气力也没有。

严重的心脏病留下的广泛性疤痕组织使得他的两个心室几近瘫痪,肺部也充满了积水。

心脏的工作原理:人的心脏大小大约如本人的拳头,外形像桃子,有左心房、左心室、右心房、右心室四个腔,位于横膈之上,两肺之间而偏左,主要由心肌构成。

心脏四个腔中,心壁最厚的是左心室,因为左心室收缩,把血液输送到全身各器官,距离远,需要的动力大;在心脏的四个腔中,左心流的是动脉血,右心流的是静脉血。

左心房连通肺静脉,右心房连通上下腔静脉,左心室连通主动脉,右心室连通肺动脉。

血液在心脏和全部血管组成的管道中进行的循环流动叫做血液循环,根据循环途径的不同将血液循环分为体循环和肺循环两部分。

体循环是指血液由左心室进入主动脉,再流经全身的各级动脉、毛细血管网、各级静脉,最后汇集到上、下腔静脉,流回右心房的循环,在体循环中,血液由动脉血变成静脉血。

肺循环是指血液由右心室流入肺动脉,流经肺部的毛细血管网,再由肺静脉流回左心房的循环,经过肺循环,血液由静脉血变成了动脉血。

心脏的作用是推动血液流动,向器官、组织提供充足的血流量,以供应氧和各种营养物质,并带走代谢的终产物(如二氧化碳、尿素和尿酸等),使细胞维持正常的代谢和功能。

此外,体温相对恒定的调节,也都要依赖血液在血管内不断循环流动,而血液的循环是由于心脏“泵”的作用实现的。

在生命过程中,正常心脏始终是有节奏、有规律性跳动,一般成年人每分钟心跳约60-80次,平均为75次。

儿童的心率比较快,9个月以内的婴儿心律每分钟可达140次左右。

心脏好比人体内部的引擎,驱动人体的各个部分正常运转。

从本质上而言,心脏是一种通过肺脏和机体维持供氧和血液循环的肌肉泵。

一天之中,人的心脏要压送约7570升的血液。

血液在心脏中是按单方向流动,由左、右心房流向左、右心室;由左、右心室泵入主动脉和肺动脉,这样形成了心脏内血液的定向循环,通过各级动脉分布至全身。

人体各器官的正常生理活动需要心脏供给足够的血液,而心脏的正常工作需要冠状动脉提供足够的血液,当冠状动脉无法满足时,心肌细胞因缺氧而凋亡,患者因此出现心悸、胸痛、胸闷、呼吸困难等症状。

人工心脏的研制经过材料与血泵—能源与驱动—监测与控制三个阶段完成制作。

材料应具有优良的生物性能,即组织相容性、血液相容性、生物老化;优良的物理化学性能,即表面性能、力学性能。

常用材料有硅橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、嵌段聚氨酯。

目前将隔膜改进为多层结构接触血液面强调抗血栓和血液冲刷时的物理化学稳定性和良好柔顺性,其它层面强调抗疲劳和机械运动功能。

血泵是人工心脏的主要部件,部分人工心脏含一个血泵,全人工心脏含两个血泵。

分为滚压泵、离心泵、气压泵。

血泵的外形呈半圆形、椭圆形、钟罩形、管形。

血泵内腔以隔膜分成血腔、传动腔。

血泵博动一次,完成一个人工心脏的舒缩周期。

能源应有可靠来源,有足够功率,易于补充或更换,便于携带或移动,安全无害清洁。

主要能源有交流电能、直流电能、核能、生物电能。

驱动主要采用压缩气体、压缩液体或推板。

驱动装置有气体压缩机—电磁阀驱动装置、热发动机—活塞驱动装置和螺旋管—推板驱动装置。

检测是指检测单元,包括记录和报警感知人体变化信息。

检测单元的主要部件有传感器(换能器)要求灵敏、真实、清晰、及时;处理器对来自传感器的信息整合处理。

控制是指控制单元,控制参数如心率、心输出量、心动周期。

控制方式分为同步、非同步、闭环和开环。

控制要求是在任何给定时刻,动态调节人工心脏的输出量,以达到人体所需水平,同时使血流动力学状态维持在人体可以接受的生理限度之内。

[1]最新的微型血泵还可植入主动脉内,通过促进局部血流而达到辅助整体循环的效果。

要想制成像自然心脏那样精确的组织结构、完全模拟其功能的人工心脏是极不容易的,需要医学、生物物理学、工程学、电子学等多学科的综合应用及相当长时期的研究。

世界上虽已进行了几例完全人工心脏临床应用,但目前人工心脏仍处于动物试验为主的研究阶段。

但已有的临床应用表明,完全人工心脏能代替自然心脏功能,用其较长维持循环是可行的,其前景是乐观的。

近年来,由于材料加工、血泵结构、驱动设计、监测控制、手术操作和术后监护等一系列技术的改进和发展,人工心脏的耐久性和生物相容性都明显提高,使用时间也相应延长,其临床运用得到了进一步开展,也使心脏长期移植成为可能。

[2]植入式人工心脏泵要求体积小、质量轻、功耗低,为了满足这些要求,需要研究磁悬浮人工心脏泵的轴承特性。

[3]因此采用无位置传感器反电势检测方法。

人们希望人工心脏为高效率、小型化,达到全植入体内或随人体活动保持较长时间的正常可靠运转,改善病人的生活质量,使病人恢复到正常生活,甚至能够离开医院回到家中。

因此,对人工心脏的测量控制技术也提出了更高的要求,其也已成为制约患者生存率的主要因素。

心脏每时每刻都在接受人体的各种信息,并通过一系列调节机制机理自动地调节其功能,以适应人体的变化。

人工心脏的控制应能模拟自然心脏的工作方式,使人工心脏的工作更加符合血液动力学和血液流变学原理,提高病人的生活质量。

从临床或动物实验的情况来看,目前完全模拟自然心脏的作用和功能是很困难的。

在自然心脏中,心肌的每次收缩都需要电刺激,心电信号从窦房结沿结间束、希氏束等以辐射状传遍心房和心室,因此需要在控制中加入心电信号。

通常又将这种控制方法分为:与自然心脏的收缩和舒张期同步或非同步两种。

在同步方式时,血泵和自然心脏在舒张期时同时充注,在收缩期同时排空;而在非同步方式,血泵可在心动周期的任何时段泵血。

Ohuchi K.等提出了应用心率的控制方法。

丁以群等通过主动脉瓣膜关闭时间与QRS峰值点的关系,拟合同步左心辅助时的触发延迟时间,利用心电控制人工心脏工作。

人工心脏中的压力传感器、流量传感器等可以直接测量心血管生理变量,但通常是入侵式的,易引起血栓,不适宜在人体长期使用。

现在,利用人体的神经信号比如迷走神经和交感神经来控制人工心脏系统也在研究中。

此外,人工心脏工作的温升也是一个影响装置安全性的重要参数,需要监测和控制。

对长期移植来说,为了达到自动工作及可靠性的提高,器件的控制系统必须工作在闭环控制方式,通过多个生理参数来监测人工心脏的工作状态、硬件的工作是否正常、监测参数变化是否在允许的范围区间、变化率是否合理、控制者发出的指令是否合适等,并利用简单可靠的算法及时自适应调整人工心脏的运转,满足病人对人工心脏的要求。

预计将来可以将人工心脏与集成电路芯片结合起来,能量传输也将通过可植入无线网络传输、并通过生物传感器根据更多血流动力学指征根据自体适时需要控制人工心脏的运转。

还有望研制具有感知功能的人工心脏,实现血泵的有效控制。

此外,还可以通过网络,建立生物信息遥测系统,远程监测人工心脏的工作,基于测量数据、病人的以往及现在的身体状况,决定血泵的工作状态。

随着人工心脏向智能化、微型化、耐用性强及人性化的方向发展,将来有可能实现真正意义上的长期、永久植入的人工心脏。

心脏移植是治疗终末期心脏病人的有效方法,但由于心脏供体的缺乏,使许多患者在等待供体的过程中死亡。

因此,人工心脏是目前解决心脏移植供心来源不足的一种很有前景的方法,其研究日益引起人们的兴趣和关注,在挽救危重病人、为心脏移植争取时间方面以及帮助严重心衰的患者渡过危险期至心脏功能恢复都起到了越来越重要的作用。

人类的心脏是具有精确控制作用的精致器官,虽然其生理机能目前还不完全清楚,但作为临时取代心脏功能的人工心脏已可以在许多医院中看到,并大量使用。

但完全人工心脏仍在研究阶段,未来的人工心脏将驱动装置小型化并植入人体。

在美国,每年等待心脏移植的病人超过50000,而实际接受心脏移植的仅2000人。

在中国每年有1000万心脏衰竭的患者,其中,200-300万人因心衰而死亡。

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者人工心脏的发展。

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。

参考文献[1]李津荣,翁铭庆。

人工心脏研究进展,国外医学生物医学工程分册,2000,23(2):15-21[2]李红伟,范友鹏,张云鹏,刘淑琴,关勇。

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