Ферромагнитные жидкости давно используются в ряде отраслей; с их помощью производят и акустические колонки, и бронежилеты. Новая разработка стартапа Suprock Technologies из США использует их в прототипе инновационной системы искусственного сердца. Одна из модификаций последнего обходится не только без клапанов, но и вообще без движущихся деталей.

Прототип, действующий по принципу перистальтического насоса, обещает значительно более плавную работу и беспроводную подзарядку. (Фото Suprock Technologies.) 

Нынешние искусственные желудочки и более сложные вживляемые приборы, частично или полностью замещающие человеческое сердце, имеют множество недостатков, не позволяющих даже ставить вопрос о замене на них обычного пересаживаемого сердца. Но роль искусственных систем всё же велика: находясь в очереди на трансплантат, пациент с такой системой может прожить весьма долгое время, что без искусственного желудочка или сердца было бы невозможным. Сегодня это основная временная мера, позволяющая человеку с тяжёлой сердечной патологией дотянуть до пересадки. Часто аккумулятор в таких системах весит несколько килограммов, а перезаряжать их приходится раз в 12 часов.

Так называемые ферромагнитные жидкости, конечно, не ферромагнитны, у них нет остаточной намагниченности. Зато они сильно поляризуются во внешнем магнитном поле. Это коллоидные системы, состоящие из ферромагнитных частиц нанометровых размеров, которые находятся во взвешенном состоянии в несущей жидкости — обычно органическом растворителе или воде.

Устройство, разработанное Крисом Супроком и его командой из Suprock Technologies, весьма неожиданно использует эти вещества. Первый прототип их искусственного сердца состоял из эластичной мембраны, содержащей ферромагнитную жидкость. Когда электромагнит под ней активируется, он притягивает к себе ферромагнитные частицы, содержащиеся в жидкости, заставляя мембрану — поверхность «сердца» — растягиваться. Сочетание нескольких таких устройств может имитировать деятельность сердца.

«Мембрану использовали многие, но на основе пневматики или гидравлики, однако, как мы обнаружили, ферромагнитные жидкости обеспечивают бóльшую точность и при этом более компактны, — замечает г-н Супрок. — Более того, ферромагнитная жидкость работает лишь от электричества и может подпитываться из экстракорпорального источника без физического контакта [методом электромагнитной индукции]».

Искусственные вспомогательные желудочки очень громоздки, нуждаются в частой перезарядке и обладают небольшим ресурсом (Иллюстрация My JewelThief.)

Сегодня разработчики экспериментируют с двумя видами прототипов. Первый представляет собой двухкамерный агрегат с клапанами (в котором при некотором желании можно узнать устройство обычного сердца). А вот второй прототип совершенно необычен: по сути, это перистальтический насос. Если в обычном насосе такого рода жидкость течёт по гибким трубкам, потому что ролики передавливают трубку и проталкивают жидкость вперёд, то в этой конструкции роликов нет, и трубка пережимается «мышцей» (эластичной камерой с ферромагнитной жидкостью) благодаря натяжению стенок.

Видеоматериал по второму прототипу:

Согласно Крису Супроку, второй прототип перспективнее, потому что в нём нет движущихся частей в обычном исполнении, ему не нужны клапаны или иные механические блокираторы потока жидкости. Существующие устройства искусственного левого желудочка используют турбонасосы, которые хуже не только по надёжности, но и потому, что разгоняют кровь не так плавно, создавая скачок давления на выходе из насоса. Перистальтический насос значительно «нежнее» увеличивает скорость крови, практически без скачка давления. Кроме того, он способен работать много дольше, поскольку в нём практически нет твёрдых движущихся компонентов. Отсутствие необходимости в аккумуляторах, вес которых у некоторых систем искусственного сердца доходит до 10 кг, также повышает практическую пригодность системы к клиническому использованию.

Подготовлено по материалам NewScientist.

Источник: http://science.compulenta.ru/686491/