人工心脏脉动切变流场对血细胞流变学和形态学特性的影响

人工心脏的溶血问题成为制约其临床应用的瓶颈，以往的研究都侧重于破裂血细胞溶血的宏观影响，而对大量未破裂的血细胞群的流变学和形态学特性的微观变化未关注过，周期脉动切变流场下多参数对血细胞变形、破坏的影响也未曾研究过。.本课题以人工心脏为背景，解析叶轮血泵的流场细节，得到速度分布、湍流应力、剪切应力等流动参数，探讨血细胞的流变学特性变化与流场的相关性。重点搭建类同于血泵的多层次、多量级剪切应力的周期脉动切变流场的细观模型，采用多层液滴模型和IFEM方法对血细胞在该流场下的运动进行数值模拟和Micro-PIV测量，再现血细胞的运动、变形和破坏的全过程。探讨血细胞膜内外粘性、膜弹性刚度、交变预应力对血细胞变形破坏的影响，从能量转化角度解析血细胞的复杂力学行为，从而建立溶血指标和剪切应力、暴露接触时间的定量推广关系。从宏观和微观角度揭示溶血机理，为人工心脏和其他人工器官的优化设计提供理论指导。