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  • 一个保存心脏肌肉(1)去除并用软质的合成基质(2)代替。两个结构(内心脏组织的和合成的矩阵)(3)使用的是新开发的粘合剂,tissuesil(4)接合。将得到的片BioHybrid心脏是包含保存心脏内的结构和合成的心脏肌肉(5)的容器。

    一个保存心脏肌肉(1)去除并用软质的合成基质(2)代替。两个结构(内心脏组织的和合成的矩阵)(3)使用的是新开发的粘合剂,tissuesil(4)接合。将得到的片BioHybrid心脏是包含保存心脏内的结构和合成的心脏肌肉(5)的容器。

    图片:清除公园

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  • 特写软机器人致动器的合成基质的可那一个心脏心室被缠绕并膨胀以挤压并以同样的方式实心脏泵血扭动心脏。

    特写软机器人致动器的合成基质的可那一个心脏心室被缠绕并膨胀以挤压并以同样的方式实心脏泵血扭动心脏。

    研究人员的形象礼貌。

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设计工程师仿生“心脏”,用于测试人工瓣膜,其他心脏设备

一个保存心脏肌肉(1)去除并用软质的合成基质(2)代替。两个结构(内心脏组织的和合成的矩阵)(3)使用的是新开发的粘合剂,tissuesil(4)接合。将得到的片BioHybrid心脏是包含保存心脏内的结构和合成的心脏肌肉(5)的容器。

设备进行心脏组织和机器人系统抽像真的一样的节拍。


随着老年人口预计将在未来十年内的气球,所以也将在美国心脏疾病的发生率。对于人工心脏瓣膜和其他心脏设备的需求 - 市场在更高的价值,今天是超过$ 5十亿美元 - 预计到近13%,在未来六年上升。

人工瓣膜旨在模拟一个真实的,在通过身体帮助血液循环健康的心脏瓣膜。然而,他们中许多人在努力改进这些设计必须反复进行测试,首先在单模拟器台式,然后在受试动物,达到人体试验前,这些问题作为阀门泄漏周围,和工程师 - 一项艰巨而昂贵的过程。

现在在bt365手机app和其他地方的工程师们开发了一种仿生“心脏”的优惠,以测试出人造心脏瓣膜和其他设备更逼真的模型。

该设备是真正艰难的是谁的生物心脏肌肉tissue've被替换的人工心脏肌肉的柔软机器人矩阵,类似泡沫包装。人工模拟肌肉的方位心脏的天然纤维肌肉的格局,在这样一种方式,当研究人员远程膨胀的气泡,他们一起行动,挤压和扭曲的内心脏,方式类似于一个真正的,整个心脏跳动和血液泵。

有了这个新的设计,他们称之为为“bi要么obotic混合动力心脏”的研究设想,设备设计者和工程师可以迭代和微调通过测试的BioHybrid心脏,实现大幅度减少心脏设备开发的成本设计更迅速。

“心脏器械监督管理测试需要多次试验和疲劳试验的动物,”艾伦罗氏,bt365手机app机械工程助理教授说。 “[新设备]可以代表现实中真正的心脏发生了什么,以减少动物的数量在测试或迭代设计更迅速。”

罗氏和她的同事们他们的研究结果今天发表在杂志 科学机器人。 她的合着者是主要作者,bt365手机app的研究生清晰公园,随着夷陵风扇,格雷戈尔·黑格,Hyunwoo议员,辛格MANISHA,红佳佳,并在bt365手机app宣昭,以及合作者从南洋理工大学,皇家外科学院在都柏林,波士顿儿童医院,哈佛医学院和马萨诸塞州总医院。

混合bi要么obotic心脏的下磁共振成像的结构。信用:克里斯托弗吨。阮

“心脏的力学”

来到bt365手机app之前,罗氏公司在生物医药产业简要地工作,帮助测试在实验室中人工心脏模型的心脏设备。

“当时我没感觉到任何这些台式设置的是代表两个解剖和心脏的生理生物力学,回忆说:”罗氏。 “有在设备测试方面尚未满足的需求。”

在研究为她的一部分在哈佛大学博士生分开工作,她开发的软,机器人,植入套,设计为环绕一个整体,活的心脏,以帮助其泵患者痛苦血液从心脏衰竭。

在bt365手机app,她和公园想知道,如果他们能够将二者结合起来的研究途径,大力发展混合动力心脏:这部分是用化学保存的心脏,移植的心脏组织和部分软人工致动装置的帮助心脏泵血液。这样的模式,他们提出,应该是一个更现实的和持久的环境中测试心脏设备,随着模型,要么是完全人造的,但不捕捉到心脏的解剖结构复杂,还是从实际移植的心脏制成,高要求相比,控制的条件下,以保持组织的活力。

考虑到球队短暂地包裹整体,外植心脏的软机器人套,与罗氏的前期工作,但意识到心脏的外部肌肉组织,心肌,僵硬迅速从体内取出时。由套筒任何机器人收缩将无法充分转化为心脏内。

相反,团队开始寻找方法来设计机器人软基体,以取代心脏的肌肉组织中自然,材料和功能两者。他们决定尝试他们首先想到了心脏的左心室,在心脏四个腔室一个,把血液泵到的身体的其余部分,而右心室使用较小的力将血液泵到肺部。

“左心室是一个重新赋予其较高的工作压力就越难,我们先来硬的挑战,”罗氏说。

心脏地带,白布

的心脏通常通过挤压和扭转泵送血液,运动的复杂组合即肌纤维的沿着外心肌对准的结果,每个心脏的心室的盖。该小组计划制造人造肌肉类似充气泡沫,心肌的方向自然对齐的矩阵。这些模式,但通过研究复制三维心室的几何证明极具挑战性。

他们遇到了最后螺旋室心肌带理论,概念,即心肌是一个大的螺旋条带基本上是围绕每个心脏的心室的包裹。 ESTA理论仍然是讨论一些研究者的对象,但罗氏公司和她的同事们把它作为灵感他们的设计。而不是试图左心室的肌肉纤维取向从一个3D透视复制,球队决定取消心室的外侧肌肉组织和展开,以形成一层长,平带 - 一个几何形状,应该是更容易重新创建。在这种情况下,他们用心脏组织从外植猪心脏。

协同共主要作者阮克里斯在MGH,研究人员使用弥散张量成像,一种先进的技术,该技术典型地如何水在大脑流经白质的轨道,以左心室的白布,二维的微观纤维取向映射肌肉带。然后,他们制造从薄空气管人造肌肉纤维,每个连接到一系列可充气袋或气泡的图案化之后他们成像的肌肉纤维取向的矩阵。

的心脏模仿bi要么obotic混合运动心脏的超声心动图下泵送运动。信用:赛义德Mossab

软基质的组成硅氧烷的两层,具有粘附,以及激光切割纸张,这确保了气泡在一个特定的取向膨胀的两层的各层在它们之间的水溶性层,以防止。

另外,研究人员开发出一种新型的生物粘合剂粘上泡沫包装皇家的心室,心脏内的组织。而对于生物组织彼此接合,和类似材料,以及对彼此以硅氧烷存在粘合剂,该球队实现几个软粘合剂做粘合在一起的生物组织随着合成材料,有机硅特别的适当的工作。

有了这么罗氏在bt365手机app合作赵,机械工程副教授,专注于开发基于水凝胶的WHO粘合剂。新的胶粘剂,tissuesil命名,是由在心脏组织成分的化学交联过程中的官能硅,以债券,制造。其结果是一种粘性液体,研究人员刷在软机器人矩阵。他们还刷胶水到一个新移植的猪心脏左心室这有它的ITS中删除,但保留下来的心内膜结构。当他们缠ESTA人工肌肉组织基质,这两个紧密结合。

最后,研究人员放置在模具中,他们以前投原来,整个心脏的整个混合动力心脏,并填补了模具硅包住在一个统一的混合动力心脏覆盖 - 这在类似的形式,以实际产生的台阶这保证了心脏和机器人紧贴围绕泡沫包装真正的心室。

“这样一来,你从合成肌肉的生物组织运动的不赔传输,”罗氏说。

当空气泵入研究者泡沫包装自然的频率形似心脏的跳动,和成像的仿生心脏的响应,它类似于方式真正心脏的通过身体将血液泵移动的方式收缩。

最终,研究人员希望作为一个真实的测试环境,以帮助设计师心脏设备使用仿生心脏:如人工心脏瓣膜。

“想象一下,一个病人心脏装置植入前他们的心脏本来扫描,然后调整设备可以临床医师最佳的患者在手术前表现良好,” Nyugen说。 “此外,通过进一步的组织工程,我们可能会看到bi要么obotic混合动力心脏被用作人造的心脏 - 鉴于整体心脏衰竭疫情数以百万计的人都是有竞争力的心脏移植名单的怜悯非常需要潜在的解决方案。”

这项研究是由美国国家科学基金会的部分资助。


主题: 生物工程和生物技术, 医学, 卫生科学与技术, 土木与环境工程, 学院为医学工程和科学器(IME), 机械工业, 研究, 机器人, 工程学院, 科学学院, 美国国家科学基金会(NSF)

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