王桂莲, 孙云娜, 姚锦元, 王 艳, 丁桂甫, 章巧琪

(1.上海工程技术大学 电子电气工程学院,上海 201620；2.上海交通大学 电子信息与电气工程学院 微米/纳米加工技术国家重点实验室,上海 200240；3.上海市宝山区中西医结合医院,上海 210999)

0 引 言

血管类疾病尤其是血栓已成为威胁人类健康的一类重要疾病,由此衍生出的人造血管技术是近年来研究人员关注的研究热点[1～4]。自20世纪50年代以来,人们陆续尝试各类人造血管技术[5～7],目前该项技术问题主要集中在血管材料和制备方法这两个方面：一方面探索各种合成纤维织物在人造血管中的应用；另一方面,使人造血管构造更接近天然血管。

虽然目前对于较大管径人造血管研究相对成熟且已有应用的实例,但静脉小管径(<100 μm)的微型人造血管研究尚十分有限。众所周知,1 mm以下的血管随着血管管径的变细,血液的流速和压力也随之递减,低血压和低流速为血栓和内壁异常增生提供了“温床”。同样,微米(μm)级的人造血管也面临着同样的问题。李毓陵等人[8～10]针对PET基材的小直径人造血管的力学性能进行分析,讨论了溶液参数和工艺参数对小血管结构和形态的影响。关颖等人[3]结合丝素纤维和涤纶设计并制备了丝涤混构小管径人造血管,分析人造血管的优化制备结构和工艺。楚增勇等人[11,12]采用理论分析的方法对中空纤维管的结构与纺丝工艺之间的规律进行了探索。伴随微加工技术的飞速发展,目前实现小直径人造血管的方法主要有2种：3D微型化打印技术和喷丝成型技术。其中,3D微型化打印技术是通过3D建模和叠层成型技术,可形成各种复杂的微型化中空管路构造。

本文基于流体仿真技术,分析两种成型技术下制备的血管内壁结构对血液输送能力的影响。重点讨论3D成型血管中内壁凸起结构,流体粘度等因素对小管径人造血管内部流场的影响,为这两类制备技术在人造血管中的应用提供必要的理论参考。

1 模型介绍

3D打印采用聚合物细丝环绕叠层的方式制备人造血管,聚合物细丝在基态上环绕并定位堆叠,逐渐形成中空管状结构。微加工喷丝制备则先是制备出符合人造血管轴截面的喷嘴形状,然后将流动聚合物前驱体加压经由喷嘴挤压快速成型。两种制备方法都借助柔性聚合物成型,然而形成的人工血管内壁面构造却完全不同,在3D打印方法中,聚合物细丝环绕堆叠的中空管状结构其壁面保留了聚合物细丝的凸起,这些凸起正好与血流方向垂直,如图1(a)所示,内壁会形成连续波纹状的凸起阵列。……