基于磁致伸缩效应的磁弹性微谐振子血管内破栓方法研究

To satisfy the increasing demands on a more secure, reliable, fast and effective method to get rid of thrombus and expand blood vessels, a new magnetostrictive mechanical vibration method of magnetoelastic micro-resonators for thrombus dissolution is proposed and studied, utilizing the micro/ nano-fabrication technology, and micro-electro-mechanical systems (MEMS) technology. Given the fact of viscous blood environments and various thrombi with different mechanical properties and structures, design and optimization method on the structures and vibration modes of the magneto-elastic micro-resonators is studied. External varying magnetic field exciting and real-time monitoring technology is studied. Low-cost mass production technology ensuring highly consistent performance of micro-resonators is studied, as well as the bio-compatible surface modification technology. In the end, the magnetostrictive mechanical vibration method of magnetoelastic micro-resonators for thrombus dissolution in secure, reliable, fast, effective manner is very promising and will be promoted through the basic research work above.

面向更加安全可靠、快速有效破除血栓和扩容血管的应用需求，在微纳加工和微机电技术基础上，基于磁致伸缩效应，探索一种无线激励方式的在血管内利用磁弹性微谐振子机械振动进行破除血栓、扩容血管的新方法。在血液等较为粘滞液体环境下针对不同机械特性与结构的血栓，研究磁弹性微谐振器谐振模态和谐振结构的设计和优化方法。实现外部可变磁场谐振激励方案和实时监测技术。研究低成本批量制造性能高度一致的微磁弹性谐振器的工艺方案，以及利用生物兼容材料对其进行包裹或屏蔽的疏水性表面修饰技术。通过以上基础研究工作，形成对血管中血栓进行快速、安全破除的新型磁弹性微谐振子机械振动破栓技术。

近年来，随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，血栓性疾病的患者数量逐年明显增加，年龄也逐渐从老年趋向中年。血栓性疾病已经成为威胁人类健康和生命的重要疾病，给患者及其家人乃至社会都带来巨大痛苦和沉重负担。现有医疗手段和研究工作，包括药物溶栓、血管重建手术、微机械搅拌器溶栓、超声溶栓等方法在解决实际问题上都存在很大的片面性，必需探索一种新的更加快速有效、安全低风险的治疗方法。本项目探索了一种无线激励方式的在血管内利用磁弹性微谐振子机械振动进行破除血栓的新方法。磁致伸缩材料是一种新型功能材料，具有输出功率大、能量密度高、响应速度快、频率特性好、无疲劳、无过热失效等特点。本项目设计了一种破栓MEMS结构，对其进行了相关的力学分析，进而设计整个破栓执行器的尺寸。研究磁弹性微谐振器谐振模态和谐振结构的设计和优化方法，并利用精密机械加工（电火花），将其制造出来。随后对激励磁场线圈进行设计，设计了针对此破栓执行器的激励线圈的尺寸，并对其制作。利用三通结构，我们定义了流量比即两支管的流速比，由此评估破栓的效率并搭建了破栓需要的实验平台。研究结果表明，在破栓执行器作用下1个小时，置于模拟血管之中小鼠血栓就破碎成一片一片。破碎后血栓微粒，只有几十微米大小。在不同模态时对破栓效率进行测试，可知在第一模态和第三模态时，效果比第二模态时效果要好，破栓效率更高。