미세유체 외부막산소공급기 프로토타입에서 용혈의 경험적 및 계산적 평가

미세유체 장치는 초고투과성을 가진 새로운 막을 통합하여 혈액량이 적은 휴대용 장치로 기존의 혈액투석 및 산소화 기술의 한계를 극복할 것으로 기대됩니다. 그러나 이러한 장치의 특성상 작은 차원은 혈액 성분을 손상시킬 수 있는 비생리학적 전단력과 수송을 방해하는 층류 흐름에 기여합니다. 의료 장치(예: 밸브 및 혈액 펌프)에서 용혈을 경험적으로 및 계산적으로 연구하기 위한 많은 연구가 수행되었지만, 미세유체 장치에서의 혈액 손상에 대해서는 알려진 바가 적습니다. 본 연구에서는 대표적인 미세유체 막 기반 산소공급기의 네 가지 변형과 두 가지 대조군(양성 및 음성)을 도입하고, 계산 모델을 사용하여 용혈을 예측했습니다. 시뮬레이션은 ANSYS Fluent에서 전력 법칙 용혈 모델에 대해 아홉 개의 전단 응력 기반 매개변수 세트로 수행되었습니다. 우리는 아홉 개 테스트 매개변수 중 세 개가 경험적 실험에 비해 용혈을 과도하게 예측(5~10배)하는 것을 발견했습니다. 그러나 세 개의 매개변수 세트는 낮은 전단 조건의 장치에서 용혈 값에 대한 더 높은 예측 정확도를 보였으며, 나머지 세 개의 매개변수 세트는 높은 전단 조건에서 작동하는 장치에 대해 더 나은 성능을 보였습니다. 장치를 재순환 루프에서 경험적으로 테스트한 결과 용혈 수준이 유의미하게 낮았습니다(10 ppm). 다양한 전단 조건에서 용혈 예측에 대한 모델의 능력을 평가하고, 경험적 실험 및 계산 검증을 통해 향후 미세 ECMO 장치 개발을 위한 귀중한 통찰력을 제공하면 기하학적 및 전단 응력과 용혈 수준 간의 직접적인 관계를 입증할 수 있습니다. 우리는 테스트 장치의 전단 범위를 기반으로 한 용혈 매개변수의 정보에 입각한 선택을 통해 계산 모델링이 새로운 고유량 혈액 접촉 미세유체 장치 개발에서 경험적 테스트를 보완할 수 있으며, 보다 효율적인 반복 설계 프로세스를 가능하게 할 수 있다고 제안합니다. 더욱이, 우리의 연구에서 측정된 생리학적으로 관련된 유량에서의 낮은 장치 유도 용혈 수준은 미세유체 산소공급기 및 투석기 개발의 미래에 대한 희망을 줍니다.