A Basic Study on a Magnetic Fluid Driven Artificial Heart

자성유체에 의해 구동되는 인공심장에 관한 기초연구

A variety of actuators fur an implantable artificial heart have been studied. They, all, however, share the disadvantages of a complicated energy conversion mechanism and of the need to use bearings. A ferrofluidic actuator directly drives magnetic fluids by applying a magnetic field to these fluids; it does not require bearings. In this study, the feasibility of a ferrofluidic actuator for an implantable artificial heart was studied. An way of two Poles of ring solenoids was mounted near the acrylic tube $({\phi}\;7.4mm)$. A rubber sack (volume : $2m{\ell}$ was connected to both ends of the acrylic tube. The sack were encased in a rigid chamber that had inlet and outlet ports. The acrylic tube and the rubber sack were filled with water encased in a rigid chamber magnetic fluid and the iron cylinder were immersed in the water. Two experiment method was conducted. 1) distance between stoppers were 72mm and 2) distance between stoppers were 104mm. A stroke volume was stability and $0.96m{\ell}$ was obtained in the experiment 1 and $1.92m{\ell}$ in the experiment 2. The energy efficiency of Experiment method 2 is about five times than Experiment method 2. A magnetic fluid-driven blood pump could be feasible if the magnetic fluid with high magnetization (3 times yester than the current value) is developed.

완전이식형 인공심장에 적용하기 위한 여러 형태의 액츄에이터가 개발되어 있으나, 이들은 에너지 변환 메커니즘의 복잡성 및 베어링 등이 필요하다는 단점이 있다. 자성유체를 사용하는 자성유체액츄에이터는 유체의 외부에서 자장을 인가하여 직접적으로 유체를 구동하는 방법으로 베어링이 필요 없는 장점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 인공심장에 적용 가능한 자성유체 액츄에이터의 가능성에 대하여 검토하였다. 아크릴 $({\phi}\;7.4mm)$에 두 개의 환상 솔레노이드가 장착되어 있으며, 아크릴관의 양단에 작은 고무주머니(부피: $2m{\ell}$)를 부착하여 입출력포트로 사용하였다. 아크릴 관 및 고무주머니는 물로 채우고 아크릴 관 중앙에 자성유체 및 구동체(철심)가 삽입되어 있다. 2가지의 방법으로 실험을 하였으며, 실험1은 양단 스토퍼의 간격이 72m이며, 실험2는 양단 스토퍼의 간격이 104mm이다. 실험결과 1회박출량을 살펴보면, 실험1은 $0.96m{\ell}$, 실험2에서는 $1.92m{\ell}$을 얻을 수 있었다. 또한 에너지효율은 실험2가 실험1에 대하여 5배정도로 우수한 것을 알 수 있었다. 향후, 본 연구에서 사용한 자성유체보다 3배정도 자화특성이 우수한 자성유체가 개발되면, 자성유체액츄에이터를 사용한 인공심장의 개발가능성이 있음을 알 수 있었다.