自然界的生物，從微觀層面的原生動(dòng)物、動(dòng)植物精子，到宏觀層面上的大型海洋魚(yú)類(lèi)等，普遍采用尾部的擺動(dòng)作為運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。”胡笑奇介紹，利用魚(yú)類(lèi)尾部的擺動(dòng)形成流體的單向流動(dòng)，為仿生型無(wú)閥微泵的研究提供了新的設(shè)計(jì)
自古以來(lái)，自然界就是人類(lèi)各種技術(shù)思想、工程原理及重大發(fā)明的源泉，人們模仿鳥(niǎo)類(lèi)制造飛機(jī)、模仿蜻蜓制造直升機(jī)、研究蝙蝠開(kāi)發(fā)聲納，而在大海中，魚(yú)類(lèi)也給了人們不斷的啟發(fā)，船體、潛艇制造靈感都來(lái)源于此，甚至是人們?nèi)粘Ｖ谐Ｓ玫降碾姳谩?/p>
麗水學(xué)院胡笑奇博士深受魚(yú)類(lèi)啟發(fā)，近年來(lái)一直致力于“仿魚(yú)擺動(dòng)無(wú)閥壓電泵機(jī)理”研究，希望給糖尿病、帕金森綜合癥等患者的治療帶來(lái)新的方法。
無(wú)損傷體內(nèi)送藥仿生微泵顯身手
自然界的生物，從微觀層面的原生動(dòng)物、動(dòng)植物精子，到宏觀層面上的大型海洋魚(yú)類(lèi)等，普遍采用尾部的擺動(dòng)作為運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。”胡笑奇介紹，利用魚(yú)類(lèi)尾部的擺動(dòng)形成流體的單向流動(dòng)，為仿生型無(wú)閥微泵的研究提供了新的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。
在醫(yī)療器械領(lǐng)域，為了緩解每日多次注射而給患者帶來(lái)的痛苦，利用給藥泵實(shí)現(xiàn)持續(xù)輸液，已逐漸成為治療糖尿病、帕金森綜合癥和癌癥等病癥的理想給藥方式。”他告訴記者，以糖尿病治療為例，每天的注射胰島素給患者留下了抹不去的針孔，也讓他們感到內(nèi)心的“痛苦”。
由此胰島素注射泵應(yīng)運(yùn)而生，目前已由六十年代的床旁式發(fā)展到便攜式，體積僅有BP機(jī)大小，不但攜帶方便，而且胰島素的釋放更接近人類(lèi)正常的生理需求。隨著生活水平和醫(yī)療水平的提高，人們開(kāi)始探索植入式無(wú)損傷體內(nèi)給藥的可行性，仿生型無(wú)閥微泵能的研發(fā)進(jìn)一步的推動(dòng)了實(shí)現(xiàn)無(wú)損傷體內(nèi)送藥技術(shù)進(jìn)步，“給藥泵和膠囊封裝在一起而植入人體，可在體外控制體內(nèi)給藥泵的開(kāi)啟。”
除醫(yī)療器械領(lǐng)域外，仿生型無(wú)閥微泵概念以低耗、低噪、高效、無(wú)電磁污染等優(yōu)點(diǎn)，還將滿(mǎn)足生物化學(xué)、醫(yī)療、微機(jī)電、航空航天、精密儀器等領(lǐng)域的特殊需求。
柔性結(jié)構(gòu)決定微泵“生死”
胡笑奇回憶，2008年在南京航空航天大學(xué)攻讀博士期間，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下提出了“仿生型無(wú)閥微泵”的概念，雖然項(xiàng)目具有應(yīng)用前瞻性，但是作為博士畢業(yè)設(shè)計(jì)，緊迫的時(shí)間給其增添了不小難度。
微泵關(guān)鍵技術(shù)的振子研究遲遲無(wú)法突破，臨近畢業(yè)博士論文截稿時(shí)間緊迫，讓我們不得不面臨抉擇：堅(jiān)持還是放棄。”對(duì)于這段決定微泵項(xiàng)目生死的記憶依然如同發(fā)生在眼前，其實(shí)那時(shí)候胡笑奇和搭檔已經(jīng)決定，再進(jìn)行最后一個(gè)月的研發(fā)，如果無(wú)法突破關(guān)鍵技術(shù)就放棄整個(gè)項(xiàng)目。
這一個(gè)月，他和搭檔反復(fù)地查文獻(xiàn)，做調(diào)研，做不同材料的對(duì)比試驗(yàn)，幾乎每天在實(shí)驗(yàn)室里都會(huì)呆數(shù)十個(gè)小時(shí)。功夫不負(fù)有心人，在翻閱了無(wú)數(shù)資料，做了30多組的實(shí)驗(yàn)后，他們發(fā)現(xiàn)了解決振子運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵點(diǎn)：在仿生魚(yú)尾部加上柔性結(jié)構(gòu)。“偶然的發(fā)現(xiàn)就這樣拯救了整個(gè)項(xiàng)目，也讓我們順利完成了博士畢業(yè)論文。”
這項(xiàng)當(dāng)年差點(diǎn)“流產(chǎn)”的研究項(xiàng)目如今受到了多方關(guān)注，不僅獲得了國(guó)家專(zhuān)利授權(quán)，更是受到了浙江省自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金資助，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)的工作機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步研究。2012年進(jìn)入麗水學(xué)院工作后，胡笑奇團(tuán)隊(duì)還依托麗水學(xué)院快速制造中心3D打印技術(shù)，對(duì)真實(shí)魚(yú)體進(jìn)行了掃面和3D模型復(fù)原，研究魚(yú)體尾部結(jié)構(gòu)、尾鰭形狀等機(jī)理。他們相信，這些資源的加入為仿生型無(wú)閥微泵的下一步在生物化學(xué)、醫(yī)療、微機(jī)電、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 |