Wyzwań związanych z konstrukcją takiego organu jest co niemiara. Materiały, z których będzie wykonane sztuczne serce, muszą wytrzymać otoczenie pracy – wnętrze właściciela – i nie mogą być dla niego toksyczne. Cała konstrukcja musi być niezawodna, ponieważ serce nie może się zatrzymać ani przegrzać. Do tego dochodzą wymagania przestrzenne, bo prawdziwy sztuczny zastępnik naszego najważniejszego organu powinien zmieścić się w gabarytach swojego naturalnego pierwowzoru.

Nie można wreszcie zapominać o sercu samego serca, czyli o mechanizmach odpowiadających za przetaczanie krwi. Jak tłumaczy mgr inż. Sebastian Bartel z Politechniki Śląskiej, dotychczas można je było podzielić na dwie klasy. W pierwszej znajdowały się urządzenia napędzane elektromagnetycznie – płynący przez jakiś element prąd poruszał magnesem, który z kolei zapewniał przepływ krwi. W drugiej znajdziemy urządzenia z napędem pneumatycznym, a więc zbliżone zasadą działania do miecha kowalskiego.

Niestety, żadna z tych klas nie jest wolna od wad. Napęd elektromagnetyczny najczęściej wykorzystywano w pompach z ciągłym przepływem, a jak wiemy, serce nie pracuje w taki sposób. Z kolei urządzenia pneumatyczne działają pulsacyjnie, tak jak oryginał, ale są nieporęczne. Zabrakło natomiast urządzeń, które łączą napęd elektromagnetyczny z pulsacyjnym działaniem – mówi Bartel, który do spółki z dr. hab. Tomaszem Trawińskim postanowił zbudować właśnie takie urządzenie.

Prototyp jest mniej więcej wielkości ludzkiego serca, mieści się w garści. W środku znajdziemy uzwojenia oraz wirnik z magnesów neodymowych – to one będą „odpychane” przez powstałe podczas przepływu prądu pole magnetyczne. Całość jest tak skonstruowana, że wirnik zamiast kręcić się dookoła, wychyla się tylko o 45 stopni, a więc jest wprowadzany w ruch wahadłowy. To ten ruch imituje cykl skurcz–rozkurcz serca.
Całość jest sterowana przez zaprogramowany przez Bartela układ scalony, który tak zarządza cyklem skurcz–rozkurcz, aby w efekcie objętość wyrzutowa przetaczanej krwi wynosiła 70 ml, czyli tyle, ile zazwyczaj przepompowuje ludzkie serce. W zależności od potrzeby urządzenie można przeprogramować tak, aby przetaczało więcej krwi. Mógłby więc to robić lekarz podczas pobytu w przychodni lub – w bardziej zaawansowanym wariancie – mogłoby się to dokonywać automatycznie. O ile oczywiście uda się wyrwać naturze sekret regulacji pulsu.

Biorąc pod uwagę nietypową aplikację tej konkretnej pompy, Bartel z Trawińskim zasięgnęli opinii całego zabrzańskiego sektora kardiologicznego, służącego radą i pomocą przy opracowywaniu sztucznego serca. Tak więc wynalazek był konsultowany m.in. z kardiochirurgami ze Śląskiego Centrum Chorób Serca w Zabrzu oraz z lokalnym otoczeniem biznesowym, które pomagało przy opracowaniu części rozwiązań.

Jak mówi Bartel, jego ambicją jest uzupełnienie konstrukcji o bezprzewodowy sposób ładowania. Dzięki temu właściciel sztucznego serca nie musiałby być podłączony do żadnych kabli i tym samym byłby wolny od dodatkowego oprzyrządowania. Po prostu stawałby albo siadał obok maty zasilającej. – Podobnie jak w przypadku ładowania telefonów komórkowych – tłumaczy naukowiec.

Inżynierowie z Politechniki Śląskiej studzą jednak głowy – opracowane przez nich rozwiązanie nie jest sztucznym sercem, tylko jednym z mechanizmów potrzebnych do jego działania. Jak mówią, do miana sztucznego serca może aspirować jedynie gotowe i dopuszczone do użytku urządzenie – a do tego, biorąc pod uwagę połączenie medycyny oraz technologii mechatroniki, jest jeszcze całkiem daleko. 

Eureka! DGP

Trwa piąta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 15 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 78 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.
Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.