
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО  НАЗНАЧЕНИЯ 
2.3. Материалы, используемые  для конструирования искусственных органов 
 
Материалы для медицины, клеточной и тканевой  инженерии. Учеб. пособие 
 
по  ним  одновременно. Каждая клетка выделяет двуокись углерода  и  погло-
щает кислород  через мембраны альвеол.  Легкое содержит  40 различных  ти-
пов клеток, структура которых является слишком сложной для того, чтобы ее 
можно было построить искусственно, и все функции легкого до конца не ис-
следованы.  Поэтому в настоящее время разработаны только машины содей-
ствия дыханию и газообмену. Во время хирургических операций кровь уда-
ляется из организма, и функцию оксигенации и удаления продуктов обмена,  
а также возвращения крови в организм осуществляют газообменники (окси-
генаторы).  В  клинической  практике  применяют  оксигенаторы  различных 
конструкций: пузырьковые, мембранные, пористые. 
В  пузырьковых  оксигенаторах  газобмен  происходит  непосредственно 
на  пленке  между  кровью/газом  вокруг  каждого  пузырька.  Преимущество 
этой конструкции в наличии огромной площади поверхности для обмена при 
минимальном пограничном слое в результате того, что кровь и фазы газа пе-
ремешиваются.  Контроль  скорости  относительной  транспортировки  можно 
осуществлять по размеру пузырьков, диаметр которых, как правило, состав-
ляет 30–50 мкм. Недостаток пузырькового оксигенатора в том, что кровь по-
стоянно  образует  новые  разделы  фаз  «кровь-газ»,  негативно  влияющие  на 
клетки  крови  и  белки  плазмы.  Поэтому  такие  оксигенаторы  используют  в 
случае кратковременных процедур подключения пациентов к газообменнику. 
В мембранных оксигенаторах кровь непосредственно не соприкасается 
с газом, так как они разделены мембраной (толщина 0,2–0,4 мкм). Материал 
мембраны должен быть газорастворимым. Как правило, для этого использу-
ют полимерные материалы (силоксаны, полипропилен, силикон). Эффектив-
ность насыщения крови кислородом определяется свойствами используемого 
полимерного материала; чем выше значение проницаемости (Dα), тем эффек-
тивнее процесс газообмена (P
CO2
/P
O2
). У целлюлозы проницаемость составля-
ет величину порядка 25, а эффективность газообмена около 18; у силоксана 
соответственно  1000  и  5;  у  полиэтилена  – 12  и  3.  Для  придания  жесткости 
мембране  фильтрующий  слой  укрепляют  жестким  макропористым  слоем  
с размером пор в несколько мкм. Площадь мембраны в оксигенаторе доста-
точна большая, не менее 2–5 м
2
, поэтому мембрана скручена в виде спирали  
с пространством для крови и газа порядка 1–3 мм. 
Полимерные  мембраны  из  полых  волокон  или  листов  с  многочислен-
ными  порами  диаметром  1  мкм  представляют  собой  пористые  мембранные 
оксигенаторы.  Цилиндрическое  устройство  заполняется  пучками  полых  во-
локон. Через внутренний канал волокон или через зазоры между волокнами 
течет  кровь.  Диаметр  пространства  для  крови  может  быть  очень  незначи-
тельным  около  100  мкм.  Связано  это  с  тем,  что  многочисленные  волокна 
смачиваются  параллельно,  поэтому  сопротивление  потоку  и  сдвигу,  прила-
гаемое к крови, очень низкое. В данной конструкции оксигенатора силы по-
верхностного  натяжения  препятствуют  прохождению  крови  через  поры  во-
локон (или мембраны), в результате газ  осуществляет  обмен на  постоянном 
стыке  фаз  «газ/кровь»,  образуемый  при  попадании  крови  в  устройство,  по-
этому взаимодействие газа и крови сводится к минимуму.