CN113557051A - 具有腐蚀防护的机械循环支持泵驱动装置 - Google Patents

具有腐蚀防护的机械循环支持泵驱动装置 Download PDF

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CN113557051A CN202080020051.4A CN202080020051A CN113557051A CN 113557051 A CN113557051 A CN 113557051A CN 202080020051 A CN202080020051 A CN 202080020051A CN 113557051 A CN113557051 A CN 113557051A
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金伯利·A·罗伯逊
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Abstract

本公开涉及一种血泵，其包括：叶轮；联接到该叶轮且构造成与叶轮一起旋转的驱动轴；及联接到驱动轴且构造成与驱动轴一起旋转的转子。该转子包括具有外表面的从动磁体。耐腐蚀涂层可布置在从动磁体的外表面上。定子布置在与转子相邻的位置并且构造成驱动转子从而导致转子旋转；并且电动机构造成驱动定子。保护组件可布置在与定子相邻的位置并且构造成接纳驱动轴的端部，并且可包括包围保护液室的保护组件壳体，该保护液室包含从动磁体和轴承的至少一部分，该部分构造成与驱动轴的端部接合。

Description

具有腐蚀防护的机械循环支持泵驱动装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年3月25日提交的美国临时专利申请第62/823,209号的优先权，该临时专利申请的全部内容以参考的方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及经皮循环支持装置。更具体地，本公开涉及在经皮循环支持装置中所使用磁耦合系统中的转子。
背景技术
经皮循环支持装置(如血泵)通常为长达大约三周的连续使用提供循环支持，并且常常包括磁电动机。常用的磁性材料含有细胞毒性元素(如钕和/或铁)，这些元素容易受到由于暴露于血液和/或其它液体所造成腐蚀的影响。此外，表面剪切(在经皮循环支持泵的暴露的转元件中表面剪切较高)会导致红细胞的溶血，这会导致更差的患者预后。
发明内容
本文中所公开主题的实施方案可有助于使与经皮循环支持装置相关的磁体免受身体和在身体内部的液体的影响(例如，通过防止磁体的腐蚀)，并且可有助于使身体免受细胞毒性和/或可由磁体所造成溶血的影响。在各实施方案中，磁体可以是电动机中的定子(和/或转子)，并且可用于将电动机联接到叶轮(例如，通过磁耦合)。各实施方案可有助于在灭菌、贮存和/或临床使用期间提供腐蚀防护。
在实例1中，提供一种血泵，其包括：叶轮；联接到叶轮且构造成与叶轮一起旋转的驱动轴；联接到驱动轴且构造成与驱动轴一起旋转的转子，该转子包括具有外表面的从动磁体；布置在从动磁体的外表面上的耐腐蚀涂层；布置在与转子相邻的位置且构造成驱动转子从而导致转子旋转的定子；及构造成驱动定子的电动机。
在实例中2，提供实例1的血泵，其中涂层包含无定形硅酮、类金刚石涂层、和高分子化合物中的至少一种。
在实例3中，提供实例1或2中的任一实例的血泵，其中转子与叶轮成为一体。
在实例4中，提供实例3的血泵，其中涂层布置在叶轮的外表面的上方。
在实例5中，提供实例1或实例2中的任一实例的血泵，其还包括布置在与定子相邻的位置且构造成接纳驱动轴的端部的保护组件，该保护组件包括包围保护液室的保护组件壳体，该保护液室包括从动磁体和轴承的至少一部分，其构造成与驱动轴的端部接合。
在实例6中，提供实例5的血泵，其中保护组件壳体包括基部和从基部延伸远离的周壁，从而形成部分地被周壁的内表面和基部的内表面所限制的腔体。
在实例7中，提供实例6的血泵，其中保护液室的至少一部分被限定在保护组件壳体的周壁的内表面、保护组件壳体的基部的内表面、和轴承的至少第一侧之间。
在实例8中，提供实例7的血泵，其中整个轴承布置在保护液室的内部。
在实例9中，提供一种血泵，其包括：叶轮；联接到叶轮且构造成与叶轮一起旋转的驱动轴；接到驱动轴且构造成与一起旋转驱动轴的转子，该转子包括具有外表面的从动磁体；布置在与转子相邻的位置且构造成驱动转子从而导致转子旋转的定子；构造成驱动定子的电动机；及布置在与电动机相邻的位置且构造成接纳驱动轴的端部的保护组件，该保护组件包括包围保护液室的保护组件壳体，该保护液室包含从动磁体和轴承的至少一部分，其构造成与驱动轴的端部接合。
在实例10中，提供实例9的血泵，其中保护组件壳体包括杯形垫圈，该杯形垫圈具有基部和远离基部而延伸的周壁，从而形成部分地被周壁的内表面和基部的内表面所限制的腔体。
在实例11中，提供实例10的血泵，其中至少一部分的保护液室被限定在杯形垫圈的周壁的内表面、杯形垫圈的基部的内表面、和轴承的至少第一侧之间。
在实例中12中，提供实例9-11中的任一实例的血泵，其中整个轴承布置在保护液室的内部。
在实例13中，提供实例9-12中的任一实例的血泵，其还包括布置在从动磁体的外表面上的涂层。
在实例14中，提供实例13的血泵，其中涂层包含无定形硅酮、类金刚石涂层、和高分子化合物中的至少一种。
在实例15中，提供实例9-14中的任一实例的血泵，其中转子与叶轮成为一体。
在实例16中，提供一种血泵，其包括：叶轮；联接到叶轮且构造成与叶轮一起旋转的驱动轴；联接到驱动轴且构造成与驱动轴一起旋转的转子，该转子包括具有外表面的从动磁体；布置在从动磁体的外表面上的涂层；布置在与转子相邻的位置且构造成驱动转子从而导致转子旋转的定子；及构造成驱动定子的电动机。
在实例17中，提供实例16的血泵，其中涂层至少包含无定形硅酮、类金刚石涂层、和高分子化合物中的至少一种。
在实例18中，提供实例16的血泵，其中转子与叶轮成为一体。
在实例19中，提供实例18的血泵，其中涂层布置在叶轮的外表面的上方。
在实例20中，提供实例16的血泵，其还包括布置在与电动机相邻的位置且构造成接纳驱动轴的端部的保护组件，该保护组件包括包围保护液室的保护组件壳体，该保护液室包括从动磁体和轴承的至少一部分，其构造成与驱动轴的端部接合。
在实例21中，提供实例20的血泵，其中保护组件壳体包括杯形垫圈，该杯形垫圈具有基部和远离基部而延伸的周壁，从而形成部分地被周壁的内表面和基部的内表面所限制的腔体。
在实例22中，提供实例21的血泵，其中保护液室的至少一部分被限定在杯形垫圈的周壁的内表面、杯形垫圈的基部的内表面、和轴承的至少第一侧之间。
在实例23中，提供实例22的血泵，其中整个轴承布置在保护液室的内部。
在实例24中，提供一种血泵，其包括：叶轮；联接到叶轮且构造成与叶轮一起旋转的驱动轴；联接到驱动轴且构造成与驱动轴一起旋转的转子，该转子包括具有外表面的从动磁体；布置在与转子相邻的位置且构造成驱动转子从而导致转子旋转的定子；构造成驱动定子的电动机；及布置在与电动机相邻的位置且构造成接纳驱动轴的端部的保护组件，该保护组件包括包围保护液室的保护组件壳体，该保护液室包括从动磁体和构造成与驱动轴的端部接合的轴承的至少一部分。
在实例25中，提供实例24的血泵，其中保护组件壳体包括杯形垫圈，该杯形垫圈具有基部和远离基部而延伸的周壁，从而形成部分地被周壁的内表面和基部的内表面所限制的腔体。
在实例26中，提供实例25的血泵，其中保护液室的至少一部分被限定在杯形垫圈的周壁的内表面、杯形垫圈的基部的内表面、和轴承的至少第一侧之间。
在实例27中，提供实例24的血泵，其中整个轴承布置在保护液室的内部。
在实例28中，提供实例24的血泵，其还包括布置在从动磁体的外表面上的涂层。
在实例29中，提供实例28的血泵，其中涂层包含无定形硅酮、类金刚石涂层、和高分子化合物中的至少一种。
在实例30中，提供实例29的血泵，其中转子与叶轮成为一体。
在实例31中，提供实例30的血泵，其中涂层布置在叶轮的外表面上。
在实例32中，提供一种血泵，其包括：叶轮；联接到叶轮且构造成与叶轮一起旋转的驱动轴；与叶轮成为一体且构造成与驱动轴一起旋转的转子，该转子包括具有外表面的从动磁体；布置在从动磁体的外表面上的涂层；布置在与转子相邻的位置且构造成驱动转子从而导致转子旋转的定子；及构造成驱动定子的电动机。
在实例33中，提供实例32的血泵，其中涂层布置在叶轮的外表面的上方。
在实例34中，提供实例32的血泵，其中涂层包含无定形硅酮、类金刚石涂层、和高分子化合物中的至少一种。
在实例35中，提供实例32的血泵，其还包括布置在与电动机相邻的位置且构造成接纳驱动轴的端部的保护组件，该保护组件包括包围保护液室的保护组件壳体，该保护液室包括从动磁体并且轴承的至少一部分构造成与驱动轴的端部接合。
虽然公开了多个实施方案，但基于以下的详细描述，目前所公开主题的其它实施方案对于本领域技术人员而言将变得显而易见，该详细描述揭示并描述了所公开主题的说明性实施方案。因此，附图和详细描述被认为在本质上是说明性的而不是限制性的。
附图说明
图1示出了根据本文中所公开主题的实施方案的说明性经皮机械循环支持装置(本文中也可互换地被称为“血泵”)的一部分的剖面侧视图。
图2A示出了根据本文中所公开主题的实施方案的说明性经皮机械循环支持装置的透视图。
图2B示出了根据本文中所公开主题的实施方案的、图2A中所描绘循环支持装置的剖面侧视图。
虽然所公开的主题可具有各种修改和替代形式，但已通过附图中的举例揭示了具体实施方案并且下面将详细地进行描述。然而，意图并非是将本文中所公开的主题局限于所描述的具体实施方案。相反，本公开意图是涵盖落在本文中所公开主题的范围内且由所附权利要求所限定的所有修改、等同物和替代物。
具体实施方式
本文中所公开主题的实施方案包括机械循环支持装置设计，这些设计有助于使其磁性部件免于腐蚀，并且也可有助于使患者免受潜在细胞毒性物质/或溶血的影响。在一些实施方案中，例如通过将保护涂层布置在转子的外表面上和/或通过将转子包封于保护组件壳体的内部，可将磁转子与环境隔离。保护液可用于提供在轴承表面的液膜，例如以使腐蚀最小化。根据一些实施方案，可使用任意数量的不同类型的保护液，例如疏水的、水不溶性的润滑剂(例如，全氟聚醚或聚-α-烯烃类的合成润滑剂)。
图1描绘了根据本文中所公开主题的各实施方案的、示意性经皮机械循环支持装置100(本文中也可互换地被称为“血泵”)的一部分的剖面侧视图。如图1A中所示，循环支持装置100包括布置在电动机壳体104内部的电动机102。电动机102构造成驱动叶轮组件106以提供经过装置100的血液流动。叶轮组件106布置在叶轮组件壳体108的内部，该叶轮组件壳体108包括被限定于其中的若干入口孔110和若干出口孔112。根据各实施方案，电动机壳体104和叶轮组件壳体108可相互成为一体。在其它实施方案中，电动机壳体104和叶轮组件壳体108可以是构造成可移除地或者永久地联接到一起的独立部件。
控制器(未图示)可操作地联接到电动机102并且构造成控制电动机102。该控制器可布置在壳体104的外部(例如，在导管手柄、独立的壳体等中)。在各实施方案中，控制器可包括多个部件，其中的一个或多个部件可布置在壳体104的内部。根据各实施方案，控制器可以是、包含、或被包含于一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个可编程逻辑器件(PLD)、一个或多个复杂可编程逻辑器件(CPLD)、一个或多个定制的专用集成电路(ASIC)、一个或多个专用处理器(例如，微处理器)、一个或多个中央处理器(CPU)、软件、硬件、固件，或者这些部件和/或其它部件的任意组合。尽管控制器在本文中以单数形式被提及，但控制器可应用于多种情况、分布于多个计算装置中、实例化于多个虚拟机中，等。
如图1中所示，叶轮组件106包括驱动轴114和与其联接的叶轮116，其中驱动轴114构造成与叶轮116一起旋转。如图所示，驱动轴114至少部分地布置在叶轮116的内部。在各实施方案中，驱动轴114可附接到叶轮116的一个或多个端部。在各实施方案中，驱动轴114和叶轮116可合并成单件。在各实施方案中，驱动轴114可由任意数量的不同刚性材料制成，例如钢、钛合金、钴-铬合金、镍钛合金、高强度陶瓷等。叶轮组件106还包括叶轮转子118，该叶轮转子118联接到并且至少部分地围绕驱动轴114。叶轮转子118可以是任何类型的磁转子，该磁转子能够被作为电动机102的一部分的定子所驱动。这样，当电动机102中的定子施加磁场至叶轮转子118时，转子118旋转，从而导致驱动轴114和叶轮116旋转。尽管图1中的各种部件已被图示为相互间隔，以便于对本文中所公开主题的清楚描述，但在各实施方案中，转子118可构造成在不干扰电动机壳体104的情况下尽可能地地朝向定子延伸以避免转子118与定子之间脱离。根据各实施方案，电动机102可包括任意数量的本文中未描绘的额外的转子和/或定子。
如图所示，叶轮组件106是由驱动轴114维持其方位，该驱动轴114在第一端120被第一轴承122所保持并且在第二端124被第二轴承126所保持。根据各实施方案，第一轴承122和第二轴承126可包括不同类型的轴承。根据各实施方案，第一轴承122和/或第二轴承126可包括润滑，而在其它实施方案中，一个轴承和/或另一个轴承可不包括润滑。关于第一和第二轴承122和126，本文考虑轴承技术的各种实施方案。在各实施方案中，可在转子周围区域填充有助于防止水和/或血液接触转子表面的材料将。
根据各实施方案，转子118也可包括布置在其外表面上的保护涂层。例如，该涂层可包括耐腐蚀涂层，如无定形硅酮、类金刚石涂层、高分子化合物等。在各实施方案中，保护涂层可构造成覆盖转子118的至少一部分。例如，在各实施方案中，保护涂层可构造成覆盖转子118的整个外表面，而在其它实施方案中，保护涂层可构造成覆盖转子118的外表面的一部分。在各实施方案中，转子118与叶轮116成为一体，并且保护涂层至少部分地布置在叶轮(和因此转子118)的外表面上。
图1中所示的说明性循环支持装置100并非意图提示对本公开的各实施方案的使用或功能的范围的任何限制。说明性循环支持装置100也不应被解释为具有与其中所图示的任何单个部件或部件的组合有关的任何依赖性或要求。此外，在各实施方案中，图1中所描绘的各种部件可与其中所描绘的其它部件(和/或未图示的部件)中的各种部件成为一体，全部的这些部件被认为是在本公开的范围内。
图2A示出了根据本文中所公开主题的各实施方案的、说明性经皮机械循环支持装置200的一部分的剖面侧视图(在本文中也可互换地被称为“血泵”)。如图2A中所示，循环支持装置200包括布置在电动机壳体204内的电动机202。该电动机202构造成驱动叶轮组件206以提供经过装置200的血液流动。叶轮组件206布置在叶轮组件壳体208内，该叶轮组件壳体208包括限定于其中的若干入口孔210和若干出口孔212。根据各实施方案，电动机壳体204与叶轮组件壳体208可相互成为一体。在其它实施方案中，电动机壳体204和叶轮组件壳体208可以是构造成可移除地或者永久地联接到一起的独立部件。
控制器(未图示)可操作地联接到电动机202并且构造成控制电动机202。控制器可布置在壳体204的外部(例如，在导管手柄、独立的壳体等中)。在各实施方案中，控制器可包括多个部件，其中的一个或多个部件可布置在壳体204的内部。根据各实施方案，控制器可以是、包含、或包含于一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个可编程逻辑器件(PLD)、一个或多个复杂可编程逻辑器件(CPLD)、一个或多个定制专用集成电路(ASIC)、一个或多个专用处理器(例如，微处理器)、一个或多个中央处理器(CPU)、软件、硬件、固件、或者这些部件和/或其它部件的任意组合。尽管控制器在文中以单数形式被提及，但控制器可应用于多种情况、分布于多个计算装置中、具现化于多个虚拟机内部，等。
如图2A中所示，叶轮组件206包括驱动轴214和联接到该驱动轴214的叶轮216，其中驱动轴214构造成与叶轮216一起旋转。如图所示，驱动轴214至少部分地布置在叶轮216的内部。在各实施方案中，驱动轴214可由任意数量的不同刚性材料制成，例如，铁、钛合金、钴铬合金、镍钛合金、高强度陶瓷等。叶轮组件206还包括叶轮转子218，该叶轮转子218联接到并且至少部分地围绕驱动轴214。叶轮转子218可以是任何类型的磁转子，该磁转子能够被作为电动机202的一部分的定子(未图示)所驱动。这样，当电动机202中的定子施加磁场至叶轮转子218时，转子218旋转，从而导致驱动轴214和叶轮216旋转。
如图所示，叶轮组件206的方位是由驱动轴214维持，该驱动轴214在第一端220被第一轴承222保持，在第二端224被第二轴承226保持。根据各实施方案，第一轴承222和第二轴承226可包括不同类型的轴承。根据各实施方案，第一轴承222和/或第二轴承226可包括润滑，而在其它实施方案中，一个轴承和/或另一个轴承可不包括润滑。关于第一和第二轴承222和226，本文中考虑到轴承技术的各种实施方案。
如图2A中所示，循环支持装置200还包括保护组件228，该保护组件228布置在与定子相邻的位置并且构造成使至少转子218免受腐蚀和/或其它磨损。在各实施方案中，保护组件228可构造成维持与转子218接触的保护液的体积。该保护液可以是例如疏水性润滑剂。该保护液可以是适合使用于血泵的任何类型的疏水性润滑剂。例如，在各实施方案中，但并非意图限制本公开，保护液可以是改性硅酮润滑剂，例如改性聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在其它实施方案中，保护液可以是油基润滑剂、合成油、碳基润滑剂，等。
图2B是根据本文中所公开主题的各实施方案的、图2A的保护组件228的放大图。如图2B中所示，保护组件228布置在与定子230相邻的位置，该定子230联接到电动机204(或者与电动机204成为一体)。保护组件228构造成接纳驱动轴214的端部220并且包括包围保护液室234的保护组件壳体232。根据各实施方案，保护液室234也包括转子218(从动磁体)和第一轴承222的至少一部分，该部分构造成与驱动轴214的端部220接合。
例如，轴承222可包括面向叶轮组件206的第一侧236、和面向电动机204的相反的第二侧238。凹部240被限定在轴承222的第一侧236中。凹部240构造成接纳驱动轴214的第一端220。如图所示，驱动轴214的第一端220可以至少部分地呈圆形，并且在一些实施方案中可包括与凹部240的曲率相对应的曲率。这样，驱动轴214与轴承222之间的接触表面积可尽可能地小，从而降低任何血细胞将能够在它们的界面处介于驱动轴214与轴承222之间的机会。
根据各实施方案，保护组件壳体232包括基部242和延伸离开基部242的周壁244，从而形成部分地被周壁244的内表面246和基部242的内表面248所限定的腔体245。根据各实施方案，例如至少一部分的保护液室245被限定在周壁244的内表面246、基部236的内表面248、和轴承222的至少第一侧236之间。在各实施方案中，保护组件壳体232可以是或者包括杯形垫圈。
周壁244可取向成大致垂直于基部242。轴孔250可被限定成经过基部242，从基部242的外表面252延伸至基部242的内表面248，并且可构造成接纳驱动轴214的一部分。如图所示，轴承222可构造成至少部分地布置在腔体245的内部。此外，转子218构造成至少部分地布置在腔体245的内部。
根据各实施方案，转子218也可包括布置在其外表面上的保护涂层。例如，该涂层可包含无定形硅酮、类金刚石涂层、高分子化合物，等。在一些实施方案中，保护涂层可构造成覆盖转子218的至少一部分。例如，在一些实施方案中，保护涂层可构造成覆盖转子218的全部外表面，而在其它实施方案中，保护涂层可构造成覆盖转子218的外表面的一部分。在一些实施方案中，转子218与叶轮216成为一体并且保护涂层至少部分地布置在叶轮外表面(和因此转子218)的上方。
图2A和图2B中所示的说明性循环支持装置200并非意图提示对本公开的各实施方案的使用或功能的范围的任何限制。说明性循环支持装置200也不应被解释为具有任何与其中所图示的任何单个部件或部件的组合有关的依赖性或要求。此外，在各实施方案中，图2A和图2B中所描绘的各种部件可与其中所描绘的其它部件(和/或未图示的部件)的各种部件成为一体，全部的这些部件被认为是在本公开的范围内。
在不背离本公开的范围的前提下，对于所论述的示例性实施方案可以做出各种修改和添加。例如，虽然上述的实施方案提及了具体特征，但本公开的范围也包括具有特征的不同组合的实施方案及不包括全部所描述特征的实施方案。因此，本公开的范围意图包括落在权利要求范围内的所有这种替代物、修改和变型连同其所有等同物。

Claims (15)

1.一种血泵，包括：
叶轮；
驱动轴，所述驱动轴联接到所述叶轮并且构造成与叶轮一起旋转；
转子，所述转子联接到所述驱动轴并且构造成与驱动轴一起旋转，所述转子包括具有外表面的从动磁体；
耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层布置在所述从动磁体的外表面上；
定子，所述定子布置在与转子相邻的位置并且构造成驱动所述转子从而导致所述转子旋转；及
电动机，所述电动机构造成驱动所述定子。
2.根据权利要求1所述的血泵，其中所述涂层包含无定形硅酮、类金刚石涂层、和高分子化合物中的至少一种。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的血泵，其中所述转子与所述叶轮成为一体。
4.根据权利要求3的血泵，其中所述涂层布置在所述叶轮的外表面上。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的血泵，还包括布置在与定子相邻的位置且构造成接纳所述驱动轴的端部的保护组件，所述保护组件包括包围保护液室的保护组件壳体，所述保护液室包含所述从动磁体和构造成与所述驱动轴的所述端部接合的轴承的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的血泵，其中所述保护组件壳体包括基部和从所述基部延伸出的周壁，从而形成部分地由所述周壁的内表面和所述基部的内表面所限制的腔体。
7.根据权利要求6所述的血泵，其中所述保护液室的至少一部分被限定在所述保护组件壳体的周壁的内表面、所述保护组件壳体的基部的内表面、和所述轴承的至少第一侧之间。
8.根据权利要求7所述的血泵，其中所述整个轴承布置在所述保护液室的内部。
9.一种血泵，包括：
叶轮；
驱动轴，所述驱动轴联接到所述叶轮并且构造成与叶轮一起旋转；
转子，所述转子联接到所述驱动轴并且构造成与驱动轴一起旋转，所述转子包括具有外表面的从动磁体；
定子，所述定子布置在与转子相邻的位置并且构造成驱动所述转子从而导致所述转子旋转；
电动机，所述电动机构造成驱动所述定子；及
保护组件，所述保护组件布置在与电动机相邻的位置并且构造成接纳所述驱动轴的端部，所述保护组件包括包围保护液室的保护组件壳体，所述保护液室包含所述从动磁体和构造成与所述驱动轴的所述端部接合的轴承的至少一部分。
10.根据权利要求9所述的血泵，其中所述保护组件壳体包括杯形垫圈，所述杯形垫圈具有基部和从所述基部延伸出的周壁，从而形成部分地被所述周壁的内表面和所述基部的内表面所限制的腔体。
11.根据权利要求10所述的血泵，其中所述保护液室的至少一部分被限定在所述杯形垫圈的周壁的内表面、所述杯形垫圈的基部的内表面、和所述轴承的至少第一侧之间。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的血泵，其中所述整个轴承布置在所述保护液室的内部。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的血泵，还包括布置在所述从动磁体的外表面上的涂层。
14.根据权利要求13所述的血泵，其中所述涂层包含无定形硅酮、类金刚石涂层、和高分子化合物中的至少一种。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的血泵，其中所述转子与所叶轮成为一体。
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