JP7357255B2 - 血液ポンプ及び補助人工心臓システム - Google Patents

Description

本発明は、血液ポンプ及び補助人工心臓システムに関する。

心臓移植までの患者の生命を維持するために、血液に運動エネルギーを与える血液ポンプ及び当該血液ポンプを用いて心臓の機能の一部を補う補助人工心臓システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された血液ポンプ及び補助人工心臓システムについて図１～図３を参照して説明する。なお、図１～図３は、後述する本発明の実施形態を説明するために示す図であるが、特許文献１に記載の血圧ポンプ及び補助人工心臓システムにおいても共通する構成を有している。このため、特許文献１に記載の血圧ポンプ及び補助人工心臓システムを説明する際においても図１～図３を参照して説明する。なお、図１～図３については、本発明の実施形態について説明する際に詳細に説明することとし、特許文献１に記載の血圧ポンプ及び補助人工心臓システムを説明する際においては一部を簡略化して説明する。

補助人工心臓システム１００は、図１に示すように、血液ポンプ１１０と、血液ポンプ１１０と心臓の血流を接続するための人工血管１２０，１３０と、図示しない制御装置とを備える。

血液ポンプ１１０は、図２及び図３に示すように、固定部１０と、回転部２０と、駆動部３０と、クールシール液循環経路４０と、軸受部５０とを備える。固定部１０は、筒状の固定側摺動部材１２を有し、当該固定側摺動部材１２の先端部には環状の摺動面１４（図３（ｂ）参照。）を有する。一方、回転部２０は、回転側摺動部材２２と、インペラ２６と、回転シャフト２８とを有する。また、回転側摺動部材２２は、先端部に環状の摺動面２４（図３（ｂ）参照。）を有する。

血液ポンプ１１０は、血液ＢＬ中で使用される軸受部５０が、固定側摺動部材１２の摺動面１４と回転側摺動部材２２の摺動面２４とが対向して当接することにより、メカニカルシールとして機能している。なお、固定側摺動部材１２の摺動面１４と回転側摺動部材２２の摺動面２４とが対向して当接しているとしているが、実際には、固定側摺動部材１２の摺動面１４と回転側摺動部材２２の摺動面２４との間は１μｍ程度のわずかな間隙５２を有している。なお、固定側摺動部材１２の摺動面１４と回転側摺動部材２２の摺動面２４との間の間隙５２を「摺動面の間隙５２」と表記する場合もある。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）においては、摺動面の間隙５２を誇張して図示している。

クールシール液循環経路４０は、血液ポンプ１１０内部の潤滑、冷却、シール性の維持等の機能を果たすクールシール液ＣＳ（例えば、注射用水）を軸受部５０に供給するものである。クールシール液ＣＳは、クールシール液循環室１６を介して摺動面の間隙５２に供給され、血液ＢＬ中に流出するとともに、クールシール液出口４４から排出される。

クールシール液ＣＳをこのように循環させることによって、血液ＢＬを構成する成分（以下、血液成分という。）が摺動面の間隙５２に浸入しにくくなり、摺動面（摺動面１４及び摺動面２４）に血液成分のうちの血漿タンパク質が付着しにくくなる。なお、血液成分が摺動面の間隙５２に浸入しにくくなるようにして、摺動面に血漿タンパク質が付着しにくくする理由としては、仮に、血液成分が摺動面の間隙５２に浸入して、摺動面に血漿タンパク質が付着すると、血漿タンパク質が変性して粘性が高くなり、それによって、摺動面の摺動抵抗が増大し、回転側摺動部材２２の回転が不安定（血液ポンプの動作が不安定）になるといった不具合が発生する場合があり、このような不具合の発生を未然に防止するためである。

上述したように、クールシール液ＣＳを摺動面の間隙５２に供給することにより、血液成分が摺動面の間隙５２に浸入しにくくなるようにする（シール性を確保する）ことができるとともに、摺動面１４と摺動面２４との間を潤滑することができるが、この効果をより高めるために、特許文献１に記載の血液ポンプ１１０においては、固定側摺動部材１２の摺動面１４及び回転側摺動部材２２の摺動面２４のうちの少なくとも一方の摺動面（例えば固定側摺動部材１２の摺動面１４）に、クールシール液ＣＳを流すための洗浄用水路６０が形成されている（図１１参照。）。

図１１は、特許文献１に記載されている血液ポンプの摺動面１４に形成されている洗浄用水路６０を説明するために示す図である。特許文献１に記載されている血液ポンプは、図１１に示すように、摺動面１４に、クールシール液ＣＳを流すための洗浄用水路６０が形成されている。これによって、摺動面の間隙５２にクールシール液ＣＳを供給し易くして、血液成分が摺動面の間隙５２（図３参照。）に侵入したとしても、血液成分の洗浄を促進することができる。

このように、特許文献１に記載の血液ポンプによれば、摺動面にクールシール液ＣＳを流すための洗浄用水路６０が形成されていることから、摺動面の間隙５２にクールシール液ＣＳが十分に（ 多量かつ勢いよく） 供給されるようになる。それによって、摺動面の間隙５２に血液成分が侵入しにくくなり、また、血液成分が侵入したとしても、血液成分が排出され易くなる。この結果、摺動面に血漿タンパク質が付着しにくくなり、摺動抵抗が増大しにくい血液ポンプとなる。

特開２０１４－１２８５１６号公報

特許文献１に記載の血液ポンプは、上記したように優れた効果が得られる信頼性の高い血液ポンプであるが、摺動面の間隙５２への血液成分の侵入を完全に防ぐことは難しく、血液成分のわずかな侵入は存在する。そして、血液成分のうちの血漿タンパク質が摺動面に付着すると、付着した血漿タンパク質が摺動面の摺動によって変性して粘性が高くなることで、摺動面の摺動抵抗が増大し、回転側摺動部材２２の回転が不安定（血液ポンプの動作が不安定）になるといった不具合が発生する可能性がある。従って、血液成分の侵入を確実に防ぐことができればよいが、血液成分の侵入を完全に防ぐことは困難であるため、摺動面の間隙５２に血液成分が浸入して摺動面に血漿タンパク質が付着したとしても、血漿タンパク質が良好な状態で付着するように制御することが必要である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高いシール性を有することは勿論、摺動面の間隙に血液成分が浸入して摺動面に血漿タンパク質が付着したとしても、血漿タンパク質が良好な状態で付着するように制御し、それによって、摺動抵抗の増大を確実に抑制できる信頼性の高い血液ポンプを提供することを目的とする。また、このような血液ポンプを備えることによって、信頼性の高い補助人工心臓システムを提供することを目的とする。

［１］本発明の血液ポンプは、環状の摺動面を有する固定側摺動部材と、環状の摺動面を有する回転側摺動部材と、前記固定側摺動部材及び前記回転側摺動部材の外周側に位置する血液ポンプ室と、前記固定側摺動部材及び前記回転側摺動部材の内周側に位置するクールシール液循環室と、を備え、前記固定側摺動部材の摺動面と前記回転側摺動部材の摺動面とを当接させた状態で、かつ、前記固定側摺動部材の摺動面と前記回転側摺動部材の摺動面との間の間隙に前記クールシール液循環室からクールシール液を供給しながら使用する血液ポンプであって、前記固定側摺動部材の摺動面と前記回転側摺動部材の摺動面のうちの少なくとも一方の摺動面は、テクスチャ構造を有しており、当該テクスチャ構造には、前記摺動面の径方向に微細な周期で形成され、前記摺動面の垂直方向に微細な深さを有する微細（fine）溝と、前記摺動面の径方向に前記微細（fine）溝の周期よりも長い周期で形成され、前記摺動面の垂直方向に前記微細(fine)溝よりも深い深さを有するマクロ（macro）溝と、が存在することを特徴とする。

[２]本発明の血液ポンプにおいては、前記テクスチャ構造は、当該テクスチャ構造を前記摺動面の径方向に沿って見たときに、前記摺動面の径方向に微細な周期で形成されている前記微細（fine）溝に、前記マクロ（macro）溝が所定の周期で形成された構造を有していることが好ましい。

[３]本発明の血液ポンプにおいては、前記微細(fine)溝は、前記マクロ（macro）溝にも形成されていることが好ましい。

[４]本発明の血液ポンプにおいては、前記マクロ（macro）溝は、前記摺動面の径方向の周期がほぼ３０μｍであり、前記摺動面に垂直方向の深さがほぼ０．３μｍであることが好ましい。

[５]本発明の血液ポンプにおいては、前記微細（fine）溝及び前記マクロ（macro）溝は、前記摺動面の周方向に細長い形状を有していることが好ましい。

[６]本発明の血液ポンプにおいては、前記摺動面は、当該摺動面の全面に前記テクスチャ構造を有することが好ましい。

[７]本発明の補助人工心臓システムは、体内に埋め込まれる血液ポンプを備える補助人工心臓システムであって、前記血液ポンプは、[１]～[６]のいずれかに記載の血液ポンプであることを特徴とする。

本発明の血液ポンプによれば、固定側摺動部材の摺動面と回転側摺動部材の摺動面のうちの少なくとも一方の摺動面は上述したようなテクスチャ構造を有していることにより、高いシール性を有することは勿論、摺動面の間隙に血液成分が浸入して摺動面に血漿タンパク質が付着したとしても、血漿タンパク質が良好な状態で付着するように制御し、それによって、摺動抵抗の増大を確実に抑制できる信頼性の高い血液ポンプとすることができる。

また、本発明の補助人工心臓システムによれば、上記[１]～[６]のいずれかに記載の血液ポンプを備えることによって、信頼性の高い補助人工心臓システムとすることができる。

実施形態に係る補助人工心臓システム１００を説明するために示す図である。 実施形態に係る血液ポンプ１１０を説明するために示す断面図である。 実施形態に係る血液ポンプ１１０の軸受部５０を説明するために示す図である。 テクスチャ構造Ｔｅｘを説明するために示す図である。 テクスチャ構造Ｔｅｘを形成する手順について説明するために示す図である。 パルスレーザー光の各照射ラインＬ１，Ｌ２，・・・における強度分布の一例を示す図である。 摺動面２４に形成されたテクスチャ構造Ｔｅｘを顕微鏡写真で示す図である。 マクロ溝が存在しない微細溝のみのテクスチャ構造Ｔｅｘ’を説明するために示す図である。 時間の経過に対する漏れ率（ＣＳ液への血液の漏れ率）の変化を調べる実験を行った結果を説明するために示す図である。 時間の経過に対する摩擦係数（摺動抵抗）変化を調べる実験を行った結果を説明するために示す図である。 特許文献１に記載されている血液ポンプの摺動面１４に形成されている洗浄用水路６０を説明するために示す図である。

以下、本発明の血液ポンプ１１０及び補助人工心臓システム１００の実施形態について説明する。まずは、図１を参照して実施形態に係る補助人工心臓システム１００について説明する。

補助人工心臓システム１００は、図１に示すように、体内に埋め込まれる血液ポンプ１１０と、血液ポンプ１１０と心臓の血流とを接続するための人工血管１２０，１３０と、図示しない制御装置と、を備える。制御装置は、補助人工心臓システム１００の使用者の体外で用いるためのものであり、ケーブル１４０を介して血液ポンプ１１０と接続されて使用される。

続いて、血液ポンプ１１０の実施形態について、主に図２及び図３を参照して説明する血液ポンプ１１０は、心臓の左心室の機能を補助する遠心ポンプである。血液ポンプ１１０は、図２及び図３に示すように、固定部１０と、回転部２０と、駆動部３０と、クールシール液循環経路４０とを備える。なお、図３において、図３（ａ）は血液ポンプの要部を模式的に示す図であり、図３（ｂ）は血液ポンプの軸受部５０の構造を模式的に示す図である。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）においては、摺動面の間隙５２（固定側摺動部材１２の摺動面１４と回転側摺動部材２２の摺動面２４との間の間隙５２）を誇張して図示している。

固定部１０は、筒状の固定側摺動部材１２（いわゆるシートリング）を有し、当該固定側摺動部材１２は、図３に示すように、先端部に環状の摺動面１４を有する。回転部２０は、回転側摺動部材２２（いわゆるシールリング）と、インペラ２６と、回転シャフト２８とを有し、先端部に環状の摺動面２４を有する。インペラ２６は、血液に運動エネルギーを付加する。回転シャフト２８は、駆動部３０と接続されており、駆動部３０により駆動力（回転力）を与えられて回転部２０全体を回転させる。駆動部３０は、例えば、回転モーターを備える。

血液ポンプ１１０は、遠心ポンプのインペラ軸を動圧軸受で支持する構造となっており 、血液ＢＬ中で使用される軸受部５０が、固定側摺動部材１２の摺動面１４と回転側摺動部材２２の摺動面２４とが対向して当接することにより、メカニカルシールとして機能している。前述したように、固定側摺動部材１２の摺動面１４と回転側摺動部材２２の摺動面２４とが対向して当接しているとしているが、実際には、固定側摺動部材１２の摺動面１４と回転側摺動部材２２の摺動面２４との間は１μｍ程度のわずかな間隙５２を有している。

なお、固定側摺動部材１２及び回転側摺動部材２２としては、実施形態に係る血液ポンプ１１０においては、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる摺動部材が用いられている。固定側摺動部材１２及び回転側摺動部材２２の外周側には血液ポンプ室３２が設けられ、固定側摺動部材１２及び回転側摺動部材２２の内周側にはクールシール液循環室１６が設けられている。このクールシール液循環室１６はクールシール液循環経路４０（図２参照。）につながっている。

クールシール液循環経路４０は、血液ポンプ１１０内部の潤滑、冷却、シール性の維持等の機能を果たすクールシール液ＣＳ（例えば、水や生理食塩水）を循環させるものである。クールシール液ＣＳは、クールシール液循環経路４０のクールシール液入口４２から流入し、回転シャフト２８と固定部１０との間の空間及び回転シャフト２８の内側の空間１８を通過した後、クールシール液循環室１６を介して摺動面の間隙５２に供給され、血液ＢＬ中に流出するとともに、クールシール液出口４４から排出される。

クールシール液ＣＳは、摺動面の間隙５２に血液成分が浸入することを抑制する（シール性を確保する）機能を有するとともに、摺動面１４及び摺動面２４を潤滑する機能を有する。

実施形態に係る血液ポンプ１１０においては、固定側摺動部材１２の摺動面１４及び回転側摺動部材２２の摺動面２４のうち、回転側摺動部材２２の摺動面２４は、テクスチャ構造Ｔｅｘを有している。当該テクスチャ構造Ｔｅｘには、微細（fine）溝Ｇｆとマクロ（macro）溝Ｇｍとが存在する。微細（fine）溝Ｇｆは、摺動面２４の径方向に微細な周期で形成され、マクロ（macro）溝Ｇｍは、摺動面２４の径方向に微細（fine）溝Ｇｆの周期よりも長い周期で形成され、摺動面２４の垂直方向に微細(fine)溝Ｇｆよりも深い深さを有する。

図４は、テクスチャ構造Ｔｅｘを説明するために示す図である。図４（ａ）は摺動面２４を模式的に示す平面図である。なお、図４（ａ）に示す摺動面２４には、実際には、テクスチャ構造Ｔｅｘとして、微細（fine）溝Ｇｆとマクロ（macro）溝Ｇｍとが存在しているが、微細（fine）溝Ｇｆ及びマクロ（macro）溝Ｇｍはそれぞれの径方向の幅、摺動面２４に垂直方向の深さ及び、摺動面２４の周方向に沿った長さは、ｎｍ単位又はμｍ単位であるため、図４（ａ）においては、これら微細（fine）溝Ｇｆ及びマクロ（macro）溝Ｇｍは示されておらず、図４（ａ）においては、テクスチャ構造Ｔｅｘ全体を灰色で示している。

また、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す摺動面２４を径方向（ｘ軸に沿った方向）に沿って切断して、切断部分を周方向（ｙ軸に沿った方向）に見た断面の一部（径方向に１００μｍ程度の範囲とする。）を模式的に示す図であり、テクスチャ構造Ｔｅｘの周期構造（摺動面２４の径方向に沿った周期構造）を示している。

図４（ｂ）に示すように、テクスチャ構造Ｔｅｘには、微細（fine）溝Ｇｆと、マクロ（macro）溝Ｇｍとが存在する。以下、微細（fine）溝Ｇｆは「微細溝Ｇｆ」と表記し、マクロ（macro）溝Ｇｍは「マクロ溝Ｇｍ」と表記する場合もある。

微細溝Ｇｆは、摺動面２４の径方向に微細な周期で形成され、当該摺動面２４の垂直方向に微細な深さを有している。一方、マクロ溝Ｇｍは、摺動面２４の径方向に微細溝Ｇｆの周期よりも長い周期で形成され、当該摺動面２４の垂直方向に微細溝Ｇｆよりも深い深さを有している。なお、マクロ溝Ｇｍを個々のマクロ溝として説明する際には、図示の右側からマクロ溝Ｇｍ１，Ｇｍ２，Ｇｍ３として説明する。

このように、テクスチャ構造Ｔｅｘは、当該テクスチャ構造Ｔｅｘを摺動面２４の径方向に沿って見たときに、摺動面２４の径方向に微細な周期で形成されている微細溝Ｇｆに、マクロ溝Ｇｍ（マクロ溝Ｇｍ１，Ｇｍ２，Ｇｍ３）が所定の周期で（所定の間隔ごとに）形成された構造を有している。換言すれば、摺動面２４の径方向に所定の周期で（所定の間隔ごとに）形成されているマクロ溝Ｇｍ（マクロ溝Ｇｍ１，Ｇｍ２，Ｇｍ３）の間に、微細溝Ｇｆが形成された構造を有しているともいえる。なお、微細溝Ｇｆは、マクロ溝Ｇｍにも形成されている。換言すれば、微細溝Ｇｆが摺動面２４に連続的に形成されながらも、全体として、うねるようにマクロ溝Ｇｍが形成されているともいえる。

このようなテクスチャ構造Ｔｅｘは、摺動面２４に仮想的に設定された同心円状の複数の照射ラインの各照射ラインに沿って超短パルスレーザー光（以下、「パルスレーザー光」と略記する場合もある。）を照射することにより形成されたものである。

図５は、テクスチャ構造Ｔｅｘを形成する手順について説明するために示す図である。図５（ａ）は摺動面２４に仮想的に設定された同心円状の複数の照射ラインＬ１～Ｌｎを模式的に示す図であり、図５（ｂ）は、各照射ラインＬ１～Ｌｎに対するパルスレーザー光の照射手順を説明するために示す図である。なお、照射ラインＬ１～Ｌｎは、摺動面２４の内周側から第１照射ラインＬ１、第２照射ラインＬ２、・・・、第ｎ照射ラインＬｎとする。

テクスチャ構造Ｔｅｘを形成する手順について具体的に説明する。ここで、テクスチャ構造Ｔｅｘを形成するために使用した超短パルスレーザー加工装置は、キャノンマシナリ社製であり、当該超短パルスレーザー加工装置に使用されているパルスレーザー光源は、浜松ホトニクス社製（型式：ＭＯＩＬ－ｐｓｌ１１５９０９、波長：１０３０ｎｍ、パルス幅：１．５ｐｓ（ピコ秒）、出力：４Ｗ）である。

摺動面２４に仮想的に設定された同心円状の複数の照射ラインの各照射ラインＬ１～Ｌｎのうちの１つの照射ライン（第１照射ラインＬ１とする。）における照射開始位置を起点にパルスレーザー光を照射する。なお、パルスレーザー光の照射は、矢印Ａ方向（図５（ａ）参照。）に回転している摺動面２４に対して行われるものとする。このため、照射ライン（この場合は、第１照射ラインＬ１）においては、相対的に矢印Ａ’方向（図５（ａ）参照。）に沿ってパルスレーザー光が照射されて行くこととなる。

そして、第１照射ラインＬ１における１周分のパルスレーザー光の照射が終了すると、次の１つの照射ライン（第２照射ラインＬ２とする。）において同様にパルスレーザー光の照射を行う。

ここで、各照射ラインＬ１～Ｌｎの隣り合う照射ラインの間隔ｄ（図５参照。）は、パルスレーザー光を各照射ラインに照射したときの各パルスに対応する照射範囲（加工範囲ともいう。）が重畳するように設定されている。ここでは、加工範囲の径Φは１００μｍであるとし、隣り合う照射ラインの間隔ｄは３０μｍであるとする。なお、図５（ａ）においては、隣り合う照射ラインの間隔ｄが誇張して描かれている。

上述したように、第１照射ラインＬ１におけるパルスレーザー光照射が終了すると、照射開始位置を径方向に３０μｍずらして、第２照射ラインＬ２においてパルスレーザー光照射を行い、これを第ｎ照射ラインＬｎまで順次行う。この様子を模式的に示したものが図５（ｂ）である。

図５（ｂ）は前述したように、摺動面２４に対するパルスレーザー光の照射の手順を説明するために示す図である。なお、図５（ｂ）は図５（ａ）における摺動面２４を径方向（ｘ軸に沿った方向）に沿って切断して、切断部分を周方向（ｙ軸に沿った方向）に見た場合を模式的に示す図である。

具体的には、図５（ｂ）は第１照射ラインＬ１におけるパルスレーザー光の照射が終了したのち、照射開始位置を径方向に３０μｍずらして、第２照射ラインＬ２においてパルスレーザー光照射を行うといった操作を順次繰り返した時の摺動面２４における加工範囲の推移を模式的に示す図であり、パルスレーザー光の照射を照射ラインＬ１～Ｌ４まで順次行った状態が示されている。

図６は、各照射ラインＬ１～Ｌｎにおけるパルスレーザー光の強度分布の一例を示す図である。各照射ラインＬ１～Ｌｎにおけるパルスレーザー光の加工範囲は１００μｍである。

摺動面２４に対するパルスレーザー光の照射の手順について図５及び図６を参照してさらに具体的に説明する。まず、第１照射ラインＬ１においてパルスレーザー光の照射（第１回目の照射とする。）を行ったあと、照射位置を３０μｍ径方向にずらして、第２照射ラインＬ２においてパルスレーザー光の照射（第２回目の照射とする。）を行い、第２回目の照射を行ったあと、照射位置を３０μｍ径方向にずらして、第３照射ラインＬ３においてパルスレーザー光の照射（第３回目の照射とする。）を行い、第３回目の照射を行ったあと、照射位置を３０μｍ径方向にずらして、第４照射ラインＬ４においてパルスレーザー光の照射（第４回目の照射とする。）を行う。

このようにして、パルスレーザー光の照射を照射ラインＬ１～Ｌｎまで順次行う。このとき、摺動面２４の各照射ラインＬ１～Ｌｎにおける周速が一定となるように摺動面２４を回転制御することが好ましい。ここでは、周速は２０ｍｍ／秒としている。但し、周速はこれに限定されるものではなく、適宜、設定可能である。なお、摺動面２４の中心軸（回転側枢動部材１４の中心軸）Ｏｚから内周側の照射ラインＬ１までの距離（半径）と摺動面２４の中心軸Ｏｚから外周側の照射ラインＬｎまでの距離（半径）との差はわずかである。このため、各照射ラインＬ１～Ｌｎにおける周速の違いによる影響は少ないことから、各照射ラインＬ１～Ｌｎにおける周速の制御は、特に精度が要求されるものではない。

上述したような操作を行うと、径方向においてほぼ３０μｍごとにマクロ溝Ｇｍが形成される（図４（ｂ）参照。）。なお、パルスレーザー光の強度のピーク値Ｆｍａｘ（図６参照）の照射位置が、マクロ溝Ｇｍの最深部（底部）Ｄｐが形成される位置にほぼ対応することとなる。

また、上述したように、各照射ラインＬ１～Ｌｎにおけるパルスレーザー光の照射を径方向に３０μｍずつずらして行っているため、各照射ラインＬ１～Ｌｎのパルスレーザー光による加工範囲に重畳領域が生じる。例えば、第３回目の照射(照射ラインＬ３における照射)が終了した時点においては、照射ラインＬ２に対応する加工範囲には３回分の照射が重畳した重畳領域が生じることとなる。当該重畳領域は薄い灰色で示されている。そして、続いて行われる第４回目の照射が終了した時点においては、照射ラインＬ３に対応する加工範囲にも同様の重畳領域が生じることとなる。なお、第４回目の照射における加工範囲は第１回目の照射による加工範囲にもわずかながら重畳する。

このように、第３回目以降の照射においては、各照射ラインに対応する加工範囲は少なくとも３回分の照射が重畳することとなる。重畳領域においては、当該重畳領域に照射されたパルスレーザー光の強度分布（図６参照）に応じた強度を有するパルスレーザー光が重畳するため、重畳した強度に応じたマクロ溝が形成される。

このようにして、各照射ラインＬ１～Ｌｎに対してパルスレーザー光の照射を順次行うと、摺動面２４には図４に示したような周期構造を有するテクスチャ構造Ｔｅｘが形成される。このテクスチャ構造Ｔｅｘには、マクロ溝Ｇｍと微細溝Ｇｆとが存在するものとなる。なお、上述した操作、すなわち、第１照射ラインＬ１においてパルスレーザー光の照射（第１回目の照射）を行ったあと、３０μｍだけ径方向にずらして、第２照射ラインＬ２においてパルスレーザー光の照射（第２回目の照射）を行うといった操作を順次行うことによって、パルスレーザー光の散乱や干渉などによって微細溝Ｇｆが副次的に作成される。微細溝Ｇｆはこのようにして形成されるが、このとき、マクロ溝Ｇｍにも微細溝Ｇｆが形成される。具体的には、マクロ溝Ｇｍが形成されている箇所（マクロ溝Ｇｍの底部や側壁部など）にも微細溝Ｇｆが形成される。このため、微細溝Ｇｆは摺動面２４のテクスチャ構造Ｔｅｘのほぼ全体に存在するといえる。

ところで、図４に示すマクロ溝Ｇｍ（マクロ溝Ｇｍ１，Ｇｍ２，Ｇｍ３）のうち、マクロ溝Ｇｍ１は照射ラインＬ１に形成されたマクロ溝であり、マクロ溝Ｇｍ２は照射ラインＬ２に形成されたマクロ溝であり、マクロ溝Ｇｍ３は照射ラインＬ３に形成されたマクロ溝であるとする。これらマクロ溝Ｇｍ１，Ｇｍ２，Ｇｍ３は、この場合、径方向において３０μｍの周期で形成されている場合が示されているが、厳密に３０μｍの周期で形成されるものではなく、「ばらつき」はある。このため、マクロ溝Ｇｍは、この場合、ほぼ３０μｍの周期で形成されるといえる。また、マクロ溝Ｇｍの深さ（摺動面２４の垂直方向の深さ）は、ほぼ０．３μｍ（３００ｎｍ）であるが、個々のマクロ溝Ｇｍによって「ばらつき」はある。

一方、微細溝Ｇｆは、径方向における周期（図４(ｃ)参照。）は、ほぼ０．５μｍの周期であるが、微細溝Ｇｆの周期も「ばらつき」はある。また、微細溝Ｇｆの深さ（摺動面２４の垂直方向の深さ））は、ほぼ０，１μｍ（１００ｎｍ）程度であるが、これも「ばらつき」はある。

ところで、マクロ溝Ｇｍは、周方向に細長い形状となるが、これは、摺動面２４を回転させながらパルスレーザー光を照射するためである。マクロ溝Ｇｍの周方向の長さは、パルスレーザー光の１発分のパルス幅と摺動面の回転速度（周速）に依存した長さとなる。一方、微細溝Ｇｆはマクロ溝Ｇｍの形成によって副次的に形成されるため、マクロ溝Ｇｍとほぼ同様に周方向に細長い形状となる。

図７は、摺動面２４に形成されたテクスチャ構造Ｔｅｘを顕微鏡写真として示す図である。なお、図７は摺動面２４に形成されたテクスチャ構造Ｔｅｘを局所的に示すものであり、図７に示す周方向（ｙ軸に沿った方向）に沿った細長い模様は、微細溝Ｇｆよりもさらに微細な周期を有する周期構造を示すものである。このような周期構造は、パルスレーザー光の干渉などによって形成されるものであり、テクスチャ構造Ｔｅｘのほぼ全体に存在する。

摺動面２４が図４～図７において説明したテクスチャ構造Ｔｅｘを有していることによって、高いシール性を有することは勿論、摺動面の間隙５２に血液成分が浸入して摺動面の間隙５２に血漿タンパク質が付着したとしても、血漿タンパク質が良好な状態で付着するように制御し、それによって、摺動抵抗の増大を確実に抑制できる信頼性の高い血液ポンプとすることができる。

ここで、本発明者らは、摺動面２４が図４に示すテクスチャ構造Ｔｅｘ（マクロ溝Ｇｍが存在するテクスチャ構造）を有する場合と、マクロ溝Ｇｍが存在しない微細溝Ｇｆのみのテクスチャ構造（このテクスチャ構造をテクスチャ構造Ｔｅｘ’とする。）を有する場合とで次に示すような実験を行った。

ここで、マクロ溝Ｇｍが存在しない微細溝Ｇｆのみのテクスチャ構造Ｔｅｘ’としては、例えば、図８に示すようなテクスチャ構造を例示できる。なお、図８に示すようなテクスチャ構造Ｔｅｘ’を形成するには、レーザー加工条件を適宜変更することによって可能となる。

ここでは、時間経過に対する摩擦係数の変化を調べる実験と、時間経過に対する漏れ率（ＣＳ液への血液の漏れ率）の変化を調べる実験とを行った。なお、これらの実験を行うに際しては、実際の血液ポンプの内部構造を模擬した試験装置を用いた。このとき、固定側摺動部材１２及び回転側摺動部材２２は共に炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用い、クールシール液ＣＳ（例えば、注射用水）を摺動面の間隙５２（固定側摺動部材１２の摺動面１４と回転側摺動部材２２の摺動面２４との間の間隙５２）に侵入させるようにして循環させた。また、血液としてはヤギ（山羊）の生体から採取した血液を使用した。また、回転側摺動部材２２の荷重（スラスト荷重）は２ニュートン（２Ｎ）、回転速度は毎分２０００回転（２０００ｒｐｍ）とした。

また、この実験においては、対向する２つの摺動面１４，２４、すなわち、固定側摺動部材１２の摺動面１４及び回転側摺動部材２２の摺動面２４のうち、一方の摺動面（回転側摺動部材２２の摺動面２４）がテクスチャ構造Ｔｅｘを有し、他方の摺動面（固定側摺動部材１２の摺動面１４）は平滑面（Polished ＳｉＣ）となっているものとする。

図９は、時間の経過に対する漏れ率（ＣＳ液への血液の漏れ率）の変化を調べる実験を行った実験結果を説明するために示す図である。図９において、横軸は時間（ｍｉｎ：分）を表しており、縦軸は１分間当たりの漏れ率（ｎＬ／ｍｉｎ）を表している。また、図９においては、○印は、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘ（マクロ溝Ｇｍが存在するテクスチャ構造）を有している場合の特性を示し、△印は摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘ’ （マクロ溝Ｇｍが存在せず微細溝Ｇｆのみのテクスチャ構造（図８参照。））である場合の特性を示している。

図１０は、時間の経過に対する摩擦係数の変化を調べる実験を行った実験結果を説明するために示す図である。図１０において、横軸は時間（ｍｉｎ：分）を表し、縦軸は摩擦係数（μ）を表している。また、図１０においては、実線は摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘ（マクロ溝が存在するテクスチャ構造）を有している場合の特性を示し、一点鎖線は摺動面がテクスチャ構造Ｔｅｘ’（マクロ溝Ｇｍが存在せず微細溝Ｇｆのみのテクスチャ構造（図８参照。））である場合の特性を示している。

図９及び図１０に示す実験結果において、まず、図９に示す実験結果によれば、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有している場合及び摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘ’である場合のいずれの場合においても、時間の経過とともに漏れ率は減少して行く。漏れ率はシール性を表しているため、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有している場合及び摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘ’である場合のいずれの場合においても、時間の経過とともにシール性が向上しているといえる。

一方、図１０に示す実験結果によれば、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有している場合においては、時間の経過とともに摩擦係数は減少して行くが、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘ’である場合においては、時間の経過とともに摩擦係数は増大して行く。

図９及び図１０に示す実験結果に示すように、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有していると、時間の経過とともに漏れ率及び摩擦係数は共に減少して行く。これに対して、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘ’である場合には、漏れ率は時間の経過とともに減少して行くが、摩擦係数は時間の経過とともに増大してしまう。摩擦係数が増大するということは摺動抵抗が増加するということであるため、マクロ溝Ｇｍが存在しないテクスチャ構造Ｔｅｘ’では摺動抵抗の点で良好な結果が得られていない。

この実験によって、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有することにより、時間の経過とともに漏れ率及び摩擦係数は共に減少して行くことが確認できた。この理由は、テクスチャ構造Ｔｅｘにおいては微細溝Ｇｆの存在だけでなく、マクロ溝Ｇｍが存在していることによるものと考えられる。

すなわち、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有することにより、仮に、血液成分が摺動面の間隙５２に侵入したとしても、マクロ溝Ｇｍが液溜りの役目を果たし、血液成分はマクロ溝Ｇｍで流動し易くなり、摺動面２４の回転によって発生する熱が放散され易くなるものと考えられる。これにより、摺動面の間隙５２に侵入した血液成分の温度が上昇しにくくなり、熱が血漿タンパク質に及ぼす様々な影響（例えば、タンパク質の立体構造変化）を抑えることができると考えられる。このように、摺動面において、熱が血漿タンパク質に及ぼす様々な影響を抑えることで、血漿タンパク質の粘性が高くなりにくく、摺動抵抗の増大を確実に抑制することができると考えられる。なお、このような現象は、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有することによって生じる様々な現象のうちの１つの現象である。

ところで、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有していると、熱が血漿タンパク質に及ぼす様々な影響のうちのタンパク質の立体構造変化が起こりにくいということは、フーリエ変換赤外分光光度法（ＦＴＩＲ）によって得られたタンパク質の２次構造を表すスペクトル（図示は省略）にも表れている。

すなわち、実験を行う際に用いたヤギの血漿タンパク質（実験開始前の血漿タンパク質）の２次構造を表すスペクトルと、実験開始以降の所定時間経過後における当該ヤギの血漿タンパク質の２次構造を表すスペクトルとを比較すると、それぞれの２次構造を表すスペクトルに大きな変化が生じていないことが確認できた。このことは、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有していると、血液成分がＣＳ液に漏れ出て摺動面の間隙５２に侵入したとしても、熱が血漿タンパク質に及ぼす様々な影響の結果として現れる変化の一つであるタンパク質の立体構造変化が起こりにくいことを示すものといえる。

以上のことから、実施形態に係る血液ポンプは、摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有していることによって、高いシール性を有することは勿論、摺動面の間隙に血液成分が浸入して摺動面に血漿タンパク質が付着したとしても、血漿タンパク質が良好な状態で付着するように制御し、それによって、摺動抵抗の増大を確実に抑制できる信頼性の高い血液ポンプとすることができることが確認できた。

なお、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能となるものである。たとえば、下記に示すような変形実施も可能である。

（１）上記実施形態においては、固定側摺動部材１２の摺動面１４及び回転側摺動部材２２の摺動面２４のうち、回転側摺動部材２２の摺動面２４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有している場合を例示したが、固定側摺動部材１２の摺動面１４がテクスチャ構造Ｔｅｘを有するようにしてもよく、固定側摺動部材１２の摺動面１４及び回転側摺動部材２２の摺動面２４の両方がテクスチャ構造Ｔｅｘを有するものであってもよい。

（２）上記実施形態において示した数値（例えば、マクロ溝Ｇｍ及び微細溝Ｇｆのそれぞれ径方向の周期、垂直方向の深さなど）は、一例であって、上記実施形態において示した数値に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、マクロ溝Ｇｍは、径方向における周期がほぼ３０μｍの周期であり、その深さは、ほぼ０．３μｍ（３００ｎｍ）である場合を例示し、また、微細溝Ｇｆは、径方向における周期が、ほぼ０．５μｍの周期であり、また、その深さは、ほぼ０，１μｍ（１００ｎｍ）とした場合を例示したが、これらの数値には、多少の幅を持たせることも可能である。すなわち、図９及び図１０に示した実験結果と同等又はそれに近い結果を得ることができるマクロ溝及び微細溝の周期や深さを示す値は、多少の幅を有しているといえる。

１０・・・固定部、１２・・・固定側摺動部材、１４・・・摺動面（固定側摺動部材１２の摺動面）、１８・・・回転シャフト２８の内側の空間、２０・・・回転部、２２・・・回転側摺動部材、２４・・・摺動面（回転側摺動部材２２の摺動面）、２８・・・回転シャフト、３０・・・駆動部、４０・・・クールシール液循環経路、４２・・・クールシール液入口、５０・・・軸受部、５２・・・摺動面の間隙（摺動面１４と摺動面２４との間隙）、１００・・・補助人工心臓システム、１１０・・・血液ポンプ、１２０，１３０・・・人工血管、１４０・・・ケーブル、Ｌ１～Ｌｎ・・・仮想的に設定された照射ライン、Ｇｆ・・・微細（fine）溝、Ｇｍ・・・マクロ（macro）溝、Ｔｅｘ・・・テクスチャ構造（マクロ（macro）溝が存在するテクスチャ構造）、Ｔｅｘ’・・・テクスチャ構造（マクロ（macro）溝が存在せず微細溝Ｇｆのみのテクスチャ構造）

Claims (7)

1. 環状の摺動面を有する固定側摺動部材と、
   環状の摺動面を有する回転側摺動部材と、
   前記固定側摺動部材及び前記回転側摺動部材の外周側に位置する血液ポンプ室と、
   前記固定側摺動部材及び前記回転側摺動部材の内周側に位置するクールシール液循環室と、を備え、
   前記固定側摺動部材の摺動面と前記回転側摺動部材の摺動面とを当接させた状態で、かつ、前記固定側摺動部材の摺動面と前記回転側摺動部材の摺動面との間の間隙に前記クールシール液循環室からクールシール液を供給しながら使用する血液ポンプであって、
   前記固定側摺動部材の摺動面と前記回転側摺動部材の摺動面のうちの少なくとも一方の摺動面は、テクスチャ構造を有しており、当該テクスチャ構造には、
   前記摺動面の径方向に微細な周期で形成され、前記摺動面の垂直方向に微細な深さを有する微細（fine）溝と、
   前記摺動面の径方向に前記微細（fine）溝の周期よりも長い周期で形成され、前記摺動面の垂直方向に前記微細(fine)溝よりも深い深さを有するマクロ（macro）溝と、が存在することを特徴とする血液ポンプ。
2. 請求項１に記載の血液ポンプにおいて、
   前記テクスチャ構造は、当該テクスチャ構造を前記摺動面の径方向に沿って見たときに、前記摺動面の径方向に微細な周期で形成されている前記微細（fine）溝に、前記マクロ（macro）溝が所定の周期で形成された構造を有していることを特徴とする血液ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の血液ポンプにおいて、
   前記微細(fine)溝は、前記マクロ（macro）溝にも形成されていることを特徴とする血液ポンプ。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の血液ポンプにおいて、
   前記マクロ（macro）溝は、前記摺動面の径方向の周期がほぼ３０μｍであり、前記摺動面に垂直方向の深さがほぼ０．３μｍであることを特徴とする血液ポンプ。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の血液ポンプにおいて、
   前記微細（fine）溝及び前記マクロ（macro）溝は、前記摺動面の周方向に細長い形状を有していることを特徴とする血液ポンプ。
6. 請求項１～５のいずれかに記載の血液ポンプにおいて、
   前記摺動面は、当該摺動面の全面に前記テクスチャ構造を有することを特徴とする血液ポンプ。
7. 体内に埋め込まれる血液ポンプを備える補助人工心臓システムであって、
   前記血液ポンプは、請求項１～６のいずれかに記載の血液ポンプであることを特徴とする補助人工心臓システム。

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