人工心脏、人工心肺机等人工器官的研制和使用过程中机械部件的磨损严重影响着其寿命和可靠性,良好的润滑不仅可以减小人工器官的磨损,延长其使用寿命,还可以保证病人的生命安全,提高生活质量。利用患者自身血液作为这类人工器官的润滑剂,可解决上述难题。血液是具有生理活性的流体,其组分复杂,流动性特殊,这就使得血液润滑带来优越性的同时也带来了一定的难度,加之以往对血液的研究主要集中在生理和病理等临床医学领域,将其作为机械部件的润滑剂是前人所未作过的尝试性探索研究。在血液流变学的基础上,探讨血液的各理化指标,结合血液的特殊流变性,利用线性粘弹性模型—Maxwell流变模型来描述血液的宏观的非牛顿流体特征和血细胞的微观粘弹性特征。在此模型的基础上,从微观和宏观两个方面对血液的润滑特性进行研究。本文针对血液的特殊性,分析讨论了影响血液润滑的因素—红细胞的聚集、变形、组分变化、摩擦界面的表面性能及温度变化等因素。针对血液润滑的特殊性,提出了评价血润滑性能的判定指标:(1)生物相容的指标—血栓;(2)生理限制的指标—溶血;(3)反映润滑性能的能承载能力;(4)温度限制。材料的表面性能决定了血细胞在摩擦界面的吸附特征及润滑过程中的表现。血细胞在材料表面的吸附会对血液的润滑性能产生影响。本文利用原子力显微镜研究了吸附在钛合金表面和云母表面的红细胞形态变化。从微观细胞力学的角度探讨在润滑过程血细胞的吸附特性和微观力学行为,在细胞力学的基础上建立了血细胞的粘附模型。基于所建立的粘附模型,从微摩擦的角度探讨血细胞的微摩擦机理,首次利用原子力显微镜研究生物细胞表面的微摩擦力及摩擦系数,从微观上研究血液的润滑提供了条件。针对血液粘弹性的特征,从分析血液组分出发,研究了红细胞比积的变化对血液粘弹性及润滑性能的影响,对不同红细胞比积的血液的承载能力进行了实验研究,发现红细胞的比积大小影响着血液的承载能力,红细胞比积越大,血液的承载能力越强。结合宏观摩擦实验,对原来建立的血液宏观粘弹性模型进行了修正,并在此基础上建立了红细胞比积和血液承载能力的关系模型;结合血液组分的动态变化和润滑间隙的动态变化,研究了血液润滑状态的变化,针对不同的血液润滑状态建立了血液润滑状态模型。推导了基于血液宏观Maxwell粘弹性模型的雷诺方程,并将此雷诺方程应用于微型轴流式血泵的仿真分析,得出了相应结论,为进一步研究血液的润滑和血泵结构的优化提供了基础。