Piëzo ultrasone motor Gebaseerd op mobiele medicijnpompen

Mobiele medicijnpompen zijn een integraal onderdeel geworden van de ambulante therapie voor vele ziekten, zoals pijntherapie, oncologie, parenterale voeding of stofwisselingsziekten. Ze geven de patiënt mobiliteit en dus een betere kwaliteit van leven. Tegelijkertijd worden de therapiekosten verlaagd, aangezien de patiënten niet op klinische of poliklinische basis in de kliniek moeten worden verzorgd. Er is echter ruimte voor verbetering in de mobiele medicijnpompen die tegenwoordig veel worden gebruikt. Piëzo-ultrasone motoren van PI (Physik Instrumente) als pompaandrijvingen kunnen hier interessante perspectieven openen.

Voor mobiele medicijnpompen denkt men eerst aan ballonpompen omdat ze licht van gewicht zijn, handig en gemakkelijk te gebruiken door de patiënt. Maar ze werken met grote runtime-afwijkingen en de injectiehoeveelheden zijn moeilijk te documenteren. Omdat de "mobiele" patiënt echter meestal buiten de kliniek is, is het nauwkeurig volgen van de therapiekuur van groot belang. De arts heeft nauwkeurige informatie nodig voor een succesvolle behandeling. Wat nodig is, is een pompsysteem dat ook nauwkeurige documentatie buiten de kliniek mogelijk maakt.

Momenteel zijn in dergelijke gevallen peristaltische pompen het favoriete medicijn, maar vanwege hun hoge gewicht en aanzienlijke omvang, beperken ze de patiënt ernstig en zijn daarom niet echt mobiel. Ze maken echter nauwkeurige meting en programmeerbare aflevervolumes mogelijk. Afhankelijk van de therapie kunnen grotere hoeveelheden, kleinere hoeveelheden of zelfs langere perioden niet worden toegediend. Infusies met een groot volume zijn ook mogelijk, omdat u geneesmiddelenreservoirs met verschillende capaciteiten op de pompen kunt aansluiten. De peristaltische pompen zijn geschikt voor verschillende soorten medicatie omdat ze zorgen voor een continue stroom (basale snelheid). Evenzo kunnen echter speciale injecties (bolussnelheden) worden gedoseerd, die op elk moment kunnen worden geplaatst. Bovendien kunnen alle processen worden gedocumenteerd om de hoeveelheid medicatie die wordt afgegeven en de loop van de therapie te evalueren en bijvoorbeeld om het te bewijzen tegen verzekeringsmaatschappijen.

Mobiliteit en documentatie

Naast mobiliteit combineren peristaltische pompen alle gewenste vereisten. Ze moeten daarom de kleinst mogelijke dimensies hebben, licht en stil zijn, om de gebruiker zo min mogelijk te beperken in zijn bewegingsvrijheid. Even belangrijk is het lage energieverbruik om de accu's lang en betrouwbaar te houden, weinig slijtage tijdens lange onderhoudsintervallen. In dit verband loont het om de aandrijvingen die gewoonlijk worden gebruikt in peristaltische pompen nader te bekijken:

De vaak gebruikte kleine, elektrisch getraceerde elektromotoren genereren het noodzakelijke voor het pompprincipe hoge krachten of koppels. Maar ze zijn ook traag. Je mechanische micro-versnelling werkt zelden zonder te spelen en is bovendien zeer gevoelig voor slijtage. Daarom kan een dergelijke oplossing niet als echt betrouwbaar worden omschreven, omdat korte onderhoudsintervallen inspanningen en kosten veroorzaken.

Zelfs degenen die daarom gearless direct drives gebruiken, moeten helaas meestal nadelen nemen. Afhankelijk van het technische ontwerp van de peristaltische pompen is relatief weinig kracht of koppel beschikbaar. U moet dan de grotere aandrijving kiezen, die op zijn beurt de grootte van de pomp kan beïnvloeden. Bovendien zijn de directe aandrijvingen responsief, maar niet zelfremmend vanwege het gebrek aan versnellingsmechanisme. Om de positie stabiel te houden als de pomp niet in bedrijf is, moet deze daarom worden geactiveerd. Voor korte bedrijfscycli, dus als de duur van de medicatie is kort en de "niet-operationele uren" lang, zou een verwoestende uitwerking op de levensduur van de batterij. De motor moet daarom mechanisch worden geblokkeerd, wat ook gepaard gaat met inspanning. Er zijn dus genoeg redenen om rond te kijken naar een alternatieve aandrijfoplossing voor mobiele drugspompen:

Compacte schijf voor meer mobiliteit

Piezo-gebaseerde ultrasone schijven, bijvoorbeeld, kunnen hier nieuwe perspectieven openen. Ze zijn zeer compact, slijtvast en zelfremmend. Ze behouden hun positie dus ook wanneer de machine is uitgeschakeld, zelfs bij vallen en stoten. Dankzij hun functionele principe, hun platte ontwerp en hun individuele aanpassingsmogelijkheden, kunnen ze eenvoudig worden geïntegreerd in mobiele drugspompen en werken ze vrijwel geruisloos.

Hoe de compacte piëzo-aandrijvingen werken, is gemakkelijk te begrijpen: oscillaties met ultrasone frequenties van een piëzokeramische actuator worden omgezet in lineaire beweging langs een rotor en drijven zo het bewegende deel van een mechanische structuur aan. De kern van de aandrijving is een monolithische piëzokeramische (de stator), die aan één kant is gesegmenteerd door twee elektroden. Optioneel wordt de linker of de rechter elektrode aangeslagen voor de hoogfrequente natuurlijke oscillaties van het piëzokeramische element in het bereik van enkele honderden kilohertz en bepaalt daardoor de bewegingsrichting. Een koppelelement op de piëzokeramische wordt aldus aangeslagen tot snelle lineaire bewegingen. In contact met de rotor ontstaan ​​micro-pulsen die het bewegende deel van het doseermechanisme zoals dia's of draaitafel vooruit of achteruit bewegen. Elke oscillatiecyclus verplaatst de mechanica enkele nanometers. Al met al resulteert dit in een uniforme beweging met een theoretisch onbeperkt bereik.

Verschillende constructies kunnen worden gerealiseerd

De aandrijvingen zijn zeer compact, omdat ze vrijwel alleen bestaan ​​uit de piëzo-actuator en een gemonteerde bewegende schijf of lineaire as. De besturingselektronica kan als een chip worden geïntegreerd en neemt daardoor weinig ruimte in beslag. Aangezien er weinig mechanische componenten zijn, zoals tandwielen, is de oplossing ook zeer slijtvast en betrouwbaar. Doseringen zijn mogelijk in een groot toerentalbereik, afhankelijk van het ontwerp van enkele graden tot enkele omwentelingen per seconde, of lineaire oplossingen van minder dan 1 verschillende 100 mm / s. De positieterugkoppeling voor het besturingselement is beschikbaar voor nauwkeurige documentatie.

De structuur van een dergelijke aangedreven mobiele medicijnpomp is als volgt: De motor bestaat uit een piëzo-elektrische ring. Deze actuator is zo opgewonden dat een zogenaamde reizende golf wordt gegenereerd. De dunne aluminiumoxideringen aan de boven- en onderkant van de piëzo-ring absorberen de trillingen. Met behulp van de drie koppelingselementen die in de rotor worden gebruikt, wordt de geregistreerde trilling doorgegeven aan de voorgespannen rotor en omgezet in een roterende beweging. De ringvormige piëzo-elektrische ultrasone schijven verplaatsen hier een schijf. Dit is zo ontworpen dat dankzij de speciale geometrie verschillende hoeveelheden geneesmiddelen kunnen worden gedoseerd.

Met piëzo-ultrasone drives, maar andere constructies zijn mogelijk. De piëzo-elektrische actuator kan bijvoorbeeld ook zijdelings zijn opgesteld en een ring draaien, in de grote opening waarvan vervolgens verdere componenten kunnen worden aangebracht. De op deze manier ontworpen medicijnpompen zijn bijzonder klein, licht en stil. Bovendien bieden ze een hoge mate van flexibiliteit met betrekking tot verschillende therapieën en doseringen. Nog meer patiënten zullen in de toekomst kunnen profiteren van een niet-klinische of poliklinische behandeling.

Piëzo-aandrijvingen voor medische technologie