Медицинская Техника / Медицинская техника №1, 2013 / с. 42-46

Исследование характеристик имплантируемого бесклапанного насоса для биологических жидкостей и лекарственных средств

Али Остадфар, Э.Х. Равич

Аннотация

В статье описаны устройство и испытания имплантируемого насоса медицинского назначения. В отличие от традиционных методов, разработанный имплантируемый насос обеспечивает более высокое качество доставки лекарств и биологических жидкостей (кровь, плазма и т. д.). Использование бесклапанного насоса снижает гемолиз крови, вызываемый действием поперечных сил на мембраны клеток крови. Высокая точность доставки лекарств (или биологических жидкостей) имплантируемым насосом обеспечивает большую эффективность терапевтического действия. Кроме того, насосу не требуется внешний источник энергии, поскольку он работает за счет естественной циркуляции крови в теле человека. Была разработана теоретическая модель элементов насоса сопло/диффузор. Экспериментальные показано, что коэффициент эффективности уменьшается с ростом диаметра элемента сопло/диффузор. Коэффициент эффективности также зависит от угла и длины канала. Максимальная скорость потока разработанного насоса составляет приблизительно 1 мл/мин при частоте пульсации потока 1,16 Гц. Габариты насоса (элементы сопло/диффузор и камеры насоса) составляют 45 Ч 6 Ч 15 мм. Размеры насоса могут меняться в зависимости от области применения.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Али Остадфар, аспирант,
Равич Эндрю, директор факультета биомедицинской инженерии, школа инженерных наук университета Саймона Фрейзера, Бернаби, Канада,
e-mail: ali_ostadfar@sfu.ca

Список литературы

1. White F.M. Fluid mechanics. – Mc Grow Hill, Fourth Edition, 1998.
2. Stemme E., Stemme G. A valveless diffuser/nozzle-based fluidpump // Sens. Actuators A: Phys. 1993. Vol. 39. PP. 159-167.
3. Gerlach T., Schuenemann M., Wurmus H. A new micropump principle of the reciprocating type using pyramidic micro flowchannelsas passive valves // J. Micromech. Microeng. 1995. Vol. 5. PP. 199-201.
4. Forster F.K., Bardell R.L., Afromowitz M.A., Sharma N.R., Blanchard A. Design, fabrication and testing of fixed-valve micro-pumps / In: Proceedings of the ASME Fluids Engineering Division, FED. 1995. Vol. 234. PP. 39-44.
5. Heschel M., Mullenborn M., Bouwstra S. Fabrication and characterization of truly 3D Diffuser/Nozzle Microstructures in Silicon // J. of Microelectromechanical Systems. 1997. Vol. 6. № 1. РР. 41-47.
6. Olsson A., Enoksson P., Stemme G., Stemme E. Micromachined Flat-walled Valveless Diffuser Pumps // J. of Microelectromechanical Systems. 1997. Vol. 6(2). PP. 161-166.
7. Andersson H., Wijingaat W.v.d., Nilsson P., Enoksson P., Stemme G. A Valve-less Diffuser Micropumpfor Microfluidic Analytical Systems // Sensors and Actuators B. 2001. Vol. 72 (3). PP. 259-265.
8. Singhal V., Murthy J.Y., Garimella S.V. Low Reynolds number flow through nozzle diffuser elements in valveless micropumps, Elsevier // Sensors and Actuators A. 2004. Vol. 113. PP. 226-235.
9. Judy J.W. Biomedical applications of MEMS / In: Measurement and Science Technology Conference, Anaheim, CA, 2000. PP. 403-414.
10. Maluf N., Gee D.A., Petersen K.E., Kovacs G.T.A. Medical Applications of MEM. 2000. PP. 300-306.
11. Smits J.G. Piezoelectric micropump with three valves working peristaltically // Sens. Actuators A. 1990. A21-A23. PP. 203-206.
12. Cui Q., Liu C., Zha X.F. Modeling and Numerical Analysis of a Circular Piezoelectric Actuator for Valveless Micropumps // J. of Intelligent Material Systems and Structures. 2008. Vol. 00. 1045-389X/08/00 0001-11.
13. Yamahata C., Lacharme F., Gijs M.A.M. Glass Valveless Micropump Using Electromagnetic Actuation // Microelectronic Engineering. 2005. Vol. 78-79 (5). PP. 132-137.
14. Zengerle R., Ulrich J., Kluge S., Richter M., Richter A. A Bidirectional Silicon Micropump // Sensors and Actuators A. 1995. Vol. 50 (1-2). PP. 81-86.
15. Jeong O.C., Yang S.S. Fabrication and Test of a Thermopneumatic Micropump with a Corrugated Diaphragm // Sensors and Actuators A. 2000. Vol. 83 (1-3). PP. 249-255.
16. Kan J., Yang Z., Peng T., Cheng G., Wu B. Design and Test of a High-performance Piezoelectric Micropump for Drug Delivery // Sensors and Actuators A. 2005. Vol. 121 (1). PP. 156-161.
17. Ali Ostadfar, Rawicz A.H. Glomerular Plasmapheresis Design for an Implantable Artificial Kidney // J. of Medical and Biological Engineering. Special Issue on Innovations in Clinical Devices, in press (2012).
18. Lee S., Kim K.J. Design of IPMC actuator-driven valve-less micropump and its flow rate estimation at low Reynolds numbers, IOP Publishing Ltd. // Smart Materials and Structures. 2006. Vol. 15. PP. 1103-1109.
19. Jiang X.N., Zhoub Z.Y., Huang X.Y., Lib Y., Yangb Y. Micronozzle/diffuser flow and its application in micro valveless pumps, Elsevier science // Sensors and Actuators A. 1998. Vol. 70. PP. 81-87.
20. Ventsel E., Krauthammer T. Thin Plates and Shells Theory, Analysis, and Applications, Marcel Dekker, Inc., 2001.
21. Laser D.J., Santiago J.G. A review of micropumps // J. of Micromechanics and Microengineering. 2004. Vol. 14. PP. R35-R64.
22. Varadan V.K., Vinoy K.J., Gopalakrishnan S. Smart Material Systems and MEMS: Design and Development Methodologies. – John Wiley & Sons Ltd, 2006. P. 101.
23. Nguyen Nam-Trung, Wereley S.T. Fundamentals and Applications of Microfluidics. – Artech House, Inc., 2006. P. 263.
24. Karassik I.J., Messina J.P., Cooper P., Heald C.C. Pump Handbook, McGraw-Hill, third edition, 2001.
25. Operator’s manual. COBE century perfusion pump / COBE Cardiovascular, Inc.
26. Edwards TruWave Disposable Pressure Transducer. Edwards Life Science.
27. Bansal P.K., Xie G. A Unified Empirical Correlation for Evaporation of Water at Low, Air Velocities // Heat Ma. vs Tranxfer. 1998. Vol. 25. № 2. РР. 183-190.