2/2醫械產品設計中的流體部件——泵、閥門和連接器

2023-04-0719:48現在，醫務人員比以往更依賴醫療診斷儀器的測試結果從而做出關鍵的患者護理和治療決策。體外診斷儀器的準確性、精密度和可靠性不僅取決于儀器的固有設計和性能，還取決于集成到系統中的多個單獨組件的設計、功能和可靠性。

流體解決方案

由于患者樣本和試劑通常是液體形式的，如樣本（血液、唾液、尿液等）、試劑、緩沖液和洗滌液等，因此診斷儀器中的關鍵功能部件主要是負責流體處理和控制的部件。在分析過程中，準確可靠地將流體在整個系統中移動是醫療診斷設備系統設計人員面臨的主要挑戰。

近年來，應用到醫療診斷中的流體系統的研發趨勢是處理精度越來越高，而液體量越來越少。制造商開發臨床分析儀或家庭護理產品時更注重產品是否具備使用極小的樣本進行多種測試的能力。因此，診斷儀器中使用的樣本、試劑、緩沖液、洗滌液和廢液通常盡量控制在微升范圍之內就可進行完整的測試過程。

泵、閥門和連接器是常用的流體處理元件，具有多功能性、可靠性、一致性、可重復性和易于維護的特點，廣泛應用于診斷和生物技術領域。

當設計的系統涉及泵、閥門和連接器時，制造商應該考慮以下幾個因素。

閥門

1、尺寸

在決定閥門的尺寸之前，設計師必須確定系統按預期工作所需的流速。一旦確定了這一點，就能夠選擇控制該流速的閥門。

2、溫度

在選擇閥門時要考慮的另一個關鍵因素是閥門運行的溫度，包括閥門將控制的介質的溫度和環境的正常運行溫度。溫度波動可能導致密封件膨脹和收縮，導致快速磨損，從而導致液體故障和泄漏。

3、材料

重要的是要了解流經系統的流體對閥門的影響，并相應地選擇正確的材料。兼容性是關鍵，閥門應采用與其他較軟材料配合使用的材質。如果組件由不兼容的材料制成，可能會導致腐蝕、脆化或開裂。除了相互兼容外，閥門的選擇還應與它們將要運行的環境兼容。

4、壓力

設計師還應考慮閥門在特定應用中的壓力。其包括兩個方面：

工作壓力：系統中的正常工作壓力

設計壓力：閥門制造商提供的最大壓力極限；不得超過其他流體系統部件的設計壓力，除非在受控的測試條件下可運行。

壓力限制由系統中的最低額定部件決定，其中閥門是系統的重要組成部分。壓力波動會對部件的性能產生重大影響。選擇閥門時，應考慮閥門是否設計為在一定溫度和壓力范圍內運行，以確保所選閥門能夠承受嚴格的運行條件。

閥門需要在系統內執行的特定功能。它會啟動或中止流量，還是會調節流量水平？閥門是否有必要控制流量方向或防止系統過載？解決這些問題有助于成功設計流體控制系統。

泵

1、液體特性

與系統“潮濕部分”接觸的流體的化學兼容性是一個重要考慮因素。當不兼容的材料接觸時，可能導致組件材料的退化和故障，可能會讓儀器壽命縮短、性能不佳，提供錯誤結果、運行失敗和浪費樣品的情況。為您的系統選擇合適的泵將確保流體系統正確設計，保證系統的質量和可靠性。

2、流量控制

流量控制是泵送系統的流體效率和生命周期成本的重要因素。通過閥門來控制流量是一種常常采用的控制流量的方法，但從長遠來看，通常效率非常低且成本高昂。

泵的流量可以通過簡單地調節泵的尺寸或泵頭的轉速來控制或調節。這些泵可以根據其尺寸控制液體流速。

3、系統壓力

計算系統中高點的壓力水平。系統中的壓力可能會低到無法移動管道中的液體，這將對系統的性能不利。因此通?？梢酝ㄟ^在高點之后的某個點安裝閥門來增加該點的壓力，并通過關閉該閥門來調整高點的壓力。

4、液體粘度

粘度將會影響系統設計和泵的選擇，因為它會影響通量和液體處理參數。具有高粘度的液體需要緩慢的泵速和每次抽吸或分配后的停留時間，以使液體完全沉降。樣品之間也可能需要額外的清洗或廢液處理。在泵集成和系統測試期間，應注意確定液體類別參數，以使泵運行期間產生的壓力不超過規定或功能限制。

連接器

在設計流體處理系統時，除了閥門和泵之外，還需要選擇符合系統要求的連接器。電子連接器通常處理電源和信號。然而，在醫療器械系統里，連接器通常可以承擔其他工作，即輸送液體。流體連接器可以具有集成閥，以控制流速和壓力變化。這些閥門還防止空氣進入系統，并防止斷開連接時發生泄漏。

流體處理挑戰

隨著診斷和醫療技術的不斷改進和發展，市場更偏向使用更小、更快、更可靠及更集成化的系統來完成更復雜的應用，這給制造商應帶來了壓力。

1、整合和簡化

較小的設備提供了較大的競爭優勢，因為此類產品將更容易滿足當前的市場需求。這些小型的醫療產品可以運輸到實驗室之外或現場使用。

然而系統的縮小和簡化使制造商面臨著許多不同的挑戰，特別是在流體流量管理和公差差異等方面。因為醫療診斷設備的流體通道的體積極小，控制少量的流體反而更加困難。

2、成本控制

制造商們通常承受著持續降低開發、設計和生產成本的壓力。因此當權衡流體處理系統等非核心部件的輔助功能時，制造商更加需要注意保持這些系統（流體處理部件）的性能的同時降低成本。

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