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Arbeitsgruppe Medizinische Gerätetechnik


Nicht-okklusive Schlauchpumpen zum präzisen Fördern
von anspruchsvollen Medien
 


Schlauchpumpen stellen seit vielen Jahren eine wichtige Pumpenklasse zum Fördern von sensiblen Medien dar. Speziell im medizinischen Bereich finden sie als Rollenpumpe häufig in Dialysegeräten oder in extrakorporalen Blut-kreisläufen zum Fördern von Blut Anwendung. Die nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Pumpen haben funktionsbedingt den Nachteil, dass sie aufgrund der vollständigen Schlauch-okklusion (vollständiges Verschließen des Schlauches) das zu fördernde Medium stark mechanisch beanspruchen. Im Falle von Blut führt dies zu einer Zerstörung der Erythrozyten (Hämolyse), was die maximale Anwendungszeit solcher Pumpen aufgrund der Belastung des Patientenorganismus begrenzt.

Die auftretende Blutschädigung kann durch den bewussten Verzicht der vollständigen Schlauchokklusion deutlich verringert werden. Zu diesem Zweck wurde ein neuartiges Schlauchpumpenkonzept erar-beitet. Das nicht-okklusive Schlauch-pumpenprinzip nutzt eine umlaufende exzentrische Oszillation, welche den Pumpenschlauch stimuliert. Dadurch kommt es im Schlauch neben der periodischen Volumenverdrängung mit Rückfluss in Folge der Teilokklusion zur Ausbreitung einer Pulswelle. Am Pumpenausgang befindet sich ein dynamisch wirkender Resistor, welcher in Wechselwirkung mit der Pulswelle steht. Durch das Zusammenspiel zwischen Vo-lumenverdrängung, Pulswelle und Resistor bildet die Schlauchwindung einen Resonator, wodurch die gewünschte Pumpleistung ohne vollständige Schlauchokklusion erzeugt werden kann. Auf diese Wese sind bereits mit Oszillationsamplituden < 300 µm Flüsse bis 500 ml/min erreichbar.

Einen weiteren Vorteil der nicht-okklusiven Schlauchpumpe gegenüber konventionellen Rollenpumpen stellt die Steuerbarkeit des Volumenstromes dar. Neben präzise steuerbaren pulsationsfreien Volumenströmen können mit dem nicht-okklusiven Pumpprinzip auch dynamisch veränderliche (pulsatile) Volumenströme, beispielsweise zur Nachahmung der Blutflüsse im menschlichen Körper, generiert werden.

Die Funktionsmuster der nicht-okklusiven Schlauchpumpe sind gekennzeichnet durch:

  • Volumenstrom: Q = (1 … 500) ml/min

  • Druck: p = (0 … 35) kPa

  • Schlauchdurchmesser, innen: d = (1 … 5) mm, je nach gewünschtem Volumenstrom

  • Schlauchmaterial: Silikon, Tygon, Noprene, ...

  • Besondere Eigenschaften:

    • keine vollständige Okklusion des Schlauches

    • deutlich geringere Blutschädigung (Verringerung der Hämolyse um 55 % im Experiment mit Schweineblut)

    • kontinuierlicher Volumenstrom (85% weniger Pulsation im Vergleich zur vergleichbarer Rollenpumpe)

    • dynamisch steuerbarer Volumenstrom, programmierbare Pulsationsform je nach gewünschtem Anwendungsfall

    • Pumpenaufbau skalierbar (je nach gewünschtem Volumenstrom und Druck)

  • Anwendungsgebiete: Extrakorporale Blutkreisläufe, Analysetechnik, Dosiertechnik, Mikrofluidik, Biotechnologie, ...

 

Ansprechpartner:


Dipl.-Ing. Sebastian Pech
 

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Letzte Änderung: 30.09.2020