Piezo motor ultrasónico Basado en las bombas de móviles

Las bombas de medicamentos móviles se han convertido en una parte integral de la terapia ambulatoria para muchas enfermedades, como la terapia del dolor, la oncología, la nutrición parenteral o las enfermedades metabólicas. Dan movilidad al paciente y, por tanto, una mejor calidad de vida. Al mismo tiempo, se reducen los costes de la terapia, ya que los pacientes no tienen que ser atendidos en la clínica de forma ambulatoria o hospitalaria. Sin embargo, hay margen de mejora en las bombas de medicamentos móviles que se utilizan comúnmente en la actualidad. Los motores piezo ultrasónicos de PI (Physik Instrumente) como accionamientos de bombas pueden abrir perspectivas interesantes aquí.

Para las bombas de drogas móviles, primero se piensa en las bombas de globo porque son livianas, prácticas y fáciles de usar para el paciente. Pero funcionan con grandes desviaciones de tiempo de ejecución y las cantidades de inyección son difíciles de documentar. Sin embargo, como el paciente "móvil" suele estar fuera de la clínica, el seguimiento preciso del curso de la terapia es extremadamente importante. El médico necesita información precisa para un tratamiento exitoso. Lo que se necesita es un sistema de bomba que también permita documentación precisa fuera de la clínica.

Actualmente, en tales casos, las bombas peristálticas son el fármaco de elección, pero debido a su alto peso y tamaño considerable, restringen severamente al paciente y, por lo tanto, no son realmente móviles. Sin embargo, permiten una medición precisa y volúmenes de entrega programables. Dependiendo de la terapia, no se pueden administrar cantidades más grandes, cantidades más pequeñas o incluso períodos más largos. También es posible realizar infusiones de gran volumen, ya que puede conectarse a los depósitos de drogas de las bombas con diferentes capacidades. Las bombas peristálticas son adecuadas para varios tipos de medicamentos porque proporcionan un flujo continuo (tasa basal). Igualmente, sin embargo, se pueden dosificar inyecciones especiales (dosis de bolo), que se pueden colocar en cualquier momento. Además, todos los procesos pueden documentarse para evaluar el volumen de medicación dispensada y el curso de la terapia y, por ejemplo, para probarlo contra las compañías de seguros.

Movilidad y documentación.

Además de la movilidad, las bombas peristálticas combinan todos los requisitos deseados. Por lo tanto, deben tener las dimensiones más pequeñas posibles, ser ligeras y silenciosas, para restringir al usuario lo menos posible en su libertad de movimiento. Igualmente importante es el bajo consumo de energía para mantener las baterías largas y confiables, operación de bajo desgaste durante largos intervalos de servicio. En este contexto, vale la pena echar un vistazo más de cerca a los accionamientos comúnmente utilizados en las bombas peristálticas:

Los motores eléctricos pequeños, traducidos por engranajes, a menudo utilizados, generan lo necesario para el principio de bombeo de altas fuerzas o pares. Pero también son lentos. Su micro equipo mecánico rara vez funciona sin juego y está por encima de eso, muy susceptible al desgaste. Por lo tanto, dicha solución no puede describirse como realmente confiable, porque los cortos intervalos de mantenimiento causan esfuerzo y costos.

Incluso aquellos que, por lo tanto, utilizan accionamientos directos sin engranajes, desafortunadamente, generalmente deben tomar desventajas. Dependiendo del diseño técnico de las bombas peristálticas, hay relativamente poca fuerza o par disponible. Luego debe elegir el variador más grande, que a su vez puede afectar el tamaño de la bomba. Además, los accionamientos directos son receptivos, pero no se autobloquean debido a la falta de mecanismo de engranaje. Para mantener la posición estable cuando la bomba no está funcionando, debe energizarse. Con ciclos de operación cortos, es decir, cuando la duración de la medicación es corta y los "tiempos de inactividad" largos, eso tendría un efecto devastador en la vida útil de la batería. Por lo tanto, el motor debe estar bloqueado mecánicamente, lo que también está asociado con el esfuerzo. Por lo tanto, hay muchas razones para buscar una solución de accionamiento alternativa para las bombas de drogas móviles:

Unidad compacta para mayor movilidad.

Los accionamientos ultrasónicos piezoeléctricos, por ejemplo, pueden abrir nuevas perspectivas aquí. Son muy compactos, resistentes al desgaste y autobloqueantes. Por lo tanto, mantienen su posición incluso cuando la máquina está apagada, incluso en caídas y golpes. Gracias a su principio funcional, su diseño plano y sus opciones de adaptación individual, se pueden integrar fácilmente en las bombas de drogas móviles y funcionan prácticamente sin ruido.

El funcionamiento de los accionamientos piezo compactos es fácil de entender: las oscilaciones con frecuencias ultrasónicas de un actuador piezocerámico se convierten en movimiento lineal a lo largo de un rotor y, por lo tanto, impulsan la parte móvil de una estructura mecánica. El núcleo del accionamiento es una piezocerámica monolítica (el estator), que está segmentada en un lado por dos electrodos. Opcionalmente, el electrodo izquierdo o derecho se excita con las oscilaciones naturales de alta frecuencia del elemento piezocerámico en el rango de unos pocos cientos de kilohercios y, por lo tanto, determina la dirección del movimiento. Por lo tanto, un elemento de acoplamiento en la piezocerámica se excita con movimientos lineales rápidos. En contacto con el rotor surgen micro pulsos que mueven la parte móvil del mecanismo de dosificación, como los portaobjetos o el plato giratorio hacia adelante o hacia atrás. Cada ciclo de oscilación mueve la mecánica unos pocos nanómetros. En general, esto da como resultado un movimiento uniforme con un rango teóricamente ilimitado.

Se pueden realizar diferentes construcciones

Los accionamientos son muy compactos, ya que consisten prácticamente en el actuador piezoeléctrico y un disco móvil montado o eje lineal. La electrónica del controlador se puede integrar como un chip y, por lo tanto, ocupa poco espacio. Dado que hay pocos componentes mecánicos, como engranajes, la solución también es de muy bajo desgaste y confiable. La dosificación es posible en un amplio rango de velocidades, desde unos pocos grados hasta varias revoluciones por segundo, según el modelo, o para soluciones lineales de menos de 1 a varios 100 mm / s. La retroalimentación de posición para el control está disponible para una documentación precisa.

La estructura de una bomba de drogas móvil impulsada de esta manera es la siguiente: el motor consta de un anillo piezoeléctrico. Este actuador está tan excitado que se genera una llamada onda viajera. Los delgados anillos de óxido de aluminio en la parte superior e inferior del anillo piezoeléctrico absorben las vibraciones. Con la ayuda de los tres elementos de acoplamiento utilizados en el rotor, la vibración registrada se transmite al rotor pretensado y se convierte en un movimiento giratorio. Las unidades ultrasónicas piezoeléctricas en forma de anillo mueven un disco aquí. Está diseñado de tal manera que, gracias a la geometría especial, se pueden dosificar diferentes cantidades de medicamentos.

Con unidades piezo ultrasónicas, pero otras construcciones son factibles. El actuador piezoeléctrico también se puede disponer lateralmente, por ejemplo, y girar un anillo, en cuya gran abertura se pueden disponer otros componentes. Las bombas de drogas diseñadas de esta manera son particularmente pequeñas, ligeras y silenciosas. Además, ofrecen un alto grado de flexibilidad con respecto a las diferentes terapias y dosis. Incluso más pacientes podrán beneficiarse de un tratamiento no hospitalario o ambulatorio en el futuro.

Accionamientos piezoeléctricos para tecnología médica.