Способ управления проницаемостью мембран и устройство его реализации

 

Изобретение может быть использовано в медицине при создании массообменных устройств. Способ осуществляется за счет энергии воздействия физико-химических факторов (акустические колебания, магнитное, электромагнитное), которые целенаправленно изменяют проницаемость полимерных мембран для распираторных газов вследствие изменения физико-химических свойств самой полимерной мембраны. Технический результат состоит в обеспечении возможности целенаправленного управления проницаемостью полимерных мембран для кислорода и углекислого газа. Массообменное устройство, реализующее указанный способ, состоит из корпуса с камерами для крови и газа, разделенными полупроницаемыми мембранами, систем вводов и выводов, двух крышек, акустических излучателей, электромагнитов. 2 c.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может быть использовано в клинической трансфузиологии и для изготовления мембранных аппаратов, предназначенных для оксигенации крови и гемодиализа.

Считается, что массоперенос газов через мембраны осуществляется по механизму физической диффузии и проницаемость конкретной полимерной мембраны для конкретного вещества (газа) в стандартных условиях величина постоянная, зависящая от химической структуры использованного полимерного вещества и технологии изготовления мембраны. Поэтому известные технические решения способов управления проницаемостью мембран и устройств для их реализации направлены на уменьшение тем или иным способом диффузионного расстояния в прилежащем к мембране слое жидкости (газа) или к активации молекул диффундирующего вещества.

Однако имеются экспериментальные и клинические подтверждения, что физическая диффузия относительно очень медленный процесс и ее вклад в массоперенос веществ в различных средах чрезвычайно мал, и транспорт веществ осуществляется преимущественно энергозатратными механизмами, которые активно регулируются.

Известен способ управления проницаемостью мембран, заключающийся в воздействии на полимерную мембрану в процессе осуществления через нее газообмена кислорода и углекислого газа физическим фактором [1].

Известно также массообменное устройство, содержащее корпус, разделенный полимерной мембраной на камеры для крови и газовую камеру. Корпус снабжен системами ввода и вывода и двумя крышками [2].

Однако известные способ и устройство не позволяют осуществлять управление проницаемостью полимерных мембран для кислорода и углекислого газа.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении такого управления.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью внешнего источника энергии на мембрану подается определенное по типу и величине воздействие физическим фактором. При этом вследствие целенаправленного изменения физико-химических свойств самой мембраны ее проницаемость для кислорода и углекислого газа меняется от нулевой до некоторой максимальной величины.

Воздействие осуществляют акустическими колебаниями в диапазоне частот 5-200 Гц и 0,05-1 МГц при мощности звуковой энергии 0,01-0,5 Вт/см² или магнитным полем в диапазоне напряженностей 10-560 эрстед с вектором индукции, который перпендикулярен плоскости мембраны, при этом для каждой мембраны контролируют величины экстремальных проницаемостей кислорода и углекислого газа.

Способ реализуется в массообменном устройстве, которое содержит корпус, разделенный полимерной мембраной на камеры для крови и газовую камеру, снабженный системами ввода и вывода и двумя крышками, в него введены плоские акустические излучатели, имеющие возможность излучения в диапазоне частот 5-200 Гц и 0,05-1 МГц и создания мощности излучения 0,01-0,5 Вт/см², или электромагниты, имеющие возможность создавать магнитное поле в диапазоне напряженностей 10-560 эрстед с вектором индукции, перпендикулярным плоскости мембран.

На фиг. 1 и 2 представлено устройство, содержащее корпус 1, камеры для крови 2 и газа 3, полупроницаемую мембрану 4, каналы ввода и вывода со штуцерами 5 и две крышки 6.

Данные устройства испытывались на специальном стенде, позволяющем регистрировать в динамике напряжение кислорода и углекислого газа в притекающей и оттекающей от устройства жидкости (воды, физиологического раствора, крови).

Пример 1.

Между крышкой 6 и полимерной мембраной 4 в качестве источника физического фактора вводятся плоские акустические излучатели 7, которые передают от звукового генератора на полимерную мембрану определенную по частоте и плотности звуковую энергию. Использовались полимерные мембраны марок ПВТМС и полипропилен. При определенной частоте акустических колебаний наблюдается максимальная проницаемость мембраны для кислорода и углекислого газа. При изменении частоты звуковых колебаний мембрана меняет свою проницаемость вплоть до того, что становится запертой для данного газа. Максимумов и минимумов проницаемости полимерной мембраны отмечается несколько. Причем частотные характеристики положения экстремумов проницаемости для каждой марки мембран, а нередко и для одной ее партии отличаются. В наших экспериментах экстремальные проницаемости для использования полимерных мембран отмечались в двух диапазонах частот: 5-200 Гц (низкочастотные) и 0,05-1 МГц (высокочастотные). Мощность потока звуковой энергии находилась в диапазоне 0,01-0,5 Вт/см².

Пример 2.

В крышки 6 в качестве источника физического фактора вводятся электромагниты, которые создают в области полимерных мембран магнитное поле, величину которого произвольно можно менять. При определенных значениях магнитного поля (уже постоянное магнитное поле) полимерная мембрана оказывается запертой для данного газа, либо отмечается ее максимальная проницаемость для этого газа (кислорода, углекислого газа). Для полимерных мембран марок ПВТМС и полипропилен экстремальные проницаемости для кислорода и углекислого газа наблюдаются при напряженности магнитного поля в диапазоне 10-560 эрстед.

Использованная литература: 1. Агафонов В.П. и др. Массоперенос кислорода в системе микроциркуляции при гипоксии в сб. Физиология и физиоэнергетика гипоксии Минск, 1990, с. 6.

2. Авторское свидетельство СССР N 1063417, кл. A 61 M 1/22, 1983 г.

Формула изобретения

1. Способ управления проницаемостью мембран, заключающийся в воздействии на полимерную мембрану в процессе осуществления через нее газообмена кислорода и углекислого газа физическим фактором, отличающийся тем, что воздействуют акустическими колебаниями в диапазоне частот 5 - 200 Гц и 0,05 - 1,0 МГц при мощности звуковой энергии 0,01 - 0,5 Вт/см² или магнитным полем в диапазоне напряженностей 10 - 560 эрстед с вектором индукции, перпендикулярным плоскости мембраны, и для каждой мембраны контролируют величины экстремальных проницаемостей кислорода и углекислого газа.

2. Массообменное устройство, содержащее корпус, разделенный полимерной мембраной на камеры для крови и газовую камеру, снабженный системами ввода и вывода и двумя крышками, отличающееся тем, что в него введены плоские акустические излучатели, имеющие возможность излучения в диапазонах частот 5 - 200 Гц и 0,05 - 1,0 МГц и создания мощности излучения 0,1 - 0,5 Вт/см²; или электромагниты, имеющие возможность создавать магнитное поле в диапазоне напряженностей 10 - 560 эрстед с вектором индукции, перпендикулярным плоскости мембран.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2