УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО НАПЫЛЕНИЯ АНТИКОАГУЛЯНТА В ПРОБИРКИ ДЛЯ ЗАБОРА КРОВИ

Техническое решение - полезная модель относится к области производства медицинской техники, а именно вакуумных пробирок для забора крови [1]. Известно, что одной из ключевых стадий производства вакуумных пробирок для забора крови является нанесение специальных химических реактивов на внутреннюю поверхность пробирки, например, антикоагулянтов для предотвращения свертываемости крови.
В настоящее время при производстве пробирок для забора крови наиболее предпочтительным способом нанесения антикоагулянта на внутреннюю поверхность, как известно, является его распыление. При этом, для серийного производства пробирок необходимо обеспечение высокоскоростной полуавтоматической или полностью автоматической подачи пробирок в зону распыления. Эта задача решается, в основном, путем автоматической загрузки пробирок в конвейерное устройство с их последующим перемещением к неподвижно установленному распылителю.
Большинство существующих устройств (производственных линий) для напыления антикоагулянта в пробирки, функционирующие по описанному выше принципу, близки по технической сущности к устройству, принятому за прототип [2], и содержат следующие основные функциональные блоки: бункер для подачи пробирок, распылитель антикоагулянта, блок сушки антикоагулянта и узел для перемещения пробирок между компонентами устройства.
Устройство, принятое за прототип, позволяет напылять антикоагулянт на внутреннюю поверхность пробирки, однако имеет следующие недостатки:
- напыление производится в горизонтальном положении пробирки, что не позволяет получить равномерный слой антикоагулянта по всей внутренней поверхности пробирки;
- для напыления антикоагулянта применяется пневматический способ распыления, аналогичный применяемому в патенте [3], который имеет большую дисперсию формируемых капель жидкости, обуславливающую возникновение непроизводительных потерь антикоагулянта в виде опыла, не попадающего во внутреннюю полость пробирки, обуславливает необходимость применения распыливающего агента, что усложняет конструкцию устройства;
- распыливающая форсунка расположена на некотором расстоянии от горлышка пробирки и не имеет возможности перемещения внутрь пробирки, что приводит к неравномерности толщины напыляемого антикоагулянта по длине пробирки;
- низкое качество сушки напыленного антикоагулянта, обусловленное конструкцией сушильной камеры, в которой не предусмотрена подача сушильного агента непосредственно во внутреннюю полость пробирки;
Предлагаемое техническое решение - полезная модель, направлено на устранение недостатков существующих устройств, а именно, на обеспечение возможности массового производства пробирок с нанесенным на их внутреннюю поверхность антикоагулянтом с помощью ультразвукового распыления, которое обладает следующими преимуществами [4]:
- низкой энергоемкостью и высокой производительностью процесса;
- возможностью получать мелкодисперсное и монодисперсное распыление;
- высоким качеством и равномерностью формируемых покрытий;
- отсутствием необходимости в распыливающем агенте.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в известном устройстве для ультразвукового напыления антикоагулянта в пробирки для забора крови, содержащем бункер для подачи пробирок, распылитель антикоагулянта, блок сушки антикоагулянта и узел для перемещения пробирок между компонентами устройства, бункер для подачи пробирок выполнен в виде установленного под углом 30-60 градусов к горизонту тонкостенного полого цилиндра, в нижнем основании которого последовательно размещены два диска, диаметры дисков соответствуют внутреннему диаметру тонкостенного цилиндра, нижний из дисков является неподвижным, а второй механически связан с электродвигателем, обеспечивающим его вращение относительно неподвижного диска, со стороны торцевой поверхности неподвижного диска, в верхней его части, выполнен один пропил, а со стороны торцевой поверхности подвижного диска выполнены несколько радиальных пропилов, длина и ширина которых соответствуют длине и внешнему диаметру пробирки, к пропилу неподвижного диска со стороны поверхности, противоположной вращающемуся диску, присоединены полозья-направляющие для вертикальной ориентации и подачи пробирок в узел перемещения пробирок, который выполнен в виде вращающегося диска, на внешнем торце вращающегося диска выполнены полукруглые пропилы диаметром и длиной, равными внешнему диаметру пробирки, на расстоянии друг от друга, превышающем внешний диаметр пробирки, количество пропилов соответствует утроенному количеству трубок для подачи нагретого сушильного агента, присоединенных к общей рампе подачи нагретого сушильного агента и закрепленных на устройстве вертикального перемещения трубок и распылителя, обеспечивающем их введение на глубину, не превышающую продольного размера пробирки, и выведение распылителя из пробирки в процессе распыления со скоростью, обеспечивающей равномерное напыление заданного количества антикоагулянта на внутреннюю поверхность пробирки. Распылитель устройства выполнен в виде пьезоэлектрического преобразователя, акустически и механически связанного с концентратором, выполненным в виде полого стержня, внутренний канал которого предназначен для подачи распыляемого антикоагулянта, внешний диаметр полого стержня плавно уменьшается таким образом, что его конечный участок на длине, равной продольному размеру пробирки, имеет цилиндрическую форму и заканчивается распылительным окончанием, выполненным в виде конуса, диаметром, не превышающим внутреннего диаметра пробирки, с углом раскрыва 90-120 градусов и отверстием по центру.
Основной достигаемый эффект технического решения состоит в повышении качества напыляемого покрытия, снижении энергоемкости и повышении производительности процесса напыления антикоагулянта на внутреннюю поверхность пробирок.
Сущность предложенного технического решения поясняется фиг. 1 и фиг. 2.
Устройство содержит бункер для подачи пробирок 1, механизм которого приводится во вращательное движение при помощи электродвигателя 2. Бункер предназначен для подачи пробирок 3 при помощи полозьев-направляющих 4 в узел перемещения пробирок.
Узел перемещения пробирок выполнен в виде диска 5, вращающегося от электродвигателя 6, на внешнем торце которого выполнены полукруглые пропилы 7 диаметром и длиной, равными внешнему диаметру пробирки 3, на расстоянии друг от друга, превышающем внешний диаметр пробирки 3. Количество пропилов 7 соответствует утроенному количеству трубок 8 для подачи нагретого сушильного агента, присоединенных к общей рампе подачи нагретого сушильного агента 9.
Трубки 8 и рампа 9 закреплены на устройстве вертикального перемещения трубок и распылителя 10, обеспечивающем их введение на глубину, не превышающую продольного размера пробирки 3, и выведение распылителя 11 из пробирки 3 в процессе распыления со скоростью, обеспечивающей равномерное напыление заданного количества антикоагулянта на внутреннюю поверхность пробирки 3.
Распылитель 11 выполнен в виде пьезоэлектрического преобразователя 12, акустически и механически связанного с концентратором 13, выполненным в виде полого стержня, внутренний канал которого предназначен для подачи распыляемого антикоагулянта. Внешний диаметр полого стержня плавно уменьшается таким образом, что его конечный участок на длине, равной продольному размеру пробирки 3 имеет цилиндрическую форму и заканчивается распылительным окончанием, выполненным в виде конуса диаметром, не превышающим внутреннего диаметра пробирки 3, с углом раскрыва 90-120 градусов и отверстием по центру.
Бункер выполнен в виде установленного под углом 30-60 градусов к горизонту тонкостенного полого цилиндра 14 (фиг. 2). На нижнем основании цилиндра 14 последовательно размещены два диска 15 и 16. Диаметры дисков соответствуют внутреннему диаметру тонкостенного цилиндра 14. Нижний из дисков 15 является неподвижным, а второй 16 механически связан с электродвигателем 2, обеспечивающим его вращение относительно неподвижного диска 15. Со стороны торцевой поверхности неподвижного диска 15, в верхней его части, выполнен один пропил 17, а со стороны торцевой поверхности подвижного диска 16 выполнены несколько радиальных пропилов 18, длина и ширина которых соответствуют длине и внешнему диаметру пробирки 3.
К пропилу 16 неподвижного диска 14, со стороны поверхности, противоположной вращающемуся диску 15, присоединены полозья-направляющие 4 для вертикальной ориентации и подачи пробирок 3 в узел перемещения пробирок.
Предложенное устройство работает следующим образом: в бункер вручную либо с помощью специальных автоматических устройств загружаются пробирки до заполнения не менее половины объема бункера. Затем по команде оператора включается электродвигатель, обеспечивающий вращение подвижного диска бункера. При этом пробирки заполняют часть или все пропилы, выполненные в подвижном диске (не более одной пробирки в одном пропиле) со стороны торцевой поверхности, и продолжают движение вместе с диском.
При совмещении пропилов в подвижном и неподвижном дисках, пробирка под действием силы тяжести покидает бункер и падает на полозья-направляющие, в которых удерживается за счет буртика, расположенного в области горловины пробирки. На полозьях пробирка приобретает вертикальную ориентацию также за счет действия силы тяжести.
Скатываясь по полозьям, пробирка упирается в торец диска для перемещения пробирок между компонентами устройства, который приводится во вращательное движение при помощи электродвигателя. При совмещении пробирки, находящейся в полозьях, и пропила на торце диска для перемещения пробирок, пробирка передвигается (загружается) в диск для перемещения пробирок.
Пробирки, загруженные в диск, двигаются к распылителю и трубкам для подачи нагретого сушильного агента. Движение производится прерывисто, таким образом, что после каждого поворота диска непосредственно под распылителем и трубками для подачи нагретого сушильного агента оказываются пробирки.
Затем устройство вертикального перемещения опускает трубки и распылитель вовнутрь пробирки на глубину, не превышающую продольного размера пробирки. Производится подача по трубкам сушильного агента, включается ультразвуковой распылитель и осуществляется выведение трубок и распылителя со скоростью, которая определяется из условия обеспечения равномерного напыления заданного количества антикоагулянта на внутреннюю поверхность пробирки.
После выведения из внутренней полости пробирки ультразвукового распылителя и трубок прекращается подача сушильного агента и ультразвуковой распылитель выключается.
По завершении этой стадии производится очередной поворот диска для перемещения пробирок и описанный цикл работы устройства повторяется.
После распылителя пробирки последовательно перемещаются между трубками для подачи сушильного агента, каждая из которых опускается в пробирку и выводится из нее одновременно с подачей сушильного агента. Таким образом, цикл сушки повторяется требуемое число раз, которое обеспечивается установкой необходимого числа трубок для подачи сушильного агента.
По окончании сушки пробирки извлекаются из диска для перемещения пробирок, например, при помощи криволинейной направляющей.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении задача повышения качества напыляемого покрытия решается за счет:
1) применения ультразвукового способа распыления жидкостей (и пьезоэлектрического преобразователя - колебательной системы распылителя для его реализации), обеспечивающего значительно меньший разброс диаметров формируемых капель жидкости относительно среднего значения [5]. Это исключает образование «опыла» (т.е. потерь антикоагулянта в виде мелких капелек, витающих в воздухе) и обеспечивает получение равномерного слоя антикоагулянта на внутренней поверхности пробирки;
2) введения распылителя непосредственно вовнутрь пробирки и последующего равномерного выведения из пробирки с одновременным распылением. При этом выполнение распылительного окончания в виде конуса с углом раскрыва 90-120 градусов обеспечивает отрыв капель в направлении, перпендикулярном внутренней стенки пробирки. За счет этого также повышается равномерность слоя напыляемого покрытия;
3) вертикальной ориентации пробирок в процессе напыления, обеспечивающей равномерность оседания капель распыленного антикоагулянта на боковые стенки пробирок.
Снижение энергоемкости процесса обеспечивается:
1) применением ультразвукового способа распыления, являющегося наименее энергозатратным из всех способов распыления [5];
2) реализацией блока сушки в виде отдельных трубок подачи сушильного агента. При работе линии устройство вертикального перемещения опускает трубки подачи сушильного агента в пробирки с высушиваемым антикоагулянтом. После этого производится подача сушильного агента. В результате процесс сушки осуществляется непосредственно внутри пробирки, что позволяет значительно сократить непроизводительные потери нагретого воздуха.
Увеличение производительности работы устройства обеспечивается за счет применения бункера подачи пробирок в виде установленного под углом 30-60 градусов к горизонту тонкостенного полого цилиндра, в нижнем основании которого последовательно размещены два диска. При этом угол установки бункера к горизонту в 30-60 градусов был выбран экспериментально на основании следующих данных:
Угол установки, град
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Производительность загрузки пробирок в линию, тысяч шт/час
0
1,5
3,7
5,8
9,2
10,4
11,6
12,1
12,2
12,2
Угол установки, град
50
55
60
65
70
75
80
85
90
Производительность загрузки пробирок в линию, тысяч шт/час
12
11,8
11,6
10,1
8,2
5,3
2,9
0,5
0
Таким образом, из приведенных данных следует, что при угле установки бункера 30-60 градусов по отношению к горизонтальной плоскости обеспечивается наибольшая производительность устройства, приблизительно равная 12000 шт/час.
Предложенное устройство было разработано и испытано в производственных условиях предприятия ООО «Центр ультразвуковых технологий», в результате чего была достигнута производительность 12000 пробирок/час.
Список литературы, использованной при составлении заявки
1. Blood collection tube [Текст]: пат. 5213765 США: МПК 7 G01N 33/49; B01D 021/26; A61B 5/154; A61B 5/15 / Kasai Masaaki, Yamazaki Sakae (Япония); патентообладатель: Terumo Kabushiki Kaisha (Япония); заявка: №07/691855 от 26.04.1991; опубликовано: 25.05.1993.
2. Apparatus and process for producing vacuum blood collecting tubes [Текст]: пат. 5129213 США: МПК 7 B01L 3/14; B01L 11/00; B65B 003/14; B65B 031/02; B01L 99/00 / Hatakeyama Toyohiko (Япония); патентообладатель: Sekisui Chemical Co., Ltd (Япония); заявка: №07/765777 от 26.09.1991; опубликовано: 14.07.1992.
3. Method for coating a blood collection device [Текст]: пат. 6428527 США: МПК 7 B01L 3/14; A61B 019/00; A61B 5/154; A61B 5/15 / Jones Huw David (Великобритания), Patras Kent (США); патентообладатель: Becton, Dickinson and Company (США); заявка: №09/189643 от 10.11.1998; опубликовано: 06.08.2002.
4. Шалунов, А.В. Ультразвуковое распыление жидкостей: монография [Текст] / А.В. Шалунов, В.Н. Хмелев, А.В. Шалунова. - Барнаул: АлтГТУ, 2010. - 271 с.
5. Розенберг, Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука. В 3 т. Т.2. Физические основы ультразвуковой технологии [Текст] / под ред. Л.Д. Розенберга. - М.: Наука, 1970. - 685 с.