Устройство для удаления мочевины из отработанного диализирующего раствора
DEVICE FOR REMOVING THE UREA FROM THE PROCESSED FLUID FOR DIALYSIS

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для удаления мочевины из отработанного диализирующего раствора в составе систем внепочечного очищения крови.
Известно изобретение по патенту США [1]. Отработанный диализирующий раствор, содержащий продукты метаболизма, в том числе мочевину, протекает между анодом и катодом; к электродам прикладывается разность потенциалов для электроокисления мочевины. При этом образуется аммиак и углекислый газ. Реализация устройства подразумевает несколько вариантов расположения электродов относительно вектора потока диализата. При этом не предусматривается реализация электролитической ячейки как носимого устройства и возможность работать при любой ориентации в пространстве.
Известно устройство для электролиза отработанного диализирующего раствора [2]. Устройство содержит корпус с размещенными в нем параллельно электродами, причем высота катодов больше высоты анодов. Электроды выполнены из титановой подложки с двусторонним платиновым покрытием. В нижней части корпуса имеется патрубок для входа диализирующего раствора, в верхней части корпуса выше верхнего края катодов патрубок для выхода очищенного диализирующего раствора. Выше патрубка имеется сепарационная камера для отделения газообразных продуктов реакции от диализирующего раствора и патрубок для выхода этих продуктов из корпуса. Устройство также не применимо в данном виде в составе носимых устройств, а также использует электроды из тяжелых металлов, которые в течение длительного времени диализа накапливаются в организме человека.
Известно устройство по патенту России [3]. Устройство имеет сепарационную камеру и патрубок для выхода газа, выделяющегося в ходе электролиза. В корпусе электролизера выполнены две сообщающиеся между собой камеры, в одной из которых размещены катоды и аноды, а в другой - датчик уровня, причем нижний контакт датчика уровня установлен выше уровня выходного отверстия диализирующего раствора, а верхний - ниже уровня отверстия для выхода газов. Обе камеры сообщаются между собой двумя каналами, нижний из которых расположен ниже уровня выходного отверстия диализирующего раствора, а верхний - на уровне отверстия для выхода газов. Патрубок для выхода газов соединен с клапаном, имеющим возможность открываться при опускании уровня диализирующего раствора ниже нижнего контакта датчика уровня и закрываться при подъеме уровня диализирующего раствора до верхнего контакта датчика уровня. Подлежащий очистке от азотистых шлаков диализирующий раствор вводят в корпус через патрубок. Проходя в межэлектродном пространстве снизу вверх, азотистые шлаки окисляются. При этом протекают сопряженные процессы выделения кислорода и образования гипохлорита натрия. Недостатком устройства является то, что оно имеет камеру дегазации, вследствие чего может быть ориентировано в пространстве только в одном положении и, таким образом, непригодно для использования в составе носимых аппаратов «искусственная почка». Кроме того, при повышении давления раствора в контуре регенерации уровень раствора может подняться выше выходного патрубка, в результате чего диализат попадет в воздушный контур. Так как контактные площадки электродов расположены снаружи электролизера, исключается использование электродов на основе хрупких материалов, таких как уголь, при использовании металлических электродов может происходить окисление контактных площадок.
Наиболее близким прототипом является устройство для электрохимического разложения мочевины по патенту [4]. Корпус устройства состоит из трех герметичных отсеков. В рабочем отсеке располагаются электроды, на поверхности которых происходит процесс электроокисления отработанного диализирующего раствора; контактные площадки размещаются в двух контактных отсеках, в каждом из которых однополярные электроды соединяются контактными винтами, шайбами и гайками. В верхней крышке устройства установлен миниатюрный двухпиновый разъем с защелкой, пригодный для самостоятельного подключения пользователем. Допускается произвольная ориентация устройства в пространстве. Возможно использование электродов из любых материалов. Корпус является герметичным и ударопрочным.
Недостатком устройства является одновременное питание всех электродов, что не позволяет напрямую изменять массовую скорость разложения мочевины. Управлять интенсивностью электролиза при одновременном питании всех электродов возможно лишь изменяя плотность тока, при этом нелинейно изменяется скорость выделения побочных продуктов, что может привести к дестабилизации химического состава диализирующего раствора. Также недостатками устройства являются его неразборность (в связи с герметизацией пазов рабочего отсека, что делает невозможной замену электродов при их выработке) и низкая электробезопасность (электрические контакты электродных отсеков не изолированы).
Задачей изобретения является обеспечение возможности линейного изменения скорости электролиза при сохранении заданной плотности тока путем поэлектродного включения и отключения электродов, обеспечение возможности замены электродов при сохранении герметичности, безопасности применения и возможности свободной ориентации в пространстве.
Это достигается за счет того, что устройство оснащено многоконтактным разъемом, имеющим набор прижимных контактов, присоединенных через контактные шайбы с проводами к корпусу разъема винтами, провода от всех контактных шайб собираются в многожильный кабель и через хвостовик выходят из корпуса разъема.
Возможность замены электродов достигается за счет фланцевого соединения крышек и корпуса устройства с уплотнительным кольцом, установленным в пазы. При сборке устройства можно не использовать клеи, герметики и другие вещества, препятствующие разбору устройства. Герметичность электродных отверстий достигается за счет трапециевидного профиля отверстий под электроды, расположенного широкой стороной наружу. Отверстия расположены двумя рядами, отдельно для анодов и катодов, секции огорожены высоким ребром с глухими отверстиями, с помощью которых самонарезающими винтами к крышке притягиваются прижимные пластины, между прижимными пластинами и крышкой помещена уплотнительная прокладка с выступами, облегающими электроды. При прижатии пластины происходит поперечное сжатие прокладки, что приводит к продольному расширению, обжатию электродов и герметизации щелей. Обеспечение свободной ориентации в пространстве достигается за счет полной герметичности корпуса устройства.
Корпус устройства содержит систему разделительных ребер, между которыми помещаются электроды. Электроды ориентируются контактными площадками наружу таким образом, чтобы расположение контактных площадок чередовалось. Электроды устанавливаются в корпус между разделительными ребрами, в паз на фланце устанавливается уплотнительная прокладка корпуса. К торцу корпуса прижимается крышка электролизера таким образом, чтобы уплотнительная прокладка попала в паз на крышке, и стягивается винтами и гайками. В секции для однополярных электродов помещаются уплотнительные прокладки электродов, на контактные площадки электродов надеваются прижимные пластины, притягивающиеся к крышке электролизера самонарезающими винтами. К электродам подключается многоконтактный разъем, выполненный в виде крышки для электродных секций. Разъем состоит из корпуса и прижимных контактов, соединяемых с корпусом при помощи винтов и гаек. Между контактом и корпусом разъема устанавливаются контактные шайбы с отведениями, к которым припаиваются провода, собираемые в кабель, выходящий из корпуса разъема через хвостовик. Это позволяет обеспечить электроизоляцию устройства в целом, повысить эргономику и упростить процедуру замены электролизера при выработке его ресурса. Устройство является полностью герметичным, при этом ориентация устройства в пространстве не влияет существенным образом на эффективность работы. Устройство является достаточно компактным для применения в составе носимых аппаратов для внепочечного очищения крови. В связи с отсутствием механической нагрузки на электроды устройство предусматривает использование электродов из любых материалов, в том числе хрупких. Устройство является разборным, при выработке ресурса электродов они легко заменяются. Устройство пригодно для постоянного использования пациентом в бытовых условиях без ограничения на подвижность.
Возможно исполнение корпуса электролизера с одной и с двумя крышками. При исполнении с двумя крышками, корпус имеет два отсека для электродов и фланцы с отверстиями для крепления крышек с обоих торцов. При исполнении с одной крышкой, корпус имеет один отсек для электродов, один фланец, при этом обратная часть корпуса имеет пирамидальную форму и заканчивается штуцером, аналогичным штуцеру на крышке.
На фиг. 1 изображен изометрический вид электролизера в сборе, где 1 - корпус электролизера, 2 - крышки электролизера, 3 - многоконтактактный разъем, 4 - хвостовик, 5 - электрический кабель, 6 - винты крышки электролизера, 7 - гайки крышки электролизера, 8 - винты разъема, 9 - штуцер, 10 - отверстия для крепления крышки электролизера.
На фиг. 2 изображен центральный разрез верхней части электролизера, где 11 -уплотнительная прокладка корпуса, 12 - электроды.
На фиг. 3 изображен центральный продольный разрез разъема, где 13 - прижимной контакт, 14 - контактная шайба, 15 - гайка контакта, 16 - корпус разъема, 17 - разделительная пластина разъема.
На фиг. 4 изображен разрез электролизера в сборе по линии винтов разъема, где 18 - самонарезающий винт, 19 - прижимная пластина, 20 - уплотнительная прокладка электродов, 21 - разделительные ребра корпуса.
На фиг. 5 вид многоконтактного разъема снизу, где 22 - провода.
На фиг. 6 изображен изометрический вид электрода, где 23 - контактная площадка электрода, 24 - рабочая поверхность электрода.
На фиг. 7 изображен изометрический вид крышки электролизера, где 25 - отверстия для крепления к корпусу, 26 - ребро, ограничивающее секцию для однополярных электродов, 27 - паз для контактных площадок электродов, 28 - отверстие для крепления прижимной пластины, 29 - распределитель потока.
На фиг. 8 изображен ломаный разрез крышки электролизера (слева от штуцера - по середине секции для электродов, справа - центральный разрез), где 30 - паз для уплотнительной прокладки корпуса.
На фиг. 9 изображен изометрический вид прижимной пластины, где 31 - отверстия для крепления к крышке электролизера, 32 - прямоугольный паз под контактную площадку электрода, 33 - прижимающий выступ.
На фиг. 10 изображен центральный разрез корпуса электролизера, где 34 - паз под уплотнительную прокладку.
На фиг. 11 изображен изометрический вид корпуса электролизера при исполнении с одной электродной секцией.
Устройство состоит из корпуса (1), одной или двух крышек электролизера (2), электродов (12) и электрических многоконтактных разъемов (3). Корпус (1) имеет систему разделительных ребер (21), обеспечивающих фиксированное межэлектродное расстояние и исключающее замыкания электродов. Между разделительными ребрами (21) устанавливаются электроды (12). Электроды (12) ориентируются контактными площадками (23) наружу, таким образом, чтобы контактные площадки (23) поочередно располагались у противоположных стенок корпуса (1), при этом рабочие поверхности электродов (24) оказываются расположены внутри корпуса (1). В пазы (34) на торцах корпуса, выполненных в виде квадратных фланцев со скругленными углами и крепежными отверстиями (10), укладываются уплотнительные прокладки корпуса (11). К торцам корпуса прижимаются крышки электролизера (2) так, чтобы уплотнительные прокладки корпуса (11) попали в соответствующие пазы на крышке (30), и стягивается винтами (6) и гайками (7). Крышка электролизера (2) выполнена в виде ответного фланца с крепежными отверстиями (25), пазом (30) под уплотнительную прокладку (11), пазами под электроды (27) трапециевидного профиля, ориентированного широкой стороной наружу. Секции с однополярными электродами огорожены ребрами (26) с глухими отверстиями (28) для крепления прижимных пластин (19). Также в крышке имеется штуцер (9) для подключения магистрали с раствором и распределитель потока (29). В каждую секцию для однополярных электродов устанавливается уплотнительная прокладка электродов (20). Прокладки (20) сдавливаются прижимными пластинами (19), имеющими крепежные отверстия (31), прямоугольные отверстия под электроды (32) и прижимающие выступы (33). Прижимные пластины притягиваются к ребрам (26) крышек электролизера (2) самонарезающими винтами (18). К контактным площадкам электродов подключается многоконтактный разъем (3). Разъем (3) состоит из корпуса (16), прижимных контактов (13) и электрического многожильного кабеля (5). Корпус разъема (16) имеет ряд разделительных пластин (17), исключающих замыкание прижимных контактов (13). Контакты (13) крепятся к корпусу (16) при помощи винтов (8) и гаек (15), между разъемом (3) и корпусом (16) помещаются контактные шайбы с отведениями (14), к которым припаиваются отдельные провода (22). Провода (22) собираются в кабель (5), который через хвостовик (4) выходит из корпуса. На обратную часть кабеля устанавливается разъем, необходимый при подключении к конкретному блоку управления.
Устройство работает следующим образом. Электролизер подключается посредством кабелей к блоку управления, который обеспечивает постоянную плотность тока на электродах, при этом позволяет включать, отключать или варьировать электрическое питание каждой пары электродов в отдельности при необходимости изменения интенсивности электролиза. По магистрали, подключенной к входному штуцеру, подается отработанный диализирующий раствор. Раствор заполняет межэлектродные пространства. При заполнении необходимо располагать электролизер вертикально. В ходе протекания раствора через межэлектродные полости идет электрохимическое окисление мочевины с ее последующим разложением на аммиак и углекислый газ. Продукты реакции вместе с раствором и образовывающимися газовой фазы попадают в выходной штуцер и выходят из устройства.
2
Пример конкретного выполнения устройства: корпус устройства изготавливается из медицинского пластика, уплотнительные прокладки - из силикона, размеры рабочей поверхности электрода составляют 50×50 мм, внутри корпуса располагаются 24 электрода. Эффективная площадь электролиза при этом составляет 480 см. Габариты устройства составляют 160×73×73 мм. Масса устройства составляет 450 г. При этом могут использоваться электроды с большей или меньшей поверхностью в зависимости от клинических задач, а, следовательно, изменятся и массогабаритные характеристики устройства. Устройство позволяет удалять из отработанного диализирующего раствора мочевину с массовым расходом от 0,5 г/ч до 1,2 г/ч, что соответствует среднесуточной скорости образования мочевины в организме человека.
Устройство позволяет осуществлять линейное изменение скорости электролиза без изменения плотности тока на электродах, осуществлять замену электродов без повреждения устройства. Устройство является полностью герметичным и допускает свободную ориентацию в пространстве. Допускается использование электродов из хрупких нетоксичных материалов, в том угля и его производных. Устройство применимо в составе носимой аппаратуры для внепочечного очищения крови.
Источники информации
1. Патент США №4473449.
2. Авторское свидетельство СССР №1823191.
3. Патент РФ №2310477.
4. Патент РФ №2593896.