Ống mao dẫn siêu nhỏ

Điểm đau

Trong chẩn đoán vi lỏng, hút-thần kinh, nội soi-sử dụng một lần và hệ thống định lượng chính xác, các kỹ sư liên tục gặp phải một vấn đề: đường dẫn chất lỏng quá nhỏ đối với ống tiêu chuẩn và quá khắt khe đối với các mao mạch polyme thông thường. Ống microbore polyme trương nở với dung môi, hấp thụ thuốc thử và mất khả năng chịu đựng ID sau khi hấp. Các mao quản thủy tinh bị vỡ trong quá trình vận chuyển và không thể lắp ráp vào trục thiết bị kim loại. Ống mao dẫn bằng kim loại được vẽ trơn có kích thước ổn định nhưng quá cứng để theo dõi giải phẫu hoặc quá không có đặc điểm để hoạt động như một thành phần cơ học.

Đối với IVD và các thiết bị-điểm{1}}chăm sóc, sự dịch chuyển ID 0,01 mm có thể thay đổi luồng theo tỷ lệ phần trăm hai-chữ số vì luồng có tỷ lệ với lũy thừa bốn của bán kính. Trong các thiết bị can thiệp, mao mạch bị xoắn ở đầu xa sẽ không còn là đường dẫn chất lỏng và trở thành tắc nghẽn. Cuối cùng, các đội phải dán nhiều ống, thêm khớp nối, tăng thể tích chết và tạo đường dẫn rò rỉ. Nỗi đau không phải là "chúng tôi cần một ống nhỏ"-mà là "chúng tôi cần một ống nhỏ cũng hoạt động một cách máy móc theo yêu cầu của quy trình".

Nguyên tắc

Ống mao dẫn siêu nhỏ là một ống kim loại có thành-mỏng, trong đó lỗ chứa chất lỏng và thành chứa cơ học. Bắt đầu từ nguyên liệu cấp dưới da-chẳng hạn như 304, 316L, 17-7PH, Nitinol hoặc L605, ống được kéo nguội-đến OD/ID chặt chẽ, sau đó được cắt bằng laser chính xác với đường cắt tối thiểu là 0,012 mm. Do đường cắt chạy dọc theo ống nên các kỹ sư có thể phân loại hoạt động cơ học từ đầu gần đến đầu xa: không cắt đầu gần để tạo lực đẩy và mô-men xoắn, cắt đầu xa để theo dõi và tuân thủ.

Phía chất lỏng tuân theo hành vi Hagen–Poiseuille:

Q = π ΔP r⁴ / 8 η L

Vì vậy, việc kiểm soát ID quan trọng hơn việc lựa chọn vật liệu. Mặt cơ học tuân theo cơ học dầm-và-vỏ: loại bỏ vật liệu tường tạo ra bản lề uốn; rời khỏi cầu bảo tồn đường dẫn tải trọng trục. Do đó, vi mao mạch được cắt bằng laser-không phải là "ống". Nó là một-dây dẫn chất lỏng và bộ xương linh hoạt được thiết kế đồng thời.

Với đường kính từ Ø0,20 mm đến 20 mm, logic sản xuất tương tự bao gồm các lumen chẩn đoán siêu vi mô và trục trị liệu lớn hơn. Khe cắt 0,012 mm cho phép các nhà thiết kế đặt các-khe siêu nhỏ, lỗ thông hơi bên và vùng phun nước mà không phá hủy các bức tường mỏng.

Phân loại thiết bị

• Mao dẫn vi mô được vẽ: 304/316L, không cắt, ID cố định, được sử dụng trong IVD, phân tích trong phòng thí nghiệm và vận chuyển thuốc thử.
• Micro mao dẫn có khe-bên: 316L với các cửa sổ bên bằng laze để thông hơi, lấy mẫu hoặc xả bong bóng.
• Mao mạch vi mô xoắn ốc: Nitinol xoắn ốc liên tục hoặc gián đoạn để tiếp cận quanh co với đường dẫn chất lỏng.
• Mao dẫn vi mô xuyên tâm: các vết cắt xuyên tâm tạo ra một đầu có thể điều chỉnh được hoặc có khớp nối trong khi vẫn giữ cho lòng mở.
• Mao dẫn vi mô riêng biệt: bản vẽ 2D/3D của khách hàng được điều khiển, độ cứng đa{2}}vùng, cầu đánh dấu tích hợp, mô phỏng lumen kép.

Hướng dẫn thực hành

Xác định dòng chảy trước tiên: độ nhớt của chất lỏng, áp suất, thể tích và thể tích chết cho phép.

Chọn vật liệu theo môi trường: 316L cho chất lỏng ăn mòn, Nitinol cho chuyển hướng quanh co, 17-7PH cho uốn cong theo chu kỳ, L605 cho tải trọng xuyên tâm cao.

Giữ cho các đầu kết nối không bị cắt; chỉ đặt các tính năng laser ở những nơi cơ học hoặc hành vi của chất lỏng phải thay đổi.

Electropolish ID ở mức Ra thấp để giảm hiện tượng mang mẫu và kết dính cục máu đông.

Bán kính xoắn, tổn thất mô-men xoắn và độ giảm áp suất của mô hình cùng nhau-không tách rời.

Yêu cầu tài liệu ISO 9001:2015 và ISO 13485, khả năng truy xuất nguồn gốc-số nhiệt và kiểm tra-bài viết đầu tiên.

Trải nghiệm-thế giới thực

IVD OEM đã thay thế ống microbore polymer bằng mao quản vi mô 316L được đánh bóng bằng điện. Tỷ lệ mang theo giảm mạnh và CV được cải thiện do lumen kim loại không bị phồng lên hoặc hấp thụ thuốc nhuộm. Chương trình hút-thần kinh ban đầu sử dụng mao quản Nitinol xoắn ốc hoàn toàn liên tục; trong chân không trục "được xếp chồng lên nhau". Việc chuyển sang cầu đặc-xoắn ốc gián đoạn cứ sau 1–2 mm-sẽ khôi phục độ cứng dọc trục trong khi vẫn duy trì khả năng theo dõi ở xa. Bài học: trong thiết kế mao dẫn vi mô, tính linh hoạt mà không bị hạn chế theo trục là một dạng lỗi chứ không phải một tính năng.

Phần kết luận

Ống mao dẫn vi mô là nơi chất lỏng gặp kỹ thuật cơ khí. Ống không còn là ống dẫn thụ động nữa; nó là một cấu trúc được lập trình. Bất cứ ai kiểm soát dung sai ID, độ đồng đều của tường, độ dốc cắt và độ hoàn thiện bề mặt sẽ kiểm soát hiệu suất của thiết bị.

Triển vọng & khuyến nghị

Kỳ vọng sự tăng trưởng trong lĩnh vực chẩn đoán thiết bị đeo, nội tạng-trên-chip, robot vi mô- và nội soi dùng một lần. Người mua nên ngừng chỉ định "OD × chiều dài". Thông số kỹ thuật phải bao gồm dung sai ID, Ra, khối lượng chết, bán kính xoắn, độ trễ mô-men xoắn và bản vẽ bản đồ cắt. Nhà cung cấp nên cung cấp mô hình hóa dòng chảy, dữ liệu-chu trình uốn cong và bằng chứng được làm sạch/thụ động chứ không chỉ là một bức ảnh ống.