zastosowanie w medycynie i technice laboratoryjnej.

POLITECHNIKA GDAŃSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
KATEDRA ENERGETYKI I APARATURY PRZEMYSŁOWEJ
T ERMOELEKTRYCZNE URZĄDZENIA CHŁODNICZE –
ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE I TECHNICE LABORATORYJNEJ
Opracowanie:
Magdalena Karczewska
IM-M, st. II
Gdańsk 2011
Termoelektryczne urządzenia chłodnicze – zastosowanie w medycynie i technice laboratoryjnej
Spis treści
Obszary zastosowania termoelektrycznych urządzeń chłodniczych......................................................3
Krioekstraktor ..........................................................................................................................................3
System selektywnego chłodzenia mózgu ...............................................................................................4
Pojemnik termoelektryczny ....................................................................................................................5
Osmometr ................................................................................................................................................6
Literatura..................................................................................................................................................7
2
Termoelektryczne urządzenia chłodnicze – zastosowanie w medycynie i technice laboratoryjnej
Obszary zastosowania termoelektrycznych urządzeń chłodniczych [1]





neurochirurgia,
kosmetologia i chirurgia plastyczna,
chirurgia ogólna,
oftalmologia,
laryngologia.
Krioekstraktor [1]
Jednym z podstawowych narzędzi kriochirurgicznych jest krioekstraktor, czyli przyrząd
do zamrażania i usuwania tkanek organizmu. Na poniższym rysunku 1 przedstawiony został
schemat krioekstraktora termoelektrycznego, używanego do usunięcia zmętniałych
fragmentów soczewki oka (np. podczas zaćmy).
Rysunek 1. Krioekstraktor termoelektryczny
Zasada działania krioekstraktora: końcówka (1) przymarza do soczewki dzięki chłodzeniu
termoelementem (3). Po około 2 min, końcówka w trybie roboczym osiąga temperaturę
od -25 do -30°C.
Termoelement zasilany jest prądem o natężeniu 10A przy napięciu 1,7V. Ze względu na duże
zyski ciepła i ograniczone rozmiary końcówki, wysoką wydajność chłodniczą można uzyskać
wykorzystując jedynie duże natężenie prądu zasilającego. Dodatkowym ograniczeniem
wartości napięcia zasilania (wynikającym z obawy wystąpienia elektrolizy wody)
jest konstrukcja łącząca doprowadzenie wody i prądu elektrycznego do gorącej strony
termoelementu.
Odmrażanie końcówki zachodzi dzięki zmianie kierunku przepływu prądu lub na skutek
krótkotrwałego przepływu prądu zmiennego przez termoelement.
3
Termoelektryczne urządzenia chłodnicze – zastosowanie w medycynie i technice laboratoryjnej
W przypadku, gdy nie ma możliwości podłączenia do sieci wodociągowej (lub jest
to niewygodne), stosuje się krioekstraktory akumulatorowe (rysunek 2).
Rysunek 2. Krioekstraktor akumulatorowy
Zasada działania krioekstraktora: korpus urządzenia wypełniony jest substancją topniejąca
w niskiej temperaturze (np. wodny roztwór spirytusu). W trakcie topnienia owej substancji
(od kilku do 15min), temperatura końcówki roboczej utrzymuje się mniej więcej na stałym
poziomie. Aby można było użyć takiego krioekstraktora, należy wcześniej zamrozić ośrodek
w bloku wolnostojącym, mieszczącym jedno- lub dwustopniowe kaskadowe urządzenie
termoelektryczne z chłodzeniem wodnym.
System selektywnego chłodzenia mózgu [2]
Odkrycie neuroprotekcyjnych własności hipotermii umiarkowanej zapoczątkowało badania
nad systemami i urządzeniami mającymi doprowadzić mózg, lub jego części
do umiarkowanej hipotermii (temp. 28 - 32ᵒC).
Rysunek 3. System OCCS
4
Termoelektryczne urządzenia chłodnicze – zastosowanie w medycynie i technice laboratoryjnej
Jednym z systemów chłodzenia mózgu w przypadku niedotlenienia okołoporodowego
jest system Olympic Cool Cap (rysunek 3). W jego skład wchodzą 3 główne elementy:
 warstwa chłodząca – kanał o półokrągłym przekroju, którego przebieg oraz system
zapięć i zakładek zaprojektowano tak, aby zapewnić jak najlepsze przyleganie płaskiej
części chłodzącej do głowy noworodka;
 część utrzymująca – odbieranie i odprowadzanie wilgoci, ochrona uszu i czoła dziecka
przed ochłodzeniem;
 czapka izolacyjna – izolacja warstwy chłodzącej od otoczenia; materiał izolujący
znajduje się między warstwą elastyczną przylegającą od strony zewnętrznej
do wymiennika (w którym przepływa woda), a warstwą odbijającą promieniowanie
podczerwone (znajdującą się od strony zewnętrznej).
Chłodzenie jest tutaj realizowane dzięki dwóm ogniwom Peltiera, zamocowanym
do aluminiowego wymiennika ciepła, przez który przepływa chłodzona woda.
Pojemnik termoelektryczny
W dobie rozwijającej się transplantologii pojawiła się potrzeba przewozu narządów, tkanek
i komórek ludzkich oraz specjalistycznych leków. W tym celu stosuje się pojemniki
termoelektryczne (rysunek 4), których zadaniem jest utrzymywanie temperatury w zakresie
0 - 4°C w przypadku narządów i 2 - 8°C w przypadku leków [6].
1 - wyłącznik,
2 - pokrywa przewodu zasilającego,
3 - pokrywa komory akumulatora,
4 - gniazdo do podłączenia zasilania,
5 - otwory wentylacyjne (po obu stronach),
6 - uszczelnienie,
7 - kontrola diody,
8 – wyświetlacz ciekłokrystaliczny
Rysunek 4. Pojemnik termoelektryczny TEK-3,3-12 [4]
5
Termoelektryczne urządzenia chłodnicze – zastosowanie w medycynie i technice laboratoryjnej
Osmometr
Osmometr (rysunek 5 i 6) – przyrząd do badania osmolarności1 roztworów biologicznych
Oznaczenie odbywa się za pomocą pomiaru temperatury zamarzania badanej próbki.
Stosowany jest do rutynowych analiz krwi, moczu, płynów ustrojowych oraz płynów
infuzyjnych [5].
Rysunek 5. Semi- Micro Osmometr K-7400 [5]
Rysunek 6. Schemat ideowy japońskiej firmy "Nikkiso Co." [1]
Zasada działania: porcję płynu (0,3 – 2g) umieszcza się w probówce i zanurza w wannie
z cieczą (90% wodny roztwór glikolu etylenowego). Wannę schładza się do temp. -110C dzięki
dwustopniowemu
kaskadowemu
urządzeniu
chłodniczemu,
zawierającym
160 termoelementów [1].
1
Osmolarność – liczba moli substancji osmotycznie czynnych w 1 litrze roztworu [3]
6
Termoelektryczne urządzenia chłodnicze – zastosowanie w medycynie i technice laboratoryjnej
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Filin S., Termoelektryczne urządzenia chłodnicze, wyd. I.P.P.U. MASTA Sp. z o.o., 2002r
Żmuda E., Selektywne chłodzenie mózgu noworodka po niedotlenieniu okołoporodowym,
Technika chłodnicza i klimatyzacyjna, 2009r., nr 4-8
http://aneksy.pwn.pl/biologia/1474258_1.html
http://eng.rifcorp.ru/products/1/8
http://www.donserv.pl/index.php?option=com_content&view=article&id=158&Itemid=
152
http://www.mech.pg.gda.pl/ktc/wtargans/literatura/WASZKIEWICZ.pdf
7