gesponsertDosierung in der Medizintechnik Mikrofluidik verbessert Diagnosen und Therapien

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LEE Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH

Medikamentenabgabe, Beatmung oder Dialyse – ohne präzise Dosierung ist dies nicht möglich. Der Fluid-Control-Spezialist Lee Miniaturhydraulische Komponenten bietet ein breites Portfolio von Ventilen, Pumpen und anderen Mikrofluidik-Bauteilen für die genaue Dosierung von Flüssigkeiten und Gasen.

Die präzise Dosierung von Flüssigkeiten und Gasen ist in der Medizintechnik von entscheidender Bedeutung. Eine genaue Dosierung gewährleistet die Patientensicherheit, indem sie Über- oder Unterversorgung vermeidet, die zu schwerwiegenden gesundheitlichen Komplikationen führen können. Die Effektivität vieler medizinischer Behandlungen hängt von der exakten Menge der verabreichten Medikamente oder Gase ab, sodass eine präzise Dosierung sicherstellt, dass die Behandlung die gewünschte Wirkung erzielt. Zudem können unerwünschte Nebenwirkungen durch eine genaue Kontrolle der Dosierung minimiert werden.

Eine präzise Fluid-Control trägt daneben aber auch zur Kosteneffizienz bei, da sie Verschwendung vermeidet und die Kosten für Medikamente und andere Ressourcen senkt. Dies ist besonders in Krankenhäusern und Kliniken wichtig, wo große Mengen an Medikamenten oder teils teuren Gasen verwendet werden. Darüber hinaus müssen medizinische Geräte und Verfahren strenge regulatorische Anforderungen erfüllen, und eine genaue Dosierung ist oft eine Voraussetzung, um diese Standards zu erfüllen und die Zulassung für den Einsatz zu erhalten.

Präzise Kontrolle und geringerer Verbrauch

Es gibt also zahlreiche Medizingeräte, bei denen Flüssigkeiten oder Gase kontrolliert dem Patienten zugeführt werden müssen. Dabei geht es häufig nicht um Mengen, wie sie in anderen Industrien üblich sind. Es geht oft um die Abgabe von Millilitern über Stunden.

Aus diesem Grund werden in der Medizintechnik oft nach den Prinzipien der Mikrofludik gearbeitet. Die Mikrofluidik bietet viele Vorteile:

• Präzise Flüssigkeitskontrolle: Mikrofluidische Systeme ermöglichen die genaue Steuerung und Dosierung von Flüssigkeiten. Dies ist besonders wichtig in Beatmungsgeräten, um die genaue Menge an Sauerstoff und anderen Gasen zu liefern, die ein Patient benötigt.

• Miniaturisierung: Durch die Verwendung von Mikrofluidik können Medizingeräte kleiner und tragbarer gemacht werden. Dies ist besonders vorteilhaft für Dialysesysteme, die Patienten mehr Mobilität und Komfort bieten können.

• Schnelle Reaktionszeiten: Mikrofluidische Systeme reagieren schnell auf Änderungen und können Flüssigkeiten in Echtzeit anpassen. Dies ist entscheidend in Beatmungsgeräten, um auf die sich ändernden Bedürfnisse eines Patienten sofort reagieren zu können.

• Reduzierter Flüssigkeitsverbrauch: Mikrofluidik ermöglicht den effizienten Einsatz von Flüssigkeiten, was zu weniger Abfall und geringeren Kosten führt. In Dialysesystemen bedeutet dies, dass weniger Dialysat benötigt wird, was die Behandlungskosten senkt.

• Verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit: Mikrofluidische Komponenten sind oft weniger anfällig für mechanische Fehler und können präziser arbeiten. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Medizingeräten, was für die Patientenversorgung von entscheidender Bedeutung ist.

• Integration von Sensoren: Mikrofluidische Systeme können leicht mit Sensoren ausgestattet werden, die wichtige Parameter wie Druck, Durchflussrate und chemische Zusammensetzung überwachen. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und Anpassung der Behandlung in Echtzeit.

Beatmungsgeräte retten Leben

Die Bedeutung von Beatmungsgeräten ist insbesondere während der Coronapandemie sehr stark ins öffentliche Bewusstsein gerückt. Die im Fall von schweren Verläufen durch die Krankheit verursachte Beeinträchtigung der Atmung bis zu Atemstillstand kann mit Beatmungsgeräten überbrückt werden, die es den Patienten ermöglichen, von der Erkrankung zu genesen. Um hier eine präzise Dosierung zu ermöglichen, setzen Medizintechnik-Produzenten auf die Magnetventile von Lee. Der Trend immer kleiner und leichter zu bauen, spielt den Experten in Sachen Miniaturisierung gerade in der Medizintechnik in die Karten. Sowohl stationäre als auch portable medizinische Geräte sollen leicht und wenig ausladend konstruiert sein, um die in der Regel sowieso schon beengten Platzverhältnisse auf Intensivstationen oder in Operationssälen nicht zusätzlich zu belasten.

Doch nicht nur die Größe und Leistung der Ventile ist entscheidend, beim Einsatz nahe am Patienten ist auch die geringe Geräuschentwicklung ein wichtiger Parameter. Das kaum wahrnehmbare Schaltgeräusch der Lee-Ventile macht sowohl das Leben des Patienten als auch des behandelnden medizinischen Fachpersonals angenehmer. Laute Schaltgeräusche würden insbesondere Intensivpatienten zusätzlich belasten und die Konzentration bei Operationen stören.

Lee bietet zudem weitergehend geräuschoptimierte Ventile, die mit einer speziellen Technologie ausgestattet sind, welche die Betätigungsgeräusche der Magneten um bis zu 50 Prozent reduziert.

Im Beatmungsgerät setzen Hersteller auf HDI-(High Density Interface)-Magnetventil von Lee. Sie zeichnen sich durch minimales Gewicht und Größe bei gleichzeitig großer Leistungsfähigkeit aus. Die Ventile sind für Betriebsdrücke von 0-10 psid geeignet und wiegen weniger als 2,5 g. Die Leckage beträgt bei maximalem Betriebsdruck und einer Betriebstemperatur von 21 °C lediglich 50 μL/min.

Darüber hinaus punkten die HDI-Ventile mit ihrer geringen Leistungsaufnahme und ihrem extrem leisen Betrieb. Der geringe Stromverbrauch kommt insbesondere dem Akkubetrieb, beispielsweise von NO-A Dosiergeräten, zugute.

Das kompakte und leichte 3-Wege-Magnetventil aus dem Hause Lee verursacht lediglich einen Schall von weniger als 37 dBA, gemessen in einem Abstand von 25 cm bei einer Ventilzyklusfrequenz von 10 Hz.

„Neben unseren technischen Features spricht vor allem die Robustheit und Zuverlässigkeit unserer Ventile für uns“, führt Jürgen Prochno aus. „Alle unsere Ventile werden zu 100 Prozent funktionsgeprüft, um einen zuverlässigen Langzeitbetrieb zu gewährleisten, wie er insbesondere in der Medizintechnik gefordert wird.“ Lee-Ventile sind zudem aus widerstandsfähigen Materialien gefertigt. Neben der Lieferung von Standardventilen bietet der Hersteller von Miniaturkomponenten die Anpassung und Vorbestückung von Ventilblöcken der HDI-Serie an. Sie werden individuell auf Wunsch des Kunden montiert.

Piezoelektrische Miniaturpumpe: weniger Störfaktoren, mehr Komfort

2022 erweiterte das Unternehmen aus Westbrook, Connecticut, USA, sein Portfolio durch die Akquise des Pumpenherstellers Ventus. Lee Ventus, wie das Unternehmen seither firmiert, bietet mit der Disc-Pump-Technologie eine Miniaturpumpenlösung, die in Industrieapplikation, aber vor allem auch in der Labor- und Medizintechnik große Vorteile bietet. Der Ultraschallbetrieb der Disc Pump ist unhörbar und vibrationsfrei. Dadurch lassen sich Geräte realisieren, die während des Schlafs direkt am Körper getragen werden können, ohne den Patienten zu stören. Hierzu tragen auch die extrem kompakten Maße von 10 Millimeter Aufbauhöhe und 30 Millimeter Durchmesser sowie das minimale Gewicht von nur fünf Gramm bei.

Jürgen Prochno, Geschäftsführer der Lee Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH, der deutschen Niederlassung der The Lee Company, erklärt, welche Auswirkungen dies auf das Geräte- und Systemdesign hat: „In vielen Anwendungen werden aktuell Pumpen neben dem Patientenbett platziert, um beispielsweise konstante Blutdruckmessungen durchzuführen. Entsprechend müssen Schläuche zum Patienten geführt werden, die Messung mit einer herkömmlichen Membranpumpe ist laut. Das macht den Schlaf und Alltag des Patienten unkomfortabel. Mit der Lee Ventus Disc Pump lässt sich die Pumpe selbst in kompakteste Geräte integrieren, die konstant am Arm getragen werden können. Es braucht keine Schläuche mehr, der Betrieb ist geräuschlos. In der Folge hat die medizinisch betreute Person weniger Stress.“

Hochgenaue Überwachung des Luftstroms

Die besonderen Merkmale der Pumpe beruhen auf ihrem innovativen Funktionsprinzip. Anstatt das Volumen einer Kammer zu verändern, erregt die Scheibenpumpe eine hochfrequente stehende akustische Welle in einem Hohlraum mit festem Volumen. Die patentierte Ventiltechnologie mit minimaler Ansprechzeit und Ultraschallfrequenzen von über 20.000 Zyklen pro Sekunde gleicht diese stehende Welle aus, um den Pumpendurchfluss zu erzeugen. Bei jedem Zyklus im Sub-Millisekundenbereich bewegt die Pumpe nur wenige Nanoliter Luft, sodass der resultierende Luftstrom nahezu pulsationsfrei ist.

Da die Disc Pump zudem piezobetrieben ist, hat sie außerdem eine sehr geringe Trägheit und kann in weniger als einer Millisekunde zwischen Null und maximaler Leistung umschalten. So kann das System mit großer Geschwindigkeit auf Sollwertänderungen reagieren. Der dadurch bedingte gleichmäßige Luftstrom ermöglicht es zudem, die Druckänderung sehr genau zu überwachen und die Zieldrücke innerhalb geringster Toleranzen zu halten.

Optimierung ambulanter Blutdrucküberwachung

Zu den Applikationen, die hiervon besonders profitieren, gehört beispielsweise die Langzeitblutdrucküberwachung. Die Standardbehandlung erfordert eine sorgfältige Messung der Druckimpulse, die durch die Ausdehnung und Kontraktion der Arteria brachialis entstehen. Diese Messung wird in einem Fenster durchgeführt, das knapp über dem systolischen bis diastolischen Arteriendruck liegt. Die meisten oszillometrischen Systeme verwenden eine herkömmliche Pumpe, um eine Brachialmanschette bis zum oberen Rand des Fensters aufzublasen, bevor die Pumpe abgeschaltet wird und der Druck über ein Ventil zum unteren Rand des Fensters abgelassen wird. Die oszillometrischen Messungen werden während der Entleerung durchgeführt, woraus der Blutdruck berechnet wird.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Pumpen, die in der Regel einige Male pro Sekunde pulsieren, arbeitet die Disc Pump im erwähnten Ultraschallbereich von mehr als 20.000 Zyklen pro Sekunde. Da jeder 50-Mikrosekunden-Zyklus der Pumpe weniger als einen Mikroliter Luft bewegt, ist die resultierende Pulsation in der Manschette vernachlässigbar. Daher ist es ohne weiteres möglich, das oszillometrische Signal zu messen, schon während die Manschette aufgepumpt wird. Dadurch muss der Manschettendruck den systolischen Druck nicht wesentlich übersteigen, was zu geringeren, auf den Patienten ausgeübten Druckkräften führt.

Somit verbessert die Disc-Pump-Technologie von Lee Ventus den Patientenkomfort durch die Unterstützung der Messung beim Aufblasen der Manschette sowie durch den pulsationsfreien, leisen Betrieb. Die kompakten Maße der Pumpe ermöglichen die Entwicklung vollständig integrierter, am Arm zu tragender Pumpenmodule, was die Benutzerfreundlichkeit weiter verbessert. Durch den Wegfall langer Schläuche wird das Messergebnis robuster und weniger störanfällig. Die Ansteuerung kann durch die hohe Präzision der Pumpe ebenfalls verbessert werden.

Dieses Beispiel zeigt, wie The Lee Company seit mehr als 75 Jahren sein Produktportfolio kontinuierlich erweitert, um seinen Kunden optimale Komponenten für ihre Medizingeräte zu bieten.

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