[1]Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для электрохимического разложения мочевины в составе систем диализа с регенерацией отработанных веществ.
[2]Известно изобретение по патенту США [1]. В основе устройства лежит метод электрохимического разложения мочевины. Отработанный диализирующий или перитонеальный раствор, содержащий высокую концентрацию мочевины, протекает между анодом и катодом; к электродам прикладывается оптимальная для разложения мочевины разность потенциалов. Под действием электролиза в растворе происходит окисление мочевины с последующим разложением на 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.
[3]Известен электролизер для электрохимической очистки диализирующего раствора [2]. Устройство содержит корпус с размещенными в нем параллельно электродами, причем высота катодов больше высоты анодов. Электроды выполнены платиново-титановыми с двусторонним каталитическим 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.
[4]Наиболее близким техническим решением является 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.
[5]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.
[6]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».
[7]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.
[8]Задачей изобретения является повышение эффективности электрохимического разложения мочевины в отработанном диализате, повышение безопасности использования и применимость в составе носимой аппаратуры внепочечного очищения крови.
[9]Это достигается за счет того, что входной и выходной штуцеры расположены на противолежащих торцах корпуса, контактные площадки электродов расположены внутри корпуса в контактных отсеках, на внутренней стороне входного штуцера имеется разделитель потока, выполненный в виде трех продольных пластин, в крышке устройства установлен двухпиновый разъем электропитания.
[10]Безопасность применения устройства обеспечивается за счет возможности использования нетоксичных материалов электродов. Используемые в прототипе платиново-титановые электроды со временем выделяют в раствор нанесенную на поверхность электрода платину, которая является тяжелым металлом, и ее накопление представляет угрозу для организма. Наиболее известным безопасным для организма материалом электродов является уголь. Возможность использования в устройстве хрупких угольных электродов обеспечивается за счет отсутствия механической нагрузки на электроды. Рабочие поверхности электродов размещаются в рабочем отсеке электролизера. Контактные площадки располагаются в полностью герметичном контактном отсеке. Таким образом, электроды отделены от внешней среды корпусом толщиной 5 мм, что исключает их механические повреждения.
[11]Применимость в составе носимых аппаратов внепочечного очищения крови обеспечивается за счет отсутствия обязательных требований к ориентации устройства в пространстве, в связи с торцевым расположением входного и выходного штуцеров отсутствием камеры дегазации. При вертикальном положении пациента устройство должно закрепляться вертикально, чтобы вход находился снизу, а выход - сверху. Таким образом, большую часть времени устройство будет располагаться выходом вверх. Объем раствора в области электролиза составляет не более 10 мл, при скорости потока диализата в 100 мл/мин полная смена раствора в устройстве произойдет за 6 секунд. Большая часть образовавшегося за это время незначительного объема газа под силой потока жидкости пройдет в выходную магистраль даже при расположении устройства, при котором выход будет располагаться снизу. Благодаря наличию разделителя потока на входной магистрали корпуса, скопления газа могут происходить только в незначительном количестве в углах, расположенных за контактными отсеками, что также незначительно снизит эффективность электролиза.
[12]Также за счет наличия разъема электропитания в верхней крышке устройства обеспечивается возможность самостоятельного подключения устройства пациентом. При выработке ресурса электролизером, пациенту необходимо заменить отработанное устройство. Наличие стандартного двухпинового разъема с защелкой позволяет пациенту просто и надежно подключать и отключать устройство.
[13]За счет снижения объема устройства повышается гидравлическое давление, что в сочетании с разделителем потока обеспечивает турбулентный характер протекания раствора. Это приводит к повышению равномерности распределения раствора в рабочем объеме устройства и, как следствие, к повышению эффективности электролиза.
[14]Корпус устройства содержит разделительные пластины, между которыми помещаются электроды. Электроды ориентируются таким образом, чтобы контактные площадки поочередно проходили через пазы в разные контактные отсеки. Пазы герметизируются, таким образом обеспечивается гидроизоляция контактных отсеков. В контактных отсеках все однополярные электроды электрически соединяются при помощи контактных шайб, электроды через отверстия в контактных площадках и шайбах проходит контактный винт, контакт винта и электродов обеспечивается контактными гайками. В верхней крышке, изолирующей контактные отсеки от внешней среды, размещается миниатюрный разъем с защелкой, контакты которого проходят насквозь сквозь крышку, к контактным винтам крепятся провода, которые припаиваются к контактам и прокладываются в желобках в корпусе. После размещения и электрического соединения электродов, верхняя крышка закрепляется к корпусу при помощи крепежных винтов и гаек, таким образом, контактный отсек изолируется от внешней среды. Задняя крышка, содержащая выходной штуцер, герметично устанавливается в корпус. Устройство является полностью герметичным и может выдерживать давление до 500 мм рт.ст., при этом ориентация устройства в пространстве не влияет существенным образом на эффективность работы. Компактность устройства позволяет использовать его в блоке регенерации 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. Таким образом, устройство пригодно для постоянного использования пациентом в бытовых условиях без ограничения на подвижность.
[15]На фиг. 1 изображен изометрический вид электролизера без верхней крышки, где 1 - корпус электролизера, 2 - отсеки для электрического соединения однополярных электродов, 3 - входной штуцер для подключения магистрали, 4 - отверстия под крепежные винты, 5 - пазы под головки крепежных винтов, 6 - пазы для контактных площадок электродов, 7 - желобки для соединительных проводов электропитания.
[16]На фиг. 2 изображен вид сзади электролизера без задней крышки, где 8 - разделительные пластины, 9 - разделитель потока (сплиттер), 10 - выступ для фиксации задней крышки.
[17]На фиг. 3 изображен горизонтальный разрез электролизера, где 11 - углубления для гаек, 12 - задняя крышка, 13 - выходной штуцер для подключения магистрали.
[18]На фиг. 4 изображен электрод, где 14 - контактная площадка электрода, 15 - электрод, 16 - отверстие для контактного винта.
[19]На фиг. 5 изображен боковой разрез электролизера, где 17 - контактная гайка, 18 - контактный винт, 19 - контактные шайбы, 20 - верхняя крышка, 21 - углубления для головок контактных винтов.
[20]На фиг. 6 изображен изометрический вид электролизера в сборе, где 22 - крепежные гайки, 23 - крепежные винты, 24 - двухпиновый разъем.
[21]Устройство состоит из четырех основных частей: корпуса (1), задней крышки (12), электродов (15) и верхней крышки (20). В корпусе (1) электролизера располагается входной штуцер для подключения магистрали (3), на обратной стороне которого установлен сплиттер (9). В углубления (11) вклеиваются контактные гайки (17). В корпус электролизера (1) между разделительными пластинами (8) помещаются электроды (15). Электроды (15) ориентируются таким образом, чтобы контактные площадки (14) проходили в пазы (6) и попадали в отсеки (2). Между контактными площадками электродов (14) помещаются контактные шайбы (19). Задняя крышка (12) представляет собой пластину с проточкой для повышения равномерности потока внутри корпуса и выходным штуцером для подключения магистрали (13), после установки электродов (15) крышка (12) вклеивается в паз в задней части корпуса под выступ (10). Верхняя крышка (20) закрепляется к корпусу (1) при помощи крепежных винтов (23), проходящих через отверстия (4), при этом головки винтов располагаются в пазах (5), сверху верхняя крышка (20) фиксируется гайками (22). В нижние гайки (17) вкручиваются контактные винты (18), для головок которых в верхней крышке предусмотрены углубления (21), винты (18) проходят через контактные шайбы (19) и отверстия в электродах (16). Электропитание электродов обеспечивается при помощи миниатюрного двухпинового разъема (24), установленного в верхней крышке (20). Контакты разъема (24) проходят насквозь через верхнюю крышку (20), с нижней стороны к ним припаиваются провода, соединяющие контакты разъема (24) с соответствующими контактными винтами (18). В корпусе (1) предусмотрены желобки (7) для соединительных проводов.
[22]Устройство работает следующим образом. Электролизер подключается к источнику питания. По магистрали, подключенной к входному штуцеру, подается отработанный диализирующий раствор. Раствор попадает на разделитель потока и под давлением распределяется по всем межэлектродным полостям. 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 попадают в выходной штуцер и выходят из устройства.
[23]Пример конкретного выполнения устройства: корпус устройства изготавливается из медицинского пластика, размеры рабочей поверхности электрода составляют 50×50 мм, внутри корпуса располагаются 3 пары электродов. Эффективная площадь электролиза при этом составляет 120 см2. Габариты устройства составляют 110×60×23,5 мм. При использовании угольных электродов эффективная масса устройства составляет 100 г. В случае использования электродов из других материалов, корпус электролизера пересчитывается.
[24]Устройство применимо в составе носимой аппаратуры внепочечного очищения крови, имеет малую массу и габариты, допускает использование нетоксичных угольных электродов и обеспечивает возможность самостоятельного подключения пациентом.
[26]1. Патент США №4473449.
[27]2. Авторское свидетельство СССР №1823191.
[28]3. Патент РФ №2310477.
