产品设计中的流体部件——泵、阀门和连接器

ITL创新器械开发

现在，医务人员比以往更依赖医疗诊断仪器的测试结果从而做出关键的患者护理和治疗决策。体外诊断仪器的准确性、精密度和可靠性不仅取决于仪器的固有设计和性能，还取决于集成到系统中的多个单独组件的设计、功能和可靠性。

由于患者样本和试剂通常是液体形式的，如样本（血液、唾液、尿液等）、试剂、缓冲液和洗涤液等，因此诊断仪器中的关键功能部件主要是负责流体处理和控制的部件。在分析过程中，准确可靠地将流体在整个系统中移动是医疗诊断设备系统设计人员面临的主要挑战。

近年来，应用到医疗诊断中的流体系统的研发趋势是处理精度越来越高，而液体量越来越少。制造商开发临床分析仪或家庭护理产品时更注重产品是否具备使用极小的样本进行多种测试的能力。因此，诊断仪器中使用的样本、试剂、缓冲液、洗涤液和废液通常尽量控制在微升范围之内就可进行完整的测试过程。

泵、阀门和连接器是常用的流体处理元件，具有多功能性、可靠性、一致性、可重复性和易于维护的特点，广泛应用于诊断和生物技术领域。

当设计的系统涉及泵、阀门和连接器时，制造商应该考虑以下几个因素。

阀门

尺寸

在决定阀门的尺寸之前，设计师必须确定系统按预期工作所需的流速。一旦确定了这一点，就能够选择控制该流速的阀门。

温度

在选择阀门时要考虑的另一个关键因素是阀门运行的温度，包括阀门将控制的介质的温度和环境的正常运行温度。温度波动可能导致密封件膨胀和收缩，导致快速磨损，从而导致液体故障和泄漏。

材料

重要的是要了解流经系统的流体对阀门的影响，并相应地选择正确的材料。兼容性是关键，阀门应采用可与其他软材料配合使用的材质。如果组件由不兼容的材料制成，可能会导致腐蚀、脆化或开裂。除了相互兼容外，阀门的选择还应与它们将要运行的环境兼容。

压力

设计师还应考虑阀门在特定应用中的压力。其包括两个方面：

工作压力：系统中的正常工作压力

设计压力：阀门制造商提供的最大压力极限；不得超过其他流体系统部件的设计压力，除非在受控的测试条件下可运行。

压力限制由系统中的最低额定部件决定，其中阀门是系统的重要组成部分。压力波动会对部件的性能产生重大影响。选择阀门时，应考虑阀门是否设计为在一定温度和压力范围内运行，以确保所选阀门能够承受严格的运行条件。

阀门需要在系统内执行的特定功能。它会启动或中止流量，还是会调节流量水平？阀门是否有必要控制流量方向或防止系统过载？解决这些问题有助于成功设计流体控制系统。

连接器

在设计流体处理系统时，除了阀门和泵之外，还需要选择符合系统要求的连接器。电子连接器通常处理电源和信号。然而，在医疗器械系统里，连接器通常可以承担其他工作，即输送液体。流体连接器可以具有集成阀，以控制流速和压力变化。这些阀门还可防止空气进入系统，并防止断开连接时发生泄漏。

随着诊断和医疗技术的不断改进和发展，市场更偏向使用更小、更快、更可靠及更集成化的系统来完成更复杂的应用，这给制造商应带来了压力。

整合和简化

较小的设备提供了较大的竞争优势，因为此类产品将更容易满足当前的市场需求。这些小型的医疗产品可以运输到实验室之外或现场使用。

然而系统的缩小和简化使制造商面临着许多不同的挑战，特别是在流体流量管理和公差差异等方面。因为医疗诊断设备的流体通道的体积极小，控制少量的流体反而更加困难。

成本控制

制造商们通常承受着持续降低开发、设计和生产成本的压力。因此当权衡流体处理系统等非核心部件的辅助功能时，制造商更加需要注意保持这些系统（流体处理部件）的性能的同时降低成本。

流体处理系统要求敏捷和注重细节，从选择和集成合适的阀门、管道和泵到使用正确的测试流程来提高流体处理质量和可靠性而不影响其可用性，这些过程都需要液体监测、混合和分配、清洗系统和废液控制方面的专业知识以及独特的解决方案。

45年来ITL设计了几百款体外诊断仪器，从大型复杂流体设备到小型高度创新的医疗器械从中获得了丰富的实践经验。准确输送精确体积的试剂、控制浓度和稀释度，以及有效混合流体和颗粒悬浮液等流体处理和控制的设计开发能力能够为开发POCT设备的客户提供经过验证的解决方案。我们利用我们的专业知识确保您系统和流体部件之间的所有过程协同工作，将复杂的分析工作流程转移到具有宏流体或微流体的低容量和高容量产品中。