工程师面临哪些湿度方面的挑战?

设计医疗设备时,工程师通常在处理湿度方面会如同面对“金发姑娘原则”一般——刚刚好即是最好:湿度太大或太小都不行,他们的挑战是使其刚刚好。 湿度太大是一个常见问题 空气(或气体)只能容纳这么多水蒸气。根据温度和压力等外部因素,水蒸气会冷凝并产生诸多问题。冷凝水雾传感器会导致设备过早磨损或冷凝水进入采样管线或呼吸气体回路。 因此,通常我们所面临的挑战即是防止冷凝的发生。当您尝试从气样中去除水蒸气时,水蒸气就需要一个去处。如果系统外部的环境空气湿度低于气样湿度,则可以将系统设计以进行湿度转移,或在水蒸气冷凝时用水槽收集水分。请切记,收集在水槽中的水被视为生物废物,需要医疗专业人员以某种方式进行处理,因而给他们繁重的工作带来负担。然而,水槽的问题在于它在收集水的同时也会截获有价值的分析物,使您遭受分析质量不佳的风险。如果您试图将水蒸气转移到环境空气中,那么当环境空气湿度很高时便会出现一个特别的问题。此时,可以使用干燥的吹扫气从待分析的湿气中去除水蒸气。 湿度小也是一个挑战 在某些应用领域中,例如给予治疗用气体时,湿度水平可能太低。毕竟,人体肺部(体温、环境压力和气体饱和度或BTPS)在100%的相对湿度和37°C的温度下方能运作。因此,挑战就变成了如何向气体中添加水蒸气或如何与另一种湿度更高的气流交换水蒸气。 意识到这两点是设计能够使湿度水平刚刚好的医疗器械的第一步。

Nafion™如何解决湿度方面的挑战?

Nafion™是一种聚合物,它可通过一级动力学反应(一种化学反应)将包括水蒸气在内的特定材料添加/去除到某一气流中。由于它是无孔的,因而其他分子无法通过。这种独特的性能使其非常适合医用领域,例如从呼吸样气中除去水蒸气或向气样中增加湿度用于治疗。 什么是Nafion™? 从专业上讲,Nafion™是四氟乙烯和一种磺酸组分的共聚物。简单来说,Nafion™是基于PTFE聚合物的化合物,与Teflon(特氟龙)非常相似。它是具有离子通道的合成材料。这些离子通道可通过该材料转移特定物质,包括水和酒精。除具有离子通道外,它还是无孔材料,实际上具有疏水性。由于Nafion™管无孔,因而远远优于其他膜材料。它连微孔都没有,您大可放心,即使是二氧化碳之类的重要分析物也无法通过。 为什么Nafion™在医疗器械中受到重视? 在某些医疗程序中,其目标是保留分析物的同时将水分从气样中去除。例如,在二氧化碳分析中,人的呼吸被采样到二氧化碳波形图中以测量EtCO2。病人的呼吸中含有大量水蒸气,会凝结在设备中,从而导致读数不准确,甚至可能导致设备过早磨损。如果将多孔材料用于采样管线,会除去一些水蒸气,但同时也会有去除重要分析物的风险。使用Nafion™管时,只有水分子可通过离子通道进入周围空气中,而全部二氧化碳均可保留在管中。 Nafion™还用于在采样管线中增添水蒸气 Nafion™管在允许水蒸气移至外部的同时,还可将水蒸气添加至管中。例如,一氧化氮和氧气之类的治疗用气体对于患者而言可能非常干燥且不舒服。通过在Nafion™管外部产生高湿度并让干燥气体通过,水分子可通过离子通道,并于此吸收到干燥气流中。由于Nafion™离子通道具有非常高的选择性,因此只有水可以通过,而大多数污染物则不能。 Nafion™的独特性能使其成为解决许多湿度难题的理想之选。

从患者的呼吸样本中去除90%水分的秘密武器

呼吸气体中含有大量水汽。只要对着镜子吹气,就能看到它表面起雾。除去镜子上的湿气很容易:只要把它擦掉就行了。而要除去呼吸样气中的水分则会更复杂,可以使用Nafion管结合一些工程设计就能实现。我们已经找到了去除病人呼吸样气中高达90%的水分的方法。 湿气: 为什么要去除它? 测试或分析病人的呼吸有助于医疗护理专业人员做出正确的诊断和快速识别呼吸疾病,然而呼吸样气中的水分会造成问题。水分会损坏传感器,而这反过来又会降低测试精度,甚至损坏传感器使其无法修复。这可能会让医疗护理者感到沮丧和恼火。去除湿气可以为患者提供更准确的结果和更好的结果。 移除多少湿度才足够? 当从呼吸样气中除去水分时,经常使用无凝结这个术语。这只是意味着呼吸样气中的水分含量足够低,以确保在普遍条件下不会发生冷凝。 根据应用的不同,工程师和医疗护理专业人员的目标更高。他们可能想要除去比呼吸样气无凝结要求更多的水分。这就需要确保不会发生意外的冷凝。此外,呼吸测试和其他应用的最新技术受益于有特定水平的相对湿度。 什么程度的湿度水平移除是可能的? 使用Nafion™管,高达90%的水分从病人的呼吸可以被移除。对于工程师和设计师来说,这意味着无意的冷凝不会发生,他们可以达到严格的水分控制规格。 快速标记:当讨论水分和水蒸气时,要用到几个术语。相对湿度是空气中水蒸气的百分比,与空气在该温度下所能容纳的水蒸气总量相比,它会随着温度和压力的变化而波动。露点是空气达到100%相对湿度所必须的温度,它更多的是一个绝对术语。在博纯,当我们说您Nafion管可以去除90%的水分含量,我们的意思是它作为一个绝对值。 为什么精确的湿度控制很重要? 对于许多传感器来说,必须在一个特定的水平,要最有效地分析气体、相对湿度,或空气中水蒸气的百分比。例如,用于气体的电化学传感器需要在15%到90%之间的相对湿度才能达到最佳性能。如果没有达到这个水平,电解质中的水分含量可能会受到负面影响。可以证明,光学传感器受到湿度的影响最大,因为被分析的气流中的水蒸气数量决定了信噪比。一些工程师已经提出了算法和捕捉信息的聪明方法-但湿度控制可能是他们开发的一个关键部分。 精确的水分控制可降低意外移除呼吸样气中分析物的风险(特别是含有诊断价值信息的分析物)。不完整的样气可能会对病人的病情做出不准确的描述,延误合适的护理。 Nafion管是如何移除90%的水汽? 从气流中去除一定量的水分可以通过专业工程设计来实现。Nafion™管与环境条件达到平衡。将水分降低至低于周围环境条件水平的一种方法是,使用露点低于样气的吹扫气体进行反吹。通常,吹扫气体将围绕Nafion™管在样气的相反方向流动。这样做,通过Nafion™管您将创建一个极低的湿度。 通过这种方式使用Nafion™管,您可以在更精确的水平上去除水分-达到您的设备最佳性能所需的湿度水平。反之,设备将提供更准确的数据分析结果,从而提高患者的治疗效果。