DE102020108755A1

DE102020108755A1 - Pumpe mit elektroaktiven Polymeren

Info

Publication number: DE102020108755A1
Application number: DE102020108755.1A
Authority: DE
Inventors: Stephanie Appel; Tobias Stöckerl; David Hannes; Gerome Fischer
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-09-30
Also published as: EP4128376A1; WO2021197994A1

Abstract

Die voliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem mindestens ein elektroaktives Polymer aufweisenden Pump-Aktor, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer derart angeordnet ist, dass eine Verformung des mindestens einen elektroaktiven Polymers entlang der Richtung des Pumpernhubs der Pumpe erfolgt. Zudem betrifft die Erfindung eine Blutbehandlungsmaschine mit einer derartigen Pumpe. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Druckhaltung mittels einer derartigen Pumpe.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem mindestens ein elektroaktives Polymer aufweisenden Pumpen-Aktor, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer derart angeordnet ist, dass eine Verformung des mindestens einen elektroaktiven Polymers entlang der Richtung des Pumpenhubs der Pumpe erfolgt.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Blutbehandlungsmaschine mit einer derartigen Pumpe. Zudem kann unter Anderem im Kontext einer Blutbehandlungsmaschine eine erfindungsgemäße Pumpe im Rahmen eines Druckhaltetestes zum Einsatz kommen.
Insbesondere im Rahmen moderner extrakorporaler Blutbehandlungen werden bei laufender Behandlung die benötigten Lösungen aus Konzentraten hergestellt, welche wie erforderlich verdünnt werden. Hierbei kommen Pumpen zum Einsatz, welche die benötigten Konzentratmengen zu bereitgestelltem Dialysewasser zudosieren.
Damit die erzeugten Lösungen möglichst genau den Zielvorgaben entsprechen, sind besonders genaue, fein steuerbare Pumpen erforderlich. Zudem ist es erforderlich, die von einer eingesetzten Pumpe ausgeführten Pumphübe nachzuvollziehen und gegebenenfalls dokumentieren zu können, um so die von der Pumpe geförderten Mengen und Volumina möglichst genau erfassen zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme abzumildern oder gar ganz zu beseitigen. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine besonders genaue Pumpe bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Dosiereinheit und eine Blutbehandlungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Pumpe.
Eine erfindungsgemäße Pumpe ist mit einem mindestens ein elektroaktives Polymer aufweisenden Pumpen-Aktor ausgestattet, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer derart angeordnet ist, dass eine Verformung des mindestens einen elektroaktiven Polymers entlang der Richtung des Pumpenhubs der Pumpe erfolgt.
In anderen Worten erfolgt die Verformung / Längenausdehnung des elektroaktiven Polymers entlang der Richtung der Pumpbewegung / des Pumpenhubs der Pumpe. Dies bietet den Vorteil, dass die Größe des Pumpenhubs direkt zu der Größe der Verformung / Längenausdehnung des elektroaktiven Polymers proportional ist bzw. mit dieser korreliert.
Durch die Anordnung des elektroaktiven Polymers lässt sich somit besonders eindeutig und direkt die Größe eines ausgeführten Pumpenhubs aus der entsprechenden Verformung des elektroaktiven Polymers herleiten.
Elektroaktive Polymere verformen sich in Erwiderung auf ein Potential, welches an das elektroaktive Polymer angelegt wird und können durch diese Verformung beispielsweise als Pumpen-Aktor dienen, da durch die Verformung ein zu förderndes Medium aus der Pump gepresst wird.
Umgekehrt erzeugen elektroaktive Polymere, insbesondere Piezo-Kristalle, ein elektrisches Potential, wenn eine mechanische Kraft auf sie wirkt. Diese Eigenschaft wird auch als „Self-sensing“ bezeichnet und ermöglicht es, elektroaktive Polymere als Sensoren einzusetzen, um die wirkenden Kräfte und somit beispielsweise die Größe der Pumpenhübe anhand gemessener elektrischer Potentiale zu ermitteln.
Bei elektroaktiven Polymeren des dielektrischen Typs, wie beispielsweise mit Silikon, Polyurethan oder Akryl-Elastomer als elastischem Bestandteil, entsteht das Self-Sensing dieser dielektrischen elektroaktiven Polymere in Zusammenwirkung mit einer elektrischen Auswerteeinheit, welche elektrische Eigenschaften (Kapazität, Impedanz ...) des elektroaktiven Polymers bzw. eine Stapels aus elektroaktivem Polymer ermittelt.
Aus diesen gemessenen elektrischen Eigenschaften (oder deren Änderungen) des elektroaktiven Polymers bzw. eine Stapels aus elektroaktivem Polymer kann dann widerum ein Rückschluss beispielsweise auf einen Abstand der verschiedenen leitfähigen Schichten des Stapels und somit eine Verformung, insbesondere eine Kontraktion oder Dilatation, des elektroaktiven Polymers gezogen werden.
Vorzugsweise kommen im Rahmen einer erfindungsgemäßen Pumpe elektroaktive Polymere des dielektrischen Typs zum Einsatz, welche vorzugsweise elastisch sind.
Vorzugsweise verfügt das mindestens eine elektroaktive Polymer einer erfindungsgemäßen Pumpe über Self-Sensing-Eigenschaften. Mittels der Self-Sensing-Eigenschaften kann bei einer erfindungsgemäßen Pumpe somit direkt ermittelt werden, wie groß ein jeder ausgeführte Pumpenhub war und ob dieser stattgefunden hat und ggf. wie der zeitliche Verlauf / Ablauf (Hub über Zeit) war. Letzteres kann bei Veränderungen Rückschlüsse auf Alterung (predictive maintenance) geben.
Insbesondere bei Dosierpumpen, welche im Rahmen einer Blutbehandlung zum Einsatz kommen, ist eine derartig genaue Überwachbarkeit der geförderten Volumina essentiell.
Es hat sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, wenn das mindestens eine elektroaktive Polymer einen Pumpenaktor der Pumpe bildet. Durch das Anlegen eines Potentials bzw. einer Spannung an das elektroaktive Polymer kann dieses verformt werden, wodurch zu förderndes Medium aus der Pumpe bewegt wird, da die Verformung / Längenausdehnung des elektroaktiven Polymers entlang der Richtung der Pumpbewegung / des Pumpenhubs der Pumpe erfolgt.
Das elektroaktive Polymer kann vorzugsweise einen Kolben oder eine Pumpenmembran antreiben oder auch direkt in Kontakt mit dem zu fördernden Medium stehen.
Vorzugsweise sind bei einer erfindungsgemäßen Pumpe mehrere Schichten elektroaktiver Polymere vorgesehen, welche vorzugsweise als Stapel („stack“) angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere derartige Stapel mehrerer Schichten elektroaktiver Polymere nebeneinander und / oder übereinander angeordnet sein.
Weiterhin umfasst eine erfindungsgemäße Pumpe vorzugsweise eine Steuereinheit, welche das mindestens eine elektroaktive Polymer zu einer definierten Verformung ansteuert, um so die Pumpe zu betätigen. Sind mehrere Stapel vorgesehen, so kann jeder Stapel mit einer eigenen Steuereinheit ausgestattet sein, es kann aber auch nur eine gemeinsame Steuereinheit vorgesehen sein.
Weiterhin umfasst eine erfindungsgemäße Pumpe vorzugsweise eine Messeinheit, welche die Verformung des mindestens einen elektroaktive Polymers und / oder den Abstand mindestens zweier Schichten eines Stapels elektroaktiver Polymere misst, um so den Grad der Verformung bzw. die Amplitude eines Pumpenhubs der Pumpe zu bestimmen.
Die Messeinheit kann teil der Steuerungseinheit sein und / oder mit dieser Daten austauschen. Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung dazu ausgelegt sein, die Messdaten an einen externen Empfänger zu übertragen, sodass die Funktion der Pumpe von fern überwacht und / oder dokumentiert werden kann.
Zudem kann die Pumpe mit einer Kraftbündelungsstruktur ausgestattet sein, welche dazu ausgelegt ist, die durch die Verformung des mindestens einen elektroaktive Polymers entstehenden Kräfte zu bündeln und gezielt auf eine andere Struktur zu übertragen, wobei vorzugsweise die Fläche der Kraftbündelungsstruktur kleiner als die Fläche des mindestens einen elektroaktive Polymers ist.
Durch die Verringerung der Fläche werden die Kräfte / der Druck des elektroaktiven Polymers bzw. der Stapel elektroaktiver Polymere fokussiert, sodass ein höherer Druck erreicht werden kann. Drückt die Kraftbündelungsstruktur beispielsweise auf einen Ventilsitz, so kann hierdurch beispielsweise ein besonders sicheres Schlie-ßen der Pumpe erreicht werden.
Beispielsweise können zwei nebeneinander oder übereinander angeordnete Stapel elektroaktiver Polymere auf eine gemeinsame Kraftbündelungsstruktur wirken.
Weiterhin kann bei einer erfindungsgemäßen Pumpe das mindestens eine elektroaktive Polymer mit einem Druckwandler verbunden sein. Der Druckwandler kann hierbei ebenfalls ein Stapel elektroaktiver Polymere sein, wodurch die Self-Sensing-Eigenschaften verstärkt werden und die Betätigung der Pumpe (Pumpenhub, Frequenz etc.) besonders präzise überwacht werden kann.
Das mindestens eine elektroaktive Polymer kann über den Druckwandler mit der Kraftbündelungsstruktur verbunden sein und / oder der Druckwandler kann als Kraftbündelungsstruktur wirken.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Dosiereinheit, vorzugsweise eine Dosiereinheit einer Blutbehandlungsmaschine, mit mindestens einer erfindungsgemäßen Pumpe. Weiterhin weist die Dosiereinheit Ventile zum Steuern des Flusses von Fluiden wie z.B. von Konzentraten oder Dialysewasser, auf. Zudem umfasst die Dosiereinheit eine Steuerungseinheit, mittels welcher die Ventile ansteuerbar sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Blutbehandlungsmaschine, insbesondere eine Dialysemaschine, mit mindestens einer erfindungsgemäßen Pumpe und / oder einer erfindungsgemäßen Dosiereinheit.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Blutbehandlungsmaschine mindestens zwei erfindungsgemäße Pumpen auf, wobei eine erste Pumpe flussabwärts einer Bilanzvorrichtung Fluid, vorzugsweise Konzentrate, dosiert bzw. einspeist und eine zweite Pumpe flussaufwärts der Bilanzvorrichtung Fluid, vorzugsweise Flüssigkeit, entnimmt, sodass die in der Bilanzvorrichtung bestimmte Fluidbilanz unverändert bleibt.
Alternativ oder zusätzlich können die zwei erfindungsgemäßen Pumpen flussaufwärts und / oder flussabwärts eines Dialysators und / oder eines Dialysierflüssigkeitsfilters angeordnet sein.
Um fertigungsbedingte Unterschiede der verwendeten Pumpen auszugleichen, kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Pumpe Ihre Funktionen zu vorbestimmten Zeitpunkten / Intervallen tauschen. Die Pumpen und / oder Steuereinheit sind somit vorzugsweise dazu ausgelegt, die Funktion der Pumpen zu tauschen. Beispielsweise können die Pumpen jede Minute, alle zwei Minuten oder vorzungsweise alle 10 , 100 oder 1000 Pumphübe Ihre Funktion tauschen. Die Frequenz bzw. der Zeitpunkt des Tauschens sind willkürlich festlegbar.
Weiterhin sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die mindestens zwei Pumpen dazu ausgelegt, zusätzlich eine Ultrafiltration auszuführen. Bei dieser Ausführungsform müssen zusätzliche Ventile vorgesehen sein, die die Pumpen befähigen eine Ultrafiltration auszuführen. Allerdings kann bei dieser Ausführungsform eine Ultrafiltrationspumpe weggelassen werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung, beispielsweise einen Verbau, einer erfindungsgemäßen Pumpe in einem Blutbehandlungsgerät, beispielsweise einer Dialysemaschine.
Beispielsweise kann vorzugsweise im Rahmen einer Dosierung von Konzentraten durch ein Blutbehandlungsgerät, eine (einzige) erfindungsgemäße Pumpe dazu verwendet werden, mehrere verschiedene Konzentrate bzw. Lösungen, wie z.B. Säurekonzentrat und Natriumbikarbonat, zu dosieren. Dies ist aufgrund der erreichbaren hohen Pumpfrequenz einer erfindungsgemäßen Pumpe möglich. Somit könnte eine einzige erfindungsgemäße Pumpe zwei herkömmliche Membranpumpen ersetzen.
In diesem Anwendungsfall ist die erfindungsgemäße Pumpe vorzugsweise mit zwei Leitungen (erste Leitung, z.B. Säurekonzentrat, und zweite Leitung, Natriumbikarbonat) oder drei Leitungen (erste Leitung, z.B. Säurekonzentrat, zweite Leitung, Natriumbikarbonat, dritte Leitung, Spüllösung( Permeat, d.h. Reinwasser)) ausgestattet. Vorzugsweise werden abwechselnd die erste Lösung und die zweite Lösung gepumpt, dazwischen kann gespült werden.
Der Betrieb einer erfindungsgemäßen Pumpe zum abwechselnden Fördern verschiedener Lösungen ist ein weiterer Aspekt der Erfindung. Ein derartiges Betriebsverfahren kann beispielsweise in einer entsprechenden Steuereinheit hinterlegt sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform verfügt eine erfindungsgemäße Blutbehandlungsmaschine über eine erste erfindungsgemäße Pumpe, welche mindestens zwei verschiedenen Lösungen zudosiert und vorzugsweise flussabwärts einer Bilanzvorrichtung angeordnet ist, und über eine erste erfindungsgemäße Pumpe, welche in gleichem Maße Flüssigkeit entnimmt und vorzugsweise flussaufwärts der Bilnazvorrichtung angeordnet ist.
Hierbei umfasst die Bilanzeinrichtung vorzugsweise zwei Bilanzkammern, welche über jeweils einen Einlass und einen Auslass für Dialysierflüssigkeit, insbesondere frische Dialysierflüssigkeit auf dem Weg zum Dialysator, und einen Einlass und einen Auslass für verbrauchte Dialysierflüssigket, insbesondere verbrauchtes Dialysat auf dem Weg vom Dialysator, verfügen. Somit weist eine erfindungsgemäße Blutbehandlungsmaschine vorzugsweise ein Leitungssystem zur Leitung von frischer Dialysierflüssigkeit und ein Leitungssystem zum Leiten von verbrauchter Dialysierflüssigkeit auf.
Vorzugsweise wird/ werden mittels einer erfindungsgemäßen Pumpe eine oder mehrere Lösungen dem Leitungssystem zur Leitung von frischer Dialysierflüssigkeit an einem Punkt zugeführt / zudosiert, an welchem die Dialysierflüssigkeit die Bilanzvorrichtung verlassen hat.
Zudem wird vorzugsweise mittels einer erfindungsgemäßen Pumpe der Leitung von frischer Dialysierflüssigkeit an einem Punkt Flüssigkeit entnommen, an welchem die Dialysierflüssigkeit die Bilanzvorrichtung noch nicht erreicht hat.
Weiterhin ist anzumerken, dass eine erfindungsgemäße Blutbehandlungsmaschine einen maschinenseitigen Fluidkreislauf aufweist und mit einem patientenseitigen Fluidkreislauf verbunden ist. In 3a ist beispielsweise der maschinenseitige Fluidkreislauf links gezeigt und der patientenseitige Fluidkreislauf rechts gezeigt. Erfindungsgemäß sind die beiden (oder auch mehreren) erfindungsgemäßen Pumpen entweder im / maschinenseitigen Fluidkreislauf und / oder im patientenseitigen Fluidkreislauf angeordnet.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Druckerhaltung in einem Filter, insbesondere in einem Filter zum Filtern von Dialysierflüssigkeit oder in einem Dialysator, wobei eine erfindungsgemäße Pumpe im Rahmen des Verfahrens zum Einsatz kommt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen einer Druckerhaltung in einem Filter wird die Self-Sensing-Eigenschaft des elektroaktiven Polymers ausgenutzt.
Beispielsweise wird ein definiertes Fluidvolumen in den zu testenden Filter eingeführt. Das definierte Fluidvolumen in dem Filter erzeugt einen bestimmten Innendruck in dem Filter, welcher auf das elektroaktive Polymer in der Pumpe wirkt.
In Erwiderung auf den Druck verändert das elastische Polymer seine Ausdehnung, welches mittels einer Messeinheit erfasst werden kann (Kapazität, Impedanz). Ein etwaiger Druckverlust im Filter, beispielsweise aufgrund einer Leckage, spiegelt sich somit in dem gemessen Impedanz-Profil des elektroaktiven Polymers wider und kann somit erfasst werden. Bleibt die Impedanz und somit der Druck in dem Filter konstant, so kann auf die Unversehrtheit des Filters geschlossen werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahmen auf die zugehörigen Figuren, in welchen ähnliche oder gleiche Bauteile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Hierbei zeigt:

1 eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Pumpe.
2 einen Flussplan, welcher den Einsatz erfindungsgemäßer Pumpen im Rahmen einer Ausführungsform einer Blutbehandlungsmaschine verdeutlicht.
3 die Ausführungsform aus 2 mit Mehrwegeventilen anstatt Standardventilen.
3a eine Ausführungsform mit einer zusätzlichen Bilanzkammer.
4 einen Flussplan, welcher den Einsatz erfindungsgemäßer Pumpen im Rahmen einer anderen Ausführungsform einer Blutbehandlungsmaschine verdeutlicht.
5 zeigt die Ausführungsform aus 4 mit Mehrwegeventilen anstatt Standardventilen.
6 einen Flussplan, welcher den Einsatz erfindungsgemäßer Pumpen im Rahmen einer wieder anderen Ausführungsform einer Blutbehandlungsmaschine verdeutlicht.
7 zeigt die Ausführungsform aus 6 mit Mehrwegeventilen anstatt Standardventilen.

Die in 1 gezeigte Pumpe 1 weist drei nebeneinander angeordnete Stapel 2 elektroaktiver Polymere auf. Der von den Stapeln 2 elektroaktiver Polymere erzeugte Druck wird über eine gemeinsame Verbindungsplatte 3 auf eine Kraftbündelungsstruktur 4 übertragen, deren Fläche kleiner als die Fläche der Verbindungsplatte 3 ist.
Die Kraftbündelungsstruktur 4 ist mit einer Pumpenmembran 5 verbunden, welche entsprechend der Verformung der Stapel 2 elektroaktiver Polymere auf- und abwärts bewegt wird. Die Längsrichtung der Stapel 2 elektroaktiver Polymere und die Richtung der Verformung der Stapel 2 sind somit parallel zur Richtung der Pumpenhübe der Pumpe 1 ausgerichtet.
In 2 ist ein Flussplan wiedergegeben, welcher den Einsatz erfindungsgemäßer Pumpen im Rahmen einer Blutbehandlungsmaschine verdeutlicht.
Dialyse ist ein Verfahren zur Blutreinigung, welches bei Patienten eingesetzt wird, welche von Nierenversagen betroffen sind. Deren Nieren sind nicht mehr in der Lage, die vom Körper produzierten Giftstoffe aus dem Blut zu filtern. Des Weiteren sind weitere wichtige Verfahren in der Regelung von Wasser- und Elektrolythaushalt der Patienten beeinträchtigt.
Zur Entfernung der Giftstoffe wird das Patientenblut in einem Dialysator über semipermeable Hohlfasermembranen mit Dialyseflüssigkeit in Kontakt gebracht. Durch diese Membran können Stoffe, speziell Giftstoffe, Elektrolyte und Proteine, zwischen den Flüssigkeiten hin und her diffundieren. Da Diffusion ein konzentrationsgetriebener Prozess ist, und verhindert werden soll, dass Fremdstoffe in das Patientenblut diffundieren, besteht die Dialyseflüssigkeit, das sog. Dialysat, aus hochreinem Wasser.
Um den Elektrolythaushalt der Patienten ins Gleichgewicht zu bringen, werden dem Dialysat zusätzlich Konzentrate, z.B. Elektrolytkonzentrate und Bikarbonat zu dosiert. Dies geschieht herkömmlicherweise über die Pumpen P05, bzw. P06, welche durch die vorliegende Erfindung ersetzt werden, weswegen die Pumpen P05 und P06 in den Figuren durchgestrichen dargestellt sind.
In einer herkömmlichen Blutbehandlungsmaschine wird das Dialysewasser von einer Pumpe über eine Heizkammer und einen Luftabscheider in Richtung der Bilanzkammer H14 gefördert. Zusätzlich zum Dialysewasser werden über die Pumpen P05 (Konzentratpumpe) und P06 (Bikarbonatpumpe) Säuren (Elektrolyte) und Basen zum Wasser gegeben, die zusammen eine physiologische Lösung ergeben.
In der Bilanzkammer wird technisch sichergestellt, dass die gleiche Menge an physiologischer Lösung zum Patienten befördert wird wie Flüssigkeit vom Patienten kommt. Zwischen der Bilanzkammer und dem Dialysator ist ein zusätzlicher Dialysierflüssigkeitsfilter F04 mit einem Totvolumen von Z.B. ca. 300 ml angeordnet. Dieses Totvolumen wird für die Betrachtung von Flussspitzen und deren Glättung relevant, des Weiteren funktioniert dieses Totvolumen wie eine Art Fluidspeicher.
Vom Dialysierflüssigkeitsfilter F04 gelangt die physiologische Lösung zum Dialysator, wo sie zur Reinigung des Blutes genutzt wird. Nach der Reinigung des Blutes wird die Dialysierflüssigkeit über eine Pumpe wieder in die Bilanzkammer H14 eingeleitet und gelangt schlussendlich in den Abfluss.
Zusätzlich ist in den meisten Blutbehandlungsmaschinen eine Ultrafiltrationspumpe P04 (UF Pumpe) verbaut. Diese soll dem Patienten zusätzliches Wasser entziehen. Die Ultrafiltrationspumpe ist von der Bilanzierung mittels der Bilanzkammer H14 entkoppelt, da sie gezielt einen Wasserentzug vornimmt, der nicht korrigiert werden soll.
Herkömmlicherweise wird das Konzentrat bzw. das Bikarbonat direkt vor der Bilanzkammer in die Leitung eingespritzt bzw. zudosiert. An dieser Stelle herrscht aufgrund von technischen Gegebenheiten ein recht hoher Wasserdruck von ca. 1,8 bar. Das heißt, dass die Pumpen gegen diesen Druck fördern müssen, was eine technische Herausforderung darstellt.
Ein Ansatzpunkt einer technischen Lösung kann somit darin bestehen, flussabwärts der Bilanzkammer zuzudosieren. Hinter der Bilanzkammer herrscht ein deutlich geringerer Druck.
In den 2 und 3 ist ein Flussplan einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei welcher sowohl Konzentrat als auch Bikarbonat mittels erfindungsgemäßer Pumpen (Pumpen mit elektroaktiven Polymeren, EAP-Pumpen) hinter der Bilanzkammer H14 und direkt vor dem Dialysierflüssigkeitsfilter F04, welcher als Reservoir / Mischkammer dient, eingespeist werden.
In diesen Bereich herrscht ein deutlich niedriger Wasserdruck als unmittelbar flussaufwärts der Bilanzkammer H14. Das Volumen wird hinter bzw. flussabwärts der Bilanzkammer eingespritzt (EAP Pumpe 6 im hinterlegten Verlauf vor / flussaufwärts dem / des Patienten „Vor Pat“) und wird somit nicht in der Bilanzierung berücksichtigt. Der Patient würde somit ohne weitere Maßnahmen kontinuierlich mit dem eingespritzten Volumen überwässert werden. Entsprechend besteht die Notwendigkeit, dieses Volumen wieder zu entfernen.
Dies kann entweder über die bestehende UF Pumpe (P04) oder eine weitere EAP Pumpe (EAP Pumpe 7 im hinterlegten Verlauf nach / flussabwärts dem / des Patienten „Nach Pat“) erfolgen. Da das mittels der EAP Pumpe 6 zudosierte Volumen bekannt ist, kann auf einfache Weise das gleiche Volumen wieder entfernt werden.
Die hier genannten EAP Pumpen können als volumetrische Dosiersysteme angesehen werden. Das bedeutet, dass eine Dosierung erfolgt, indem ein bekannter Pumpraum, also ein Volumen, entleert wird. Da die dosierten Medien vorzugsweise Flüssigkeiten sind, also praktisch inkompressibel sind, ist die geförderte Menge - die Dosis - eindeutig mit dem Volumen festgelegt bzw. entspricht dem durch einen Pumpenhub oder eine bestimmte Anzahl an Pumpenhüben geförderten Volumen Im Vergleich mit anderen Methoden der Dosierung bringen die EAP Pumpen daher als intrinsische Eigenschaft eine höhere Wiederholgenauigkeit mit, also eine höhere Genauigkeit bei wiederholten Vorgängen. Um dies für die hier genannte Anwendung von EAP Pumpen als Dosier- und UF Pumpen weiter zu verbessern, kann zwischen die beiden Pumpen 5 und 6 und die Leitung 8, in die dosiert wird, eine weitere Bilanzierungsvorrichtung 9 mit einer ggf. kleineren -Bilanzierungskammer 9a geschaltet werden, wie dies in 3a schematisch gezeigt ist. In dieser Ausführunfform ist der Dialysator mit D gekennzeichnet, der Patient mit P und die Bilanzierungsvorrichtung H14 umfasst zwei Bilanzkammern 14 a und 14 b. In dieser Weiterbildung kann mittels der Bilanzierungsvorrichtung 9 bzw. der Bilanzierungskammer 9a redundant überprüft werden, dass die Dosierung durch die EAP Pumpen exakt war und dadurch eine erhöhte Sicherheit erreicht werden: Es wird auch damit sichergestellt, dass exakt das Dosier-Volumen wieder entzogen wird, welches vorher bei der Dosierung in den Dialysatkreislauf hinzugeführt wurde.
In Ausführungsformen, in denen zusätzlich eine volumetrische Bilanzkammer zur Bilanzierung der Dosierung zwischen Dosierpumpen und der Leitung, in die die Dosierung erfolgt, angeordnet ist, können anstelle von EAP-Pumpen auch beliebige andere Pumpen zur Dosierung eingesetzt werden wie beispielsweise peristaltische Pumpen, Membranpumpen, Zahnradpumpen, Zentrifugalpumpen - beispielsweise Impellerpumpen.
Weiterhin ermöglichen es die Eigenschaften (kleine Hübe, hohe Frequenzen) der erfindungsgemäßen Pumpen verschiedene Pumpenfunktionen (z.B. das Pumpen verschiedener Lösungen) zu kombinieren.
Grundsätzlich ist somit eine Blutbehandlungsmaschine denkbar, bei welcher eine Bikarbonat-, eine Konzentrat- und eine Ultrafiltrationspumpe (UF Pumpe) als erfindungsgemäße Pumpen ausgestaltet sind. Hierbei muss die UF Pumpe in der Lage sein, sowohl das pro Behandlung übliche zu entziehende Volumen als auch das zudosierte Elektrolyt- und Bikarbonatvolumen entziehen zu können.
Alternativ kann auch eine einzige erfindungsgemäße Pumpe Bikarbonat und Konzentrat pumpen und zudem kann eine UF Pumpe vorgesehen sein, welche entweder eine erfindungsgemäße Pumpe mit elektroaktiven Polymeren oder eine herkömmliche Serienpumpe ist.
Es können auch die Funktionen des Pumpens von Bikarbonat und Konzentrat in einer erfindungsgemäßen Pumpe kombiniert werden, zusätzlich können eine UF Pumpe und eine Bilanzpumpe vorgesehen sein, welche jeweils entweder eine erfindungsgemäße Pumpe mit elektroaktiven Polymeren oder eine herkömmliche Serienpumpe sind. Die Aufgabe der Bilanzpumpe besteht hierbei im Entfernen des über die Bikarbonat/Konzentrat Pumpe zugeführten Volumens. Die UF Pumpe muss daher nur das übliche UF-Volumen fördern.
Alternativ könnten auch die Funktionen der Bikarbonat-, Konzentrat- und UF-Pumpen in einer einzigen erfindungsgemäßen Pumpe vereint werden, welche vorzugsweise mindestens zweifach in dem Blutbehandlungsgerät vorhanden ist.
Im Folgenden wird beispielhaft eine Ausführungsform mit Bezug auf die 4 und 5 genauer erläutert.
Die EAP Pumpen 6 und 7 dosieren flussabwärts / nach der Bilanzkammer H14 Konzentrat und Bikarbonat zu, was ein Einspritzen gegen einen niedrigeren Druck ermöglicht und entziehen Flüssigkeit zur Bilanzierung.
Die erste EAP Pumpe 6 übernimmt dabei die Dosierung / Einspeisung von Bikarbonat und Konzentrat; wobei, wie in 5 gezeigt, durch ein Mehrwegeventil zwischen den beiden Fluiden gewechselt werden kann. Das Umschalten der Fluide kann auch durch reguläre Ventile erfolgen (siehe 4).
Da die Dosierung / Einspeisung flussabwärts der Bilanzkammer aber flussaufwärts des Patienten (siehe Flusspfad „Vor Pat“) stattfindet, muss die eingespeiste Fluidmenge wieder entfernt werden, um eine Überwässerung der Patienten zu verhindern. Deshalb wird nach dem Patienten (siehe Flusspfad „Nach Pat“) Flüssigkeit aus dem System entzogen, was von der zweiten EAP Pumpe 7 übernommen wird. Die ursprüngliche UF Pumpe P04 verbleibt dabei im System.
Grundsätzlich können auch beide Pumpen 6 und 7 sowohl die Einspeisung als auch die Entnahme von Flüssigkeit übernehmen.
Eine Pumpe weist aus fertigungstechnischen Gründen immer gewisse Toleranzen und damit gewisse Ungenauigkeit beim Pumpen eines definierten Volumens auf. Dies führt dazu, dass zum einen beim Zudosieren (Dosierfehler) als auch beim Entziehen von Flüssigkeit Fehler entstehen. Im Gesamten betrachtet, kommt es dadurch zu Bilanzfehlern.
Um diese Volumenfehler (Dosier- und Bilanzfehler) der einzelnen Pumpen auszugleichen, ist es weiterhin möglich, die Pumpen über eine Ventilschaltung so zu verschalten, dass durch Umschalten die Funktionen der Pumpen getauscht werden. Dies ermöglicht einen Ausgleich des Fehlers. Hierzu muss eine Steuereinheit vorgesehen sein, welche dazu ausgelegt ist, die Pumpen entsprechend anzusteuern.
Grundsätzlich können die verwendete EAP Pumpe bzw. mehrere verwendete EAP Pumpen mit den zugehörigen Ventilen in einer Pumpeneinheit verbaut werden. Dabei sind vorzugsweise die Dosierpumpe(n) und die Ventile auf einer Einheit verbaut und können durch eine zentrale Ansteuerung betrieben werden. Dies kann auch Ventile umfassen, welche zur Einspeisung von Fluiden flussabwärts der Bilanzkammer erforderlich sind.
Durch die Verwendung einer eigenen zentralen Steuereinheit für die Ventile und die Pumpe ist es möglich, die Schaltung der Pumpeneinheit komplett losgelöst von der Steuerung einer Blutbehandlungsmaschine zu betreiben.
Diese eigene Steuereinheit verfügt beispielsweise über eine eigene CPU, was deutlich geringere Verarbeitungszeiten im Vergleich zur Verwendung der Maschinensoftware ermöglicht. Durch diese verringerte Verarbeitungszeit ist es möglich, höhere Pumpfrequenzen zu erreichen.
Dadurch ist es möglich, die spezielle Charakteristik der EAPs (vergleichsweise kleiner Hub, aber hohe Frequenz) auszunutzen. Maschinensoftwareseitig ist dabei als einziger Inputparameter die gewünschte Förderrate nötig, die nötige Frequenz und das nötige Pumpvolumen wird dann vorzugsweise von der separaten Steuereinheit berechnet.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Blutbehandlungsmaschine gezeigt, welche eine erfindungsgemäße Pumpe 6 und eine Ultrafiltrationspumpe P04 aufweist. Die erfindungsgemäße Pumpe 6 pumpt sowohl Konzentrat als auch Bikarbonat und die Ultrafiltrationspumpe P04 ist vorzugsweise ebenfalls als erfindungsgemäße EAP Pumpe ausgestaltet, kann aber auch einen andere Art Pumpe sein.

Claims

Pumpe mit einem mindestens ein elektroaktives Polymer aufweisenden Pump-Aktor, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer derart angeordnet ist, dass eine Verformung des mindestens einen elektroaktiven Polymers entlang der Richtung des Pumpernhubs der Pumpe erfolgt.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektroaktive Polymer über Self-Sensing- Eigenschaften verfügt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektroaktive Polymer einen Pumpenaktor der Pumpe bildet.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schichten elektroaktiver Polymere vorgesehen sind, welche vorzugsweise als Stapel angeordnet sind.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit weiterhin einer Steuereinheit, welche das mindestens eine elektroaktive Polymer zu einer definierten Verformung ansteuert, um so die Pumpe zu betätigen.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit weiterhin einer Messeinheit, welche die Verformung des mindestens einen elektroaktive Polymers und / oder den Abstand mindestens zweier Schichten eines Stapels elektroaktiver Polymere misst, um so die Amplitude eines Pumpenhubs der Pumpe zu bestimmen.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit weiterhin einer Kraftbündelungsstruktur, welche dazu ausgelegt ist, die durch die Verformung des mindestens einen elektroaktive Polymers entstehenden Kräfte zu bündeln und gezielt auf eine andere Struktur zu übertragen, wobei vorzugsweise die Fläche der Kraftbündelungsstruktur kleiner als die Fläche des mindestens einen elektroaktive Polymers ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer mit einem Druckwandler verbunden ist.
Pumpe nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer über der Druckwandler mit der Kraftbündelungsstruktur verbunden ist.
Dosiereinheit, vorzugsweise einer Blutbehandlungsmaschine, mit mindestens einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Blutbehandlungsmaschine, insbesondere Dialysemaschine, mit mindestens einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Blutbehandlungsmaschine nach Anspruch 11, mit mindestens zwei Pumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine erste Pumpe flussabwärts einer Bilanzvorrichtung Fluid, vorzugsweise mindestens ein Konzentrat, einspeist und eine zweite Pumpe flussaufwärts der Bilanzvorrichtung Fluid, vorzugsweise Flüssigkeit, entnimmt, sodass die in der Bilanzvorrichtung bestimmte Fluidbilanz unverändert bleibt.
Blutbehandlungsmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Pumpe Ihre Funktionen zu vorbestimmten Zeitpunkten tauschen.
Blutbehandlungsmaschine nach einem der Anspruüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Pumpen zusätzlich eine Ultrafiltration ausführen.
Verwendung einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Blutbehandlungsgerät.
Verfahren zum Messen einer Druckerhaltung in einem Filter, inbesondere in einem Filter zum Filtern von Dialsysierflüssigkeit oder in einem Dialysator, daduch gekennzeichnet, dass eine Pumpe nach einem der Ansprüche 1-9 im Rahmen des Verfahrens zum Einsatz kommt.