DE112013003245T5

DE112013003245T5 - Medizinische Komponenten mit Mikrostrukturen für die Befeuchtung und das Kondensatmanagement

Info

Publication number: DE112013003245T5
Application number: DE112013003245.7T
Authority: DE
Inventors: Laith Adeeb Hermez
Original assignee: Fisher and Paykel Healthcare Ltd
Current assignee: Fisher and Paykel Healthcare Ltd
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-04-02
Also published as: GB201900629D0; US11872332B2; WO2014003579A1; US20200114113A1; CN104540540B; JP7005405B2; AU2018201175A1; AU2020203251C1; JP6313294B2; US11077280B2; AU2013281354A1; GB2571443A; EP2863975A1; GB2517381A; GB2571443B; US20150151074A1; US20240173514A1; CN107596529B; GB2568409A; GB2517381B

Abstract

Es werden neue Komponenten medizinischer Kreise und Verfahren zum Herstellen derartiger Komponenten offenbart. Diese Komponenten enthalten Mikrostrukturen für die Befeuchtung und/oder das Kondensatmanagement. Die offenbarten Mikrostrukturen können in vielfältige Komponenten einverleibt werden, einschließlich Schläuche (beispielsweise inspiratorische Beatmungsschläuche und expiratorische Beatmungsschläuche sowie andere Schläuche zwischen verschiedenen Elementen eines Beatmungskreises, wie z. B. Ventilatoren, Befeuchter, Filter, Wasserfallen, Probenleitungen, Verbindungsstücke, Gasanalysatoren und dergleichen), Y-Verbindungsstücke, Katheteranschlüsse, Befeuchter und Patientenankopplungen (beispielsweise Masken zum Bedecken von Nase und Gesicht, Nasenmasken, Kanülen, Nasenkissen usw.), Schwimmer, Sonden und Sensoren in verschiedenen medizinischen Kreisen.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Anmeldungen Nr. 61/785,895, eingereicht am 14. März 2013, und 61/664,069, eingereicht am 25 Juni 2012, deren Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Komponenten, die für die medizinische Verwendung geeignet sind, insbesondere Komponenten, die zum Bereitstellen von befeuchteten Gasen an und/oder Entfernen von befeuchteten Gasen von einem Patienten geeignet sind, wie z. B. in positiver-Atemwegsdruck(PAP)-, Beatmungs-, Anästhesie-, Belüftungs- und Insufflationssystemen.
Beschreibung des Stands der Technik
In medizinischen Kreisen befördern verschiedene Komponenten natürlich oder künstlich befeuchtete Gase von und zu Patienten. Beispielsweise werden in manchen Beatmungskreisen, wie z. B. PAP oder Kreisen mit Atmungsunterstützung, von einem Patienten eingeatmete Gase von einem Erwärmer-Befeuchter durch einen Inspirationsschlauch an eine Patientenankopplung, wie z. B. eine Maske, geleitet. Als weiteres Beispiel können in Insufflationskreisen Schläuche befeuchtetes Gas (gewöhnlich CO₂) in die Abdominalhöhle abgeben. Dies kann helfen, das „Austrocknen” der inneren Organe des Patienten zu verhindern und kann die Zeitspanne verringern, die für die Erholung von einem chirurgischen Eingriff benötigt wird.
Bei diesen medizinischen Anwendungen werden die Gase vorzugsweise in einem Zustand mit einer Feuchte nahe dem Sättigungsniveau und nahe der Körpertemperatur (gewöhnlich mit einer Temperatur zwischen 33°C und 37°C) abgegeben. Bei Abkühlen von sehr feuchten Gasen kann es zum Kondensieren oder „Ausregnen” an den Innenoberflächen von Komponenten kommen. Es bleibt Bedarf an Komponenten, die verbesserte Befeuchtung und verbessertes Kondensatmanagement in medizinischen Kreisen ermöglichen. Demgemäß ist eine Aufgabe bestimmter hierin beschriebener Komponenten und Verfahren das Milder eines oder mehrerer Probleme von Systemen im Stand der Technik oder zumindest Anbieten einer brauchbaren Wahlmöglichkeit für die Allgemeinheit.
ZUSAMMENFASSUNG
Hierin werden medizinische Komponenten mit Mikrostrukturen für die Befeuchtung und/oder das Kondensatmanagement sowie Verfahren zum Herstellen derartiger Komponenten in verschiedenen Ausführungsformen offenbart.
Bei wenigstens einer Ausführungsform umfasst eine Komponente für die Verwendung in einem medizinischen Kreis einen ersten Bereich, der bei Verwendung mit Flüssigkeit in Kontakt steht; einen zweiten Bereich, der von dem ersten Bereich verschieden ist; und eine mikrostrukturierte Oberfläche in Kommunikation mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, dafür gestaltet, bei Verwendung durch Dochtwirkung Flüssigkeit von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich zu befördern, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche ein Substrat umfasst, das einen Gleichgewichts-Kontaktwinkel von weniger als etwa π/2 Radiant aufweist.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die genannte Komponente eine, einige oder alle der folgenden Eigenschaften sowie an anderer Stelle in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Eigenschaften auf.
Der zweite Bereich kann bei Verwendung gegenüber Luft mit höherer Geschwindigkeit exponiert werden und der erste Bereich kann bei Verwendung gegenüber Luft mit geringerer Geschwindigkeit exponiert werden. Der zweite Bereich kann für die Kommunikation mit einer Wärmequelle gestaltet sein. Die mikrostrukturierte Oberfläche kann für die Kommunikation mit einer Wärmequelle gestaltet sein. Die mikrostrukturierte Oberfläche kann allgemein parallele Mikrokanäle umfassen. Die Mikrokanäle können allgemein quadratisch geformt sein. Der kritische Kontaktwinkel θ für die Mikrokanäle kann folgende Gleichung erfüllen: θ < arccos( 0.5 / 0.5 + X) wobei X das Höhe-zu-Breite-Aspektverhältnis für die quadratisch geformten Kanäle darstellt. Die Mikrokanäle können allgemein V-förmig sein. Der kritische Kontaktwinkel θ der Mikrokanäle kann folgende Gleichung erfüllen: θ < arccos(sin( β / 2)) wobei β den Winkel der V-Form darstellt. Die mikrostrukturierte Oberfläche kann Mikrosäulen umfassen. Die Mikrosäulen können im Wesentlichen gleiche Querschnittsabmessungen aufweisen. Wenigstens manche der Mikrosäulen können von anderen Mikrosäulen verschiedene Querschnittsabmessungen aufweisen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die genannte Komponente einer Maske einverleibt sein. Die Maske kann ferner einen Ablauf in Kommunikation mit dem zweiten Bereich umfassen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die genannte Komponente einer Leitung einverleibt sein. Die Komponente kann wenigstens einen Teil einer Innenwand der Leitung bilden. Die Komponente kann ein Einsatz in einem inneren Lumen der Leitung sein. Eine Wand der Leitung kann zum Kommunizieren mit einer Wärmequelle gestaltet sein.
Bei wenigstens einer Ausführungsform umfasst eine Komponente für die Verwendung in einem medizinischen Kreis einen Reservoirabschnitt, der zum Halten einer Flüssigkeit gestaltet ist; einen Verdunstungsabschnitt benachbart zu dem Reservoirabschnitt, der zum Verdunsten der Flüssigkeit gestaltet ist; und eine mikrostrukturierte Oberfläche, die zum Befördern von Flüssigkeit aus dem Reservoirabschnitt zu dem Verdunstungsabschnitt gestaltet ist.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die genannte Komponente eine, einige oder alle der folgenden Eigenschaften sowie an anderer Stelle in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Eigenschaften auf.
Der Verdunstungsabschnitt kann heizbar sein. Die mikrostrukturierte Oberfläche kann Mikrokanäle mit einem Aspektverhältnis umfassen, das nahe dem Reservoirabschnitt kleiner ist und nahe dem Verdunstungsabschnitt größer ist, wobei das Aspektverhältnis entlang eines Gradienten zunimmt. Die mikrostrukturierte Oberfläche kann erste Mikrokanäle umfassen, die nahe dem Reservoirabschnitt allgemein horizontal verlaufen, und zweite Mikrokanäle, die nahe dem Verdunstungsabschnitt allgemein vertikal verlaufen, wobei die ersten Mikrokanäle dafür gestaltet sind, Flüssigkeit zu den zweiten Mikrokanälen zu befördern.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die genannte Komponente einer Maske einverleibt sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die genannte Komponente einer Kammer, die für die Verwendung mit einer Befeuchtereinheit geeignet ist, einverleibt sein. Die Komponente kann wenigstens einen Abschnitt einer Innenwand der Kammer bilden. Die Kammer kann Wände umfassen, die dafür gestaltet sind, von einer Heizbasis der Befeuchtereinheit geheizt zu werden. Die Kammer kann Wände umfassen, die dafür gestaltet sind, von einem von der Befeuchtereinheit verschiedenen Heizelement geheizt zu werden. Die Kammer kann ferner Isolation umfassen, die wenigstens an oder über einer Wand der Kammer nahe dem Verdunstungsabschnitt angeordnet ist.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die genannte Komponente einer Leitung einverleibt sein. Die mikrostrukturierte Oberfläche kann wenigstens einen Teil einer Innenwand der Leitung bilden. Die mikrostrukturierte Oberfläche kann auf einem Einsatz in einem inneren Lumen der Leitung angeordnet sein. Eine Wand der Leitung ist zum Kommunizieren mit einer Wärmequelle gestaltet.
Bei wenigstens einer Ausführungsform umfasst eine medizinische Kreiskomponente für die Verwendung mit befeuchtetem Gas: eine Wand, die einen innenliegenden Raum definiert und wobei wenigstens ein Teil der Wand eine Oberfläche umfasst, die eine Vielzahl von Mikrokanälen in und auf einem Substrat enthält, das eine Außenoberfläche mit einem Gleichgewichts-Kontaktwinkel von weniger als etwa π/2 Radiant aufweist, wobei die Mikrokanäle dafür gestaltet sind, bei Verwendung durch Dochtwirkung Flüssigkeit von einem ersten Bereich, der flüssiges Wasser hält, zu einem zweiten Bereich zu befördern, der gegenüber einem Luftstrom zu oder von einem Patienten exponiert ist, und die Mikrokanäle erste Mikrokanäle umfassen, die Seitenabschnitte und einen Bodenabschnitt aufweisen, der tiefer als die Außenoberfläche des Substrats ist, und zweite Mikrokanäle, die Seitenabschnitte aufweisen, die höher als die Außenoberfläche des Substrats sind, wobei die Seitenabschnitte der zweiten Mikrokanäle durch Rippen um die oder zwischen den ersten Mikrokanäle(n) gebildet werden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist der genannte medizinische Kreis eine, einige oder alle der folgenden Eigenschaften sowie an anderer Stelle in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Eigenschaften auf.
Die ersten Mikrokanäle können allgemein quadratisch geformt sein. Der kritische Kontaktwinkel θ für die ersten Mikrokanäle kann folgende Gleichung erfüllen: θ < arccos( 0.5 / 0.5 + X) wobei X das Höhe-zu-Breite-Aspektverhältnis der quadratisch geformten Kanäle darstellt. Die ersten Mikrokanäle können allgemein V-förmig sein. Der kritische Kontaktwinkel θ der ersten Mikrokanäle kann folgende Gleichung erfüllen: θ < arccos(sin( β / 2)) wobei β den Winkel der V-Form darstellt.
Bei manchen Ausführungsformen umfasst eine Komponente für die Verwendung in einem medizinischen Kreis eine allgemein horizontale, ebene mikrostrukturierte Oberfläche, die gestaltet ist, um eine darauf platzierte Flüssigkeit zu dispergieren. Die mikrostrukturierte Oberfläche kann in einem Weg eines fließenden Gases angeordnet sein und eine Flüssigkeitsausgabeeinheit kann dafür gestaltet sein, die Flüssigkeit auf die mikrostrukturierte Oberfläche auszugeben.
Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst die mikrostrukturierte Oberfläche Oberflächenunregelmäßigkeiten.
Bei verschiedenen Ausführungsformen umfassen die Oberflächenunregelmäßigkeiten wenigstens eines aus der Gruppe bestehend aus Körnchen, Rippen, Furchen, Kanälen und Partikeln.
Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Flüssigkeitsausgabeeinheit wenigstens einen Tropfer, der dafür gestaltet ist, die Flüssigkeit tropfenweise auf die mikrostrukturierte Oberfläche auszugeben.
Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Flüssigkeitsausgabeeinheit eine im Wesentlichen flache Platte, die in einem Abstand über der mikrostrukturierten Oberfläche angeordnet ist, wobei die Platte eine Vielzahl von Löchern aufweist, durch die die Flüssigkeit auf die darunter liegende mikrostrukturierte Oberfläche fallen kann.
Diese und andere Ausführungsformen werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Nun werden Beispiele von Ausführungsformen der verschiedenen Merkmale der offenbarten Systeme und Verfahren mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Die Abbildungen und die damit verbundenen Beschreibungen werden gegeben, um Ausführungsformen zu veranschaulichen, und nicht, um den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines medizinischen Kreises, der einen oder mehrere medizinische Schläuche, eine Befeuchtungskammer und eine Patientenankopplung enthält.
2 zeigt eine Draufsicht auf einen Beispielschlauch.
3A und 3B zeigen erste und zweite vergrößerte Längsschnitte einer inneren Komponente für einen Beispielschlauch gemäß wenigstens einer Ausführungsform.
4 zeigt einen Querschnitt einer Beispielmikrostruktur.
5A zeigt eine perspektivische Vorderansicht einer inneren Komponente für einen Schlauch.
5B zeigt einen ersten vergrößerten Abschnitt der in 5A in Vorderansicht gezeigten inneren Komponente.
6 zeigt eine schematische Darstellung von Luftstrom-Geschwindigkeit und Temperaturprofil in einem Schlauch.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beispiel-Befeuchtungskammer.
8A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beispiel-Befeuchtungskammer mit einer ersten Konfiguration von Mikrostrukturen.
8B und 8C zeigen Vorderansichten eines ersten und eines zweiten vergrößerten Abschnitts der Mikrostrukturen in 8A.
8D zeigt einen Querschnitt einer Beispielmikrostruktur.
9A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beispiel-Befeuchtungskammer mit einer zweiten Konfiguration von Mikrostrukturen.
9B und 9C zeigen Vorderansichten eines ersten und eines zweiten vergrößerten Abschnitts der Mikrostrukturen in 9A.
9D zeigt einen Querschnitt einer Beispielmikrostruktur.
10A zeigt eine perspektivische Vorderansicht einer Beispiel-Patientenankopplung.
10B zeigt eine Draufsicht auf eine Beispiel-Patientenankopplung mit einem leitfähigen Draht.
11A zeigt eine Rückenansicht einer Beispiel-Patientenankopplung mit Mikrostrukturen.
11B zeigt eine perspektivische Ansicht eines vergrößerten Abschnitts der Mikrostrukturen in 11A.
11C zeigt einen Querschnitt einer Beispielmikrostruktur.
11D zeigt eine Rückenansicht einer Beispiel-Patientenankopplung mit Mikrostrukturen.
12A zeigt ein Schema der Wassertröpfchenbildung auf einer Ankopplungsoberfläche, die keine Mikrostrukturen enthält.
12B zeigt ein Schema, wie sich Wasser auf einer Ankopplungsoberfläche ausbreitet, die keine Mikrostrukturen enthält.
13 zeigt schematisch die Wirkung zugeführter Wärme auf die Verdunstung auf Mikrostrukturen.
14 ist eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens für einen medizinischen Schlauch mit einem Zufuhrtrichter, einer Förderschnecke zu einem Düsenkopf, abgeschlossen mit einer Wellmaschine.
15 ist eine schematische Darstellung eines Spiralbildungs-Herstellungsverfahrens für einen medizinischen Schlauch.
16 ist ein Diagramm mit Beispielsbedingungen für Dochtwirkung in durchgehenden Mikrokanälen.
17 zeigt eine Abbildung einer durchgehenden Mikrostruktur.
18A bis 18L zeigen Abbildungen von durchgehenden und von diskreten Mikrostrukturen.
19 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Befeuchtungskammer mit einem Einlassschlauch, der Mikrostrukturen enthält.
20 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der eine raue Oberfläche zum Verstärken von Verdunstung verwendet werden kann.
21 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform, bei der eine raue Oberfläche zum Verstärken von Verdunstung verwendet werden kann.
22 veranschaulicht die Unregelmäßigkeit mancher Mikrostrukturen auf einer Oberfläche.
23 zeigt einer Ausführungsform einer Befeuchtungskammer mit Verdunstungsstapeln oder -türmen.
In den Abbildungen werden häufig Bezugszahlen wiederverwendet, um Entsprechungen zwischen bezeichneten (oder ähnlichen) Elementen aufzuzeigen. Die erste Ziffer jeder Bezugszahl gibt die Abbildung an, in der das Element zum ersten Mal erscheint.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachstehende ausführliche Beschreibung offenbart neue Komponenten medizinischer Kreise und Verfahren zum Herstellen derartiger Komponenten, wie z. B. Insufflations-, Anästhesie- oder Beatmungskreiskomponenten. Wie vorstehend erklärt, enthalten diese Komponenten Mikrostrukturen für die Befeuchtung und/oder das Kondensatmanagement. Die offenbarten Mikrostrukturen können einer Vielzahl von Komponenten einverleibt werden, einschließlich Schläuche (beispielsweise inspiratorische Beatmungsschläuche, expiratorische Beatmungsschläuche und andere Schläuche zwischen verschiedenen Elemente eines Beatmungskreises, wie z. B. Ventilatoren, Befeuchter, Filter, Wasserfallen, Probenleitungen, Verbindungsstücke, Gasanalysatoren lind dergleichen), Y-Verbindungsstücke, Katheteranschlüsse, Befeuchter und Patientenankopplungen (beispielsweise Masken zum Bedecken von Nase und Gesicht, Nasenmasken, Kanülen, Nasenkissen usw.), Schwimmer, Sonden und Sensoren in verschiedenen medizinischen Kreisen. „Medizinischer Kreis” ist ein breiter Begriff, der in seiner gewöhnlichen und für einen Fachmann gebräuchlichen Bedeutung gegeben wird (d. h. er soll nicht auf eine spezielle oder individuelle Bedeutung beschränkt sein). Somit soll ein medizinischer Kreis offene Kreise, wie z. B. bestimmte CPAP-Systeme, die einen einzelnen inspiratorischen Beatmungsschlauch zwischen einem Ventilator/Gebläse und einer Patientenankopplung umfassen kann, ebenso wie geschlossene Kreise umfassen.
Nachstehend werden Einzelheiten zu mehreren veranschaulichenden Ausführungsformen zum Implementieren der hierin beschriebenen Geräte und Verfahren mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf diese beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Medizinischer Kreis
Zum genaueren Verständnis der Offenbarung wird zunächst auf 1 verwiesen, die einen medizinischen Kreis gemäß wenigstens einer Ausführungsform zeigt. Insbesondere zeigt 1 ein Beispiel eines Beatmungskreises. Ein derartiger Beatmungskreis kann beispielsweise ein kontinuierliches, variables oder Zweiniveaupositiver-Atemwegdruck(PAP)-System oder eine andere Form von Atemtherapie sein. Wie nachstehend erläutert, umfasst der Beatmungskreis einen oder mehrere medizinische Schläuche, einen Befeuchter und eine Patientenankopplung. Jede oder alle dieser Komponenten und andere Komponenten des medizinischen Kreises können Mikrostrukturen zur Befeuchtung und/oder zum Kondensatmanagement enthalten. Eine Mikrostruktur kann allgemein als Struktur mit mikrometerskaligen Abmessungen im Bereich von 1 bis 1000 Mikrometer (μm) (oder etwa 1 bis 1000 μm) definiert werden.
Gase können folgendermaßen in dem Kreis von 1 befördert werden. Trockene Gase strömen von einem Ventilator/Gebläse 105 zu einem Befeuchter 107, der die trockenen Gase befeuchtet. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Ventilator/das Gebläse 105 mit dem Befeuchter 107 integriert sein. Der Befeuchter 107 ist über einen Anschluss 111 mit dem Einlass 109 (das Ende zum Aufnehmen von befeuchteten Gasen) des Inspirationsschlauchs 103 verbunden und liefert so befeuchtete Gase an den Inspirationsschlauch 103. Ein Inspirationsschlauch ist ein Schlauch, der dafür gestaltet ist, Atemgase an einen Patienten zu liefern. Die Gase strömen durch den Inspirationsschlauch 103 zu dem Auslass 113 (dem Ende zum Ausstoßen von befeuchteten Gasen) und dann durch eine mit dem Auslass 113 verbundene Patientenankopplung 115 zu dem Patienten 101. Bei diesem Beispiel ist der Auslass 113 ein Y-Adapter. Mit der Patientenankopplung 115 ist auch ein Expirationsschlauch 117 verbunden. Ein Expirationsschlauch ist ein Schlauch, der dafür gestaltet ist, ausgeatmete befeuchtete Gase von einem Patienten weg zu befördern. Hier führt der Expirationsschlauch 117 ausgeatmete befeuchtete Gase von der Patientenankopplung 115 zu dem Ventilator/Gebläse 105 zurück. Der Inspirationsschlauch 103 und/oder der Expirationsschlauch 117 gemäß wenigstens einer Konfiguration kann/können Mikrostrukturen umfassen. Diese (und andere) Schläuche werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
Bei diesem Beispiel treten trockene Gase durch eine Lüftungsöffnung 119 in den Ventilator/das Gebläse 105 ein. Ein Flügelrad 121 kann den Gasfluss in den Ventilator/das Gebläse 105 verbessern, indem Luft oder andere Gase durch die Lüftungsöffnung 119 gezogen werden. Das Flügelrad 121 kann beispielsweise ein Flügelrad mit variabler Geschwindigkeit sein, wobei eine elektronische Steuerung 123 die Geschwindigkeit des Flügelrads steuert. Insbesondere kann die Funktion der elektronischen Steuerung 123 von einer elektronischen Hauptsteuerung 125 in Antwort auf Eingangswerte von der Hauptsteuerung 125 und einen von einem Benutzer über eine Wählvorrichtung 127 voreingestellten Sollwert (vorgegebenen Wert) des Drucks oder der Flügelradgeschwindigkeit gesteuert werden.
Der Befeuchter 107 umfasst eine Befeuchtungskammer 129, die ein Volumen an Wasser 130 oder einer anderen geeigneten Befeuchtungsflüssigkeit enthält. Vorzugsweise ist die Befeuchtungskammer 129 nach der Verwendung von dem Befeuchter 107 entfernbar. Die Entfernbarkeit ermöglicht einfacheres Sterilisieren oder Entsorgen der Befeuchtungskammer 129. Der Befeuchtungskammerabschnitt 129 des Befeuchters 107 kann aber auch unitär aufgebaut sein. Der Körper der Befeuchtungskammer 129 kann aus einem nicht leitfähigen Glas- oder Kunststoffmaterial bestehen. Die Befeuchtungskammer 129 kann aber auch leitfähige Komponenten enthalten. Beispielsweise kann die Befeuchtungskammer 129 eine stark wärmeleitfähige Basis enthalten (beispielsweise eine Aluminiumbasis), die mit einer Heizplatte 131 auf dem Befeuchter 107 in Kontakt steht oder damit verbunden ist. Der Befeuchter 107 kann beispielsweise ein eigenständiger Befeuchter sein, wie z. B. einer der Befeuchter aus dem Atemwegsbefeuchter-Sortiment von Fisher & Paykel Healthcare Limited, Auckland, Neuseeland. Ein Beispiel einer Befeuchtungskammer 129 wird in dem U.S.-Patent Nr. 5,445,143 von Sims beschrieben, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
Eine Befeuchtungskammer 129 gemäß wenigstens einer Ausführungsform kann Mikrostrukturen umfassen und wird hierin ausführlicher beschrieben.
Der Befeuchter 107 kann auch elektronische Steuereinheiten enthalten. In diesem Beispiel enthält der Befeuchter 107 eine elektronische, analoge oder digitale Hauptsteuerung 125. Vorzugsweise ist die Hauptsteuerung 125 eine Steuereinheit auf Mikroprozessorbasis, die in einem damit verbundenen Speicher gespeicherte Computersoftware-Befehle ausführt. Die Hauptsteuerung 125 bestimmt in Antwort auf beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle 133 benutzereingestellte Feuchtigkeits- oder Temperaturwerte und andere Werte, wann (oder auf welches Niveau) der Heizplatte 131 Energie zugeführt werden soll, um das Wasser 130 in der Befeuchtungskammer 129 zu erwärmen.
Es kann jede geeignete Patientenankopplung 115 aufgenommen werden. „Patientenankopplung” ist ein breiter Begriff, der in seiner gewöhnlichen und für einen Fachmann gebräuchlichen Bedeutung gegeben wird (d. h. er soll nicht auf eine spezielle oder individuelle Bedeutung beschränkt sein) und ohne Beschränkung Masken (wie z. B. Trachealmaske, Gesichtsmasken und Nasenmasken), Kanülen und Nasenkissen umfasst. Eine Temperatursonde 135 kann nahe der Patientenankopplung 115 mit dem Inspirationsschlauch 103 oder mit der Patientenankopplung 115 verbunden sein. Die Temperatursonde 135 überwacht die Temperatur nahe oder an der Patientenankopplung 115. Ein mit der Temperatursonde verbundener Heizdraht (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um die Temperatur der Patientenankopplung 115 und/oder des Inspirationsschlauchs 103 einzustellen, um die Temperatur des Inspirationsschlauchs 103 und/oder der Patientenankopplung 115 über die Sättigungstemperatur anzuheben und so die Möglichkeit unerwünschter Kondensation zu verringern.
Die Patientenankopplung 115 gemäß wenigstens einer Ausführungsform kann Mikrostrukturen umfassen und wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
In 1 werden ausgeatmete befeuchtete Gase über den Expirationsschlauch 117 von der Patientenankopplung 115 zu dem Ventilator/Gebläse 105 zurückgeführt. Der Expirationsschlauch 117 kann damit integriert eine(n) wie vorstehend für den Inspirationsschlauch 103 beschriebene(n) Temperatursonde und/oder Heizdraht aufweisen, um die Möglichkeit von Kondensation zu verringern. Ferner muss der Expirationsschlauch 117 die ausgeatmeten Gase nicht zu dem Ventilator/Gebläse 105 zurückführen. Alternativ dazu können ausgeatmete befeuchtete Gase direkt an die Umgebung oder zu einem anderen Hilfsgerät geleitet werden, wie z. B. zu einem Luftreiniger/Filter (nicht gezeigt). Bei bestimmten Ausführungsformen entfällt der Expirationsschlauch ganz.
Wie vorstehend diskutiert, können der Inspirationsschlauch 103, der Expirationsschlauch 117, die Befeuchtungskammer 129 und/oder die Patientenankopplung 115 des Beispiels eines medizinischen Kreises Mikrostrukturen umfassen. Eine Diskussion dieser Komponenten folgt. Die Erfindung wird durch diese Ausführungsformen aber nicht beschränkt, und es wird erwogen, dass die offenbarten Mikrostrukturen in vielfältige medizinische Komponenten aufgenommen werden können, die mit befeuchteten Gasen, wie z. B. befeuchteter Luft, in Kontakt stehen und/oder sie befördern.
Medizinischer Schlauch mit Mikrostrukturen
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schlauchs 201, der für die Verwendung in einem medizinischen Kreis gemäß wenigstens einer Ausführungsform geeignet ist. Wie in 2 gezeigt, kann der Schlauch 201 gewellt sein, wodurch die Flexibilität des Schlauchs vorteilhaft verbessert wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Schlauch 201 aber auch eine vergleichsweise glatte, nicht gewellte Wand aufweisen.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Schlauch 201 zum Befördern von Gasen zu und/oder von Kleinkind- oder neugeborenen Patienten verwendet werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Schlauch 201 zum Befördern von Gasen zu und/oder von Standardpatienten verwendet werden, wie z. B. ältere Kinder und Erwachsene. Einige Beispielabmessungen von hierin beschriebenen medizinischen „Kleinkinder”- und „Standardschläuchen” sowie einige bevorzugte Bereiche dieser Abmessungen werden in den gemeinsam gehörigen vorläufigen U.S.-Patentanmeldungen Nr. 61/492,970, eingereicht am 3. Juni 2011, und 61/610,109, eingereicht am 13. März 2012, sowie in der gemeinsam gehörigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2011/077250 A1 beschrieben, die alle durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden. Eine Beispiellänge für Kleinkinder- und Standardschläuche kann 1 bis 2 m (oder etwa 1 bis 2 m) betragen.
Bei wenigstens einer Ausführungsform besteht der Schlauch 201 aus einem Extrudat, das ein oder mehrere Polymere umfasst. Vorzugsweise ist das Polymer so ausgewählt, dass der erhaltene Schlauch 201 im Allgemeinen flexibel ist. Bevorzugte Polymere umfassen lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE), Polypropylen (PP), Polyolefin-Plastomer (POP), Ethylenvinylacetat (EVA), weich gemachtes Polyvinylchlorid (PVC) oder ein Gemisch von zwei oder mehr dieser Materialien. Das Polymer/die Polymere bildet/bilden wenigstens 98,4 (oder etwa 98,4), 98,5 (oder etwa 98,5), 98,6 (oder etwa 98,6), 98,7 (oder etwa 98,7), 98,8 (oder etwa 98,8), 98,9 (oder etwa 98,9), 99,0 (oder etwa 99,0), 99,1 (oder etwa 99,1), 99,2 (oder etwa 99,2), 99,3 (oder etwa 99,), 99,4 (oder etwa 99,4), 99,5 (oder etwa 99,5), 99,6 (oder etwa 99,6), 99,7 (oder etwa 99,7), 99,8 (oder etwa 99,8) oder 99,9 (oder etwa 99,9) Gewichtsprozent (Gew.-%) des Gesamtextrudats. Bei besonderen Ausführungsformen umfasst das Extrudat 99,488 (oder etwa 99,488) Gew.-% oder etwa 99,49 (oder etwa 99,49) Gew.-% LLDPE. Bei bestimmten Ausführungsformen besteht der Schlauch 201 aus einem geschäumten Polymer, wie es in der gemeinsam gehörigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2001/077250 A1 beschrieben wird, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
Bei manchen Ausführungsformen können Mikrostrukturen aus Weichmetall-Materialien bestehen, wie z. B. Aluminiumfolie, Messing und Kupfer. Bei manchen derartigen Ausführungsformen können die ausgewählten Materialien eine hohe Oberflächenenergie aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen können die Substratmaterialien beschichtet sein und können einen Zusatzstoff enthalten, der die Oberflächenenergie des Substratmaterials erhöht. Bei manchen Ausführungsformen kann die Verwendung des Metalls allein ohne Formgebung zu einer Mikrostruktur einfach aufgrund der hohen Oberflächenenergie vorteilhaft sein. Mikrostrukturen können aber aus den Metallen gebildet werden, beispielsweise indem zuerst das weiche Metall zu einem Film oder Dünnfilm geformt und anschließend das Material zum Bilden von Mikrostrukturen geprägt wird. Das geprägte Material kann dann zum Bilden einer beliebigen Zahl von Komponenten in den Befeuchtungseinheiten gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Beispielsweise kann wenigstens ein innerer Abschnitt des Schlauchs 201 aus einem Metall bestehen, das zum Bilden von Mikrostrukturen geprägt worden sein kann oder auch nicht. Bei manchen Ausführungsformen kann ein geprägter Metallfilm eine Oberfläche auf einer beliebigen Zahl von Strukturen (Wände, Türme, Lamellen, Basis usw.) innerhalb einer Befeuchtungskammer bilden.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Schlauch 201 einen oder mehrere leitfähige Drähte umfassen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Schlauch 201 zwei oder vier leitfähige Drähte umfassen und Paare der leitfähigen Drähte können an einem oder beiden Enden des Schlauchs 201 Verbindungsschleifen bilden. Der eine oder die mehreren Drähte können an der Außenseite des Schlauchs 201 angeordnet sein, beispielsweise spiralförmig um die Außenseite des Schlauchs 201 gewunden, oder sie können an der Innenwand des Schlauchs 201 angeordnet sein, beispielsweise spiralförmig entlang der Lumenwand gewunden. Drähte werden nachstehend ausführlicher diskutiert.
Es wurde entdeckt, dass die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten und Oberflächen, die zweckgemäße Mikrostrukturen aufweisen, zum Verteilen der Flüssigkeit auf der Oberfläche und innerhalb oder auf den Mikrostrukturen führen kann. Ferner wurde entdeckt, dass diese Wechselwirkung die Flüssig-Gas-Grenzfläche vergrößert und die Dicke der Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche verringert. Die Kombination von vergrößerter Oberfläche und verringerter Dicke verbessert die Flüssigkeitsverdunstung im Vergleich zu Flüssigkeit mit dem gleichen Flüssigkeitsvolumen auf einer flachen Oberfläche. Wie nachstehend diskutiert, verbessert die Kombination von vergrößerter Oberfläche, verringerter Dicke und Wärmen die Flüssigkeitsverdunstung weiter. Demgemäß weisen die Innenwände des Schlauchs 201 bei verschiedenen Ausführungsformen wie in 3A gezeigte Mikrostrukturen 301 (nicht maßstabsgetreu) auf. 3B zeigt eine erste vergrößerte Ansicht eines Teils der Mikrostrukturen 301. 3B zeigt die Mikrostrukturen 301 mit einer größeren Vergrößerung als 3A. In 3A und 3B sind die Mikrostrukturen 301 axial entlang des Schlauchs 201 angeordnet (d. h. die Mikrostrukturen verlaufen in einer Richtung senkrecht auf die Längsachse des Schlauchs 201).
Polymere weisen im Allgemeinen eine niedrige Oberflächenenergie auf, mit der Folge einer schlechten Benetzbarkeit. Zum Verbessern des Wasserausbreitungsvermögens der Mikrostrukturen 301 auf einem Polymerschlauch 201 kann es von Vorteil sein, das eine oder die mehreren Polymere mit einem Material oder mit Materialien zum Erhöhen der Oberflächenenergie zu behandeln. Grenzflächenaktive Mittel, wie z. B. kationische grenzflächenaktive Mittel, können besonders wünschenswerte Zusatzmaterialien sein. Geeignete Oberflächenmodifizierungsmittel umfassen Glycerolmonostearat (GMS), ethoxyliertes Amin, Alkansulfonat-Natriumsalz und Laurinsäurediethanolamid sowie Zusatzstoffe, die diese Stoffe umfassen. MLDNA-418, angeboten von Clariant (Neuseeland) Ltd. unter dem Produktnamen „418 LD Masterbatch Antistatic” ist ein Oberflächenmodifizierungsmittel-Masterbatch mit 5 (±0,25)% Glycerolmonostearat (CAS-Nr. 123-94-4) als Wirkstoff. Vorzugsweise umfasst das Oberflächenmodifizierungsmittel wenigstens etwa 0,05 (oder etwa 0,05), 0,1 (oder etwa 0,1), 0,15 (oder etwa 0,15), 0,2 (oder etwa 0,2), 0,25 (oder etwa 0,25), 0,3 (oder etwa 0,3), 0,35 (oder etwa 0,35), 0,4 (oder etwa 0,4), 0,45 (oder etwa 0,45), 0,5 (oder etwa 0,5), 1,1 (oder etwa 1,1), 1,2 (oder etwa 1,2), 1,3 (oder etwa 1,3), 1,4 (oder etwa 1,4) oder 1,5 (oder etwa 1,5) Gew.-% des Gesamtextrudats. Beispielsweise umfasst das Schlauchextrudat bei wenigstens einer Ausführungsform 0,25 Gew.-% (oder etwa 0,25 Gew.-%) an Oberflächenmodifizierungsmittel. Bei einem weiteren Beispiel umfasst das Schlauchextrudat bei wenigstens einer Ausführungsform 0,5 Gew.-% (oder etwa 0,5 Gew.-%) an Oberflächenmodifizierungsmittel.
Auch andere Materialien, wie z. B. andere grenzflächenaktive Mittel oder andere Hydrophilisierungsmittel, könnten eingesetzt werden, um das Wasserausbreitungsvermögen der Schläuche 201 oder anderer Ausführungsformen zu verbessern. Beispielsweise können alle geeigneten anionischen, kationischen oder nicht-ionischen grenzflächenaktiven Mittel oder andere Hydrophilisierungsmittel oder Kombinationen derartiger grenzflächenaktiver Mittel oder Hydrophilisierungsmittel verwendet werden. Geeignete Hydrophilisierungsmittel können alle Mittel sein, die allgemein fähig sind, die hydrophile Beschaffenheit einer Zusammensetzung zu erhöhen. Bei manchen Konfigurationen kann das grenzflächenaktive Mittel oder Hydrophilisierungsmittel einen ethoxylierten Fettalkohol umfassen, wie z. B. die in EP 0 480 238 B1 , dessen Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, beschriebenen. Bei manchen Konfigurationen kann das grenzflächenaktive Mittel oder Hydrophilisierungsmittel einen nicht-ionischen grenzflächenaktiven Stoff umfassen, wie z. B. die Nonylphenolethoxylate, Polyethylenglycolmonoester und -diester, Sorbitanester, Polyethylenglycolmonoether und diether- und andere in EP 0 268 347 B1 beschriebene, oder einen nicht-ionischen perfluoralkylierten grenzflächenaktiven Stoff, wie z. B. die in WO 87/03001 , dessen Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, beschriebenen. Bei manchen Konfigurationen kann das grenzflächenaktive Mittel oder das Hydrophilisierungsmittel Siliconeinheiten enthalten. Bei manchen Konfigurationen kann das grenzflächenaktive Mittel oder Hydrophilisierungsmittel ein Netzmittel umfassen, wie z. B. hydrophile Siliconöle, wie sie in den vorstehend genannten WO 87/03001 und EP 0 231 420 B1 , deren Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, beschrieben werden. Bei manchen Konfigurationen kann das grenzflächenaktive Mittel oder Hydrophilisierungsmittel Polyethercarbosilane umfassen, wie z. B. die in WO 2007/001869 , dessen Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, beschriebenen, insbesondere auf den Seiten 13 und 14. Andere derartige geeignete Mittel werden in US 5,750,589 , US 4,657,959 und EP 0 231 420 B1 beschrieben, wie in WO 2007/001869 genannt, deren Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. Bei manchen Konfigurationen kann das grenzflächenaktive Mittel oder Hydrophilisierungsmittel ethoxylierte grenzflächenaktive Mittel umfassen, die eine Siloxan-Solubilisierungsgruppe enthalten, wie z. B. die in den vorstehend genannten US 4,657,949 und WO 2007/001869 beschriebenen. Beispiele derartiger ethoxylierter grenzflächenaktiven Mittel ist die SILWET^®-Reihe von grenzflächenaktiven Copolymeren (beispielsweise SILWET^® L-77), erhältlich von Momentive Performance Materials, Inc., Albany, New York, USA, und MASIL^® SF 19, erhältlich von Emerald Performance Materials, LLC, Cuyahoga Falls, Ohio, USA.
Es können auch andere Verfahren zum Erhöhen der Oberflächenenergie verwendet werden. Geeignete Verfahren umfassen physikalische, chemische und Bestrahlungsverfahren. Physikalische Verfahren umfassen beispielsweise physikalische Adsorption und Langmuir-Blodgett-Filme. Chemische Verfahren umfassen Oxidation durch starke Säuren, Ozonbehandlung, Chemisorption und Flammenbehandlung. Strahlenverfahren umfassen Plasma-(Glimmentladung), Koronaentladungs-, Photoaktivierungs-(UV), Laser-, Ionenstrahl-, Elektronenstrahl- und Gamma-Bestrahlung.
Durch Auswählen eines geeigneten Oberflächenmodifizierungsverfahrens oder -mittels ist es möglich, eine Schlauchwand mit der Oberflächeneigenschaft von Kontaktwinkeln von weniger als 50 (oder etwa 50), 45 (oder etwa 45), 40 (oder etwa 40), 35 (oder etwa 35), 30 (oder etwa 30), 25 (oder etwa 25), 20 (oder etwa 20) Grad (°) bereitzustellen, wie messbar durch eine Winkelmessvorrichtung, wie z. B. ein Goniometer. Beispielsweise liefern Schlauchwände mit der Oberflächeneigenschaft von Kontaktwinkeln von weniger als 35° (oder etwa 35°) verwendbare Ergebnisse. Vorzugsweise beträgt der Kontaktwinkel weniger als π/2 (oder etwa π/2). Wünschenswerter beträgt der Kontaktwinkel 0° oder etwa 0°.

Die nachstehende TABELLE 1 zeigt Messwerte von Kontaktwinkeln verschiedener LLDPE-Proben, einschließlich einer mit einem Oberflächenmodifizierungsmittel behandelten Probe und einer strahlenbehandelten Probe. Die Kontaktwinkelmessungen beruhten auf Prüfverfahren der statischen Tröpfchenform, ausgeführt gemäß ASTM-Standard D7334, 2008, „Standard Practice for Surface Wettability of Coatings, Substrates and Pigments by Advancing Contact Angle Measurement.” TABELLE 1

Beschreibung der Oberfläche	Flüssigkeit	Mittlerer Kontaktwinkel (Grad)
Lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE), wie hergestellt	Wasser	97,39
Lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE), fluoriert, gewaschen	Wasser	67,56
Lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE), plasmabehandelt, 10% O₂, 300 Watt, 30 Sekunden	Wasser	44,98
Lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE) mit 5% MLDNA-418 als Oberflächenmodifizierungsmittel-Zusatzstoff	Wasser	33,09

Die Probe mit 5% MLDNA-418-Oberflächenmodifizierungsmittel ergab den niedrigsten gemessenen Kontaktwinkel gegenüber anderen geprüften Oberflächenmodifizierungsverfahren.
Wie vorstehend diskutiert, wird das Zusatzmaterial zu dem Polymerextrudat in Masse zugegeben. Es kann wünschenswert sein, das Material in der Polymermatrix zuzugeben, so dass das Zusatzmaterial die Oberfläche während des Verwendungszeitraums des Schlauchs wiederauffrischt. Bei bestimmten Konfigurationen kann das Material als Oberflächenbehandlung auf das Polymer zugegeben werden, beispielsweise durch Beschichten einer Oberfläche des Polymers mit dem Material. Beispielsweise kann eine mikrostrukturierte Oberfläche mit Zusatzmaterial, wie z. B. HYDRON-Antibeschlagbeschichtung (MXL Industries, Lancaster, Pennsylvania), EXXENE-Antibeschlagbeschichtungen, wie z. B. HCAF-100 (Exxene Corporation, Corpus Christi, Texas) und MAKROLON-Antibeschlag (Bayer Corporation), gebürstet, besprüht oder auf andere Weise beschichtet werden, um eine dünne (beispielsweise 1 μm oder ähnlich) Beschichtung mit Zusatzmaterial zu ergeben. Eine Oberflächenbeschichtung kann aufgrund niedriger Kosten und einfacher Herstellung wünschenswert sein.
Bei bestimmten Konfigurationen kann ein dünner Film von hydrophilem Material, wie z. B. atmungsfähige Polyurethane, beispielsweise ESTANE 58245 (Lubrizol Corporation, Wickliffe, Ohio), atmungsfähige Polyester, beispielsweise ARNITEL VT3108 (DSM Engineering Plastics, Sittard, Niederlande), oder atmungsfähige Polyamide, beispielsweise PEBAX (Arkema, Colombes, Frankreich) als Oberflächenmodifizierungsmittel gegossen werden. Diese hydrophilen Materialien können Feuchte absorbieren und sehr benetzbar werden. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Implementieren des hydrophilen dünnen Films umfasst das Lösen des atmungsfähigen Polymers in einem Lösungsmittel, Gießen des Gemischs und Verdunstenlassen des Lösungsmittels, um einen dünnen Film des atmungsfähigen Materials auf den Mikrostrukturen zurückzulassen. Beispielsweise können ESTANE-58245-Pellets in einem Tetrahydrofuran-(THF) oder Dimethylformamid(DMF)-Lösungsmittel gelöst und auf Mikrostrukturen gegossen werden, die unter Verwendung eines Mikrofräsverfahrens aus Messing oder Aluminium gearbeitet sind. Typische Abmessungen des dünnen Films liegen im Bereich von 1 bis 10 μm (oder etwa 1 bis 10 μm). Vorzugsweise wird die Kombination von Lösungsmittel, atmungsfähigem Material und Mikrostrukturmaterial so ausgewählt, dass Form und Qualität der Mikrostruktur nicht wesentlich beeinflusst werden, beispielsweise durch Lösen der Mikrostruktur mit dem Lösungsmittel.
Bestimmte Ausführungsformen berücksichtigen den Umstand, dass die in 3A und 3B gezeigte senkrechte Konfiguration die Befeuchtung und das Kondensatmanagement vorteilhaft verbessern kann. Wie in 1 gezeigt, verläuft ein Schlauch (beispielsweise 103 und 117) im Allgemeinen in einer horizontalen Richtung, wenn auch bestimmte Abschnitte vertikal verlaufen können, insbesondere nahe der Enden des Schlauchs, und manche Abschnitte geneigt sein können. Unter der Wirkung der Schwerkraft neigt Kondensat dazu, die vertikalen und geneigten Abschnitte des Schlauchs hinabzulaufen und sich an den tiefsten Punkten des im Allgemeinen horizontalen Schlauchs zu sammeln. Wenn Mikrostrukturen senkrecht zu dem im Allgemeinen horizontalen Schlauchboden verlaufen, werden die Mikrostrukturen angesammeltes Kondensat gegen die Schwerkraft vertikal bewegen. Diese Wirkung vergrößert die Menge an Kondensat an den Schlauchwänden und damit die gegenüber dem Luftstrom exponierte Kondensatoberfläche. Exponieren einer größeren Kondensatoberfläche gegenüber dem Luftstrom erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass das Kondensat in den Luftstrom verdunsten wird. Daher verringert die senkrechte Konfiguration das in dem Schlauch angesammelte Kondensat und verbessert die Wahrscheinlichkeit, dass die durch den Schlauch strömende Luft einen gewünschten Feuchtegrad nahe der Sättigung bewahrt.
Diese Konfiguration kann vorteilhaft sein, da sie nur minimale Störung des Luftstroms in dem Schlauchlumen verursacht, da keine Strukturen in das Lumen ragen. Wenigstens eine Ausführungsform berücksichtigt den Umstand, dass Mikrostrukturen nicht in das Lumen ragen oder es bedecken müssen, um die Verdunstung zu erhöhen.
Bei manchen Ausführungsformen können Mikrostrukturen in der Richtung des Schlauchs ausgerichtet sein. Als Beispiel zeigt 19 eine Ausführungsform der Kammer 129, bei der an den Einlass 701 ein Schlauch 1901 mit Mikrostrukturen 1903 befestigt ist. Der Schlauch 1901 kann an dem Einlass 701 der Verdunstungskammer 129 angeordnet sein. Eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, kann in einem Abstand über dem Einlass 701 in den Schlauch 1901 abgegeben werden, so dass Wasser durch die und entlang der Mikrostrukturen 1903 in Richtung auf die Befeuchtungskammer 129 läuft.
Bei manchen Konfigurationen kann die Flüssigkeit auf die Innenoberfläche des Schlauchs 1901 zugemessen werden, so dass die kontrollierte Zugabe die Flüssigkeit um den Umfang und durch die Verwendung der Mikrostrukturen und der Schwerkraft entlang der Innenoberfläche des Schlauchs 1901 verteilt. Das Einführen von Flüssigkeit kann unter Verwendung jeder geeigneten ratenbeschränkenden Einheit gesteuert werden. Die Rate an Wasser, die in den Schlauch 1901 fließt, kann unter Verwendung der ratenbeschränkenden Einheit reguliert werden, um das Zusammenspiel von Wasser und den Mikrostrukturen 1903 in dem Schlauch 1901 zu maximieren. Beispielsweise kann Erhöhen der Menge an Wasser in dem Schlauch 1901 die Menge an stattfindender Verdunstung erhöhen. Die Mikrostrukturen 1903 können aber am wirkungsvollsten sein, wenn sie nicht vollständig von Wasser bedeckt oder damit überzogen sind. Es wurde gefunden, dass die Verdunstung auf einer rauen Oberfläche hauptsächlich entlang der Ränder des Wassers und der umgebenden Struktur erfolgt. Demgemäß kann es wünschenswert sein, die Menge an Wasser, das durch den Schlauch 1901 fließt, zum Maximieren der Anzahl von Kanten gegen das Wasser zu steuern.
Bei manchen Konfigurationen kann ein Flüssigkeitszufuhrschlauch zwischen der Ratenbegrenzungseinheit und einer Manschette angeordnet sein. Die Manschette kann Mikrokanäle an einer Außenoberfläche einer Hülse aufweisen, welche Mikrokanäle in Kommunikation mit den Mikrokanälen auf dem Schlauch 1901 stehen können. Als solche kann die Manschette zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem Schlauch 1901 verwendet werden. Ferner kann die Manschette eine Außenoberfläche aufweisen, mit der die Gaszufuhrleitung verbunden werden kann. Luft, die den Schlauch 1901 hinab oder hindurch zu der Befeuchtungskammer 129 strömt, beginnt das Wasser von der Innenoberfläche des Schlauchs 1901 zu verdunsten und wegzutragen. Damit hat die Luft, die die Befeuchtungskammer 129 erreicht, bereits zumindest etwas Wasserdampf aufgenommen.
Bei manchen Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann ein Heizmantel in wenigstens einen Abschnitt des Schlauchs 1901 aufgenommen sein oder diesen umgeben. Der Heizmantel kann die Verdunstung des Wassers oder der Flüssigkeit in das strömende Gas weiter verstärken. Bei manchen Ausführungsformen kann der Schlauch 1901 anstelle eines Heizmantels oder zusätzlich zu einem Heizmantel auf einen oder mehrere Abschnitte des Schlauchs 1901 aufgedruckte Heizer aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen kann der Schlauch 1901 Strukturen wie Dickfilm-Heizelemente, geätzte Folien- oder Drahtelemente aufweisen, um ein Heizelement bereitzustellen.
Der Schlauch 1901 mit den Mikrostrukturen 1903 kann auf jede geeignete Weise und unter Verwendung aller geeigneter Materialien hergestellt werden. Bei manchen Ausführungsformen kann der Schlauch 1901 aus einem gewellten Bogen aus einem hydrophilen Polymer gebildet werden. Nach seiner Herstellung kann das gewellte Material gewickelt werden, um den Schlauch 1901 mit den Mikrostrukturen 1903 zu bilden, die über wenigstens einen Abschnitt der Länge der Innenoberfläche der erhaltenen Struktur verlaufen. Bei manchen Ausführungsformen sind die Mikrostrukturen 1903 V-förmige Furchen. Bei manchen Ausführungsformen umfassen die V-förmigen Furchen Senken, die von benachbarten Senken Abstände von etwa 30 μm aufweisen, wenn der Bogen flach ausgelegt ist. Bei manchen Konfigurationen kann der Bogen und damit der erhaltene Schlauch 1901 etwa 150 mm lang sein und nach dem Falten zum Bilden des Schlauchs 1901 einen Durchmesser von etwa 20 mm aufweisen.
4 zeigt einen Querschnitt einer Beispielmikrostruktur 301. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Mikrostruktur 301 ein durchgehender Mikrokanal mit keilartiger Struktur. Ein durchgehender Mikrokanal kann allgemein als durchgehender Kanal mit Abmessungen von 1000 μm (oder etwa 1000 μm) oder kleiner definiert werden. Bei wenigstens einer Ausführungsform weist der Mikrokanal eine Tiefe d von 20–40 μm (oder etwa 20–40 μm), eine größte Breite w von 20 μm (oder etwa 20 μm) und einen Winkel θ von 30–60° (oder etwa 30–60°) auf. Bei bestimmten Ausführungsformen weist die Schlauchoberfläche ein Mikrokanal-zu-Festkörper-Verhältnis von 1:1 (oder etwa 1:1) auf. Die genannten Abmessungen sind nicht beschränkend, und weitere geeignete Abmessungen werden nachstehend ausführlicher diskutiert. Aufgrund der Maßstabsunterschiede zwischen diesen Beispielen von Ausführungsformen und den vorstehend beschriebenen Beispielen von Schlauchabmessungen können mikrostrukturierte Oberflächen in einem offenen System anstelle eines geschlossenen Systems vorhanden sein und wirken, wie z. B. einem Lab-on-a-Chip.
Bestimmte Ausführungsformen berücksichtigen den Umstand, dass die Bewegung von Flüssigkeit in einem Mikrokanal hauptsächlich auf Oberflächenkräften und nicht auf Trägheitskräften oder Gravitationskräften beruht. Ferner berücksichtigen bestimmte Ausführungsformen den Umstand, dass Oberflächenkräfte im Allgemeinen dann vorwiegen, wenn die charakteristische Abmessung der Mikrostruktur kleiner als die als
definierte Kapillarlänge (L_c) ist, wobei γ die Oberflächenspannung darstellt, ρ die Dichte des Fluids darstellt und g die Gravitationskonstante (9,8 m/s²) darstellt. Für Wasser bei Raumtemperatur beträgt die Kapillarlänge etwa 2,3 mm. Nach den genannten Betrachtungen können mikroskalige Abmessungen von weniger als etwa 2,3 mm zu erkennbaren Oberflächenerscheinungen von Wasser bei Raumtemperatur führen. Es wurde aber entdeckt, dass die Größe von Mikrostrukturen nicht immer bestimmt, ob es eine erkennbare Kapillar-Dochtwirkung, eine Zunahme der Oberfläche und/oder Verkleinerung der Filmdicke gibt. Somit umfassen die Mikrostrukturen bei bestimmten Ausführungsformen ein Grundsubstrat mit einem Gleichgewichts-Kontaktwinkel von weniger als π/2 (oder etwa π/2). Unter isothermischen (oder beinahe isothermischen) Bedingungen und auf einer Längenskala kleiner als die Kapillarlänge kann ein Kriterium für Dochtwirkung definiert werden, das von dem Aspektverhältnis der Mikrostruktur und einem kritischen Gleichgewichts-Kontaktwinkel abhängt. Für eine quadratische Furche kann die Beziehung als θ_crit = arccos( 0.5 / 0.5 + X) ausgedrückt werden, wobei X das Aspektverhältnis von Höhe zu Breite ist. Für eine V-förmige Furche kann die Beziehung als θ_crit = arccos(sin( β / 2)) ausgedrückt werden, wobei β der Keilwinkel der Furche ist. 16 ist ein Diagramm mit Beispielbedingungen für Dochtwirkung in durchgehenden Mikrokanälen, insbesondere quadratischen (1601) und V-förmigen (1603) Furchen. In der Fläche unter den Kurven erfolgt tendenziell Dochtwirkung in die Kanäle. in der Flächen etwas über den Kurven wird Strecken von Tröpfchen zu mehreren metastabilen Gleichgewichten beobachtet, während tendenziell keine Dochtwirkung erfolgt. in den Flächen deutlich über den Kurven wird kein Strecken von Tröpfchen beobachtet und es erfolgt keine Dochtwirkung. Verschiedene Kombinationen von Oberflächenbenetzbarkeit und Kanal-Aspektverhältnis werden zu Flüssigkeits-Dochtwirkung in die Mikrokanäle führen, vorausgesetzt, dass die charakteristische Abmessung kleiner als die Kapillarlänge für die Flüssigkeit ist (so dass Oberflächenspannungskräfte über viskose Kräfte dominieren). Im Allgemeinen wird Flüssigkeit jedoch durch Dochtwirkung in die Kanäle gezogen, wenn die Bedingungen so sind, dass θ_crit unterhalb der Kurven liegt.
In Einklang mit den vorstehenden Betrachtungen wurde bestimmt, dass zum Fördern der Dochtwirkung Strukturen mit hohen Aspektverhältnissen und/oder großer Oberflächenenergie (niedrige Kontaktwinkel) wünschenswert sind. Grenzflächenaktive Mittel, wie z. B. die vorstehend diskutierten, können zu Kontaktwinkeln nahe 0° führen, so dass Dochtwirkung leicht erfolgen kann. Der Gleichgewichts-Kontaktwinkel ist bei den meisten Polymeroberflächen größer als etwa 0,87 rad (etwa 50°), so dass tiefere Kanäle eingesetzt werden können, um die Dochtwirkung zu erleichtern.
Oberflächenrauigkeit oder Mikrostrukturen (beispielsweise regelmäßige Mikrostrukturen) können die Ausbreitung von Flüssigkeitströpfchen fördern und damit die Dicke/Tiefe von Tröpfchen verringern, wodurch die Flüssigkeits/Dampf-Oberfläche zunimmt, wenn der Gleichgewichts-Kontaktwinkel weniger als etwa 90° beträgt. Die Oberflächenrauigkeit von Mikrokanälen kann auch bei der Dochtwirkung eine Rolle spielen. Es wird angenommen, dass mikrostrukturierte oder nanostrukturierte Höcker innerhalb der Mikrokanäle zum Festhalten der Festkörper/Flüssigkeits/Dampf-Kontaktlinie, Vergrößern der Oberfläche und/oder als Keimbildungsstellen für die Kondensation wirken könnten. 17 zeigt Mikrokanäle, die den in 18C gezeigten ähnlich sind, aber unter Verwendung eines Umgebungs-Rasterelektronenmikroskops dargestellt sind. Auf der Oberfläche ist Rauigkeit deutlich zu erkennen. Bei manchen Konfigurationen kann Oberflächenrauigkeit eine schädliche Wirkung auf die Ausbreitung und Verdunstung zeigen, wenn der Kontaktwinkel größer als etwa 90° ist, da sich die Flüssigkeitströpfchen weniger ausbreiten und so die Flüssigkeits/Dampf-Oberfläche verkleinert wird. Zumindest aus diesem Grund sind Konstruktionen mit einem Gleichgewichts-Kontaktwinkel von weniger als etwa 90° allgemein bevorzugt.
Viele verschiedene Formen von Mikrostrukturen können wünschenswerte Ergebnisse liefern. Beispielsweise kann das Profil des durchgehenden Mikrokanals sinusoidal oder eine scharfe Furche sein. Bei bestimmten Ausführungsformen weist der Mikrokanal ein Aspektverhältnis auf, das beispielsweise mit dem Abstand, einem chemischen oder einem physikalischen Gradienten zunimmt. Bei manchen Ausführungsformen wird ein Gradient der Kanaltiefe verwendet, um die Bewegung einer Flüssigkeit in eine bestimmte Richtung zu steuern. Es wurde gefunden, dass Flüssigkeiten zur Bewegung in die Richtung auf tiefere Kanäle neigen. Ein Gradient kann wünschenswert sein, da unter der Voraussetzung einer langsamen Hysterese das Substrat ein Tröpfchen zu der Bewegung hin zu einem Bereich mit höherer Energie zwingen kann, um diese zu senken. Ferner können Gradienten die Dochtwirkung für eine Flüssigkeit beschleunigen oder auf andere Weise verbessern. Beispielsweise wird bei manchen Ausführungsformen ein Gradient der Kanaltiefe verwendet, um Flüssigkeit in Richtung auf einen Bereich mit größerem Luftstrom zu bewegen, um so die Verdunstung zu erhöhen. Bei manchen Ausführungsformen werden größere Kanäle entlang vertikaler Wände einer Struktur verwendet, um Wasser von dem Boden der Struktur zu der Oberseite der gewellten Struktur zu lenken und so Wasser näher an ein Heizelement für die Verdunstung zu bringen.
Ferner muss die Mikrostruktur nicht durchgehend sein. Diskrete Mikrostrukturen unterstützen die Ausbreitung der Flüssigkeit und beschleunigen so die Verdunstung. Es wurde gefunden, dass auf einer rauen Oberfläche die meiste Verdunstung um den Übergang der festen Struktur und der Flüssigkeit erfolgt (d. h. an den Rändern der Flüssigkeit). Demgemäß werden durch Erhöhen der Rauigkeit der Gesamtstruktur die Übergangsbereiche vergrößert und die Verdunstung verbessert. Beispielsweise kann eine Oberfläche diskrete Elemente umfassen, wie z. B. zylindrische, pyramidenförmige oder würfelförmige Pfosten oder Säulen. Mikrostrukturen können auch eine Hierarchie der genannten Elemente umfassen. Bei manchen Ausführungsformen sind diskrete Elemente gleichmäßig oder teilweise gleichmäßig. Bei manchen Ausführungsformen sind diskrete Elemente wahllos auf einer Oberfläche verteilt. Beispielsweise setzen manche Ausführungsformen Kristalle mit unregelmäßigen Formen ein, die über eine Oberfläche verteilt sind oder daran haften. Bei manchen Ausführungsformen kann eine unregelmäßige (d. h. nicht glatte) Oberfläche die Verdunstung vorteilhaft verbessern.
20 und 21 zeigen Ausführungsformen, die unregelmäßige oder raue Oberflächen einsetzen, um die Verdunstung einer Flüssigkeit zu erhöhen. 20 veranschaulicht, dass eine Flüssigkeit unter Verwendung eines Ausgabemechanismus 2003, der in einem Abstand D von der Oberfläche 2001 entfernt ist und kleine Mengen der Flüssigkeit ausgibt, auf eine raue Oberfläche 2001 aufgebracht werden kann. In manchen Konfigurationen werden die Tropfen als einzelne Tropfen ausgegeben. In manchen Konfigurationen können die Tropfen bei Kontakt spritzen, wodurch kleinere Tröpfchen erhalten werden.
Jeder Tropfen kann mit der rauen oder unregelmäßigen Oberfläche 2001 in Kontakt kommen und sich schnell über die Oberfläche 2001 ausbreiten, um so die Verdunstung der Flüssigkeit in ein über die Oberfläche 2001 fließendes Gas zu verstärken. Bei manchen Ausführungsformen wird die Oberfläche 2001 geheizt, um die Verdunstung der Flüssigkeit in das vorbeiströmende Gas weiter zu verstärken. Während die Ausführungsform in 20 mit nur einer/einem einzigen Flüssigkeitsausgabeeinheit 2003 oder Tropfer gezeigt wird, können manche Ausführungsformen wie in 21 gezeigt mehr als eine Flüssigkeitsausgabeeinheit 2003 umfassen. Mehrere Flüssigkeitsausgabeeinheiten 2101 können an verschiedenen Stellen der Oberfläche 2001 angeordnet sein, um die Bedeckung der Oberfläche 2001 mit der Flüssigkeit zu erhöhen. Bei manchen Ausführungsformen (nicht gezeigt) dient eine Oberfläche, die eine Vielzahl von Löchern aufweist, als Flüssigkeitsausgabeeinheit 2101. Eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, wird über die Oberfläche fließen gelassen. Die Flüssigkeit tröpfelt oder fällt dann durch die Vielzahl von Löchern in der Oberfläche auf die darunter angeordnete raue oder unregelmäßige Oberfläche 2001 hinunter. Ein Gas kann zwischen den beiden Oberflächen strömen (d. h. die erste Oberfläche und die raue oder unregelmäßige Oberfläche 2001) und die Flüssigkeit verdunsten, wenn sie fällt und nachdem sie sich zwischen die Mikrostrukturen der rauen oder unregelmäßigen Oberfläche 2101 ausbreitet. Ferner zeigt 21, dass bei manchen Ausführungsformen der Fluss eines Gases, wie z. B. zu befeuchtende Luft, geleitet oder geformt werden kann, um einen vergleichsweise flachen Strom über der rauen Oberfläche 2001 zu bilden. Eine derartige Konfiguration kann mehr von dem Gas zur Wechselwirkung mit der rauen Oberfläche 2001 zwingen.
22 zeigt einen Typ von rauer Oberfläche, der eine Vielzahl von Rippen 2201 mit variierenden Höhen und Breiten aufweist. Es wird angenommen, dass raue Oberflächen mit einem größeren Höhe-zu-Breite-Verhältnis (d. h. steileren Neigungen) Flüssigkeiten ausbreiten und die Verdunstung erhöhen. Es wird angenommen, dass manche Konfigurationen, die steilere Neigungen aufweisen, die Anzahl von Kontaktlinien erhöhen. Es wird angenommen, dass bei manchen Ausführungsformen Erhöhen der Anzahl von Kontaktlinien zwischen der Flüssigkeit und der rauen Oberfläche die Verdunstung erhöht. Bei manchen Ausführungsformen kann das Vorhandensein höherer Rippen 2201 die Anzahl von Kontaktlinien zwischen der Flüssigkeit und der rauen Oberfläche erhöhen und so die Verdunstung im Vergleich zu einer Oberfläche mit flacheren Rippen 2203 verstärken. Bei manchen Ausführungsformen kann die Verwendung von auf eine raue Oberfläche angewendeter Wärme die Verdunstungsrate insbesondere an den Kontaktlinien erhöhen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Verwendung einer Oberfläche mit integralen Mikrostrukturen, nämlich Mikrostrukturen, die mit der darunter liegenden Oberfläche integral verbunden sind, eine bessere Wärmeübertragung ermöglichen, wenn die darunter liegende Oberfläche geheizt wird. Eine derartige Konfiguration kann das Vermögen von Wärme, die Verdunstung der Flüssigkeit zu unterstützen, verbessern.
Obwohl die vorstehende Diskussion zu 20–22 raue oder unregelmäßige Oberflächen betrifft, kann eine mikrostrukturierte Oberfläche mit einem regelmäßigen Muster ähnliche Ergebnisse liefern. Ähnlich wie bei Tröpfchen auf einer rauen Oberfläche werden sich Tröpfchen auf einer Oberfläche mit Mikrostrukturen schneller ausbreiten und in ein vorbeiströmendes Gas verdunsten als bei einer glatten Oberfläche ohne Mikrostrukturen oder Oberflächenunregelmäßigkeiten. Bei manchen Ausführungsformen sind die Mikrostrukturen gleichmäßig. Bei manchen Ausführungsformen sind die Mikrostrukturen nach einem Muster bemessen und angeordnet, wenn nicht jede Mikrostruktur gleich ist.
Wenn das vorstehend diskutierte Kriterium für Dochtwirkung erfüllt ist, wird Wasser mit einer bestimmten Dynamik, die Lucas-Washburn-Dynamik genannt wird, durch Dochtwirkung in die Mikrokanäle und/oder Mikrosäulen gezogen. Die Dochtwirkungslänge (L) nimmt proportional mit der Quadratwurzel der Zeit (t) zu (L = A√ t ), unabhängig von der Form des Kanals und dem Aspektverhältnis, sofern er einen gleichmäßigen Querschnitt aufweist. A ist eine Funktion von Oberflächenspannung, Viskosität, Querschnittsfläche des Kanals und Kontaktwinkel. Was die Stärke dieser Beziehung bestimmt (d. h. den Wert von A) hängt also von manchen oder allen diesen Parameter ab.
Bestimmte Ausführungsformen berücksichtigen dem Umstand, dass kleine Kontaktwinkel, hohe Aspektverhältnisse, hohe Oberflächenspannung und niedrige Viskosität zu verbesserter Dochtwirkung führen können. Da die Dochtwirkungslänge proportional zu der Quadratwurzel der Zeit ist, ist die Geschwindigkeit der Dochtwirkung umgekehrt proportional zu der Länge und umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel der Zeit. Anders ausgedrückt wird die Dochtwirkung mit dem Abstand und dem Verlauf der Zeit langsamer.
18A bis 18L zeigen Bilder von durchgehenden und von diskreten Mikrostrukturen. Das Substratmaterial in 18A ist Polyethylenterephthalat (PET). Das Substratmaterial in den anderen Figuren ist ein Acrylmaterial. Die V-förmigen Furchen in 18A wurden mithilfe einer doppelseitigen Rasierklinge geschnitten. Die anderen Mikrostrukturen wurden mithilfe eines 3D-Druckers (ProJet HD 3000) hergestellt. Bei manchen Ausführungsformen können Mikrostrukturen oder Oberflächen mit Mikrostrukturen durch direkten Spritzguss oder Heißprägen hergestellt werden. Obwohl in diesen Figuren nicht gezeigt, können Mikrostrukturen auch mithilfe einer mit Mikroendfräsern ausgestatteten CNC-Maschine spanend gefertigt werden, wie sie von Performance Micro Tool (Janesville, Wisconsin) verkauft wird. 18B und 18C zeigen quadratische Furchen. 18D zeigt eine Vorderansicht eines Felds von quadratischen Mikrokanälen mit einem Gradienten der Topographie, insbesondere zeigt sie die Vorderansicht des langen Endes der Mikrokanäle. 18E zeigt eine Vorderansicht des kurzen Endes der Mikrokanäle von 18D. 18F zeigt eine Seitenansicht eines quadratischen Mikrokanals des Felds von 18D. Wie hierin erläutert, kann die Dynamik der Dochtwirkung (insbesondere die Geschwindigkeits-Zeit-Beziehung) durch einen Gradienten in der Topographie mit Mikrostrukturen, die ihre Tiefe mit dem Abstand verändern, potentiell modifiziert werden. Diese Topographie kann die Weise, auf die Flüssigkeit verdunstet und auf der Oberfläche kondensiert, wünschenswert beeinflussen. Derartige Konfigurationen mit variabler Tiefe können durch Prägen, spanende Bearbeitung oder Gießen hergestellt werden. 18G zeigt ein Tröpfchen auf quadratischen Furchen, die nicht mit einem grenzflächenaktiven Mittel behandelt worden sind. 18H zeigt das Ausbreiten eines Tröpfchens auf quadratischen Furchen, die mit einem grenzflächenaktiven Mittel behandelt worden sind. 18I und 18J zeigen Draufsichten mit verschiedenen Vergrößerungen auf eine Oberfläche mit Säulen. 18K zeigt eine Seitenansicht der Oberfläche mit Säulen. 18L zeigt eine weitere Ausführungsform einer Mikrostruktur, die eine Oberflächenform definiert, die die umgekehrte Form der Mikrostruktur von 18A ist. Die Mikrostruktur von 18L umfasst sich abwechselnde höhere Rippen und flachere Rippen, die jeweils durch einen kleinen Kanal oder ersten Mikrokanal voneinander getrennt sind. Vorzugsweise sind die höheren Rippen wesentlich höher als die flacheren Rippen und können 2- bis 3-mal höher oder noch höher als die flacheren Rippen sein. Bei der dargestellten Anordnung sind die flacheren Rippen wesentlich breiter als die höheren Rippen, beispielsweise 3- bis 5-mal breiter. Die kleinen Kanäle können jede geeignete Größe haben, wie z. B. etwa die Breite der höheren Rippen. Ferner definieren die höheren Rippen dazwischen liegende große Kanäle oder zweite Mikrokanäle, die mit den kleinen Kanälen kommunizieren oder an sie angrenzen können. Die Tiefe der großen Kanäle kann tiefer als die Tiefe der kleinen Kanäle sein, wie z. B. bis zu 2- bis 3-mal größer oder noch größer. Die kleinen Kanäle können eine allgemein dreieckige Querschnittsform aufweisen, während die großen Kanäle eine Querschnittsform aufweisen können, die allgemein einem umgekehrten Trapezoid ähnlich ist. Da die flacheren Rippen vorzugsweise eine wesentlich größere Fläche als die höheren Rippen definieren, können die oberen Oberflächen der flacheren Rippen als die Außenoberfläche des Materials oder Substrats angesehen werden, wobei die kleinen Kanäle von der Außenoberfläche zurückgesetzt sind und die höheren Rippen von der Außenoberfläche vorragen.
Die Mikrostrukturen 301 können sich über die gesamte Länge des Schlauchs 201 oder über einen Abschnitt der Länge des Schlauchs 201 erstrecken, wie z. B. einen zentralen Abschnitt mit einer hohen Wahrscheinlichkeit der Ansammlung von Kondensat. Alternativ dazu können sich die Mikrostrukturen 301 in regelmäßigen oder unregelmäßigen Intervallen über den Schlauch 201 erstrecken, getrennt von Abschnitten ohne Mikrostrukturen. Die vorstehend beschriebenen Figuren zeigen Mikrostrukturen 301, die den Innenumfang des Schlauchs 201 umgeben. Die Mikrostrukturen 301 müssen aber nicht bei allen Ausführungsformen den gesamten Innenumfang umgeben. Beispielsweise können Mikrostrukturen 301 um die Hälfte oder ein Viertel des Umfangs angeordnet sein.
Es wurde entdeckt, dass sich ein einzelner Flüssigkeitstropfen über ein mehrfaches seines Durchmessers ausbreiten und eine sehr wirkungsvolle Verdunstung von Flüssigkeit erzielt werden kann, wenn dem Substrat unter der Flüssigkeit Wärme zugeführt wird. Demgemäß umfassen die vorstehend diskutierten ein oder mehrere Drähte Heizdrähte. Heizdrähte können in der Wand des Schlauchs 201 eingebettet oder darin verkapselt sein. Beispielsweise kann das eine oder können die mehreren Filamente in der Wand des Schlauchs 201 spiralförmig um das Schlauchlumen gewunden sein. Das eine oder die mehreren Filamente können innerhalb des Schlauchs 201 angeordnet sein, beispielsweise in einer spiralförmig gewundenen Konfiguration wie im U.S.-Patent Nr. 6,078,730 von Huddard et al. beschrieben, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird. Die Anordnung von Heizfilamenten ist nicht auf eine der vorstehend genannten Konfigurationen beschränkt. Ferner können Heizfilamente in einer Kombination der vorstehend genannten Konfigurationen angeordnet sein.
Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst der Schlauch 201 eine innere Komponente, die Mikrostrukturen aufweist. 5 zeigt ein Beispiel einer inneren Komponente 501. 5B zeigt eine vergrößerte Ansicht der inneren Komponente 501. Das Beispiel der inneren Komponente 501 ist ein gezackter Streifen. Die Zacken der inneren Komponente 501 können bemessen und konfiguriert sein, um den Wellen des Schlauchs (nicht gezeigt) komplementär zu entsprechen, so dass der Schlauch die innere Komponente 501 im Allgemeinen an ihrem Platz hält. In 5B verlaufen Mikrostrukturen 301 vertikal, um beide axialen Oberflächen der inneren Komponente 501 entlang der longitudinalen Länge der inneren Komponente 501 zu bedecken. Alternativ dazu können Mikrostrukturen 301 eine axiale Oberfläche bedecken. In bestimmten Konfigurationen können Mikrostrukturen 301 über einen Abschnitt der longitudinalen Länge oder über regelmäßige oder unregelmäßige Intervalle der longitudinalen Länge verlaufen. Eine innere Komponente 501 kann mehr als einen gezackten Streifen umfassen. Beispielsweise kann eine innere Komponente zwei gezackte Streifen umfassen und einem Plus-Zeichen ähnlich sein, das Zacken entlang der longitudinalen Länge aufweist. Diese Ausführungsformen sind nicht beschränkend. Es kann eine größere Zahl von Streifen aufgenommen werden. Es kann aber vorteilhaft sein, wenn eine geringere Zahl von Streifen vorhanden ist, um den Luftstrom durch das Schlauchlumen und/oder die Flexibilität des Schlauchs zu verbessern.
Das Aufnehmen einer inneren Komponente 501 kann von Vorteil sein, da die innere Komponente 501 ermöglichen kann, dass Mikrostrukturen 301 in das Schlauchlumen ragen und die Mitte des Lumens des Schlauchs 201 erreichen. Wie in 6 gezeigt, nimmt die Geschwindigkeit des Luftstroms von der Wand des Schlauchs zu der Mitte des Schlauchlumens (Mittellinie) zu und erreicht an der Mittellinie ein Maximum. Somit wird Wasser, das entlang der Mikrostrukturen 301 in 5A und 5B aufsteigt, gegenüber dem warmen Luftstrom mit höherer Geschwindigkeit exponiert. Exponieren des Kondensats gegenüber der höheren Luftgeschwindigkeit nahe der Schlauchmitte erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass das Kondensat in den Luftstrom verdunsten wird.
Für die innere Komponente 501 sind auch alternative Konfigurationen möglich. Beispielsweise kann die innere Komponente 501 innerhalb eines Schlauchs 201 gewunden sein. Diese Konfiguration kann wünschenswert sein, da sie erlaubt, dass die Mikrostrukturen bis zu einem Abstand in das Lumen des Schlauchs 201 ragen, der gegenüber einer höheren Luftstromgeschwindigkeit als die Wände des Schlauchs 201 exponiert ist. Bei wenigstens einer Ausführungsform ist die innere Komponente 501 gewunden, so dass wenigstens ein Teil der inneren Komponente 501 die Mitte des Schlauchlumens kreuzt.
Wie vorstehend angemerkt, wurde entdeckt, dass Zuführen von Wärme zu einer mikrostrukturierten Oberfläche die Verdunstungsraten dramatisch verbessern kann. Demgemäß können die inneren Komponenten 501 jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen einen Heizdraht enthalten, der das Heizen des Luftstroms entlang des Schlauchs und damit die Wahrscheinlichkeit verbessern kann, dass Kondensat in den Mikrokanälen in den Luftstrom verdunsten wird. Aufnehmen von einem oder mehreren Heizdrähten in die innere Komponente 501 verringert auch die Wahrscheinlichkeit, dass an der warmen inneren Komponente Kondensation auftreten wird. Es wurde entdeckt, dass die Verdunstung an dem Kontaktbereich am höchsten ist, an dem sich die feste Oberfläche, das Flüssigkeitströpfchen und verdunsteter Dampf treffen. Dies liegt an der Nähe zu der geheizten Oberfläche. Je näher zu dem Festkörper, umso höher ist die Masseübertragung. Demgemäß berücksichtigen bestimmte Ausführungsformen den Umstand, dass es wünschenswert sein kann, dass eine große Zahl von engeren Kanälen vorhanden ist. Beispielsweise können auf einer Oberfläche mit zehn 100-μm-Kanälen höhere Verdunstungsraten erzielt werden als auf einer Oberfläche mit fünf 200-μm-Kanälen.
Es ist zu beachten, dass die vorstehend beschriebene Konfiguration von Mikrostrukturen vorteilhaft sein kann, da sie verwendet werden kann, um Flüssigkeiten ohne die Verwendung einer Pumpe oder von Pumpen zu befördern. Ferner berücksichtigen bestimmte Ausführungsformen den Umstand, dass mikrostrukturierte Oberflächen keine Pumpen benötigen, um Flüssigkeiten zu leiten, da die Flüssigkeitsbewegung von Kapillarwirkung getrieben wird.
Verfahren zum Herstellen von Schläuchen
Wie vorstehend angemerkt, kann ein Schlauch aus einer oder mehreren extrudierten Polymerkomponenten hergestellt werden. Die Eigenschaften des Extrudats (einschließlich Zusammensetzung, Oberflächenmodifizierungsmittel, Verfahren zum Erhöhen der Oberflächenenergie) werden vorstehend beschrieben.
Ein erstes Herstellungsverfahren wird mit Bezug auf 14 beschrieben. Das Verfahren umfasst das Extrudieren einer langgestreckten Leitung mit einer Längsachse, einem Lumen, das entlang der Längsachse verläuft, und einer Wand, die das Lumen umgibt. Während der Extrusion können Mikrostrukturen auf die Leitung gepresst oder auf andere Weise darauf gebildet werden. Mikrostrukturen können auch nach der Extrusion auf die/in der Leitung geformt, gedruckt, geschnitten, wärmegeformt oder auf andere Weise gebildet werden. Wie in 4, 8D und 9D gezeigt, wurde beobachtet, dass Schneiden von Mikrokanälen in eine Oberfläche unter Verwendung eines scharfen Objekts erhöhte Kanten um den oberen Abschnitt des Mikrokanals ergeben kann. Demgemäß kann es bei manchen Verfahren wünschenswert sein, die Oberfläche nach dem Erzeugen der Mikrokanäle zu schleifen oder zu polieren, um die Gleichmäßigkeit der Oberfläche zu verbessern. Das Verfahren kann auch Wellbildung der langgestreckten Leitung umfassen, beispielsweise mit einer Welldüse. Insbesondere umfasst das Verfahren das Mischen oder Bereitstellen eines Masterbatchs von Extrudatmaterial (d. h. Material für die Extrusion), Zuführen des Masterbatchs zu einem Extrusionsdüsenkopf, wie vorstehend beschriebenes Extrudieren des Extrudats und (gegebenenfalls) Zuführen der langgestreckten Leitung zu einer Wellmaschine unter Verwendung einer endlosen Kette von Formblöcken, um einen gewellten Schlauch zu bilden.
14 zeigt allgemein einen Aufbau mit einem Zufuhrtrichter 1401 zum Aufnehmen von Rohbestandteilen oder -materialien (beispielsweise Masterbatch und andere Materialien), die durch einen von einem Motor 1405 angetriebenen Schneckenschieber 1403 in Richtung A zu einem Düsenkopf 1407 geführt werden sollen. Der geschmolzene Schlauch 1409 wird aus dem Düsenkopf 1411 extrudiert. Gegebenenfalls können leitfähige Drähte auf oder in den geschmolzenen Schlauch 1409 koextrudiert werden.
Es wurde gefunden, dass ein Extruder, wie z. B. ein Welex-Extruder, ausgerüstet mit einer Schnecke mit einem Durchmesser von 30–40 mm und typischerweise mit einem kreisförmigen 12- bis 16-mm-Düsenkopf mit einer Lücke von 0,5–1,0 mm, für die schnelle Herstellung kostengünstiger Schläuche geeignet ist. Ähnliche Extrusionsmaschinen werden von American Kuhne (Deutschland), AXON AB Plastics Machinery (Schweden), AMUT (Italien) und Battenfeld (Deutschland und China) angeboten. Es wurden gefunden, dass eine Wellmaschine, wie z. B. die von Unicor^® (Hassfurt, Deutschland) hergestellten und angebotenen, für den Schritt der Wellerzeugung geeignet ist. Ähnliche Maschinen werden von OLMAS (Carate Brianza, Italien), Qingdao HUASU Machinery Fabricate Co., Ltd. (Qingdao Jiaozhou City, V. R. China) und Top Industry (Chengdu) Co., Ltd. (Chengdu, V. R. China) angeboten.
Bei der Herstellung wird der geschmolzene Schlauch 1409 nach dem Austreten aus dem Extruderdüsenkopf 1411 durch eine Reihe von rotierenden Formwerkzeugen/Blöcken geführt und zu einem gewellten Schlauch geformt. Der geschmolzene Schlauch wird durch Unterdruck geformt, der über Schlitze und Kanäle durch die Blöcke auf die Außenseite des Schlauchs aufgebracht wird, und/oder durch Druck, der über einen Luftkanal durch die Mitte des Extruderdüsen-Kernstifts im Inneren des Schlauchs angewendet wird. Bei der Anwendung von innerem Druck kann ein speziell geformter, langer Innenstab erforderlich sein, der von dem Kernstift vorragt und eng an die Innenseite der Wellen passt, um zu verhindern, dass der Luftdruck entlang des Schlauchs zum Ende hin entweicht.
Der Schlauch kann auch einen glatten Stulpenbereich zum Anschließen an einen Endverbindungsanschluss aufweisen. Bei der Herstellung kann daher ein Endverbindungsanschluss aus geformtem Kunststoff bleibend und/oder luftdicht durch Reibungspassung, Klebstoffbindung, Überformen oder durch Wärme- oder Ultraschallschweißen befestigt werden.
Ein weiteres geeignetes Verfahren zum Herstellen eines Schlauchs gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen umfasst wie in 15 gezeigtes Spiralformen. Das Verfahren umfasst im Allgemeinen Extrudieren eines Bands und spiralförmiges Winden des extrudierten Bands um eine Spindel, wodurch eine langgestreckte Leitung mit einer Längsachse, einem entlang der Längsachse verlaufenden Lumen und einer das Lumen umgebenden Wand gebildet wird. Das Verfahren kann gegebenenfalls Wellbildung an der langgestreckten Leitung umfassen. Mikrostrukturen können während der Extrusion des Bands gepresst oder auf andere Weise gebildet werden. Mikrostrukturen können auch nach der Extrusion auf/in das Band geformt, gedruckt, geschnitten, thermogeformt oder auf andere Weise gebildet werden. Ferner können Mikrostrukturen auf/in die zusammengefügte Leitung geformt, gedruckt, geschnitten, thermogeformt oder auf andere Weise gebildet werden. Bei manchen Verfahren kann es wünschenswert sein, eine Oberfläche nach der Mikrokanal-Herstellung zu schleifen oder zu polieren, um die Gleichmäßigkeit der Oberfläche zu verbessern.
Das Extrusionsverfahren umfasst Mischen oder Bereitstellen eines Masterbatchs des Extrudatmaterials (d. h. Material für die Extrusion), Zuführen des Masterbatchs zu einem Extrusionsdüsenkopf, Extrudieren des Extrudats zu einem Band.
Anschließend wird das extrudierte oder vorgeformte Band helikal gewunden. Bei manchen Ausführungsformen liegt eine Verstärkungsrippe über Windungen des Bands. Die Rippe kann dem Schlauch eine helikale Verstärkung gegen Quetschen verleihen und kann auch eine Quelle von Wärme-, chemischer oder mechanischer Haftung zum Verschmelzen oder Verbinden der überlappenden Abschnitte des Bands bereitstellen.
15 zeigt einen geschmolzenen extrudierten Schlauch 1501, der aus der Düse 1503 eines Extruders austritt, bevor er einer Wellmaschine 1505 zugeführt wird. Bei dem Austreten aus der Wellmaschine 1505 wird ein Heizdraht 1507 um die Außenseite der gebildeten schlauchförmigen Komponente gewunden.
Ein Vorteil der vorstehend mit Bezug auf 15 beschriebenen bevorzugten Art der Schlauchherstellung ist, dass einige der Formblöcke B Elemente für Endmanschetten aufweisen können, die zugleich mit der schlauchförmigen Komponenten gebildet werden. Die Herstellungsgeschwindigkeiten können durch Verringern der Komplexität und Entfallen von sekundären Herstellungsverfahren beträchtlich erhöht werden. Während dieses Verfahren eine Verbesserung gegenüber getrennten Verfahren zum Bilden von Manschetten darstellt, ist ein Nachteil der glatten Manschetten im Stand der Technik, dass die Wellmaschine langsamer werden muss, um eine größere Wanddicke des Schlauchs in diesem Bereich zu ermöglichen (der Extruder fährt mit der gleichen Geschwindigkeit weiter). Die Dicke der Manschette wird erhöht, um eine zusätzliche Ringfestigkeit der Manschette und Abdichtungseigenschaften mit dem Manschettenanschluss zu erzielen. Ferner ist in diesem dickeren Bereich die Wärme des geschmolzenen Polymers während der beschränkten Kontaktzeit mit den Blöcken der Wellmaschine schwieriger zu entfernen, was zu einem wichtigen beschränkenden Faktor für die Höchstgeschwindigkeit der Schlauchherstellungsanlage werden kann.
Befeuchtungskammer mit Mikrostrukturen
Als nächstes wird auf 7 verwiesen, die eine Befeuchtungskammer 129 gemäß wenigstes einer Ausführungsform zeigt. Die Befeuchtungskammer 129 umfasst allgemein einen Einlass 701 und einen Auslass 703. Die Kammer 129 ist für die Installation auf einer Heizplatte gestaltet (vorstehend als Element 131 von 1 beschrieben), so dass die Basis 705 der Kammer mit der Heizplatte 131 in Kontakt steht. Die Basis 705 umfasst vorzugsweise ein Metall mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Aluminium oder Kupfer. Ferner ist die Befeuchtungskammer 129 zum Enthalten eines Volumens an Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, gestaltet. Bei Verwendung steht die Flüssigkeit mit einem wesentlichen Teil der Basis 705 in Kontakt. Die Heizplatte 131 heizt die Basis 705 der Kammer 129 und bewirkt so, dass wenigstens etwas an Flüssigkeit in der Kammer 129 verdunstet. Bei Verwendung fließen Gase durch den Einlass 701 in die Kammer 129. Die Gase werden innerhalb der Kammer 129 befeuchtet und fließen durch den Auslass 703 wieder aus der Kammer 129 hinaus.
8A zeigt eine Beispielkonfiguration der Mikrostrukturen 801 der Befeuchtungskammer 129. Die in dem vorstehenden Abschnitt erläuterten Eigenschaften der Mikrostrukturen 801 werden durch Bezugnahme aufgenommen. Wie in diesem Beispiel gezeigt, sind die Mikrostrukturen 801 vertikal um einen Umfang der Befeuchtungskammer 129 angeordnet. Mit anderen Worten verlaufen die Mikrostrukturen senkrecht (oder allgemein senkrecht) zu der Basis 705 der Kammer 129. Die Mikrostrukturen in 8A sind allein zur Veranschaulichung größer als mit der tatsächlichen Größe gezeigt. Die vertikalen Mikrostrukturen 801 tragen Wasser 130 die Seiten der Kammer 129 hinauf, so dass eine größere Oberfläche des Wassers 130 gegenüber dem Luftstrom in der Kammer 129 exponiert ist. Bei wenigstens einer Ausführungsform erstrecken sich die Mikrostrukturen von der Basis der Kammer bis zu einem Abstand von 100%, 99%, 95%, zwischen 95 und 99%, 90% oder zwischen 90 und 95% (oder etwa dieses) der Höhe der Kammer 129. Die Höhe der Kammer 129 kann 50 mm (oder etwa 50 mm) betragen. Bei bestimmten Konfigurationen kann das Wasser 130 einen oder mehrere Zusatzstoffe enthalten, wie z. B. das grenzflächenaktive Mittel SILWET (Momentive Performance Materials, Inc., Albany, New York, USA), um die Aufnahme durch die Mikrostrukturen zu erhöhen.
Obwohl in 8A die Mikrostrukturen 801 um den gesamten Umfang der Kammer 129 angeordnet sind, ist zu beachten, dass bei bestimmten Ausführungsformen die Mikrostrukturen 801 an weniger als dem gesamten Umfang angeordnet sind. Beispielsweise können die Mikrostrukturen 801 an einem einzelnen Abschnitt der Kammer 129 oder in wahllosen oder unveränderlichen Intervallen um die Kammer 129 angeordnet sein.
8B zeigt eine erste vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Mikrostrukturen von 8A. Wie in 8B gezeigt, wandert Wasser die vertikalen Mikrostrukturen 801 hinauf. Mikroskalige Wassertröpfchen in oder an den Mikrostrukturen 801 werden gegenüber dem Luftstrom in der Kammer 129 exponiert. 8C zeigt eine zweite vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Mikrostrukturen von 8A. Wie in 8C gezeigt, fließt Luft durch die Kammer 129 und über die Mikrostrukturen 801 und bewirkt, dass wenigstens einige der Wassertröpfchen in der Mikrostrukturen 801 verdunsten. Das von den Mikrostrukturen 801 verdunstete Wasser tritt als Dampf in den Luftstrom ein.
Wie in den vorstehenden Figuren gezeigt, exponieren die Mikrostrukturen 801 eine größere Oberfläche des Wassers 130 in der Kammer 129 gegenüber dem vorbeifließenden Luftstrom und erhöhen so die Wirksamkeit der Kammer 129 im Vergleich zu einer Kammer ohne Mikrostrukturen.
8D zeigt einen Querschnitt einer Beispielmikrostruktur 801. Bei dieser Beispiel-Ausführungsform ist die Mikrostruktur 801 ein keilförmiger Mikrokanal. Die Eigenschaften der vorstehend für die Schlauchkonfiguration beschriebenen Mikrostrukturen können auch in die Mikrostrukturen der Befeuchtungskammer-Konfiguration aufgenommen werden.
9A zeigt eine weitere Beispielkonfiguration für die Mikrostrukturen der Befeuchtungskammer 129. Wie gezeigt, können die Mikrostrukturen in der Befeuchtungskammer 129 vertikal und horizontal angeordnet sein. Die vertikal angeordneten Mikrostrukturen verlaufen senkrecht (oder allgemein senkrecht) zu der Basis 605 und werden als 901 bezeichnet, während die horizontal angeordneten Mikrostrukturen parallel (oder allgemein parallel) zu der Basis 705 verlaufen und als 903 bezeichnet werden. Auch hier sind die Mikrostrukturen allein zur Veranschaulichung größer als mit der tatsächlichen Größe gezeigt. Im Allgemeinen tragen in der Konfiguration von 9A die vertikal angeordneten Mikrostrukturen 901 Wasser 130 an den Seiten der Kammer 129 nach oben. Die horizontal angeordneten Mikrostrukturen 903 verteilen die mikroskaligen Wassertröpfchen von den vertikal angeordneten Mikrostrukturen 901 oben um die Kammer 129, um eine größere Oberfläche an Wasser gegenüber dem Luftstrom zu exponieren als bei einer Kammer ohne Mikrostrukturen. Die Mikrostrukturen 901 und 903 erhöhen dadurch die Leistungsfähigkeit der Kammer.
9B zeigt eine erste vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Mikrostrukturen von 9A. Wie in 9B gezeigt, wandert Wasser die vertikal angeordneten Mikrostrukturen 901 hinauf. Wenn ein mikroskaliges Wassertröpfchen das obere Ende seiner entsprechenden vertikal angeordneten Mikrostruktur 901 erreicht, wandert das Wassertröpfchen entlang seiner entsprechenden horizontal angeordneten Mikrostruktur 903 (oder Gruppe von Mikrostrukturen). 9C zeigt eine zweite vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Mikrostrukturen von 9A. Wie in 9C gezeigt, fließt Luft durch die Kammer 129 und über die Mikrostrukturen 901 und 903 und bewirkt, dass wenigstens einige der Wassertröpfchen in den Mikrostrukturen 901 und 903 verdunsten. Das von den Mikrostrukturen 901 und 903 verdunstete Wasser tritt als Dampf in den Luftstrom ein. Bei einer alternativen Konfiguration (nicht gezeigt) kann die Kammer 129 dafür gestaltet sein, das Wasser durch die Schwerkraft die Mikrostrukturen hinab laufen zu lassen, anstatt dagegen. Ferner kann eine Kombination von Kanälen und Stiften den Fluss auf jede gewünschte Weise lenken.
Die vertikalen Mikrostrukturen 901 können den vorstehend in 8D und an anderer Stelle dieser Offenbarung gezeigten ähnlich sein, und die vorstehende Diskussion ihrer Formen und Eigenschaften wird hier durch Bezugnahme aufgenommen. 9D zeigt einen Querschnitt eines Beispiels einer horizontalen Mikrostruktur 903.
Die Form und Konfiguration der vertikal angeordneten Mikrostrukturen 901 und der horizontal angeordneten Mikrostrukturen 903 in 9A–9D dient nur veranschaulichenden Zwecken. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt.
Aus den vorstehend im Zusammenhang der Schlauch-Ausführungsformen beschriebenen Gründen kann es wünschenswert sein, Mikrostrukturen in Kombination mit einer Oberfläche einzusetzen, die eine gewünschte Oberflächenenergie aufweist, um die Benetzbarkeit der Oberfläche und die Wasserausbreitungseigenschaften zu verbessern. Es ist bekannt, dass Metalle und Glas vergleichsweise hohe Oberflächenenergien und gute Benetzbarkeit aufweisen. Demgemäß kann die Innenoberfläche der Kammer 129 ein Metall oder Glas umfassen. Ein Metall, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, kann wünschenswert sein, weil diese Materialien auch gut wärmeleitfähig sind, wodurch die Verdunstungsraten in der Kammer verbessert werden können. Glas kann wünschenswert sein, da seine optische Durchsichtigkeit einem Benutzer die visuelle Überprüfung des Flüssigkeitsspiegels in der Kammer ermöglichen kann. Kunststoffe sind aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer einfachen Verwendung bei der Herstellung besonders wünschenswerte Materialien für die Kammer 129. Wie vorstehend erwähnt, weisen Kunststoffe aber vergleichsweise niedrige Oberflächenenergien auf. Demgemäß kann es wünschenswert sein, den Kunststoff wie vorstehend erklärt mit einem Zusatzstoff zum Erhöhen der Oberflächenenergie zu behandeln. Bei wenigstens einer Konfiguration umfasst die Wand der Kammer 129 Poly(methylmethacrylat)-Kunststoff, dessen Innenwand mit einer Schicht eines leitfähigen Metalls, wie z. B. Gold, überzogen ist. Bei einer weiteren Konfiguration umfasst die Innenoberfläche der Wand der Kammer 129 ein Keramikmaterial, Granat oder ein gesintertes Material, wie z. B. TiO₂.
Wie vorstehend angemerkt, wurde entdeckt, dass Zuführen von Wärme zu einer mikrostrukturierten Oberfläche die Verdunstungsraten dramatisch erhöhen kann. Demgemäß kann die Kammer 129 in ihrer Wand Heizdrähte enthalten, die das Heizen der Wand und damit die Wahrscheinlichkeit, dass Flüssigkeit in oder an den Mikrostrukturen verdunsten wird, verbessern können. Bei wenigstens einer Konfiguration kann ein Heizmantel um die Kammer 129 gelegt werden, um die Wärmeübertragung auf die Kammer 129 zu verbessern. Ferner kann ein isolierender Mantel um die Kammer 129 gelegt werden, um Wärmeverlust zu verhindern und die Wärmerückhaltung in der Kammer 129 zu verbessern.
23 zeigt eine Ausführungsform einer Befeuchtungskammer 2301, die mehrere Stapel 2303 mit Mikrostrukturen 2305 auf wenigstens manchen der Oberflächen der Stapel 2303 enthält. Wie gezeigt, können die Stapel 2303 als mehrere Lamellen oder Wände angeordnet sein; andere Konfigurationen können aber Türme, Säulen oder eine Kombination von Lamellen, Türmen und Säulen umfassen. Wie gezeigt, können die Stapel 2303 als Lamellen angeordnet sein, die in der Richtung des Luftstroms durch die Befeuchtungskammer 2301 ausgerichtet sind. Es könnten aber auch andere Konfigurationen verwendet werden, die in den Strom durch die Kammer 2301 ragen und eine stärkere Mischung und Wechselwirkung mit den Mikrostrukturen 2305 und damit Verdunstung induzieren. Ferner können bei manchen Ausführungsformen verschiedene Stapel verschiedene Höhen aufweisen, um so unregelmäßige Flussmuster oder eine turbulente Strömung für das Gas zu erzeugen, das durch die Befeuchtungskammer 2301 fließt.
Bei der dargestellten Ausführungsform kann die Befeuchtungskammer 2301 geheizt werden. Bei manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere aus der Vielzahl von Stapeln 2303 ein wärmeleitfähiges Material umfassen, wie z. B. ein Metall, um die Verdunstung weiter zu verstärken. Bei manchen Ausführungsformen können alle exponierten Oberflächen jedes Stapels 2303 Mikrostrukturen 2305 aufweisen, die Wasser 2307 von dem Boden der Kammer 2301 zu Abschnitten der Kammer 2301 mit erhöhtem Luftstrom oder mit geringerer Feuchtigkeit der Luft, die also mehr von dem Wasser verdunsten könnten, hoch ziehen können. Die Kammer 2301 wird als quadratische Schachtel dargestellt; es können aber auch andere Formen verwendet werden, wie z. B. Rechtecke, Zylinder, Kugeln, Kuppeln und so weiter.
Mikrostrukturen können in beliebig viele Strukturen in einem Befeuchtungssystem aufgenommen werden. Eine derartige Struktur ist die Basis oder der Boden der Befeuchtungskammer selbst. Bei manchen Ausführungsformen kann die Verwendung von Mikrostrukturen oder unregelmäßigen Oberflächenelementen am Boden einer Befeuchtungskammer ein Fluid verteilen und eine größere Oberfläche für eine verstärkte Verdunstung erzeugen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Verwendung von Mikrostrukturen zum Verringern der Tiefe der Flüssigkeit wirken und so die Verdunstung erhöhen. Bei manchen Ausführungsformen können die Mikrostrukturen zu einem Muster gestaltet sein, wie z. B. einem Linienmuster, einem geraden Muster oder einem Kreismuster. Bei manchen Ausführungsformen erhöht ein Linienmuster oder gerades Muster die Oberfläche besser als ein Kreismuster. Bei manchen Ausführungsformen liegt kein Muster vor und die Oberfläche weist unregelmäßige Vorsprünge oder Oberflächenunregelmäßigkeiten auf.
Patientenankopplung mit Mikrostrukturen
Kondensatmanagement ist eine wichtige Frage beim Entwerfen des Aufbaus von Patientenankopplungen. Demgemäß berücksichtigen bestimmte Ausführungsformen den Umstand, dass Mikrostrukturen in Patientenankopplungen aufgenommen werden können, einschließlich, aber ohne Beschränkung, Masken (wie z. B. Trachealmasken, Gesichtsmasken und Nasenmasken), Kanülen und Nasenkissen.
10A zeigt eine perspektivische Vorderansicht einer Beispielsankopplung 115. Die Ankopplung 115 kann auf dem Gebiet der Atemtherapie verwendet werden. Die Ankopplung 115 findet besondere Verwendung für Formen der positiver-Atemdruck-Therapie. Beispielsweise kann die Ankopplung 115 zum Verabreichen von Behandlungen mit kontinuierlichem positivem Atemwegsdruck („CPAP”) verwendet werden. Zusätzlich kann die Ankopplung 115 bei verschiedenen Behandlungen mit variablem positivem Atemwegsdruck („VPAP”) und Behandlungen mit Zweiniveau-positivem Atemwegsdruck („BiPAP”) verwendet werden. Die Ankopplung 115 kann mit jedem geeigneten CPAP-System verwendet werden.
Die Ankopplung 115 kann jede geeignete Maskenkonfiguration aufweisen. Beispielsweise können bestimmte Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung Verwendung bei Nasenmasken, vollen Gesichtsmasken, Oronasalmasken oder anderen Positivdruckmasken finden. Der dargestellte Anschluss ist eine volle Gesichtsmaske 1001. Die Maske 1001 umfasst allgemein eine Maskenbaugruppe 1003 und eine Anschlussbaugruppe 1005. Die Maskenbaugruppe 1003 umfasst im Allgemeinen eine Maskendichtung 1007, die bei Verwendung mit dem Gesicht eines Benutzers in Kontakt steht.
10B zeigt eine Konfiguration der Maske 1001 von 10A mit einem oder mehreren leitfähigen Drähten 1009. Wie in 10B gezeigt, können die leitfähigen Drähte 1009 in einem allgemein sinusoidalen Muster angeordnet sein. Es ist aber eine Vielzahl von Konfigurationen möglich, wie z. B. eine netzförmige Konfiguration, eine Wendel oder ein Ring.
Der eine oder die mehreren leitfähigen Drähte 1009 können an einer Außenoberfläche der Wand der Maske 1001 befestigt sein (d. h. die Oberfläche der Maske 1001, die dafür gestaltet ist, während der Verwendung der Umgebungsluft zugewandt zu sein). Der eine oder die mehreren leitfähigen Drähte 1009 können auch an einer Innenoberfläche der Wand der Maske 1001 befestigt sein (d. h. die Oberfläche der Maske 1001, die dafür gestaltet ist, während der Verwendung dem Patienten zugewandt zu sein). Der eine oder die mehreren leitfähigen Drähte 1009 können auch in die Wand der Maske 1001 eingebettet oder ihr auf andere Weise einverleibt sein. Die letztgenannte Konfiguration kann wünschenswert sein, da sie verhindern kann, dass ein Patient die leitfähigen Drähte 1009 berührt. Der Maske 1001 kann auch eine Kombination der vorstehend genannten Konfigurationen einverleibt sein. Ferner kann die Wand der Maske 1001 selbst oder wenigstens ein Abschnitt der Wand der Maske 1001 leitfähig sein. Beispielsweise kann die Maske 1001 ein leitfähiges Polymer oder ein leitfähiges Metall umfassen.
11A ist eine Rückenansicht der Maske 1001 von 10. 11A zeigt allgemein eine Beispielkonfiguration von Mikrostrukturen 1101 an der Innenoberfläche der Maske. Die in den vorstehenden Abschnitten diskutierten Eigenschaften der Mikrostrukturen 1101 werden durch Bezugnahme aufgenommen. Die Beispielmaske 1001 weist eine Längsachse LA und eine Querachse TA auf. Die Maske 1001 umfasst einen ersten Abschnitt 1103 auf einer Seite der Längsachse LA und einen zweiten Abschnitt 1105 auf der anderen Seite der Längsachse LA. Im Allgemeinen verlaufen die Mikrostrukturen 1101 über die Unterseite der Maske 1001 parallel zu der Querachse TA. Die Mikrostrukturen 1101 auf beiden Seiten der Längsachse LA bilden spiegelbildliche Muster. Die Mikrostrukturen 1101 sind nicht maßstabgetreu gezeichnet und dienen nur Zwecken der Veranschaulichung.
11B zeigt eine erste vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Mikrostrukturen 1101 von 11A. 11C zeigt einen Querschnitt einer Beispielmikrostruktur 1101. Bei dieser Beispiel-Ausführungsform ist die Mikrostruktur ein Mikrokanal. Die Mikrostrukturen können den vorstehend diskutierten ähnlich sein und die Diskussion derer Formen und Eigenschaften wird durch Bezugnahme hier aufgenommen.
Wie nachstehend erwähnt, berücksichtigen bestimmte Ausführungsformen den Umstand, dass Aufnehmen von Mikrostrukturen in eine Patientenankopplung das Kondensatmanagement durch Verhindern oder Verringern der Entstehung von makroskaligen Wassertröpfchen (d. h. Wassertröpfchen mit einem Durchmesser von mehr als 1000 μm (oder etwa 1000 μm)) verbessern kann. 12A zeigt ein Schema der Wassertröpfchen-Entstehung an einer Ankopplungsoberfläche, die keine Mikrostrukturen aufweist. Im Gegensatz dazu zeigt 12B ein Schema der Ausbreitung von Wasser auf einer Ankopplungsoberfläche, die Mikrostrukturen aufweist. In beiden Figuren bezeichnet 1201 die Außenoberfläche der Ankopplung (d. h. die Oberfläche der Ankopplung, die bei der Verwendung der Umgebungsluft zugewandt ist) und 1203 bezeichnet die Innenoberfläche der Ankopplung (d. h. die Oberfläche der Ankopplung, die bei der Verwendung dem Patienten zugewandt ist).
Patientenankopplungen erfahren Bedingungen mit sehr hoher Feuchtigkeit. Wie in den Zellen 1205 und 1207 gezeigt, können sich an den Innenoberflächen einer Patientenankopplung leicht Wassertröpfchen bilden, wenn die Innenoberfläche 1203 der Ankopplung glatt (oder vergleichsweise glatt) ist. Wie in der Zelle 1209 gezeigt, werden diese Wassertröpfchen bei Verwendung auf einen tieferen Bereich der Patientenankopplung hinablaufen und sich sammeln oder auf das Gesicht eines Patienten tropfen. Wie in den Zellen 1211 bis 1213 gezeigt, kann das Aufnehmen von Mikrostrukturen an der Innenoberfläche 1203 einer Patientenankopplung dieses Problem mildern. Wie in den Zellen 1211 und 1213 gezeigt, breiten die Mikrostrukturen das Kondensat entlang der Länge (oder wenigstens eines Teils der Länge) der Mikrostrukturen aus, wodurch verhindert wird, dass das Kondensat Tröpfchen bildet. Da sich das Kondensat wie in Zelle 1215 gezeigt entlang der Mikrostrukturen über eine große Oberfläche ausbreitet, kann das Kondensat leichter verdunsten. Diese Ausbreitungswirkung verringert auch die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Kondensat in einem unteren Bereich sammelt oder auf das Gesicht des Patienten tropft. Bei bestimmten Ausführungsformen ermöglicht das Aufnehmen von Mikrostrukturen an der Innenoberfläche 1203, dass das Kondensat von der Patientenankopplung auf eine Absorptionsmittelschicht (nicht gezeigt), wie z. B. einen Schwamm oder eine atmungsfähige Membran, umgeleitet wird.
11D zeigt eine Rückenansicht der Maske 1001 von 10A. 11D zeigt schematisch, wie sich Kondensat entlang der Mikrostrukturen 1101 auf der Innenoberfläche der Maske ausbreitet.
Bei wenigstens manchen Konfigurationen umfassen das eine oder die mehreren leitfähigen Drähte 1009 (10B) einen oder mehrere Heizdrähte, die zum Heizen der Maskenwand 1001 gestaltet sind. Wenn das eine oder die mehreren leitfähigen Drähte 1009 wenigstens einen Heizdraht umfassen, kann der Heizdraht mit einer elektrischen Stromversorgung verbunden werden und so dem Körper der Maske 1001 Wärme zuführen. Wie in 13 gezeigt, beschleunigt die zugeführte Wärme die Verdunstung des Kondensats, das in oder auf den Mikrostrukturen ausgebreitet ist.
Die vorstehende Beschreibung der Erfindung umfasst bevorzugte Formen davon. Daran können Modifikationen ausgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Dem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung werden zahlreiche Veränderungen des Aufbaus und weitgehend verschiedene Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung nahe liegen, ohne von Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den anhängenden Ansprüchen definiert ist. Die hierin gegebenen Offenbarungen und Beschreibungen sind rein veranschaulichend und sollen in keiner Weise beschränkend sein.

Claims

Komponente für die Verwendung in einem medizinischen Kreis, umfassend: einen ersten Bereich, der bei Verwendung mit Flüssigkeit in Kontakt steht; einen zweiten Bereich, der von dem ersten Bereich verschieden ist; eine mikrostrukturierte Oberfläche in Kommunikation mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, dafür gestaltet, bei Verwendung durch Dochtwirkung Flüssigkeit von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich zu befördern, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche ein Substrat mit einem Gleichgewichts-Kontaktwinkel von weniger als etwa π/2 Radiant umfasst.
Komponente gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Bereich bei Verwendung gegenüber Luft mit höherer Geschwindigkeit exponiert ist und der erste Bereich bei Verwendung gegenüber Luft mit niedriger Geschwindigkeit exponiert ist.
Komponente gemäß Ansprüchen 1 oder 2, wobei der zweite Bereich dafür gestaltet ist, mit einer Wärmequelle zu kommunizieren.
Komponente gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche dafür gestaltet ist, mit einer Wärmequelle zu kommunizieren.
Komponente gemäß einem der Ansprüche 1–4, wobei die Mikrostrukturoberfläche allgemein parallele Mikrokanäle umfasst.
Komponente gemäß einem der Ansprüche 1–5, wobei die Mikrokanäle allgemein quadratisch geformt sind.
Komponente gemäß Anspruch 6, wobei der kritische Kontaktwinkel θ für die Mikrokanäle folgende Gleichung erfüllt: θ < arccos( 0.5 / 0.5 + X) wobei X das Höhe-zu-Breite-Aspektverhältnis für die quadratisch geformten Kanäle darstellt.
Komponente gemäß einem der Ansprüche 1–5, wobei die Mikrokanäle allgemein V-förmig sind.
Komponente gemäß Anspruch 8, wobei der kritische Kontaktwinkel θ der Mikrokanäle folgende Gleichung erfüllt: θ < arccos(sin( β / 2)) wobei β den Winkel der V-Form darstellt.
Komponente gemäß einem der Ansprüche 1–4, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche Mikrosäulen umfasst.
Komponente gemäß Anspruch 10, wobei die Mikrosäulen im Wesentlichen die gleichen Querschnittsabmessungen aufweisen.
Komponente gemäß Anspruch 10, wobei wenigstens manche der Mikrosäulen von anderen Mikrosäulen verschiedene Querschnittsabmessungen aufweisen.
Maske, umfassend die Komponente gemäß einem der Ansprüche 1–12.
Maske gemäß Anspruch 13, ferner umfassend einen Ablauf in Kommunikation mit dem zweiten Bereich.
Leitung, umfassend die Komponente gemäß einem der Ansprüche 1–12.
Leitung gemäß Anspruch 15, wobei die Komponente wenigstens einen Abschnitt einer Innenwand der Leitung bildet.
Leitung gemäß Anspruch 15, wobei die Komponente ein Einsatz in einem inneren Lumen der Leitung ist.
Leitung gemäß einem der Ansprüche 15–17, wobei eine Wand der Leitung dafür gestaltet ist, mit einer Wärmequelle zu kommunizieren.
Komponente für die Verwendung in einem medizinischen Kreis, umfassend: einen Reservoirabschnitt, gestaltet zum Halten einer Flüssigkeit; einen Verdunstungsabschnitt benachbart zu dem Reservoirabschnitt, gestaltet zum Ermöglichen von Verdunstung der Flüssigkeit; eine mikrostrukturierte Oberfläche, gestaltet zum Befördern von Flüssigkeit von dem Reservoirabschnitt zu dem Verdunstungsabschnitt.
Komponente gemäß Anspruch 19, wobei der Verdunstungsabschnitt heizbar ist.
Komponente gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche Mikrokanäle mit einem Aspektverhältnis aufweist, das nahe dem Reservoirabschnitt kleiner und nahe dem Verdunstungsabschnitt größer ist, wobei das Aspektverhältnis entlang eines Gradienten zunimmt.
Komponente gemäß einem der Abschnitte 19–21, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche erste Mikrokanäle umfasst, die nahe dem Reservoirabschnitt allgemein horizontal verlaufen, und zweite Mikrokanäle, die nahe dem Verdunstungsabschnitt allgemein vertikal verlaufen, wobei die ersten Mikrokanäle dafür gestaltet sind, Flüssigkeit zu den zweiten Mikrokanälen zu befördern.
Komponente gemäß Anspruch 19, ferner umfassend wenigstens eine erhöhte Struktur, auf der die mikrostrukturierte Oberfläche angeordnet ist.
Komponente gemäß Anspruch 23, wobei die erhöhte Struktur einen oder mehrere Türme umfasst.
Komponente gemäß Anspruch 24, wobei die Türme eine Länge aufweisen, die größer sowohl als eine Höhe als auch eine Breite ist.
Komponente gemäß einem der Ansprüche 19–25, wobei die erhöhten Strukturen dafür gestaltet sind, mit einem Flussweg eines durch den Verdunstungsabschnitt der Komponente fließenden Gases ausgerichtet zu sein.
Maske, umfassend die Komponente gemäß einem der Ansprüche 19–22.
Kammer, geeignet für die Verwendung mit einer Befeuchtereinheit, umfassend die Komponente gemäß einem der Ansprüche 19–22.
Kammer gemäß Anspruch 28, wobei die Komponente wenigstens einen Teil einer Innenwand der Kammer bildet.
Kammer gemäß Anspruch 28 oder 29, wobei die Kammer Wände umfasst, die dafür gestaltet sind, von einer Heizbasis der Befeuchtereinheit geheizt zu werden.
Kammer gemäß einem der Ansprüche 28–30, wobei die Kammer Wände umfasst, die dafür gestaltet sind, von einem Heizelement geheizt zu werden, das von der Befeuchtereinheit verschieden ist.
Kammer gemäß einem der Ansprüche 28–31, ferner umfassend Isolation, die wenigstens an oder über einer Wand der Kammer nahe dem Verdunstungsabschnitt angeordnet ist.
Leitung, umfassend die Komponente gemäß einem der Ansprüche 19–22.
Leitung gemäß Anspruch 33, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche wenigstens einen Abschnitt einer Innenwand der Leitung bildet.
Leitung gemäß Anspruch 33 oder 34, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche auf einem Einsatz in einem inneren Lumen der Leitung angeordnet ist.
Leitung gemäß einem der Ansprüche 33–35, wobei eine Wand der Leitung dafür gestaltet ist, mit einer Wärmequelle zu kommunizieren.
Komponente medizinischer Kreise für die Verwendung mit befeuchtetem Gas, umfassend: eine Wand, die einen innenliegenden Raum definiert und wobei wenigstens ein Teil der Wand eine Oberfläche umfasst, die eine Vielzahl von Mikrokanälen in und auf einem Substrat mit einer Außenoberfläche mit einem Gleichgewichts-Kontaktwinkel von weniger als etwa π/2 Radiant aufweist, wobei die Mikrokanäle dafür gestaltet sind, bei Verwendung durch Dochtwirkung Flüssigkeit von einem ersten Bereich, der flüssiges Wasser hält, zu einem zweiten Bereich, der gegenüber einem Luftstrom zu oder von einem Patienten exponiert ist, zu befördern, und die Mikrokanäle erste Mikrokanäle mit Seitenabschnitten und einem Bodenabschnitt, der tiefer als die Außenoberfläche des Substrat ist, und zweite Mikrokanäle mit Seitenabschnitten, die höher als die Außenoberfläche des Substrats sind, wobei die Seitenabschnitte der zweiten Mikrokanäle von Rippen um die oder zwischen den ersten Mikrokanäle(n) gebildet werden, umfassen.
Komponente gemäß Anspruch 37, wobei die ersten Mikrokanäle allgemein quadratisch geformt sind.
Komponente gemäß Anspruch 38, wobei der kritische Kontaktwinkel θ für die ersten Mikrokanäle folgende Gleichung erfüllt: θ < arccos( 0.5 / 0.5 + X) wobei X das Höhe-zu-Breite-Aspektverhältnis für die quadratisch geformten Kanäle darstellt.
Komponente gemäß Ansprüchen 37, wobei die ersten Mikrokanäle allgemein V-förmig sind.
Komponente gemäß Anspruch 38, wobei der kritische Kontaktwinkel θ der ersten Mikrokanäle folgende Gleichung erfüllt: θ < arccos(sin( β / 2)) wobei β den Winkel der V-Form darstellt.
Komponente für die Verwendung in einem medizinischen Kreis, umfassend: eine allgemein horizontale, planare mikrostrukturierte Oberfläche, gestaltet zum Verteilen einer darauf platzierten Flüssigkeit, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche in einem Weg eines fließenden Gases angeordnet ist; eine Flüssigkeitsausgabeeinheit, gestaltet zum Ausgeben der Flüssigkeit auf die mikrostrukturierte Oberfläche.
Komponente gemäß Anspruch 42, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist.
Komponente gemäß Anspruch 43, wobei die Oberflächenunregelmäßigkeiten wenigstens eines aus der Gruppe bestehend aus Körnchen, Rippen, Furchen, Kanälen und Partikeln umfassen.
Komponente gemäß einem der Ansprüche 42–44, wobei die Flüssigkeitsausgabeeinheit wenigstens einen Tropfer umfasst, gestaltet zum tropfenweisen Ausgeben der Flüssigkeit auf die mikrostrukturierte Oberfläche.
Komponente gemäß einem der Ansprüche 42–44, wobei die Flüssigkeitsausgabeeinheit eine im Wesentlichen flache Platte umfasst, die in einem Abstand über der mikrostrukturierten Oberfläche angeordnet ist, wobei die Platte eine Vielzahl von Löchern aufweist, durch die die Flüssigkeit auf die darunterliegende mikrostrukturierte Oberfläche fallen kann.