EP4128376A1 - Pumpe mit elektroaktiven polymeren - Google Patents

Pumpe mit elektroaktiven polymeren

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Publication number
EP4128376A1
EP4128376A1 EP21716971.3A EP21716971A EP4128376A1 EP 4128376 A1 EP4128376 A1 EP 4128376A1 EP 21716971 A EP21716971 A EP 21716971A EP 4128376 A1 EP4128376 A1 EP 4128376A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
electroactive polymer
pumps
blood treatment
pump according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21716971.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephanie Appel
Tobias Stöckerl
David HANNES
Gerome FISCHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Original Assignee
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fresenius Medical Care Deutschland GmbH filed Critical Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Publication of EP4128376A1 publication Critical patent/EP4128376A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
    • A61M1/14—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/20—Other positive-displacement pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2231/00—Organic materials not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/08—Shape memory

Definitions

  • the present invention relates to a pump with a pump actuator having at least one electroactive polymer, the at least one electroactive polymer being arranged such that the at least one electroactive polymer is deformed along the direction of the pump stroke of the pump.
  • the present invention also relates to a blood treatment machine with a pump of this type.
  • a pump according to the invention can be used as part of a pressure holding test.
  • the required solutions are produced from concentrates while the treatment is running and are diluted as required. Pumps are used here to add the required amount of concentrate to the dialysis water provided.
  • the present invention is based on the object of alleviating or even eliminating the problems known from the prior art.
  • the invention is based on the object to provide a particularly accurate pump be.
  • Another aspect of the invention relates to a metering unit and a blood treatment machine with a pump according to the invention.
  • a pump according to the invention is equipped with a pump actuator having at least one electroactive polymer, the at least one electroactive polymer being arranged such that the at least one electroactive polymer is deformed along the direction of the pump stroke of the pump.
  • the deformation / linear expansion of the electroactive polymer takes place along the direction of the pumping movement / the pump stroke of the pump.
  • the size of an executed pump stroke can thus be derived particularly clearly and directly from the corresponding deformation of the electroactive polymer.
  • Electroactive polymers deform in response to a potential that is applied to the electroactive polymer and can, for example, serve as a pump actuator as a result of this deformation, since the deformation forces a medium to be conveyed out of the pump.
  • electroactive polymers especially piezo crystals, generate an electrical potential when a mechanical force acts on them. This property is also referred to as “self-sensing” and makes it possible to use electroactive polymers as sensors in order to determine the acting forces and thus, for example, the size of the pump strokes on the basis of measured electrical potentials.
  • electroactive polymers of the dielectric type such as silicone, polyurethane or acrylic elastomer as the elastic component
  • the self-sensing of these dielectric electroactive polymers occurs in cooperation with an electrical evaluation unit, which has electrical properties (capacitance, impedance %) of the electroactive polymer or a stack of electroactive polymer determined.
  • Electroactive polymers of the dielectric type which are preferably elastic, are preferably used in the context of a pump according to the invention.
  • the at least one electroactive polymer of a pump according to the invention preferably has self-sensing properties. Using the self-sensing properties, it is thus possible to determine directly in a pump according to the invention how large each pump stroke was and whether it took place and, if applicable, how the course over time (stroke over time) was. In the event of changes, the latter can provide conclusions about aging (predictive maintenance). Particularly in the case of metering pumps which are used in the context of a blood treatment, it is essential that the volumes conveyed can be monitored precisely in this way.
  • the at least one electroactive polymer forms a pump actuator of the pump.
  • a potential or a voltage to the electroactive polymer, it can be deformed, whereby the medium to be conveyed is moved out of the pump, since the deformation / linear expansion of the electroactive polymer takes place along the direction of the pumping movement / the pump stroke of the pump.
  • the electroactive polymer can preferably drive a piston or a pump membrane or it can also be in direct contact with the medium to be conveyed.
  • a pump according to the invention several layers of electroactive polymers are preferably provided, which are preferably arranged as a “stack”. Alternatively or additionally, several such stacks of several layers of electroactive polymers can be arranged next to one another and / or one above the other.
  • a pump according to the invention preferably comprises a control unit which controls the at least one electroactive polymer to a defined deformation in order to actuate the pump. If several stacks are provided, each stack can be equipped with its own control unit, but only one common control unit can also be provided.
  • a pump according to the invention preferably comprises a measuring unit which measures the deformation of the at least one electroactive polymer and / or the distance between at least two layers of a stack of electroactive polymers in order to determine the degree of deformation or the amplitude of a pump stroke of the pump.
  • the measuring unit can be part of the control unit and / or exchange data with it.
  • the measuring device can be designed to transmit the measured data to an external receiver so that the function of the pump can be monitored and / or documented remotely.
  • the pump can be equipped with a force bundling structure which is designed to bundle the forces resulting from the deformation of the at least one electroactive polymer and to transfer them selectively to another structure, the area of the force bundling structure preferably being smaller than the area of the at least one electroactive polymer.
  • the forces / the pressure of the electroactive polymer or the stack of electroactive polymers are focused so that a higher pressure can be achieved. If the force bundling structure presses, for example, on a valve seat, a particularly reliable closing of the pump can thereby be achieved, for example.
  • two stacks of electroactive polymers arranged next to one another or one above the other can act on a common force bundling structure.
  • the at least one electroactive polymer can be connected to a pressure transducer.
  • the pressure transducer can here also be a stack of electroactive polymers, whereby the self-sensing properties are enhanced and the actuation of the pump (pump stroke, frequency, etc.) can be monitored particularly precisely.
  • the at least one electroactive polymer can be connected to the force bundling structure via the pressure transducer and / or the pressure transducer can act as a force bundling structure.
  • a dosing unit preferably a dosing unit of a blood treatment machine, with at least one pump according to the invention.
  • the dosing unit also has valves for controlling the flow of fluids such as concentrates or dialysis water.
  • the dosing unit includes a control unit by means of which the valves can be controlled.
  • Another aspect of the invention relates to a blood treatment machine, in particular a dialysis machine, with at least one pump according to the invention and / or a dosing unit according to the invention.
  • a blood treatment machine has at least two pumps according to the invention, a first pump downstream of a balancing device metering or feeding fluid, preferably concentrates, and a second pump upstream of the balancing device withdrawing fluid, preferably liquid, so that the in the balance device certain Fluidbi lance remains unchanged.
  • the two pumps according to the invention can be arranged upstream and / or downstream of a dialyzer and / or a dialysis fluid filter.
  • the first and the second pump swap their functions at predetermined times / intervals.
  • the pumps and / or control unit are thus preferably designed to swap the function of the pumps.
  • the pumps can change their function every minute, every two minutes or preferably every 10, 100 or 1000 pump strokes.
  • the frequency or the time of the swap can be determined arbitrarily.
  • the at least two pumps are designed to additionally perform an ultrafiltration. With this out Additional valves must be provided to enable the pumps to perform ultrafiltration conditions. However, an ultrafiltration pump can be omitted in this embodiment.
  • Another aspect of the invention relates to a use, for example a shoring, of a pump according to the invention in a blood treatment device, for example a dialysis machine.
  • a (single) pump according to the invention can preferably be used in the context of dosing concentrates by a blood treatment device to dose several different concentrates or solutions, such as acid concentrate and sodium bicarbonate. This is possible due to the high pumping frequency that can be achieved with a pump according to the invention.
  • a single pump according to the invention could replace two conventional diaphragm pumps.
  • the pump according to the invention is preferably two lines (first line, e.g. acid concentrate, and second line, sodium bicarbonate) or three lines (first line, e.g. acid concentrate, second line, sodium bicarbonate, third line, rinsing solution (permeate, ie pure water )) fitted.
  • first line e.g. acid concentrate
  • second line sodium bicarbonate
  • third line rinsing solution (permeate, ie pure water )
  • a blood treatment machine has a first pump according to the invention, which metered in at least two different solutions and is preferably arranged downstream of a balance device, and a first pump according to the invention, which removes liquid to the same extent and preferably upstream the image monvorraum is arranged.
  • the balancing device preferably comprises two balancing chambers, each of which has an inlet and an outlet for dialysis fluid, in particular fresh dialysis fluid on the way to the dialyzer, and an inlet and an outlet for used dialysis liquid, in particular used dialysate on the way from the dialyzer.
  • a blood treatment machine preferably has a line system for conveying fresh dialysis fluid and a line system for conveying used dialysis fluid.
  • one or more solutions are fed / metered into the line system for conveying fresh dialysis fluid at a point at which the dialysis fluid has left the balance device.
  • fresh dialysis fluid is preferably withdrawn from the line at a point at which the dialysis fluid has not yet reached the balancing device.
  • a blood treatment machine has a machine-side fluid circuit and is connected to a patient-side fluid circuit.
  • the machine-side fluid circuit is shown on the left and the patient-side fluid circuit is shown on the right.
  • the two (or also more) pumps according to the invention are arranged either in the fluid circuit on the machine side and / or in the fluid circuit on the patient side.
  • Another aspect of the invention relates to a method for measuring a printer attitude in a filter, in particular in a filter for filtering dialysing fluid or in a dialyzer, a pump according to the invention being used in the context of the method.
  • the self-sensing property of the electroactive polymer is used.
  • a defined volume of fluid is introduced into the filter to be tested.
  • the defined volume of fluid in the filter generates a certain internal pressure in the filter, which acts on the electroactive polymer in the pump.
  • the elastic polymer changes its expansion, which can be recorded by means of a measuring unit (capacitance, impedance). Any pressure loss in the filter, for example due to a leak, is thus reflected in the measured impedance profile of the electroactive polymer and can thus be recorded. If the impedance and thus the pressure in the filter remain constant, it can be concluded that the filter is intact.
  • Fig. 1 is a schematic drawing of a pump according to the invention.
  • FIG. 2 shows a flow diagram which illustrates the use of pumps according to the invention in the context of an embodiment of a blood treatment machine.
  • Fig. 3 shows the embodiment of Fig. 2 with multi-way valves instead of standard valves.
  • 3a shows an embodiment with an additional balancing chamber.
  • Fig. 4 is a flow chart which illustrates the use of pumps according to the invention in the context of another embodiment of a blood treatment machine.
  • Fig. 5 shows the embodiment from Fig. 4 with multi-way valves instead of standard valves.
  • Fig. 6 is a flow chart which ver illustrates the use of pumps according to the invention in the context of yet another embodiment of a blood treatment machine.
  • Fig. 7 shows the embodiment of Fig. 6 with multi-way valves instead of standard valves.
  • the pump 1 shown in Fig. 1 has three adjacent stacks 2 electroactive polymers.
  • the pressure generated by the stacks 2 of electroactive polymers is transmitted via a common connecting plate 3 to a force bundling structure 4, the area of which is smaller than the area of the connecting plate 3.
  • the force bundling structure 4 is connected to a pump membrane 5, which is moved up and down in accordance with the deformation of the stack 2 of electroactive polymers.
  • the longitudinal direction of the stacks 2 of electroactive polymers and the direction of the deformation of the stacks 2 are thus aligned parallel to the direction of the pump strokes of the pump 1.
  • FIG. 2 a flow diagram is reproduced which illustrates the use of pumps according to the invention in the context of a blood treatment machine.
  • Dialysis is a blood purification procedure used in patients suffering from kidney failure. Their kidneys are no longer able to filter the toxins produced by the body from the blood. Furthermore, other important processes in the regulation of the patient's water and electrolyte balance are impaired.
  • the patient's blood is brought into contact with dialysis fluid in a dialyzer through semi-permeable hollow fiber membranes.
  • This membrane allows substances, especially toxins, electrolytes and proteins, to diffuse back and forth between the liquids. Since diffusion is a process driven by concentration, the aim is to prevent foreign substances from entering the patient's blood diffuse, the dialysis fluid, the so-called dialysate, consists of ultrapure water.
  • the dialysate is additionally dosed with concentrates, e.g. electrolyte concentrates and bicarbonate.
  • concentrates e.g. electrolyte concentrates and bicarbonate.
  • the dialysis water is conveyed by a pump via a heating chamber and an air separator in the direction of the balance chamber H14.
  • the pumps P05 (concentrate pump) and P06 (bicarbonate pump) add acids (electrolytes) and bases to the water, which together result in a physiological solution.
  • An additional dialyzing fluid filter F04 with a dead volume of, for example, approx. 300 ml is arranged between the balancing chamber and the dialyzer. This dead volume is relevant for the consideration of river peaks and their smoothing, furthermore this dead volume functions like a kind of fluid reservoir.
  • the physiological solution reaches the dialyser from the dialysis fluid filter F04, where it is used to clean the blood. After the blood has been cleaned, the dialysis fluid is fed back into the balancing chamber H14 via a pump and finally ends up in the drain.
  • a P04 ultrafiltration pump (UF pump) is installed in most blood treatment machines. This is intended to withdraw additional water from the patient.
  • the ultrafiltration pump is decoupled from the balancing by means of the balancing chamber H14, since it deliberately removes water that should not be corrected.
  • the concentrate or the bicarbonate is injected or metered into the line directly in front of the balance chamber.
  • a starting point for a technical solution can therefore consist in metering the balance chamber downstream. There is significantly less pressure behind the balancing chamber.
  • FIGS 2 and 3 a flow diagram of an embodiment of the present invention is shown in which both concentrate and bicarbonate by means of pumps according to the invention (pumps with electroactive polymers, EAP pumps) behind the balance chamber H14 and directly in front of the dialysis fluid filter F04, which serves as a reservoir / mixing chamber.
  • pumps according to the invention umps with electroactive polymers, EAP pumps
  • EAP pump 7 in the stored course to / downstream of the patient “To Pat”. Since the volume metered in by means of the EAP pump 6 is known, the same volume can be removed again in a simple manner.
  • the EAP pumps mentioned here can be viewed as volumetric dosing systems. This means that dosing takes place by emptying a known pump chamber, i.e. a volume. Since the metered media are preferably liquid The amount delivered - the dose - is clearly defined with the volume or corresponds to the volume delivered by a pump stroke or a certain number of pump strokes therefore, as an intrinsic property, a higher repeatability, i.e. a higher accuracy for repeated processes.
  • a further balancing device 9 with a possibly smaller balancing chamber can be placed between the two pumps 5 and 6 and the line 8 into which the dosing is carried out 9a, as shown schematically in Fig. 3a.
  • the dialyzer is marked with D
  • the patient with P and the balancing device H 14 comprises two balancing chambers 14 a and 14 b.
  • the balancing device 9 or the balancing chamber 9a can be used to redundantly check that the dosing by the EAP pumps was exact and that increased safety is achieved as a result: This also ensures that the dosing volume is withdrawn again exactly which was previously added to the dialysate circuit during dosing.
  • any other pumps can be used for dosing instead of EAP pumps, such as peristaltic pumps, Diaphragm pumps, gear pumps, centrifugal pumps - for example impeller pumps.
  • the properties (small strokes, high frequencies) of the pumps according to the invention make it possible to combine different pump functions (e.g. pumping different solutions).
  • a blood treatment machine in which a bi-carbonate, a concentrate and an ultrafiltration pump (UF pump) are designed as pumps according to the invention.
  • the UF pump must be able to do this be able to withdraw both the usual volume to be withdrawn per treatment and the electrolyte and bicarbonate volume to be dosed.
  • a single pump according to the invention can also pump bicarbonate and concentrate and a UF pump can also be provided, which is either a pump according to the invention with electroactive polymers or a conventional series pump.
  • a pump according to the invention in addition a UF pump and a balance pump can be provided, each of which is either a pump according to the invention with electroactive polymers or a conventional series pump.
  • the task of the balance pump is to remove the volume supplied via the bicarbonate / concentrate pump.
  • the UF pump therefore only has to deliver the usual UF volume.
  • the functions of the bicarbonate, concentrate and UF pumps could also be combined in a single pump according to the invention, which is preferably present at least twice in the blood treatment device.
  • the first EAP pump 6 takes over the dosing / feeding of bicarbonate and concentrate; whereby, as shown in FIG. 5, a multi-way valve can be used to switch between the two fluids.
  • the fluids can also be switched using regular valves (see FIG. 4). Since the dosing / feeding takes place downstream of the balancing chamber but upstream of the patient (see flow path “Before Pat”), the amount of fluid fed in must be removed again in order to prevent overhydration of the patient. Therefore, after the patient (see flow path “After Pat”), fluid is withdrawn from the system, which is taken over by the second EAP pump 7. The original UF pump P04 remains in the system.
  • both pumps 6 and 7 can take over both the feeding and the removal of liquid.
  • a pump always has certain tolerances and thus a certain inaccuracy when pumping a defined volume. This leads to errors occurring both when adding (dosing errors) and when removing liquid. Viewed as a whole, this leads to accounting errors.
  • the EAP pump used or several EAP pumps used with the associated valves can be installed in a pump unit.
  • the metering pump (s) and the valves are preferably installed on one unit and can be operated by a central control. This can also include valves, which are required to feed fluids downstream of the balancing chamber.
  • This own control unit has its own CPU, for example, which enables significantly shorter processing times compared to using the machine software. This reduced processing time makes it possible to achieve higher pump frequencies.
  • the only input parameter required is the desired delivery rate; the required frequency and the required pump volume are then preferably calculated by the separate control unit.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a blood treatment machine which has a pump 6 according to the invention and an ultrafiltration pump P04.
  • the pump 6 according to the invention pumps both concentrate and bicarbonate and the ultrafiltration pump P04 is preferably also designed as an EAP pump according to the invention, but can also be a different type of pump.

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Abstract

Die voliegende Erfindung betrifft eine Pumpe (1) mit einem mindestens ein elektroaktives Polymer aufweisenden Pump-Aktor (2), wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer derart angeordnet ist, dass eine Verformung des mindestens einen elektroaktiven Polymers entlang der Richtung des Pumpernhubs der Pumpe erfolgt. Zudem betrifft die Erfindung eine Blutbehandlungsmaschine mit einer derartigen Pumpe. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Druckhaltung mittels einer derartigen Pumpe.

Description

Pumpe mit elektroaktiven Polymeren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem mindestens ein elektroak tives Polymer aufweisenden Pumpen-Aktor, wobei das mindestens eine elektroak tive Polymer derart angeordnet ist, dass eine Verformung des mindestens einen elektroaktiven Polymers entlang der Richtung des Pumpenhubs der Pumpe erfolgt.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Blutbehandlungsmaschine mit ei ner derartigen Pumpe. Zudem kann unter Anderem im Kontext einer Blutbehand lungsmaschine eine erfindungsgemäße Pumpe im Rahmen eines Druckhaltetestes zum Einsatz kommen.
Insbesondere im Rahmen moderner extrakorporaler Blutbehandlungen werden bei laufender Behandlung die benötigten Lösungen aus Konzentraten hergestellt, wel che wie erforderlich verdünnt werden. Hierbei kommen Pumpen zum Einsatz, wel che die benötigten Konzentratmengen zu bereitgestelltem Dialysewasser zudosie ren.
Damit die erzeugten Lösungen möglichst genau den Zielvorgaben entsprechen, sind besonders genaue, fein steuerbare Pumpen erforderlich. Zudem ist es erfor- derlich, die von einer eingesetzten Pumpe ausgeführten Pumphübe nachzuvollzie hen und gegebenenfalls dokumentieren zu können, um so die von der Pumpe ge förderten Mengen und Volumina möglichst genau erfassen zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme abzumildern oder gar ganz zu beseitigen. Insbeson dere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine besonders genaue Pumpe be reitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein weiterer As pekt der Erfindung betrifft eine Dosiereinheit und eine Blutbehandlungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Pumpe.
Eine erfindungsgemäße Pumpe ist mit einem mindestens ein elektroaktives Polymer aufweisenden Pumpen-Aktor ausgestattet, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer derart angeordnet ist, dass eine Verformung des mindestens einen elektro aktiven Polymers entlang der Richtung des Pumpenhubs der Pumpe erfolgt.
In anderen Worten erfolgt die Verformung / Längenausdehnung des elektroaktiven Polymers entlang der Richtung der Pumpbewegung / des Pumpenhubs der Pumpe. Dies bietet den Vorteil, dass die Größe des Pumpenhubs direkt zu der Größe der Verformung / Längenausdehnung des elektroaktiven Polymers proportional ist bzw. mit dieser korreliert.
Durch die Anordnung des elektroaktiven Polymers lässt sich somit besonders ein deutig und direkt die Größe eines ausgeführten Pumpenhubs aus der entsprechen den Verformung des elektroaktiven Polymers herleiten.
Elektroaktive Polymere verformen sich in Erwiderung auf ein Potential, welches an das elektroaktive Polymer angelegt wird und können durch diese Verformung bei spielsweise als Pumpen-Aktor dienen, da durch die Verformung ein zu förderndes Medium aus der Pump gepresst wird. Umgekehrt erzeugen elektroaktive Polymere, insbesondere Piezo-Kristalle, ein elektrisches Potential, wenn eine mechanische Kraft auf sie wirkt. Diese Eigenschaft wird auch als „Self-sensing“ bezeichnet und ermöglicht es, elektroaktive Polymere als Sensoren einzusetzen, um die wirkenden Kräfte und somit beispielsweise die Größe der Pumpenhübe anhand gemessener elektrischer Potentiale zu ermitteln.
Bei elektroaktiven Polymeren des dielektrischen Typs, wie beispielsweise mit Silikon, Polyurethan oder Akryl-Elastomer als elastischem Bestandteil, entsteht das Self- Sensing dieser dielektrischen elektroaktiven Polymere in Zusammenwirkung mit ei ner elektrischen Auswerteeinheit, welche elektrische Eigenschaften (Kapazität, Im pedanz ... ) des elektroaktiven Polymers bzw. eine Stapels aus elektroaktivem Poly mer ermittelt.
Aus diesen gemessenen elektrischen Eigenschaften (oder deren Änderungen) des elektroaktiven Polymers bzw. eine Stapels aus elektroaktivem Polymer kann dann widerum ein Rückschluss beispielsweise auf einen Abstand der verschiedenen leit fähigen Schichten des Stapels und somit eine Verformung, insbesondere eine Kon traktion oder Dilatation, des elektroaktiven Polymers gezogen werden.
Vorzugsweise kommen im Rahmen einer erfindungsgemäßen Pumpe elektroaktive Polymere des dielektrischen Typs zum Einsatz, welche vorzugsweise elastisch sind.
Vorzugsweise verfügt das mindestens eine elektroaktive Polymer einer erfindungs gemäßen Pumpe über Self-Sensing-Eigenschaften. Mittels der Self-Sensing-Eigen- schaften kann bei einer erfindungsgemäßen Pumpe somit direkt ermittelt werden, wie groß ein jeder ausgeführte Pumpenhub war und ob dieser stattgefunden hat und ggf. wie der zeitliche Verlauf / Ablauf (Hub über Zeit) war. Letzteres kann bei Verän derungen Rückschlüsse auf Alterung (predictive maintenance) geben. Insbesondere bei Dosierpumpen, welche im Rahmen einer Blutbehandlung zum Ein satz kommen, ist eine derartig genaue Überwachbarkeit der geförderten Volumina essentiell.
Es hat sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, wenn das mindestens eine elektroaktive Polymer einen Pumpenaktor der Pumpe bildet. Durch das Anlegen ei nes Potentials bzw. einer Spannung an das elektroaktive Polymer kann dieses ver formt werden, wodurch zu förderndes Medium aus der Pumpe bewegt wird, da die Verformung / Längenausdehnung des elektroaktiven Polymers entlang der Richtung der Pumpbewegung / des Pumpenhubs der Pumpe erfolgt.
Das elektroaktive Polymer kann vorzugsweise einen Kolben oder eine Pumpen membran antreiben oder auch direkt in Kontakt mit dem zu fördernden Medium ste hen.
Vorzugsweise sind bei einer erfindungsgemäßen Pumpe mehrere Schichten elektro aktiver Polymere vorgesehen, welche vorzugsweise als Stapel („stack“) angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere derartige Stapel mehrerer Schichten elektroaktiver Polymere nebeneinander und / oder übereinander angeord net sein.
Weiterhin umfasst eine erfindungsgemäße Pumpe vorzugsweise eine Steuereinheit, welche das mindestens eine elektroaktive Polymer zu einer definierten Verformung ansteuert, um so die Pumpe zu betätigen. Sind mehrere Stapel vorgesehen, so kann jeder Stapel mit einer eigenen Steuereinheit ausgestattet sein, es kann aber auch nur eine gemeinsame Steuereinheit vorgesehen sein.
Weiterhin umfasst eine erfindungsgemäße Pumpe vorzugsweise eine Messeinheit, welche die Verformung des mindestens einen elektroaktive Polymers und / oder den Abstand mindestens zweier Schichten eines Stapels elektroaktiver Polymere misst, um so den Grad der Verformung bzw. die Amplitude eines Pumpenhubs der Pumpe zu bestimmen. Die Messeinheit kann teil der Steuerungseinheit sein und / oder mit dieser Daten austauschen. Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung dazu ausgelegt sein, die Messdaten an einen externen Empfänger zu übertragen, sodass die Funk tion der Pumpe von fern überwacht und / oder dokumentiert werden kann.
Zudem kann die Pumpe mit einer Kraftbündelungsstruktur ausgestattet sein, welche dazu ausgelegt ist, die durch die Verformung des mindestens einen elektroaktive Polymers entstehenden Kräfte zu bündeln und gezielt auf eine andere Struktur zu übertragen, wobei vorzugsweise die Fläche der Kraftbündelungsstruktur kleiner als die Fläche des mindestens einen elektroaktive Polymers ist.
Durch die Verringerung der Fläche werden die Kräfte / der Druck des elektroaktiven Polymers bzw. der Stapel elektroaktiver Polymere fokussiert, sodass ein höherer Druck erreicht werden kann. Drückt die Kraftbündelungsstruktur beispielsweise auf einen Ventilsitz, so kann hierdurch beispielsweise ein besonders sicheres Schließen der Pumpe erreicht werden.
Beispielsweise können zwei nebeneinander oder übereinander angeordnete Stapel elektroaktiver Polymere auf eine gemeinsame Kraftbündelungsstruktur wirken.
Weiterhin kann bei einer erfindungsgemäßen Pumpe das mindestens eine elektroa ktive Polymer mit einem Druckwandler verbunden sein. Der Druckwandler kann hier bei ebenfalls ein Stapel elektroaktiver Polymere sein, wodurch die Self-Sensing-Ei- genschaften verstärkt werden und die Betätigung der Pumpe (Pumpenhub, Frequenz etc.) besonders präzise überwacht werden kann.
Das mindestens eine elektroaktive Polymer kann über den Druckwandler mit der Kraftbündelungsstruktur verbunden sein und / oder der Druckwandler kann als Kraft bündelungsstruktur wirken. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Dosiereinheit, vorzugsweise eine Do siereinheit einer Blutbehandlungsmaschine, mit mindestens einer erfindungsgemä ßen Pumpe. Weiterhin weist die Dosiereinheit Ventile zum Steuern des Flusses von Fluiden wie z.B. von Konzentraten oder Dialysewasser, auf. Zudem umfasst die Do siereinheit eine Steuerungseinheit, mittels welcher die Ventile ansteuerbar sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Blutbehandlungsmaschine, insbeson dere eine Dialysemaschine, mit mindestens einer erfindungsgemäßen Pumpe und / oder einer erfindungsgemäßen Dosiereinheit.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Blutbehandlungsmaschine mindestens zwei erfindungsgemäße Pumpen auf, wobei eine erste Pumpe flussab wärts einer Bilanzvorrichtung Fluid, vorzugsweise Konzentrate, dosiert bzw. ein speist und eine zweite Pumpe flussaufwärts der Bilanzvorrichtung Fluid, vorzugs weise Flüssigkeit, entnimmt, sodass die in der Bilanzvorrichtung bestimmte Fluidbi lanz unverändert bleibt.
Alternativ oder zusätzlich können die zwei erfindungsgemäßen Pumpen flussauf wärts und / oder flussabwärts eines Dialysators und / oder eines Dialysierflüssig keitsfilters angeordnet sein.
Um fertigungsbedingte Unterschiede der verwendeten Pumpen auszugleichen, kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Pumpe Ihre Funktionen zu vorbestimmten Zeitpunkten / Intervallen tauschen. Die Pumpen und / oder Steuereinheit sind somit vorzugsweise dazu ausgelegt, die Funktion der Pum pen zu tauschen. Beispielsweise können die Pumpen jede Minute, alle zwei Minuten oder vorzungsweise alle 10 , 100 oder 1000 Pumphübe Ihre Funktion tauschen. Die Frequenz bzw. der Zeitpunkt des Tauschens sind willkürlich festlegbar.
Weiterhin sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die mindestens zwei Pumpen dazu ausgelegt, zusätzlich eine Ultrafiltration auszuführen. Bei dieser Aus- führungsform müssen zusätzliche Ventile vorgesehen sein, die die Pumpen befähi gen eine Ultrafiltration auszuführen. Allerdings kann bei dieser Ausführungsform eine Ultrafiltrationspumpe weggelassen werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung, beispielsweise einen Verbau, einer erfindungsgemäßen Pumpe in einem Blutbehandlungsgerät, beispiels weise einer Dialysemaschine.
Beispielsweise kann vorzugsweise im Rahmen einer Dosierung von Konzentraten durch ein Blutbehandlungsgerät, eine (einzige) erfindungsgemäße Pumpe dazu ver wendet werden, mehrere verschiedene Konzentrate bzw. Lösungen, wie z.B. Säure konzentrat und Natriumbikarbonat, zu dosieren. Dies ist aufgrund der erreichbaren hohen Pumpfrequenz einer erfindungsgemäßen Pumpe möglich. Somit könnte eine einzige erfindungsgemäße Pumpe zwei herkömmliche Membranpumpen ersetzen.
In diesem Anwendungsfall ist die erfindungsgemäße Pumpe vorzugsweise mit zwei Leitungen (erste Leitung, z.B. Säurekonzentrat, und zweite Leitung, Natriumbikarbo nat) oder drei Leitungen (erste Leitung, z.B. Säurekonzentrat, zweite Leitung, Natri umbikarbonat, dritte Leitung, Spüllösung( Permeat, d.h. Reinwasser)) ausgestattet. Vorzugsweise werden abwechselnd die erste Lösung und die zweite Lösung ge pumpt, dazwischen kann gespült werden.
Der Betrieb einer erfindungsgemäßen Pumpe zum abwechselnden Fördern ver schiedener Lösungen ist ein weiterer Aspekt der Erfindung. Ein derartiges Betriebs verfahren kann beispielsweise in einer entsprechenden Steuereinheit hinterlegt sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform verfügt eine erfindungsgemäße Blutbe handlungsmaschine über eine erste erfindungsgemäße Pumpe, welche mindestens zwei verschiedenen Lösungen zudosiert und vorzugsweise flussabwärts einer Bi lanzvorrichtung angeordnet ist, und über eine erste erfindungsgemäße Pumpe, wel che in gleichem Maße Flüssigkeit entnimmt und vorzugsweise flussaufwärts der Bil- nazvorrichtung angeordnet ist. Hierbei umfasst die Bilanzeinrichtung vorzugsweise zwei Bilanzkammern, welche über jeweils einen Einlass und einen Auslass für Dialysierflüssigkeit, insbesondere frische Dialysierflüssigkeit auf dem Weg zum Dialysator, und einen Einlass und einen Auslass für verbrauchte Dialysierflüssigket, insbesondere verbrauchtes Dialysat auf dem Weg vom Dialysator, verfügen. Somit weist eine erfindungsgemäße Blutbe handlungsmaschine vorzugsweise ein Leitungssystem zur Leitung von frischer Dia lysierflüssigkeit und ein Leitungssystem zum Leiten von verbrauchter Dialysierflüs sigkeit auf.
Vorzugsweise wird / werden mittels einer erfindungsgemäßen Pumpe eine oder meh rere Lösungen dem Leitungssystem zur Leitung von frischer Dialysierflüssigkeit an einem Punkt zugeführt / zudosiert, an welchem die Dialysierflüssigkeit die Bilanzvor richtung verlassen hat.
Zudem wird vorzugsweise mittels einer erfindungsgemäßen Pumpe der Leitung von frischer Dialysierflüssigkeit an einem Punkt Flüssigkeit entnommen, an welchem die Dialysierflüssigkeit die Bilanzvorrichtung noch nicht erreicht hat.
Weiterhin ist anzumerken, dass eine erfindungsgemäße Blutbehandlungsmaschine einen maschinenseitigen Fluidkreislauf aufweist und mit einem patientenseitigen Flu idkreislauf verbunden ist. In Fig. 3a ist beispielsweise der maschinenseitige Fluid kreislauf links gezeigt und der patientenseitige Fluidkreislauf rechts gezeigt. Erfin dungsgemäß sind die beiden (oder auch mehreren) erfindungsgemäßen Pumpen entweder im / maschinenseitigen Fluidkreislauf und / oder im patientenseitigen Flu idkreislauf angeordnet.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Drucker haltung in einem Filter, insbesondere in einem Filter zum Filtern von Dialysierflüssig keit oder in einem Dialysator, wobei eine erfindungsgemäße Pumpe im Rahmen des Verfahrens zum Einsatz kommt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen einer Druckerhaltung in einem Filter wird die Self-Sensing-Eigenschaft des elektroaktiven Polymers ausgenutzt.
Beispielsweise wird ein definiertes Fluidvolumen in den zu testenden Filter einge führt. Das definierte Fluidvolumen in dem Filter erzeugt einen bestimmten Innendruck in dem Filter, welcher auf das elektroaktive Polymer in der Pumpe wirkt.
In Erwiderung auf den Druck verändert das elastische Polymer seine Ausdehnung, welches mittels einer Messeinheit erfasst werden kann (Kapazität, Impedanz). Ein etwaiger Druckverlust im Filter, beispielsweise aufgrund einer Leckage, spiegelt sich somit in dem gemessen Impedanz-Profil des elektroaktiven Polymers wider und kann somit erfasst werden. Bleibt die Impedanz und somit der Druck in dem Filter konstant, so kann auf die Unversehrtheit des Filters geschlossen werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnah men auf die zugehörigen Figuren, in welchen ähnliche oder gleiche Bauteile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Pumpe.
Fig. 2 einen Flussplan, welcher den Einsatz erfindungsgemäßer Pumpen im Rahmen einer Ausführungsform einer Blutbehandlungsmaschine verdeutlicht.
Fig. 3 die Ausführungsform aus Fig. 2 mit Mehrwegeventilen anstatt Standardventi len.
Fig. 3a eine Ausführungsform mit einer zusätzlichen Bilanzkammer.
Fig. 4 einen Flussplan, welcher den Einsatz erfindungsgemäßer Pumpen im Rah men einer anderen Ausführungsform einer Blutbehandlungsmaschine verdeutlicht. Fig. 5 zeigt die Ausführungsform aus Fig. 4 mit Mehrwegeventilen anstatt Standard ventilen. Fig. 6 einen Flussplan, welcher den Einsatz erfindungsgemäßer Pumpen im Rah men einer wieder anderen Ausführungsform einer Blutbehandlungsmaschine ver deutlicht.
Fig. 7 zeigt die Ausführungsform aus Fig. 6 mit Mehrwegeventilen anstatt Standard ventilen.
Die in Fig. 1 gezeigte Pumpe 1 weist drei nebeneinander angeordnete Stapel 2 elekt roaktiver Polymere auf. Der von den Stapeln 2 elektroaktiver Polymere erzeugte Druck wird über eine gemeinsame Verbindungsplatte 3 auf eine Kraftbündelungs struktur 4 übertragen, deren Fläche kleiner als die Fläche der Verbindungsplatte 3 ist.
Die Kraftbündelungsstruktur 4 ist mit einer Pumpenmembran 5 verbunden, welche entsprechend der Verformung der Stapel 2 elektroaktiver Polymere auf- und abwärts bewegt wird. Die Längsrichtung der Stapel 2 elektroaktiver Polymere und die Rich tung der Verformung der Stapel 2 sind somit parallel zur Richtung der Pumpenhübe der Pumpe 1 ausgerichtet.
In Fig. 2 ist ein Flussplan wiedergegeben, welcher den Einsatz erfindungsgemäßer Pumpen im Rahmen einer Blutbehandlungsmaschine verdeutlicht.
Dialyse ist ein Verfahren zur Blutreinigung, welches bei Patienten eingesetzt wird, welche von Nierenversagen betroffen sind. Deren Nieren sind nicht mehr in der Lage, die vom Körper produzierten Giftstoffe aus dem Blut zu filtern. Des Weiteren sind weitere wichtige Verfahren in der Regelung von Wasser- und Elektrolythaushalt der Patienten beeinträchtigt.
Zur Entfernung der Giftstoffe wird das Patientenblut in einem Dialysator über semi permeable Hohlfasermembranen mit Dialyseflüssigkeit in Kontakt gebracht. Durch diese Membran können Stoffe, speziell Giftstoffe, Elektrolyte und Proteine, zwischen den Flüssigkeiten hin und her diffundieren. Da Diffusion ein konzentrationsgetriebe ner Prozess ist, und verhindert werden soll, dass Fremdstoffe in das Patientenblut diffundieren, besteht die Dialyseflüssigkeit, das sog. Dialysat, aus hochreinem Was ser.
Um den Elektrolythaushalt der Patienten ins Gleichgewicht zu bringen, werden dem Dialysat zusätzlich Konzentrate, z.B. Elektrolytkonzentrate und Bikarbonat zu do siert. Dies geschieht herkömmlicherweise über die Pumpen P05, bzw. P06, welche durch die vorliegende Erfindung ersetzt werden, weswegen die Pumpen P05 und P06 in den Figuren durchgestrichen dargestellt sind.
In einer herkömmlichen Blutbehandlungsmaschine wird das Dialysewasser von einer Pumpe über eine Heizkammer und einen Luftabscheider in Richtung der Bilanzkam mer H14 gefördert. Zusätzlich zum Dialysewasser werden über die Pumpen P05 (Konzentratpumpe) und P06 (Bikarbonatpumpe) Säuren (Elektrolyte) und Basen zum Wasser gegeben, die zusammen eine physiologische Lösung ergeben.
In der Bilanzkammer wird technisch sichergestellt, dass die gleiche Menge an physi ologischer Lösung zum Patienten befördert wird wie Flüssigkeit vom Patienten kommt. Zwischen der Bilanzkammer und dem Dialysator ist ein zusätzlicher Dialy sierflüssigkeitsfilter F04 mit einem Totvolumen von Z.B. ca. 300 ml angeordnet. Die ses Totvolumen wird für die Betrachtung von Flussspitzen und deren Glättung rele vant, des Weiteren funktioniert dieses Totvolumen wie eine Art Fluidspeicher.
Vom Dialysierflüssigkeitsfilter F04 gelangt die physiologische Lösung zum Dialysa tor, wo sie zur Reinigung des Blutes genutzt wird. Nach der Reinigung des Blutes wird die Dialysierflüssigkeit über eine Pumpe wieder in die Bilanzkammer H14 ein geleitet und gelangt schlussendlich in den Abfluss.
Zusätzlich ist in den meisten Blutbehandlungsmaschinen eine Ultrafiltrationspumpe P04 (UF Pumpe) verbaut. Diese soll dem Patienten zusätzliches Wasser entziehen. Die Ultrafiltrationspumpe ist von der Bilanzierung mittels der Bilanzkammer H14 ent koppelt, da sie gezielt einen Wasserentzug vornimmt, der nicht korrigiert werden soll. Herkömmlicherweise wird das Konzentrat bzw. das Bikarbonat direkt vor der Bilanz kammer in die Leitung eingespritzt bzw. zudosiert. An dieser Stelle herrscht aufgrund von technischen Gegebenheiten ein recht hoher Wasserdruck von ca. 1 ,8 bar. Das heißt, dass die Pumpen gegen diesen Druck fördern müssen, was eine technische Herausforderung darstellt.
Ein Ansatzpunkt einer technischen Lösung kann somit darin bestehen, flussabwärts der Bilanzkammer zuzudosieren. Hinter der Bilanzkammer herrscht ein deutlich ge ringerer Druck.
In den Figuren 2 und 3 ist ein Flussplan einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei welcher sowohl Konzentrat als auch Bikarbonat mittels erfin dungsgemäßer Pumpen (Pumpen mit elektroaktiven Polymeren, EAP-Pumpen) hin ter der Bilanzkammer H14 und direkt vor dem Dialysierflüssigkeitsfilter F04, welcher als Reservoir / Mischkammer dient, eingespeist werden.
In diesen Bereich herrscht ein deutlich niedriger Wasserdruck als unmittelbar fluss aufwärts der Bilanzkammer H14. Das Volumen wird hinter bzw. flussabwärts der Bi lanzkammer eingespritzt (EAP Pumpe 6 im hinterlegten Verlauf vor / flussaufwärts dem / des Patienten „Vor Pat“) und wird somit nicht in der Bilanzierung berücksichtigt. Der Patient würde somit ohne weitere Maßnahmen kontinuierlich mit dem einge spritzten Volumen überwässert werden. Entsprechend besteht die Notwendigkeit, dieses Volumen wieder zu entfernen.
Dies kann entweder über die bestehende UF Pumpe (P04) oder eine weitere EAP Pumpe (EAP Pumpe 7 im hinterlegten Verlauf nach / flussabwärts dem / des Pati enten „Nach Pat“) erfolgen. Da das mittels der EAP Pumpe 6 zudosierte Volumen bekannt ist, kann auf einfache Weise das gleiche Volumen wieder entfernt werden. Die hier genannten EAP Pumpen können als volumetrische Dosiersysteme angese hen werden. Das bedeutet, dass eine Dosierung erfolgt, indem ein bekannter Pump raum, also ein Volumen, entleert wird. Da die dosierten Medien vorzugsweise Flüs- sigkeiten sind, also praktisch inkompressibel sind, ist die geförderte Menge - die Do sis - eindeutig mit dem Volumen festgelegt bzw. entspricht dem durch einen Pum penhub oder eine bestimmte Anzahl an Pumpenhüben geförderten Volumen Im Ver gleich mit anderen Methoden der Dosierung bringen die EAP Pumpen daher als intrinsische Eigenschaft eine höhere Wiederholgenauigkeit mit, also eine höhere Ge nauigkeit bei wiederholten Vorgängen. Um dies für die hier genannte Anwendung von EAP Pumpen als Dosier- und UF Pumpen weiter zu verbessern, kann zwischen die beiden Pumpen 5 und 6 und die Leitung 8, in die dosiert wird, eine weitere Bilan zierungsvorrichtung 9 mit einer ggf. kleineren -Bilanzierungskammer 9a geschaltet werden, wie dies in Fig. 3a schematisch gezeigt ist. In dieser Ausführunfform ist der Dialysator mit D gekennzeichnet, der Patient mit P und die Bilanzierungsvorrichtung H 14 umfasst zwei Bilanzkammern 14 a und 14 b. In dieser Weiterbildung kann mittels der Bilanzierungsvorrichtung 9 bzw. der Bilanzierungskammer 9a redundant über prüft werden, dass die Dosierung durch die EAP Pumpen exakt war und dadurch eine erhöhte Sicherheit erreicht werden: Es wird auch damit sichergestellt, dass exakt das Dosier-Volumen wieder entzogen wird, welches vorher bei der Dosierung in den Dialysatkreislauf hinzugeführt wurde.
In Ausführungsformen, in denen zusätzlich eine volumetrische Bilanzkammer zur Bi lanzierung der Dosierung zwischen Dosierpumpen und der Leitung, in die die Dosie rung erfolgt, angeordnet ist, können anstelle von EAP-Pumpen auch beliebige an dere Pumpen zur Dosierung eingesetzt werden wie beispielsweise peristaltische Pumpen, Membranpumpen, Zahnradpumpen, Zentrifugalpumpen - beispielsweise Impellerpumpen.
Weiterhin ermöglichen es die Eigenschaften (kleine Hübe, hohe Frequenzen) der er findungsgemäßen Pumpen verschiedene Pumpenfunktionen (z.B. das Pumpen ver schiedener Lösungen) zu kombinieren.
Grundsätzlich ist somit eine Blutbehandlungsmaschine denkbar, bei welcher eine Bi karbonat-, eine Konzentrat- und eine Ultrafiltrationspumpe (UF Pumpe) als erfin dungsgemäße Pumpen ausgestaltet sind. Hierbei muss die UF Pumpe in der Lage sein, sowohl das pro Behandlung übliche zu entziehende Volumen als auch das zu dosierte Elektrolyt- und Bikarbonatvolumen entziehen zu können.
Alternativ kann auch eine einzige erfindungsgemäße Pumpe Bikarbonat und Kon zentrat pumpen und zudem kann eine UF Pumpe vorgesehen sein, welche entweder eine erfindungsgemäße Pumpe mit elektroaktiven Polymeren oder eine herkömmli che Serienpumpe ist.
Es können auch die Funktionen des Pumpens von Bikarbonat und Konzentrat in ei ner erfindungsgemäßen Pumpe kombiniert werden, zusätzlich können eine UF Pumpe und eine Bilanzpumpe vorgesehen sein, welche jeweils entweder eine erfin dungsgemäße Pumpe mit elektroaktiven Polymeren oder eine herkömmliche Serien pumpe sind. Die Aufgabe der Bilanzpumpe besteht hierbei im Entfernen des über die Bikarbonat/Konzentrat Pumpe zugeführten Volumens. Die UF Pumpe muss daher nur das übliche UF-Volumen fördern.
Alternativ könnten auch die Funktionen der Bikarbonat-, Konzentrat- und UF- Pumpen in einer einzigen erfindungsgemäßen Pumpe vereint werden, welche vor zugsweise mindestens zweifach in dem Blutbehandlungsgerät vorhanden ist.
Im Folgenden wird beispielhaft eine Ausführungsform mit Bezug auf die Figuren 4 und 5 genauer erläutert.
Die EAP Pumpen 6 und 7 dosieren flussabwärts / nach der Bilanzkammer Fl 14 Kon zentrat und Bikarbonat zu, was ein Einspritzen gegen einen niedrigeren Druck er möglicht und entziehen Flüssigkeit zur Bilanzierung.
Die erste EAP Pumpe 6 übernimmt dabei die Dosierung / Einspeisung von Bikarbo nat und Konzentrat; wobei, wie in Fig. 5 gezeigt, durch ein Mehrwegeventil zwischen den beiden Fluiden gewechselt werden kann. Das Umschalten der Fluide kann auch durch reguläre Ventile erfolgen (siehe Fig. 4). Da die Dosierung / Einspeisung flussabwärts der Bilanzkammer aber flussaufwärts des Patienten (siehe Flusspfad „Vor Pat“) stattfindet, muss die eingespeiste Fluid menge wieder entfernt werden, um eine Überwässerung der Patienten zu verhindern. Deshalb wird nach dem Patienten (siehe Flusspfad „Nach Pat“) Flüssigkeit aus dem System entzogen, was von der zweiten EAP Pumpe 7 übernommen wird. Die ur sprüngliche UF Pumpe P04 verbleibt dabei im System.
Grundsätzlich können auch beide Pumpen 6 und 7 sowohl die Einspeisung als auch die Entnahme von Flüssigkeit übernehmen.
Eine Pumpe weist aus fertigungstechnischen Gründen immer gewisse Toleranzen und damit gewisse Ungenauigkeit beim Pumpen eines definierten Volumens auf. Dies führt dazu, dass zum einen beim Zudosieren (Dosierfehler) als auch beim Ent ziehen von Flüssigkeit Fehler entstehen. Im Gesamten betrachtet, kommt es dadurch zu Bilanzfehlern.
Um diese Volumenfehler (Dosier- und Bilanzfehler) der einzelnen Pumpen auszu gleichen, ist es weiterhin möglich, die Pumpen über eine Ventilschaltung so zu ver schalten, dass durch Umschalten die Funktionen der Pumpen getauscht werden. Dies ermöglicht einen Ausgleich des Fehlers. Flierzu muss eine Steuereinheit vorge sehen sein, welche dazu ausgelegt ist, die Pumpen entsprechend anzusteuern.
Grundsätzlich können die verwendete EAP Pumpe bzw. mehrere verwendete EAP Pumpen mit den zugehörigen Ventilen in einer Pumpeneinheit verbaut werden. Da bei sind vorzugsweise die Dosierpumpe(n) und die Ventile auf einer Einheit verbaut und können durch eine zentrale Ansteuerung betrieben werden. Dies kann auch Ven tile umfassen, welche zur Einspeisung von Fluiden flussabwärts der Bilanzkammer erforderlich sind.
Durch die Verwendung einer eigenen zentralen Steuereinheit für die Ventile und die Pumpe ist es möglich, die Schaltung der Pumpeneinheit komplett losgelöst von der Steuerung einer Blutbehandlungsmaschine zu betreiben. Diese eigene Steuereinheit verfügt beispielsweise über eine eigene CPU, was deut lich geringere Verarbeitungszeiten im Vergleich zur Verwendung der Maschinensoft ware ermöglicht. Durch diese verringerte Verarbeitungszeit ist es möglich, höhere Pumpfrequenzen zu erreichen.
Dadurch ist es möglich, die spezielle Charakteristik der EAPs (vergleichsweise klei ner Hub, aber hohe Frequenz) auszunutzen. Maschinensoftwareseitig ist dabei als einziger Inputparameter die gewünschte Förderrate nötig, die nötige Frequenz und das nötige Pumpvolumen wird dann vorzugsweise von der separaten Steuereinheit berechnet.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Blutbehandlungsmaschine gezeigt, welche eine erfindungsgemäße Pumpe 6 und eine Ultrafiltrationspumpe P04 auf weist. Die erfindungsgemäße Pumpe 6 pumpt sowohl Konzentrat als auch Bikarbo nat und die Ultrafiltrationspumpe P04 ist vorzugsweise ebenfalls als erfindungsge mäße EAP Pumpe ausgestaltet, kann aber auch einen andere Art Pumpe sein.

Claims

Pumpe mit elektroaktiven Polymeren Patentansprüche
1. Pumpe mit einem mindestens ein elektroaktives Polymer aufweisenden Pump-Aktor, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer derart ange- ordnet ist, dass eine Verformung des mindestens einen elektroaktiven Poly- mers entlang der Richtung des Pumpernhubs der Pumpe erfolgt.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektroaktive Polymer über Self-Sensing- Eigenschaften verfügt.
3. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektroaktive Polymer einen Pumpenaktor der Pumpe bildet.
4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schichten elektroaktiver Polymere vorgesehen sind, welche vorzugsweise als Stapel angeordnet sind.
5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit weiterhin einer Steuer einheit, welche das mindestens eine elektroaktive Polymer zu einer definierten Verformung ansteuert, um so die Pumpe zu betätigen.
6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit weiterhin einer Messein heit, welche die Verformung des mindestens einen elektroaktive Polymers und / oder den Abstand mindestens zweier Schichten eines Stapels elektroaktiver Polymere misst, um so die Amplitude eines Pumpenhubs der Pumpe zu be stimmen.
7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit weiterhin einer Kraftbün delungsstruktur, welche dazu ausgelegt ist, die durch die Verformung des mindestens einen elektroaktive Polymers entstehenden Kräfte zu bündeln und gezielt auf eine andere Struktur zu übertragen, wobei vorzugsweise die Flä che der Kraftbündelungsstruktur kleiner als die Fläche des mindestens einen elektroaktive Polymers ist.
8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer mit einem Druckwandler verbunden ist.
9. Pumpe nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer über der Druckwandler mit der Kraftbündelungsstruktur verbunden ist.
10. Dosiereinheit, vorzugsweise einer Blutbehandlungsmaschine, mit mindestens einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Blutbehandlungsmaschine, insbesondere Dialysemaschine, mit mindestens einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
12. Blutbehandlungsmaschine nach Anspruch 11, mit mindestens zwei Pumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine erste Pumpe flussabwärts ei ner Bilanzvorrichtung Fluid, vorzugsweise mindestens ein Konzentrat, ein- speist und eine zweite Pumpe flussaufwärts der Bilanzvorrichtung Fluid, vor zugsweise Flüssigkeit, entnimmt, sodass die in der Bilanzvorrichtung be stimmte Fluidbilanz unverändert bleibt.
13. Blutbehandlungsmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Pumpe Ihre Funktionen zu vorbestimmten Zeitpunk ten tauschen.
14. Blutbehandlungsmaschine nach einem der Anspruüche 12 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass die mindestens zwei Pumpen zusätzlich eine Ultrafiltration ausführen.
15. Verwendung einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Blutbe handlungsgerät.
16. Verfahren zum Messen einer Druckerhaltung in einem Filter, inbesondere in einem Filter zum Filtern von Dialysierflüssigkeit oder in einem Dialysator, daduch gekennzeichnet, dass eine Pumpe nach einem der Ansprüche 1-9 im Rahmen des Verfahrens zum Einsatz kommt.
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