RU2139115C1

RU2139115C1 - Method and device for ultraviolet irradiation of biological liquids

Info

Publication number: RU2139115C1
Application number: RU96123636A
Authority: RU
Inventors: И.Н. Андреев; Ю.Ф. Конаныхин; Л.С. Свекло; М.Ю. Чехов; Н.П. Ярославцев
Original assignee: Воронежский государственный технический университет
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: treatment of cardiovascular diseases. SUBSTANCE: method is based on supply of biological liquid to irradiation zone by several flows at different speed and in different directions. Liquid is mixed with created vortex flows when moving through irradiation zone. Device for ultraviolet irradiation includes vessel. Thresholds, partitions and point projections are made on internal surface of vessel body. Thresholds are made at acute angles not exceeding 45 dwg. to longitudinal axis of vessel. Height of Thresholds is within the range of not more than half the height of vessel flow section. Partitions separating the inlet flow of liquid near inlet connecting pipe and point projections producing the eddy touch plates with their tops. EFFECT: enhanced irradiation efficiency. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для ультрафиолетового облучения биологических жидкостей (кровь, ликвор, лимфа). The invention relates to medical equipment and can be used for ultraviolet irradiation of biological fluids (blood, cerebrospinal fluid, lymph).

Известен способ облучения крови, когда одновременно с облучением проводятся встречные прогрев и охлаждение крови, которые приводят к перемешиванию [1]. A known method of irradiation of blood, when simultaneously with the irradiation are carried out counter heating and cooling of the blood, which lead to mixing [1].

Недостатком этого способа является негативное влияние прогрева на кровь. The disadvantage of this method is the negative effect of heating on the blood.

Из известных наиболее близким по сущности является способ ультрафиолетового облучения крови в плоской, прозрачной для ультрафиолетовых лучей, кювете [2]. Of the known closest in essence is the method of ultraviolet irradiation of blood in a flat, transparent to ultraviolet rays, cuvette [2].

Недостатком способа является неравномерное облучение всего потока крови, поскольку поглощение ультрафиолетового излучения происходит лишь в слое крови, не превышающем нескольких десятых мм, в то время как конструктивная высота сечения канала кюветы не может быть меньше 1 мм из-за сильного падения давления крови в канале, вызванного ее существенной вязкостью и влиянием процессов свертываемости крови. Этот фактор, кроме того, ограничивает и мощность облучения тонкого слоя крови, поглощающего излучение, делая облучение неэффективным. The disadvantage of this method is the uneven irradiation of the entire blood flow, since the absorption of ultraviolet radiation occurs only in the blood layer, not exceeding a few tenths of a mm, while the structural height of the cross section of the channel of the cuvette cannot be less than 1 mm due to a strong drop in blood pressure in the channel, caused by its significant viscosity and the influence of blood coagulation processes. This factor, in addition, limits the irradiation power of a thin layer of blood that absorbs radiation, making irradiation ineffective.

Известно устройство [2], с помощью которого выполнено ультрафиолетовое облучение биологической жидкости в прозрачной для ультрафиолетовых лучей кювете. Оно содержит источник излучения, плоскую кювету со входным и выходным штуцерами, расположенную перед источником ультрафиолетового излучения, инъекционную иглу, два шланга, перистальтический насос с регулируемой скоростью прокачки, подключенный к шлангу, соединенному одним концом с инъекционной иглой, а вторым - со входным штуцером кюветы, и емкость, соединенную со шлангом, своим вторым концом подключенным к выходному штуцеру кюветы. A device [2] is known by which ultraviolet irradiation of a biological fluid is performed in a cuvette transparent to ultraviolet rays. It contains a radiation source, a flat cuvette with inlet and outlet fittings, located in front of the ultraviolet radiation source, an injection needle, two hoses, a peristaltic pump with an adjustable pumping speed, connected to a hose connected at one end to the injection needle, and the other to the inlet of the cuvette , and a container connected to a hose, its second end connected to the outlet fitting of the cell.

Недостаток устройства заключается в том, что оно не позволяет организовать подачу биологической жидкости в облучаемую кювету несколькими потоками различных скоростей и направлений, а также не позволяет подвергнуть транспортируемый по кювете поток биологической жидкости воздействию статических источников местного сопротивления. The disadvantage of this device is that it does not allow to organize the flow of biological fluid into the irradiated cell several streams of different speeds and directions, and also does not allow to expose the biological fluid transported through the cell to static sources of local resistance.

Изобретение направлено на повышение способа эффективности облучения, расширение функциональных возможностей устройства и уменьшение времени санитарной обработки. The invention is aimed at improving the method of irradiation efficiency, expanding the functionality of the device and reducing the time of sanitization.

Это достигается тем, что в способе ультрафиолетового облучения биологическую жидкость подают в зону облучения несколькими потоками различной скорости и направления, а в зоне облучения по всему пути движения подвергают воздействию статических источников местного сопротивления, расположенных друг относительно друга на расстоянии меньшем длины участка l, величина которого является критерием установления вихревого потока и определяется выражением

где R_г,- гидравлический радиус канала,
V - средняя скорость движения жидкости по сечению канала,
ν_ж - кинематический коэффициент вязкости жидкости.This is achieved by the fact that in the method of ultraviolet irradiation, biological fluid is supplied to the irradiation zone by several streams of different speeds and directions, and in the irradiation zone along the entire path of movement they are exposed to static sources of local resistance located relative to each other at a distance shorter than the section length l, the value of which is a criterion for the establishment of a vortex flow and is determined by the expression

where R _g is the hydraulic radius of the channel,
V is the average fluid velocity over the channel section,
ν _W - kinematic coefficient of viscosity of the liquid.

Это достигается также и тем, что в устройстве для ультрафиолетового облучения биологических жидкостей на внутренней поверхности корпуса кюветы выполнены пороги, перегородки и точечные выступы, причем, пороги расположены под острыми углами к продольной оси кюветы не более 45^o, высоты которых лежат в пределах не более половины высоты проточной части кюветы, а перегородки, разделяющие входной поток жидкости вблизи входного штуцера, и точечные выступы, устанавливающие турбулентность движения, касаются своими вершинами пластины. Причем, увеличение угла установки порогов влечет к уменьшению перемешивания жидкости.This is also achieved by the fact that in the device for ultraviolet irradiation of biological fluids on the inner surface of the cell body thresholds, partitions and point protrusions are made, moreover, the thresholds are located at acute angles to the longitudinal axis of the cell no more than 45 ^o , whose heights are within no more than half the height of the flow part of the cuvette, and the partitions separating the inlet fluid flow near the inlet fitting, and the point protrusions that establish the turbulence of the movement, touch their tops of the plate. Moreover, an increase in the angle of installation of the thresholds leads to a decrease in fluid mixing.

Сущность изобретения пояснена на фиг. 1, где схематически представлено устройство, реализующее предлагаемый способ ультрафиолетового облучения биологической жидкости. Устройство содержит источник ультрафиолетового излучения 1, плоскую кювету 2, расположенную перед источником излучения 1, инъекционную иглу 3, два шланга 4 и 5, перистальтический насос 6 с регулируемой скоростью прокачки, подключенный к шлангу 4, соединенному одним концом с инъекционной иглой 3, а вторым концом - со входным штуцером 7 кюветы 2, емкость 8, соединенную со шлангом 5, своим вторым концом подключенным к выходному штуцеру 9 кюветы 2, которая состоит из прозрачной для ультрафиолетовых лучей пластины 10 и корпуса 11, на внутренней поверхности которого имеются расположенные под разными острыми углами не более 45^o к продольной оси кюветы пороги 12, упирающиеся в пластину 10 точечные выступы 13 и разделяющие входной поток жидкости перегородки 14, также упирающиеся в пластину 10 и расположенные вблизи входного штуцера 7.The invention is illustrated in FIG. 1, which schematically shows a device that implements the proposed method of ultraviolet irradiation of a biological fluid. The device contains an ultraviolet radiation source 1, a flat cuvette 2, located in front of the radiation source 1, an injection needle 3, two hoses 4 and 5, a peristaltic pump 6 with an adjustable pumping speed, connected to a hose 4 connected at one end to the injection needle 3, and the second the end - with the inlet fitting 7 of the cuvette 2, a container 8 connected to the hose 5, its second end connected to the output fitting 9 of the cuvette 2, which consists of a plate 10 and the casing 11 transparent to ultraviolet rays, on the inner surface which are arranged at different acute angles less than 45 ^o to the longitudinal axis of the cell thresholds 12 in plate 10 abutting point projections 13 and partitions dividing the input stream of fluid 14, also abutting the plate 10 and disposed near the inlet nozzle 7.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. После заполнения проводящей системы физиологическим раствором включают источник ультрафиолетового излучения 1, облучающего через пластину 10 кювету 2. Затем включают перистальтический насос 6 и при помощи инъекционной иглы 3 биологическая жидкость принудительно забирается и через трубопровод 4 подается в кювету 2 через входной штуцер 7. При помощи системы перегородок 14 входной поток биологической жидкости разделяется на несколько струй. Скорость выходных потоков и направление этих струй определяется взаиморасположением и количеством перегородок. После прохождения перегородок эти струи перемешиваются, а полученный вихревой поток, встречая на своем пути местные сопротивления в виде плохообтекаемых точечных выступов 13 и изливаясь с вихрями через ряд порогов 12, не успевает стабилизироваться и по всей длине кюветы эффективно перемешивается, что обеспечивает равномерное и эффективное облучение биологической жидкости в кювете 2. Облученная биологическая жидкость через выходной штуцер 9 кюветы 2 и трубопровод 5 попадает в емкость 8. The proposed method is implemented as follows. After filling the conductive system with physiological saline, the source of ultraviolet radiation 1 is irradiated through the plate 10 of the cuvette 2. Then, the peristaltic pump 6 is turned on and the biological fluid is forcibly taken through the injection needle 3 and is supplied through the pipe 4 to the cuvette 2 through the inlet 7. Using the system baffles 14 the input stream of biological fluid is divided into several jets. The speed of the output streams and the direction of these jets is determined by the relative position and the number of partitions. After passing through the partitions, these jets are mixed, and the resulting vortex flow, encountering local resistance in the form of poorly streamlined point ledges 13 and pouring with vortices through a number of thresholds 12, does not have time to stabilize and is effectively mixed along the entire length of the cuvette, which ensures uniform and effective irradiation biological fluid in the cell 2. Irradiated biological fluid through the outlet fitting 9 of the cell 2 and the pipe 5 enters the tank 8.

Расстояние между каждым препятствием источником местного сопротивления (расширение, выступ, порог, сужение) выбирается меньше длины участка l, на котором созданный вихревой поток мог бы выровняться и стать безвихревым. С учетом принятых режимов облучения [2] подача насоса определяется величиной порядка 10-25 мл/мин и для такого потока биологической жидкости l = 0,04•4R_г•R_е≈10 мм [3] , где R_г - гидравлический радиус кюветы;

критическое число Рейнольдса для данной кюветы меньше 100; V - средняя скорость движения биологической жидкости по сечению кюветы; ν_кр - - кинематический коэффициент биологической жидкости (крови).The distance between each obstacle, the source of local resistance (expansion, protrusion, threshold, narrowing) is chosen less than the length of the section l, on which the created vortex flow could align and become irrotational. Taking into account the accepted irradiation conditions [2], the pump supply is determined by a value of the order of 10-25 ml / min and for such a biological fluid flow l = 0.04 • 4R _g • R _e ≈10 mm [3], where R _g is the hydraulic radius of the cell ;

the critical Reynolds number for a given cell is less than 100; V is the average velocity of the biological fluid along the section of the cell; ν _cr - - kinematic coefficient of biological fluid (blood).

Потери напора (давления) насоса при данном режиме движения обусловлены действием сил трения, пропорциональных вязкости и первой степени средней скорости потока крови в сечениях кюветы, а также отрывом потока с вихреобразованиями за каждым местным сопротивлением и пропорциональны квадрату средней скорости [4]. По данным проведенного эксперимента в данной кювете потери напора на преодоление всех суммарных сопротивлений, близко расположенных друг от друга по движению крови от входной оливы к выходной, увеличиваются более чем 8 раз при диапазоне подачи насоса от 15 до 80 мл/мин по сравнению с потерями напора при движении через кювету без местных сопротивлений, так как перемещение крови через кювету сопровождается интенсивным объемным перемешиванием, обеспечивая вихревой поток всех слоев крови. Количество различных порогов, местных выступов выбрано для создания указанных потерь напора с обеспечением интенсивного объемного перемешивания крови по кювете. The pressure loss (pressure) of the pump in this mode of movement is due to the action of friction forces proportional to the viscosity and the first degree of the average blood flow velocity in the cell sections, as well as to the separation of the flow with vortices behind each local resistance and are proportional to the square of the average speed [4]. According to the experiment in this cuvette, the pressure loss to overcome all the total resistances that are close to each other by the movement of blood from the input olive to the output increases more than 8 times with a pump supply range of 15 to 80 ml / min compared with the pressure loss when moving through a cuvette without local resistance, since the movement of blood through the cuvette is accompanied by intensive volumetric mixing, providing a vortex flow of all blood layers. The number of different thresholds, local protrusions selected to create the specified pressure loss with the provision of intensive volumetric mixing of blood through the cuvette.

Claims

1. The method of ultraviolet irradiation of biological fluids, including the effect on blood flow velocity, in a cuvette transparent to ultraviolet rays, characterized in that the biological fluid is fed into the irradiation zone with several streams of different speeds and directions, and in the irradiation zone along the entire path of movement they are exposed to static sources local resistance, located relative to each other at a distance less than the length of the section l, the value of which is a criterion for the establishment of a vortex flow and is determined by the expression

where R _g is the hydraulic radius of the channel;
V is the average fluid velocity over the channel section;
ν _W - kinematic coefficient of viscosity of the liquid.

2. Device for ultraviolet irradiation of biological fluids containing a source of ultraviolet radiation, a flat cuvette with a body equipped with inlet and outlet fittings, located in front of the ultraviolet radiation source, a plate transparent to ultraviolet rays, an injection needle, two pipelines, a peristaltic pump with an adjustable pumping speed, connected to a pipeline connected at one end to an injection needle, and the second to the inlet of the cell, characterized in that on the inside thresholds, partitions and point ledges are made on the lower surface of the cuvette body; moreover, the thresholds are located at sharp angles to the longitudinal axis of the cuvette not more than 45 ^o , the heights of which lie within no more than half the height of the flow part of the cuvette, and the partitions separating the inlet fluid flow near the inlet nipples, and point protrusions that establish the turbulence of movement, touch their tops of the plate.