СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛЯРНЫХ ЖИДКИХ СИСТЕМ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Изобретение относится к способу обработки полярных жидких систем и к устройству для его осуществления, где под полярными жидкими системами понимаются любые растворы, содержащие ионы. Устройства для осуществления этого способа относятся к электролизерам.

Изобретение может быть использовано в различных областях техники, включая медицинскую, например для детоксации крови и других биологических жидких систем.

Известны и широко используются методы экстракорпоральной очистки крови и других биологических жидкостей, которые основаны на диффузии, конвекции, применении сорбентных веществ. Одним из таких методов является "Способ очистки крови в экстракорпоральной системе", опубликованный в патентных описаниях Российской Федерации 2008929, М.кл. А 61 М 1/36, 15.03.1994 г. Недостатком этого метода является подача в поток крови биосовместимой суспензии магнитного сорбента с последующим удалением отработанного сорбента в неоднородном магнитном поле. Также известны "Способ детоксации" организма путем перфузии биологической жидкости через проточную камеру между двумя разнополярными электродами, генерирующими электрические поля, который опубликован в патентных описаниях СССР 1053833, М.кл. А 61 М 1/03, и "Способ получения обессоленной воды", патент RU 2136604 С1, М.кл. С 02 F 1/469, в которых осуществляются способы удаления веществ из жидких систем, воздействуя на них электрическим полем в диафрагменном электролизере. Известен и "Способ приготовления лекарственных препаратов", патент RU 2168981, С2, М.кл. А 61 К 9/08, А 61 N 1/44, С 02 F 1/461, где ввод химических элементов в жидкие системы осуществляется за счет изменения химического состава электродов диафрагменного электролизера.

К недостаткам способов электрической обработки полярных жидких систем относится невозможность удаления веществ из обрабатываемой жидкой системы через одну ионообменную мембрану электролизера с одновременным вводом в нее других веществ через другую ионообменную мембрану.

Известны устройства: "Устройство для гемодиализа", патент 1671314 и "Устройство для фильтрационной детоксации биологической жидкости", патент 1671315, М.кл. А 61 М 1/16, опубликованные 23.08.91 г., бюл. 31.

Указанные устройства выполняются на основе мембранных диализаторов и капиллярных плазмофильтров путем установки на патрубках ввода-вывода жидких систем электродов, подключенных к источнику постоянного тока, то есть данные устройства выполняют и функции электролизеров.

Недостатками этих устройств являются: небольшие площади электродов и обменных поверхностей, небольшие функциональные возможности, обусловленные воздействием на электроды только постоянного электрического тока, отсутствия воздействия на обрабатываемую жидкую систему электромагнитных полей, отсутствие регулировки показателей РН и ОВП в обрабатываемой жидкой системе. Указанные способы обработки жидких систем и устройства для их осуществления позволяют только удалять из них вещества.

Предлагаемый способ и устройство для электромагнитной обработки полярных жидких систем позволяет повысить эффективность удаления из них веществ, производить в эти системы ввод веществ, а также одновременное удаление из них одних веществ и введение в них других веществ. Это достигается за счет электромагнитных полей, электролиза, активации, диффузии, увеличения площади обменных поверхностей, уменьшения расстояния перемещения обменных частиц, фильтрации, осмоса. Причем обрабатываемая жидкая система может не иметь непосредственного контакта с электродами, и в нее не подается суспензия магнитного сорбента, чем исключаются нежелательные химические изменения в ней, а регулировка РН и ОВП обрабатываемой жидкой системы осуществляется за счет изменения параметров электрического тока, установки необходимых электродов, создающих заданные электромагнитные поля, изменения форм эластичных мембран при разности создаваемых давлений в камерах, изменения направлений и скоростей введения обменных и обрабатываемой жидких систем.

Для осуществления предлагаемого способа обработки полярных жидких систем, включая биологические, на них воздействуют различными электромагнитными полями, которые генерируют спиральные электроды трехкамерного диафрагменного электролизера. Достигается этот способ при помощи устройства, которое иллюстрируется чертежом, где показан общий вид одного из вариантов работы устройства.

На чертеже показан общий вид устройства в разрезе, состоящего из двух диэлектрических сочлененных чашеобразных элементов, образующих камеры 1 и 2, которые снабжены патрубками 3 и 4 для впуска и выпуска обменных электролитных жидких систем. Камеры 1 и 2 подключаются к источнику полярного электрического тока посредством электродов 5 и 6, которые выполнены в виде круговых конических спиралей для создания между ними магнитных полей, причем направление витков спиралей зависит от процесса ввода или вывода заданных веществ путем создания однонаправленного или разнонаправленных магнитных полей между камерами 1 и 2. Между камерами 1 и 2 через эластичные, пористые, полупроницаемые, ионообменные мембраны 7 (поверхности которых могут быть плоскими или с концентрическими выступами) устанавливается дополнительная камера 8, выполненная в виде полого диска, образованного узким кольцом и мембранами с двумя патрубками 9 и 10 для входа и выхода обрабатываемой жидкой системы. На кольцо камеры 8 может подаваться электрический потенциал, который создает ток смещения и управляет потоком ионов.

Устройство, например, работает следующим образом. Через патрубки 3 камеры 1 и 2 наполняют физиологическим диализирующим раствором (электролит). Кровь больного пропускают через проточную дополнительную камеру 8 при помощи вводного патрубка 9 и выводного патрубка 10 со скоростью 1-5 мл/с, что соответствует физиологической скорости кровотока. После заполнения камер 1, 2, 8 на титановые электроды 5 и 6 с однонаправленной правой навивкой спиралей, которые промотированы платиной, подается полярный пульсирующий (включая биоритмичность) электрический ток в пределах 11,2-5,6 мА/см², т.е. условия электролиза воды из крови. Понятие биоритмичности электрического тока подразумевает токи, которые могут создавать в дополнительной камере 8 электромагнитные поля, идентичные полям организма человека. Под действием тока в камерах 1, 2, 8 создаются электромагнитные поля. Однонаправленное магнитное поле между камерами 1 и 2 создает искажения электронной симметрии токсических веществ крови в камере 8 с ослаблением и разрывом их межмолекулярных связей на ионные, а также к появлению у них поляризационного парамагнетизма, что позволяет электродам 5 и 6 втягивать молекулы этих веществ через пористые, полупроницаемые, ионообменные мембраны 7 в камеры 1 и 2. Анод 5 под воздействием электрического и магнитного полей притягивает к себе в камеру 2 из камер 1 и 8 через мембраны 7 ионы-анионы, а также молекулы токсических веществ крови с искаженной электронной симметрией, увеличенной в сторону отрицательного заряда, и отдает из физиологического раствора камеры 2 в камеру 8 через ионообменную мембрану 7 ионы-катионы. Катод 6 под воздействием электрического и магнитного полей притягивает к себе из камер 2 и 8 через мембраны 7 ионы-катионы, а также молекулы токсических веществ крови с искаженной электронной симметрией, увеличенной в сторону положительного заряда. То есть осуществляется способ удаления веществ из полярной жидкой системы крови через одну ионообменную мембрану электролизера с одновременным введением в эту жидкую систему других веществ через другую ионообменную мембрану.

Камеры 1 и 2 работают в проточном режиме, физиологический раствор в них постоянно обменивается с регулирующей скоростью через вводные патрубки 3 и выводные патрубки 4. Процесс очистки крови осуществляется при одинаковых давлениях жидкостей в камерах 1, 2, 8. Однако при изменении скоростей протока обменных и обрабатываемой жидких систем и их давлений, которые могут осуществляться за счет известных насосов и клапанной арматуры, установленных, в зависимости от необходимости, на вводных и выводных патрубках 3, 4, 9, 10, и как известные устройства они не вошли в описание и чертеж. Указанная регулировка обеспечивает корректировку показателей РН и ОВП в обрабатываемой жидкой системе. Так, например, при изменении скоростей подачи и отвода физиологических растворов в камерах 1, 2 создают давление Р_ф, сначала меньше, чем давление крови Р_к в камере 8, затем больше, чем давление Р_к в камере 8. Причем давление в камере 1 и давление в камере 2 неодинаковы.

При создании Р_ф<Р_к и Р_ф1<Р_ф2, а также при автоматически закрытом клапане на выводном патрубке 10 и открытом вводном патрубке 9 эластичные мембраны 7 выгнутся в сторону ближайших электродов 5, 6, причем к электроду 6 ближайшая мембрана 7 выгнется больше. Увеличив свой объем, камера 8 подпитается порцией крови, предназначенной для обработки. Затем возможна задержка этого положения на необходимый период времени для осуществления более продолжительной обработки крови в электромагнитном поле. После чего по порядку автоматически закрывается клапан вводного патрубка 9 и открывается клапан выводного патрубка 10, а также создают следующие давления в камерах Р_ф>Р_к и Р_ф1<Р_ф2, что заставит мембраны 7 вогнуться в сторону ближайших электродов 5, 6, причем к электроду 6 ближайшая мембрана 7 вогнется меньше. Уменьшив свой объем, камера 8 выбросит из патрубка 10 порцию обработанной крови, причем в связи с тем, что геометрическое положение камеры 8 было смещено в сторону электрода 6, который является катодом, значение РН крови будет смещено в сторону щелочного значения. Далее автоматически закрывается патрубок 10 и открывается патрубок 9 и процесс закрытия-открытия патрубков 9, 10 и перемен давлений в камерах 1, 2 периодически повторяется. Ритмичность, т.е. период и частота сокращений мембран 7 может при необходимости совпадать и совмещаться с периодом и частотой сокращений сердца. Регулировка значений ОВП осуществляется также за счет изменения скоростей протока жидких систем в проточных камерах 1, 2, 8 и величин электрических потенциалов, подаваемых на электроды 5, 6 и кольцо камеры 8. Скорость протока жидкой системы через камеру определяет время обработки этой системы, от которого зависит показатель ОВП. Изменение скоростей протока обменных и обрабатываемой жидких систем и их давлений обеспечивает процесс регулировки показателей РН и ОВП очищаемой крови за счет коррекции расстояний между мембранами 7 и электродами 5 и 6. Путем предложенной очистки из крови удаляются токсические вещества: низко-, средне- и высокомолекулярные, кислые и щелочные, органические и неорганические, гидрофильные и гидрофобные. Эффективность процесса удаления токсических веществ повышается за счет дополнительного воздействия на кровь магнитных полей от электродов 5 и 6. Так как вектор электростатической силы и вектора сил Лоренца от камер 1 и 2 коллинеарны, т.е. все три вектора однонаправленны и суммируются.

Устройство является универсальным и позволяет производить процессы удаления, введения, одновременного удаления одних веществ и введение других веществ через дополнительную камеру трехкамерного диафрагменного электролизера и при других схемах и параметрах его подключения.

Одним из примеров схемы введения веществ в жидкую систему, например, кровь, пропускаемую через дополнительную камеру 8, является работа трехкамерного диафрагменного электролизера со спиральными электродами в следующем режиме. Устанавливаем спиральные электроды 5 и 6 с однонаправленной левой навивкой спиралей. Камеры 1 и 2 заполняем солевыми растворами, через камеру 8 пропускаем кровь. В камерах 1 и 2 создаем давление больше, чем в камере 8. Закрываем патрубки 4. При подаче электрического тока на электроды 5 и 6 вектора магнитных сил Лоренца коллинеарны, но противоположны электростатической силе, т.е. два вектора силы Лоренца однонаправленны против электростатической силы и вычитаются из нее, что обеспечивает замедление процесса переноса ионов, а при равенстве сил Лоренца и электростатической силы останавливается вывод ионов из камеры 8. Ввод солей в камеру 8 осуществляется за счет разности давлений в камерах.

Другим из примеров схемы одновременного удаления из жидкой системы одних веществ и введения в нее других веществ является работа трехкамерного диафрагменного электролизера со спиральными электродами в следующем режиме. Устанавливаем спиральный электрод 5 с правой навивкой спирали, а спиральный электрод 6 с левой навивкой спирали. Катодная камера 1 наполняется водой, через камеру 8 пропускаем кровь, а через анодную камеру 2 пропускаем, например, щелочной раствор. Во всех трех камерах создаем одинаковое давление. В катодной камере 1 закрываем патрубки 3 и 4. При подаче электрического тока на электроды 5 и 6 вектора магнитных сил Лоренца разнонаправленны, но вектор электростатической силы совпадает с вектором силы Лоренца в анодной камере и противоположен силе Лоренца в катодной камере, т.е. ускоряются процессы ионообмена между камерами 2 и 8 и замедляются процессы ионообмена между камерами 1 и 8, а при равенстве электростатической силы и силы Лоренца в катодной камере 1 перемещение ионов прекращается. Ввод и вывод веществ осуществляется через камеры 2 и 8.

Изобретение относится к способам и устройствам для обработки полярных жидких систем, включая биологические. Изобретение может быть использовано в различных областях техники, включая медицинскую, например, для детоксикации крови и других биологических систем. Жидкость пропускают через дополнительную камеру, отделенную от электродных камер двумя полупроницаемыми пористыми ионообменными мембранами. Через одну из мембран удаляют вещества из жидкости, в то время как через другую мембрану в жидкость вводят другие вещества. Электроды в камерах выполнены в виде круговых конусных спиралей. Мембраны выполнены эластичными. Дополнительная камера имеет возможность изменять объем и форму. Технический результат состоит в возможности использования данного способа как для ввода веществ в жидкость, так и для удаления веществ из жидкости. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ электромагнитной обработки полярных жидкостей, включающий пропускание жидкости через дополнительную камеру, отделенную от электродных камер двумя полупроницаемыми пористыми ионообменными мембранами и удаление веществ из жидкостей через одну из мембран, отличающийся тем, что одновременно с удалением веществ через одну из мембран производится ввод других веществ в жидкость через вторую мембрану. 2. Устройство для электромагнитной обработки полярных жидкостей, включающее электроды, установленные в проточных электродных камерах, имеющих патрубки ввода и вывода электролита, полупроницаемые пористые ионообменные мембраны, размещенные между электродными камерами с образованием дополнительной камеры с патрубками ввода и вывода обрабатываемой жидкости, источник электропитания с регулируемыми параметрами, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде круговых конусных спиралей, мембраны выполнены эластичными, с возможностью изменения объема и формы дополнительной камеры, при этом устройство выполнено с возможностью изменения давления и скорости протекания жидкостей во всех камерах. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что дополнительная камера соединена с источником электрического потенциала.