УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ НА ПРОНИКНОВЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2025 года по МПК G01N15/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение предназначено для проведения испытаний на проникновение, а именно это устройство и способ для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей.

Уровень техники

Предмет рассмотрения в данном разделе предпосылок не следует считать известным техническим решением только в связи с фактом его описания в данном разделе. Аналогичным образом не следует считать, что проблема, упомянутая в разделе предпосылок или связанная с его предметом рассмотрения, уже была признана решенной на предшествующем уровне развития техники. Предмет рассмотрения в данном разделе лишь отражает различные подходы, которые сами по себе могут иметь отношение к реализации заявленной технологии.

Существует несколько ситуаций воздействия на персонал инфекционных микроорганизмов, например, биологических агентов, в том числе генетически модифицированных, которые могут стать причиной инфекционного заболевания, аллергии или токсического воздействия. В некоторых условиях, например, в микробиологических лабораториях и на биотехнологических производствах, инфекционные агенты обычно хорошо известны. При других видах работ агенты, воздействию которых подвергаются сотрудники, могут быть неизвестны и можно оценить только возможные риски. Это имеет место, например, при проведении сельскохозяйственных работ, переработке отходов, в частности отходов больниц, ветеринарных лабораторий, а также при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. При работе во всех таких условиях необходима защитная одежда, чтобы предотвратить попадание инфекционного агента на кожу.

Сотрудники, в первую очередь медицинские работники, занимающиеся лечением пациентов, могут сами подвергнуться воздействию биологических жидкостей, способных передавать заболевания. В целом такие заболевания, вызванные различными микроорганизмами, представляют значительный риск для жизни медицинских работников. Так происходит в случае с вирусами, переносимыми биологическими жидкостями, которые вызывают гепатит (вирус гепатита В HBV и вирус гепатита С HCV), синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2). Во время проведения медицинской процедуры кровеносный сосуд пациента может быть проколот, в результате чего высокоскоростной поток крови попадает на кожу или слизистую оболочку медицинского работника. Скорость удара струи крови зависит от артериального давления пациента, а также от размера прокола и расстояния до него. Чем меньше или(и) ближе прокол, тем выше воздействие потока крови. Рекомендуется уменьшить вероятность прямого контакта с кожей при контакте с такими вирусами, используя защитную одежду, которая противостоит проникновению вируса.

Проницаемость материала относится к способности жидкостей и переносимых жидкостью частиц проникать в материал. Различные материалы имеют разную проницаемость в зависимости от их структуры. Некоторые материалы непроницаемы для некоторых жидкостей, то есть проникновение в них этих жидкостей невозможно. В действительности материалы являются полупроницаемыми для различных жидкостей.

В целях защиты сотрудников и медицинских работников, подвергающихся на работе воздействию патогенов, передающихся через кровь, или других инфекционных материалов, Агентство по охране труда и здоровья (OSHA) установило требования к проницаемости защитной одежды для патогенов, передающихся через кровь, и (или) других инфекционных материалов, т.е. стандарт, регулирующий воздействие патогенов, передающихся через кровь, на персонал при выполнении профессиональных обязанностей (56 FR 64004) от 6 декабря 1991 года. Защитная одежда может быть изготовлена из материалов как многоразового, так и одноразового применения. Множество материалов и технологий производства были разработаны в попытке соответствовать критериям безопасности, эффективности и удобства защитного барьера.

В последнее время значительное беспокойство вызывает вопрос безопасности медицинских работников и других лиц, контактирующих с биологической жидкостью, которая может содержать патогены, например SARS-CoV-2 и (или) ВИЧ, и другие инфекционные материалы. В некоторых тестах на проникновение проверяется проницаемость различных патогенов или частиц, передающихся через жидкость, помимо крови. В таких случаях для определения факта проникновения используются альтернативные средства обнаружения, отличные от визуальных. Например, химические детекторы или другие альтернативные детекторы используются в тех случаях, когда жидкость бесцветна и не может быть обнаружена визуально. Если жидкость бесцветная, в нее можно добавить красители или другие красящие вещества для облегчения процесса визуального обнаружения.

Испытания на проникновение материала проводятся с помощью тестеров, которые используют механизмы проникновения жидкости под давлением или ударные механизмы для демонстрации стойкости материала к проникновению жидкости. Такие тесты и тестеры описаны в следующих стандартах тестирования:

- Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) F903-18; Стандартный метод испытаний на устойчивость защитной одежды к проникновению жидкостей,

- ASTM 1670/F1670M-17a; Стандартный метод испытаний на устойчивость материалов, используемых в защитной одежде, к проникновению синтетической крови;

- ASTM F1671/F1671M-13; Стандартный метод испытаний на устойчивость материалов, используемых в защитной одежде, к проникновению возбудителей заболеваний, передающихся через кровь, с использованием бактериофага Phi-X174 в качестве тест-системы,

- Международная организация по стандартизации (ISO) 16604:2004(en); Одежда для защиты от контакта с кровью и биологическими жидкостями. Определение устойчивости материалов защитной одежды к проникновению возбудителей заболеваний, передающихся через кровь, метод испытания с использованием бактериофага Phi-X174, и

- Индийский стандарт (IS) 16546:2106; Одежда для защиты от контакта с кровью и биологическими жидкостями, определение устойчивости материалов защитной одежды к проникновению крови и биологических жидкостей, метод испытания с использованием синтетической крови.

Согласно вышеуказанным стандартам испытаний испытуемый материал устанавливается в испытательную ячейку, которая, в свою очередь, подключается к линии воздушного давления. Затем испытуемый материал подвергают воздействию жидкостью для испытания в течение заданного периода времени при заданном давлении воздуха. Данные методы испытаний основаны на воздействии на испытуемые материалы гидростатического давления в замкнутом пространстве, что не является репрезентативным для реальных условий, в которых работают владельцы защитной одежды, когда поток жидкости воздействует на внешние поверхности материала защитной одежды, кожу или слизистую оболочку владельца. Под действием гидростатического давления в замкнутом пространстве происходит неестественное расширение, растяжение и разрыв структуры материала, что приводит к разрушению барьера между жидкостью и патогеном, и достигаются отрицательные результаты испытаний на проникновение жидкости и патогена. Таким образом, методы с использованием гидростатического давления в замкнутом пространстве слишком строги для защитной одежды и неоправданно дороги для производителей и потребителей.

Другие примеры тестирования защитной одежды на проникновение:

- ASTM F1862/F1862M-17, Стандартный метод испытания устойчивости медицинских лицевых масок к проникновению синтетической крови (горизонтальная проекция фиксированного объема с известной скоростью),

- ISO 22609:2004, Одежда для защиты от инфекционных агентов (медицинские лицевые маски), метод испытания на устойчивость к проникновению синтетической крови (фиксированный объем, горизонтально проецируемый), и

- IS 16289:2014, Медицинский текстиль (хирургические лицевые маски), спецификации.

Вышеуказанные стандарты испытаний требуют наличия устройства, в котором испытуемый образец устанавливается на приспособление для удержания образца, и поток предварительно выбранного количества крови / патогенного барьера / биологической жидкости воздействует на испытуемый образец под предварительно выбранным давлением. Наконечник для выброса струи соединен с линией давления и резервуаром с кровью / патогенным барьером / биологической жидкостью для выброса струи под требуемым давлением.

Устройства, используемые в описанных выше методах испытаний, обычно имеют сложную конструкцию, тяжелы в настройке, трудоемки в использовании, трудно очищаемы, полупортативны и не подходят для использования в полевых условиях и дороги. Для определения проницаемости различных материалов для крови или биологических жидкостей в прошлом были предприняты усилия по поиску простого способа и устройства для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей.

Поэтому в данной области существует потребность в простой и эффективной методике испытания защитной одежды на проникновение жидкостей, не требующей сложного и дорогостоящего оборудования.

Настоящее изобретение было разработано с учетом вышеизложенных обстоятельств, и его целью является создание нового устройства и способа для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей.

Раскрытие сущности изобретения

Предметом настоящего изобретения является создание надежного и эффективного устройства для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей, таких как патогены, переносимые с кровью, или биологическими жидкостями, и способа его применения.

Другим предметом настоящего изобретения является создание экономичного и простого устройства для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей и способа его применения.

Еще одним предметом настоящего изобретения является создание устройства для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей, включающий сверхпортативные модульные компоненты, и способа его применения.

Еще одним предметом настоящего изобретения является создание устройства и способа для испытания защитной одежды на проникновение испытательной жидкости, которые позволяют точно определить диапазон давлений, выдерживаемый испытуемым образцом перед проникновением испытательной жидкости.

Еще одним предметом настоящего изобретения является создание устройства и способа для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей, которые подходят для использования в лабораторных и полевых условиях как техническими, так и нетехническими специалистами.

Кроме того, еще одним предметом настоящего изобретения является создание устройства и способа для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей, способные эффективно имитировать реальные условия эксплуатации путем воздействия гидростатическим и механическим давлением на поверхность испытуемого образца в не замкнутом пространстве.

И еще одним предметом настоящего изобретения является создание устройства и способа для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей, которые вызывают минимальный прогиб, расширение, растяжение или раздвигание испытуемого образца.

Для решения вышеуказанных технических проблем с достижением результатов согласно одному из аспектов настоящего изобретения, рассмотрено устройство для испытания испытуемого образца на проникновение жидкости и способ его применения.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения устройство включает в себя фиксатор испытуемого образца и рассеиватель жидкости для подачи с постоянной скоростью потока предварительно определенного количества испытательной жидкости на целевую область испытуемого образца. Рассеиватель жидкости включает в себя шприц с плунжером и иглой, присоединенной к нему, и привод шприца для создания давления на плунжер, чтобы обеспечить выброс испытательной жидкости, находящейся в шприце, через иглу на целевую область испытуемого образца.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения фиксатор испытуемого образца устанавливается на заранее определенном расстоянии от рассеивателя жидкости.

В другом варианте реализации настоящего изобретения привод шприца оказывает давление на плунжер с постоянной скоростью.

В третьем варианте реализации настоящего изобретения предварительно определенное количество испытательной жидкости составляет от 0,1 мл до 10 мл.

В следующем варианте реализации настоящего изобретения струя предварительно определенного количества испытательной жидкости воздействует на целевую область испытуемого образца под предварительно определенным давлением в диапазоне от 10 мм рт. ст. до 250 мм рт. ст.

Кроме того, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения устройство дополнительно включает детектор проникновения для количественного определения степени проникновения испытательной жидкости на целевую область испытуемого образца.

В другом - фиксатор испытуемого образца включает переднюю стенку и внешнюю дверцу. В передней стенке имеется вырез, в котором расположена выпуклая подложка для установки испытуемого образца. Выпуклая подложка расположена между передней стенкой и внешней дверцей.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения выпуклая подложка имеет прорезь, позволяющую пользователю визуально определить степень проникновения испытательной жидкости на целевую область испытуемого образца.

Другой аспект настоящего изобретения относится к способу испытания образца на проникновение испытательной жидкости. Способ включает в себя установку испытуемого образца в фиксатор, подачу давления к плунжеру шприца с постоянной скоростью с помощью привода шприца, чтобы обеспечить выброс испытательной жидкости, находящейся в шприце, в направлении целевой области испытуемого образца, и диспергирование шприцем потока предварительно определенного количества испытательной жидкости на целевую область испытуемого образца с постоянной скоростью.

В другом варианте реализации настоящего изобретения способ включает этап, на котором поток предварительно определенного количества испытательной жидкости воздействует на целевую область испытуемого образца под предварительно определенным давлением.

Другие аспекты и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего описания, рассматриваемого в сочетании с прилагаемыми чертежами, иллюстрирующими в качестве примера принципы изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показано устройство для испытания образца на проникновение испытательной жидкости в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения.

На фиг. 2 показана блок-схема способа испытания образца на проникновение испытательной жидкости в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения.

На фиг. 3A и 3B показаны графики корреляции для определения расхода испытательной жидкости при необходимом давлении выталкивания в одном из вариантов реализации настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Подробное описание, приведенное ниже вместе с прилагаемыми чертежами, предназначено для описания различных вариантов реализации настоящего изобретения и не является единственным вариантом его реализации. Каждый вариант реализации, описанный в настоящем документе, приведен только в качестве примера или иллюстрации настоящего изобретения и не обязательно должен рассматриваться как предпочтительный или преимущественный по сравнению с другими вариантами. Подробное описание включает в себя заранее определенные детали для обеспечения глубокого понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано без таких заранее определенных деталей.

Следует также отметить, что использование в настоящем документе и в прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включает множественное число, если контекст явно не указывает на иное. Хотя любые системы и способы, аналогичные или эквивалентные описанным в настоящем документе, могут быть использованы в практике или при тестировании вариантов реализации настоящего изобретения, далее описаны предпочтительные системы и способы.

Далее примерные варианты реализации изобретения будут описаны более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны примерные варианты реализации изобретения. Однако настоящее изобретение может быть реализовано в различных формах, а не только как указано в данном документе. Данные варианты реализации представлены настолько полно и всесторонне, что объем раскрытия будет полностью понятен специалистам в данной области. Более того, все приведенные в настоящем документе варианты реализации изобретения, а также их предварительные примеры предназначены для рассмотрения их структурных и функциональных эквивалентов. Кроме того, предполагается, что такие эквиваленты включают как уже существующие эквиваленты, так и разработанные в будущем эквиваленты (т. е. любые разработанные элементы, выполняющие ту же функцию, независимо от конструкции).

Настоящее изобретение представляет собой устройство и способ для испытания образца защитной одежды на проникновение в него испытательной жидкости. В качестве испытательной жидкости могут выступать биологические жидкости, патогены, переносимые с кровью, или биологические микроорганизмы. Устройство и способ для испытания позволяют измерить устойчивость материалов, используемых для производства защитной одежды, например текстильных материалов для использования в медицине, к воздействию испытательной жидкости путем диспергирования потока известного количества испытательной жидкости под заранее заданным давлением на испытуемый образец материала защитной одежды, установленный на требуемом расстоянии. Таким образом, настоящее изобретение в определенной степени представляет собой устройство для выброса предварительно выбранного количества испытательной жидкости с предварительно выбранным давлением или скоростью на испытуемый образец, установленный на заданном расстоянии, и способ применения данного устройства.

Настоящее изобретение устраняет проблемы, связанные с обычными устройствами и способами тестирования, предоставляя устройство и способ для диспергирования известного количества жидкого потока под заданным давлением на образец, установленный на нужном расстоянии. Устройство и способ, входящие в изобретение, позволяют пользователю быстро и удобно определять устойчивость материалов защитной одежды, т.е. испытуемых образцов, например текстильных материалов для использования в медицине, в том числе медицинских масок, средств индивидуальной защиты (СИЗ), хирургических перчаток, чехлов для медицинских ботинок, халатов, фартуков и т. п., к воздействию жидкостей, например крови, биологических жидкостей, жидкостей, содержащих патогены, или других жидкостей. При необходимости компоненты устройства легко отсоединяются или заменяются, что повышает его портативность. Кроме того, выбирая соответствующие компоненты, можно изменять скорость потока жидкости и ее количество для измерения ее проникновения в испытуемый образец без использования сложных устройств.

На фиг. 1 схематично показано устройство (100) для испытания образца на проникновение испытательной жидкости в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения. Устройство (100) включает в себя фиксатор испытуемого образца (102) для его крепления. Фиксатор испытуемого образца (102) может быть изготовлен из такого материала, как прозрачный полимер или стекло. Фиксатор испытуемого образца (102) установлен на платформе (104) и имеет форму открытого прозрачного ящика. Испытуемый образец может быть сформирован из материала, состоящего из композитной ткани.

Фиксатор образца (102) включает переднюю стенку (106) с вырезом, приспособленным для установки выпуклой подложки (108), на которой закреплен испытуемый образец. Выпуклая подложка (108) представляет собой сплошную секцию, закрепленную на внешней дверце (110) фиксатора испытуемого образца (102). Испытуемый образец устанавливается на выпуклую подложку (108), прикрепленную к внешней дверце (110), которая соединена с фиксатором испытуемого образца (102) кольцевыми петлями (112). Внешняя дверца (110) может быть закрыта, когда испытуемый образец находится в положении между передней стенкой (106) и внешней дверцей (110). Внешняя дверца (110) может закрываться с помощью магнитных полос (114), расположенных вдоль передней стенки (106). Внешняя дверца (110) может быть изготовлена из прозрачного полимерного материала или стекла.

Выпуклая подложка (108) и внешняя дверца (110) могут содержать прорези по центру, чтобы пользователь мог визуально определить степень проникновения испытательной жидкости в испытуемый образец. В одном из вариантов реализации изобретения прорези выпуклой подложки (108) и внешней дверцы (110) могут использоваться для определения проникновения испытательной жидкости на внутреннюю поверхность испытуемого образца. Прорези выпуклой подложки (108) и внешней дверцы (110) могут быть закрыты резиновыми манжетами (116), закрепленными на передней стенке (106). Резиновые манжеты (116) приспособлены для протягивания испытуемого образца по выпуклой подложке (108).

Устройство (100) включает в себя рассеиватель жидкости (150) для диспергирования потока предварительно определенного количества испытательной жидкости на целевую область образца с постоянной скоростью. Рассеиватель жидкости (150) может быть размещен на платформе (104) на заранее определенном расстоянии от фиксатора испытуемого образца (102). Рассеиватель жидкости (150) включает в себя шприц (152) с корпусом (154), плунжером (156) и иглой (158), прикрепленной к шприцу. В корпус (154) шприца (152) помещается определенное количество испытательной жидкости.

Рассеиватель (150) испытательной жидкости также включает в себя привод шприца (160) для подачи давления на плунжер (156) с постоянной скоростью, чтобы обеспечить выброс испытательной жидкости, находящейся в корпусе (154) шприца (152), через иглу (158) в целевую область образца, установленного на выпуклой подложке (108). Для этого поток предварительно определенного количества испытательной жидкости воздействует на целевую область испытуемого образца под предварительно определенным давлением. Игла (158), присоединенная к шприцу (152), совмещена с центром целевой области испытуемого образца. Расстояние кончика иглы (158) может быть отрегулировано в соответствии с желаемым расстоянием кончика от фиксатора испытуемого образца (102). Привод шприца (160) может включать в себя пневматическое устройство для перемещения плунжера (156) с целью сжатия объема корпуса (154) шприца (152) с постоянной скоростью.

Рассеиватель (150) испытательной жидкости размещен на платформе (104) на заранее определенном расстоянии от испытуемого образца для выброса заранее выбранного количества испытательной жидкости в виде струи под постоянным заранее выбранным давлением, так что испытательная жидкость, выбрасываемая через иглу (158) шприца (152), поступает с постоянной скоростью в атмосферу и с требуемым давлением на целевую область испытуемого образца, установленного на выпуклой подложке (108). Испытательная жидкость, выбрасываемая через иглу (158) шприца (152), может представлять собой жидкость на водной основе, выбранную из группы, состоящей из синтетической крови, жидкости, содержащей патогены, и биологических жидкостей.

В предпочтительном варианте реализации изобретения на корпусе (154) шприца (152) нанесены объемные калибровки, благодаря которым объем дозируемой испытательной жидкости можно легко определить путем визуального осмотра. Плунжер (156) шприца (152) предпочтительно снабжен газонепроницаемым уплотнением, желательно из резины или политетрафторэтилена (ПТФЭ). Кроме того, желательно, чтобы игла (158) шприца (152) легко отсоединялась от шприца (152), чтобы шприцы разных размеров или содержащие различные количества испытательной жидкости можно было присоединять к одной и той же игле и отсоединять от нее. Игла (158) может присоединяться к шприцу (152) с помощью фитинга Luer-Lok или других подобных средств крепления, хорошо известных специалистам в данной области. Игла (158) может быть изготовлена из любого металла, предпочтительно из нержавеющей стали. В качестве альтернативы можно использовать иглы из других материалов, например пластика или ПТФЭ. Давление, при котором поток испытательной жидкости рассеивается, зависит от внутреннего диаметра иглы (158), используемой в конкретном случае. Например, игла с внутренним диаметром 0,328 мм подходит для использования со шприцем объемом 50 или 100 мл. Игла (158) может быть любой длины, и предпочтительно, чтобы открытый конец иглы (158) был скошенным, однако можно использовать и иглы с прямыми концами.

Можно использовать любой шприц, подходящий для работы с диспергируемой жидкостью. Размер шприца (152) выбирается в зависимости от скорости потока испытательной жидкости или желаемого давления, под которым должна выходить испытательная жидкость. Наиболее предпочтительно использовать в качестве шприца (152) газонепроницаемый шприц того типа, который обычно используется для инъекций. Например, газонепроницаемые шприцы емкостью 50 мл или 100 мл подходят для использования в устройстве (100) и способе (200), входящих в настоящего изобретение. Предпочтение отдается газонепроницаемым шприцам, поскольку они способны удерживать жидкость без испарения или утечки. Следует отметить, что термин «шприц», используемый в настоящем документе, относится к любому стандартному шприцу, имеющему корпус, плунжер, сопряженный с корпусом, наконечник и полую иглу того типа, который обычно используется для инъекций. Игла присоединяется к наконечнику шприца. Предпочтительно, чтобы корпус шприца был стеклянным, однако можно использовать и шприцы из других материалов, например пластика или металла.

Предварительно выбранное давление, при котором испытательная жидкость воздействует на испытуемый образец, составляет от около 10 мм рт. ст. до около 250 мм рт. ст. Предварительно выбранное давление, при котором испытательная жидкость воздействует на испытуемый образец, предпочтительно составляет от 50 мм рт. ст. до 200 мм рт. ст.

Предварительно выбранное количество испытательной жидкости составляет от примерно 0,1 мл до примерно 10 мл. Желательно, чтобы предварительно выбранное количество испытательной жидкости составляло от 0,5 мл до 8 мл. Предпочтительнее, чтобы предварительно выбранное количество испытательной жидкости составляло от 1,0 мл до 5 мл.

Предварительно заданное расстояние от кончика иглы (158), выбрасывающей струю испытательной жидкости в сторону испытуемого образца, составляет от 100 мм до 400 мм.

Устройство (100) может также включать в себя детектор проникновения для количественного определения степени проникновения испытательной жидкости в целевую область испытуемого образца. Детектор проникновения может включать в себя любой из химических детекторов, радиоактивных детекторов и подобных им для определения степени проникновения жидкости в испытуемый образец с использованием стандартных лабораторных процедур. Для облегчения определения степени проникновения испытательной жидкости может быть окрашена подходящим красителем или колорантом.

На фиг. 2 показана блок-схема способа (200) испытания образца на проникновение испытательной жидкости. На этапе (S202) способ (200) включает установку испытуемого образца на фиксатор (102). На этапе (S204) подают давление на плунжер (156) шприца (152) приводом шприца (160), чтобы обеспечить постоянную скорость выброса испытательной жидкости, находящейся в корпусе (154) шприца (152), в направлении целевой области испытуемого образца. Затем на этапе (S206) способ включает в себя разбрызгивание потока предварительно определенного количества испытательной жидкости на целевую область испытуемого образца шприцем (152) с постоянной скоростью.

В другом варианте реализации настоящего изобретения способ может также включать этап (S208), на котором поток предварительно определенного количества испытательной жидкости воздействует на целевую область испытуемого образца под предварительно определенным давлением.

На этапе (S204) подачи давления на плунжер (156) шприца (152) поток испытательной жидкости подается из шприца (152) в испытуемый образец через иглу (158) с постоянной скоростью. Можно использовать любые подходящие средства для подачи давления на шприц (152). Однако предпочтительнее использовать устройство, специально предназначенное для создания давления на плунжер (156). Желательно использовать привод шприца (160), способный толкать плунжер (156) шприца (152) таким образом, чтобы плунжер (156) двигался непрерывно с постоянной желаемой скоростью, тем самым дозируя поток испытательной жидкости из шприца (152), вытекающий с постоянной скоростью. Можно использовать любое устройство, способное толкать плунжер (156) шприца с постоянной скоростью. Для дозирования жидкости из шприца (152) с постоянной скоростью предпочтительно используют шприцевой привод, например имеющийся в продаже шприцевой насос Kd Scientific, модель KDS 100. Кроме того, можно использовать шприцевые насосы, например, имеющиеся в продаже от Cole-Parmer или Sigma-Aldrich.

В одном из вариантов реализации для измерения устойчивости хирургической маски N95 к воздействию синтетической крови испытуемый образец хирургической маски N95 устанавливали на выпуклую подложку (108), закрепленную на внешней дверце (110), которая удерживалась в закрытом положении магнитными полосками (114) вдоль передней стенки (106). Испытательная жидкость синтетической крови с pH 7,0 ± 0,5 и поверхностным натяжением 0,042 ± 0,002 заливалась в газонепроницаемый корпус (154) стеклянного шприца объемом 50 мл с внутренним диаметром около 27,5 мм, соединенный с иглой (158) с коническим наконечником с размером отверстия 0,328 мм.

Для подачи постоянного давления на плунжер (156) шприца (152) в качестве привода шприца (160) мог использоваться шприцевой инфузионный насос.

Для измерения способности испытуемого образца защищаться от потока, содержащего 2 мл синтетической крови под давлением 160 мм рт. ст., соответствующая скорость потока синтетической крови устанавливалась на уровне 0,54 мл/с (согласно графику корреляции, представленному на фиг. 3A). Расстояние от испытуемого образца до кончика иглы (158) могло быть установлено на 305 мм, а осевая линия иглы (158) могла быть выровнена по центру целевой области испытуемого образца. Струя синтетической крови выбрасывалась на целевую область испытуемого образца, и через 10 секунд визуально проверялось наличие проникновения синтетической крови на внутреннюю поверхность испытуемого образца наблюдением через вырез выпуклой подложки (108), закрепленной на внешней дверце (110). Если проникновение синтетической крови не очень хорошо видно, можно было использовать бумажную салфетку, чтобы обнаружить проникшую синтетическую кровь на внутренней поверхности испытуемого образца. Появление испытательной жидкости на внутренней поверхности испытуемого материала на выпуклой подложке (108) означает, что испытуемый материал не прошел испытание под определенным давлением. Такое давление может измеряться в фунтах на квадратный дюйм, кг/см², кПа, мм рт. ст. и т.д. Применяемый расход на шприце (152) затем определялся по корреляционным графикам на фиг. 3A и 3B или же могли быть построены другие корреляционные графики в зависимости от размера отверстия иглы (158), присоединенной к шприцу (152). Таким образом, увеличивая или уменьшая скорость потока и внутренний диаметр иглы (158), можно увеличивать или уменьшать давление испытательной жидкости на целевую область испытуемого образца.

Устройство (100) и способ (200), входящие в изобретение, подходят для оценки материалов защитной одежды, например текстильных материалов медицинского назначения, особенно медицинских лицевых масок, при воздействии потока исследуемых жидкостей, включая биологические жидкости, например жидкости, содержащие патогены, кровь, мочу и т. д. Устройство (100) и способ (200) подходят для измерения защитных свойств любого текстильного материала при воздействии любой жидкости, которая может быть распылена в виде струи или брызг.

Устройство и способ, входящие в изобретение, позволяют пользователю быстро и удобно определять устойчивость материалов защитной одежды, например текстильных материалов для использования в медицине, особенно медицинских лицевых масок, к воздействию испытательных жидкостей, включая кровь, биологические жидкости, жидкости, содержащие патогены, или другие жидкости. При необходимости шприц (152) можно легко отсоединить от иглы (158), извлечь из устройства (100), наполнить другой жидкостью и снова подсоединить, или заменить новым шприцем, при этом не нарушая работу устройства (100). Аналогичным образом шприц (152) может быть отсоединен и заменен другим шприцем большего или меньшего объема, что позволяет легко, надежно и быстро изменять давление или скорость выброса испытательной жидкости. Выбрав подходящий объем шприца (152), скорость сжатия шприца (152) и скорость потока испытательной жидкости, можно добиться широкого диапазона давлений или количества потоков для измерения степени проникновения в испытуемый образец без использования сложного оборудования.

На фиг. 3A и 3B показаны графики корреляции для определения скорости потока испытательной жидкости при желаемом давлении выталкивания для размеров отверстий иглы (158) 0,328 мм и 0,474 мм, соответственно. Скорость, с которой сжимается шприц (152), и размер, т.е. внутренний диаметр, шприца (152) контролируют скорость или давление выброса потока испытательной жидкости. Результирующее давление, при котором поток воздействует на образец, может быть легко преобразовано в скорость потока в соответствии с графиками корреляции, показанными на фиг. 3A и 3B для конкретных размеров отверстий наконечника (11). Таким образом, можно мгновенно и удобно изменять давление и объем потока испытатель жидкости, необходимые для измерения сопротивления испытуемого образца. Точность давления, при котором испытательная жидкость воздействует на образец, зависит только от точности калибровки объема шприца (152), калибровки внутреннего диаметра иглы (158), присоединенной к шприцу (152), и постоянства скорости, с которой плунжер (156) шприца (152) перемещается приводом шприца (160).

Кроме того, давление испытательной жидкости, выбрасываемой из кончика иглы (158), можно легко и быстро изменять, изменяя скорость потока испытательной жидкости или скорость сжатия плунжера (156) шприца (152). Таким образом, устройство (100) и способ (200) исключают необходимость использования дорогостоящего оборудования, такого как сжатый воздух и отдельный резервуар для испытательной жидкости.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения давление выброса потока испытательной жидкости преобразуется в скорость потока. Поскольку расход зависит от скорости потока и времени его подачи, значения этих величин рассчитываются на основе уравнения Бернулли, которое описывает условия течения жидкости в двух или более точках вдоль линии потока:

где P₁ и P₂ - давления двух потоков жидкости, v₁ и v₂ - скорости потоков, z₁ и z₂ - соответствующие высоты над заданной плоскостью, ₁ и ₂ - плотности двух жидкостей соответственно, g - гравитационная постоянная, h_L - тепловые потери.

При определении угрозы воздействия испытательной жидкости, например биологической жидкости, патогена или брызг крови, было сделано несколько предположений, которые были включены в уравнение Бернулли. Если в качестве испытательной жидкости используется кровь, предполагается, что поток испытательной жидкости через кровеносный сосуд будет медленным по сравнению с потоком испытательной жидкости через отверстие прокола. Тогда членом v₁ можно пренебречь и принять его за нуль. Аналогичным образом поскольку высота кровеносного сосуда (шприца) и выходящей струи одинакова, членами, относящимися к высоте (z₁ и z₂), можно пренебречь. Потерей тепла также можно пренебречь, поскольку возможность потерь на трение между внутренними и внешними стенками кровеносного сосуда крайне мала.

Давление в свободном потоке жидкости равно нулю. Учитывая данный факт и вышеприведенные предположения, уравнение Бернулли сводится к следующему:

Затем можно решить следующее уравнение для скорости:

Время подачи (t) может быть определено с помощью скорости, рассчитанной выше, и объема жидкости (V), которая проходит через отверстие (d) иглы (158), используя следующее уравнение:

Расход потока испытательной жидкости рассчитывается путем деления объема испытательной жидкости (V) на время подачи (t), рассчитанное выше.

Устройство (100) и способ (200), входящие в настоящее изобретение, предоставляют пользователю возможность гибко воздействовать на испытуемый образец в широком диапазоне давлений выталкивания и количества испытательной жидкости без использования сложного оборудования. Устройство (100) и способ (200) подходят для выброса испытательной жидкости под давлением, например, от около 10 мм рт. ст. до около 250 мм рт. ст. с 0,1 мл до 10 мл жидкости, предпочтительно от около 50 мм рт. ст. до около 200 мм рт. ст. с 1 мл до 5 мл жидкости. Устройство (100) и метод (200) особенно подходят для выталкивания потока жидкости под давлением в диапазоне от 60 мм рт. ст. до 2000 мм рт. ст. с помощью иглы с внутренним диаметром 0,328 мм.

Настоящее изобретение обеспечивает качественный анализ испытуемого образца, используемого для выбора материалов, способных выдерживать проникновение конкретных испытательных жидкостей и контрольных веществ, например крови, переносимые кровью патогенов и биологических жидкостей, при наибольшем давлении, а также в качестве инструмента контроля качества продукции. Одним из многочисленных применений такого качественного анализа является разработка защитной одежды, например перчаток, нарукавных щитков, фартуков, халатов, костюмов, шапок, ботинок, защитных масок и других подобных предметов, которые могут ограничить воздействие опасных и биологических жидкостей на человека.

Настоящее изобретение также предусматривает качественный анализ использования испытательной жидкости, содержащей патоген, который может проникнуть в испытуемый образец без видимых признаков такого проникновения. Подтверждение проникновения патогена может быть определено с помощью стандартных лабораторных процедур.

Устройство и способ, входящие в настоящее изобретение, полезны для измерения и сравнения стойкости материалов защитной одежды путем испытания на проникновение струи предварительно выбранного количества испытательной жидкости под заданным давлением, и особенно полезны в тех случаях, когда требуется быстрое и надежное изменение давления или объема струи, выбрасываемой на образец. Таким образом, настоящий портативный устройство и способ полезны для испытания на проникновение материалов защитной одежды, например текстильных материалов для использования в медицине.

Принимая во внимание настоящий документ, описывающий настоящее изобретение, все изменения, модификации и вариации в пределах значения и диапазона эквивалентности считаются входящими в объем и сущность изобретения. Следует понимать, что описанные выше аспекты и варианты реализации раскрытия могут быть использованы в любой комбинации друг с другом. Несколько аспектов и вариантов реализации могут быть объединены вместе, чтобы создать еще один вариант реализации изобретения.

Настоящее изобретение представляет собой устройство (100) и способ (200) для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей. Устройство (100) включает в себя фиксатор образца (102) и рассеиватель (150) испытательной жидкости для подачи потока предварительно определенного количества испытательной жидкости на целевую область испытуемого образца с постоянной скоростью. Рассеиватель (150) включает в себя шприц (152) с плунжером (156) и иглой (158), присоединенной к шприцу, и привод шприца (160) для создания давления на плунжер (156), чтобы обеспечить выброс испытательной жидкости, находящейся в шприце (152), через иглу (158) на целевую область испытуемого образца. Технический результат - создание надежного и эффективного устройства для испытания защитной одежды на проникновение жидкостей, таких как патогены, переносимые с кровью, или биологическими жидкостями, и способа его применения. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для испытания образца на проникновение испытательной жидкости, содержащее:

фиксатор испытуемого образца (102) для поддержки испытуемого образца; и

рассеиватель (150) испытательной жидкости для диспергирования потока заранее определенного количества испытательной жидкости с заранее определенной скоростью на целевую область испытуемого образца,

при этом рассеиватель (150) включает в себя:

шприц (152), имеющий плунжер (156) и иглу (158); и

привод шприца (160) для подачи давления на плунжер (156), чтобы обеспечить выброс испытательной жидкости, находящейся в шприце (152), через иглу (158) на целевую область испытуемого образца.

2. Устройство по п. 1, в котором фиксатор испытуемого образца (102) установлен на заранее определенном расстоянии от рассеивателя (150).

3. Устройство по п. 1, в котором привод шприца (160) выполнен с возможностью оказания давления на плунжер (156) с постоянной скоростью.

4. Устройство по п. 1, в котором обеспечено воздействие струи предварительно определенного количества испытательной жидкости на целевую область испытуемого образца при предварительно определенном давлении в диапазоне от 10 мм рт. ст. до 250 мм рт. ст.

5. Устройство по п. 1, которое также включает в себя детектор проникновения для количественного определения степени проникновения испытательной жидкости в целевую область испытуемого образца.

6. Устройство по п. 1, в котором фиксатор образца (102) образован передней стенкой (106) и внешней дверцей (110), причем передняя стенка (106) выполнена с вырезом, в котором установлена выпуклая подложка (108), предназначенная для крепления образца для испытания.

7. Устройство по п. 6, в котором выпуклая подложка (108) расположена между передней стенкой (3) и внешней дверцей (110).

8. Устройство по п. 6, в котором выпуклая подложка (108) выполнена с прорезью, позволяющей пользователю визуально определить степень проникновения испытательной жидкости в целевую область испытуемого образца.

9. Устройство по п. 1, в котором предварительно определенное количество испытательной жидкости составляет от 0,1 мл до 10 мл.

10. Способ испытания образца на проникновение испытательной жидкости, включающий следующие этапы:

установка (S202) испытуемого образца на фиксатор (102);

подача (S204) давления на плунжер (156) шприца (152) с постоянной скоростью с помощью привода шприца (160) для обеспечения выброса испытательной жидкости, находящейся в шприце (152), на целевую область испытуемого образца; и

диспергирование (S206) потока предварительно определенного количества испытательной жидкости на целевую область испытуемого образца шприцем (152) с постоянной скоростью.

11. Способ по п. 10, который также состоит из этапов, позволяющих (S208) струе предварительно определенного количества испытательной жидкости воздействовать на целевую область испытуемого образца при предварительно определенном давлении в диапазоне от 10 мм рт. ст. до 250 мм рт. ст.