Micro Valvola di ritegno ( o di non ritorno ) stampata in 3d per applicazioni biomediche

Le valvole di ritegno sono dispositivi che consentono il flusso in una direzione, impedendo allo stesso tempo il flusso nella direzione opposta. Il design di questo dispositivo continua a migliorare con l’avanzare della tecnologia e le valvole di ritegno sono state ricavate da tutto, anche dal grafene e dall’idrogel per modellare leghe di memoria e materiali piezoelettrici. Le valvole di ritegno micro sono auto-controllate, si basano su variazioni di pressione per il funzionamento e vengono spesso utilizzate in aree di ingegneria biomedica come la somministrazione di farmaci e le procedure chirurgiche, a causa della loro economicità e rapidità di fabbricazione.

Un gruppo di ricercatori dell’Alfred State College , uno degli otto College of Technology del  sistema SUNY (State University of New York ), ha recentemente scritto un documento intitolato ” Valvola di ritegno micro 3D stampata per applicazioni biomediche “, in cui viene descritto come è stata utilizzata la stampa 3D e la modellazione SOLIDWORKS per lo sviluppo di una nuova micro valvola di ritegno per un’applicazione biomedica specifica: trasfusioni IV.

“Questo documento presenta la progettazione, la fabbricazione e il test di una micro valvola di ritegno utilizzata nella trasfusione di fluidi endovenosa”, hanno scritto i ricercatori. “L’obiettivo era progettare una valvola di ritegno che potesse essere classificata come un microsistema ed essere pienamente funzionale quando viene applicata in una trasfusione di IV. La valvola di non ritorno ha una sfera fluttuante all’interno delle piste. Quando il fluido viene spinto attraverso la valvola, la sfera si muoverà per aprire la camera di flusso, consentendo al fluido di passare. Quando il flusso si ferma, la palla scivolerà sulle piste per fermare qualsiasi flusso all’indietro. ”
Il progetto iniziale della micro valvola di ritegno utilizzato parti a sfera e presa, dove la sfera da 2 mm bloccherebbe il canale più piccolo da qualsiasi flusso all’indietro e quindi si depositerebbe in una presa perforata in modo che il fluido potesse passare. Quindi, la squadra ha aggiunto delle barre per tenere la palla nella camera e ha usato un fondo a cappuccio per coprire il canale più piccolo. Sono state aggiunte schede di piccole dimensioni, che si collegavano a queste barre in modo che la palla non ruotasse.

“Per migliorare le prestazioni della valvola, è stata progettata una valvola in tre parti che includeva un anello forato, un anello di contenimento con barre e una sfera con scanalature incise”, hanno spiegato i ricercatori. “La palla deve ancora contenere il fondo ricoperto per consentire una corretta prevenzione del flusso all’indietro, mentre le barre devono rimanere per contenere la palla. Quando il fluido esce dall’ingresso della valvola, la sfera viene spinta verso l’alto nell’anello perforato, consentendo al fluido di fluire liberamente attorno alla sfera attraverso i piccoli fori nell’anello. Una volta che il fluido smette di scorrere, la contropressione sull’uscita della valvola spingerà la sfera a filo contro l’ingresso della valvola, assicurando che nessun fluido sarà in grado di fluire all’indietro. ”
Il cappuccio sul fondo garantisce una tenuta perfetta sull’ingresso della valvola, impedendo così il flusso all’indietro. Questo disegno non usa una sfera caricata a molla, ma si basa piuttosto sulle leggi del flusso di pressione per avviare solo un flusso a senso unico.

Una  stampante 3D Form 2 è stata utilizzata per creare parti, modellate per prime in SOLIDWORKS, senza ABS. Le tre parti che componevano la valvola di ritegno – la sfera, l’ingresso della valvola e l’uscita dell’anello perforata – erano tutte stampate in 3D allo stesso tempo. La valvola completata è stata rivestita con uno strato sottile di parilene per renderlo sicuro per l’uso all’interno del corpo umano.

La valvola di ritegno è stata realizzata in due dimensioni, mentre quella più grande è stata utilizzata come rappresentazione visiva di ciò che stava accadendo all’interno della valvola di dimensioni normali, utilizzata per raccogliere dati e risultati dei test. Il team ha condotto test multipli sulle due valvole di ritegno per dimostrare che avrebbero permesso ai fluidi di passare liberamente attraverso, impedendo allo stesso tempo qualsiasi flusso all’indietro, tra cui sottoporre le valvole di ritegno stampate in 3D ad una certa pressione, oltre a vedere se qualsiasi liquido potesse liberamente fluire attraverso di essa senza molta pressione utilizzata.

“I test hanno dimostrato che il design della valvola di ritegno consentiva il flusso zero all’indietro consentendo al contempo il flusso attraverso il dispositivo nella direzione corretta ad una velocità di 98,6 μl / sec”, hanno concluso i ricercatori.
Volume di acqua colorata che passa attraverso la micro valvola di ritegno nel tempo nelle direzioni di flusso in avanti e indietro; Portata nelle direzioni di flusso in avanti e indietro della microvalvola.
I coautori del giornale sono  Abdou Mbaye ,  Colton Kreamer ,  Lukas Zink ,  Mitchell Fredenburg e Reza Rashidi.

La stampa 3D è stata utilizzata più volte per realizzare valvole per applicazioni biomediche. Ora, una micro valvola di ritegno può essere aggiunta all’elenco.

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