Muovinen virtausanturi kosteisiin olosuhteisiin

Abstract

Side Stream Spirometria[(tm)] on keuhkojen toiminnan seuraamiseen kehitetty mittausmenetelmä, joka perustuu potilaan hengityspiiriin asetettuun anturiin. Aikaisemmissa tutkimuksissa on havaittu, että anturin sisäpinnalle tiivistyvä vesi vääristää mittaustuloksia. Pisarat pienentävät anturin halkaisijaa, jolloin anturin mittaamat paine-erot puolestaan kasvavat. Anturit tehdään yleensä muovista, koska kappaleista halutaan edullisia ja helposti valmistettavia. Tekniset muovit ovat kuitenkin hydrofobisia, jolloin kappaleen pinta hylkii vettä ja pisaroista tulee korkeita. Tässä työssä on tutkittu erilaisia muovin pintaominaisuuksien modifiointiin soveltuvia menetelmiä, joilla vesipisaroiden kontaktikulmaa muovikappaleen kanssa voitaisiin alentaa, ja siten madaltaa tiivistyviä pisaroita. Työn teoriaosassa on aluksi tarkasteltu kliinistä mittausympäristöä ja tiivistyvän kosteuden vaikutuksia. Tämän jälkeen on käsitelty kiinteän aineen ja nesteen välisen rajapinnan ominaisuuksia, kuten pintaenergiaa ja kontaktikulmaa. Pääpaino teoreettisissa tarkasteluissa on muovipintojen erityisominaisuuksissa. Eri modifiointimenetelmien soveltuvuutta virtausanturiin tutkittiin prototyypeillä ja kontaktikulmamittauksilla. Parhaat tulokset saavutettiin pinnoitteilla ja kemiallisella pinnan hapetuksella. Osa itse kehitetyistä hydrofiilisistä pinnoitteista toimi jopa tehokkaammin kuin testatut kaupalliset pinnoitteet. Yleisesti käytössä olevien uusien plasma menetelmien vaikutus todettiin yllättävän heikoksi. Sen sijaan jo suhteellisen vanha kaliumpermanganaatin ja väkevän rikkihapon seoksella hapettamiseen perustuva tekniikka osoittautui erittäin tehokkaaksi. ESCA-mittauksissa saatiin pinnan happipitoisuudeksi jopa yli 40 m-%. Hapetuksen ansiosta saavutettu alhainen kontaktikulma säilyi myös monivaiheisen vanhennuskäsittelyn jälkeen. Laboratorio-olosuhteissa mitattu kosteudesta johtuva virtausanturin mittausvirhe oli kemiallisesti hapetetuilla testiantureilla alle 5 %, kun vastaavaksi virheeksi ei-käsitellyille antureille saatiin pahimmillaan yli 50%. Myös todellisissa kliinisissä olosuhteissa tehdyissä vertailumittauksissa havaittiin olennainen ero ei-käsiteltyjen ja kemiallisesti hapetettujen antureiden mittaustarkkuuksien välillä