Tubi, membrane e guarnizioni in silicone: come l’aria influenza la stabilità del sistema biomedicale I Silicone & Specialties

Quando si progetta un componente in silicone destinato a un dispositivo biomedicale, l’attenzione si concentra normalmente sulle proprietà dell’elastomero: biocompatibilità, inerzia chimica, resistenza alla sterilizzazione, elasticità e durata nel tempo.

Molto meno frequentemente viene analizzato il comportamento dell’aria eventualmente presente nel circuito dopo che il dispositivo è stato assemblato ed è entrato in funzione.

Eppure, proprio l’interazione tra aria, fluido e deformazione elastica può influenzare il comportamento di tubi in silicone, membrane, guarnizioni e altri articoli tecnici impiegati nei sistemi biomedicali.

Nella maggior parte dei casi l’aria non deriva dal componente in silicone, ma entra nel sistema durante il riempimento del circuito, l’assemblaggio del dispositivo, il collegamento delle linee o durante il normale funzionamento. Piccole quantità di gas possono così rimanere intrappolate in raccordi, cambi di sezione, camere funzionali o zone geometricamente complesse.

Finché il sistema rimane in condizioni stabili, questi piccoli volumi possono non produrre effetti apprezzabili, ma la situazione cambia quando il componente elastomerico entra in esercizio.

A differenza dei materiali rigidi, il silicone modifica continuamente la propria geometria sotto l’effetto della pressione interna, delle pulsazioni di una pompa, della compressione ciclica o delle variazioni di carico: ogni deformazione modifica anche il volume disponibile all’interno del circuito.

L’aria, essendo comprimibile, reagisce in modo diverso rispetto al fluido; durante il funzionamento può comprimersi, espandersi oppure spostarsi verso altre zone del sistema, modificando localmente la distribuzione delle pressioni.

Questa dinamica può determinare oscillazioni del volume utile, ritardi nella stabilizzazione del circuito, instabilità del flusso, presenza intermittente di microbolle e una risposta meno ripetibile del dispositivo.

Quando queste variazioni interessano le interfacce tra componenti in silicone e parti rigide, possono inoltre crearsi condizioni favorevoli alla comparsa di fenomeni di micro-leakage: l’aria intrappolata non può sempre essere eliminata, ma può essere gestita già nelle prime fasi della progettazione.

Nello sviluppo di tubi in silicone, membrane, guarnizioni e componenti stampati risulta utile:

• ridurre cambi di sezione che favoriscano il ristagno dell’aria,
• limitare la presenza di volumi chiusi o difficilmente evacuabili,
• progettare percorsi fluidici continui che facilitino il riempimento e lo svuotamento del circuito,
• dimensionare spessore e rigidezza delle membrane in funzione delle pressioni di esercizio,
• progettare le interfacce tra componenti elastomerici e parti rigide riducendo le zone nelle quali possano concentrarsi aria e variazioni locali di pressione.

L’obiettivo non consiste semplicemente nell’eliminare una bolla d’aria, ma nel rendere più stabile il comportamento dell’intero sistema.

Comprendere come aria, fluido e deformazione elastica interagiscono durante il funzionamento consente di progettare tubi, membrane, guarnizioni e articoli tecnici in silicone con una risposta più prevedibile, una maggiore ripetibilità e un’affidabilità superiore lungo l’intero ciclo di vita del dispositivo.