40、生物医学流体控制中的智能阀门：热响应水凝胶阀与形状记忆合金驱动水凝胶阀

生物医学流体控制中的智能阀门：热响应水凝胶阀与形状记忆合金驱动水凝胶阀

1. 热响应水凝胶阀与形状记忆合金驱动水凝胶阀概述

在生物医学流体控制过程中，热响应水凝胶阀（TRHV）和形状记忆合金驱动水凝胶阀（SMAHV）展现出了巨大的应用潜力。热响应水凝胶阀能随温度变化改变内腔面积，而形状记忆合金驱动水凝胶阀则利用形状记忆合金的特性实现阀门的开闭控制。

1.1 热响应水凝胶阀特性

实验表明，热响应水凝胶阀的内腔面积随温度升高而增大，反之则减小。在不同尺寸的阀门中，外径为10mm、深度为4mm的阀门，其内腔的膨胀和收缩百分比最高。在40°C时，该阀门的内腔面积最大变化可达12.55mm²，是初始面积的266%。热响应水凝胶对温度刺激做出响应并达到稳定目标内腔所需的时间为100秒。

1.2 形状记忆合金驱动水凝胶阀特性

形状记忆合金驱动水凝胶阀有两种设计，分别是基于SMA丝的SMAHV和基于SMA弹簧的SMAHV，且使用了不同直径的丝材。SMAHV中的SMA丝和弹簧的驱动时间均为25秒，一个循环在8秒内完成。基于SMA丝的SMAHV在使用直径为250µm的SMA丝时，最大位移为1mm；基于SMA弹簧的SMAHV在使用直径为100µm的SMA丝时，最大位移为0.9mm。此外，SMA驱动过程中产生的高温会被封装的水凝胶层捕获，从而保护周围环境。

2. 连续膀胱冲洗（CBI）中的问题与智能阀门需求

2.1 CBI过程简介

连续膀胱冲洗（CBI）是一种辅助程序，它向膀胱持续输入无菌溶液，以清除疏松组织和血凝块，并保持留置导尿管的通畅。CBI的输入量会根据排出液中的肉眼血尿水平进行调