Вимірювання теплофізичних параметрів штучної шкіри
DOI:
https://doi.org/10.24027/2306-7039.3.2024.312478Ключові слова:
штучна шкіра; вимірювання; теплопровідність; об’ємна теплоємність; темпе-ратуропровідність; теплообмін; математичне моделюванняАнотація
У біології та медицині зараз широко застосовуються комп’ютерні методи дослідження процесів і методи обробки результатів вимірювань параметрів цих процесів. Тому проблема автоматизації біофізичних вимірювань і комп’ютерної обробки результатів вимірювань є актуальною.
При лікуванні поранень і опіків із великою поверхнею пошкоджень тканин у медицині застосовується штучна шкіра. Розроблено методику досліджень теплових процесів у штучній шкірі та вимірювань її теплофізичних параметрів. Описано процес вимірювань. Знайдено теплофізичні параметри зразків штучної шкіри, які застосовуються в медицині при лікуванні ран і опіків.
Були використані зразки штучної шкіри, виготовлені в Україні. Виготовлено зразок із шести шарів шкіри. Для контролю розподілу температури в зразку між сусідніми шарами шкіри й на поверхні зразка розташовані термопари. Нагрівання поверхні зразка проводилося лампою розжарювання. Сигнали з термопар вводилися в аналого-цифровий перетворювач (АЦП), підсилювалися і в цифровому вигляді передавалися в комп’ютер. Обробка проводилася за допомогою математичного забезпечення АЦП і програми MATHCAD. Побудовано математичну модель. Для цього розв’язано диференціальне рівняння, яке описує теплові процеси в зразку. Знайдена функція розподілу температури і її зміни в часі добре узгоджується з експериментальними даними. Аналіз функції дозволяє знайти коефіцієнт теплопровідності штучної шкіри, її об’ємну теплоємність, коефіцієнт температуропровідності, коефіцієнт теплообміну з зовнішнім середовищем.
Запропоновано метод вимірювань і обробки експериментальних даних, який дозволяє знайти головні термофізичні параметри штучної шкіри. На основі результатів побудовано теоретичну модель, яка добре описує хід теплових процесів у штучній шкірі й дозволяє прогнозувати хід цих процесів.
Запропоновано метод вимірювання теплофізичних параметрів штучної шкіри, який базується на нагріванні шкіри оптичним випромінюванням. Виміряно теплопровідність, температуропровідність, об’ємну теплоємність, коефіцієнт теплообміну із зовнішнім середовищем. Теплопровідність та температуропровідність у штучної шкіри значно менші, ніж у шкіри людини, що треба враховувати при її застосуванні.
Посилання
Kovalenko O.M. Suchasni ranovi pokryttya (ohlyad) [Modern wound dressings (overview)]. Modern medical technology, 2010, no. 4, pp. 88–97 (in Ukrainian).
Huda H.V., Tsymbalyuk A.V., Kyryk O.O. Vykorystannya podribne-noho substratu liofilizovanoho ksenodermoimplantata dlya mistsevoho likuvannya opikovykh khvorykh z infikovanymy ranamy III–IV stupeniv [Usage of the morselized substrate of liophilized xenocraft for local treatment of the III–IV stage infected burn wounds]. Hospital Surgery, 2013, no. 1, pp. 81–84 (in Ukrainian). doi: https://doi.org/10.11603/1681-2778.2013.1.1631
Pohorielov M.V., Kornienko V.V., Tkachenko Yu.A., Oleshko O.M. Ma-terialy dlya likuvannya defektiv shkiry: perspektyvy zastosuvannya pohidnyh hitozanu (ohlyad literatury) [Materials to the skin defects: chitozan derivatives and perspectives for their application (literature review)]. Journal of Clinical and Experimental Medical Research, 2013, vol. 1, no. 3, pp. 275–284 (in Ukrainian).
Bodyaka V.Y., Ivashchuk O.I., Vlasov V.V., Hrynchuk O.P., Hnatyuk M.H. Patomorfolohichne obhruntuvannya zastosuvannya liofilizovanoho ksenoimplantata iz shkiry svyni dlya zakhystu krayiv rany cherevnoyi stinky v eksperymenti [Pathomorphological justification of the use of a lyophilized xenoimplant from pig skin to protect the edges of the wound of the abdominal wall in experiment]. Clinical Anatomy and Operative Surgery, 2013, vol. 12, no. 1, pp. 7–11 (in Ukrainian).
Potekaev A., Frigo N., Petersen E. Artificial skin: types and applica-tions. Klinicheskaya dermatologiya i venerologiya, 2017, vol. 16(6):7. doi: https://doi.org/10.17116/klinderma20171667-15
Kovalenko O.M. A modern approach to the treatment of burns. INFUSION & CHEMOTHERAPY, 2020, no. 3.2. doi: https://doi.org/10.32902/2663-0338-2020-3.2-147-148
Zaporozhan S.Y., Pokryshko O.V., Tuzyuk N.V. Mikrobiolohichne ob-gruntuvannya vykorystannya ksenotransplantantiv, nasychenykh nanokrys-talamy sribla, dlya likuvannya opikovykh ran [Microbiological justification of the use of xenotransplants saturated with silver nanocrystals for the treatment of burn wounds]. Scientific Bulletin of the Uzhhorod University. Series “Medicine”, 2022, no. 1 (63) (in Ukrainian).
Tuzyuk N.V. Optymizatsiya likuvannya opikovykh ran z vykorystann-yam ksenodermoimplantativ, nasychenykh nanokrystalamy sribla [Optimization of the treatment of burn wounds using xenoderm implants saturated with silver nanocrystals]: PhD diss. Ternopil, 2022 (in Ukrainian). Available at: https://repository.tdmu.edu.ua/bitstream/handle/123456789/17573/%d0%94%d0%b8%d1%81%d0%b5%d1%80%d1%82%d0%b0%d1%86%d1%96%d1%8f%20%20%d0%a2%d1%83%d0%b7%d1%8e%d0%ba%20%d0%9d.%d0%92.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Carslow H.S., Jaeger J.C. Conduction of Heat in Solids. Oxford, 1962. 510 p.
Hilchuk A.V., Khalatov A.A. Teoriya teploprovidnosti. Chastyna 1: navchalnyi posibnyk [Theory of thermal conductivity. Part 1: training manual]. Kyiv, 2017. 86 p. (in Ukrainian). Available at: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/21422
Squires G.L. Practical Physics. London, McGraw-Hill, 1968. 240 p.
Sus B.A., Lad A.I. Fizychni vymiriuvannia i obrobka yikh rezultativ [Physical measuring and results proceeding]. Kyiv, 2017. 39 p. (in Ukrainian).
DSTU 2681-94. The state system of ensuring the unity of measure-ments. Metrology, Terms and definitions (in Ukrainian).
Kokodiy N.G., Svich V.A., Timanyuk V.A. i dr. Pryamyie i obratnyie zadachi teploperedachi v lazernoy tehnike i metrologii: monografiya [Direct and inverse problems of heat transfer in laser technology and metrology: mono-graph]. Kharkiv, 2012, 240 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
ПОЛІТИКА, ЯКА РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ ЖУРНАЛАМ, ЩО ПРОПОНУЮТЬ ВІДКРИТИЙ ДОСТУП З ЗАТРИМКОЮ
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через 12 місяців з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
