伦理关怀视角下的核酸检测试剂盒改良设计_苏晨.pdf
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1、 包 装 工 程 第 44 卷 第 6 期 232 PACKAGING ENGINEERING 2023 年 3 月 收稿日期:20221115 基金项目:2021 年湖北省教育厅项目哲学社会科学研究重点项目(ZXKY202155)作者简介:苏晨(1968),男,硕士,教授,主要研究方向为工业设计。通信作者:彭魏(1986),男,硕士,讲师,主要研究方向为产品设计。伦理关怀视角下的核酸检测试剂盒改良设计 苏晨,吴昭仪,彭魏,李昌骏,陈杰(湖北工业大学,武汉 430068)摘要:目的目的 在疫情常态化背景下,为避免核酸检测试剂盒在使用与回收周期中,对传染源处理不当造成二次污染,因此进行试剂盒改良
2、设计,以构建良好的伦理关怀关系。方法方法 首先分析了当下核酸检测产品所存在的弊端,获取功能需求,确定了所属设计类型,运用 AD 理论对功能需求进行分解,然后对初步设计方案进行耦合判断,运用 TRIZ 进行解耦,最终得到设计方案。结果结果 采用集成 AD 和 TRIZ 的设计方法,从伦理关怀的视角下,对核酸检测试剂盒的安全消毒模块进行设计,将核酸检测试剂盒改良为一体化结构,并增添消毒灭菌模块,最终设计方案可有效解决二次污染问题并实现伦理关怀。结论结论 方案通过集成 AD 和 TRIZ 的设计方法,从功能结构上对核酸检测试剂盒进行改良设计,解决了现有产品存在的诸多问题。在设计中注重产品使用感受,帮
3、助人们在使用产品时舒缓紧张感并构建信任,同时为产品新功能模块的创新设计提供思路和参考。关键词:核酸检测试剂盒;防疫消毒功能;伦理关怀;AD 理论;TRIZ 理论 中图分类号:TB482 文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2023)06-0232-09 DOI:10.19554/ki.1001-3563.2023.06.025 Improved Design of Nucleic Acid Detection Kit from the Perspective of Ethical Care SU Chen,WU Zhao-yi,PENG Wei,LI Chang-jun,CHEN J
4、ie(Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China)ABSTRACT:The work aims to improve the design of nucleic acid detection kit to avoid secondary pollution caused by improper treatment of infectious source in the use and recovery cycle of nucleic acid detection kit,so as to build a good ethical car
5、e relationship under the background of normalization of epidemic situation.Firstly,the disadvantages of current nucleic acid detection products were analyzed,the functional requirements were obtained,the design type was determined and the functional requirements were decomposed with AD theory.Then,t
6、he preliminary design scheme was coupled and judged,and TRIZ was used for decoupling to obtain the design scheme finally.The design method integrating AD and TRIZ was used to design the safety disinfection module of the nucleic acid detection kit from the perspective of ethical care,and the nucleic
7、acid detection kit was improved to an integrated structure and added with disinfection and sterilization module.The final design scheme could effectively solve the secondary pollution and achieve ethical care.By the design method integrating AD and TRIZ,the scheme improves the design of nucleic acid
8、 detection kit from the functional structure,and solves many problems in existing products.In addition,the scheme pays attention to the product use experience in the design,helps people ease the tension and build trust when using the product,and provides ideas and references for the innovative desig
9、n of new functional modules of the product.KEY WORDS:nucleic acid detection kit;epidemic prevention and disinfection function;ethical care;AD theory;TRIZ theory 第 44 卷 第 6 期 苏晨,等:伦理关怀视角下的核酸检测试剂盒改良设计 233 常态化的疫情防控下,国家、社会和个人均需建立互信的常态关怀关系,以增进相互间的情感交流1。哲学家内尔诺丁斯提出“伦理关怀”一词,她认为关怀是人类生活中的一个基本要素、一种普遍的道德情怀、一种导向
10、实际的行动。在风险和不确定性的环境下,人们依赖的是价值理性和人与人之间的温情,是伦理关怀,因此,对产品设计提出了全新的要求。将设计结合伦理关怀能够给疫情防控带来信心和力量,因此,在设计上更应注重人的使用感受,将人的精神需求放在设计的首位,将设计的终极目标从物质层面提升到更高的精神层面3。此次疫情具有传染性高的特点,并具有一定的潜伏期,核酸检测试剂盒因快速、适用性广泛、易于标准化且节约人力等优点而备受人们关注,但由于其操作复杂、回收周期对传染源难以处理等,导致核酸检测试剂盒在我国没有进行大规模投用。据此,本次研究从伦理关怀的角度出发,对现有的核酸检测试剂盒进行分析,找出其需要改进的设计点,将用户
11、需求映射为设计属性,融合集成 AD 和 TRIZ 的方法,设计一种高效易用、安全卫生的核酸检测试剂盒,以解决目前核酸检测试剂盒存在的诸多问题。1 核酸检测试剂盒存在问题分析 新冠疫情以来,核酸检测试剂盒的相关设备研究受到国内外学者的关注,研究主要体现在现有的核酸检测试剂盒的检测准确性及降低核酸检测成本达到批量化生产两部分。Fang 等4开发了一个全自动核酸分析平台,将生物样品分析的所有检测步骤集成一个封闭的一次性盒中后,该平台所设计的电路和驱动器可以满足病原体快速检测的需要,可在 2 h 内获得检测结果。Dong 等5为了实现全自动盒无污染的核酸检测,提出了一种封闭式盒式系统,制造了一种盒式驱
12、动装置,用于在孔与孔之间转移试剂,控制每个反应的温度,并检测孔中的颜色,判断检测结果。Liu等6与他的团队设计、构建和测试了一种简单、低价、方便的一次性试剂盒,用于检测从病原体中提取的核酸,配备 FYA 膜进行分离、浓缩、纯化 RNA,并且通过盒外部的薄膜加热器进行消毒。以上学者从不同角度对提高核酸检测试剂盒的便携度、核酸检测速度、检测成本和解决核酸检测试剂盒使用后的污染问题进行了探索,并有针对性地解决了部分问题,但没有考虑到在疫情防控中,人们会受疫情的影响而产生焦虑、紧张、害怕等情绪。在设计产品时,情感和温度被用作信息传递的重要手段,产品成为了传递这种信息的载体。融入伦理关怀设计理念的产品表
13、现出社会对于“人”的重视,它在产品与“人”之间构建了一种信任的关系,让人们在使用产品的过程中,可以感受到被关怀。通过对市场现有的检测试剂盒调研,结合专家的建议发现,现有的核酸检测试剂盒使用完后,必须进行严格的消毒处理,才能丢弃。如果核酸检测试剂盒没有经过严格的消毒处理,试剂盒上残存的病毒容易扩增繁衍,从而产生再次污染的风险。并且大量研究表明,个体在经历创伤后可能会出现诸如焦虑、抑郁和创伤后应激障碍等消极心理7。当在试剂盒上看到显示为阳性后,部分人群可能会产生以上消极心理,导致忘记或没有心情去消毒、销毁检测后的核酸检测试剂盒,从而造成二次污染,导致病毒传播。对核酸检测试剂盒进行改良设计,既保护自
14、身安全,又关怀他人健康,体现出一种伦理关怀中的责任。根据国家知识产权局官网检索分析已有专利及商品,结合 TRIZ 进化曲线,可得出当前关于核酸检测试剂盒设计方案正处于发展阶段中的婴儿期。现有核酸检测试剂盒方案 2 种:一体化的检测装置盒和一次性的试剂盒。一体化核酸检测装置如图 1 所示,只能应用于家庭等人数较少的地方,该产品通过加热来进行消毒,检测操作简单,但设备成本较高,且反复使用易造成交叉感染。一次性的试剂盒见图 2 所示,虽然能够解决成本问题,且是一次性产品,使用起来会更卫生,但是使用步骤复杂,在使用后需要进行严格消毒才能丢弃,不然易再次造成污染,对安全存在一定的威胁。因此,本研究将 A
15、D 与 TRIZ 理论相结合,以提高核酸检测效率、解决医疗垃圾二次污染、绿色可持续为出发点,设计研发一款从源头解决污染问题、体现伦理关怀的核酸检测试剂盒。图 1 一体化检测装置盒 Fig.1 Integrated detection device kit 图 2 一次性抗原检测试剂盒 Fig.2 Disposable antigen detection kit 234 包 装 工 程 2023 年 3 月 2 基于 AD 和 TRIZ 的优化设计流程 2.1 公理设计 公理设计(Axiomatic Design,AD)作为设计决策方法之一,对产品设计领域有着重要影响。AD 将设计划分为 4 个
16、域:用户域表示用户需求;功能域表示产品所要实现的一系列功能;物理域表示满足功能需求的设计参数;过程域表示设计过程中的工序和工艺的变量集合。AD 在产品设计过程中,先将提取到 的用户需求转化为功能需求,再通过功能需求映射与迭代到设计参数中去,为设计提供最为合理的决策判断8,见图 3。公理设计包括独立公理和信息公理,独立公理研究核心在于保持功能需求之间的独立性,信息公理则是通过比较设计方案的信息含量,将信息量最少的方案定义为最佳方案9。在核酸检测试剂盒改良设计中,主要涉及独立公理,本次研究的重点在于帮助设计人员识别、记录并理解功能耦合。设计人员需要将用户需求转化为功能需求,并建立设计矩阵,通过独立
17、公理判断系统设计的耦合性,将符合独立公理的系统设计作为候选设计方案。图 3 AD 理论产品设计过程 Fig.3 Product design process based on AD theory 2.2 发明问题解决理论 TRIZ 理论为前苏联教育家阿奇舒勒及其课题组在对大量专利与创新案例进行分析后归纳而成。这是一种以知识为基础,以人类为导向,以发明问题求解为目的的系统化方法学。TRIZ 理论以解决技术系统内的矛盾为核心,重点在于明确并强调系统内的矛盾问题,目的在于彻底解决矛盾问题,并得到最终优化的具体问题解决方案10。目前,TRIZ 理论在产品创新及改良设计领域被广泛使用,其应用的一般流程见
18、图 4。图 4 TRIZ 理论解决问题的基本流程 Fig.4 Basic process of solving problems with TRIZ theory 2.3 AD 与 TRIZ 集成模型构建 AD 和 TRIZ 两大理论在应用中各有优势,但也存在不足之处。AD 理论能够通过参数映射的方式,把功能域的功能需求映射到物理域上的设计映射矩阵中,从而判断设计是否为最佳设计,但是并不能给问题求解提供最佳途径11;TRIZ 的优势在于对具体矛盾问题的解决,获得最终的理想解,使设计产品更接近实际。国内外众多学者建议将二者有机地融合在一起,各取所长(取长补短)。Awasthi 等12认为,AD
19、可以更准确地帮助决策者来选择最优方案,常用于设计方向指导和最佳方案选择。杨涛等13提出扩展AD 理论设计矩阵,可有效降低设计参数所含的信息量,并应用该拓展 AD 理论进行了新型康复机器人设计开发。张璞等14运用集成 AD 和 TRIZ 的创新方法重新设计了箱式电梯的防疫功能模块,针对传统箱式电梯分别设计非接触式交互控制模块和分条件消毒灭菌模块。胡康等15以 AD 框架型设计流程为主线,利用 TRIZ 解决方案中的矛盾冲突,结合 AD 信息公理评价方法进行方案筛选,建立其产品创新设计模型,并将其用于消防头盔方案设计中,验证该方法的可行性和合理性。通过以上研究可以发现,AD 是用于帮助设计人员了解
20、设计问题,进而综合分析设计需求、解决方案及解决流程的普适方法13。独立公理在强调功能需求间的独立性时,主要是依靠设计人员的主观感受,缺少保持独立性的工具,而 TRIZ 关注特定功能实现路径,为设计人员提供了大量的设计工具,能够产生高效的产品结构设计方案。通过将二者进行整合运用于产品设计中,可以提高产品设计效率和质量,缩短研发周期并降低产品成本。在实际应用中,可根据独立公理进行产品功能分析,将其中的功能需求矛盾描述为 TRIZ 问题,再利用 TRIZ 工具得到问题解决方法。因此,本文将基于 AD 与 TRIZ 集成方法对核酸检测试剂盒进行改良设计。集成 AD 与 TRIZ 的设计步骤为:(1)采
21、用公理第 44 卷 第 6 期 苏晨,等:伦理关怀视角下的核酸检测试剂盒改良设计 235 化设计方法,分析产品功能需求、设计方案中各设计参数的映射关系;(2)根据产品的功能和性能做出是否符合产品独立性要求的判断;(3)利用 TRIZ工具,对映射不符合独立公理要求的设计矩阵融入AD 矛盾问题中进行解耦处理;(4)经过多次迭代求解后得到独立的设计矩阵,从而得到满足客户需求的设计方案,其流程见图 5。图 5 集成 AD 和 TRIZ 理论的产品开发模型流程 Fig.5 Development model process of product integrating AD and TRIZ theor
22、ies 3 设计实例 在疫情常态化的发展背景下,公共健康已成为全球化时代无法规避的主题16。为了防止病原体传染,从源头进行消毒处理,争取以较低的成本和简单的技术改善试剂盒安全问题,利用本文所提出的集成 AD和 TRIZ 的设计方法,对核酸检测试剂盒消毒模块进行设计。通过获取用户域功能信息,产生特定功能需求信息,并在功能域(FR)到物理域(DP)之间进行 TRIZ 功能整合和映射,最后结合信息公理进行方案评价,优选出最终方案。3.1 基于 AD 的功能设计分析 集成 AD 与 TRIZ 理论进行产品设计是以用户为中心的,在产品开发过程中为了获得更加丰富的用户需求信息,通过对相关专家和用户展开深度
23、访谈,搜集了相关数据。以核酸检测试剂盒为研究对象,分析人们在进行自我检测时的使用步骤,并对检测时的具体行为进行描述,见表 1。表 1 用户进行自我检测的行为描述 Tab.1 Description on behaviors of users conducting self-testing 活动序号行为内容描述 1 使用拭子收集鼻/鼻咽/口咽分泌物 2 撕掉提取管上的密封膜 3 将拭子头浸入检测试纸条配套的,含保存液的采样容器中 4 将拭子头在保存液中旋转混匀,同时用手隔着采样管外壁挤压拭子头 5 用手隔着采样管外壁拭子头液体挤干后,将拭子弃去 6 采样管盖盖上后,将液体垂直滴入检测卡样本孔中
24、7 等待检测结果 通过对使用核酸检测试剂盒的活动过程可获取以下信息:要使用核酸检测试剂盒自测,不仅需要考虑使用者的个人需求,也需进一步考虑用于检测过程中、过程后的病毒传染风险和使用时的心理状态,保持愉悦的情绪是抵御病毒强有力的保障。依据使用检测盒的活动行为来提取用户需求的关键信息。本次研究从核酸检测盒的功能要求出发,将检测盒的防疫功能和其映射的结构,视为功能需求和结构的最高层级,分别为 FRS(FS)与 DPS(DS)。在此基础上,根据这两个层级所包含的具体功能要求建立相应的矩阵模型,第 2 层级的功能需求加入检测盒原有的功能设计矩阵模型中,见表 2。表 2 第 2 层级的功能需求映射 Tab
25、.2 Functional requirement mapping at level 2 FS 功能需求 DS 设计参数 F1 检测功能 D1 检测结果面板 F2 操作和取样功能 D2 样本混合提取结构F3 病毒防控功能 D3 病毒消杀结构 对第 2 层级的功能需求分解的具体设计方程如下:112233000000FDFDFDXXX(1)236 包 装 工 程 2023 年 3 月 式中:F与D对应功能需求与设计参数之间的联系;X 代表两者之间存在联系;0 则代表不相关。该矩阵为对角阵,属于无耦合设计。将第二层级中的功能需求 F2与 F3进一步分解为下一层次的功能需求及其对应的结构(见表 34)
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