新型干粉吸入器的设计与分析

【摘要】近年来，由于肺部给药所具有的独特优越性，越来越多的学者开始致力于以干粉吸入器（DPI）为代表的肺部给药系统的研发。但是传统的干粉吸入装置完全依赖患者的吸气气流实现药物颗粒的分散，造成经肺递送效率低且不稳定。本文创新性地采用筛网微孔来作为实现药物颗粒分散的新的途径，探究了添加外在动力源对提高药物粉末分散的有效性。并借助了体外沉积实验和ANSYS仿真分析干粉吸入器内部流场表现等方法设计了新型干粉吸入装置且对其结构进行了优化，并制成实验样机。该实验样机配备了压电换能器作为外在动力源对药物粉末进行主动分散，从而有效克服了传统干粉吸入装置必须依赖患者吸气速率才能实现药物颗粒分散的弊端。本文通过体外沉积实验对实验样机进行了分析，当无高频振动源时实验样机中筛网孔径从160μm下降至110μm时，装置总体有效微粒分数从9.44%上升至11.85%，排空率未有明显变化，均在～16%。当添加高频振动源时，实验样机的排空率明显提高，从～16%上升至～80%，装置总体有效微粒分数上升至26%～37%，然而排出有效微粒分数却大大下降，从～75%下降至～50%。这表明高频振动外在动力源的添加能够有效地对粉末进行初步雾化，提升装置的排空率，而排出有效微粒分数的下降则说明气流所产生的作用是粉末进行进一步的雾化的关键因素。为了能产生有效的气流，本文进一步利用ANSYSWorkbench中的Fluent模块对干粉吸入器的流场模型进行仿真分析，并研制了一种切向进气口且内含台阶面的流道结构。该流道结构可有效在吸入器内部产生湍流，且台阶面的添加可增大内部的湍动能，并且可以减少出口处药物与内壁的碰撞，从而将肺吸入效率提高至46.55%，远优于传统的干粉吸入器，在临床上具有重要应用价值。
【作者】周恩龙；
【导师】李浩莹；石世宏；
【作者基本信息】苏州大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】干粉吸入器；结构设计；计算流体动力学；有限元分析；体外检测；高频振动；

【参考文献】
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