CN111359061A - 一种肺递送装置微型旋流喷嘴结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肺递送装置微型旋流喷嘴结构，适用于生物、医疗领域小鼠肺递送装置的应用，可以将微小的气溶胶发生头部深入小动物气管内开展试验，包括锁紧螺母、入口接头、柔性毛细管、非金属密封垫、旋涡器和喷嘴，采用旋转离心式喷雾原理实现微喷嘴的高效雾化。通过上游的手持注射器产生高压液流，液流通过毛细管后变成高速的液流，流经毛细管端部时，一个螺旋导流的微小旋涡器将高速液流转换成旋转的高速液流，而后经过微小的具有收敛段结构的喷射孔喷射出来，使喷出的液流和环境中的空气形成强烈的相对运动，在高速液流的离心力、剪切力综合作用下，液流被粉碎成气溶胶，进入试验动物肺部实现作用。

Description

一种肺递送装置微型旋流喷嘴结构

技术领域

本发明涉及一种肺递送装置微型旋流喷嘴结构，适用于生物、医疗领域小鼠肺递送装置的应用，可以将微小的气溶胶发生头部深入小动物气管内开展试验。

背景技术

液体气溶胶肺递送装置，可以将微小的气溶胶发生头部深入小动物气管内，实现在动物肺部直接使液体样品定量雾化成气溶胶的效果，达到定量给药的目的。微型旋流喷嘴是肺递送装置的核心部件，直接影响气溶胶雾化的效果。微型喷嘴的旋流器结构设计决定了气溶胶生成的粒度、均匀性和贯穿距离。此外，由于需要深入小动物肺部给药，因此毛细管长径比较大，在给药量较小和药液内部夹气的情况下，容易引起雾化质量不佳的问题。

肺递送装置的毛细管选型越小，对小动物进行肺部给药时机械性损伤越小，但对于集成的旋涡器和喷孔要求越微小，相应的设计和工艺实现的难度越大。此外，旋涡器的旋流直径小，导致雾化的难度进一步加大，对旋涡器的设计和加工质量均提出了极大挑战。

现有技术方案直接对毛细管一端进行封口后，再加工小直径喷孔，其雾化质量相对较差，而且很容易产生不均匀的喷射。这种情况会对试验生物造成很大的损伤，甚至直接导致试验失败。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种肺递送装置微型旋流喷嘴结构，采用旋转离心式喷雾原理实现微喷嘴的高效雾化。通过上游的手持注射器产生高压液流，液流通过毛细管后变成高速的液流，流经毛细管端部时，一个螺旋导流的微小旋涡器将高速液流转换成旋转的高速液流，而后经过微小的具有收敛段结构的喷射孔喷射出来，使喷出的液流和环境中的空气形成强烈的相对运动，在高速液流的离心力、剪切力综合作用下，液流被粉碎成气溶胶，进入试验动物肺部实现作用。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种肺递送装置微型旋流喷嘴结构，包括：锁紧螺母、入口接头、柔性毛细管、非金属密封垫、旋涡器和喷嘴；其中，所述锁紧螺母与所述入口接头的一端螺纹连接，所述非金属密封垫设置于所述锁紧螺母与所述入口接头之间；所述非金属密封垫开设有第一中心通道，所述锁紧螺母开设有第二中心通道，所述入口接头开设有第三中心通道，所述第一中心通道与所述第二中心通道相连通，所述第三中心通道与所述第一中心通道相连通；所述柔性毛细管的一端依次穿过第二中心通道、第一中心通道和第三中心通道；所述旋涡器设置于所述柔性毛细管的另一端的端口；所述喷嘴套设于所述柔性毛细管的另一端。

上述肺递送装置微型旋流喷嘴结构中，所述柔性毛细管为中空柔性金属管；其中，所述柔性毛细管的外径为0.5mm～0.7mm，内径为0.2～0.3mm。

上述肺递送装置微型旋流喷嘴结构中，所述非金属密封垫为塑料圆柱体，所述非金属密封垫的上端面所对应的柔性毛细管的位置到柔性毛细管的一端端面的距离为3mm。

上述肺递送装置微型旋流喷嘴结构中，所述入口接头包括中空圆柱体、六方台阶、第一外螺纹接口和第二外螺纹接口；其中，所述中空圆柱体的中部设置有六方台阶；所述中空圆柱体的一端设置有第一外螺纹接口，第一外螺纹接口的外表面为外锥密封面；所述中空圆柱体的另一端设置有第二外螺纹接口；所述第一外螺纹接口与上游试验装置相连接；所述第二外螺纹接口与所述锁紧螺母相连接。

上述肺递送装置微型旋流喷嘴结构中，所述锁紧螺母包括第二中空圆柱体和第二六方台阶；其中，所述第二中空圆柱体的底端设置有第二六方台阶；所述第二六方台阶的内部开设有槽，所述非金属密封垫设置于槽内。

上述肺递送装置微型旋流喷嘴结构中，所述旋涡器为外表面加工有三角形螺旋槽的圆柱体，所述旋涡器的外径与柔性毛细管的内径一样，塞入到柔性毛细管的另一端的端口内，使液态介质能够通过旋涡器表面的螺旋槽进入下游，产生离心作用。

上述肺递送装置微型旋流喷嘴结构中，所述喷嘴为中空圆柱体，所述中空圆柱体的一端设置有喷孔，其中，所述喷孔形状为漏斗形，先以90°～120°收缩到喷射直径后，再沿直线形成圆柱形小孔；所述喷孔的大端的直径与所述旋涡器的外径一致。

上述肺递送装置微型旋流喷嘴结构中，所述旋涡器的直径为0.2～0.3mm，三角形旋涡槽的边长0.05mm。

上述肺递送装置微型旋流喷嘴结构中，所述柔性毛细管的另一端在插入喷嘴后，需要使用工装在喷嘴的外壁进行加工，使柔性毛细管和喷嘴产生一定形变，保证连接紧固，之后再在间隙处进行点胶防松。

上述肺递送装置微型旋流喷嘴结构中，三角形螺旋槽的螺距取决于旋涡器的直径，其约束关系如下：L＝0.37ln(d)+0.595；其中，L为旋涡器直径，d为介质的运动粘度。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明提出的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，具有结构精巧，雾化性能出色的优势，本发明通过旋涡器的三角形旋涡槽以及喷嘴的漏斗形喷孔，解决了现有肺递送装置雾化质量不佳的问题。

(2)本发明提出的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，通过孔轴紧配合装配和工装翻边以及挤压的方法，实现了与上游零件的密封连接，而且巧妙的实现旋涡器和喷嘴在微尺寸结构上的配合组装以及固定，使得介质在细长的毛细管内部可以通过充分的离心旋流作用，提高雾化质量和均匀性。

(3)本发明提出的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其旋涡器的结构和加工质量直接影响到雾化质量。该结构一方面通过旋涡器和毛细管内径的紧配合，迫使液流全部通过旋流槽的离心作用后再流向下游喷嘴。

(4)本发明提出的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，在喷嘴处设计了漏斗形的喷孔，通过激光飞秒技术加工的90°～120°的收敛段，可以提高介质进入喷孔时的旋流切向速度，使得雾化锥角的得以进一步张大，雾化分布范围变得更广。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为肺递送装置微型旋流喷嘴结构示意图；

图2为毛细管入口一端的密封结构示意图；

图3为毛细管出口一端的密封结构示意图；

图4为旋涡器外形示意图；

图5为喷嘴结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供了一种肺递送装置微型旋流喷嘴结构，包括锁紧螺母1、入口接头2、柔性毛细管3、非金属密封垫4、旋涡器5和喷嘴6。

锁紧螺母1与入口接头2的一端螺纹连接，非金属密封垫4设置于锁紧螺母1与入口接头2之间；非金属密封垫4开设有第一中心通道，锁紧螺母1开设有第二中心通道，入口接头2开设有第三中心通道，第一中心通道与第二中心通道相连通，第三中心通道与第一中心通道相连通；柔性毛细管3的一端依次穿过第二中心通道、第一中心通道和第三中心通道；旋涡器5设置于柔性毛细管3的另一端的端口；喷嘴6套设于柔性毛细管3的另一端。

柔性毛细管3是一根外径在0.5mm～0.7mm，内径约0.2～0.3mm的中空柔性金属管，非金属密封垫4为中心有圆孔的塑料圆柱体，柔性毛细管3的入口一端插入非金属密封垫4的中心孔中，高出密封垫的端面约3mm，孔轴之间需要紧配合。

如图2所示，入口接头2包括中空圆柱体21、六方台阶22、第一外螺纹接口23和第二外螺纹接口24；其中，中空圆柱体21的中部设置有六方台阶22；中空圆柱体21的一端设置有第一外螺纹接口23，第一外螺纹接口23的外表面为外锥密封面；中空圆柱体21的另一端设置有第二外螺纹接口24；第一外螺纹接口23与上游试验装置相连接；第二外螺纹接口24与锁紧螺母1相连接。

具体的，入口接头2为带有一个六方台阶的中空圆柱体，两端均有外螺纹接口，其中一个螺纹接口带有外锥密封面，用于与上游试验装置对接。已经和非金属密封垫4组装好的柔性毛细管3从入口接头2外锥密封面另一侧的中心孔穿入，孔轴之间为间隙配合。入口接头2的中心孔在外锥密封面另一侧有一个台阶，用于固定和压紧非金属密封垫4的一端。

如图2所示，锁紧螺母1包括第二中空圆柱体11和第二六方台阶12；其中，第二中空圆柱体11的底端设置有第二六方台阶12；第二六方台阶12的内部开设有槽，非金属密封垫4设置于槽内。具体的，锁紧螺母1为带有六方台阶的的中空圆柱体，中心孔内有大直径和小直径两个台阶和内螺纹接口，通过内螺纹接口与入口接头2的另一个外螺纹对接，非金属密封垫4固定于锁紧螺母1的大直径台阶中，由小直径台阶压紧紧非金属密封垫4的另一端。使用扳手通过锁紧螺母1和入口接头2的外六方台阶，将锁紧螺母1的内螺纹和入口接头2的外螺纹对接拧紧，压紧非金属密封垫4的两端产生弹性形变，实现密封作用，紧紧包裹住柔性毛细管3的外壁，使液态介质从入口接头2中心孔全部流入到柔性毛细管3的中心孔内，而不发生泄漏故障。

旋涡器5为表面加工有等边三角形螺旋槽的圆柱体，外径与柔性毛细管3的内径一样，塞入到柔性毛细管3出口一端的中心孔内，孔轴之间紧配合，使液态介质能够全部通过旋涡器5表面的螺旋槽进入下游，产生离心作用。

喷嘴6为带有台阶的中空圆柱体，台阶中心有直径很小的喷孔，喷孔形状为漏斗形，先以90°～120°收缩到喷射直径后，再沿直线形成圆柱形小孔，与外界环境连通。漏斗形喷孔大直径的一端，其直径与旋涡器的外径一致。喷嘴6台阶上方的中心孔的内径与柔性毛细管3的外径一样，毛细管3的出口一端装入到喷嘴6的中心孔中，通过外力变形和点胶的方法进行固定。

如图2所示，通过锁紧螺母1和入口接头2压紧非金属密封垫3使其弥合柔性毛细管3、入口接头2之间的间隙，保证介质可以从入口接口2流入到柔性毛细管内而不发生泄漏。为了防止上游注射器加压以后，在压力作用下将柔性毛细管3从入口接头2和非金属密封垫3的中心孔中推出，所以在柔性毛细管3的口部通过工装进行翻边处理，使柔性毛细管3的入口端在穿过入口接头2的中心孔后被固定在该位置上卡紧。

如图3所示，喷嘴6固定端为薄壁的中空圆柱体，与柔性毛细管3出口一端对接，并将柔性毛细管3的外壁紧紧包裹。通过工装在喷嘴和柔性毛细管的壁面上产生一定的形变，一方面可以起到固定喷嘴6，防止喷雾过程中喷嘴6与柔性毛细管3松脱，另一方面也可以限制柔性毛细管3内部的旋涡器5在使用时的来回大范围移动。喷嘴6和柔性毛细管3通过工装产生的形变的位置既不可以影响流量，还必须能够有效限制旋涡器移动范围。

如图4所示，在旋涡器5的外壁面上通过激光飞秒技术刻蚀出截面为等边三角形的旋涡槽，旋涡槽的螺距需要与柔性毛细管3的内径和喷嘴6孔径参数相匹配，使得液体介质在有限的流动空间内也可以实现较为充分的旋流运动，为最终的雾化喷射提供良好的基础。三角形旋涡槽的流通面积主要由肺递送装置的额定工作流量决定。

如图5所示，喷嘴6的喷孔采用的是漏斗形的设计结构，漏斗形上端的敞口直径等于旋涡器外径，使得旋涡器流出的介质可以迅速的流入漏斗形喷孔中实现雾化喷射。喷嘴6的漏斗形喷孔整体均采用激光飞秒技术加工。设计时要注意喷嘴6固定段的中空圆柱体不应过长，防止其遮挡激光加工的路径，导致漏斗形喷孔的收敛段无法加工。

锁紧螺母1、入口接头2、柔性毛细管3、非金属密封垫4、旋涡器5和喷嘴6均需要与液体介质接触，需要保证材料具有生物安全性，并且与液态介质长期相容。

柔性毛细管3的长度可以根据试验需要进行选择，其外形也可以根据需求，进行弯折。

柔性毛细管3的入口一端需要与入口接头2紧密固定，防止喷射过程中脱落，需要在柔性毛细管3的入口一端插入入口接头2的中心孔后，使用工装对柔性毛细管3的外壁进行翻边处理，使其与入口接头2可靠连接。

旋涡器5的直径为0.2～0.3mm，三角形旋涡槽的边长约0.05mm，需要使用激光飞秒技术进行加工，在平直的钨钢丝表面激光烧蚀出旋涡槽的型面。

喷嘴6的喷孔直径在0.05mm～0.1mm，并且一侧具有一个90°～120°的漏斗形倒角，也需要通过使用激光飞秒技术进行加工，以保证型面的完整性和尺寸精度。

柔性毛细管3的出口一端在插入喷嘴6的中心孔后，需要使用工装在喷嘴6的外壁进行加工，使柔性毛细管3和喷嘴6产生一定形变，保证连接紧固，之后再在间隙处进行点胶防松。

三角形螺旋槽的螺距如下：L＝0.37ln(d)+0.595；其中，L为旋涡器直径，d为介质的运动粘度。本实施通过三角形螺旋槽的螺距的计算公式，使得更好的提高了雾化质量和均匀性。

本发明提出的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，具有结构精巧，雾化性能出色的优势，通过激光飞秒技术进行旋涡器的三角形旋涡槽以及喷嘴的漏斗形喷孔的精密加工，保证加工的尺寸精度和形位精度，解决了现有肺递送装置雾化质量不佳的问题；本发明提出的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，通过孔轴紧配合装配和工装翻边以及挤压的方法，实现了与上游零件的密封连接，而且巧妙的实现旋涡器和喷嘴在微尺寸结构上的配合组装以及固定，使得介质在细长的毛细管内部可以通过充分的离心旋流作用，提高雾化质量和均匀性；本发明提出的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其旋涡器的结构和加工质量直接影响到雾化质量。该结构一方面通过旋涡器和毛细管内径的紧配合，迫使液流全部通过旋流槽的离心作用后再流向下游喷嘴，另一方面可以通过选择合适的螺距和导流面积来调整雾化参数和流量；本发明提出的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，在喷嘴处设计了漏斗形的喷孔，通过激光飞秒技术加工的90°～120°的收敛段，可以提高介质进入喷孔时的旋流切向速度，使得雾化锥角的得以进一步张大，雾化分布范围变得更广。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其特征在于包括：锁紧螺母(1)、入口接头(2)、柔性毛细管(3)、非金属密封垫(4)、旋涡器(5)和喷嘴(6)；其中，

所述锁紧螺母(1)与所述入口接头(2)的一端螺纹连接，所述非金属密封垫(4)设置于所述锁紧螺母(1)与所述入口接头(2)之间；

所述非金属密封垫(4)开设有第一中心通道，所述锁紧螺母(1)开设有第二中心通道，所述入口接头(2)开设有第三中心通道，所述第一中心通道与所述第二中心通道相连通，所述第三中心通道与所述第一中心通道相连通；

所述柔性毛细管(3)的一端依次穿过第二中心通道、第一中心通道和第三中心通道；

所述旋涡器(5)设置于所述柔性毛细管(3)的另一端的端口；

所述喷嘴(6)套设于所述柔性毛细管(3)的另一端。

2.根据权利要求1所述的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其特征在于：所述柔性毛细管(3)为中空柔性金属管；其中，所述柔性毛细管(3)的外径为0.5mm～0.7mm，内径为0.2～0.3mm。

3.根据权利要求1所述的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其特征在于：所述非金属密封垫(4)为塑料圆柱体，所述非金属密封垫(4)的上端面所对应的柔性毛细管(3)的位置到柔性毛细管(3)的一端端面的距离为3mm。

4.根据权利要求1所述的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其特征在于：所述入口接头(2)包括中空圆柱体(21)、六方台阶(22)、第一外螺纹接口(23)和第二外螺纹接口(24)；其中，

所述中空圆柱体(21)的中部设置有六方台阶(22)；所述中空圆柱体(21)的一端设置有第一外螺纹接口(23)，第一外螺纹接口(23)的外表面为外锥密封面；所述中空圆柱体(21)的另一端设置有第二外螺纹接口(24)；

所述第一外螺纹接口(23)与上游试验装置相连接；所述第二外螺纹接口(24)与所述锁紧螺母(1)相连接。

5.根据权利要求1所述的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其特征在于：所述锁紧螺母(1)包括第二中空圆柱体(11)和第二六方台阶(12)；其中，所述第二中空圆柱体(11)的底端设置有第二六方台阶(12)；所述第二六方台阶(12)的内部开设有槽，所述非金属密封垫(4)设置于槽内。

6.根据权利要求1所述的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其特征在于：所述旋涡器(5)为外表面加工有三角形螺旋槽的圆柱体，所述旋涡器(5)的外径与柔性毛细管(3)的内径一样，塞入到柔性毛细管(3)的另一端的端口内，使液态介质能够通过旋涡器(5)表面的螺旋槽进入下游，产生离心作用。

7.根据权利要求1所述的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其特征在于：所述喷嘴(6)为中空圆柱体，所述中空圆柱体的一端设置有喷孔，其中，所述喷孔形状为漏斗形，先以90°～120°收缩到喷射直径后，再沿直线形成圆柱形小孔；

所述喷孔的大端的直径与所述旋涡器的外径一致。

8.根据权利要求6所述的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其特征在于：所述旋涡器(5)的直径为0.2～0.3mm，三角形螺旋槽的边长0.05mm。

9.根据权利要求6所述的肺递送装置微型旋流喷嘴结构，其特征在于：所述柔性毛细管(3)的另一端在插入喷嘴(6)后，需要使用工装在喷嘴(6)的外壁进行加工，使柔性毛细管(3)和喷嘴(6)产生一定形变，保证连接紧固，之后再在间隙处进行点胶防松。

Images