CN114632235A - 一种干粉吸入器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医药设备相关技术领域，其公开了一种干粉吸入器，所述干粉吸入器包括依次相连通的旋转碰撞腔体、第二连接件及药物储存器，所述第二连接件相背的两端分别连接所述旋转碰撞腔体及所述药物储存器；所述第二连接件为喇叭形的筒体，其包括相背的大端及小端，所述大端及所述小端分别连接所述旋转碰撞腔体及所述药物储存器。所述干粉吸入器能够在保证高药物颗粒分离效率的同时，而且能够有效地将大多数载体颗粒控留在分离式药物储存器内并易于清理，可以有效提升使用者的使用体验。

Description

一种干粉吸入器
技术领域
本发明属于医药设备相关技术领域，更具体地，涉及一种干粉吸入器。
背景技术
在用于治疗慢性阻塞性肺疾病、哮喘以及肺局部感染等呼吸道疾病中，干粉吸入器(Dry Powder Inhaler,DPI)相对于基于液体的雾化器来说，具有高药物剂量承载能力、高药物稳定性、低生物污染、体积小、无需使用者配合呼吸等优点，因此在市场上存在着较高的竞争力。
干粉吸入器所使用的药物颗粒(1～5微米，又称Active PharmaceuticalIngredient，API颗粒)通常附着于较大载体颗粒表面(50～500微米，材质多为乳糖)，形成一个颗粒聚合体(如图2所示)，通过对载体颗粒进行表面改性，可以有效降低药物颗粒与载体颗粒间的黏着力，其工作原理是借助于吸入器的内部流动区域的设计，使得颗粒聚合体在流体应力和避免碰撞的综合作用下，在吸入器内实现药物颗粒从载体颗粒表面的分离，继而进入人体呼吸道，达成治疗效果。
本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利2021109500934公开了一种干粉吸入器，其包括分离式药物贮存室(I)、颗粒旋转碰撞室(II)、气流入口管件(III)、网筛件(IV)、口含气流出口管(V)；其中分离式药物贮存室(I)所采用的泡罩型药物为长条形；颗粒旋转碰撞室(II)仅存在壁面的倾斜角度；网筛件(IV)内部孔为方形孔。
此干粉吸入器存在以下三个主要问题：
1.虽然此干粉吸入器可将大量载体颗粒存留在颗粒旋转碰撞室内，但是在多次使用之后载体颗粒会大量堆积在其中，从而影响到干粉吸入器的整体性能，因此需要使用者定期主动进行清理操作。
2.此干粉吸入器的颗粒旋转碰撞室会产生回旋上升流，回旋流经由网筛件进入口含气流出口管，而由于颗粒旋转碰撞室上部与网筛件有效通孔区域缺乏平滑过渡连接，回旋流在颗粒旋转碰撞室上部边缘区域形成涡流，会对贴近壁面盘旋上升的药物颗粒进入口含气流出口管产生负面作用，进而影响干粉吸入器的药物递送性能。
3.此干粉吸入器的网筛件内部采用的是等距排布的方形孔，由于与网筛件连接的口含气流出口管截面为圆形，在网筛件边界处会存在较多不完全方形孔；由于药物颗粒较小，其在颗粒旋转碰撞室中的运动会贴合流线，呈贴近壁面盘旋上升运动，因此在网筛件边界处药物颗粒易与网筛件发生碰撞，进而影响进入人体呼吸道的药物颗粒数量。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种干粉吸入器，其针对干粉吸入器内部流动区域对应的结构进行了优化设计，由此解决现有干粉吸入器的使用者使用体验不佳、贴近壁面盘旋上升的药物颗粒不易通过网筛件导致吸入性能差等问题，能够在保证高药物颗粒分离效率的同时，而且能够有效地将大多数载体颗粒控留在分离式药物储存器内并易于清理，可以有效提升使用者的使用体验。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种干粉吸入器，所述干粉吸入器包括依次相连通的旋转碰撞腔体、第二连接件及药物储存器，所述第二连接件相背的两端分别连接所述旋转碰撞腔体及所述药物储存器；
所述第二连接件为喇叭形的筒体，其包括相背的大端及小端，所述大端及所述小端分别连接所述旋转碰撞腔体及所述药物储存器。
进一步地，所述第二连接件垂直于自身长度方向的横截面为圆形，且所述第二连接件垂直于自身长度方向的横截面的直径自所述大端向所述小端逐渐减小。
进一步地，所述第二连接件的筒壁与所述第二连接件垂直于自身长度方向的横截面之间形成第一夹角，所述第一夹角的角度范围为5°～60°。
进一步地，所述干粉吸入器还包括第一连接件、网筛件及出口管，所述第一连接件连接所述网筛件的一侧及所述旋转碰撞腔体远离所述第二连接件的一端；所述出口管的一端连接于所述网筛件的另一侧；所述第一连接件的形状与所述第二连接件的形状相同。
进一步地，所述第一连接件包括相背的第一端及第二端，所述第一端及所述第二端分别连接于所述旋转碰撞腔体及所述网筛件，所述第一连接件垂直于自身长度方向的横截面为圆形，且所述第一连接件垂直于自身长度方向的横截面的直径自所述第一端向所述第二端逐渐减小；所述第一连接件倾斜设置的筒壁与所述第一连接件垂直于自身长度方向的横截面之间形成第二夹角，所述第二夹角的角度范围为5°～60°。
进一步地，所述网筛件为圆形的片状体，其开设有多个孔隙，多个孔隙分为多组，每组孔隙沿一个以所述网筛件的几何中心为圆心的圆形均匀排布，多组孔隙间隔设置。
进一步地，距离所述网筛件的几何中心最远的一组孔隙的孔隙尺寸大于其他组孔隙的孔隙尺寸。
进一步地，所述孔隙垂直于其自身深度方向的横截面为扇形，距离所述网筛件的中心轴距离最大的孔隙对应的扇形的面积大于其他孔隙对应的扇形面积，且其内径与外径的差值为0.4mm～2mm。
进一步地，所述旋转碰撞腔体为筒状体，其包括倾斜设置的腔壁。
进一步地，所述干粉吸入器还包括多个入口管，多个所述入口管的一端分别连接于所述旋转碰撞腔体，且绕所述旋转碰撞腔体的中心轴均匀排布；所述入口管用于为空气进入所述旋转碰撞腔体提供通道。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的干粉吸入器主要具有以下有益效果：
1.所述干粉吸入器采用了第二连接件及带有倾斜壁面的颗粒旋转碰撞腔体，保留了高药物颗粒分离效率，避免载体颗粒(即较大的乳糖颗粒)进入人体呼吸道的优点的同时，解决了大量载体颗粒堆积甚至粘着在旋转碰撞腔体的底部而造成干粉吸入器的整体性能下降的问题，此时不再需要使用者定期主动进行清理操作，载体颗粒会在重力作用下沿着所述第二连接件的倾斜壁面自主滚落到药物储存器内，最终随着所述药物储存器的更换而自动被清理掉，进而可以有效避免颗粒在旋转碰撞腔体的底部存积。
2.本发明采用了具有倾斜壁的第一连接件，使得旋转碰撞腔体的上部与网筛件的有效通孔区域平滑过渡连接，避免了回旋流对贴近壁面盘旋上升的药物颗粒进入出口管而产生负面作用，进而提高了干粉吸入器的药物传送性能。
3.所述网筛件的最外圈存在一圈尺寸较大的孔隙，如此可以让药物颗粒经最外圈的孔隙顺利进入出口管，继而进入使用者口内，而网筛件其余的孔隙较小，可以产生较大的湍流强度，以提高药物颗粒从载体颗粒表面分离的效率。
附图说明
图1是本发明提供的一种干粉吸入器的结构示意图；
图2是图1中的干粉吸入器所使用的颗粒聚合体的结构示意图；
图3是图1中的干粉吸入器的第二连接件的平面示意图；
图4是图1中的干粉吸入器的网筛件的剖视图；
图5是图1中的干粉吸入器的第一连接件的平面示意图；
图6是图1中的干粉吸入器的局部示意图；
图7是图1中的干粉吸入器内的药物颗粒的运动轨迹图；
图8是图1中的干粉吸入器的内部流线示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-药物储存器，2-第二连接件，3-旋转碰撞腔体，4-入口管，5-第一连接件，6-网筛件，7-出口管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1及图2，本发明提供了一种干粉吸入器，其用于将药物吸入口腔。由于药物颗粒的直径仅为1～5微米，该尺寸的药物颗粒在流场的作用下会贴合流线，在与载体颗粒分离后会迅速沿着流线离开干粉吸入器；而载体颗粒由于尺寸较大(直径为50～500微米)，受惯性力的影响会脱离流线，与旋转碰撞腔体的倾斜壁面发生不断的碰撞，可有效的存留在干粉吸入器内，而不进入人的口腔。但是，在干粉吸入器的长期使用中，大量载体颗粒会堆积甚至粘着在颗粒旋转碰撞腔体的底部，因此需要使用者及时清理进而避免影响干粉吸入器的吸入给药性能；第二连接件的壁面具有倾斜角度，存留在干粉吸入器内的载体颗粒会在重力作用下自主滚落到药物储存器中，最终随着药物储存器的更换而自动被清理掉，进而可有效避免颗粒在旋转碰撞腔体的底部沉积。
旋转碰撞腔体上部会产生回旋上升流，第一连接件作为旋转碰撞腔体的上部与网筛件有效通孔区域的平滑过渡连接，避免回旋流对贴近壁面盘旋上升的药物颗粒进入出口管而产生负面作用，进而提高了干粉吸入器的药物递送性能。药物颗粒在干粉吸入器内部流场的运动是贴合流线在旋转碰撞腔体中呈小角度盘旋上升，因此在网筛件边界处药物颗粒易与网筛件发生碰撞，进而影响进入人体呼吸道的药物颗粒数量，网筛件在最外圈存在一圈尺寸较大的孔隙，可让药物颗粒经由最外圈的孔隙顺利进入出口管；而网筛件中间区域的孔隙相对边缘孔隙较小，可产生较大的湍流强度，提升药物颗粒从载体颗粒表面分离的效率。
所述干粉吸入器包括药物储存器1、第二连接件2、旋转碰撞腔体3、多个入口管4、第一连接件5、网筛件6及出口管7，所述第二连接件2连接所述药物储存器1及所述旋转碰撞腔体3。多个所述入口管4的一端分别连接于所述旋转碰撞腔体3，且相对于所述旋转碰撞腔体3的中心轴均匀排布。所述第一连接件5连接所述网筛件6及所述旋转碰撞腔体3，所述出口管7的一端连接于所述网筛件6，且所述出口管7及所述第一连接件5分别位于所述网筛件6相背的两侧。其中，所述药物储存器1、所述入口管4、所述旋转碰撞腔体3、所述第一连接件5、所述第二连接件2、所述出口管7及所述网筛件6相连通。
所述旋转碰撞腔体3为筒状体，其相背的两端分别形成有第一开口及第二开口。所述第一连接件5连接于所述第一开口，所述第二连接件2连接于所述第二开口。所述旋转碰撞腔体3的腔壁是倾斜设置的。
请参阅图6，所述药物储存器1可拆卸地连接于所述第二连接件2，其为药物的泡罩包装。所述药物存储器1为半球形结构，便于与所述第二连接件2形成紧密贴合，所述药物存储器1的半径为5mm～19.5mm。
请参阅图3，所述第二连接件2为喇叭形的筒体，其包括大端及小端，所述大端及所述小端分别连接于所述第二开口及所述药物储存器1。其中，所述第二连接件2垂直于自身长度方向的横截面为圆形，且该横截面的直径自所大端向所述小端逐渐减小。所述第二连接件2的筒壁与所述第二连接件2垂直于自身长度方向的横截面之间形成第一夹角，所述第一夹角的角度范围为5°～60°。工作时，所述旋转碰撞腔体3的倾斜壁面使得大量的载体颗粒存留在其中，堆积甚至粘着在所述旋转碰撞腔体3的底部，带有倾斜角度的筒壁的所述第二连接件2可以进一步使得载体颗粒在重力作用下自主滚落到所述药物储存器1中，随着所述药物储存器1的更换而自动被清理掉。本实施方式中，所述干粉吸入器使用的颗粒聚合体是由载体颗粒及其表面上的药物颗粒组成，如图2所示。
请参阅图4、图7及图8，所述网筛件6为圆形的片状体，其开设有多个孔隙，多个孔隙分为多组，每组孔隙沿一个以所述网筛件6的几何中心为圆心的圆形均匀排布，多组孔隙间隔设置。距离所述网筛件6的中心轴距离最大的一组孔隙的尺寸大于其他组孔隙的尺寸。本实施方式中，所述孔隙垂直于其自身深度方向的横截面为扇形，距离所述网筛件6的中心轴距离最大的孔隙对应的扇形的面积大于其他孔隙对应的扇形面积，且其内径与外径的差值为0.4mm～2mm；当然在其他实施方式中，所述孔隙可以为其他形状，比如圆形。
其中，药物颗粒在所述旋转碰撞腔体3中的运动会贴合流线，在所述网筛件6边界处的药物颗粒容易与所述网筛件6发生碰撞，所述网筛件6最外圈存在一圈尺寸较大的孔隙可以让药物颗粒经由边缘的孔隙顺利进入所述出口管7；而所述网筛件6中间区域的孔隙相对边缘孔隙较小，可以产生较大的湍流强度，提升药物颗粒从载体颗粒表面分离的效率。
请参阅图5，所述第一连接件5为喇叭形的筒体，其包括相背的第一端及第二端，所述第一端及所述第二端分别连接于所述第一开口及所述网筛件6。所述第一连接件5垂直于自身长度方向的横截面为圆形，且其直径自所述第一端向所述第二端逐渐减小。所述第一连接件5倾斜设置的筒壁与所述第一连接件5垂直于自身长度方向的横截面之间形成第二夹角，所述第二夹角的角度范围为5°～60°。
其中，所述旋转碰撞腔体3会产生回旋上升流，回旋上升流在所述旋转碰撞腔体3的上部边缘区域形成涡流，会对贴近所述旋转碰撞腔体3的壁面盘旋上升的药物颗粒进入所述出口管7产生负面作用，而壁面倾斜设置的所述第一连接件5能够将所述旋转碰撞腔体3与所述网筛件6的有效通孔区域平滑过渡连接，继而提高所述干粉吸入器的药物传送性能。
当使用者通过所述出口管7进行吸入给药时，空气自所述进口管4进入所述旋转碰撞腔体3内，带动众多颗粒聚合体自所述药物储存器1经由所述第二连接件2上升至所述旋转碰撞腔体3中，颗粒聚合体在流体应力的作用下在所述旋转碰撞腔体3内旋转运动，并与所述旋转碰撞腔体3的内壁面发生往复碰撞，从而实现药物颗粒与载体颗粒间的分离，分离后的药物颗粒穿越所述第一连接件5及所述网筛件6，最终经所述出口管7进入人体呼吸道。
在另一个实施方式中，采用半球型的药物储存器1的直径为10mm，第二连接件2的腔壁倾斜角度为10°，网筛件6的边缘圆周分布的孔隙内外半径分别为4.8mm和3.8mm，并且每60°放置一个；内部既采用了圆周分布的孔隙又采用了圆孔，其中圆周分布的孔隙内外半径分别为3.2mm和2.2mm，而圆孔半径为1.6mm；第一连接件5的墙壁倾斜角度为10°。用计算流体力学研究干粉吸入器的内部流场以及对药物颗粒追踪，可以发现，采用所述干粉吸入器所采用的第二连接件2确实能有效地使载体颗粒滚落到药物储存器中，而采用的网筛件6中间区域的孔隙相对边缘孔隙较小，可产生较大的湍流强度，并且边缘一圈较大的孔隙可让药物颗粒顺利进入出口管，如图7所示，最后采用的第一连接件5能够将旋转碰撞腔体3的上部与网筛件6平滑过渡连接，避免了回旋流对贴近壁面盘旋上升的药物颗粒进入出口管产生负面作用，如图8所示。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种干粉吸入器，其特征在于：
所述干粉吸入器包括依次相连通的旋转碰撞腔体、第二连接件及药物储存器，所述第二连接件相背的两端分别连接所述旋转碰撞腔体及所述药物储存器；
所述第二连接件为喇叭形的筒体，其包括相背的大端及小端，所述大端及所述小端分别连接所述旋转碰撞腔体及所述药物储存器。
2.如权利要求1所述的干粉吸入器，其特征在于：所述第二连接件垂直于自身长度方向的横截面为圆形，且所述第二连接件垂直于自身长度方向的横截面的直径自所述大端向所述小端逐渐减小。
3.如权利要求2所述的干粉吸入器，其特征在于：所述第二连接件的筒壁与所述第二连接件垂直于自身长度方向的横截面之间形成第一夹角，所述第一夹角的角度范围为5°～60°。
4.如权利要求1-3任一项所述的干粉吸入器，其特征在于：所述干粉吸入器还包括第一连接件、网筛件及出口管，所述第一连接件连接所述网筛件的一侧及所述旋转碰撞腔体远离所述第二连接件的一端；所述出口管的一端连接于所述网筛件的另一侧；所述第一连接件的形状与所述第二连接件的形状相同。
5.如权利要求4所述的干粉吸入器，其特征在于：所述第一连接件包括相背的第一端及第二端，所述第一端及所述第二端分别连接于所述旋转碰撞腔体及所述网筛件，所述第一连接件垂直于自身长度方向的横截面为圆形，且所述第一连接件垂直于自身长度方向的横截面的直径自所述第一端向所述第二端逐渐减小；所述第一连接件倾斜设置的筒壁与所述第一连接件垂直于自身长度方向的横截面之间形成第二夹角，所述第二夹角的角度范围为5°～60°。
6.如权利要求4所述的干粉吸入器，其特征在于：所述网筛件为圆形的片状体，其开设有多个孔隙，多个孔隙分为多组，每组孔隙沿一个以所述网筛件的几何中心为圆心的圆形均匀排布，多组孔隙间隔设置。
7.如权利要求6所述的干粉吸入器，其特征在于：距离所述网筛件的几何中心最远的一组孔隙的孔隙尺寸大于其他组孔隙的孔隙尺寸。
8.如权利要求6所述的干粉吸入器，其特征在于：所述孔隙垂直于其自身深度方向的横截面为扇形，距离所述网筛件的中心轴距离最大的孔隙对应的扇形的面积大于其他孔隙对应的扇形面积，且其内径与外径的差值为0.4mm～2mm。
9.如权利要求1-3任一项所述的干粉吸入器，其特征在于：所述旋转碰撞腔体为筒状体，其包括倾斜设置的腔壁。
10.如权利要求1-3任一项所述的干粉吸入器，其特征在于：所述干粉吸入器还包括多个入口管，多个所述入口管的一端分别连接于所述旋转碰撞腔体，且绕所述旋转碰撞腔体的中心轴均匀排布；所述入口管用于为空气进入所述旋转碰撞腔体提供通道。
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