CN115151292A - 用于递送活性剂的声学雾化器 - Google Patents
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Abstract
一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：壳体；至少一个压电基片(2)，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面(2a)和相对的非换能器表面(2b)，至少一个电声换能器(48)位于所述换能器表面上以用于在所述至少一个压电基片(2)内产生声波能量；液体供应系统，用于向所述换能器表面和所述非换能器表面中的至少一个供应液体，所述液体供应系统包括用于容纳液体的储存器(3)以及与所述至少一个压电基片(2)接触以用于将液体从所述储存器(3)供应到所述至少一个压电基片(2)的至少一个相对刚性的供应导管；以及传感器，用于检测所述至少一个压电基片(2)上的液体体积。
Description
技术领域
所描述的实施方案总体上涉及用于将液体雾化成小的气载液滴的雾化器，并且具体地涉及使用声波能量来雾化液体的雾化器。
背景技术
自1990年代以来，就有人提出使用表面声波(SAW)进行液体雾化。参见‘M.Kurosawa等人，’Surface acoustic wave atomizer’，Sensors and Actuators A：PhVsical，1995，50，69-74’。自那时起，SAW雾化器已在多种领域得到应用，包括在活性剂的施用中。吸入药物是用于治疗哮喘、慢性阻塞性肺病(COPD)和其他与气流受限相关的病状(诸如阻塞性支气管炎、肺气肿和囊性纤维化)最常见的疗法形式。在提高SAW雾化平台在各种应用中的性能方面已经进行了广泛的研究和开发，所述应用包括用于与质谱接合的快速液滴电离(参见‘S.R.Heron等人，‘Surface acoustic wave nebulisation of peptidesas a microfluidic interface for mass spectrometry’，Analytical Chemistry，2010，82，3985-3989)；纳米粒子合成(参见‘J.R.Friend等人，‘Evaporative self-assemblyassisted synthesis of polymeric nanoparticles by surface acoustic waveatomisation’，Nanotechnology，2008，19，1453010)；以及肺部递送(参见A.E.Rajapaksa等人，‘Effective pulmonary delivery of an aerosolized plasmid DNA vaccine viasurface acoustic wave nebulization’，Respiratory Research，2014，15，1)。
尽管做出了这些持续的努力，但目前的最新技术并没有超越研究实验室环境来解决与将平台转化为实际和商业用途相关的问题。这些问题常常被研究人员忽视，包括与储存器接合的繁琐且复杂的储存器流体芯片、弱流速以及大液滴的虚假喷射(通常占递送体积的很大一部分)，最终产生的雾化器效果不佳，所述雾化器被定制以适合特定的实验室应用，并且只能由专家用户运行，而不是最终用户可以可靠且轻松地使用的实用的和商业上可实现的平台。
使用这种SAW雾化平台的一项特殊挑战是与所用液体及其向设备的供应有关的问题。一种常见的方法是使用放置在压电基片的换能器表面上的芯来供应液体。电声换能器通常采用叉指式换能器(IDT)的形式，被光刻应用在压电基片上，以便SAW可以在换能器表面上传播。使用供应芯的布置例如在US8991722(Monash University)中示出。
然而，在换能器表面上使用芯可能会导致SAW的不良阻尼、界面材料的加热以及取决于设备上液体的空间位置的性能灵敏度，尤其是在声能集中在芯片上的情况下。此外，在雾化过程中，设备上通常会出现具有复杂多级几何形状的拖尾液膜，从而导致产生虚假的大液滴(＞10μm)和高达100μm的尺寸，这对于肺部药物递送应用尤其不利，在该应用中深肺沉积需要1μm量级的液滴。
避免至少一些上述问题的一种提出的布置在国际公布号WO2014/132228(RMITUniversity)中示出，其中供应芯与压电基片的外围边缘接触，从而使与芯和供应的液体与换能器表面接触相关的能量损失最小化。相反，SAW在外围边缘与供应的液体的相互作用导致形成薄的液体层，从该层可以发生雾化。
已经提出的替代方法是使用在压电基片体内产生的传统体声波(BAW)——而不是SAW来雾化液体。US6679436(Omron)描述了一种喷雾器，其为此目的使用传统的体波。使用SAW平台时，SAW不用于雾化，而是用于感测液体(即感测是否存在液体)。相反，液体被施加到压电基片的非换能器表面，而基片内生成的体波用于雾化液体。
与现有技术SAW和BAW平台相关的一个问题是此类平台可能的相对较低的雾化速率。SAW平台通常仅具有约0.1ml/min的雾化速率，显著限制了此类平台的潜在应用。
虽然普遍认为使用SAW的雾化平台是最有效的波型，但最近的研究表明，SAW与表面反射体波(SRBW)的组合已显示可提供卓越的液体雾化。(参见‘Amgad R.Rezk等人，‘Hybrid Resonant Acoustics(HYDRA)’，Advanced Materials，2016，1970-1975’)。当压电基片的换能器表面上的SAW在换能器表面和以与基片表面平行相邻关系定位的基片的相对非换能器表面之间发生内部反射时，会产生SRBW。因此，SRBW的生成频率与SAW相同。因此，由于它们的相互关系，生成了组合SAW与SRBW二者的混合声波，并且在换能器和非换能器表面上都有体现。当基片的厚度处于或接近所产生的SAW的波长时，SRBW的产生得到优化。
国际公布号WO2016/179664(RMIT University)描述了一种使用组合SAW与SRBW的混合声波用于雾化液体的雾化平台。可以使用芯或通过将基片边缘直接浸入液体的储存器中来将液体供应到压电基片的侧面或端部边缘。混合声波(即SAW和SRBW)随后用于在基片的IDT表面和非IDT表面上绘制液体薄膜。然而，组合的SAW与SRBW雾化平台仍然面临与仅SAW的雾化平台中发现的类似问题，因为在所述实施方案之一中使用了与基片接触的芯。
SAW雾化器系统在施用活性剂(包括吸入药物)方面的另一项挑战是准确、可测量的剂量递送，以确保患者接受正确的剂量，从而获得治疗效果。这可以防止患者接受例如过量服用。在吸入期间，呼吸气体的流速会发生变化，这可能会改变剂量率或降低吸入疗法的效果，这两者都会对受试者产生不利影响。
考虑到负载的瞬态变化(即压电芯片电阻)以及压电芯片顶部的流体体积的增加/减少，检测流体存在(开/关状态)并测量基片表面上的流体量的标准方法是通过馈入负载/芯片中的射频(RF)信号。然而，这个过程需要将射频信号连接到示波器和电流探头中，这不仅价格昂贵，而且很难小型化。
SAW雾化器系统在施用活性剂(包括吸入药物)时面临的另一项挑战是防止雾化液体从芯片的表面、侧面或端部流失。例如，这可能发生在雾化之前声波将液体驱离表面的地方。雾化液体从芯片表面的损失会改变剂量率或降低吸入疗法的效果，这会对受试者产生不利影响。
这些及其他SAW雾化器系统在性能可靠性、再现性、效率和液滴分布方面也存在问题。具体来说，利用单晶芯片的系统由于过热、热电故障而容易出现故障，并且在一些布置中，需要芯片与液体样品持续接触。存在改进此类设备的性能可靠性和效率的空间。此外，实现适当的操作参数以用于多种活性药物成分(API)的施用仍然是一个挑战，所述操作参数包括但不限于液滴尺寸、液滴分布的几何标准偏差(GSD)、稳定期(即使用时间)、体积雾化率和细颗粒分数。
以上对背景技术的讨论被纳入以解释所描述的实施方案的背景。不承认背景技术在本说明书的任何一项权利要求的优先权日是已知的或是公知常识的一部分。
贯穿本说明书，除非上下文另有要求，否则词语“包括(comprise)”，或变化形式诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”将应理解为意指包括所述要素、整数或步骤或者要素、整数或步骤的组，但是不排除任何其他的要素、整数或步骤或者要素、整数或步骤的组。
术语“声波能量”将在本说明书中用于指代行表面声波和驻表面声波(SAW)二者和包括表面反射体波(SRBW)的体声波(BAW)，以及所述波的组合，特别是SAW与SRBW的组合。
术语“液体”将在本说明书用于指代纯液体或液体混合物，包括功能性或治疗性试剂，诸如药剂、质粒DNA、肽、香料等。
需要一种声学雾化器来解决与现有技术的声学雾化器相关的一个或多个缺点或至少提供其替代方案。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述至少一个压电基片内产生声波能量；
液体供应系统，用于将液体供应到换能器和非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳液体的储存器，以及与至少一个压电基片接触以用于将液体从储存器供应到至少一个压电基片的至少一个相对刚性的供应导管；以及
传感器，用于检测至少一个压电基片上的液体体积。
在一个或多个实施方案中，供应导管可以是尖头或针的形式。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述基片内产生声波能量；
顺应性材料，其与所述至少一个压电基片的周边表面的至少一部分接触。
液体供应系统，用于将液体供应到换能器和非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳液体的储存器和用于将液体从储存器供应到所述基片的至少一个供应导管；以及
传感器，用于检测所述基片的表面上的液体体积。
在一个或多个实施方案中，顺应性材料选自由以下组成的组：胶带、硅橡胶、导热膏或其组合。顺应性材料可以与至少一个压电基片的远端的周边的至少一部分接触。
在一个或多个实施方案中，至少一个供应导管可以是与至少一个压电基片接触的相对刚性的供应导管。
在一个或多个实施方案中，所述至少一个供应导管选自由以下组成的组：尖头、针、芯、微通道或其组合。
在一个或多个实施方案中，传感器通过测量通过雾化器的电流变化来检测至少一个压电基片表面上的液体体积，该电流可以是直流电。
在一个或多个实施方案中，传感器可以被配置来检测至少一个压电基片的换能器表面和/或非换能器表面上的液体体积。
在一个或多个实施方案中，雾化器系统(测量通过其的电流)包括电子电路和至少一个压电基片。电子电路可以包括至少一个印刷电路板。在一个或多个实施方案中，雾化器还可以包括响应于传感器的控制开关，用于控制雾化器的操作。
在一个或多个实施方案中，雾化器可适于防止雾化液体从基片的表面、侧面或端部损失。例如，在一个实施方案中，雾化器还可以包括至少一个额外的和/或相对的电声换能器，用于在相反的方向上产生声波能量，以减少在雾化之前液体被驱离至少一个压电基片的程度。在又一些实施方案中，至少一个压电基片可以进一步包括容纳屏障结构，用于在雾化之前或期间容纳施加到至少一个压电基片上的液体和/或防止液体的损失。在一个或多个实施方案中，容纳屏障结构可以包括唇缘、壁、垫圈、沉积的凸起膜及其组合。
在一个或多个实施方案中，液体可以从储存器重力供给，或通过主动泵送系统从储存器转移。在又一些实施方案中，液体供应系统还包括用于从其提供稳定的液体流的流量调节器。
在一个或多个实施方案中，至少一个压电基片可以被支撑在可移位底座上，用于控制所述至少一个压电基片与供应导管的接触。
在一个或多个实施方案中，雾化器还可以包括用于控制雾化液滴尺寸的控制装置。在一个或多个实施方案中，控制装置可以包括至少一个挡板，所述挡板以与换能器表面或非换能器表面中的至少一个大致平行且相邻的关系定位。
在一个或多个实施方案中，壳体还可以包括入口开口，并且储存器可包括可以容纳在所述入口开口内的颈部。
在一个或多个实施方案中，雾化器可以包括至少两个压电基片，所述至少两个压电基片间隔开且以平行相邻关系定位。
在一个或多个实施方案中，液滴尺寸控制装置可以配置成使得能够预先设置介于至少两个压电基片之间的间距，以控制在相邻基片表面之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制雾化液滴的尺寸。
在一个或多个实施方案中，液滴尺寸控制装置配置成使得能够预先设置至少两个压电基片与壳体内壁的间距，以控制在相邻基片表面与内壁之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制雾化液滴的尺寸。
在一个或多个实施方案中，液滴尺寸控制装置包括与液体供应导管和至少一个压电基片流体连通的液膜形成结构，以控制供应给至少一个压电基片的液体的弯液面的厚度，从而控制雾化液滴的尺寸。
在一个或多个实施方案中，液膜形成结构包括网、网格、一种或多种纤维、或在液体供应导管中的狭槽、或其组合。
在一个或多个实施方案中，所述实施方案的雾化器的换能器表面、非换能器表面或其组合的至少一部分可以被图案化。
在一个或多个实施方案中，产生的声波能量可以包括在至少一个压电基片的换能器表面中传播的表面声波(SAW)。声波能量可以包括在至少一个压电基片的换能器与非换能器表面之间反射的表面反射体波(SRBW)。在一个实施方案中，声波能量可以包括在至少一个压电基片的换能器表面中传播的表面声波(SAW)与在至少一个压电基片的换能器和非换能器表面之间反射的表面反射体波(SRBW)的组合。表面声波(SAW)可以包括驻波、行波及其组合。表面反射体波(SRBW)可以包括驻波、行波及其组合。如前所述，当压电基片的换能器表面上的SAW在换能器表面和以与基片表面平行相邻关系(即，基片的另一侧)定位的基片的相对非换能器表面之间发生内部反射时，会产生SRBW。因此，SRBW的生成频率与SAW相同。由于它们的相互关系，可能会生成组合SAW和SRBW二者的混合声波，并在换能器和相对的非换能器表面上都表现出来。
如上所述，液体供应系统可以将液体供应到换能器和非换能器表面中的至少一个。鉴于此以及声波可以在换能器和相对的非换能器表面上都出现的事实，应理解液体样品可以从换能器表面、相对的非换能器表面或换能器表面和相对的非换能器表面两者雾化。在一个实施方案中，液体从换能器表面雾化。在另一实施方案中，液体从非换能器表面雾化。在另一实施方案中，液体从换能器和相对的非换能器表面两者的表面雾化。
所描述的实施方案的压电基片和电声换能器也可用于传感至少一个基片上的液体质量。与在US6679436(Omron)中使用表面波(即SAW)进行传感的情况不同，在所描述的实施方案中使用体波(即在同一基片上产生的BAW)进行传感。根据所描述的实施方案的用于雾化器的电声换能器可以是叉指式换能器(IDT)。至少一个压电基片可由铌酸锂(LiNbO3)形成。
在一个实施方案中，非换能器表面的至少一部分还可以包括包含至少一种金属的涂层。在一个实施方案中，在基片远端处的换能器表面的至少一部分还可以包括包含至少一种金属的涂层。至少一种金属可以是钛、金、铝、铬、铜或其组合。
压电基片可以具有等于或接近在换能器表面中传播的SAW的波长的厚度。这优化了基片内SRBW的产生。
在一个或多个实施方案中，液体从换能器表面、非换能器表面或换能器表面和非换能器表面两者雾化。
在根据所述实施方案的雾化器中，液体可以被雾化以形成尺寸在0.1μm至100μm之间范围内的液滴。
在一个或多个实施方案中，液体可以最高10.0ml/min的雾化速率进行雾化。
根据雾化器的一个实施方案，壳体可以呈盒的形式，所述盒具有连接到至少一个电声换能器的外部电触点及集成液体供应系统。
在一个或多个实施方案中，至少一个压电基片接合到位移底座。
在一个或多个实施方案中，至少一个压电基片通过在换能器表面与位移底座之间提供液密密封的密封件接合到位移底座。
在一个或多个实施方案中，非换能器表面包括一个或多个电声换能器。
在一个或多个实施方案中，提供了一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：壳体；至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述至少一个压电基片内产生声波能量；至少一个相对的电声换能器，用于在相反的方向上产生声波能量，以减少在雾化之前液体被驱离换能器表面的程度；以及液体供应系统，用于将液体供应到至少一个压电基片。
在一个或多个实施方案中，提供了一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：壳体；容纳在所述壳体内的至少两个压电基片；每个压电基片都具有各自的换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在各自的压电基片内产生声波能量；其中所述至少两个压电基片间隔开并以平行相邻关系定位；液体供应系统，用于将液体供应到至少一个压电基片；以及控制装置，用于控制雾化液滴的尺寸，所述控制装置配置成使得能够预先设置介于所述至少两个压电基片之间的间距，以控制在相邻基片表面之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制雾化液滴的尺寸。
在一个或多个实施方案中，提供了一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：壳体；至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述压电基片内产生声波能量；以及液体供应系统，用于向换能器和非换能器表面中的至少一个供应液体，所述液体供应系统包括用于容纳液体的储存器，以及与至少一个压电基片接触以用于将液体从储存器供应到至少一个压电基片的至少一个相对刚性的供应导管。
在一个或多个实施方案中，提供了一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：壳体；至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述至少一个压电基片内产生声波能量；顺应性材料，其与至少一个压电基片的周边表面的至少一部分接触；以及液体供应系统，用于向换能器和非换能器表面中的至少一个供应液体，所述液体供应系统包括用于容纳液体的储存器以及用于将液体从储存器供应到至少一个压电基片的至少一个供应导管。
在一个或多个实施方案中，至少一个电声换能器可以被配置来提供指示至少一个压电基片上的液体体积的输出。
在一个或多个实施方案中，由至少一个电声换能器提供的输出可以是电流。
在一个或多个实施方案中，雾化器还可包括用于检测至少一个压电基片上的液体体积的传感器。
在一个或多个实施方案中，至少一个电声换能器可以包括传感器。
在一个或多个实施方案中，雾化器还可以包括至少一个相对的电声换能器，用于在相反的方向上产生声波能量，以减少在雾化之前液体被驱离所述至少一个压电基片的程度。
在一个或多个实施方案中，至少一个相对的电声换能器可以被配置来提供指示至少一个压电基片上的液体体积的输出。
在一个或多个实施方案中，由至少一个相对的电声换能器提供的输出可以是电流。
在一个或多个实施方案中，至少一个相对的电声换能器可以包括传感器。
在一个或多个实施方案中，雾化器还可以包括用于控制雾化液滴尺寸的控制装置。
在一个或多个实施方案中，雾化器可以包括至少两个压电基片，所述至少两个压电基片间隔开且以平行相邻关系定位。
在一个或多个实施方案中，液滴尺寸控制装置可以被配置成使得能够预先设置介于至少两个压电基片之间的间距，以控制在相邻基片表面之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制雾化液滴的尺寸。
在一个或多个实施方案中，液滴尺寸控制装置可以配置成使得能够预先设置至少两个压电基片与壳体的内壁的间距，以控制在相邻基片表面与内壁之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制雾化液滴的尺寸。
在一个或多个实施方案中，液滴尺寸控制装置可以包括与液体供应导管和至少一个压电基片流体连通的液膜形成结构，以控制供应给至少一个压电基片的液体的弯液面的厚度，从而控制雾化液滴的尺寸。
在一个或多个实施方案中，液膜形成结构可以包括网、网格、一种或多种纤维、或液体供应导管中的狭槽。
在一个或多个实施方案中，提供了一种雾化器系统，其包括：如上所公开的雾化器，其中所述雾化器是第一雾化器；和第二雾化器。
在一个或多个实施方案中，第一雾化器包括第一雾化器水接触表面；并且第二雾化器包括第二雾化器水接触表面。
在一个或多个实施方案中，第一雾化器水接触表面横向于第二雾化器水接触表面。
在一个或多个实施方案中，第一雾化器水接触表面为换能器表面或非换能器表面；并且第二雾化器水接触表面为第二雾化器的换能器表面或第二雾化器的非换能器表面。
根据本公开的另一方面，提供了一种使用如上所述的雾化器或如上所述的雾化器系统来雾化液体的方法。
所述方法可以包括雾化液体以形成尺寸在0.1μm至100μm之间的范围内的液滴。介于1与5μm之间的较小液滴尺寸非常适合用于吸入治疗性试剂的应用。然而，应当理解，如果包含香料、化妆品、杀虫剂、涂料或防腐剂的其他应用需要，可以形成超过10μm的更大尺寸的液滴。
所述方法还可以包括以最高10.0ml/min的雾化速率雾化液体。
所述方法还可以包括雾化液体以形成具有＜10μm的几何标准偏差(GSD)的液滴。
所述方法可以包括雾化液体，所述液体中包含功能性或治疗性试剂，诸如药剂、质粒DNA、RNAi、肽、蛋白质和细胞；或包含非治疗性试剂，诸如香料、化妆品、防腐剂、杀虫剂或涂料。在一个或多个实施方案中，功能性或治疗性试剂可以作为单位剂量递送。在一个或多个实施方案中，单位剂量由用于检测基片表面上的液体体积的传感器测定。
在根据本公开的雾化器中将换能器和非换能器表面二者用于流体递送和雾化不仅提供了高得多的雾化速率(1ml/min及更大，相比之下，典型的SAW雾化速率为0.1-0.2ml/min)，而且也避免了当声波能量耦联到先前雾化配置中通常用于流体递送的材料(玻璃、芯、PDMS等)时由于声波能量的粘性耗散而产生的不希望的加热，这些材料通常具有较差的声学匹配特性。此外，根据本公开的雾化器的配置还可以减少化学品和敏感样品与电声换能器的接触。这具有保护换能器的电极免受刺激性化学品破坏以及保护任何敏感生物样品免受电极产生的强电场影响的优点。
附图说明
参考附图进一步描述实施方案将是方便的，附图说明了雾化器的实施方案。其他实施方案是可能的，因此附图的特殊性不应被理解为取代前面描述的一般性。
在附图中：
图1a是根据一个实施方案的雾化器的侧剖视图；
图1b是液体递送系统的放大图，根据一个实施方案，其构成尖头或针；
图1c是根据一个实施方案的雾化器的侧面细节视图；
图1d是雾化器的另一实施方案的细节侧剖视图；
图1e是雾化器的另一实施方案的侧剖视图；
图2是平台的透视图，该平台持有用于雾化器的压电基片；
图3a是雾化器的换能器表面的正交视图；
图3b是所描述的雾化器的另一实施方案的换能器表面的正交视图，突出显示了基片的周边表面。如所描述的，顺应性吸收材料可以与图3b中突出显示的基片表面材料的周边表面的至少一部分接触；
图3c是所描述的雾化器的另一实施方案的换能器表面的正交视图，突出显示了换能器表面远端上的涂层和适合图案化的区域；
图3d是所描述的雾化器的代表性实例，其中所述雾化器的非换能器表面被部分涂覆；
图3e是所描述的雾化器的另一实施方案的换能器表面的正交视图，突出显示了在基片的换能器表面的远端上的涂层；
图4a和4b是雾化器的另一实施方案的侧剖视图；
图5a是没有挡板的雾化器的喷射液滴尺寸分布图；
图5b是带有挡板的雾化器的喷射液滴尺寸分布图；
图6是示出了Humalog(胰岛素药物)的质量传感作为频率的函数的图；
图7是示出了根据一个实施方案的雾化器的雾化分布数据的图，其中非换能器基片表面涂覆有钛和金；
图8是用于检测表面上的液体体积的传感器的代表性实例；(a)通过监测RF负载的标准方法；及(b)传感器；
图9是根据所述实施方案在操作中用于检测表面上的液体体积的传感器的代表性实例；其中传感器适于检测表面上液体的存在(开/关)和/或液体体积-在雾化器系统适于施用活性剂的情况下，表面上的液体体积可以等于待施用的给定活性物质的单位剂量；
图10是代表性实施方案，其中雾化器包括两个相对的IDT，黑色方块代表IDT之间的雾化区；
图11是代表性实施方案，其中雾化器包括用于在表面上容纳流体的结构，虚线指示垫圈的位置，例如，在雾化区域周围；
图12a.至d.是液膜形成结构的代表性实例，包括例如a.在界面处并且在基片与液体供应导管之间流体连通的纤维束或网；b.在基片上的纤维或网之间形成的薄弯液面的侧视图，c.液体供应导管中的微狭槽，d.在操作中由液体供应导管中的微狭槽产生的薄膜的侧视图；
图13是包括密封件的雾化器的代表性实施方案，该密封件在换能器表面与雾化器的底座之间提供液密密封；
图14是雾化器系统的代表性实施方案，其包括第一雾化器和相对于第一雾化器成一定角度设置的第二雾化器；并且
图15是图14的雾化器系统的代表性实施方案，示出了第一雾化轨迹和第二雾化轨迹。
具体实施方式
首先参考图1a和1c，示出了根据本公开的雾化器的第一实施方案。雾化器包括底座1，其支撑压电基片2。压电基片2包括换能器表面2a，电声换能器48位于换能器表面2a上。电声换能器48包括叉指式换能器(IDT)(未示出)或呈其形式。基片2还包括非换能器表面2b。非换能器表面2b可以设置或提供在基片2的与换能器表面2b相反的或反面的表面上。如图所示，非换能器表面2b可以相对于换能器表面2a以平行相邻关系定位。
参考图3(a)，电声换能器48包括一个或多个叉指式换能器(IDT)35或呈其形式。电声换能器48包括或跨越基片2的至少一部分并且包括主IDT条30。电声换能器48包括电触点端32。电声换能器48包括屏蔽件28。屏蔽件28包括第一细长部分60和第二细长部分62。第一细长部分60大体垂直于第二细长部分62。第一细长部分60大体垂直于主IDT条30。屏蔽件28可以帮助减小由电声换能器48产生的波(例如，表面声波或表面反射体波，如下文更详细描述)到达基片2的周边64或电触点端32的程度。到达基片2的周边64或电触点端32的波可能造成损坏并缩短基片2和/或电声换能器48的寿命。电声换能器48包括弯曲部29。具体来说，主IDT条30可以各自包括一个或多个弯曲部29。弯曲部29可以帮助减小所产生的波到达基片2的周边或电触点端32的程度。电声换能器48包括反射器条31。反射器条31可以帮助减小所产生的波到达基片2的周边64或电触点端32的程度。
雾化器包括液体供应系统。液体供应系统被配置为向基片2供应液体。也就是说，液体供应系统被配置为向换能器表面2a和/或非换能器表面2b供应液体。雾化器还包括液体储存器3，在液体储存器3内容纳有待由雾化器雾化的液体4。在一些实施方案中，液体供应系统包括液体储存器3。储存器3可以呈瓶子或小瓶的形式，其可以具有螺纹颈部3a，该螺纹颈部3a可以旋入设置在壳体(未示出)上的螺纹入口开口5中。液体供应系统还可包括如本文所述的供应导管6。供应导管6可以是相对刚性的。在图1a和1c中，示出了雾化器使用中的位置，从而允许液体4从储存器3重力供给并通过呈尖头或针6形式的相对刚性的供应导管6。液体弯液面7在换能器表面2a上的尖头或针6的端部处(图1b)形成。RF功率经由电触点8供应给电声换能器48。这将导致在换能器表面2a中产生表面声波(SAW)，其继而产生在换能器与非换能器表面2a、2b之间反射的表面反射体波(SRBW)。与SAW组合的SRBW的独特混合波配置允许液体4从液体弯液面7抽出穿过换能器表面2a。如果在换能器表面2a的端部处发生液体4积聚，则声波能量会将液体4拉到基片2端部周围并到达基片2的非换能器表面2b上，在此液体4也可以被雾化。重力供给布置允许液体的连续、自调节的流动以启动针或尖头6。
进一步阐述，供应泵、重力供给或尖头或针6中的毛细管作用只是用来启动它。然后液体4被声波拉出到基片2的表面上，如图1b所示。在一些实施方案中，液体递送系统、即尖头或针6与基片2接触。这与国际公布号WO2012/096378(Panasonic Corp.)中将毛细管驱动的液体递送到蚀刻到基片中的供应通道不同。使声波将液体从尖头或针6抽出到基片2上避免了溢流，因为只有与被雾化的同样多的液体被抽出到设备上。
用于尖头或针6的材料的选择可以包括声反射材料。吸声材料倾向于吸收基片2上的声能并因此使其衰减。这种材料可以包括金属、聚合物或陶瓷材料。
一些雾化器设计使用网格来试图控制和保持雾化液滴尺寸的均匀性。这些雾化器依靠由超声波或其他体驻波产生的活塞作用来推动和拉动f通过网格以产生液滴。如果没有网格，这些雾化器将无法发挥作用，因为驻波会在相关基片上产生不均匀的厚液膜，并随后产生不均匀的且大的液滴。此外，这种网格容易堵塞。本文所述的雾化器实施方案提供具有驻波和行波分量的表面声波和表面体反射波，即使在基片2的非换能器表面2b上也是如此。这将液体拉入遍布基片2的薄膜中，从而导致均匀地产生较小的液滴。
壳体可以包括至少一个挡板9，其例如可以由壳体的壁形成。至少一个挡板9可与换能器表面2a隔开并且可以与换能器表面2a大致平行且相邻的关系定位。类似地，至少一个挡板9可与非换能器表面2b隔开并且可以与非换能器表面2b大致平行且相邻的关系定位。至少一个挡板9可以沿基片2长度的至少一部分延伸。挡板9提供了一种简单的手段来控制液滴尺寸的均匀性。由于声波能量耦联到液体4中的角度(称为瑞利角(Rayleighangle))，尺寸在10μm至100μm数量级的较大液滴11以比较小液滴更大的动量从基片表面2a喷射出。这导致液滴在以相同角度雾化时被喷射。这些较大的液滴11然后撞击挡板9的表面，因此它们被重新引导回到基片表面2a，在那里它们被重新送入来自储存器3的现有液体进料中。原来作为返回液滴11的一部分的液体因此再次经受雾化。另一方面，尺寸为约1μm的较小液滴10具有明显较小的动量，因此不会到达挡板9的表面。相反，小液滴10被夹带到离开雾化器的气流中。类似的液滴尺寸控制过程也发生在非换能器表面2b和与非换能器表面2b相邻的相应挡板表面9之间。
图1d示出了根据本公开的雾化器的另一实施方案，其利用以堆叠配置被支撑在雾化器内的至少两个压电基片12、13。多于两个压电基片也可以在雾化器内以平行且相邻的位置堆叠。每个压电基片12、13将具有与图1a和1c中所示的实施方案类似的布置，其中电声换能器48位于每个基片12、13的换能器表面12a、13a上，以允许在每个基片内产生声波能量，从而抽取供应到基片表面12a、13a和每个基片12、13的平行相邻(或相反)非基片表面12b、13b的雾化液体。壳体还包括与下基片13的换能器表面13a平行且相邻定位的下挡板9a，其有助于如前所述的液滴尺寸控制。在上基片12的非换能器表面12b和与该表面相对的挡板9b之间发生类似的效应。两个基片12、13的换能器12a、13a和非换能器12b、13b表面的方向可以互换，只要各自的换能器表面12a、13a和非换能器表面12b、13b是相反的，或彼此平行且相邻的。然而，这种布置提供了用于控制液滴尺寸均匀性的进一步手段。液体也被截留在两个基片12、13之间的间隙空间14之间、以及下基片13的换能器表面13a与下挡板表面9a之间、以及上基片12的非换能器表面12b与上挡板表面9b之间。液体弯液面7的厚度是用于控制液滴尺寸的参数。因此，调整每个基片12、13与挡板表面9a、9b之间的相对间距允许控制弯液面厚度，从而提供雾化液滴尺寸的均匀性。因此，这种配置允许通过调整上述间距来控制液滴尺寸。还设想通过具有多个间距可以获得多种液滴尺寸。
图1e示出了根据本公开的雾化器的另一实施方案，其利用以堆叠配置被支撑在雾化器内的至少两个压电基片12、13。与图1d中所述的实施方案一样，液体被截留在两个基片12、13之间的间隙空间14之间。与图1d不同，液体弯液面7不需要与基片12和13二者都接触。此外，在一个实施方案中，尖头或针6可以与基片12之一的表面直接接触以递送液体6。在另一实施方案中，尖头或针6可以不与基片12的表面接触，但可以定位成使得液体6被递送以与基片12的表面接触。设想至少两个压电基片12、13可以相同或可以不同。例如，基片中的一个或多个可以如下文详细描述的那样被图案化，以提供对雾化器输出参数的进一步控制。
此外，考虑到图1d和1e中的布置，例如，可以提供更高的雾化速率，因为现在有多个可以发生雾化的基片表面。相邻的基片表面也可以充当主动挡板，其中从一个基片表面喷射的虚假大液滴被收集到相邻基片的表面上并重新雾化，直到产生较小的液滴。这种方法可以被认为是主动基片阻挡，而不是由壳体内壁提供的被动物理挡板。可以通过使用上述技术促进驻波或驻波区域来增强此系统。
相同的压电基片2、12、13和电声换能器48也可以在对应于基片的基本厚度模式(BAW)的较低频率(对于500μm厚的基片约为3.5MHz)下被触发以采用传感功能。使用厚度模式进行传感的基本原理是因为单晶，诸如但不限于所使用的128YX铌酸锂压电晶体，自然具有104至106数量级的高品质因数Q。因此，这样的平台可以同时执行有效的雾化和有效的质量传感，其中检测限值低至10ng。与结合不同电极图案和/或需要完全不同的额外电极来实现不同微流体功能的其他已知设备不同，这两种功能可以使用相同的电极图案来实现。这些其他设备以特定的共振频率触发，而本文所述的雾化器实施方案提供了既能实现雾化又能完成传感功能的电路。也就是说，使用相同的电路，可以启用两种模式，第一种模式用于雾化，第二种模式用于传感。在一些实施方案中，传感模式可以如国际公布号WO2015054742A1中所述，其内容以引用方式并入本文。
因此，根据所描述的实施方案的雾化器可以添加在雾化期间传感质量残余的功能，以便通过从递送的总剂量中减去来确定向用户施用的实际剂量。此外，本文所述的雾化器实施方案有利地不需要多个储存部件(例如流体储存部件)来启用传感功能，这优于需要多个储存部件的其他设备。
在图1a和1c的上述实施方案中，液体4被重力供给到尖头或针6。尖头或针6压在换能器表面2a的端部上，使液体4与换能器表面2a接触，在此液体可以被雾化成液滴10、11。尖头或针6之间的牢固接触是通过将底座1移向尖头或针6来实现的，尖头或针6预加载了力并在位移下施加恒定压力(未示出)。在一个实施方案中，通过将底座1固定到悬臂上，或者通过将底座1配置为具有枢轴15和呈弹簧16布置形式的弹性构件来实现预加载力，这些弹性构件被例如固定到壳体(未示出)。由尖头或针6压到基片2上引起的底座1的位移允许实现尖头或针6的端部与换能器表面2a之间的恒定压力和接触，并且形成和维持弯液面7。此弯液面7提供的压力等于密封储存器3的压力，使得液体不会从储存器3自由地流到基片上。底座1移位和施加压力的能力意味着刚性尖头或针6可以有效地与基片直接接触。参考图1b，尖头或针与声波能量共振，从而允许声波能量将液体4从尖头或针6抽出并通过基片表面2。在液体4的雾化过程中，液体4的损失将减少弯液面7。随后产生的负压通过尖头或针6进一步抽出液体4以补充弯液面7。当由于液体4通过尖头或针6流出而使储存器3的相对压力足够低时，气泡将经由入口孔17进入储存器3以平衡压力并允许液体4被尖头或针6抽出。此过程将持续到储存器3耗尽为止。设想可以使用多个尖头或针来增加流速并提高系统的可靠性。然而，还设想使用压力释放阀来将受控的液体流提供到换能器表面2a上。进一步设想基片2的端部浸没在弯液面中，其中液体由紧密定位的孔口提供。或者，设想使用诸如注射器或蠕动泵的主动泵送系统来将液体主动供给到基片表面2a上。在需要将具有高表面张力和/或高粘度的液体递送到换能器表面2a的情况下，主动泵送系统可能是优选的。
流量调节器19也可以与上述重力供给系统、相邻孔口或主动泵送系统结合使用。还设想流量调节器19以类似于钢笔的方式工作。这种布置在图1a中示出，其中储存器3内的流体经由流量调节器19流入内腔18中。流量调节器19包括液体4可以通过的液体出口通道20，以及与储存器3连接的空气入口通道21。因此，流量调节器19提供液体4的稳定供给，否则该液体4的稳定供给将被通过入口通道21进入从而平衡该储存器3外部和内部的气压的气泡的释放破坏储存器。液体4被递送到内腔18。内腔18连接到尖头或针6，并具有周边开口22，其中容纳尖头或针6。因此，尖头或针6不断地被液体4润湿。
基片2的电触点端被按压并与底座1直接接触，以消散可能损坏基片2的局部加热。这种按压可以通过经由具有嵌入其中的宽电触头8的接触悬臂23施加压力来实现，例如，宽电触头8还减轻了在雾化期间发生的高压下电触头8与基片2之间的破坏性电弧。例如，可以经由磁引力效应或通过使用螺钉24向下推弹簧垫圈25来向接触悬臂23基部施加压力。或者，可以通过弹簧加载的电触点施加压力。此外，设想导电材料可以直接接合到电声换能器48作为电触点的替代方案。也可以通过将尖头或针6压到平行基片2上来使用可以集成到底座1中的散热表面(未示出)，然后在雾化期间基片2可以保持与散热体接触并冷却基片2。此散热体还可以具有保持少量过量液体与基片2的雾化端接触的几何形状，以在发生雾化时进一步增强系统的稳健性。底座1也可以由诸如金属的导电材料制成，这将允许准备好释放过量的热释电感应电荷。这减少了破坏基片2上的电弧的机会，从而增加基片2的寿命。
众所周知，SAW雾化器系统在施用活性剂(包括吸入药物)时面临的挑战之一是准确、可测量的剂量递送，以确保患者接受正确的剂量以获得治疗效果。因此，在又一些实施方案中，根据所描述的实施方案的雾化器可以包括一个或多个传感器以通过测量通过雾化器系统的电流的变化来检测基片表面上的液体体积。在一个或多个实施方案中，雾化器系统包括电子电路和至少一个压电基片。在一些实施方案中，为了检测基片表面上的液体体积，传感器测量通过雾化器系统的直流电(DC)的变化。可以理解，电子电路可以包括至少一个印刷电路板(PCB)。因此，相同的电路(即包括电声换能器的雾化器电路)可用于雾化和传感两者。
在一些实施方案中，电声换能器48被配置为指示至少一个压电基片2上的液体体积。也就是说，电声换能器48被配置为提供指示如本文所述的至少一个压电基片2上的液体体积的输出。该输出可以是通过电声换能器48的电流。因此，电声换能器48既能够雾化液体又能够传感至少一个压电基片2上的液体体积。
本文所公开的传感器可以不依赖于雾化器电路(例如电声换能器48、50)的尺寸或形状来起作用。无论基片2的大小或形状如何，传感器都可以正常工作。与其他雾化器相比，这些都是显著的优势。
本文所述的方法测量通过整个电路的DC电流输入(如图8b所示)。考虑到从DC信号下游到PCB一直到负载的许多变量，这并不简单。设想PCB设计可以被仔细构造以消除电流输入超过RF信号输出的任何波动，除了负载中的变化之外。图9示出了一个实例，其中显示一旦液体与芯片接触，馈入整个PCB电路的总电流就会增加，而当流体被去除(雾化)时，电流会减小。这代表了解决流体检测的整个系统，其中PCB和基片/负载被视为一个实体。因此，这种方法为通过DC电流波动监测流体提供了一种非常简单的方法，并且与改为测量下游RF的现有系统形成对比(如图8a所示)。例如，设想DC电流波动可以在板载电流计数器(即添加到PCB的小组件)内轻松监测。应理解，这种传感器(例如，适于测量通过整个电路的DC)不仅可以作为测量基片表面上的流体体积的装置，而且还可以任选地在液体量低于或高于所需阈值时作为雾化过程的开关(即开/关)。因此，在一个或多个实施方案中，所描述的实施方案的雾化器还可以包括响应于传感器的控制开关，用于控制雾化器的操作。在一个或多个其他实施方案中，雾化器还可以包括响应于传感器的控制阀，用于控制流向基片的流体。
传感器被配置为检测馈入PCB电路(例如，馈入电声换能器以雾化液体)的电流，以提供基片2上液体4的量的指示。雾化器或相关组件(例如计算设备)可以使用指示基片2上的液体量的传感器的读数输出来确定在某一时间段内已经雾化的液体量。已被雾化的液体量可以等于或关联于从雾化器(例如，向雾化器的用户)递送的液体量。例如，这可以是已被雾化的一定体积或质量的液体。这优于其他雾化器，因为其他雾化器可能仅能够确定液体的存在或缺乏，而不是已经雾化的量。
在又一些实施方案中，设想这种方法可以扩展到具有不同电导率或粘度的其他类型的流体，并用于监测流体的特性。
还应理解，用于检测基片表面上的液体体积的传感器可适于活性剂(包括吸入药物)的准确、可测量的剂量递送。在一个或多个实施方案中，单一单位剂量的施用可以通过用于检测基片表面上的液体体积的传感器来确定。在又一些实施方案中，提供了一种将功能性或治疗性试剂作为单一单位剂量施用的方法。
应当理解，在施用包括吸入药物的活性剂时，从基片的表面、侧面或端部损失雾化液体对于SAW雾化器系统仍然是一个挑战。例如，这可能发生在雾化之前声波将液体驱离表面的情况。雾化液体从芯片表面损失会改变剂量率或降低吸入疗法的效果，这会对受试者产生不利影响。因此，在一个或多个实施方案中，提供了一种雾化器，其进一步包括至少一个相对的电声换能器50，用于在相反方向上产生声波能量，以防止液体在雾化之前被驱离基片表面。电声换能器48可以被称为第一电声换能器。至少一个相对的电声换能器50可以被称为第二电声换能器。至少一个相对的电声换能器50包括一个或多个叉指式换能器(IDT)35或呈其形式。至少一个相对的电声换能器50的IDT 35可以与参照静电换能器48描述的IDT 35相似或相同。至少一个相对的电声换能器50包括或跨越基片2的至少一部分并且包括主IDT条56。电声换能器48包括电触点端66。电触点端66可以与先前描述的电触点端32相似或相同。主IDT条56可以与参照静电换能器48描述的主IDT条30相似或相同。至少一个相对的电声换能器50包括屏蔽件52。屏蔽件52可以帮助减小由至少一个相对的电声换能器50产生的波(例如表面声波或表面反射体波)到达基片2的周边或电触点端66的程度。到达基片2的周边或电触点端66的波可能造成损坏并缩短基片2和/或电声换能器50的寿命。屏蔽件52可以与参照静电换能器48描述的屏蔽件28相似或相同。至少一个相对的电声换能器50包括弯曲部54。具体来说，主IDT条30可以各自包括一个或多个弯曲部54。弯曲部54可以帮助减小所产生的波到达基片2的周边或电触点端66的程度。至少一个相对的电声换能器50包括反射器条58。反射器条58可以帮助减小所产生的波到达基片2的周边或电触点端66的程度。反射器条58可以与本文所述的反射器条31相似或相同。图10提供了相对的电声换能器48、50(其可以呈IDT的形式)的这种布置的表示，其中相应地添加诸如屏蔽件28、52，弯曲部29、54，主IDT条30、56和反射器条31、58的特征。
已经令人惊讶地发现，在相对的电声换能器48、50之间雾化流体可以有利地防止过量流体被声学驱离基片2的表面、远端或侧面。有利地，设想相对的电声换能器48、50的这种配置可以在相对的电声换能器48、50之间提供稳定的雾化区45，从而有效地增加雾化面积，进而提高潜在的雾化速率。在稳定雾化区45的任一侧提供相对的电声换能器48、50，则雾化器可以产生相互作用的反向声波。也就是说，至少一个相对的电声换能器50可以产生与由电声换能器48产生的声波幅度相等但在相反方向上产生的声波。反向声波可以提供稳定雾化区45中的稳定性。在一些情况下，如果没有提供至少一个相对的电声换能器50，则稳定雾化区45中的液体可以被电声换能器48产生的声波驱离电声换能器48。液体因此可能从基片2上掉落而不是雾化。上述实施方案可以被配置为确保液体保持在稳定的雾化区45内直到雾化，因此提供了对该问题的解决方案。
可以通过向基片2提供(例如接合)相对非吸声材料来减少基片2的降解。在一些实施方案中，向基片选择性提供非吸声材料。例如，非吸声材料可以在稳定雾化区45上方接合到基片。这可以减少稳定雾化区45的降解。非吸声材料可以是金属。金属可以电镀到基片2上方，例如电镀到稳定的雾化区45。
在又一些实施方案中，诸如图11所示的实施方案，提供了一种雾化器，其中基片2还包括容纳屏障结构46。容纳屏障结构46用于在雾化之前容纳液体和/或防止或减少施加到表面(即换能器表面2a)上的液体的损失。举例来说，这样的容纳屏障结构46可以包括唇缘、壁、垫圈、沉积的凸起膜或其组合。图11提供了用于容纳液体和/或防止或减少施加到表面上的液体的损失的这种容纳屏障结构46的图示(即，参考虚线区域，其可以包括基片表面上的垫圈)。有利地，可以围绕稳定雾化区45延伸的容纳屏障结构46也可以允许稳定雾化区45与系统的其余部分(包括电声换能器48、50)隔离。这具有保护系统的其他元件免受潜在破坏性流体接触和结垢的额外优势。在一个实施方案中，固体疏水垫圈被压成接触稳定雾化区45的边缘。设想这样的容纳屏障结构46，诸如垫圈，将防止或降低流体离开稳定雾化区45的可能性，并且不会显著抑制声辐射。
现在参考图2，底座1沿基片2的侧边缘将基片2保持在窄搁板26上，使得如果底座1与基片2之间发生任何润湿，声波能量在沿着基片2行进时将不会被衰减。沿着底座1的窄搁板26还设置有间隙27，其防止液体4在基片2与底座1的接触之间沿基片2向上蠕变。
再次参考图3(a)，换能器表面2a具有表面特征，诸如屏蔽件28、主IDT条30中的弯曲部29和电触点端32处的反射器条31，这些表面特征破坏声波能量传播并促进在电触点端32处潜在破坏声波能量的反射和吸收。反射的声波能量有助于在基片2的雾化端33处雾化液体。裸露表面34位于IDT条30的端部与设备的雾化端33之间，以减轻雾化液体与IDT 35之间的接触。
在另一实施方案中，所述雾化器还可包括与基片的周边表面的至少一部分接触的顺应性吸收材料。例如，基片的周边表面在图3(b)中突出显示为散列区域40。应当理解，顺应性吸收材料可以与图3(b)中突出显示的周边表面40的至少一部分接触。令人惊讶地发现，芯片的耐用性可以通过添加与基片的周边表面的至少一部分接触的顺应性材料来增强。不希望受理论束缚，认为添加顺应性材料可以分散或减少芯片内和/或芯片上的过度振动。此外，认为添加顺应性材料可以防止基片内和/或基片上的过热或局部过热。这降低了基片故障率，提供了雾化器更高的可靠性和使用率，而不会损坏或故障。例如，合适的顺应性材料可以包括膏、胶带或顺应性固体。在一个实施方案中，顺应性材料是胶带。在一个实施方案中，顺应性材料是硅橡胶。在一个实施方案中，顺应性材料是导热膏。在一个实施方案中，顺应性材料构成与芯片周边接触的一部分壳体。
在一个实施方案中，顺应性吸收材料可以与基片远端周边的至少一部分接触。在一个实施方案中，顺应性吸收材料可以与基片周边表面的一侧或多侧的至少一部分接触。在一个实施方案中，顺应性吸收材料可以与基片的一侧或多侧的一部分和远端的一部分接触。具体来说，围绕周边表面的至少一部分放置允许基片的雾化区域中的声辐射足以实现雾化。
进一步发现，涂覆基片的非换能器侧的至少一部分可以改变波反射和驻波比(SWR)。在一个实施方案中，涂层可以包含一种或多种金属。在一个实施方案中，涂层由钛、金、铝、铬及其组合形成。本发明人惊奇地发现用一种或多种金属涂覆基片的非换能器表面的至少一部分可以减少过热。此外，本发明人惊奇地发现，涂覆基片的非换能器表面的至少一部分提供了一定程度的控制和/或调节SAW、SRBW及其组合中的驻波和行波分量的能力。令人惊讶地发现，固体涂层或部分涂层影响存在于基片上和基片中的行波和驻波分量。代表性实例示于图3(d)中，即基片的非换能器表面43被部分涂覆42。驻波比可以通过调整诸如涂层硬度、厚度和/或粗糙度的参数来进一步修改。已经观察到，在1与无穷大之间调整驻波比可以提高基片的稳定性和雾化速率。举例来说，图7中表示了雾化分布数据，其中非换能器基片表面涂有钛和金。作为涂覆的结果，通过几何标准偏差(GSD)所测量，整体液滴分布更紧密。相比之下，当使用未涂覆的芯片时，通常会观察到雾化流体的液滴分布中的两个单独的峰。认为这是由于在此系统中行波分量而不是驻波分量的促进或偏好的结果。相反，在芯片被涂覆的情况下，观察到对驻波分量而不是行波分量的促进或偏好。通过修改行波分量与驻波分量的比率，可以控制或调整包括液滴尺寸和几何标准偏差的参数。这些参数将在下面进一步描述。在一个或多个实施方案中，所描述的雾化器可以利用行波分量、驻波分量和/或其组合。在一个或多个其他实施方案中，所描述的雾化器可以利用SAW中的驻波分量、SRBW中的驻波分量、SAW中的行波分量、SRBW中的行波分量、其排列和组合。
除了施加到非换能器表面的涂层之外，本发明人惊奇地发现用一种或多种金属涂覆基片的换能器表面的至少一部分可以减少过热。具体地，本发明人已经发现，在换能器表面的至少一部分还包括在基片远端处的涂层的情况下，减少或消除了由于过热或热电故障导致的芯片故障，从而提供了更有效和稳健的系统。在一个实施方案中，换能器表面上的涂层可以包括一种或多种金属。在一个实施方案中，涂层由生物相容性金属形成，包括钛、金及其组合。代表性实例示于图3(c)和3(e)中，即，其中基片的整个换能器表面包括涂层41(图3c)，并且其中基片的换能器表面的至少一部分包括在基片远端处的涂层44(图3e)。
在另一实施方案中，所描述的雾化器还可以包括在基片表面的一部分上导电材料的图案化。如本文所用，术语“图案化”和“图案化的”及其变型指的是诸如光刻的技术，其将几何图案转移到给定基片上。这种技术通常用于芯片工业中的图案化。通常，施加涂层，尤其是所述金属涂层，然后通过光刻或其他方式将表面图案化。在一个实施方案中，换能器基片表面被图案化。在另一实施方案中，非换能器基片表面被图案化。已经惊人地发现，添加图案(在基片的换能器表面的功能区域以外的区域中)可以有助于消散或减少局部过热和/或热释电感应电荷。还应理解，基片的非换能器表面可以替代地或另外地被图案化。图3(c)突出了基片的换能器表面的功能区域(包括主IDT条30、IDT 35、屏蔽件28、弯曲部29、反射器条31)。基片的换能器表面适合图案化的区域之一包括在图3(c)中以灰色突出显示的涂覆表面41。技术人员将理解，这种图案化可以放置在芯片表面的任何区域中，这仍使设备能够用作雾化器。
此外，已经发现驻波比的调整也可以通过定位多组IDT以使合成波相互作用来实现。例如，设想IDT的图案化可以破坏破坏性声波并减少例如不希望的过热，这反过来又提高了所得芯片的可靠性。此外，在一个实施方案中，基片可以被图案化或以这样的方式被涂覆以提供离散区域，其中驻波或行波被促进。设想这样的布置在雾化液体的输出参数范围内提供进一步的可调性。
尽管已经描述了利用针或尖头的实施方案，但还设想了其他实施方案，其中至少一个供应导管可以包括芯或微通道。特定供应导管的选择可部分取决于导管如何结合雾化器系统的其他特征来操作。
图4a和4b描绘了雾化器的另一实施方案。这种布置将基片2和其他关键组件集成到单个集成壳体或盒36中，其可以与具有适当电气系统和雾化器流动室(未示出)的外部壳体接合，并用作可以在使用后丢弃的单剂量或多剂量盒36。储存器3可以由盒36中的空腔形成，其中它的一个表面可以是可变形的泡罩或可以按下的按钮37；这可以置换储存器内的液体并用于灌注针或尖头6中的液体4，或将全剂量的液体4沉积到基片2上以形成弯液面7——置换液体4的其他方式诸如注射器柱塞也是可能的。图4a表示泡罩37被压下且液体4沉积之前的系统，而图4b示出了泡罩37被压下之后导致液体4沉积的系统。RF功率可以通过暴露的弹簧触点38供应给基片，该弹簧触点38连接到与基片2接触的宽电触点8。暴露的弹簧触点38允许盒36与可容纳适当的雾化器电气系统和流动室(未示出)的外部主体接合。基片2周围的周围表面诸如周围平行表面充当挡板表面9，以控制液滴尺寸并再循环过量液体4。所述盒可以由密封件39保护，该密封件39可以在液体4被雾化之前或当盒36与雾化器的外部主体接合时被破坏或去除。此盒可以结合图1a、1c、1d、1e、2和3a、3b、3c或3d中描述和示出的特征的任何组合。
所提出的电路是一种在高频(10MHz)下运行的小型手持电路。克服替代射频(RF)电路体积庞大的小型化瓶颈的主要原因是电路的简单性。与大多数关键组件通常且直观地依赖数字数据和编程来跟踪目标频率并触发各种附加组件(诸如传感器驱动器、电源按钮等)的常见RF电路不同，此电路采用稳健、稳定、固定的单频，无论电路上的负载性质如何。此外，所述电路能够传感用户呼吸模式以驱动雾化器和/或通过触发按钮来运行，它仅维持整个电路的模拟数据传输和驱动。
该电路虽然小巧紧凑，但通过1-连续按压或切换按钮或2-经由用户吸气“智能”触发来提供双重触发方法，其中触发时间是预定的，从而适应用户吸气时间过长。因此，这允许精确的施用时间和由此已知的剂量。
上述反直觉的电路设计方法利用在RF域中工作的模拟数据传输，允许经由小型11.1V(3cell)锂聚合物电池驱动电路。
图5a示出了不使用挡板9的喷射液滴尺寸分布。该图显示大部分液滴的尺寸在10μm至100μm范围内。图5b示出了使用挡板9时的喷射液滴尺寸分布。该图显示10μm至100μm尺寸的大液滴被最小化。
在又一些实施方案中，液滴尺寸控制装置还可包括液膜形成结构47。液膜形成结构47可以与液体供应导管6和基片2流体连通，以控制供应到基片表面的液体的弯液面7的厚度，从而控制雾化液滴的尺寸。在又一些实施方案中，液膜形成结构47位于液体供应导管6与基片2之间的界面处以控制供应到基片表面的液体的弯液面7的厚度，从而控制雾化液滴的尺寸。在又一实施方案中，液膜形成结构47是基片2的组成部分或直接接合到基片2。这可以例如通过电镀来实现。液膜形成结构47因此可以是电镀结构。图12a至12d示出了液膜形成结构47的多个实施方案。液膜形成结构47可以包括网、网格、一种或多种纤维、液体供应导管中的狭槽或组合。结构可以与设备表面接触，从而促进流体膜的形成，进而控制液滴尺寸。图12a和12b示出了一个实施方案，其中一束硬质柔性纤维51被压制并在基片2的表面上展开并用作流体导管6。纤维51促进薄流体膜的形成，该流体膜促进小液滴的形成，小液滴的尺寸对于深肺穿透是理想的。如图12c和12d所示，在其端部具有小开口的流体传导结构，如微米尺寸的高纵横比狭槽53，可以与设备表面接触并经由小开口递送流体并依次促进薄膜和小液滴的形成。
在一些实施方案(未示出)中，非换能器表面2a、2b、12b、13b包括一个或多个电声换能器。这种非换能器表面可以被称为第二换能器表面。这些实施方案可以包括一个或多个与先前描述的电声换能器48相似或相同的电声换能器。这些实施方案可以包括至少一个如先前描述那样的相对的电声换能器。这些实施方案的非换能器表面(或第二换能器表面)因此也可以包括如前所述的稳定雾化区45。这些实施方案的非换能器表面(或第二换能器表面)还可以包括如前所述的容纳屏障结构46。
图13说明了雾化器的另一实施方案。如前所述，由雾化器以与SAW组合的SRBW形式提供的独特混合波配置允许液体4从换能器表面2a和非换能器表面2b两者雾化。在一些实施方案中，雾化器被配置为使得液体被施加到非换能器表面2b。然后液体4从非换能器表面2b雾化。在图13的实施方案中，液体供应导管6被配置为使得液体4由液体供应导管6提供到非换能器表面2b。液体4在非换能器表面2b上形成弯液面，并且液体4通过激活电声换能器48(图13中未示出)和至少一个相对的电声换能器50(如果提供的话)从非换能器表面2b雾化。
换能器表面2a接合到底座1。在一些实施方案中，基片2的一个或多个边缘通过密封件70接合到底座1。密封件70接合到基片2和底座1以将基片2的一个或多个边缘密封到底座。在一些实施方案中，换能器表面2a的一个或多个部分通过密封件70接合到底座1。在一些实施方案中，基片2的一个或多个边缘和换能器表面3a的一个或多个部分通过密封件70接合到底座1。密封件70在换能器表面2a与底座1之间提供液密密封。通过密封换能器表面2a并将其与非换能器表面2b隔离，雾化器被配置为在液体4不接触换能器表面2a的情况下雾化液体4。这保护了换能器表面2a和电声换能器48、50免于由于雾化器的操作而降解或结垢。在一些实施方案中，基片2可以与参照基片2接合到底座1所描述的类似的方式接合到壳体。
图14和15示出了根据一些实施方案的雾化系统72的一个实施方案。雾化系统72包括第一雾化器74。第一雾化器74可以是本文所述的任何一种雾化器的形式。或者，第一雾化器74可以是另一种形式。雾化系统74还包括第二雾化器76。第二雾化器76可以是本文所述的任何一种雾化器的形式。或者，第二雾化器76可以是另一种形式。第二雾化器76可被视为主动挡板。第二雾化器76被布置成使其相对于第一雾化器74成角度。具体地，第二雾化器76被布置成使其横向于第一雾化器74。换言之，与第一雾化器74的水接触表面(例如，第一雾化器74的换能器表面或非换能器表面)相切的第一线横向于与第二雾化器76的水接触表面(例如，第二雾化器76的换能器表面或非换能器表面)相切的第二线。第一雾化器74的水接触表面可以是第一雾化器74的换能器表面(包括如前所述的电声换能器)和/或非换能器表面。类似地，第二雾化器76的水接触表面可以是第二雾化器76的换能器表面(包括如前所述的电声换能器)和/或非换能器表面。
液体4在液体施用点78处施用于第一雾化器74。第一雾化器74雾化液体。从第一雾化器74喷射的液体的第一部分82呈直径小于3μm的相对较小液滴的形式。这些相对较小的液滴携带很小的动量并且不会远离第一雾化器74。从第一雾化器74喷射的液体的第二部分84呈直径大于3μm的较大液滴的形式。这些相对较大的液滴携带的动量比直径小于3μm的小液滴相对更大，并且可以接触第二雾化器76。
从第一雾化器74喷射的液体可以具有第一轨迹80。第一轨迹80可以例如是大体向上的轨迹。在接触第二雾化器76时，液滴分裂成更小的液滴(例如，直径小于3μm)。因此，由雾化系统72产生的很大一部分(例如大部分或全部)液滴的尺寸低于尺寸阈值。例如，由雾化系统72产生的液滴的直径低于直径阈值，诸如为3μm。液滴在第二雾化器76上的停留时间最短。接触第二雾化器76的液滴沿第二轨迹86被引导远离第二雾化器。第二轨迹86大体横向于第一轨迹80。因此，第二雾化器76可以被配置为重新导向由第一雾化器74雾化的液体的一部分。此外，第二雾化器76可以被认为对已经雾化的液体进行雾化。
由于第二雾化器76相对于第一雾化器74成角度，所以接触第二雾化器76的液体被引导远离第一雾化器74(即第一轨迹80与第二轨迹86不同)。这有助于减小接触第二雾化器76的液体再循环回到第一雾化器74的程度。
对于传感，光学平坦的单晶基片允许体(例如Lamb)波共振，其具有104至106量级的大品质因数Q。因此，基片表面上非常小的质量负载可以产生可检测的频移，从而允许对样品进行质量传感，灵敏度低至10ng。这示于图6的图中，该图示出了Humalog(胰岛素药物)的质量传感。该图示出了随着质量增加的线性频移，灵敏度为100ng。
SAW雾化器已在多个领域、包括在活性剂的施用中得到应用。吸入药物是治疗哮喘、慢性阻塞性肺病(COPD)和其他呼吸系统病状(诸如阻塞性支气管炎、肺气肿和囊性纤维化)最常见的疗法形式。例如，皮质类固醇、支气管扩张剂和β2激动剂通常通过吸入施用以治疗哮喘、COPD和其他呼吸系统病状。设想所述雾化器可以与一系列可能的活性剂联合使用。合适的活性剂包括但不限于皮质类固醇(诸如氟替卡松、布地奈德、莫米松、倍氯米松和环索奈德)、支气管扩张剂(诸如沙美特罗或沙丁胺醇、福莫特罗、维兰特罗、左沙丁胺醇和异丙托铵)。举例来说，沙丁胺醇，也称为舒喘宁或喘乐宁，是一种β2激动剂和短期支气管扩张剂，其打开肺部的中型和大型气道。异丙托铵，也称为异丙托溴铵，是毒蕈碱拮抗剂(一种抗胆碱能药)，其打开肺部的中型和大型气道。布地奈德，也称为BUD，是一种皮质类固醇，用于哮喘和慢性阻塞性肺病(COPD)的长期治疗。在一个实施方案中，所述雾化器适于递送沙丁胺醇。在一个实施方案中，所述雾化器适于递送异丙托铵。在一个实施方案中，所述雾化器适于递送布地奈德。
所述雾化器有利地提供活性剂的可靠、有效和准确的递送。所得雾化液体可以通过一个或多个参数来表征。应当理解，每种活性剂具有不同的物理化学性质。此外，应当理解，所述雾化器的各种参数可以针对给定活性剂的递送、包括液滴尺寸(微米)、几何标准偏差(GSD)、体积雾化速率、稳定期(即使用时间)、API施用的分数、轨迹损失和细颗粒分数进行优化。
在一个方面，所述雾化器提供对雾化液体的液滴尺寸的控制。具体地，雾化液体的液滴尺寸可以针对给定的活性剂进行优化。在一个实施方案中，所述雾化器提供雾化液体，其中液滴尺寸在0.1至100μm范围内、优选在0.1至10μm范围内、优选在0.5至7.5μm范围内、更优选在1至5μm范围内、甚至更优选在2至4μm范围内。在一个实施方案中，所述雾化器提供雾化液体，其中液滴尺寸＜10μm、优选＜8μm、优选＜6μm、优选＜5μm、优选＜3μm。
在一个方面，所述雾化器提供对雾化液体液滴的几何标准偏差(GSD)的控制。具体来说，雾化液体的GSD可以针对给定的活性剂进行优化。在一个实施方案中，所述雾化器提供雾化液体，其中GSD＜10μm、优选＜8μm、优选＜6μm、优选＜5μm、优选＜3μm、优选＜2.5μm、优选＜2.1μm。
在一个方面，所述雾化器提供对稳定期(即使用时间)的控制。有利地，所述雾化器提供减少的稳定期(即使用时间)。较短或缩短的稳定期提供减少的使用滞后时间、提高的效率、减少的样品损失或流体损失、及活性剂给药和施用的提高的准确性。具体地，可以针对给定的活性剂优化稳定期。在一个实施方案中，所述雾化器提供＜1秒、优选＜0.5秒、优选＜0.25秒、优选＜0.1秒、优选＜0.05秒、优选＜0.03秒、优选＜0.02秒、优选＜0.01秒的稳定期。
在一个方面，所述雾化器提供对雾化液体的体积雾化速率的控制。具体地，可以针对给定的活性剂优化雾化液体的体积雾化速率。在一个实施方案中，所述雾化器提供雾化液体，其中体积雾化速率在0.1至10mL/min的范围内、优选在0.15至7.5mL/min的范围内、优选在0.2至5mL/min的范围内。在一个实施方案中，所述雾化器提供雾化液体，其中体积雾化速率＞0.1mL/min、优选＞0.25mL/min、优选＞0.3mL/min、优选＞0.35mL/min、优选＞0.4mL/min、优选＞0.45mL/min、优选＞0.5mL/min、优选＞0.55mL/min、优选＞0.6mL/min、优选＞0.65mL/min、优选＞0.7mL/min、优选＞0.75mL/min。
在一个方面，所述雾化器提供对在雾化液体中施用的API分数的控制。具体而言，所施用的API的分数可取决于给定活性剂的物理化学性质，但可以使用所述系统针对给定活性剂进行优化。在一个实施方案中，所述雾化器提供雾化液体，其中施用的API分数＞60％、优选＞65％、优选＞70％、优选＞75％、优选＞80％、优选＞85％、优选＞90％、优选＞95％、优选＞97％、优选＞98％、优选＞99％。
在一个方面，所述雾化器提供对雾化液体中轨迹损失的控制。具体地，可以针对给定的活性剂优化轨迹损失。在一个实施方案中，所述雾化器提供雾化液体，其中轨迹损失＜20％、优选＜15％、优选＜10％、优选＜9％、优选＜8％、优选＜7％、优选＜6％、优选＜5％。
在一个方面，所述雾化器提供对雾化液体的细颗粒分数的控制。细颗粒分数通常被理解为在吸入几乎等渗的雾化气溶胶期间在肺中沉积的质量的量度。将不同细颗粒定义中吸入的气溶胶量与近等渗雾化气溶胶沉积在肺和肺泡区域中的气溶胶量进行比较。可接受的是，液滴阶段1-7具有65％的药物是可积聚或靶向深部肺组织的形式。细颗粒分数可取决于给定活性剂的物理化学性质，但可用所述系统针对给定活性剂进行优化。在一个实施方案中，所述雾化器在液滴阶段1-7中提供＞20％、优选＞30％、优选＞35％、优选＞40％、优选＞45％、优选＞50％、优选＞55％、优选＞60％、优选＞65％、优选＞70％、优选＞75％的细颗粒分数。
除了所述活性剂之外，所述雾化器还可适于雾化包含精细分子和颗粒(例如DNA、RNAi、肽、蛋白质和细胞)的流体或样品，而不会使它们变性，同时始终保持高雾化(通常高于1毫升/分钟)。迄今为止，现有技术的雾化器限制在0.1至0.4ml/min之间，因此需要较长的吸入时间，通常为数十分钟至一小时。因此，这限制了传统雾化剂的实际吸收。由所述实施方案的雾化器可实现的较高雾化速率可显著缩短施用时间。
根据所描述的实施方案的雾化器已经进行了人类临床试验，以使用锝-99m DTPA气溶胶([99mTc]DTPA气溶胶)来确定通过吸入将活性剂递送至肺的效率。初步结果表明，所述雾化器系统将雾化的活性剂有效地递送至靶组织。
表1：来自使用[99mTc]DTPA气溶胶的初始人体临床试验的未经调整的临床结果
对本领域技术人员来说显而易见的修改和变化包括在所附权利要求中要求保护的本发明的范围内。
在第一方面，本公开提供了：
■一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述压电基片内产生声波能量；以及
液体供应系统，用于将液体供应到换能器和非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳液体的储存器以及与基片接触以用于将液体从储存器供应到基片的至少一个相对刚性的供应导管。
在第二方面，本公开提供了：
■一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述压电基片内产生声波能量；
液体供应系统，用于将液体供应到换能器和非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳液体的储存器，以及与基片接触以用于将液体从储存器供应到基片的至少一个相对刚性的供应导管；以及
传感器，用于检测所述基片表面上的液体体积。
在第三方面，本公开提供了：
■一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述压电基片内产生声波能量，
顺应材料，其与所述至少一个压电基片的周边表面的至少一部分接触；以及
液体供应系统，用于将液体供应到换能器和非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳液体的储存器，和用于将液体从储存器供应到所述基片的至少一个供应导管。
在第四方面，本公开提供了：
■一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述压电基片内产生声波能量
顺应性材料，其与所述至少一个压电基片的周边表面的至少一部分接触。
液体供应系统，用于将液体供应到换能器和非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳液体的储存器，和用于将液体从储存器供应到所述基片的至少一个供应导管；以及
传感器，用于检测所述基片表面上的液体体积。
■根据第一或第二方面的雾化器，其中所述供应导管呈尖头或针的形式。
■根据第一或第二方面的雾化器，其中所述供应导管由声学反射材料形成。
■根据第一或第二方面的雾化器，其中液体通过所述供应导管从储存器重力供给。
■根据任一方面的雾化器，其中液体通过主动泵送系统从储存器转移。
■根据任一方面的雾化器，其中所述主动泵送系统是注射器或蠕动泵。
■根据任一方面的雾化器，其中所述液体供应系统还包括用于从其提供稳定的液体流的流量调节器。
■根据任一方面的雾化器，其中所述流量调节器包括液体可以通过的液体出口通道和连接到所述储存器的空气入口通道。
■根据任一方面的雾化器，其中所述传感器通过测量通过所述雾化器系统的电流变化来检测所述基片表面上的液体体积。
■根据任一方面的雾化器，其中所述电流是直流电。
■根据任一方面的雾化器，其中所述雾化器系统(对其上电流变化进行检测)包括电子电路和至少一个压电基片。
■根据任一方面的雾化器，其中所述电子电路包括至少一个印刷电路板。
■根据任一方面的雾化器，其进一步包括响应于所述传感器的控制开关，用于控制所述雾化器的操作。
■根据任一方面的雾化器，其中所述雾化器还包括至少一个相对的电声换能器，用于在相反的方向上产生声波能量以防止液体在雾化之前被驱离所述基片的表面。
■根据任一方面的雾化器，其中所述基片还包括用于容纳和/或防止在雾化之前施加到所述表面上的液体损失的结构。
■根据任一方面的雾化器，其中所述结构包括唇缘、壁、垫圈、沉积的凸起薄膜或其组合。
■根据任一方面的雾化器，其进一步包括连接到所述流量调节器的内腔，所述内腔具有周边开口，所述供应导管的周边尖端容纳在所述周边开口内，其中液体可以通过所述周边开口与所述供应导管的周边尖端之间的毛细管作用。
■根据任一方面的雾化器，其中所述基片支撑在可移位底座上，用于控制所述基片与所述供应导管的接触。
■根据任一方面的雾化器，其中所述底座包括在其一端的枢轴支座和支撑在弹性构件上的相对端。
■根据任一方面的雾化器，其中所述底座支撑在悬臂上。
■根据任一方面的雾化器，其进一步包括用于控制所述雾化液滴尺寸的控制装置。
■根据任一方面的雾化器，其中所述控制装置包括至少一个挡板，所述挡板以与至少一个换能器表面大致平行且相邻的关系定位。
■根据任一方面的雾化器，其中所述挡板由壳体内壁提供，所述壳体内壁以与至少一个所述基片表面平行相邻的关系定位。
■根据任一方面的雾化器，其中所述壳体还包括入口开口，且所述储存器包括能够容纳在所述入口开口内的颈部。
■根据任一方面的雾化器，其包括至少两个所述基片，所述基片间隔开且以平行相邻关系定位。
■根据任一方面的雾化器，其中所述液滴尺寸控制装置包括预先设置所述基片之间的间距以控制在相邻基片表面之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
■根据任一方面的雾化器，其中所述液滴尺寸控制装置包括预先设置所述基片与所述壳体内壁的间距，以控制在相邻基片表面与内壁之间供应的液体的弯液面厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
■根据任一方面的雾化器，其中所述液滴尺寸控制装置包括在所述液体供应导管与所述基片之间的界面处的液膜形成结构，以控制在相邻基片表面之间供应的液体的弯液面厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
■根据任一方面的雾化器，其中所述液膜形成结构包括网、网格、一种或多种纤维、或在所述液体供应导管中的狭槽。
■根据任一方面的雾化器，其中所述压电基片和电声换能器还用于传感所述至少一个基片上的液体质量。
■根据任一方面的雾化器，其中所述顺应性材料选自由以下组成的组：胶带、硅橡胶和导热膏、或其组合。
■根据任一方面的雾化器，其中所述顺应性材料与所述基片的远端周边的至少一部分接触。
■根据第三或第四方面的雾化器，其中所述至少一个供应导管是与所述基片接触的相对刚性的供应导管。
■根据第三或第四方面的雾化器，其中所述至少一个供应导管选自由以下组成的组：尖头、针、芯、微通道或其组合。
■根据任一方面的雾化器，其中所述换能器表面、所述非换能器表面或其组合的至少一部分被图案化。
■根据任一方面的雾化器，其中所述声波能量包括在所述至少一个基片的换能器表面中传播的表面声波(SAW)。
■根据任一方面的雾化器，其中所述声波能量包括在所述至少一个基片的换能器表面与非换能器表面之间反射的表面反射体波(SRBW)。
■根据任一方面的雾化器，其中所述声波能量包括在所述至少一个基片的换能器表面中传播的表面声波(SAW)和在所述至少一个基板的换能器表面与非换能器表面之间反射的表面反射体波(SRBW)的组合。
■根据任一方面的雾化器，其中所述表面声波(SAW)包括驻波、行波及其组合。
■根据任一方面的雾化器，其中所述表面反射体波(SRBW)包括驻波、行波及其组合。
■根据任一方面的雾化器，其中所述电声换能器是叉指式换能器(IDT)。
■根据任一方面的雾化器，其中所述至少一个压电基片的厚度等于或接近在所述换能器表面中传播的SAW的波长。
■根据任一方面的雾化器，其中所述至少一个压电基片由铌酸锂(LiNbO3)形成。
■根据任一方面的雾化器，其中所述非换能器表面的至少一部分还包括包含至少一种金属的涂层。
■根据任一方面的雾化器，其中所述换能器表面的至少一部分还包括在所述基片的远端处的涂层，所述涂层包含至少一种金属。
■根据任一方面的雾化器，其中所述涂层包括钛、金、铝、铬或其组合。
■根据任一方面的雾化器，其中液体从所述换能器表面、所述非换能器表面或所述换能器表面和所述非换能器表面两者雾化。
■根据任一方面的雾化器，其中液体被雾化形成尺寸在0.1与100μm之间的液滴。
■根据任一方面的雾化器，其中液体以高达10ml/min的雾化速率进行雾化。
■根据任一方面的雾化器，其中所述底座包括搁板，所述基片安装在所述搁板上，所述搁板包括一个或多个用于防止液体沿所述基片蠕变的间隙。
■根据任一方面的雾化器，其中所述壳体呈盒式壳体的形式，所述盒式壳体具有连接到所述至少一个电声换能器的外部电触点，和集成的液体供应系统。
■一种使用根据第一或第二方面的雾化器雾化液体的方法。
■根据任一方面的雾化方法，其包括雾化液体以形成尺寸范围在0.1与100μm之间的液滴。
■根据任一方面的雾化方法，其包括以高达10ml/min的体积雾化速率雾化液体。
■根据任一方面的雾化方法，其包括雾化液体以形成几何标准偏差(GSD)＜10μm的液滴。
■根据任一方面的雾化方法，其中所述液体在其中包括功能性或治疗性试剂，诸如药物、DNA、RNAi、肽、蛋白质和细胞，或非治疗性试剂，诸如香水、化妆品、杀虫剂、油漆或防腐剂。
■根据任一方面的雾化方法，其中所述功能性或治疗性试剂作为单位剂量递送。
■根据任一方面的雾化方法，其中所述单位剂量由用于检测所述基片表面上的液体体积的传感器确定。
Claims (73)
1.一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述至少一个压电基片内产生声波能量；
液体供应系统，用于将液体供应到所述换能器表面和非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳所述液体的储存器以及与所述至少一个压电基片接触以用于将所述液体从所述储存器供应到所述至少一个压电基片的至少一个相对刚性的供应导管；以及
传感器，用于检测所述至少一个压电基片上的液体体积。
2.根据权利要求1所述的雾化器，其中所述供应导管呈尖头或针的形式。
3.一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述至少一个压电基片内产生声波能量；
顺应性材料，其与所述至少一个压电基片的周边表面的至少一部分接触；
液体供应系统，用于将液体供应到所述换能器表面和非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳所述液体的储存器以及用于将所述液体从所述储存器供应到所述至少一个压电基片的至少一个供应导管；以及
传感器，用于检测所述至少一个压电基片上的液体体积。
4.根据权利要求3所述的雾化器，其中所述顺应性材料选自由以下组成的组：胶带、硅橡胶、导热膏或其组合。
5.根据权利要求3或4所述的雾化器，其中所述顺应性材料与至少一个所述压电基片的远端周边的至少一部分接触。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的雾化器，其中所述至少一个供应导管是与所述至少一个压电基片接触的相对刚性的供应导管。
7.根据权利要求3至5中任一项所述的雾化器，其中所述至少一个供应导管选自由以下组成的组：尖头、针、芯、微通道或其组合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述传感器通过测量通过所述雾化器的电流变化来检测所述至少一个压电基片的表面上的液体体积。
9.根据权利要求8所述的雾化器，其中所述电流是直流电。
10.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述传感器被配置来检测所述至少一个压电基片的所述换能器表面和/或所述非换能器表面上的液体体积。
11.根据权利要求10所述的雾化器，其中所述电子电路包括至少一个印刷电路板。
12.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其还包括响应于所述传感器的控制开关，用于控制所述雾化器的操作。
13.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述雾化器还包括至少一个相对的电声换能器，用于在相反的方向上产生声波能量，以减少在雾化之前液体被驱离所述至少一个压电基片的程度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述至少一个压电基片还包括用于容纳在雾化之前施加到所述压电基片的液体和/或防止所述液体的损失的容纳屏障结构。
15.根据权利要求14所述的雾化器，其中所述容纳屏障结构包括唇缘、壁、垫圈、沉积的凸起膜及其组合。
16.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述液体：i)从所述储存器重力供给，或ii)经由主动泵送系统从所述储存器转移。
17.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述液体供应系统还包括用于从其提供稳定的液体流的流量调节器。
18.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述至少一个压电基片支撑在可移位底座上，用于控制所述至少一个压电基片与所述供应导管的接触。
19.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其还包括用于控制雾化液滴的尺寸的控制装置。
20.根据权利要求19所述的雾化器，其中所述控制装置包括至少一个挡板，所述挡板以与所述换能器表面和所述非换能器表面中的至少一个大致平行且相邻的关系定位。
21.根据权利要求20所述的雾化器，其中所述挡板由壳体内壁提供，所述壳体内壁相对于所述换能器表面和所述非换能器表面中的至少一个以平行相邻关系定位。
22.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述壳体还包括入口开口，并且所述储存器包括能够容纳于所述入口开口内的颈部。
23.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其包括至少两个压电基片，所述至少两个压电基片间隔开且以平行相邻关系定位。
24.根据从属于权利要求19时的权利要求23或从属于权利要求19时的权利要求20至22中任一项所述的雾化器，其中所述液滴尺寸控制装置配置成使得能够预先设置介于所述至少两个压电基片之间的间距，以控制在相邻基片表面之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
25.根据从属于权利要求21时的权利要求23所述的雾化器，其中所述液滴尺寸控制装置配置成使得能够预先设置所述至少两个压电基片与所述壳体内壁的间距，以控制在相邻基片表面与内壁之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
26.根据权利要求19所述的雾化器，其中所述液滴尺寸控制装置包括与所述液体供应导管和所述至少一个压电基片流体连通的液膜形成结构，以控制供应至所述至少一个压电基片的液体弯液面的厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
27.根据权利要求26所述的雾化器，其中所述液膜形成结构包括网、网格、一种或多种纤维、或在所述液体供应导管中的狭槽。
28.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述换能器表面、所述非换能器表面或其组合的至少一部分被图案化。
29.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述声波能量包括在所述至少一个压电基片的所述换能器表面中传播的表面声波(SAW)。
30.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述声波能量包括在所述至少一个压电基片的所述换能器表面与所述非换能器表面之间反射的表面反射体波(SRBW)。
31.根据权利要求1至28中任一项所述的雾化器，其中所述声波能量包括在所述至少一个压电基片的所述换能器表面中传播的表面声波(SAW)和在所述至少一个压电基片的所述换能器表面与所述非换能器表面之间反射的表面反射体波(SRBW)的组合。
32.根据权利要求29或31所述的雾化器，其中所述表面声波(SAW)包括驻波、行波及其组合。
33.根据权利要求30或31所述的雾化器，其中所述表面反射体波(SRBW)包括驻波、行波及其组合。
34.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述电声换能器是叉指式换能器(IDT)。
35.根据权利要求29至34中任一项所述的雾化器，其中所述至少一个压电基片的厚度等于或接近在所述换能器表面中传播的所述SAW的波长。
36.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述至少一个压电基片由铌酸锂(LiNbO3)形成。
37.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述液体从所述换能器表面、所述非换能器表面或所述换能器表面和所述非换能器表面两者雾化。
38.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述液体被雾化以形成尺寸范围在0.1μm与100μm之间的液滴。
39.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述液体以最高10ml/min的雾化速率进行雾化。
40.根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述壳体呈盒式壳体的形式，所述盒式壳体具有连接到所述至少一个电声换能器的外部电触点及集成液体供应系统。
41.根据权利要求18或从属于权利要求18时的权利要求19至40中任一项所述的雾化器，所述至少一个压电基片与所述可移位底座接合。
42.根据权利要求41所述的雾化器，其中所述至少一个压电基片经由在所述换能器表面与所述可移位底座之间提供液密密封的密封件与所述可移位底座接合。
43.根据权利要求1至40中任一项所述的雾化器，其中所述至少一个压电基片经由在所述换能器表面与所述壳体之间提供液密密封的密封件与所述壳体接合。
44.根据权利要求1至43中任一项所述的雾化器，其中所述非换能器表面包括一个或多个电声换能器。
45.一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述至少一个压电基片内产生声波能量；
至少一个相对的电声换能器，用于在相反的方向上产生声波能量，以减少在雾化之前液体被驱离所述换能器表面的程度；以及
液体供应系统，用于将液体供应到所述至少一个压电基片。
46.一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
容纳在所述壳体内的至少两个压电基片；每个压电基片都具有各自的换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在各自的压电基片内产生声波能量；
其中所述至少两个压电基片间隔开且以平行相邻关系定位；
液体供应系统，用于将液体供应到至少一个所述压电基片；以及
控制装置，用于控制雾化液滴的尺寸，所述控制装置配置成使得能够预先设置介于所述至少两个压电基片之间的间距，以控制在相邻基片表面之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
47.一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述基片内产生声波能量；以及
液体供应系统，用于将液体供应到所述换能器表面和所述非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳所述液体的储存器以及与所述至少一个压电基片接触以用于将所述液体从所述储存器供应到所述至少一个压电基片的至少一个相对刚性的供应导管。
48.一种用于雾化液滴的雾化器，其包括：
壳体；
至少一个压电基片，其容纳在所述壳体内并具有换能器表面和相对的非换能器表面，至少一个电声换能器位于所述换能器表面上以用于在所述至少一个压电基片内产生声波能量；
顺应性材料，其与所述至少一个压电基片的周边表面的至少一部分接触；以及
液体供应系统，用于将液体供应到所述换能器表面和所述非换能器表面中的至少一个，所述液体供应系统包括用于容纳所述液体的储存器以及用于将所述液体从所述储存器供应到所述至少一个压电基片的至少一个供应导管。
49.根据权利要求1至48中任一项所述的雾化器，其中所述至少一个电声换能器配置为提供指示所述至少一个压电基片上的液体体积的输出。
50.根据权利要求49所述的雾化器，其中由所述至少一个电声换能器提供的所述输出是电流。
51.根据权利要求45至48中任一项所述的雾化器，其还包括用于检测所述至少一个压电基片上的液体体积的传感器。
52.根据权利要求51所述的雾化器，其中所述至少一个电声换能器包括所述传感器。
53.根据权利要求45至52中任一项所述的雾化器，其还包括至少一个相对的电声换能器，用于在相对的方向上产生声波能量，以减少在雾化之前液体被驱离所述至少一个压电基片的程度。
54.根据权利要求53所述的雾化器，其中所述至少一个相对的电声换能器配置为提供指示所述至少一个压电基片上的液体体积的输出。
55.根据权利要求54所述的雾化器，其中由所述至少一个相对的电声换能器提供的所述输出是电流。
56.根据从属于权利要求51时的权利要求53所述的雾化器，其中所述至少一个相对的电声换能器包括所述传感器。
57.根据权利要求45至56中任一项所述的雾化器，其还包括用于控制所述雾化液滴尺寸的控制装置。
58.根据权利要求45至57中任一项所述的雾化器，其包括至少两个压电基片，所述至少两个压电基片间隔开且以平行相邻关系定位。
59.根据从属于权利要求57时的权利要求58所述的雾化器，其中所述液滴尺寸控制装置配置成使得能够预先设置介于所述至少两个压电基片之间的间距，以控制在相邻基片表面之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
60.根据从属于权利要求57时的权利要求58所述的雾化器，其中所述液滴尺寸控制装置配置成使得能够预先设置所述至少两个压电基片与所述壳体的内壁的间距，以控制在相邻基片表面与所述内壁之间供应的液体的弯液面的厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
61.根据权利要求57所述的雾化器，其中所述液滴尺寸控制装置包括与所述液体供应导管和所述至少一个压电基片流体连通的液膜形成结构，以控制供应至所述至少一个压电基片的液体的弯液面的厚度，从而控制所述雾化液滴的尺寸。
62.根据权利要求61所述的雾化器，其中所述液膜形成结构包括网、网格、一种或多种纤维、或在所述液体供应导管中的狭槽。
63.一种雾化器系统，其包括：
根据前述权利要求中任一项所述的雾化器，其中所述雾化器是第一雾化器；和
第二雾化器。
64.如权利要求63所述的雾化器系统，其中：
所述第一雾化器包括第一雾化器水接触表面；
所述第二雾化器包括第二雾化器水接触表面。
65.根据权利要求64所述的雾化器系统，其中所述第一雾化器水接触表面横向于所述第二雾化器水接触表面。
66.根据权利要求64或权利要求65所述的雾化器系统，其中：
所述第一雾化器水接触表面为所述换能器表面或所述非换能器表面；且
所述第二雾化器水接触表面为所述第二雾化器的换能器表面或所述第二雾化器的非换能器表面。
67.一种使用根据权利要求1至62中任一项所述的雾化器或根据权利要求63至66中任一项所述的雾化器系统来雾化液体的方法。
68.根据权利要求67所述的雾化液体的方法，其包括雾化液体以形成尺寸范围在0.1μm与100μm之间的液滴。
69.根据权利要求67或权利要求68所述的雾化液体的方法，其包括以最高10ml/min的体积雾化速率雾化液体。
70.根据权利要求67至69中任一项所述的雾化液体的方法，其包括雾化液体以形成几何标准偏差(GSD)<10μm的液滴。
71.根据权利要求6777至70中任一项所述的雾化液体的方法，其中所述液体中包括功能性或治疗性试剂，诸如药物、DNA、RNAi、肽、蛋白质和细胞；或非治疗性试剂，诸如香料、化妆品、杀虫剂、涂料或防腐剂。
72.根据权利要求71所述的方法，其中所述功能性或治疗性试剂作为单位剂量递送。
73.根据权利要求72所述的方法，其中所述单位剂量由用于检测所述至少一个基片上的液体体积的传感器确定。
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