МИКРОСТРУКТУРИРОВАННАЯ ФОРСУНКА
MICROSTRUCTURED ATOMISER

Перекрестные ссылки на родственные заявки
[0001] Настоящая заявка притязает на приоритет перед Предварительной Заявкой на Патент США №62/418,147 зарегистрированной 6 ноября 2016, и Предварительной Заявкой на Патент США №62/418,195, зарегистрированной 6 ноября 2016, содержание которых полностью включено в этот документ по ссылке.
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее изобретение относится к модулю микроструктурированного прохода и более конкретно к модулю микроструктурированного прохода для аэрозольного генератора.
Предпосылки создания изобретения
[0003] Аэрозольное устройство, также известное, как распылитель или атомизатор, используется для доставки лекарственного средства пациентам для ингаляции. В частности, жидкий лекарственный препарат разбивается на аэрозоль, имеющий мелкие частицы/капли, для более простой и более эффективной ингаляции и абсорбции. Размер частиц может быть отрегулирован в зависимости от условий дыхания, таких как Хроническая Обструктивная Болезнь Легких (ХОБЛ) (Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD)) или астма, или в зависимости от требований самого жидкого лекарственного препарата. Также очень важным для пациентов является получение одинакового точного количества лекарственного средства при каждой процедуре. Иначе говоря, хорошее аэрозольное устройство должно быть выполнено с возможностью подачи точной дозы лекарственного средства, имеющей неизменный средний размер частиц при каждом соответствующем срабатывании для уменьшения отходов и рисков передозировки.
[0004] Как видно на Фиг. 1, иллюстративное аэрозольное устройство включает в себя верхний кожух, нижний кожух, узел форсунки, трубку, смещающий элемент и контейнер для хранения. Во время подготовки, смещающий элемент, такой как пружина, натягивается посредством относительного перемещения верхнего кожуха и нижнего кожуха. Тем временем, постоянное количество жидкого лекарственного препарата втягивается из контейнера для хранения посредством трубки к узлу форсунки, готовое к образованию аэрозоля. Когда аэрозольное устройство приводится в действие, сила, образованная посредством спущенного смещающего элемента, толкает постоянное количество жидкого лекарственного препарата к узлу форсунки и через него, посредством этого создавая аэрозоль для ингаляции. Другое иллюстративное аэрозольное устройство и механизм его работы могут быть найдены в документе US5964416 (Заявка на Патент США №08/726,219).
[0005] Как видно на Фиг. 1, жидкий лекарственный препарат под давлением перемещается в направлении от A к A', то есть, от точки с высоким давлением к точке с низким давлением. Жидкий лекарственный препарат втягивается и выдавливается в узел форсунки, через который образуется и выходит аэрозоль. Во время образования аэрозоля, важным является поддерживание соответствующей герметизации между компонентами внутри аэрозольного устройства. Иначе, итоговый эффект образования аэрозоля может быть ухудшен. Например, утечка у узла форсунки может приводить к потере давления, что может приводить к подаче неточной дозировки или неправильного размера частиц аэрозоля. Для обеспечения соответствующей герметизации, компоненты аэрозольного устройства должны быть изготовлены и собраны с осторожностью и точностью. Тем не менее, из-за миниатюрного размера компонентов, обычно в масштабе миллиметров или меньше, достижение соответствующей герметизации является сложным и затратным. Более того, миниатюрные компоненты с разными геометрическими формами могут быть более склонны к износу и отрыванию в среде с высоким давлением (обычно в диапазоне 5-50 МПа, что соответствует диапазону около 50-500 бар).
[0006] Согласно другому аспекту, узел форсунки играет важную роль в обеспечении возможности образования аэрозоля мелких частиц/капель из жидкого лекарственного препарата под давлением и его выхода из аэрозольного устройства с некоторой скоростью. Как видно на Фиг. 1, жидкий лекарственный препарат под давлением перемещается через центральную соединительную трубку к узлу форсунки и через форсунку. Жидкий лекарственный препарат под давлением течет в форсунку с высокой скоростью. Форсунка предназначена для управляемой фильтрации и уменьшения скорости потока жидкого лекарственного препарата с обеспечением преобразования требуемой дозы в аэрозоль с требуемой формой аэрозоля. Это может быть достигнуто с помощью специально выполненной внутренней конструкции форсунки. Несоответствующая конструкция форсунки может приводить к блокированию всего процесса образования аэрозоля, что может приводить к уменьшению срока службы аэрозольного устройства или ухудшать точность дозирования.
[0007] Обычная форсунка, используемая в аэрозольном устройстве, включает в себя множество элементов с разными геометрическими формами. Например, некоторые элементы с конкретной формой, например, продолговатые выступы, используются в качестве фильтров. Некоторые другие элементы с другой формой, например, цилиндрические выступы, используются для образования структуры направляющей системы для управления потоком жидкости в форсунке. Вкратце, для достижения требуемого эффекта образования аэрозоля, форсунка, используемая в предшествующем уровне техники, требует объединения и взаимодействия множества элементов, имеющих разные структурные и/или функциональные характеристики. Тем не менее, из-за миниатюрного размера форсунки, управление текучей средой внутри нее является сложным. Структура, размер и расположение элементов в форсунке должны быть разработаны и осуществлены аккуратно для обеспечения эффективности форсунки. В результате, затраты на разработку и изготовления форсунки обычно являются большими.
[0008] Целью настоящего изобретения является разработка структуры форсунки с элементами, имеющими упрощенную структуру, конструкцию и расположение. Итоговая форсунка улучшает общее качество и эффективность образования аэрозоля при одновременном уменьшении затрат на изготовление такой форсунки. Соответственно, пациенты могут получать решение для более экономичного лечения.
Краткое изложение сущности изобретения
[0009] В настоящем изобретении разработан модуль микроструктурированного прохода для аэрозольного генератора. Модуль прохода образован посредством пластины, покрытой крышкой.
[0010] Пластина может быть разделена на первую зону и вторую зону. Образовано направление потока жидкости, которое перпендикулярно стороне входа. Первая зона пластины включает в себя вход для вхождения жидкости. Первая зона также включает в себя множество выступов, расположенных в рядах в направлении потока жидкости, и в колоннах по всей ширине первой зоны, образуя множество проходов между ними. Множество выступов имеют продолговатую форму и по существу параллельны друг другу. К тому же, множество проходов между колоннами выступов расположено соответственно направлению потока жидкости, и ряды выступов разделены туннелями. Вторая зона включает в себя множество стержней. По меньшей мере часть проходов в первой зоне также включает в себя стержни. Множество стержней образуют множество каналов между ними для течения жидкого лекарственного препарата. Это множество стержней в проходах увеличивает сопротивление потоку жидкости, перемещающейся через проходы. Множество выступов и стержней выступают из пластины и являются ее неотъемлемыми частями.
[0011] В некоторых вариантах осуществления, жидкость течет через множество проходов посредством туннелей.
[0012] В некоторых вариантах осуществления, длина туннеля больше его ширины, и длина туннеля может быть равна длине или ширине выступа.
[0013] В некоторых вариантах осуществления, туннели имеют разные ширины.
[0014] В некоторых вариантах осуществления, туннели имеют одинаковую ширину.
[0015] В некоторых вариантах осуществления, пространство между стержнем и выступом в первой зоне также является частью канала.
[0016] В некоторых вариантах осуществления, множество стержней расположены в виде матрицы.
[0017] В некоторых вариантах осуществления, множество стержней расположены в форме шестиугольника.
[0018] В некоторых вариантах осуществления, плотность множества стержней во второй зоне больше, чем в проходах.
[0019] В некоторых вариантах осуществления, скорость распыления находится в диапазоне 167-170 м/с.
[0020] В некоторых вариантах осуществления, отношение между общей площадью поверхности, которую занимает множество стержней в проходах, и общей площадью поверхности проходов находится в диапазоне 5-6%.
[0021] В некоторых вариантах осуществления, отношение между общей площадью поверхности, которую занимает множество стержней в проходах, и общей площадью поверхности проходов составляет около 5,5%.
[0022] В некоторых вариантах осуществления, наименьшее расстояние между любыми двумя смежными стержнями больше, чем 1 мкм.
[0023] В некоторых вариантах осуществления, пластина во второй зоне содержит две боковые стенки, наклоненные к выходу.
[0024] В некоторых вариантах осуществления, множество стержней дополнительно выполнены с возможностью регулирования скорости потока жидкости.
[0025] В некоторых вариантах осуществления, колонны выступов являются параллельными.
[0026] В некоторых вариантах осуществления, ряды выступов являются параллельными и расположены прямолинейно в направлении потока жидкости.
[0027] В некоторых вариантах осуществления, наименьшее расстояние между двумя смежными стержнями во второй зоне составляет по меньшей мере 8 мкм.
[0028] В настоящем изобретении дополнительно разработан модуль микроструктурированного прохода для аэрозольного генератора. Модуль прохода образован посредством пластины, покрытой крышкой. Пластина может быть разделена на первую зону и вторую зону. Образовано направление потока жидкости, которое перпендикулярно стороне входа. Первая зона пластины включает в себя вход для вхождения жидкости. Первая зона также включает в себя множество стенок, расположенных в колоннах по всей ширине первой зоны, образуя множество проходов между ними. К тому же, множество проходов соответствует направлению потока жидкости. Вторая зона включает в себя множество стержней. По меньшей мере часть проходов в первой зоне также включает в себя стержни. Множество стержней образуют между собой множество каналов для течения жидкого лекарственного препарата. Отношение между общей площадью поверхности, занимаемой стержнями в проходах, и общей площадью поверхности проходов находится в диапазоне 5-6%. Множество стержней дополнительно выполнены с возможностью регулирования скорости потока жидкости. Множество выступов и стержней выступают из пластины и являются ее неотъемлемыми частями.
[0029] В некоторых дополнительных вариантах осуществления, отношение между общей площадью поверхности, которую занимают стержни в проходах, и общей площадью поверхности проходов составляет около 5,5%.
Краткое описание чертежей
[0030] Один или более вариантов осуществления проиллюстрированы, в качестве примера и не в качестве ограничения, на прилагаемых чертежах, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Чертежи выполнены не в масштабе, если не указано иначе. На чертежах:
[0031] Фиг. 1 представляет собой вид в поперечном разрезе иллюстративного аэрозольного устройства согласно предшествующему уровню техники.
[0032] Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе другого иллюстративного аэрозольного устройства согласно настоящему изобретению.
[0033] Фиг. 3A-3D представляют собой виды в поперечном разрезе модуля микроструктурированного прохода согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
[0034] Чертежи являются схематичными и не являются ограничивающими. На чертежах, размер некоторых элементов может быть преувеличен и показан не в масштабе в целях иллюстрирования. Размеры и относительные размеры не обязательно соответствуют фактическим приведениям к осуществлению изобретения. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует понимать как ограничивающие объем формулы изобретения. На разных чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
[0035] Далее подробно описано создание и использование вариантов осуществления изобретения. Тем не менее, следует понимать, что варианты осуществления предусматривают множество применимых идей изобретения, которые могут быть осуществлены в широком разнообразии конкретных контекстов. Описанные конкретные варианты осуществления являются только иллюстрацией конкретных способов изготовления и использования вариантов осуществления и не ограничивают объем изобретения.
[0036] На всех различных видах и во всех иллюстративных вариантах осуществления, одинаковые ссылочные позиции использованы для обозначения одинаковых элементов. Далее подробно описаны иллюстративные варианты осуществления, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах. Там, где это возможно, одинаковые ссылочные позиции использованы на чертежах и в описании для обозначения одинаковых или подобных частей. На чертежах, форма и толщина могут быть преувеличены для ясности и удобства. Настоящее описание направлено, в частности, на элементы, образующие часть устройства согласно настоящему изобретению, или более прямо взаимодействующие с ним. Следует понимать, что элементы, не показанные или не описанные конкретно, могут принимать различные формы. В настоящем описании ссылка на “один вариант осуществления” или “вариант осуществления” означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанный в отношении варианта осуществления, включен по меньшей мере в один вариант осуществления. Таким образом, появляющиеся в различных местах этого описания фразы “в одном варианте осуществления” или “в варианте осуществления” не относятся обязательно к одному и тому же варианту осуществления. К тому же, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одном или более вариантах осуществления. Следует понимать, что прилагаемые чертежи выполнены не в масштабе; наоборот, эти чертежи предназначены только для иллюстрирования.
[0037] На чертежах, на всех видах одинаковые ссылочные позиции использованы для обозначения одинаковых или подобных элементов, и показаны и описаны иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения. Чертежи не выполнены обязательно в масштабе, и в некоторых случаях чертежи в некоторых местах преувеличены и/или упрощены в целях иллюстрирования. Специалистам в данной области техники будет понятно множество возможных применений и разновидностей настоящего изобретения на основании изложенных далее иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Определение
[0038] Следует понимать, что, когда элемент описан как находящийся "на" другом элементе, он может находится непосредственно на другом элементе, или могут присутствовать промежуточные элементы. Наоборот, когда элемент описан как находящийся "непосредственно на" другом элементе, промежуточные элементы отсутствуют.
[0039] Следует понимать, что формы единственного числе "a", "an" и "the" также включают в себя также множественные формы, если в контексте не указано явно иначе. К тому же, относительные термины, такие как "низ" и "верх", могут быть использованы в этом документе для описания отношения одного элемента к другим элементам, как видно на чертежах.
[0040] Следует понимать, что элементы, описанные как находящиеся "ниже" или "под" другими элементами, следовательно, ориентированы "выше" или "над" другими элементами. Следовательно, иллюстративные термины "ниже" или "под" могут включать в себя ориентацию как над, так и под.
[0041] Термин “несимметричный”, в контексте настоящего документа, относится к форме поперечного сечения отсека, которое не может быть разделено посредством продольной плоскости на две одинаковые половины. Следовательно, согласно предшествующим определениям, объем несимметричной формы включает в себя форму, не являющуюся кругом, овалом и равносторонним многоугольником.
[0042] Термин “ширина”, в контексте настоящего документа, такой как “ширина туннеля и “ширина прохода”, относится к более короткому расстоянию между сторонами хода (например, туннеля и прохода) относительно длины.
[0043] Термин “около”, в контексте настоящего документа, при ссылке на измеримую величину, такую как количество, отрезок времени и тому подобное, включает в себя отклонения ±10% и более предпочтительно ±5% от указанной величины, поскольку такие отклонения являются приемлемыми для осуществления описанных способов.
[0044] Если не указано иначе, все термины (включая технические и научные термины), используемые в этом документе, имеют такое же значение, как обычно понимаемое специалистом в области техники, к которой относится данное изобретение. К тому же, следует понимать, что термины, такие как определенные в обычных словарях, должны быть интерпретированы как имеющие значение, которое согласуется с их значением в контексте данной области техники и настоящего изобретения, и не должны быть интерпретированы в совершенном или избыточно формальном смысле, если это явно не указано в этом документе.
Подробное Описание
[0045] Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе иллюстративного аэрозольного устройства согласно настоящему изобретению. Здесь, аэрозольное устройство 90 включает в себя кожух 902 с камерой 904 насоса и камерой 906 пружины. Смещающий элемент 9062, такой как пружина, соединен с кожухом 902, и более конкретно установлен в камере 906 пружины. Камера 906 пружины также удерживает контейнер 908 для хранения, в котором хранится жидкий лекарственный препарат 912. Такой жидкий лекарственный препарат 912 может быть вытянут из контейнера 908 для хранения через трубку 904 в ответ на подготовку к приведению в действие аэрозольного устройства 90. В частности, перед приведением в действие, кожух 902 поворачивается. Пружина 9062 выполнена с возможностью ответа на такое вращение посредством натяжения. Соответственно, жидкий лекарственный препарат 912 вытягивается из контейнера 908 для хранения в камеру 904 насоса, готовый для образования аэрозоля. Процесс образования аэрозоля начинается, когда аэрозольное устройство 90 приводится в действие. При приведении в действие, запускается спусковой механизм (не показан), и пружина 9062 освобождается из натянутого состояния в ненатянутое состояние. В результате такой операции образуется сила, толкающая жидкий лекарственный препарат 912 через трансфузионное устройство 950, в котором расположен модуль 1 микроструктурированного прохода (то есть, форсунка), у камеры 904 насоса. Иначе говоря, жидкий лекарственный препарат проходит через модуль 1 микроструктурированного прохода для образования аэрозоля. Модуль 1 микроструктурированного прохода выполнен соответствующим образом с обеспечением образования аэрозоля, имеющего требуемый размер частиц, с управляемой и точной подачей. Следовательно, аэрозолированный жидкий лекарственный препарат, такой как водный раствор или этановый раствор, выходит из трансфузионного устройства 950 и затем из аэрозольного устройства 90 для вдыхания пациентом.
[0046] Модуль 1 микроструктурированного прохода представляет собой важный компонент аэрозольного устройства 90, в котором жидкий лекарственный препарат может быть разбит на аэрозоль, имеющий мелкие частицы/капли. Модуль 1 микроструктурированного прохода аэрозольного устройства 90 представляет собой компонент, имеющий микроструктурированную фильтрующую и направляющую систему, которая состоит из множества микромасштабных элементов и множества проходов, образованных посредством микромасштабных элементов. Когда жидкий лекарственный препарат с большой скоростью перемещается в модуль 1 микроструктурированного прохода, микромасштабные элементы частично блокируют текущий лекарственный препарат и разделяют его на малые частицы. К тому же, конфигурация микромасштабных элементов и проходов увеличивает сопротивление потоку, посредством этого уменьшая скорость потока жидкости. Тем не менее, скорость потока жидкого лекарственного препарата мгновенно увеличивается посредством раструбного выхода модуля 1 микроструктурированного прохода, когда жидкий лекарственный препарат выходит из выхода, и, следовательно, аэрозолируется и распыляется количество отфильтрованного жидкого лекарственного препарата, имеющего конкретный размер частиц.
[0047] Фиг. 3A-3D представляют собой виды в поперечном разрезе микроструктурированной форсунки согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
[0048] На Фиг. 3A показан модуль 1 микроструктурированного прохода. Модуль 1 микроструктурированного прохода включает в себя пластину 10, которая может быть выполнена из силикона и имеет ширину около 2,5 мм, длину около 2 мм и глубину около 700 мкм. Пластина 10 покрыта стеклянной крышкой (не показана), которая имеет ширину около 2,5 мм, длину около 2 мм и глубину около 625 мкм, посредством этого образуя отсек. Жидкий лекарственный препарат (не показан) входит в отсек через вход 102 у одного конца. Получающийся аэрозоль 50 выходит из отсека через выход 104 у противоположного конца. Вход 102 имеет ширину около 2 мм, которая шире, чем ширина выхода 104. Жидкий лекарственный препарат в отсеке течет в целом в направлении от входа 102 к выходу 104. Направление потока жидкого лекарственного препарата в модуле 1 прохода, которое перпендикулярно стороне входа 102, образовано посредством направления от A до A'. По меньшей мере некоторая часть жидкого лекарственного препарата течет вдоль наклонных стенок 106 модуля 1 прохода, приводя к столкновению потоков жидкости друг с другом, предпочтительно под углом около 90°. В результате этого образуется аэрозоль 50 для вдыхания пациентом.
[0049] Пластина 10 в целом может быть разделена посредством граничной линии B на две части, которые представляют собой первую зону вблизи от входа 102 и вторую зону вблизи от выхода 104. Пластина 10 также включает в себя несколько компонентов, таких как центральный блок 2, разделители 3, стержни 4 и выступы 5. В частности, выступы 5, стержни 4 и разделители 3 расположены в первой зоне, тогда как вторая зона включает в себя только стержни 4. Выступы 5, стержни 4, разделители 3 и центральный блок 2 выполнены с возможностью выступания из пластины 10 в направлении, поперечном направлению потока жидкости. В одной разновидности, эти компоненты могут быть образованы как неотъемлемые части пластины 10 посредством травления модуля 1 микроструктурированного прохода. В некоторых вариантах осуществления, для образования таких неотъемлемых компонентов пластина 10 протравливается на глубину около 5-6 мкм. Следует заметить, что способ изготовления пластины 10 этим не ограничен. Пластина 10 может быть изготовлена другими способами, известными в данной области техники, такими как формование, сварка или печать. Далее описаны дополнительные характеристики и конфигурации неотъемлемых компонентов.
2
[0050] Как видно на Фиг. 3A, центральный блок 2 расположен вблизи от выхода 104 и во второй зоне. Центральный блок 2 является сферическим, имеющим радиус кривизны около 37,35 мкм. Центральный блок 2 загораживает существенную часть отсека вблизи от выхода 104 настолько, что жидкость может течь к выходу 104 только посредством обхождения через два пролета 15 между центральным блоком 2 и наклонными стенками 106. Описанная выше конфигурация направляет жидкость в два противоположных друг другу потока, то есть, через два противоположных пролета 15. Иначе говоря, модуль 1 микроструктурированного прохода следует понимать как включающий в себя два выхода для обеспечения требуемого образования аэрозоля. В результате, противоположные струи жидкости, выходящие из модуля 1 микроструктурированного прохода, сталкиваются друг с другом в положении снаружи модуля 1 прохода но вблизи от выхода 104, образуя аэрозоль 50. Центральный блок 2 выполнен по размерам так, что каждый пролет 15 имеет ширину около 8 мкм и длину около 53,8 мкм. Более того, общая площадь каждого пролета 15 составляет около 44 мкм.
[0051] Множество разделителей 3, имеющих ширину около 50 мкм и длину около 200 мкм, расположено рядом с входом 102 и в первой зоне. Разделитель 3 имеет продолговатую форму, ориентация которой совпадает с направлением потока жидкости от A к A'. К тому же, разделители 3 могут быть расположены во множестве колонн по всей ширине входа 102 первой зоны. Как видно на чертежах, множество выступов 5 расположено в параллельных колоннах 52 по всей ширине первой зоны. Эти параллельные колонны 52, выполненные из прямолинейных рядов выступов 5, расположены в первой зоне. Между каждыми параллельными колоннами 52 предусмотрен проход 18 для течения жидкого лекарственного препарата. Жидкость течет через множество проходов в направлении от A к A'. Размер такого прохода составляет около 77 мкм в ширину и 1,3 мм в длину. Колонна 52 может иметь общий размер около 22 мкм в ширину и 1,3 мм в длину. Колонна 52 может быть расположена параллельно направлению потока жидкости от A к A'. Поскольку проход 18 образован как область между двумя параллельными колоннами 52, длины колонны 52 и прохода являются одинаковыми.
[0052] Расстояние между двумя смежными разделителями 3 составляет около 150 мкм, что приблизительно в два раза больше ширины прохода 18. Для нефильтрованного жидкого лекарственного препарата, входящего в модуль 1 микроструктурированного прохода, пространства между двумя разделителями 3 используются как предварительные фильтры, и пространства между двумя колоннами 52 используются как вторичные фильтры. Например, сначала посредством пространства между двумя разделителями 3 отфильтровываются любые частицы размером более 150 мкм; и после этого посредством пространства между двумя смежными треугольными стержнями в проходах отфильтровываются любые частицы размером более 8 мкм. К тому же, функция фильтрации не влияет на направление потока, поскольку не происходит полного блокирования каналов частицами.
[0053] Как видно на Фиг. 3A, выступ 5 представляет собой продолговатый элемент, имеющий ширину около 2,5 мкм и длину около 22 мкм. В предпочтительном варианте осуществления, выступ 5 расположен в ориентации, при которой ширина выступа 5 параллельна направлению потока жидкости от A к A'. Тем не менее, ориентация выступа 5 не является ограничивающей. В каждой колонне 52, множество выступов 5 дополнительно расположены в рядах, в прямолинейном расположении в направлении от A к A'. В одном варианте осуществления, ряды могут быть параллельными друг другу.
[0054] Каждый ряд прямолинейных выступов 5 разделен туннелями 17. Ширина каждого туннеля может быть или может не быть одинаковой, в зависимости от требований аэрозольного устройства или лекарственного препарата. В одном варианте осуществления, ширина каждого туннеля 17 является одинаковой, как видно на Фиг. 3C. Размер туннеля 17 составляет около 3 мкм в ширину и 22 мкм в длину. В других вариантах осуществления, туннели 17 включают в себя по меньшей мере две разные ширины, каждая из которых составляет около 3 мкм и 11 мкм, как видно на Фиг. 3A и 3B. Тем не менее, в предпочтительном варианте осуществления, ширина туннеля должна быть больше 1 мкм.
[0055] Направления туннелей 17 и проходов 18 не параллельны друг другу. В настоящем изобретении, туннели 17 и проходы 18 перпендикулярны друг другу. Жидкий лекарственный препарат может течь между проходами 18 через туннели 17.
[0056] В некоторых вариантах осуществления, длина каждого выступа 5 равна длине каждого туннеля 17, которая больше, чем ширина туннеля 17. В другом варианте осуществления, ширина каждого выступа 5 равна длине каждого туннеля 17, которая также больше, чем ширина туннеля 17. Следует заметить, что, несмотря на то, что на чертежах в этом документе показано, что колонны 52 соприкасаются с внутренними боковыми стенками 108, это не является ограничением. Например, боковые стенки 108 могут быть самостоятельным элементом, то есть, не соприкасающимся с какими либо неотъемлемыми компонентами.
[0057] В настоящем изобретении дополнительно разработан другой модуль 1 микроструктурированного прохода, выполненный без туннеля 17. То есть, колонна 52 выполнена из сплошного, непрерывного выступа или стенки 54, как видно на Фиг. 3D. Конструкция и расположение такой стенки 54 подобны конструкции и расположению колонны 52, за исключением того, что стенка 54 не выполнена из отдельных рядов выступов 5, разделенных туннелями 17. Стенка 54 представляет собой одну сплошную структуру, которая проходит в направлении от A к A' в первой зоне. В отсутствие какого либо туннеля, части жидкого лекарственного препарата в проходах 18 не могут сообщаться друг с другом. Каждая стенка 54 имеет ширину около 22 мкм и длину около 1,3 мкм.
[0058] Как видно на Фиг. 3A-3D, модуль 1 микроструктурированного прохода дополнительно включает в себя множество стержней 4. Стержни 4 расположены во второй зоне, то есть, вблизи от выхода 104. В некоторых вариантах осуществления, стержни 4 также проходят в первую зону, занимая некоторые части проходов 18. В других вариантах осуществления, стержни 4 могут быть распределены во всех областях проходов 18. Стержни 4 представляют собой микромасштабные элементы, которые выступают из пластины 10 на высоту около 5-6 мкм.
[0059] Стержни 4 могут иметь любую геометрическую форму, подходящую для обеспечения функции фильтрации. В некоторых вариантах осуществления, стержень 4 включает в себя по меньшей мере три боковых стенки, и поперечное сечение стержня 4, в направлении, параллельном пластине, может быт несимметричным или симметричным. К тому же, такое поперечное сечение стержня 4 включает в себя по меньшей мере одну вершину, обращенную к входу 102, имеющую угол, образованный посредством ее пересекающихся стенок, величиной меньше 90°. Следовательно, поперечное сечение стержня 4 может быть круглым, треугольным, алмазоподобным, и так далее. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, поперечное сечение стержня 4 представляет собой треугольник, имеющий боковые стенки длиной около 8 мкм и вершину, которая обращена к входу 102. Угол, образованный двумя стенками вершины, обращенной к входу, составляет около 60°. В некоторых вариантах осуществления, поперечное сечение стержня 4 может представлять собой равносторонний, равнобедренный или неравносторонний треугольник.
[0060] В другом варианте осуществления настоящего изобретения, поперечное сечение стержня 4 представляет собой каплю, сферический конец которой обращен к выходу 104, как видно на Фиг. 3B. В других вариантах осуществления, поперечное сечение стержня 4 представляет собой круг, имеющий диаметр около 10 мкм. Все стержни из множества стержней 4 в модуле 1 микроструктурированного прохода могут иметь одинаковую форму и размер. Тем не менее, как видно на Фиг. 3C, в некоторых вариантах осуществления, стержни 4 могут иметь разные формы и размеры. Например, стержни 4 во второй зоне могут иметь форму и размер, отличающиеся от формы и размера стержней в первой зоне. Более того, плотность стержней 4 в первой и второй зонах также может быть разной.
[0061] Согласно другому аспекту, стержни 4 могут быть расположены в виде матрицы по меньшей мере для частичного преграждения потока жидкости, посредством этого увеличивая сопротивление потоку и уменьшая скорость потока. В предпочтительном варианте осуществления, стержни 4 расположены в форме шестиугольника. В частности, шестиугольное расположение включает в себя один центральный стержень и шесть смежных стержней, образующих шесть вершин шестиугольника. Такое расположение может обеспечивать соответствующее сопротивление потоку жидкости, при этом уменьшая возможность полного блокирования жидкости.
[0062] В некоторых вариантах осуществления, пространства/ходы между множеством стержней 4 образованы как каналы 16. Такие каналы 16 также включают в себя пространства/ходы между стержнем 4 и смежным выступом 5 в первой зоне. В одном предпочтительном варианте осуществления, наиболее короткое расстояние между любыми двумя смежными стержнями выполнено большим, чем ширина любого туннеля.
[0063] Далее описано некоторое расположение стержней 4, и, более конкретно, их плотность, согласно настоящему изобретению. Здесь, отношение между общей площадью поверхности, которую занимают стержни 4 в некотором пространстве, к общей площади поверхности такого некоторого пространства, называется плотностью стержней. Плотность стержней второй зоны предпочтительно составляет около 13,9%.
[0064] В частности, плотность стержней в проходах определена как отношение между общими площадями поверхности, занимаемыми стержнями 4 в проходах, к общей площади поверхности проходов. В другом случае, плотность стержней во второй зоне представляет собой отношение между общими площадями поверхности, которые занимают стержни 4 во второй зоне, к общей площади поверхности второй зоны. В одном варианте осуществления, плотность стержней в проходах 18 меньше, чем плотность стержней во второй зоне, поскольку только части проходов 18 содержат стержни 4. Плотность стержней в проходах 18 должна лежать в диапазоне 5-6%, и предпочтительно составляет около 5,5%.
[0065] В результате разницы в плотности стержней, сопротивление потоку увеличивается, когда жидкость входит во вторую зону из первой зоны. Аэрозольное устройство настоящего изобретения выполнено с возможностью подачи аэрозоля 50, имеющего эффективную длительность распыления в диапазоне около 1,4-1,5 секунд, что является предпочтительным, поскольку скорость аэрозоля является относительно небольшой. Меньшая скорость аэрозоля обеспечивает улучшенную и более управляемую подачу аэрозоля, поскольку она уменьшает накопление остатка во рту или горле пациента. Наоборот, если скорость аэрозоля является слишком большой, требуемый эффект ингаляции может быть не достигнут. Например, аэрозоль 50 может перемещаться слишком быстро для правильного и полного вдыхания пациентом, или аэрозоль 50 может быть заблокирован ртом/горлом пациента. Следует заметить, что скорость и длительность распыления аэрозоля 50 могут быть измерены с помощью разных способов, таких как видеозапись или дифракция лазерного излучения. Разные способы измерения могут давать разные результаты.
[0066] Далее следует описание расположения и конфигурации стержней 4 и туннелей 17. Стержни 4 предназначены для (I) регулирования/поддерживания направления потока жидкого лекарственного препарата, (II) изменения сопротивления потоку и скорости потока жидкого лекарственного препарата; и (III) фильтрации жидкого лекарственного препарата на более мелкие частицы, с обеспечением отсутствия ухудшения качества аэрозоля. Регулирование направления потока посредством стержней 4 приводит к течению жидкости через разные каналы 16. Увеличение сопротивления потоку и уменьшение скорости потока могут приводить к завихрению вокруг стержней 4, когда по меньшей мере часть потока жидкости сталкивается со стержнями 4. Туннели 17 обеспечивают теченье небольших количеств жидкого лекарственного препарата поперек проходов 18, посредством этого также уменьшая общую скорость потока лекарственного препарата. В настоящем изобретении разработано несколько схем стержней 4, и их эффекты показаны далее в Таблице 1.
Таблица 1
№
Ширина Канала Первая зона (мкм)/Форма Стержня в проходе
Общая Площадь Поверхности, Занимаемой Стержнями в Проходах (м<sup>2</sup>)
Плотность стержней (Проходов)
Ширина Канала Зона 2/форма стержня (мкм)
Плотность стержней (вторая зона)
Скорость распыления (м/с)
1
8/треугольник
1,107•10<sup>-7</sup>
5,46%
8/ треугольник
13,9%
168,5
2
12/ треугольник
9,016•10<sup>-8</sup>
4,44%
8/ треугольник
13,9%
171,6
3
12•9,2/ треугольник
1,107•10<sup>-7</sup>
5,46%
8/треугольник
13,9%
168,0
4
16.5/круг
1,099•10<sup>-7</sup>
5,42%
8/треугольник
13,9%
167,0
[0067] В Таблице 1 показаны четыре разные конфигурации стержней 4, расположенных в проходах 18 в первой зоне модуля микроструктурированного прохода согласно настоящему изобретению, и их соответствующие скорости распыления. Конфигурация такого модуля микроструктурированного прохода также включает в себя множество туннелей 17, образованных посредством параллельных рядов выступов 5. Термин “Ширина Канала” в дальнейшем описании представляет кратчайшее расстояние между любыми двумя смежными стержнями 4 в проходах 18. Эффекты, оказываемые конфигурацией и расположением стержней на скорость распыления во второй зоне, здесь не описаны. Скорость распыления измерена посредством программного обеспечения для вычислительной гидрогазодинамики (Computational Fluid Dynamics (CFD)).
[0068] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, оптимальная плотность стержней в проходах составляет около 5,46%, и предпочтительная скорость распыления находится в диапазоне 167-170 м/с.
[0069] Сравним форсунку №1 (далее в этом документе “№1”) с форсункой №2 (далее в этом документе “№2”). Согласно Таблице 1, отличиями между №1 и №2 являются ширина канала 16 и общая площадь поверхности стержней 4, занимаемая в проходах 18. В частности, ширина канала 16 в №2 больше, чем в №1, но общая площадь поверхности стержней 4 в проходах в №2 меньше, чем в №1. В таблице видно, что скорость распыления в №1 меньше, чем в №2, что согласуется с настоящим изобретением.
[0070] Далее, сравним №2 с форсункой №3 (далее в этом документе “№3”). Отличиями между №2 и №3 являются ширина канала 16 и общая площадь поверхности, занимаемая стержнями в проходе. Следует заметить, что №3 включает в себя две разные ширины канала, которые составляют около 12 мкм и около 9,2 мкм. Согласно Таблице 1, общая площадь, которую занимают стержни в проходах 18 в №3, больше, чем в №2, в результате чего увеличена плотность стержней. В результате, скорость распыления в №3 меньше, чем в №2, что согласуется с настоящим изобретением.
[0071] Теперь обратимся к №1 и №3. Отличие заключается в том, что №3 имеет две разные ширины канала. Тем не менее, итоговые скорости распыления жидкости являются одинаковыми (168,5 м/с и 168,0 м/с). Соответственно, наличие разных ширин канала в первой зоне не влияет на скорость распыления, если общая площадь поверхности и форма стержней 4 являются одинаковыми. Иначе говоря, сохранение надлежащей плотности стержней создает надлежащую эффективность распыления, что согласуется с сущностью настоящего изобретения.
[0072] Далее, сравним №3 и форсунку №4 (далее в этом документе “№4”). Поперечное сечение множества стержней в №4 представляет собой круг. Согласно Таблице 1, №4 имеет наибольшую ширину канала, и общее количество стержней в №4 значительно меньше, чем в №1, №2 или №3. Тем не менее, общая площадь поверхности, которую занимают стержни в проходах в No.4, является такой же, как в №1 и №3. Таким образом, плотность стержней в №4 является такой же, как в №1 и №3. Итоговая эффективность распыления (то есть, скорость распыления) в №4 является такой же, как в №1 и №3. Такие результаты демонстрируют, что скорость распыления зависит от плотности стержней в первой зоне, что соответствует идеям настоящего изобретения. И ширина канала может не являться определяющим фактором для скорости распыления.
Таблица 2
№
Ширина Канала в Первой Зоне (мкм) /форма Стержня в Проходе/туннель или стенка
Ширина Канала Зона 1 (мкм)
Общая Площадь Поверхности, Занимаемой Стержнями в Проходах (м<sup>2</sup>)
Плотность стержней (Проходов)
Ширина Канала Зона 2/форма стержня (мкм)
Плотность стержней (вторая зона)
Скорость Распыления (м/с)
5
16,5/Круг/стенка
16,5
1,107•10<sup>-7</sup>
5,46
8(треугольник)
13,9%
171,3
6
15/Круг/стенка
15
1,14•10<sup>-7</sup>
5,6
15(круг)
14%
177,4
7
15/Круг/туннель
15
1,14•10<sup>-7</sup>
5,6
15(круг)
14%
176
8
16,5/Круг/стенка
16,5
1,107•10<sup>-7</sup>
5,46
8(круг)
27,12%
169
[0073] В Таблице 2 проиллюстрированы другие конфигурации настоящего изобретения и их эффекты на скорость распыления. В частности, информация позволяет сравнить модули микроструктурированного прохода, имеющие сплошную конфигурацию стенки 54, с конфигурацией с выступами 5/туннелями 17. Здесь, все форсунки №5-8 имеют круглые стержни. №5, 6 и 8 имеют конфигурацию типа стенки 54, тогда как №7 имеет конфигурацию рядов выступов 5, разделенных туннелями 17.
[0074] При рассмотрении совместно с Таблицей 1 и, в частности, в случаях №4 и №5, скорость распыления в №5 больше, чем в №4, тогда как другие данные остаются относительно одинаковыми. Заметным отличием между №4 и №5 является то, что №4 имеет туннели, тогда как №5 имеет конфигурацию сплошной стенки 54. Результат демонстрирует, что наличие туннелей 17 может улучшить образование аэрозоля посредством уменьшения скорости распыления. Это согласуется с идеями настоящего изобретения, поскольку туннели позволяют некоторому количеству жидкости течь поперек проходов, посредством этого увеличивая сопротивление потоку и уменьшая скорость потока.
[0075] Данные для №6 и №7 дополнительно подтверждают, что наличие туннелей 17 может уменьшить скорость распыления и обеспечить требуемую длительность.
[0076] Данные для №5 и №8 подтверждают, что сохранение надлежащей плотности стержней во второй зоне также может обеспечить достижение требуемой скорости распыления. Тогда как все остальные факторы остаются неизменными, увеличение плотности стержней в №8 способствует достижению более предпочтительной скорости распыления, составляющей 169м/с.
[0077] №6 и №8 имеют почти одинаковые конфигурации, за исключением того, что ширина канала во второй зоне в №6 больше, чем в №8 (15мкм против 8 мкм). Итоговая скорость распыления указывает на то, что наименьшее расстояние между двумя смежными стержнями во второй зоне, то есть, ширина канала, предпочтительно составляет около 8 мкм.
ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ
Модуль прохода - 1
Центральный блок - 2
Разделитель - 3
Стержень - 4
Выступ - 5
Пластина - 10
Вход - 102
Выход - 104
Наклонная стенка - 106
Боковая стенка - 108
Пролет - 15
Канал - 16
Туннель - 17
Проход - 18
Жидкий лекарственный препарат - 50, 912
Колонна выступов - 52
Стенка - 54
Аэрозольное устройство - 90
Кожух - 902
Камера насоса - 904
Камера пружины - 906
Смещающий элемент - 9062
Пружина - 9062
Контейнер для хранения - 908
Трубка - 910
Трансфузионное устройство - 950
Направление потока жидкости - A-A'
Граничная линия - B