ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ЖИДКИХ АЭРОЗОЛЬНЫХ СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ

Полезная модель относится к пневматическим генераторам жидких аэрозольных субмикронных частиц лекарственного средства, обеспечивающих их глубокое проникновение в респираторный тракт организма человека и может быть использовано в медицине для лечения заболеваний носоглотки, бронхов и легких.
Известен пневматический распылитель лекарственного средства, включающий корпус, имеющий камеру для содержания аэрозоля; воздушный выход, сообщающийся с упомянутой камерой для обеспечения выхода аэрозоля из камеры; жидкостный выход, расположенный в упомянутой камере; выход сжатого газа, расположенный в упомянутой камере смежно с упомянутым жидкостным выходом; отклоняющий элемент, расположенный в упомянутой камере в фиксированном положении относительно упомянутого выхода сжатого газа и упомянутого жидкостного выхода с возможностью отклонения сжатого газа от упомянутого выхода газа через жидкостный выход для образования аэрозоля, и защитное средство, расположенное в упомянутой камере, с возможностью движения в соответствии с дыханием пациента (патент РФ №2188041, МПК A61M 11/06, опубл. 27.08.2002 г.). В данном устройстве отсутствует возможность регулирования температуры диспергируемого раствора лекарственного средства.
Известен аэрозольный ингалятор (см. авт. свид. СССР №1321422, МПК A61M 11/00, опубл. 07.07.1987 г.), содержащий источник сжатого газа, систему управления подачей аэрозоля и распылитель с форсункой и нагревателем. Настоящий ингалятор предназначен для проведения ингаляционной терапии.
Недостатками выше указанных изобретений являются низкая дисперсность получаемого аэрозоля и отсутствие возможности регулирования указанной дисперсности.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является пневматический генератор жидких аэрозольных частиц, включающий осесимметричный корпус распылительной камеры с загубником, штуцер с выходным отверстием в торце в виде сопла для подачи воздуха от компрессора, расположенный в корпусе распылительной камеры соосно последней, колпачок с выходным отверстием в торце в виде сопла, имеющий на поверхности внутреннего канала продольные выступы-перегородки, и расположенный на штуцере с образованием диспергирующей форсунки и радиально расположенных вертикальных каналов, сообщающихся с одной стороны с выходным отверстием колпачка, а с другой стороны - с внутренним объемом распылительной камеры у ее днища, блок поддержания заданной температуры распыляемого вещества с термореле и отбойный элемент для удаления крупных частиц аэрозоля (патент РФ №2355432, МПК A61M 15/00, опубл. 20.05.2009 г.).
Недостатками выше указанного прототипа являются недостаточно стабильное поддержание заданной температуры диспергируемого раствора лекарственного средства и низкая дисперсность получаемого аэрозоля, а также отсутствие возможности регулирования указанной дисперсности.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение дисперсности получаемого аэрозоля лекарственного средства до субмикронного размера частиц, а также обеспечение возможности регулирования указанной дисперсности и более стабильного поддержания заданной температуры диспергируемого раствора лекарственного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что в пневматическом генераторе жидких аэрозольных субмикронных частиц, включающем осесимметричный корпус распылительной камеры с загубником, штуцер с выходным отверстием в торце в виде сопла для подачи воздуха от компрессора, расположенный в корпусе распылительной камеры соосно последней, колпачок с выходным отверстием в торце в виде сопла, имеющий на поверхности внутреннего канала продольные выступы-перегородки, и расположенный на штуцере с образованием диспергирующей форсунки и радиально расположенных вертикальных каналов, сообщающихся с одной стороны с выходным отверстием колпачка, а с другой стороны - с внутренним объемом распылительной камеры у ее днища, блок поддержания заданной температуры распыляемого вещества с термореле и отбойник для удаления крупных частиц аэрозоля, согласно полезной модели, отбойник для удаления крупных частиц аэрозоля установлен в корпусе распылительной камеры и выполнен в виде горизонтально расположенной трубки, в полость которой через отверстие в боковой стенке пропущен конец колпачка, кинематически связанный разъемными элементами с краями отверстия указанной трубки для регулирования зазора между колпачком и внутренней боковой поверхностью трубки отбойника. Разъемные элементы для регулирования зазора между колпачком и внутренней боковой поверхностью трубки отбойника выполнены в виде резьбового соединения. Блок поддержания заданной температуры распыляемого вещества выполнен в виде термостатируемой камеры с жидким носителем, корпус которой расположен вокруг корпуса распылительной камеры.
Наличие разъемных элементов, обеспечивающих соединение колпачка с трубкой отбойника позволяют регулировать зазор между колпачком и внутренней боковой поверхностью трубки отбойника, что позволяет регулировать дисперсность частиц аэрозоля лекарственного средства. Трубка отбойника, расположенная горизонтально в распылительной камере, обеспечивает получение субмикронных частиц (менее 0,5 мкм), осаждение и удаление части частиц среднего размера от 0,5 до 1 мкм и удаление всех крупных частиц более 1 мкм.
На фиг. 1 приведена схема (вид с разрезом) пневматического генератора жидких аэрозольных субмикронных частиц. На фиг. 2 изображены распылительная и термостатируемая камеры с продольным разрезом трубки отбойника. На фиг. 3 изображены распылительная и термостатируемая камеры с поперечным разрезом трубки отбойника. На фиг. 4 представлен разрез А-А колпачка со штуцером на фиг. 2. На фиг.5 приведена схема аэрозольного стенда для тестирования заявляемого пневматического генератора субмикронных частиц.
Пневматический генератор жидких аэрозольных субмикронных частиц включает осесимметричный корпус 1 распылительной камеры 2 с загубником 3, штуцер 4 с выходным отверстием 5 в торце в виде сопла для подачи воздуха от компрессора 6. В корпусе 1 распылительной камеры 2 соосно последней расположен колпачок 7 с выходным отверстием 8 в торце в виде сопла, имеющий на поверхности внутреннего канала продольные выступы-перегородки 9. Колпачок 7 установлен на штуцере 4 с образованием диспергирующей форсунки и радиально расположенных вертикальных каналов 10, сообщающихся с верхней стороны с выходным отверстием 8 колпачка 7, а с нижней стороны - с внутренним объемом распылительной камеры 2 у ее днища.
В корпусе 1 распылительной камеры 2 установлен отбойник для удаления крупных частиц аэрозоля, выполненный в виде горизонтально расположенной трубки 11, в полость которой через отверстие в боковой стенке пропущен конец колпачка 7, кинематически связанный разъемными элементами 12 с краями отверстия указанной трубки 11 для регулирования зазора между колпачком 7 и внутренней боковой поверхностью трубки 11 отбойника. Разъемные элементы 12 для регулирования зазора между колпачком 7 и внутренней боковой поверхностью трубки 11 отбойника выполнены в виде резьбового соединения.
Устройство снабжено блоком поддержания заданной температуры распыляемого вещества, включающим термостатируемую камеру 13 с жидким носителем, корпус 14 которой расположен вокруг корпуса 1 распылительной камеры 2, термореле 15, связанное с блоком питания 16, нагревательным элементом 17 и датчиком температуры 18.
Заявляемый генератор работает следующим образом. В распылительную камеру 2 заливается диспергируемая суспензия лекарственного средства. Посредством термореле 15 устанавливается заданная температура жидкого носителя в термостатируемой камере 13. Устанавливается необходимый зазор между внутренней поверхностью трубки 11 отбойника и выходным отверстием 8 колпачка 7. Далее включают компрессор 6 и под действием воздушного потока в форсунке эжектируется по каналам 10 лекарственное средство и происходит его распыл. Полученный аэрозоль выводится из генератора через загубник 3 в корпусе 1. Диспергирующая форсунка представляет из себя каналы 10, через которые происходит подсос распыляемой суспензии лекарственного средства из камеры 2 за счет создаваемого разряжения потоком чистого воздуха, подаваемого из выходного отверстия 5 штуцера 4 в выходное осевое отверстие 8 колпачка 7. На срезе отверстия 8 (сопла) колпачка 7 происходит диспергирование суспензии лекарственного средства, и поток образовавшегося аэрозоля ударяется во внутреннюю стенку трубки 11 отбойника. За счет малого расстояния между срезом отверстия 8 (сопла) и внутренней поверхностью трубки 11 отбойника удается вывести из потока аэрозоля часть частиц крупнее 0,5 мкм в диаметре и практически все частице крупнее 1 мкм. Частицы, превышающие необходимый размер, возвращаются в распылительную камеру с раствором лекарственного средства.
Для исследования характеристик разработанного пневматического генератора частиц субмикронного размера был собран аэрозольный стенд, схема которого представлена на фиг. 5. Основной частью аэрозольного стенда являлась труба (поз. 1), с установленным на входе воздушным фильтром (поз. 2). Воздух для разведения аэрозоля нагнетался компрессором (поз. 3) с расходом 90-100 л/мин. Линейная скорость потока измерялась термоанемометром ТКА-ПКМ (Модель 50, поз. 4) установленным в сечении выходного отверстия. В качестве нагнетателя воздуха в аэрозольный генератор использовался компрессор Omron СХЗ (Италия, поз. 5). Параметры работы пневматической части генератора контролировались манометром избыточного давления МП2-УУ2 (поз. 6) и ротаметром РМ 063ГУЗ (поз. 7). Подача аэрозоля от заявляемого пневматического генератора субмикронных частиц (поз. 8) осуществлялась в отсек трубы (поз. 9). Для выравнивания потока разведенного аэрозоля в сечение стенда установлена спрямляющая решетка (поз. 10). Для определения счетных концентраций аэрозоля в конце стенда установлен аэрозольный счетчик Solair 3100+(производства компании Lighthouse, США) (поз. 11). В этом же сечении установлен вход каскадного импактора Мэевского (поз. 12). Прокачка воздуха через импактор осуществлялась вакуумным насосом (поз. 13) через ресивер (поз. 14) и ротаметр (поз. 15) для контроля расхода воздуха.
2
Расход чистого воздуха через заявляемый пневматический генератор аэрололя составлял 4±0,5 л/мин., избыточное давление - 1,2±0,1 кГс/см(120±12 кПа).
Для исследования был приготовлен ряд растворов. В качестве основы использовался раствор уранина концентрацией 0,1 г/л. Данная концентрация во всех растворах ряда являлась постоянной. К данной основе добавлялись исследуемые компоненты. Исследуемые образцы представляют собой двухкомпонентные порошкообразные вещества. Первый образец - дигидрокверцетин + арабиногалактан с массовым соотношением 1/10, второй - дигидрокверцетин + глицирризиновая кислота с массовым соотношением 1/10. Из первого образца был приготовлен ряд растворов с концентрациями 0,05%, 0,1%, 0,5% и 1%. Из второго образца приготовлен один раствор с концентрацией 0,05%.
Проведение экспериментов. Всего было проведено 5 серий экспериментов в комнатных зимних условиях: температура 23-25°C, относительная влажность воздуха - 15-20%. Длительность одного эксперимента 5 часов с перерывами для проведения смывов со ступеней импактора. Общее время работы генератора - 4 часа. Температура диспергируемой суспензии в генераторе аэрозоля во всех экспериментах поддерживалась 30±1°C. Величины счетных концентраций аэрозоля регистрировались каждые 10 минут в течение всего периода работы генератора. Отбор на импактор осуществлялся в течение часа каждый час. Смыв с первых трех ступеней импактора производился путем полоскания подложки ступени в 10 мл дистиллированной воды. Фильтры 4-ой ступени импактора смывались в 30 мл дистиллированной воды. Предварительно была проведена серия контрольных экспериментов с раствором 0,1% хлорида натрия для определения стабильности работы генератора.
-7
Определение флуоресценции и концентраций исследуемых компонентов. Интенсивность флуоресценции разведенных исходных образцов и проб аэрозоля измеряли с помощью спектрометра люминесцентного LS 55 (Perkin Elmer Inc., США). Измерение интенсивности флуоресценции разведенных проб проводили при концентрации уранина меньше 10 г/мл, что обеспечивало линейную зависимость концентрации уранина от интенсивности флуоресценции.
Определение концентраций компонентов исследуемых нанокомпозитов в пробах, а также концентрации уранина в них осуществлялось с использованием хроматографа Agilent 1200 (колонка Zorbax Eclipse XDB-C18, 4.6×150 мм).
Дисперсный состав определялся с помощью оценки распределения массовых концентраций физической метки (флуоресцеин натрия) на ступенях каскадного импактора в совокупности с показаниями оптического счетчика аэрозольных частиц.
Проведены исследования характеристик аэродисперсной системы, создаваемой при диспергировании суспензий нанокомпозита дигидрокверцитина с арабиногалактаном в концентрациях 0,05, 0,1. 0,5, 1,0% и суспензии нанокомпозита дигидрокверцитина с глицеризиновой кислотой в концентрации 0,05%. Во время испытаний экспериментального образца генератора аэрозольных частиц температура воздуха составляла T=24±1°C, относительная влажность φ=18±5%. Температура суспензии в генераторе аэрозоля составляла 30±0,5°C.
На основании полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:
- в стандартных условиях проведения экспериментов с ростом концентрации нанокомпозита дигидрокверцитина с арабиногалактаном в суспензии растут средняя концентрация частиц в аэрозоле, их средний диаметр и незначительно ширина распределения частиц по размерам. Это результируется в росте производительности генератора аэрозоля с 5-6 до 9-10 мл/мин;
- средний диаметр аэрозольных частиц для всех концентраций суспензии не превосходит 600 нм;
- массовая доля частиц с диаметрами менее 1,2 мкм при увеличении концентрации нанокомпозита дигидрокверцитина с арабиногалактаном в суспензии с 0,05 до 0,5% остается практически неизменной, при концентрации этого нанокомпозита 1,0% она падает;
- для разработанного генератора оптимальным для использования является суспензия нанокомпозита дигидрокверцитина с арабиногалактаном в концентрации 0,5%.
Из экспериментальных данных видно, что заявленное техническое решение обеспечивает повышение дисперсности получаемого аэрозоля лекарственного средства до субмикронного размера частиц (средний диаметр аэрозольных частиц для всех концентраций суспензии в эксперименте не превосходит 600 нм), а также обеспечивается возможность регулирования указанной дисперсности за счет регулирования зазора между срезом сопла форсунки и поверхностью отбойника. Стабильное поддержание заданной температуры диспергируемого раствора лекарственного средства в эксперименте заявляемым генератором аэрозоля обеспечивалось 30±0,5°C.