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緊湊、低流阻的氣溶膠發生器及其操作方法.pdf

關 鍵 詞:
緊湊 低流阻 氣溶膠 發生器 及其 操作方法
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摘要
申請專利號:

CN201080070045.6

申請日:

20100924

公開號:

CN103209728A

公開日:

20130717

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61M11/02,A61M15/02,B05B1/06 主分類號: A61M11/02,A61M15/02,B05B1/06
申請人: 多諾萬·B.·耶茨
發明人: 多諾萬·B.·耶茨
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: US2010050303W
專利代理機構: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 代理人: 武晨燕;張穎玲
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201080070045.6

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

描述了用于產生濃縮氣溶膠的方法和設備。提供第一體積流量的經加熱的加壓氣體、第二體積流量的經預加熱的稀釋氣體、以及第三體積流量的流體。在從溶液創造了液滴氣溶膠之后,使該氣溶膠溶劑快速蒸發以便創造粉末氣溶膠,然后用虛擬撞擊器對該粉末氣溶膠進行濃縮。該設備包括低的流阻并且實現了高的蒸發速率。該設備包括一個流動調節器、噴嘴、噴嘴夾持件、以及濃縮器。

權利要求書

1.一種用于產生氣溶膠的方法,該方法包括:提供第一體積流量的加壓氣體;將該第一體積流量的加壓氣體進行預加熱;提供第二體積流量的稀釋氣體;將該第二體積流量的稀釋氣體進行預加熱;提供第三體積流量的流體;通過經一個噴嘴排出該第一體積流量的加壓氣體以及該第三體積流量的流體的至少一部分來產生第一濃縮氣溶膠;提供與該第一濃縮氣溶膠方向相反的第四體積流量的氣體,以使得該第一濃縮氣溶膠被捕獲;并且將被捕獲的第一氣溶膠與該第二體積流量的稀釋氣體進行混合以便產生已經被稀釋的第二氣溶膠。2.根據權利要求1所述的方法,進一步包括從該第二氣溶膠中蒸發液體以便產生一種包含干燥粉末、氣體和蒸氣的第三氣溶膠。3.根據權利要求1或2所述的方法,進一步包括施加紅外線照射以進行該液體的蒸發。4.根據權利要求1至3之一所述的方法,其中該第一體積流量的加壓氣體的預加熱包括引導該第一體積流量穿過一個管的圓柱形內壁與一個楔形狹長紅外線燈泡的圓柱形外壁之間的一個空隙。5.根據權利要求4所述的方法,進一步包括測量該經預加熱的第一體積流量的溫度并且通過一個控制器來控制該溫度,該控制器控制了向該狹長紅外線燈泡的功率供應。6.根據權利要求1至5之一所述的方法,其中對該第二體積流量的稀釋氣體進行預加熱的步驟包括引導該第二體積流量穿過一個管的圓柱形內壁與一個楔形狹長紅外線燈泡的圓柱形外壁之間的一個空隙。7.根據權利要求6所述的方法,進一步包括測量該經預加熱的第二體積流量的溫度并且通過第二控制器來控制該溫度,該第二控制器控制了向該狹長紅外線燈泡的功率供應。8.根據權利要求1至7之一所述的方法,該方法進一步包括:將該第一體積流量的加壓氣體分成:第一部分的加壓氣體體積流量,其被供送到該噴嘴中以便產生該第一濃縮氣溶膠;以及第二部分的加壓氣體體積流量,其作為該第四體積流量被供送至一個逆流管中;并且將該第二部分體積流量經一個逆流管離開端口排出到一個方向上,該方向與該第一濃縮氣溶膠的排出方向基本上相反。9.根據權利要求1至8之一所述的方法,該方法進一步包括:將該第二體積流量的稀釋氣體分成:第一部分的稀釋氣體體積流量,其被供送穿過一個隔流板的中央部分;以及第二部分的稀釋氣體體積流量,其被供送穿過該隔流板的周邊部分。10.根據權利要求1至9之一所述的方法,該方法進一步包括:通過一個鼓風機來產生該第二體積流量的稀釋氣體。11.根據權利要求10所述的方法,該方法進一步包括:在一個包含一次性干燥劑的干燥室中在該鼓風機上游對該第二體積流量的稀釋氣體進行干燥。12.根據權利要求9所述的方法,該方法進一步包括:通過將該第一氣溶膠與該第一部分的稀釋氣體體積流量進行混合來產生部分的第二氣溶膠。13.根據權利要求2所述的方法,該方法進一步包括:通過產生濃縮干燥粉末的第四氣溶膠來濃縮該第三氣溶膠,該第四氣溶膠包括該第三氣溶膠的至少80%的干燥顆粒但僅包括該第三氣溶膠的體積流量的10%-20%。14.根據權利要求13所述的方法,該方法進一步包括:在一個漩渦松弛室中衰減該濃縮干燥粉末的第四氣溶膠中的減速漩渦。15.根據權利要求14所述的方法,該方法進一步包括:在將該第四氣溶膠輸出至患者以便由該患者吸入之前,將該濃縮干燥粉末的第四氣溶膠限制在一個錐形收集器中。16.根據權利要求1所述的方法,該方法進一步包括:對該第四體積流量的氣體進行預加熱。17.一種用于由流體和氣體產生氣溶膠的噴嘴,該噴嘴包括:至少一個可潤濕的錐形氣體離開通道,該通道在從該可潤濕的錐形氣體離開通道的錐體頂點向錐體底部的氣體流動方向上變寬、并且在該錐體頂點處連接到一個噴嘴氣體供應通道上;以及在該錐體底部的圓周處的至少一個環形流體離開端口,該端口連接至一個噴嘴流體供應通道上。18.根據權利要求17所述的噴嘴,該噴嘴進一步包括:一個具有桿外壁的圓柱形桿,該桿外壁具有一個桿外徑;以及一個具有環孔壁的環,該環孔壁具有的環內徑略大于該桿外徑;其中該圓柱形桿延伸穿過該環孔并且包括該可潤濕的錐形氣體離開通道;并且該環形流體離開端口是由該環孔壁與該桿外壁之間的一個環形空隙形成的。19.根據權利要求18所述的噴嘴,其中該環內徑與該桿外徑之間的直徑差是在0.006與0.8mm之間,從而得到0.003與0.4mm之間的環形空隙寬度。20.根據權利要求18或19所述的噴嘴,其中該環包括基本上垂直于該環形流體離開端口延伸的一個正面。21.根據權利要求18至20之一所述的噴嘴,其中該桿伸出到了該環的正面之外0-1mm。22.根據權利要求20或21所述的噴嘴,其中該環的正面是疏水性的,而該環孔壁和桿外壁是該流體容易潤濕的。23.根據權利要求18至22之一所述的噴嘴,其中該可潤濕的錐形氣體離開通道的錐體底部的直徑基本上等于整個桿外徑,這樣使得該桿在該可潤濕的錐形氣體離開通道的錐體底部處以尖銳的環形唇緣終止。24.根據權利要求18至23之一所述的噴嘴,其中該錐形氣體離開通道圍成了15與80度之間的角度。25.根據權利要求24所述的噴嘴,其中該錐體底部包括在1與2mm之間的直徑。26.根據權利要求18至25之一所述的噴嘴,其中該噴嘴氣體供應通道包括在0.05與1mm之間的直徑。27.一種噴嘴夾持件,包括一個具有噴嘴夾持件流體進入端口的第一末端以及一個包括根據權利要求18所述的噴嘴的第二末端,該噴嘴夾持件進一步包括:一個具有圓柱形桶孔的桶,該圓柱形桶孔具有一個內部圓柱形桶孔以及一個圓柱形桶內徑;以及一個噴嘴本體,該噴嘴本體包括該桿以及一個圓柱形頭冠,該頭冠包括一個恰當配合在該圓柱形桶孔壁中的圓柱形頭冠外表面;其中該圓柱形頭冠包括多個環圓周地間隔開的凹槽,這些凹槽連接至該環形流體離開端口上。28.根據權利要求27所述的噴嘴夾持件,其中該噴嘴本體包括一個圓柱形噴嘴本體基底,該圓柱形噴嘴本體基底具有一個圓柱形噴嘴本體基底外表面,該外表面具有一個噴嘴本體基底外徑,其中在該圓柱形噴嘴本體基底外表面與該圓柱形桶孔壁之間形成了一個環形流體供應通道。29.根據權利要求27或28所述的噴嘴夾持件,其中該桶包括多個徑向氣體供應通道,用于將氣體供應至一個中央氣體供應通道,該中央氣體供應通道連接至該噴嘴氣體供應通道上并且包括的直徑比該噴嘴氣體供應通道的直徑大出幾倍。30.根據權利要求27至29之一所述的噴嘴夾持件,其中該噴嘴夾持件被設計為一個一次性部件,該一次性部件在該噴嘴夾持件的第一端的緊密附近包括一個旋鈕,該旋鈕用于將該噴嘴夾持件插入一個氣溶膠發生器的接收座中或從中取出。31.根據權利要求30所述的噴嘴夾持件,其中該桶包括一個圓柱形外表面,該圓柱形外表面被適配成恰當地配合在一個氣溶膠發生器的接收座中。32.根據權利要求30或31所述的噴嘴夾持件,其中該噴嘴夾持件流體進入端口是被適配成用于接收一個一次性流體筒的魯爾接頭。33.根據權利要求30至32之一所述的噴嘴夾持件,其中該噴嘴夾持件和該流體筒被預組裝成一個一次性單元。34.一種用于產生并稀釋氣溶膠的流動調節器,該流動調節器包括:第一進口,該第一進口被適配成用于接收第一體積流量的加壓氣體;第二進口,該第二進口被適配成用于接收第二體積流量的稀釋氣體;第三進口,該第三進口被適配成用于接收有待轉化成氣溶膠的流體;一個噴嘴,該噴嘴連接到該第一和第三進口上并且具有用于輸出第一氣溶膠的噴嘴孔口;第一稀釋氣體隔流板,該第一稀釋氣體隔流板包括穿透該第一隔流板的第一組開口;以及第二稀釋氣體隔流板,該第二稀釋氣體隔流板與該第一稀釋氣體隔流板間隔開并且包括穿透該第二隔流板的第二組開口;其中該噴嘴孔口位于該第二稀釋氣體隔流板附近。35.根據權利要求34所述的流動調節器,其中該噴嘴是一個可拆卸地附接至該流動調節器上的可拆卸噴嘴夾持件的一個一體式部分。36.根據權利要求35所述的流動調節器,其中帶有該一體式噴嘴的該可拆卸噴嘴夾持件是在該流動調節器中被保持在一個定心接收座中的一個一次性部分,該定心接收座包括大于1的長寬比。37.根據權利要求34至36之一所述的流動調節器,其中該接收座是延伸到該第一隔流板之外的一個狹長圓柱形孔,并且該噴嘴夾持件是一個具有圓柱形外表面的圓柱形部分并且被恰當地插入該狹長圓柱形孔之中,該狹長圓柱形孔包含多個容納O形環的環形凹槽,這些O形環與該噴嘴夾持件的圓柱形外表面處于密封接觸中。38.根據權利要求37所述的流動調節器,其中在該狹長圓柱形孔中提供了至少兩個間隔開的O形環并且在這兩個O形環之間提供了一個圓周凹槽,其中該第一體積流量的加壓氣體的至少一部分經由該凹槽被引入該噴嘴夾持器中的多個開口中,這些開口連接至將加壓氣體供送給該噴嘴以形成該第一氣溶膠的一個噴嘴夾持件加壓氣體通道。39.根據權利要求34至38之一所述的流動調節器,其中連接至該第一進口上的第一分流器將該第一體積流量的加壓氣體分成:第一部分的體積流量,其被供送至該可拆卸噴嘴夾持件中;以及第二部分的體積流量,其被轉向至一個逆流管中,該逆流管具有一個逆流管離開端口,該逆流管離開端口與該噴嘴夾持器及其一體式噴嘴是基本上共軸的并且指向該噴嘴的相反方向以便產生逆流。40.根據權利要求34至39之一所述的流動調節器,進一步包括在該第一稀釋氣體隔流板與該第二稀釋氣體隔流板之間的空間中的一個第二分流器,以用于將該第二體積流量的稀釋氣體分成:第一部分的稀釋氣體體積流量,其被引導到該第二稀釋氣體隔流板的中央區域中,這這里它穿透該第二稀釋氣體隔流板,而剩余的第二部分的稀釋氣體體積流量穿過在該第一稀釋氣體隔流板與該第二稀釋氣體隔流板之間的空間,在這里它穿透該第二稀釋氣體隔流板而更靠近其周邊區域。41.根據權利要求40所述的流動調節器,其中該第二稀釋氣體隔流板的中央區域包括在該第二稀釋氣體隔流板的以下側面上陷入的一個凹形形狀:在該側上該第二部分體積流量的稀釋氣體離開該第二隔流板。42.根據權利要求41所述的流動調節器,其中該第二稀釋氣體隔流板的中央區域的外周邊包括一個輪緣,該輪緣伸出到該第二隔流板的周邊區域之外并且有助于在組裝和拆卸過程中容易地定位和移除該隔流板。43.根據權利要求42所述的流動調節器,其中該輪緣包括一個具有圓形抓握凹槽的圓柱形表面。44.根據權利要求40至43之一所述的流動調節器,其中該第二分流器是環形的并且延伸穿過該第一稀釋氣體隔流板與該第二稀釋氣體隔流板之間的空間、并且包括多個徑向開口,該第一部分的稀釋氣體體積流量穿過這些開口而朝向該第二稀釋氣體隔流板的中央區域。45.根據權利要求40至44之一所述的流動調節器,其中該第一稀釋氣體隔流板的外周邊是由多個城齒形成的,這些城齒由多個槽縫環圓周地間隔開,該第二體積流量的稀釋氣體通過這些槽縫而穿透該第一稀釋氣體隔流板并且進入該第一稀釋氣體隔流板與該第二稀釋氣體隔流板之間的空間。46.根據權利要求45所述的流動調節器,其中該第一稀釋氣體隔流板被插入一個包括圓柱形內壁的圓柱形殼體之中,并且這些城齒恰當地配合在該殼體中,這樣使得這些是與該內壁緊密相鄰的或相接觸的,因此沿著該第二隔流板的圓周由這些槽縫、這些城齒和該圓柱形壁限定了多個開口。47.根據權利要求40至46之一所述的流動調節器,其中該第一和第二稀釋氣體隔流板以及該第二分流器形成了一個預組裝的組件群組和一個一體式組成部分中的一個。48.根據權利要求39所述的流動調節器,其中該逆流管包括一個基本上直線的進口端,該進口端基本上平行于該噴嘴夾持件延伸并且穿透了該第一和第二隔流板、并且在一個外端中終止,該外端包括一個180度的彎頭,該彎頭通向該逆流管離開端口。49.根據權利要求34至48之一所述的流動調節器,其中該第一進口端口和該第二進口端口中的至少一個被連接到對應的加壓氣體加熱室和稀釋氣體加熱室中的至少一個上,這些室中包括對應的加壓氣體加熱器和稀釋氣體加熱器,以用于對該第一體積流量的加壓氣體和第二體積流量的稀釋氣體中的至少一個進行預加熱。50.根據權利要求49所述的流動調節器,其中該稀釋氣體加熱器是具有楔形末端的狹長紅外線燈泡,并且對應的加熱室是一個管,該管包括對應的管內壁,并且該第二體積流量的稀釋氣體被引導穿過該對應的紅外線燈泡與管內壁之間的空隙,該第二流量的稀釋氣體的流阻在200升每分鐘的流量下是在13mm水的量級上。51.根據權利要求49或50所述的流動調節器,其中在該稀釋氣體加熱室的上游提供了一個鼓風機,該鼓風機連接至該第二進口端口上以便將該第二體積流量的稀釋氣體供送穿過該加熱室并且進入該第二進口端口中。52.根據權利要求34至51之一所述的流動調節器,其中該第二體積流量的稀釋氣體是在100與200升每分鐘之間,并且從該第二進口起、跨越該流動調節器的壓降在200升每分鐘的流量下是在2英寸水的量級上。53.一種用于增大氣溶膠流中的顆粒濃度的濃縮器,該濃縮器包括:一個帶刻紋的加速板,該加速板具有多個縫隙狀的并且徑向延伸的進入開口以及多個縫隙狀的并且徑向延伸的加速板離開開口,這些進入開口被適配成用于接收第一氣溶膠體積流量并且具有第一累計截面尺寸,這些離開開口被適配成用于釋放該第一氣溶膠體積流量并且具有小于該第一累計截面尺寸的第二累計截面尺寸;一個帶刻紋的減速板,該減速板具有多個縫隙狀的并且徑向延伸的減速板進入開口以及多個縫隙狀的并且徑向延伸的減速板離開開口,這些進入開口被適配成用于接收具有高顆粒濃度的第二氣溶膠體積流量并且具有第三累計截面尺寸,這些離開開口被適配成用于釋放該第二氣溶膠體積流量并且具有大于該第三累計截面尺寸的第四累計截面尺寸;其中多個帶刻紋的加速通道在這些加速板進入開口與這些加速板離開開口之間延伸,并且多個帶刻紋的減速通道在這些減速板進入開口與這些減速板離開開口之間延伸;這些加速板離開開口與該加速板的離開側上的一個基底表面間隔開,并且這些帶刻紋的減速通道進入開口與該減速板的進入側上的一個基底表面間隔開;在該加速板基底表面與該減速板基底表面之間提供了一個空隙,該空隙被適配成用于釋放具有低顆粒濃度的第三體積流量;并且這些加速板離開開口與這些減速板進入開口實質性地重疊,這些開口從更靠近對應的加速板和減速板的中心的一個位置在徑向方向上延伸到更靠近對應的加速板和減速板的外周邊的一個位置;并且這多個開口包括具有至少兩個不同長度的開口。54.根據權利要求53所述的濃縮器,其中第一組的較長縫隙狀開口從靠近該加速板和減速板的中心的一個位置延伸到更靠近其外周邊的一個位置,而第二組的較短縫隙狀開口從與該中心間隔開的一個位置延伸到更靠近該外周邊的一個位置。55.根據權利要求54所述的濃縮器,其中第三組的具有的長度在該第一組較長開口與第二組較短開口之間的中等縫隙狀開口分別從與該中心間隔開的一個位置延伸到更靠近該外周邊的一個位置、并且與該中心相隔的距離比第二組縫隙狀開口更短。56.根據權利要求55所述的濃縮器,其中該一組開口的這些縫隙狀開口包括四個環圓周地以90度角度彼此間隔開的縫隙狀開口,該第三組縫隙狀開口包括四個環圓周地以90度角度彼此間隔開并且與該第一組縫隙狀開口中對應的相鄰縫隙狀開口成45度的縫隙狀開口,并且該第二組縫隙狀開口包括八個環圓周地以45度角度彼此間隔開并且與該第一組和第三組縫隙狀開口中對應的相鄰開口成22.5度的縫隙狀開口。57.根據權利要求53至56之一所述的濃縮器,進一步包括一個連接器,該連接器包括在該減速板處的隆起的定位件以及在該加速板處的相應凹陷式接收座、或在該加速板處的隆起的定位件以及在該減速板處的相應凹陷式接收座中的一種,以用于將該加速板和減速板在徑向和圓周方式上相對于彼此進行定位,這樣使得這些加速板和減速板被對齊成是彼此平行的并且彼此間隔開一個空隙,其中這種對齊包括在圓周方向上的角取向使得這些加速板離開開口與這些減速板進入開口是基本上對齊的。58.根據權利要求57所述的濃縮器,其中該隆起的定位件和相應的凹陷式接收座是十字形的。59.根據權利要求53所述的濃縮器,其中這些縫隙狀的加速板離開開口為0.4-1.6mm寬,這些減速板進入開口為0.6-2mm寬,這些加速噴嘴的累計長度為10-25cm,并且該加速板基底表面和該減速板基底表面之間的空隙為0.8-2cm。60.根據權利要求53至59之一所述的濃縮器,其中經組裝的加速板和減速板被封裝在一個罩中,該罩包括一個徑向開口,該第三體積流量通過該徑向開口被引導到一個排出端口。61.根據權利要求53至60之一所述的濃縮器,包括這樣的濃縮效率:使得該第一體積流量中的85%的顆粒被包含在該第二體積流量中而該第三體積流量僅包含來自該第一體積流量的15%的顆粒。62.根據權利要求53至61之一所述的濃縮器,其中該第二體積流量包括該第一體積流量的10%-20%,而該第三體積流量包括該第一體積流量的80%-90%。63.根據權利要求53至62之一所述的濃縮器,其中跨越該濃縮器的流動壓降在直至250升每分鐘的氣體流量以及40升每分鐘的氣溶膠輸出流量下為1mm水或更小。64.根據權利要求53至63之一所述的濃縮器,其中這些減速通道中的至少一些從該進入開口起在該減速板的離開開口的方向上逐漸變寬,并且該減速通道的一個壁包括線性、凸形或拋物線形的形狀中的一種。65.根據權利要求53至64之一所述的濃縮器,其中這些加速通道中的至少一些從這些進入開口起在該減速板的離開開口的方向上逐漸變窄,并且該加速通道的一個壁包括線性、凸形或拋物線形的形狀中的一種。66.根據權利要求53至65之一所述的濃縮器,進一步包括一個漩渦松弛室以用于在該氣溶膠被一個錐形收集器限制在輸出端口中之前衰減這些減速漩渦。67.根據權利要求66所述的濃縮器,其中該錐形收集器具有一個拋物線形狀的壁。

說明書

相關申請的交叉引用

本申請是一個部分繼續申請,對2005年12月22日提交的并且在2007年6月28日以公開號US-2007-0144514-A1公開的美國非臨時專利申請11/315,951要求優先權。這個在先的非臨時專利申請11/315,951通過引用以其全部內容結合在此。

政府支持

本發明是在來自國家衛生研究院、國家心臟、肺和血液研究中心的授予號為HL78281的政府支持下完成的。美國政府對本發明擁有某些權利。

背景技術

本披露涉及一種用于從水溶液或懸浮液產生濃縮的可吸入干燥顆粒的緊湊型便攜裝置。

對于將大質量的生物和其他試劑通過氣溶膠傳送至呼吸道存在日益增長的需要。產生液體氣溶膠的許多裝置可能無法對于高分子量的分子或在高濃度下很好地工作。另外,這些裝置中的一些可能在霧化過程中降解這些分子。這些限制因素與對于減少碳氟化合物的使用的需求一起導致了干粉吸入器的發展。在這些裝置中,將含有藥物的“泡罩”或膠囊打碎并且將粉狀藥物以及所包含的輔料使用由吸入所引起的渦流進行分散或者通過一些其他機械方式(例如,聲處理)進行霧化。輔料被添加至活性劑中以輔助在這些附聚物的霧化作用,在一些情況下,例如Exhubra,它們大約占混合物質量的約70%。輔料的使用導致配方成本、安全藥理學成本和潛在的有害的副作用增大。含有活性劑的這些干粉最常見地是通過使用噴霧干燥方法而產生的。噴霧干燥器已被普遍使用了很多年。總體上它們包括在豎直圓柱形塔的頂端處產生氣溶膠,其中用溫暖的氣體來稀釋該氣溶膠噴霧,該氣體可以與該噴霧在相同方向上或在相反方向上。在輸出口處的旋流器被用來收集所得的粉末。輔料被添加至所收集的粉末中以輔助其分散。將這種混合物置于一個干粉吸入器(DPI)中。這種方法存在幾個限制因素:

a)得到的這些被儲存的干燥顆粒必須是穩定的并且優選地抗高濕度。

b)它們必須配有輔料以便容易被分散。

c)當藥物顆粒和輔料顆粒處于離散形式時,藥物顆粒的大小總體上小于輔料顆粒的大小。

d)可以被吸入的最大值局限于該膠囊的尺寸而不是吸入的體積。

e)該噴霧干燥方法可能為60%的效率并且通過干粉吸入器向肺部的傳送為30%的效率,從而導致該活性劑約80%的損失。

f)快速吸入導致該膠囊中的大多數粉末被霧化,但導致了口中和喉嚨的高度沉積。緩慢吸入可以導致更高的肺部深處沉積,但是膠囊中粉末的霧化效率低。這些問題導致了給藥劑量的廣泛可變性,從而導致功效和安全問題。

這些問題可以通過這樣一種裝置克服:該裝置以一組連續的過程中產生一種含有活性劑的液體氣溶膠、將其干燥、將該活性劑的殘留干燥氣溶膠濃縮并且傳送至肺部,例如在本披露中所描述的。應該意識到,甚至具有實驗室尺寸而非商業尺寸的這些儀器是高70英寸并且重50-80kg。值得注意的是,在所有這些儀器中的這些噴霧塔是豎直取向的。一個小型的水平干燥室可以最好地用于緊湊的臨床裝置。

將與對于藥物固體顆粒可以獲得的相比更大的質量傳送至肺部可以通過具有小于1的顆粒密度的相同空氣動力學直徑的氣溶膠來完成(Edwards?1996)。此類顆粒的配制已經是多項專利(包括美國專利7,435,408)的主題。通過噴霧干燥聚酯與活性劑(如胰島素)的混合物已經產生了大的多孔顆粒。這些經噴霧干燥的氣溶膠總體上是通過標準的噴霧干燥技術產生的并且作為粉末被收集。為了產生具有低密度的顆粒,與溶劑中的遠遠更大分子量的添加劑相比具有小分子量的一種液體比該大分子量組分的擴散更快地進行蒸發。所得的這些顆粒可以是中空的或具有開放的氣體空間,從而使得幾何直徑大于空氣動力學直徑。這些氣溶膠以便通過使用旋流器來收集。這樣產生的粉末隨后必須被再霧化以被患者吸入。如以上指出的,使用此類技術,僅有原始藥物的一小部分被傳送至肺部。本披露描述了通過使用在與氣溶膠羽流相反的方向上的一個共軸的經加熱的逆流氣體射流,氣溶膠羽流的稀釋可以如何靠近其形成起點而進行稀釋。另外,稀釋氣體的環流將該氣溶膠沿著蒸發室輸送離開該發生器而到達一個虛擬濃縮器。本披露還描述了可以如何通過從蒸發室外部的一個來源來提供紅外輻射而增強在這種擾動的羽流中的這些水性顆粒的蒸發。

本申請要求其優先權的、在2005年12月22日提交的并且以公開號US-2007-0144514-A1(耶茨(Yeates)等人)公開的美國非臨時專利申請11/315,951已經描述了一種干燥粉末氣溶膠發生器和處理系統,其中將試劑的水性溶液霧化、蒸發、濃縮并且作為完全由溶解的溶質構成的粉末氣溶膠進行傳送。本披露中詳細描述了該系統的改進以及隨后關于在一個緊湊的裝置中產生密度小于1的純蛋白質可吸入氣溶膠的新發現。這種裝置消除了對噴霧干燥、用旋流器進行收集、與輔料混合以及布置在干燥粉末吸入器中的需要。該系統的改進在其中進行了詳細描述。內部氣體流阻的明顯減小使得能夠使用僅2x2x1英寸的鼓風機,由此增大該裝置的便攜性。容易組裝的摩擦配合式設計消除了在蒸發室上大的O形環密封件的使用,從而使得病人更容易進行組裝。具有流動阻力以及低的熱慣性的輕質加熱器已經發展到允許在一分鐘內開啟的功能并且增大了便攜性。使逆流管在該濃縮器內居中以確保簡單的組裝以及與該氣溶膠射流的軸線的精確對齊,從而增大其性能的穩定性。已經包括了用于將供給噴嘴的氣體和該逆流進行加溫的額外加熱元件,從而能夠實現氣溶膠羽流更快的蒸發。聚焦反射器已經被包括在該紅外熱源上以便降低該紅外加熱器所需要的功率。這個和上述的修改降低了該裝置所用的總體功率。這些以及其他功能性和實用性的改進已經在此被披露。在使用中,它們使該裝置更便攜、更實用、制造起來更容易且更具成本效益,并且對于產生新穎顆粒以便立刻吸入提供了新可能性,這在以前是不可能的。

虛擬撞擊已經被用作濃縮氣溶膠的手段(Pat?4,767,524,Pillai和Yeates,1994)。已經對這些設計進行了若干修改,包括使用縫隙孔口代替圓形孔口(1986年Marple和Robow)。耶茨(Yeates)的專利申請200701445使用這個信息來設計用于2.5微米截斷直徑的具有徑向縫隙的濃縮器。本披露示出了如何對大部分質量的在可吸入范圍內的顆粒進行濃縮。這個范圍典型地是1-5微米,但是可以覆蓋0.5-10微米的范圍。根據Marple和Robow,為了捕獲1微米以上的顆粒,與2.6毫米的縫隙相比,需要1毫米的孔口縫隙來濃縮2.5微米以上的顆粒。這潛在地增大了為使氣溶膠加速穿過這些縫隙所需要的壓頭。為了減小該濃縮器上游的壓頭,將通向這些孔口的拋物線入口并入該設計中。值得注意的是,Seshadri,AAAR?2006傳授了使用一個拋物線入口輪廓以及套管氣體流來減小壁損失并且潛在地增強濃縮因子。如以上指出的,在本披露中將它們結合用于減小為使該濃縮器運行所需要的上游壓力。Shekarrizz的美國專利號7,178,380描述了他們要求保護的一個具有凹形和凸形的加速器壁以及側向注射端口的濃縮器減小了堵塞。該濃縮器利用15升/分鐘的輸入流速,這僅是本裝置中的流速(典型地在100與300升每分鐘之間)的一個小的分量,但是在本披露的裝置中更高和更低的流速是可能的。本裝置不具備、也不需要所提出的噴射端口來防止堵塞。替代地,美國專利7,261,007和5,858,043描述了用于減小終端效應的多個同心的縫隙。當使用同心縫隙時,與使用本發明的緊湊設計相比,排出氣體是更困難的。

本披露的第一個目的是為了在一個小的實際裝置中提供手段來產生一種水性(或具有高蒸氣壓的其他溶劑)氣溶膠并且通過稀釋和加熱來快速地蒸發水性氣溶膠,并且此后將所得的顆粒進行濃縮并且將其以與正常吸入流量的整個范圍兼容的流速來進行傳送。

本披露的第二個目的是為了消除高壓連接件,因此該裝置可以容易地被組裝并且被拆卸以便清潔。

本發明的第三個目的是為了降低氣體流量穿過該裝置的阻力,以便能夠構造小的裝置而使用小鼓風機來提供該稀釋氣體。

本披露的第四個目的是為了將該裝置的各個部件之間的氣體和/或氣溶膠的泄露最小化,同時維持各個部件之間的結構整體性連接。

本披露的第五個目的是為了有助于提供與該氣溶膠羽流精確共軸的并且與該氣溶膠羽流方向相反的逆流氣體。

本披露的第六個目的是為了將經加熱的壓縮氣體同時提供至該噴嘴和該逆流管,而同時將熱量損失最小化。

本披露的第七個目的是為了從蒸發室外部的來源向新近形成的水性氣溶膠顆粒提供在水的最大紅外吸收波長處的集中輻射熱。本披露的第八目的是允許該裝置與不同的容易互換的噴嘴夾持件構型一起使用,這些構型能夠使壓縮氣體被傳送穿過一個中央孔口或環繞一個中央流體流。

本披露的第九個目的是為了使這些噴嘴夾持件被鍵連接以便用于該流動調節器中并且為了具有包括一個可壓縮流體儲存器來代替流體入口的能力。

本披露的第十個目的是為了在一個緊湊的裝置中提供有待加熱的、在一個方向上流動的高速氣體流,并且接著在相反方向上提供均勻的較低速度的流動,同時允許由氣溶膠羽流和逆流氣體所造成的擾動。

本披露的第十一個目的是為了有效地濃縮大于0.5微米的可吸入氣溶膠而在輸入氣體與排氣之間具有最小壓降。

本披露的第十二個目的是為了有助于容易的組裝和拆卸而同時維持軸向和旋轉意義上的高精度對齊。

本披露的第十三個目的是為了防止該濃縮器排氣流中的任何氣溶膠顆粒污染大氣。

本披露的第十四個目的是為了將由于該濃縮器輸出口處的湍流造成的任何氣溶膠沉積最小化。

本披露的第十五個目的是為了提供一種用于通過該輸出錐體的拋物線形性質而傳送該輸出口處的經濃縮的氣溶膠的有效方式。

本披露的第十六個目的是為了提供處于小的正壓力下的經濃縮的氣溶膠以便為有困擾的患者提供壓力輔助,從而產生足夠的吸入壓力和流動,以便觸發其他干粉吸入器。

發明內容

根據本發明的第一方面,根據本發明通過一種用于產生氣溶膠的方法實現了這些和其他目的,該方法包括:提供第一體積流量的加壓氣體;將該第一體積流量的加壓氣體進行預加熱;提供第二體積流量的稀釋氣體;將該第二體積流量的稀釋氣體進行預加熱;提供第三體積流量的流體;通過經一個噴嘴排出該第一體積流量的加壓氣體以及該第三體積流量的流體的至少一部分來產生第一濃縮氣溶膠;提供與該第一濃縮氣溶膠方向相反的第四體積流量的氣體,以使得該第一濃縮氣溶膠被捕獲;并且將被捕獲的第一濃縮氣溶膠與該第二體積流量的稀釋氣體進行混合以便產生已經被稀釋的第二氣溶膠。

根據本發明的第二方面,通過一種用于由流體和氣體產生氣溶膠的噴嘴實現了這些和其他目的,該噴嘴包括:至少一個可潤濕的錐形氣體離開通道,該通道在從該可潤濕的錐形氣體離開通道的錐體頂點向錐體底部的氣體流動方向上變寬、并且在該錐體頂點處連接到一個噴嘴氣體供應通道上;以及在該錐體底部的圓周處的至少一個環形流體離開端口,該端口連接至一個噴嘴流體供應通道上。

根據本發明的第三方面,通過一種噴嘴夾持件實現了這些和其他目的,該噴嘴夾持件包括一個具有噴嘴夾持件流體進入端口的第一末端以及一個包括上述噴嘴的第二末端。該噴嘴夾持件進一步包括:一個具有圓柱形桶孔的桶,該圓柱形桶孔具有一個內部圓柱形桶孔以及一個圓柱形桶內徑;以及一個噴嘴本體,該噴嘴本體包括該桿以及一個圓柱形頭冠,該頭冠包括一個恰當配合在該圓柱形桶孔壁中的圓柱形頭冠外表面;其中該圓柱形頭冠包括多個環圓周地間隔開的凹槽,這些凹槽連接至該環形流體離開端口上。

根據本發明的第四方面,根據本發明通過一種用于產生并稀釋氣溶膠的流動調節器實現了這些和其他目的,該流動調節器包括:被適配成用于接收第一體積流量的加壓氣體的第一進口;被適配成用于接收第二體積流量的稀釋氣體的第二進口;被適配成用于接收有待轉化成氣溶膠的流體的第三進口;連接到該第一和第三進口上并且具有用于輸出第一氣溶膠的噴嘴孔口的一個噴嘴;第一稀釋氣體隔流板,該第一稀釋氣體隔流板包括穿透該第一隔流板的第一組開口;以及第二稀釋氣體隔流板,該第二稀釋氣體隔流板與該第一稀釋氣體隔流板間隔開并且包括穿透該第二隔流板的第二組開口;其中,該噴嘴孔口位于該第二稀釋氣體隔流板附近。

根據本發明的第五方面,根據本發明通過一種用于增大氣溶膠流中的顆粒濃度的濃縮器實現了這些和其他目的,該濃縮器包括:一個帶刻紋的加速板,該加速板具有多個縫隙狀的并且徑向延伸的進入開口以及多個縫隙狀的并且徑向延伸的加速板離開開口,這些進入開口被適配成用于接收第一氣溶膠體積流量并且具有第一累計截面尺寸,這些離開開口被適配成用于釋放該第一氣溶膠體積流量并且具有小于該第一累計截面尺寸的第二累計截面尺寸;一個帶刻紋的減速板,該減速板具有多個縫隙狀的并且徑向延伸的減速板進入開口以及多個縫隙狀的并且徑向延伸的減速板離開開口,這些進入開口被適配成用于接收具有高顆粒濃度的第二氣溶膠體積流量并且具有第三累計截面尺寸,這些離開開口被適配成用于釋放該第二氣溶膠體積流量并且具有大于該第三累計截面尺寸的第四累計截面尺寸;其中多個帶刻紋的加速通道在這些加速板進入開口與加速板離開開口之間延伸,并且多個帶刻紋的減速通道在這些減速板進入開口與減速板離開開口之間延伸;這些加速板離開開口與該加速板的離開側上的一個基底表面間隔開,并且這些帶刻紋的減速通道進入開口與該減速板的進入側上的一個基底表面間隔開;在該加速板基底表面與該減速板基底表面之間提供了一個空隙,該空隙被適配成用于釋放具有低顆粒濃度的第三體積流量;并且這些加速板離開開口與這些減速板進入開口實質性地重疊,這些開口從更靠近對應的加速板和減速板的中心的一個位置在徑向方向上延伸到更靠近對應的加速板和減速板的外周邊的一個位置;并且這多個開口包括具有至少兩個不同長度的開口。

具體實施方式

根據本發明的一個優選實施例,從該第二氣溶膠中蒸發液體以便產生一種包含干燥粉末、氣體和蒸氣的第三氣溶膠。然而,該氣溶膠除了這些干燥顆粒外可能還包含一些剩余的液體氣溶膠。

根據本發明的另一個優選的實施例,施加紅外線照射來進行該液體的蒸發。然而,還可能的是通過施加其他形式的熱傳遞(例如,對流、或輻射與對流的組合)來干燥該氣溶膠。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第一體積流量的加壓氣體的預加熱包括引導該第一體積流量穿過一個管的圓柱形內壁與一個楔形狹長紅外線燈泡的圓柱形外壁之間的一個空隙。這已經證明對于有效的熱傳遞與低流動阻力的組合而言是非常有效的,尤其是當紅外線燈泡在流動方向上是楔形的。然而,其他形式的預加熱也是可能的,例如通過從外部加熱氣體供應管。

根據本發明的另一個優選的實施例,測量該經預加熱的第一體積流量的溫度并且通過一個控制器來控制該溫度,該控制器控制了向該狹長紅外線燈泡的功率供應。然而,由于這些體積流量是已知的,并且因此用于該熱傳遞的這些參數是已知的,則開環控制也是可能的,這可以在不測量溫度的情況下進行。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第二體積流量的稀釋氣體的預加熱包括引導該第二體積流量穿過一個管的圓柱形內壁與一個楔形狹長紅外線燈泡的圓柱形外壁之間的一個空隙。以一種類似于該第一體積流量的預加熱方式,其他形式的熱傳遞也是可能的。

根據本發明的另一個優選的實施例,測量該經預加熱的第二體積流量的溫度并且通過一個第二控制器來控制該溫度,該控制器控制了向該狹長紅外線燈泡的功率供應。同樣,開環和閉環控制均是可能的,并且在開環控制的情況下這種控制可以在不測量該溫度的情況下進行。

根據本發明的另一個優選的實施例,將該第一體積流量的加壓氣體分成:第一部分的加壓氣體體積流量,其被供送到該噴嘴中以便產生該第一濃縮氣溶膠;以及第二部分的加壓氣體體積流量,其作為該第四體積流量被供送至一個逆流管中;并且將該第二部分體積流量經一個逆流管離開端口排出到一個方向上,該方向與該第一濃縮氣溶膠的排出方向基本上相反。代替對該第一體積流量進行拆分,還可能的是提供該第四體積流量,該第四體積流量經該逆流管從一個分開的來源(例如,從壓力儲存器或壓縮機)排出。

根據本發明的另一個優選的實施例,將該第二體積流量的稀釋氣體分成:第一部分的稀釋氣體體積流量,其被供送穿過一個隔流板的中央部分;以及第二部分的稀釋氣體體積流量,其被供送穿過該隔流板的周邊部分。這有助于在中心創建氣溶膠羽流的理想形狀,該氣溶膠羽流接著與該第二部分的稀釋氣體體積流量混合并且進一步有助于避免氣溶膠沉積在該裝置的任何壁上。

然而,在替代方案中,不被拆分的第二體積流量也是可行的。根據本發明的另一個優選的實施例,該第二體積流量的稀釋氣體是通過鼓風機或風扇而產生的。這具有成本低和設計非常緊湊的優點。創建較低壓力的高體積流量的鼓風機是可用的。然而,在替代方案中,可以使用任何其他稀釋氣體來源,例如壓縮機或加壓氣體儲存器(例如,瓶子)。

根據本發明的另一個優選的實施例,可以在包含一次性干燥劑的干燥室中在該鼓風機上游對該第二體積流量的稀釋氣體進行干燥。這有助于還在相對高濕度的環境中運行該裝置。然而,通過適當地對稀釋空氣的熱傳遞和體積流量確定大小,可能并不需要這樣的干燥劑,即使在高濕度環境下。

根據本發明的另一個優選的實施例,通過將該第一氣溶膠與該第一部分的稀釋氣體體積流量進行混合可以產生部分的第二氣溶膠。

根據本發明的另一個優選的實施例,通過產生濃縮干燥粉末的第四氣溶膠來濃縮該第三氣溶膠,該第四氣溶膠包括該第三氣溶膠的至少75%的干燥顆粒但僅包括該第三氣溶膠的體積流量的10%-30%。這允許使用高體積流量的稀釋空氣、并且因此允許快速蒸發該氣溶膠,同時該濃縮干燥粉末的氣溶膠僅包括可以容易地被患者吸入的這樣的低體積流量,但是包括這些干燥顆粒的大多數。這還允許使用具有低蒸氣壓的氣體(例如,空氣),但仍允許實現高蒸發速率。

根據本發明的另一個優選的實施例,在一個漩渦松弛室(relaxation?chamber)中衰減該濃縮干燥粉末的第四氣溶膠中的減速漩渦。這允許了使可吸入的體積流量更順暢并且更容易限制,同時創造了這些顆粒均勻在該可吸入的體積流量中的均勻分布。

根據本發明的另一個優選的實施例,在將該第四氣溶膠輸出至患者以便由該患者吸入之前,將該濃縮干燥粉末的第四氣溶膠限制在一個錐形收集器中。優選地,在限制該流動朝向這個連接至口罩或面罩上的出口之前,該漩渦松弛室在流動方向上延伸了一個特定的距離,以允許患者吸入受限的流量。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第四體積流量的氣體是預加熱過。如果將該第四體積流量是通過從該第一體積流量中拆分出來而產生的,那么可以在拆分之前通過預加熱該第一體積流量來實現這樣的預加熱。然而,分開地加熱該第四體積流量的替代方案也是可能的,例如以類似于上述該第一和第二體積流量的方式。取決于該第四體積流量有多大,還有可能放棄加熱該第四體積流量。

根據本發明的噴嘴的另一個優選的實施例,該噴嘴進一步包括:一個具有桿外壁的圓柱形桿,該桿外壁具有一個桿外徑;以及一個具有環孔壁的環,該環孔壁具有的環內徑略大于該桿外徑;其中該圓柱形桿延伸穿過該環孔并且包括該可潤濕的錐形氣體離開通道;并且該環形流體離開端口是由該環孔壁與該桿外壁之間的一個環形空隙形成的。優選地,該環內徑與該桿外徑之間的直徑差是在0.006與0.8mm之間,從而得到0.003與0.4mm之間的環形空隙寬度。這允許從該噴嘴到霧化該液體的位置的流體傳遞從毛細作用力中受益。

根據本發明的噴嘴的另一個優選的實施例,該環包括基本上垂直于該環形流體離開端口延伸的一個正面。這個環允許簡單的組裝并且允許與該噴嘴的剩余部分分開地來制造該環,這樣使得可以如所需要的精確地制造其內徑以便維持該環孔與該桿之間的小公差,從而使該噴嘴從毛細作用力中受益。然而,在替代方案中,還可能的是將這個部分集成為噴嘴夾持件或桶的一體式部分。

根據本發明的噴嘴的另一個優選的實施例,該桿伸出到了該環的正面之外0-1mm。這對于使流體行進至在該桿的前邊緣處形成的圓形唇緣而言可能是有利的。然而,包括與該環的正面齊平或者與該環的正面相比甚至凹入的一個桿的此類設計也是可能的。

根據本發明的噴嘴的另一個優選的實施例,該環的正面是疏水性的,而該環孔壁和桿外壁是該流體容易潤濕的。這對于將該流體引導至它被轉化成氣溶膠的位置而言是有利的。然而,在替代方案中,規則的表面也是可能的并且將該流體引導至其被霧化的位置可以通過壓力差和/或毛細作用簡單地進行,這樣使得不需要特別容易潤濕的或疏水的表面。

根據本發明的噴嘴的另一個優選的實施例,一個可潤濕的錐形氣體離開通道的錐體底部的直徑基本上等于整個桿外徑,這樣使得該桿在該可潤濕的錐形氣體離開通道的錐體底部處以尖銳的環形唇緣終止。這允許流體通過毛細作用力和壓力差二者而容易地流動穿過該桿與該環之間的空隙、越過該唇緣而進入該錐體,并且在錐體內部更靠近其頂點處(即在該桿內)被霧化。這些容易潤濕的/疏水的表面支持這種流體流動。然而,在替代方案中,該唇緣不需要是尖銳的,這樣使得一個不占據該桿的總直徑的錐體也成為可能的設計。

根據本發明的噴嘴的另一個優選的實施例,該錐形氣體離開通道圍成了15與80度之間的角度。理想的錐體形狀隨著多個不同的參數改變,例如流動速度、環與桿之間的空隙的大小、以及霧化該流體的氣體流的速度。對該錐體而言特別有利的角度是45度。優選地,該錐體的底部包括的直徑在1與2mm之間,并且該噴嘴氣體供應通道包括的直徑在0.05mm與1mm之間。

根據本發明的噴嘴夾持件的另一個優選的實施例,該噴嘴本體包括一個圓柱形噴嘴本體基底,該圓柱形噴嘴本體基底具有一個圓柱形噴嘴本體基底外表面,該外表面具有一個噴嘴本體基底外徑,其中在該圓柱形噴嘴本體基底外表面與該圓柱形桶孔壁之間形成了一個環形流體供應通道。這將更靠近該桶的周邊的流體在環形的更靠近周邊的通道中傳遞至正面,而氣體流動在中央通道中被傳導。然而對該流體通道而言,其他替代的設計也是可能的,例如平行于該桶中心延伸的縱向流體通道。

根據本發明的噴嘴夾持件的另一個優選的實施例,該桶包括多個徑向氣體供應通道,用于將氣體供應至一個中央氣體供應通道,該中央氣體供應通道連接至該噴嘴氣體供應通道上并且包括的直徑比該噴嘴氣體供應通道的直徑大出幾倍。這允許實現一種有效的徑向氣體供應,同時該氣體平行于該桶的中心通道流動。然而,氣體供應的其他設計也是可能的,例如在平行于該流體供應的方向上的軸向氣體供應。

根據本發明的噴嘴夾持件的另一個優選的實施例,該噴嘴夾持件被設計為一個一次性部件,該一次性部件在該噴嘴夾持件的第一端的緊密附近包括一個旋鈕,該旋鈕用于將該噴嘴夾持件插入一個氣溶膠發生器的接收座中或從中取出。這允許對可吸入的藥品進行預先包裝并且防止誤用(例如,使用錯誤的劑量)。然而,在替代方案中,供送包含來自散裝容器的藥品的流體也是可能的,例如供臨床使用。

根據本發明的噴嘴夾持件的另一個優選的實施例,該桶包括一個圓柱形外表面,該圓柱形外表面被適配成恰當地配合在一個氣溶膠發生器的接收座中。處于這個目的,該桶的尺寸可以進行尺寸編碼,這樣使得僅有特定的預先包裝的噴嘴夾持件配合在該接收座中。特別是對家庭使用而言,這樣的預先包裝的設計是非常值得推薦的,避免了任何錯用以及對錯誤藥品的無意使用。優選地,該噴嘴夾持件和該流體筒被預組裝成一個一次性單元。

根據本發明的噴嘴夾持件的另一個優選的實施例,該噴嘴夾持件流體進入端口是被適配成用于接收一個一次性流體筒的魯爾接頭。然而,在替代方案中任何其他流體密封的接頭是起作用的。

根據本發明的優選的實施例,該噴嘴是一個可拆卸地附接至該流動調節器上的可拆卸噴嘴夾持件的一個一體式部分。這允許對于患者的每個遞送過程來更換這個包含該噴嘴和噴嘴夾持件的單元,從而避免任何污染問題或對非既定藥品殘留物的遞送。

根據本發明的另一個優選的實施例,帶有該一體式噴嘴的該可拆卸噴嘴夾持件是在該流動調節器中被保持在一個定心接收座中的一個一次性部分,該定心接收座包括大于1的長寬比。這樣具有的優點是允許將該噴嘴完全按照預期進行定中心、并且因此呈現對稱的氣溶膠羽流。另外,它允許控制僅將特定的噴嘴插入特定的接收座中并且因此避免使用錯誤的噴嘴。如果該藥品被預先包裝在一個儲存器中,該儲存器連接至作為一次性聯合部分的一次性噴嘴加上噴嘴夾持器上,這可能是特別重要的。然而,具有大于或小于1的長寬比的其他定心設計、或在任何其他替代方案中允許該噴嘴的精確定向的定心設計也是可能的。

根據本發明的另一個優選的實施例,該接收座是延伸到該第一隔流板之外的一個狹長圓柱形孔,并且該噴嘴夾持件是一個具有圓柱形外表面的圓柱形部分并且被恰當地插入該狹長圓柱形孔之中,該狹長圓柱形孔包含多個容納了O形環的環形凹槽,這些O形環與該噴嘴夾持件的圓柱形外表面處于密封接觸中。優選地,在該狹長圓柱形孔中提供了至少兩個間隔開的O形環并且在這兩個O形環之間提供了一個圓周凹槽,其中該第一體積流量的加壓氣體的至少一部分經由該凹槽被引入該噴嘴夾持器中的多個開口中,這些開口連接至將加壓氣體供送給該噴嘴以形成該第一氣溶膠的一個噴嘴夾持件加壓氣體通道。這樣的設計具有的優點是,可以在一個徑向方向上供應該氣體(例如,空氣)并且留下更多空間以用于將該噴嘴夾持件在軸向方向上插入并且移出而氣體供應不造成任何阻礙。另外,它允許了在軸向方向上無阻礙地接入以便將它連接至流體供應上或以便插入一個包含該噴嘴、噴嘴夾持件和流體儲存器的一體式裝置。然而,在替代方案中,其他設計也是可能的,例如軸向的或傾斜的氣體供應。

根據本發明的另一個優選的實施例,連接至該第一進口上的第一分流器將該第一體積流量的加壓氣體分成:第一部分的體積流量,其被供送至該可拆卸噴嘴夾持件中;以及第二部分的體積流量,其被轉向至一個逆流管中,該逆流管具有一個逆流管離開端口,該逆流管離開端口與該噴嘴夾持器及其一體式噴嘴是基本上共軸的并且指向該噴嘴的相反方向以便產生逆流。并且這種設計的優點是,由該第一部分的體積流量形成的原始氣溶膠被該第二部分體積流量捕獲。優選地,在將該第一體積流量分成該第一部分和第二部分的體積流量之前,該第一體積流量可以被預加熱。這減少了加熱器的數量。然而,其他設計也是可能的,即,將連接至該噴嘴和該逆流管上的來源完全分開,從而允許對這些體積流量的其中之一、二者進行加熱或均不加熱。

根據本發明的另一個優選的實施例,在該第一稀釋氣體隔流板與該第二稀釋氣體隔流板之間的空間中提供了一個第二分流器,以用于將該第二體積流量的稀釋氣體分成:第一部分的稀釋氣體體積流量,其被引導到該第二稀釋氣體隔流板的中央區域中,在這里它穿透該第二稀釋氣體隔流板,而剩余的第二部分的稀釋氣體體積流量穿過在該第一稀釋氣體隔流板與該第二稀釋氣體隔流板之間的空間,在這里它穿透該第二稀釋氣體隔流板而更靠近其周邊區域。這種設計具有的優點是,提供了最初創造的并且接著任選地被捕獲的氣溶膠與該稀釋空氣的良好的混合作用。在這些更靠近周邊的區域中的流量實現了:該被捕獲的氣溶膠羽流不僅被混合而使得創造了所希望的流動輪廓,而且還提供了關于這種流動輪廓的更多控制。對于避免氣溶膠在該流動調節器上或蒸發室的壁上的任何沉積而言這是特別希望的。然而,不將該稀釋空氣流量分成在該中心和在該周邊區域中的兩個部分的稀釋空氣流量的其他設計也是可能的。若干不同的參數(例如,流動速度以及每分鐘必須被霧化的液體的量)可以決定拆分成中央和外周流量是否是有用的。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第二稀釋氣體隔流板的中央區域包括在該第二稀釋氣體隔流板的以下側面上陷入的一個凹形形狀:在該側上該第二部分體積流量的稀釋氣體離開該第二隔流板。已經證明這種設計對于避免氣溶膠沉積在該第二稀釋氣體隔流板上是有利的。然而,取決于這些參數,替代的設計(像該第二稀釋氣體隔流板的正面的平面或甚至凸形形狀)也是可能的。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第二稀釋氣體隔流板的中央區域的外周邊包括一個輪緣,該輪緣伸出到該第二隔流板的周邊區域之外并且有助于在組裝和拆卸過程中容易地定位和移除該隔流板。優選地,該輪緣包括一個具有圓柱形抓握凹槽的圓柱形表面。這樣的設計可以特別容易地通過上述凹形形狀來實現,從而允許該第二稀釋氣體隔流板的中央部分的輪緣在該第二稀釋氣體隔流板的外周部分的基礎上抬高。在替代方案中,用于安裝和移除該第二隔流板的其他設計也是可能的,例如彼此間隔開的多個分立的突出部。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第二分流器是環形的并且延伸穿過該第一稀釋氣體隔流板與該第二稀釋氣體隔流板之間的空間、并且包括多個徑向開口,該第一部分的稀釋氣體體積流量穿過這些開口而朝向該第二稀釋氣體隔流板的中央區域。優選地,該第一和第二稀釋氣體隔流板以及該第二分流器形成了一個預組裝的組件群組和一個一體式組成部分中的一種。這允許實現結構堅固的設計,其中該環形分流器可以具有該第一與第二隔流板之間的間隔物的功能,或包括該第一隔流板、第二隔流板以及該環形分流器的整個群組可以被一體地形成為一個單個的組成部分。該分流器中提供的這些孔的累計尺寸決定了朝該中心拆分的部分稀釋空氣流量為多少。在替代方案中,其他設計也是可能的,例如該第一和第二隔流板之間的間隔開的柱、或可以朝該第二隔流板的中心拆分所需量的流量的任何其他形式或形狀的通道。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第一稀釋氣體隔流板的外周邊是由多個城齒(merlon)形成的,這些城齒由多個槽縫環圓周地間隔開,該第二體積流量的稀釋氣體通過這些槽縫而穿透該第一稀釋氣體隔流板并且進入該第一稀釋氣體隔流板與該第二稀釋氣體隔流板之間的空間。優選地,該第一稀釋氣體隔流板被插入一個包括圓柱形內壁的圓柱形殼體之中,并且這些城齒恰當地配合在該殼體中,這樣使得這些是與該內壁緊密相鄰的或相接觸的,因此沿著該第二隔流板的圓周由這些槽縫、這些城齒和該圓柱形壁限定了多個開口。該第一與第二稀釋氣體隔流板之間的空間可以起到一個壓力平衡室的作用。另外,這些間隔開的槽縫使該流量平衡。然而,替代的設計也是可能的,例如代替城齒和凹槽,沿著該第一稀釋氣體隔流板的圓周間隔開的多個分立的孔。

根據本發明的另一個優選的實施例,該逆流管包括一個基本上直線的進口端,該進口端基本上平行于該噴嘴夾持件延伸并且穿透了該第一和第二隔流板、并且在一個外端中終止,該外端包括一個180度的彎頭,該彎頭通向該逆流管離開端口。優選地,該基本上直線的進口端可以包括一個定位板,該定位板可以被插入定位槽縫中。通過這些措施可以保證,該離開端口是與該噴嘴精確對齊的,這樣使得圍繞該噴嘴形成了對稱的氣溶膠羽流。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第一進口端口和該第二進口端口中的至少一個被連接到對應的加壓氣體加熱室和稀釋氣體加熱室中的至少一個上,這些室中包括對應的加壓氣體加熱器和稀釋氣體加熱器,以用于對該第一體積流量的加壓氣體和第二體積流量的稀釋氣體中的至少一個進行預加熱。因此可以按照需要獨立地控制這些不同流量的加熱。然而,取決于不同的參數(例如,每分鐘有待蒸發的液體的量、用于蒸發的氣體、以及必須被蒸發的液體),也可能的是在不對任何氣體體積流量進行預加熱的情況下實現完全蒸發或蒸發到所希望的程度。

根據本發明的另一個優選的實施例,這些稀釋氣體加熱器是具有楔形末端的狹長紅外線燈泡,并且對應的加熱室是一個管,該管包括對應的管內壁,并且該第二體積流量的稀釋氣體被引導穿過該對應的紅外線燈泡與管內壁之間的空隙,該第二流量的稀釋氣體的流阻在200升每分鐘的流量下是在13mm水的量級上。已經證明這是一個特別有效的加熱器,同時提供了低流阻。然而,其他形式的加熱也是可能的,例如通過用電阻加熱線圈環繞該氣體供應管進行對流而電加熱。

根據本發明的另一個優選的實施例,在該稀釋氣體加熱室的上游提供了一個鼓風機,該鼓風機連接至該第二進口端口上以便將該第二體積流量的稀釋氣體供送穿過該加熱室并且進入該第二進口端口中。此類鼓風機可以提供高體積流量的稀釋空氣。然而,替代的氣體源(例如,壓縮機或氣體瓶)也是可能的。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第二體積流量的稀釋氣體是在100與200升每分鐘之間,并且跨越該流動調節器從該第二進口起的壓降在200升每分鐘的流量下是在2英寸水的量級上。這種低壓降允許由一個簡單的鼓風機來替換高功率壓縮機,該鼓風機僅占壓縮機的尺寸和功率消耗的一個非常小的部分。

根據本發明的另一個優選的實施例,第一組的較長縫隙狀開口從靠近該加速板和減速板的中心的一個位置延伸到更靠近其外周邊的一個位置,而第二組的較短縫隙狀開口從與該中心間隔開的一個位置延伸到更靠近該外周邊的一個位置。這導致了這些縫隙狀開口具有至少兩個不同的長度,即,一個長度是從靠近該加速板的中心并且對應地從靠近該減速板的中心的位置一路延伸至其外周邊,而另一組開口是較短的,僅從相對于該中心而言偏離的一個位置延伸并且從這個偏離位置一路延伸至該外周邊。這種縫隙分布實現了,在更靠近該周邊的位置處的累計開口表面與更靠近該加速板和減速板的中心處是幾乎相同的。這是用于保持該濃縮器的總低流阻很低而同時允許由該加速板的離開側上的基底表面與該減速板的進入側上的基底表面之間的空隙所形成的徑向通道的累計寬度大致相同的一種措施。這些徑向的排放通道在容納了這些加速通道和減速通道的這些帶刻紋部分之間延伸。然而,還可能的是,在替代設計中,不是所有的通道都一路延伸至上述周邊。還有可能除了這些縫隙狀開口外還容納其他形式的開口,例如,圓形的或三角形的開口。縫隙狀開口正好證明對于提供無阻礙的徑向排放通道是特別有效的,并且如所描述的使用不同的長度在保持整個圓形加速板和減速板上的開口表面對于單位表面積的板而言是均勻的這方面是特別有效的。

根據本發明的另一個優選的實施例,第三組的具有的長度在該第一組較長開口與第二組較短開口之間的中等縫隙狀開口分別從與該中心間隔開的一個位置延伸到更靠近該外周邊的一個位置、并且與該中心相隔的距離比第二組縫隙狀開口更短。這是另一個優選的變體,在這種情況下包括該第三組開口,并且實現了與投影的板表面相比更均勻分布的開口表面。

根據本發明的另一個優選的實施例,該第一組開口的這些縫隙狀開口包括四個環圓周地以90度角度彼此間隔開的縫隙狀開口,該第三組縫隙狀開口包括四個環圓周地以90度角度彼此間隔開并且與該第一組縫隙狀開口中對應的相鄰縫隙狀開口成45度的縫隙狀開口,并且該第二組縫隙狀開口包括八個環圓周地以45度角度彼此間隔開并且與該第一組和第三組縫隙狀開口中對應的相鄰縫隙狀開口成22.5度的縫隙狀開口。這種角分布另外實現了與投影的板表面相比開口表面均勻分布的目標,而同時也實現了這些徑向通道的均勻分配,以便允許廢棄的體積流量作為排氣低流阻地逸出。

根據本發明的另一個優選的實施例,提供了一個連接器,該連接器包括在該減速板處的隆起的定位件以及在該加速板處的相應凹陷式接收座、或在該加速板處的隆起的定位件以及在該減速板處的相應凹陷式接收座中的一種,以用于將該加速板和減速板在徑向和圓周方向上相對于彼此進行定位,這樣使得這些加速板和減速板被對齊成是彼此平行的并且彼此間隔開所述空隙,其中這種對齊包括在圓周方向上的角取向使得這些加速板離開開口與這些減速板進入開口是基本上對齊的。為了獲得最小的流阻,至關重要的是,該加速板的離開開口與該減速板的進入開口是精確地成直線重疊的。這需要該加速板和減速板在徑向和在圓周(角度)方向上精確對齊。另外,這種隆起的定位件-凹陷式接收座的連接可以有助于將該加速板和減速板定位成彼此精確平行,這樣使得該加速板與減速板(具體而言是該加速板的離開開口與該減速板的進入開口)之間的空隙對用于所有的離開開口-進入開口對而言都是確切相同的。然而,這種平行性也可以是通過該加速板和減速板的外周邊上的插口單獨建立的或除了該定位件-接收座的連接之外另外建立的。

根據本發明的另一個優選的實施例,該隆起的定位件和相應的凹陷式接收座是十字形的。雖然其他形狀也是可能的,例如方形、矩形或三角形,但是十字形允許該加速板和減速板相對于彼此特別精確的定向而同時不占據太多空間,這些空間可以更好地用于這些縫隙狀開口以便實現低流阻。

根據本發明的另一個優選的實施例,這些縫隙狀的加速板離開開口為0.4-1.6mm寬,這些減速板進入開口為0.6-2mm寬,這些加速噴嘴的累計長度為10-25cm,并且該加速板基底表面和該減速板基底表面之間的空隙為0.8-2cm。當然,其他尺寸也是可能的。然而,這些不同的測量值彼此之間的關系優化了實現低流阻的目標,并且同時在低體積流量中高效地濃縮可以容易地被患者吸入的氣溶膠顆粒。優選地,該第二體積流量包括該第一體積流量的10%-20%,而該第三體積流量包括該第一體積流量的80%-90%。優選地,該濃縮器包括這樣的濃縮效率:使得該第一體積流量中的85%的顆粒被包含在該第二體積流量中而該第三體積流量僅包含來自該第一體積流量的15%的顆粒。然而視情況而定,,較低效率也是可以接受的,例如70%的效率。可接受的效率可以由各種不同的參數所驅使,例如,藥品的成本或可接受的傳送速率。同樣,將該體積流量拆分成有用體積流量(例如,可以被患者吸入)以及廢棄體積流量的百分比可以在較寬的范圍內變化。

根據本發明的另一個優選的實施例,經組裝的加速板和減速板被封裝在一個罩中,該罩包括一個徑向開口,該第三體積流量通過該徑向開口被引導到一個排出端口。這提供了用于廢棄體積流量的低流阻排放的另外措施。優選地,跨越該濃縮器的流動壓降在直至250升每分鐘的氣體流量以及40升每分鐘的氣溶膠輸出流量下為1mm水或更小。

根據本發明的另一個優選的實施例,這些減速通道中的至少一些從該進入開口起在該減速板的離開開口的方向上逐漸變寬,并且該減速通道的一個壁包括線性、凸形或拋物線形的形狀中的一種。以類似方式,這些加速通道中的至少一些從這些進入開口起在該減速板的離開開口的方向上逐漸變窄,并且該加速通道的一個壁包括線性、凸形或拋物線形的形狀中的一種。特別地,拋物線形狀已經證明能提供低流阻。

根據本發明的另一個優選的實施例,提供了一個漩渦松弛室以用于在該氣溶膠被一個錐形收集器限制在輸出端口中之前衰減這些減速漩渦。優選地,該錐形收集器具有一個拋物線形狀的壁。雖然限制該有用的體積流量并不是絕對必要的,但是這種設計具有的優點是平衡了顆粒分布并且減少了沉積物,尤其是當提供了在流動方向上延伸一定長度(例如約等于該減速板的直徑的一半的長度)的漩渦松弛室時。這種措施也降低了流阻。然而,在替代的設計中,還可能的是放棄流動限制并且提供直接從該減速板的出口到目的地(例如,到吸入器面罩中)的流動。

在此,本披露描述了如何濃縮相對高體積(直至300升/分鐘)的低壓氣溶膠。這些縫隙被徑向地安排成使得該排氣在這些縫隙之間被徑向地被動地排出。這樣的設計具有許多優點:

a)該稀釋氣體是由小的(2英寸x2英寸x1英寸)氣體鼓風機或風扇提供的。

b)該裝置不需要緊密的高壓密封,因此能夠容易地組裝和拆卸以便清潔和維護。

c)該排氣不需要負壓源并且因此在大氣壓力下被排出。

d)該局部逆流射流是結構穩定的,具有精確的可重復的共軸對齊。

e)該集中的經加熱的射流和逆流氣體與該集中的紅外輻射一起提供了對氣溶膠的快速干燥,從而減少了壁損失并且增大效率而且增強了該裝置產生密度低于1gm/cc的顆粒的能力。

由液體產生氣溶膠的具有可再填充式儲存器的裝置具有關于其維持清潔度的問題。用于多次吸入的裝置在噴嘴或孔口被堵塞時可能具有不可預知的或減少的輸出量。當有待霧化大分子(例如,蛋白質、表面活性劑)以及其他更大分子時,這尤其是個至關重要的問題。本披露通過使用具有一體式單道次噴嘴的可更換的或一次性的的筒解決了這些問題。

在本發明的氣溶膠發生器中,為了描述該氣溶膠發生器的目的,可以指明以下組件群組:該噴嘴和噴嘴夾持件及其接收座,該流動調節器及其隔流板,該逆流管和該蒸發室,該虛擬撞擊器(virtual?impactor)、該漩渦松弛室以及該氣溶膠傳送錐體。這些組件群組彼此相互作用而形成一個便攜的緊湊裝置,用于由物質的水性(或該蒸氣壓溶劑)溶液或懸浮液來產生經濃縮的干燥氣溶膠,其中所得的氣溶膠是一種包含原始溶質或懸浮物質的干燥的濃縮氣溶膠。確切地說,本發明涉及證明這可以在實際的緊湊便攜裝置中得以實現的方法。此外,這種裝置能夠在該氣溶膠羽流基底的緊密附近處實現溶劑的極其快速的蒸發,促進了具有小于1的密度的蛋白質顆粒的產生。

貫穿本發明每個方面,最主要的設計約束是通過使用略高于大氣壓的稀釋氣體而使該裝置全面運作。這對供患者使用的便攜式濃縮氣溶膠傳送系統而言具有兩個突出的優點。首先,對于尺寸、重量以及噪音考慮因素而言,僅結合了非常小的具有有限壓頭的風扇或鼓風機。其次,低壓接頭的使用能夠實現容易的組裝和拆卸以便清潔和維護。

另一個設計標準是將經加熱的壓縮氣體提供至噴嘴和逆流噴口以便實現盡可能快速的溶劑蒸發。另一個設計標準是結合可互換的可拆卸噴嘴夾持件和噴嘴。這提高了該裝置的商業靈活性和功能性。這個流動調節器是緊湊的并且對氣體流動具有非常低的阻力。

這個裝置的特征包括:a)一個緊湊的兩級流動調節器,其帶有一體式接收座以用于接收可更換的噴嘴夾持件,b)一個逆流壓縮氣體分流器和逆流管,c)具有低的氣體流阻和熱慣性的氣體加熱器,d)附近的紅外輻射,e)用于顆粒>0.5微米的低阻力高效氣溶膠濃縮器,f)低阻力的提取后氣體過濾的能力,以及g)空氣動力學設計的收集“錐體”以用于收集該經濃縮的輸出氣溶膠。這種裝置的儀器形式可以被用來針對有待作為可吸入氣溶膠傳送的特定溶質(懸浮液)/溶劑的溶液而定制該氣溶膠干燥過程的參數。本發明可以被用來傳送藥物而不需要使用輔料,該粉狀藥物的再次霧化總是需要這些輔料的。包括的蛋白質的生物治療藥物可以直接傳送給患者。這樣產生的顆粒可以具有小于1的顆粒密度可以或小于0.04的振實密度。

經由通向壓力調節器的快速斷開件來提供壓縮氣體。來自這個調節器的壓縮氣體穿過一個加熱器并且接著到達流動調節器歧管上的一個端口。在該歧管內,該流量被重新導向兩條路徑:a.導向噴嘴夾持件并且因此導向產生氣溶膠的噴嘴,以及b.導向一個逆流管,該逆流管的離開端口沿著與該噴嘴相同的軸線對齊。小的鼓風機提供了在很高流量(100至300升每分鐘)下的低壓氣體源。(替代地,可以使用壓縮氣體源)。這個氣體穿過一個加熱器并且接著進入該兩級流動調節器歧管上的一個端口中。這個流動調節器確保了在一個相鄰的耐熱玻璃或石英圓柱形蒸發室中的均勻流動。來自該兩級流動調節器的氣體進入這個蒸發室中。來自與這個蒸發室相鄰的紅外燈以及反射器的紅外輻射透射穿過該室并且被該室的相反側上的第二聚焦反射器反射。這個蒸發室被連接至一個虛擬撞擊器型氣溶膠濃縮器上。該氣體進入一個加速噴嘴板中的多個加速縫隙噴嘴。這種氣體的一小部分(包含大部分顆粒)通過虛擬撞擊板中的多個收集減速噴嘴而離開該濃縮器。這些減速噴嘴與這些加速噴嘴是精確對齊的。從這些減速噴嘴中所得的氣溶膠在該松弛室中以漩渦的形式損失其大部分動能,該松弛室連接至該濃縮器的出口上。之后,該氣溶膠流動穿過一個楔形氣溶膠收集錐體,在其末端處該氣溶膠離開。該氣體流量的主要部分從對應的加速噴嘴板和減速噴嘴板中的這些加速噴嘴和這些減速噴嘴之間的這些空隙離開。接著這個排氣在一個通氣室(plenum)內流動至一個任選的過濾器以便去除任何殘留在該排氣中的懸浮顆粒。

替代地,為了用于可獲得充足的壓縮氣體供應的情況下,一個用于壓縮氣體的快速斷開件經一個T形接頭連接至兩個壓力調節器上:一個用于高壓氣體并且另一個用于低壓氣體。該高壓調節器經由一個氣體加熱器連接至該兩級流動調節器的歧管上,如以上所描述的。將這種壓縮氣體重新導向兩條路徑,如以上指出的。將該低壓調節器連接至稀釋氣體加熱器上并且接著連接至該流動調節器上,如以上指出的。

該壓縮氣體提供了用于該霧化噴嘴以及用于該逆流氣體的能量。該逆流氣體相對于該噴嘴形成的氣溶膠羽流共軸地并且在相反的方向上流動,這樣使得該逆流氣體捕獲并且稀釋了該羽流。根據所希望的使用,將該高壓氣體加熱直至150攝氏度。通過在該使用了相關聯的PID控制器的加熱器上游的壓縮氣體流中使用熱電偶來調節這個溫度。將這種經加熱的壓縮氣體經一個快速斷開件傳送至該流動調節器歧管上。在該流動調節器歧管內這個流量被拆分。一個流束經過一個小孔口并且直至該逆流管。該小孔口的直徑決定了該逆流管中的氣體流量。這個流量典型地類似于或略高于穿過該噴嘴的氣體流量。另一個氣體流經過環繞著該流動調節器中的圓柱形接收座的一個環。噴嘴夾持器中的多個端口與這個環對齊并且因此氣體流經該噴嘴夾持件的這些輸入端口、經過兩個傳導通道而到達一個小的壓力平衡室并且接著到達噴嘴。該流體經一個中央通道被傳送至該噴嘴。取決于應用,一個外部泵提供了在0.1與5毫升/分鐘之間的流體流速。通過壓縮氣體與流體之間的相互作用產生了氣溶膠。這樣產生的氣溶膠羽流被來自該逆流管的氣體射流捕獲。來自該流動調節器的暖和稀釋氣體既增強了該流體的蒸發又將這些顆粒朝該氣溶膠濃縮器輸送穿過該蒸發室。由該紅外燈和該室的相反側上的相應反射器所供應的紅外輻射增強了液體從這些顆粒中的蒸發。接著這些顆粒在穿過該虛擬撞擊器時被濃縮并且經由該輸出錐體被傳送至輸出口。該輸出流具有小的正壓力并且通過連接至該輸出口的設備或人進行調節。

替代地,當可獲得充足的高壓供應時,該壓縮氣體進入外部的快速斷開式接頭中并且通過使用該T形接頭被拆分成兩個流束。一個流束流向該高壓調節器并且另一個流向該低壓調節器。使用調節器而不是閥來控制這兩個調節器下游的氣體流量和壓力。這種設計能夠實現對這些相當多樣的流量和壓力的優異控制,同時將由于上游的壓縮氣體壓力的波動或用另一個調節器進行的調整導致的這些流量和壓力的任何變化最小化。在這個優選的實施例中,這些上游壓力總體上在30與100psi之間。這并不排除使用更高或更低的壓力。該低壓調節器控制下游流量為從100至300升每分鐘。

為了達到最佳性能,該稀釋氣體以及被傳送至該噴嘴和逆流管的壓縮氣體應該是干燥并且經加熱的。由于這個裝置是計劃用于藥理學活性的氣溶膠的可吸入傳送,所以應準備好在一分鐘的開啟時間內使用。因此,該經加熱氣體的溫度必須在一分鐘內升高至操作溫度。這需要加熱器具有低熱慣性并且展現出從加熱器到流經它的氣體的高能量傳遞。尤其是在稀釋氣體的情況下,這個加熱器必須提供最小的氣體流動阻力。這促進了小的氣體鼓風機的使用。具有低的氣體流阻的加熱器將所需要的氣體鼓吹器的尺寸和壓頭最小化。在本披露中描述了具有大的長寬比的徑向縫隙以便將終端效應最小化并且提供供排氣離開的清晰路徑。多個縫隙長度的使用實現了兩個目標:a)將這些縫隙的總累計長度最大化以便將跨越該濃縮器的壓降最小化以及b)實現在該蒸發室的出口處相對均勻的流動以及同心地相對均勻地跨越該濃縮器的流動。

本發明的一個或多個方面的這些和其他優點將通過考慮隨后的描述和附圖而變得清楚。

附圖說明

圖1是用于產生干燥暖和的稀釋氣體并且將其傳送至該流動調節器的這些部件以及用于加熱并且將熱氣體傳送至該噴嘴夾持件和該逆流管中的這些部件的透視圖。

圖2A示出了噴嘴夾持件的第一實施例的透視圖。

圖2B示出了圖2A中所示出的噴嘴夾持件的縱向截面。

圖2C示出了圖2A中所示出的噴嘴夾持件的側視圖。

圖2D示出了噴嘴夾持件的第二實施例的縱向截面,其中在圖2A、2B和2C中展示的噴嘴夾持件上的旋鈕用包含有待霧化的液體的一個筒所替換。

圖3A示出了噴嘴本體和環的分解透視圖,該環配合在從該噴嘴本體伸出的桿上。

圖3B示出了該噴嘴夾持件的桶的頸部區段內的、噴嘴的局部縱向截面(在圖3D中表示為T)。

圖3C示出了噴嘴夾持件的縱向截面,在圖3E中表示為R-R。

圖3D示出了該噴嘴夾持件在與圖3C相比旋轉90度并且與圖3F中所展示的側視圖一致的縱向截面,這個縱向截面被表示為P-P。

圖3E示出了該噴嘴和桶的前端視圖并且展示了圖3C中所示截面R-R。

圖3F示出了噴嘴夾持件的側視圖,展示了圖3D中所示出的截面P-P。

圖4A示出了流動調節器歧管和噴嘴夾持件的分解透視圖以及這個噴嘴夾持件與其插入該流動調節器歧管內的部分之間的關系。

圖4B示出了流動調節器的前視圖并且展示了圖4C中所示出的截面。

圖4C示出了如圖4B所展示的流動調節器的分解縱向截面(在圖4B中表示為Y-Y)以及該噴嘴夾持件在它被插入其中的接收座開口處的截面。

圖5A示出了該流動調節歧管和多個隔流板的在圖5B中表示為截面H-H的縱向截面以及該流動調節歧管與該蒸發室的壁之間的關系。

示出了到通向該噴嘴夾持件和逆流管的壓縮氣體流動路徑。

圖5B示出了圖5A中所示出的流動調節器的前視圖并且展示了圖5A中所示出的流動調節器的截面。

圖5C示出了該流動調節器的分解透視圖。它示出了該流動調節器和該逆流管的細節。

圖5D示出了該流動調節器與該蒸發室和虛擬撞擊器型氣溶膠濃縮器的加速板一起的縱向橫截面(在圖5E中表示為F-F)以及該裝置的這些部件之間的相互關系。

圖5E示出了該濃縮器的截面視圖,展示了在圖5D和5F中示出的流動調節器、蒸發室和該濃縮器的的加速板的縱向截面視圖。

圖5F示出了如圖5E所示的流動調節器、蒸發室和該濃縮器的的加速板的縱向截面(在圖5E中表示為J-J)。還示出了該輸入稀釋氣體端口與該流動調節器的第一壓力平衡室的關系。

圖6A示出了如圖6B所示的流動調節器、蒸發室、濃縮作用、入口錐體、紅外燈以及反射器的縱向截面(在圖6B中表示為J-J),示出了這些部件各自之間的相互關系。

圖6B示出了如圖6A所示的流動調節器、蒸發室、濃縮作用、入口錐體、紅外燈以及反射器的后視圖。圖6C示出了圖6A所列舉的這些部件的仰視透視圖,展示了它們相對于彼此的位置。

圖6D示出了圖6A所列舉的這些部件的俯視透視圖,展示了它們相對于彼此的位置。

圖7A示出了該加速板的輸出側的透視圖,展示了噴嘴長度和帶刻紋的設計的不同、以及用于使這個加速板與該減速板上隆起的十字精確對齊的一個居中定位的凹形(female)陷入式十字。

圖7B示出了該減速板的輸入側的透視圖,展示了減速噴嘴長度和帶刻紋的設計的對應不同、以及用于使該減速板與該加速板精確對齊的凸形的(male)隆起的十字。還示出了環繞該減速板的一個罩。

圖7C示出了如圖7D所示的蒸發室、濃縮器和氣溶膠輸出錐體的縱向截面(在圖7D中表示為截面K-K),示出了這些部件的相互關系。

圖7D示出了圖7C中所展示的蒸發室、濃縮器和輸出錐體的截面的側視圖。

圖7E示出了圖7F中所展示的蒸發室、濃縮器和輸出錐體的截面后視圖。還展示了該帶刻紋的排氣錐體和端口。

圖7F示出了該蒸發室、濃縮器和輸出錐體的縱向截面(圖7E中表示為H-H)。

附圖詳細說明

參照圖1,出于描述該氣溶膠發生器的目的,可以指明以下組件群組:a)稀釋氣體干燥室、鼓風機和加熱器,b)壓縮氣體加熱器,c)流動調節器歧管,以及d)逆流管。

輸入氣體調節

用于稀釋并蒸發液體氣溶膠的低壓氣體行進穿過這些流動部件。氣體干燥器1002包含干燥劑1003,例如但不限于氧化鋁粒料。這個室1002通過一個氣體過濾器1021和一個接頭1022連接至一個微型鼓風機1001或等效的氣體鼓吹器上。該鼓風機通過一個流量測量裝置1023被連接至一個稀釋流加熱器1004上。該流量測量裝置可以是呼吸速度計、熱絲流速計、質量流量計或其他低阻力裝置。該加熱器1004包括一個耐熱圓柱體1005(OD為1.0英寸,ID為0.75英寸)。在一個優選的構型中,這個圓柱體由陶瓷制成。居中定位在該管內的是一個快速加熱式紅外線燈泡1006。在一個優選的構型中,這種快速響應式紅外線燈泡1006具有多個楔形末端以減小氣體流阻。這個陶瓷加熱管1005恰好配合在接頭1007中,該接頭具有一個直角的管腔。接頭1007的另一開口具有一個楔形的接收座(未顯示)。這使得能夠將一個類似的楔形凸形接頭(未顯示)容易地布置在一個流動調節器歧管1020上。在一個優選的構型中,這個端口和接收座上的這些楔形件是標準的22毫米的呼吸用楔形件。在接頭1007的直角形通道的管腔內的氣體流中布置了一個鐵康銅熱電偶(未顯示)。這個熱電偶連接到一個溫度調節裝置1008上。在一個優選的實施例中,該溫度調節裝置是一個PID控制器,該控制器調節供應至該紅外線燈泡1006的功率。

用于在帶有噴嘴1024的筒1101中產生流體的氣溶膠并且還提供一個共軸的逆流流通式逆流管1102以便阻止氣溶膠羽流的高壓氣體包括以下部件。壓縮氣體進入接頭1019并且在加熱器1011中變暖。在一個優選的構型中,這個加熱器包括一個OD為0.75英寸且ID為0.56英寸的陶瓷管1009,一個紅外線燈泡1010被布置在其中。將一個鐵康銅熱電偶定位在快速斷開件1032的凹形件上的出口氣體流(未顯示)中或該加熱器1011下游的其他方便位置。這個熱電偶被連接到一個溫度調節裝置上,例如一個PID控制器1012。這個快速斷開件經一個特氟綸管1031連接到一個直角接頭1013上。出于展示的目的,已經插入了一個管1060以便展示該壓縮氣體流到該流動調節器歧管1020的入口4028的連接性(參見圖4C)。實現所希望功能的其他構型也是可能的。

輸入氣體調節

由該微型鼓風機1001或等效的氣體鼓吹器提供直至300升的稀釋氣體。當室內氣體的相對濕度高于有待干燥的經霧化的流體體積的希望值時,這個稀釋氣體可以穿過包含該干燥劑1003的氣體干燥室1002。這個干燥氣體穿過該過濾器1021以便保護該鼓風機不受磨損(由于任何干燥劑粉塵)、經由接頭1022而到達鼓風機1001。這個干燥氣體由鼓風機1001推進穿過該流量計或流動測量裝置1023而到達該稀釋流加熱器1004。當該氣體穿過該紅外線燈泡1006與處于陶瓷管形式的耐熱圓柱體1005的內壁之間時,該氣體在加熱器1004中被加熱。離開該管的氣體的溫度是用直接布置在氣體流中的鐵康銅熱電偶(未顯示)測量的并且通過使用調節供應至該加熱器燈泡1006的功率的該溫度調節裝置1008(例如,PID控制器)將該氣體維持在所希望的溫度下,典型地是35℃-45℃。同樣地,用于該噴嘴和逆流氣體的壓縮氣體穿過該加熱器1011。當該氣體穿過該紅外加熱器1010與該陶瓷管1009之間時,該氣體被加熱。離開該管的氣體溫度是用鐵康銅熱電偶(未顯示)測量的并且通過使用第二PID控制器1012維持在所希望的溫度下,典型地是100-140攝氏度。這個PID控制器調節該紅外線燈泡1010中的功率。

在本發明的另一個優選的構型中,可以將壓縮氣體用作稀釋氣體源。在這種情況下,壓力調節器將替換該稀釋氣體鼓風機1001。總體上已經去除了壓縮氣體或其他氣體的大部分(如果不是所有)水分。在這種情況下,一個輸入高壓接頭通過一個高壓管和T形件被連接至兩個氣體壓力調節器(未顯示)上。一個調節器控制通向該壓縮氣體加熱器1011的氣體流量并且另一個調節器經由現在布置在該調節器與該稀釋流加熱器1004之間的流量測量裝置1023來控制氣體流量。

可更換的噴嘴夾持件和噴嘴

圖2A至圖2C示出了展示噴嘴夾持件的優選構型的特征的一個示意圖。該噴嘴夾持件包括一個產生氣溶膠的噴嘴1024,該噴嘴被安裝在一個桶2001末端處的頸部2003上的接頭2112內。從該桶到該頸部2003逐漸變窄使得氣體能夠沿著與該噴嘴相鄰的頸部順流。這最大限度地減小了由于該噴嘴附近的一個大的平坦表面將會引起的渦流所導致的在該噴嘴面部上的任何顆粒沉積。圖2B中的噴嘴1024是與一個小的壓力平衡室2105鄰近的,該平衡室進而被連接至終止于一個或多個端口2008處的兩個室。在該噴嘴緊密附近的并且與該噴嘴孔口共軸的一個管2104被連接至另一個通道2103和2107而到達一個連接器2005。在該桶的另一端處有一個具有若干圓周凹槽的旋鈕2006,以便允許容易地將該噴嘴夾持件插入該流動調節器歧管1020內的接收座(參見圖4A和圖4C的4030)中并從中拔出。連接器2005在與該噴嘴相反的末端處能夠實現流體管線(未顯示)的附接。在一個優選的構型中,這是魯爾連接器。桶2001中的多個端口2008與該流動調節器歧管1020中的壓縮氣體供應凹槽(參見圖4C的2071)接界。根據本發明,必須將這些噴嘴夾持件插入該流動調節器中。這個特征從根本上消除了患者對這個噴嘴夾持件的不加區別的使用。這保護了患者并且有助于確保該筒的內容物的適當傳送。

在圖2A、2B、2C和2D的一個優選的噴嘴夾持件中,噴嘴1024需要高壓氣體和高壓流體以便產生滿意的氣溶膠。該流體端口2005通過通道2007被連接至通道2103和管2104上。在一個優選的構型中,這個管2104具有0.03英寸的內直徑并且具有一個端口2110,該端口被定位在距該噴嘴1024中一個直徑為0.014的孔口為一到1-2個直徑之處。提供這些尺寸不是為了排除其他直徑和距離,而是作為工作實例。該噴嘴1024被包含在該接頭2112之內以確保該孔口和該管2104正好是共軸的。這個設計是作為一個實例提供的。用其他設計可以實現類似的構型。這些壓縮氣體進氣端口2008位于該噴嘴夾持件的桶2001的一側上。這些端口2008連接至通向該壓力分配室2105的一個或多個通道2101上。這個室2105延伸進入該噴嘴本體中以便促進圍繞該管2104的氣體均勻流至該噴嘴中的孔口。在噴嘴1024的出口處形成了一個液體氣溶膠羽流2106。該旋鈕2006充當一個停止件來限制該桶2001插入該流動控制器歧管1020中的接收座4030(圖4A和圖4C)中的距離。旋鈕2006上的這些圓周凹槽有助于將該噴嘴夾持件容易地插入該流動調節器的桶中并且將其從該流動調節器中取出。

在噴嘴夾持件的這個構型中,由一個外部泵(未顯示)通過該噴嘴夾持件上的端口2005來供應流體。該流體流束流經通道2007并且沿著該噴嘴桶2001的中心穿過該中央通道2103。該管2104將這個流體輸送至其端口2110。壓縮氣體通過該桶2001的任一側上的端口2008而進入。這個壓縮氣體進入該中央通道2103的任一側上的一個或多個通道2101。這些外部通道將該壓縮氣體輸送至該壓力平衡室2105中。該室2105中的壓縮氣體圍繞該管2104流動,致使該流體流經該噴嘴1024的孔口中心而該流體不與該孔口相接觸。通過將穿過這個噴嘴1024的這個流體流動聚焦而產生該氣溶膠。在該孔口的下游側處,形成了液體氣溶膠羽流2106。

在另一個優選的構型(圖2D)中,一個圓柱形筒2020被結合在噴嘴夾持件中以代替圖2A、2B和2C中所示出的旋鈕2006和連接器2005。有待霧化的流體被包含在這個筒2020中一個的室2021之內。這個筒的室2021具有可以沿該室的內側向下平移的一個活塞2022。該室被連接至該通道2103上。這個活塞2202可以被所附接的柱塞2023按壓,因此它可以被多次使用,或者它可以用一個沒有附接在該活塞上的棒來按壓以使得它可以是一個一次性使用的噴嘴系統。該柱塞或棒可以用伺服電機或其他裝置來按壓。圍繞該筒2020的若干圓周凹槽有助于將這個筒-噴嘴夾持件容易地插入該流動調節器1020的接收座4030(圖4A和圖4C)中并且從中取出。

替代性的噴嘴夾持件和噴嘴

圖3A、3B、3C、3E、3F示出了在低壓流體流的中心使用高壓氣體的一個噴嘴和噴嘴夾持件。這個第二噴嘴和噴嘴夾持件被用作對該流動調節器歧管1020之內的接收座4030(參見圖4)的設計實用性的廣度的展示,以便結合具有相當不同的操作功能的噴嘴。這個替代性的噴嘴夾持件具有共同的外部特征和功能,但是其構型和產生氣溶膠的性質是相當不同的。這些噴嘴均是單道次噴嘴,即所有的液體在穿過該噴嘴的過程中被霧化。這種流體沒有任何被再循環。但是,這兩個噴嘴共同具有以下區別:氣溶膠是通過液體與氣體之間的剪切而產生的。在任一情況下氣溶膠均不是通過液體在固體上的剪切產生的。這減小了高剪力致使溶解在或懸浮在有待霧化的流體中的任何大分子的剪切退化的可能性。

在這個替代性的優選構型中,圖3A、3B、3C、3D、3E和3F示出了該噴嘴夾持件和噴嘴。如所指出的,這個構型能夠實現:使用穿過中央通道的壓縮氣體與流至該壓縮氣體噴嘴的周邊的低壓流體而產生氣溶膠。該流體端口2005(參見圖3C)位于該噴嘴夾持件的末端上。在本發明的優選構型中,這個端口2005是一個魯爾接頭。這個端口2005經由通道2007和一個小的分配儲存器3208被連接至一個或多個通道3203上(參見圖3C)并且因此連接至環繞該噴嘴本體3300(參見圖3A)的基底3204的一個環形空腔3206上。在這種情況下,該噴嘴包括兩個部件:一個噴嘴本體3300和一個噴嘴環3205。該噴嘴本體3300位于噴嘴桶3001的頸部3220(參見圖3C)之內,其中該噴嘴本體3204的基底相對于該噴嘴夾持件的桶是密封的。該環形空腔3206(參見圖3B)經由該噴嘴本體3300的頭冠3211中的多個凹槽(例如,凹槽3210(參見圖3A)和3212)被連接至在該頭冠3211中的凹陷3216與位于該頭冠3211頂部的環3205之間形成的微型儲存器3213上(參見圖3B)。這個儲存器3213與位于該噴嘴本體3300上的一個桿3214與該環3205之間的一個環形空腔3230相鄰。該環3205位于該噴嘴桶3001(參見圖3C和3D)之內并且在其頸部3220的末端處,使得該環3205中的中央孔3233同心地被布置在該噴嘴桿3214(參見圖3B)周圍。該噴嘴桿與該環之間的距離是足夠小的而使得主導流體移動的是表面張力而不是重力。該環內徑與該桿外徑之間的直徑差是在0.006與0.8mm之間,從而得到在0.003與0.4mm之間的環形空隙寬度。該桿3214(在優選的構型中是1.75毫米,但是可以從0.5毫米至3毫米發生改變)具有一個孔口3209,該孔口在優選的構型中直徑是約0.5毫米,但是可以使用從0.05至1毫米的其他噴嘴尺寸。該孔口在該孔口桿3214內的一個中空錐體3240的頂點處離開。該錐體3240上的唇緣3215是與該環3205的外表面齊平的或者從這個表面略微伸出,潛在地直至1毫米。該噴嘴本體3300包括經機加工的陶瓷或由有待霧化的溶液或懸浮液可潤濕的其他材料。在水基溶液的情況下,該噴嘴應當具有高的表面能以便提供可潤濕性。這可以通過施加親水劑或通過其他方式來實現。該環3205的外表面涂覆有疏水劑以便防止水性流體在這個環上蔓延。該噴嘴夾持件3001的桶具有一個或多個端口2008,這些端口經由通道3201被連接至一個通道3202(參見圖3D)上。通道3202進而與該噴嘴本體3300內一個具有類似直徑的通道3234相鄰。這個通道與該孔口通道3209相鄰。在一個優選的構型中,該噴嘴桶3001和旋鈕3301(參見圖3F)是由聚砜或聚醚酰亞胺構成,但是也可以使用其他材料。

通過圖3A-F所示的噴嘴夾持件和噴嘴產生氣溶膠

在圖3A、3B、3C、3D、3E和3F所示的噴嘴夾持件的這個優選構型中,通過將壓縮氣體供應至該噴嘴內的中央孔口3209而產生氣溶膠。將有待霧化的流體以低壓供送穿過該環形空腔3206、儲存器3213以及該環形通道3230而到達該噴嘴的外表面并且通過錐體3240內的毛細作用而朝向該孔口3209。將有待霧化的流體通過外部泵(未顯示)供應至端口2005。該流體被泵入端口2005中并進入通道3203中而到達環繞著該孔口本體3204的基底的這個環形空間3206。這個流體將其自身對于該噴嘴的頭冠3211一側中的每個凹槽3210進行分配并且穿過這些凹槽3212而到達該微型儲存器3213中。該頭冠的頂部是凹形的以便確保該流體是均勻地傳遞至環繞著該中央孔口桿3214的空腔3230。該流體均勻地流經桿與該環之間的空間3230而到達該噴嘴的唇緣3215。在一個優選的構型中,該噴嘴桿3206可以穿過該環而伸出0至0.050英寸。該流體流過這個唇緣3215而在該孔口桿3214內的錐體3240的內表面上形成一個薄膜。壓縮氣體通過該噴嘴桶2001的一側中的這些端口2008而進入。該氣體流經該中央共軸通道3202而沿著該孔口本體3300的軸線到達通道3234。然后該壓縮氣體穿過該孔口3209。在通過流進該錐體中的流體與在該錐體3240的頂點處、在該孔口3209周邊處的氣體射流的相互作用所形成的連接點處發生霧化。以此方式,避免了在任何固體表面與流體之間的大剪切應力。產生了具有顆粒自由中心(partic1e?free?center)的氣溶膠羽流。在該錐體內由該氣體射流產生的負壓有助于在錐體的內表面上形成流體薄膜。為了達到最佳功能,該錐體頂點應圍成約45度并且優選在15與80度之間的立體角。然而,在10與80度之間的其他角度也是可能的。注意到,預計該流體會流經或流過的這個表面的整體都應當具有高的表面能,即,是該流體可潤濕的。該流體通過毛細作用力在該錐體的唇緣上流動。當該流體流進并且朝向該錐體的頂點時,這些力增大。如以上指出的,由離開該孔口3209的氣體射流所產生的負壓也有助于維持這個流體薄層。為了達到最佳功能,重要的是該噴嘴本體(包括該頭冠和噴嘴桿)的這些表面以及該環的內表面具有高的表面能,以使得它們是水基流體快速可潤濕的。另一方面,該環3205的頂表面具有一個疏水性涂層以便阻止任何流體在該環上流動。該噴嘴桿與該環之間的距離是足夠小的(例如約0.17毫米),這樣使得主導流體移動的是表面張力而不是重力。由于該噴嘴桿具有高表面能,則該流體在該噴嘴的桿3214上的錐體3240的唇緣3215與該環之間形成了新月形。

定位該噴嘴夾持件以便插入該流動調節器中

圖4A、4B和4C示出了噴嘴夾持件的定位以便插入該流動調節器中。使該噴嘴夾持件與該流動調節器歧管1020中的中央軸向接收座4030對齊(參見圖4A和圖4C)。將該噴嘴夾持件的桶2001或3001插入該流動調節器1020的這個接收座4030中。當該噴嘴夾持件被完全插入時,用于該壓縮氣體(用來霧化)的多個端口2008與該流動調節器1020中的圓形凹槽4071對齊。在這個凹槽的每側上具有一個O形環4033以便防止該壓縮氣體從該凹槽4071中泄露。該壓縮氣體通過一個通道4036進入該圓形凹槽4071中,該通道進而連接至一個壓縮氣體輸入口4028上。該歧管的中心是一個支柱4040。這個支柱4040有助于包括這個具有4∶1的長寬比的接收座4030。這確保了該噴嘴桶2001或3001的恰當定位和其精確的軸向對齊。當氣溶膠羽流必須精確地與逆流氣體的軸線對齊以獲得高效性能時,這是重要的。

流動調節器設計

圖5A、5B、5C、5D、5E和5F示出了多個分解和截面視圖,示出了包括該流動調節器的這些單獨部件,該流動調節器影響該稀釋氣體流量的流動輪廓。在圖5A中還示出了一個相鄰的蒸發室5100。為了加強該液體氣溶膠在一個受限空間中的快速蒸發,由所描述的這些噴嘴中的任一個形成的氣溶膠羽流必須被快速地分散并稀釋,同時提供充分的熱能以便蒸發該液體。該流動調節器必須提供穿過該蒸發室5100的均勻氣體流,同時還具有最小壓降。由于存在氣溶膠羽流2106(參見圖5A)和來自逆流管1102的氣體射流5120(參見圖5D),這是更有挑戰性的。如以上指出的,這必須以跨過該流動調節器的最小壓降來實現,以便最大限度地減小所需風扇的功率和尺寸。一個制造起來便宜并且易于組裝和拆卸以便清潔的、小的緊湊的流動調節器顯然使得最終產品更具商業吸引力。這些隔流板被設計成用于減小該進入的稀釋氣體的徑向速度并且用于分配氣體,這樣使得在該蒸發室的出口處該氣體具有接近均勻的速度。該流動調節器的這些部件被構造成易于組裝和拆卸的而同時維持完整的功能。

圖5C詳細地示出了用于將進入一個端口5122(參見圖5B)的相對高速度的稀釋氣體流轉換成在蒸發室5100的出口處相對均勻的較低速氣體流的這些部件的分解描述。圖5A和5B包含了表明了組裝后的部件的截面以及流動調節器正面視圖,指明了用于該稀釋氣體的端口5122和用于該壓縮氣體的端口4028的位置。該流動調節器由四個主要部件組成:一個歧管1020、兩個隔流板5102、5103以及一個逆流管1102。如圖4A和圖4C所示,該歧管1020具有用于壓縮氣體的輸入口4028、用于稀釋氣體的輸入口5122、噴嘴夾持件被插入其中的接收座4030、中央穩定化支柱4040、用于逆流管的接收座4041和兩個圓周臺階4011和4012以及在該支柱4040末端上的一個臺階4013。這些臺階促進了這兩個隔流板5103和5102(參見圖5C)的牢固定位。當然,這兩個隔流板5103和5102可以作為單件而一體地制造。該流動調節器的歧管1020包括聚醚酰亞胺或具有優異尺寸穩定性的其他強耐熱性的非導電材料,正如這兩個隔流板5102和5103。這些隔流板在正常操作和處理過程中如圖5所示保持在位。它們是易于去除和更換的。這個功能是通過隨后描述的特別設計特征而實現的。該流動調節器上用于稀釋氣體的進氣端口5122是用標準的22毫米透氣性凸形楔形件形成的。這個端口配合在接頭1007(參見圖1)中的對應的凹形楔形件(未顯示)中。因此,該流動調節器通過重力被恰當地夾持在位。

用于壓縮氣體的端口4028被定位在該流動調節器歧管1020之內。流經這個端口的壓縮氣體被一分為二。一個流束被引導穿過通道4036到達該中央接收座4030內的環形凹槽4071中。在該中央共軸的接收座4030中的環形凹槽4071的任一側上的多個凹槽中存在多個O形環4033。該分流器還被連接至一個限制件4024上,該限制件進而通過該逆流接收座4041被連接至該逆流管1102上。

該逆流管1102具有一個180度彎頭5016,該彎頭反轉了氣流方向并且引導氣流朝向由該噴嘴1024所產生的迎面的氣溶膠羽流2106。該逆流管具有一個附接在其一側上的小板5029,當插入該流動調節器中時該小板與該流動調節器支柱4040中的一個槽縫5031相互作用,這樣使得當該逆流管就位時,該逆流管與該噴嘴1024是精確地共軸的。在一個優選的構型中,該逆流管包括口徑12的不銹鋼管路。在一個優選的構型中,該逆流管的出口與該噴嘴1024相距2英寸。這并不排除管直徑與噴嘴到逆流的距離的其他組合,而是形成了一個實例。

這兩個隔流板5102和5103被設計成用于減小該進入的稀釋氣體的徑向速度并且用于分配氣體,這樣使得在該蒸發室5100的出口處具有接近均勻的速度。該流動調節器的這些部件被構造成易于組裝和拆卸而同時維持完整的功能。這兩個隔流板5102和5103將該歧管1020的室分成兩個壓力/流動平衡室5021和5222。隔流板5102具有略微大于隔流板5103圓周的直徑。隔流板5103具有一個“煙囪”5134,該煙囪具有多個環圓周地布置的孔洞5009。該煙囪的頂部具有一個環圓周的凸緣5007,該凸緣為該第二流動調節器提供了穩定化手段。將隔流板5103插入該流動調節歧管的室中,使得它就座于該流動調節器內部的階梯狀環圓周臺階4012上以及該歧管1020的中央支柱4040上的環圓周臺階4013上。將該隔流板5102插入該流動歧管1020的室中,使得該隔流板就座于該歧管中的臺階4011上。

注意到,在該流動調節器歧管1020與該第一隔流板5103之間具有四個接觸表面(參見圖4C和圖5A)。這些表面提供了該隔流板在該殼體內的穩定入座。同樣,這多個接觸表面促進了這個第二流動調節器容易地就座、還將其固定在位,這樣使得它在該裝置的正常處理和操作過程中不會掉出或移動。同樣值得注意的是,通過這多個臺階的使用,氣體流被引導穿過這些隔流板5102和5103(參見圖5C)中的孔洞5013、5023和槽縫5012,而不是穿過這些隔流板與該歧管1020之間的接觸區域而“泄露”。以此方式,通過這些流動通道的尺寸來控制了流動而不是泄露。避免了使用O形環。使用此類大O形環可能造成這些部件不易被患者或最終使用者組裝。這最大限度地減小了這個隔流板上的氣溶膠沉積。該隔流板5102具有一個中央孔5014,該噴嘴頸部2003穿過該孔而伸出。它具有一個接近矩形的孔5015以便促進該逆流管1102的插入。該隔流板5102的中央部分5017是隆起的。這促進了包括一個環圓周的凹槽5018。這個凹槽使得使用者能夠用他們的手指來抓握該外隔流板以便容易地插入該流動調節器歧管1020中并且從中取出。該流動調節器的隆起的中心具有一個凹形表面以便減少其表面上的氣溶膠沉積。

該流動調節器歧管執行多個功能,其核心是使該裝置成功運行。這些包括a)將該噴嘴夾持件精確地定位在該歧管接收座的中央軸線上;b)將壓縮氣體傳送并且分配至該噴嘴夾持件桶2001上的這些進入端口2008(參見圖2B)以及該逆流管1102(參見圖4C);以及c)稀釋氣體的進氣和再分配以實現在該蒸發室5100的出口處接近均勻的氣體流量(參見圖5A)。

壓縮氣體的分配

圖5A中可以看出,壓縮氣體經一個快速斷開式接頭5019和特氟綸管1031通過該流動調節器1020的歧管上的直角接頭1013而被連接。為了簡化該裝置的實用和使用,在該流動調節器歧管上僅有一個用于該壓縮氣體的連接器4028。壓縮氣體流通過使用被定位在該流動調節器歧管內的分流器被分配。一個流束被引導至一個環形凹槽、穿過通道4036而到達該中央接收座內的環形凹槽4071,該接收座將該壓縮氣體提供至該噴嘴夾持件。在該中央接收座4030的環形凹槽4071的任一側上的多個凹槽中的多個O形環4033進行密封以防該壓縮氣體泄漏。另一個流束穿過一個限制件4024,該限制件將逆流氣體的流速限制在與通過該霧化噴嘴1024進入時的相似或略微更大的體積流速。該液體氣溶膠羽流2106被來自該逆流管1102的端口5026的共軸逆流的氣體射流5120捕獲,這樣使得在該噴嘴與該逆流端口5026的中間有一個駐點5300(參見圖5A)。

該稀釋氣體流動調節器所執行的功能

來自該進入端口5122(參見圖5B)的輸入氣體流在該流動調節器第一級的中心支柱4040(參見圖4C)周圍的壓力平衡通道5021中被環圓周地引導。這個第一級是具有低氣體流阻的一個中空“環圈(donut)”。當該氣體垂直地穿過環圓周地位于該隔流板5103上的這些城齒5042之間的這些槽縫5012(參見圖5C)時,該氣體的旋轉速度減小。這些槽縫形成了一條流動路徑,該流動路徑的阻力高于形成了這個第一環圈形狀的壓力平衡室5021的通道的阻力。該氣體進入該流動調節器的第二級中、穿過這些槽縫5012而進入具有低流阻的第二環圈形狀的壓力平衡室5022。通過這個通道,它以兩個方式被分配:a)穿過“煙囪”5008周圍的多個孔5009并且隨后穿過該第二隔流板的中心部分中的多個孔5223,以及b)穿過該第二隔流板5102外部區域中的這些同心孔5013。這些孔(或縫隙)的位置和尺寸實現了在該虛擬撞擊器面部板處的一個均勻的流動輪廓,同時最大限度地減小了氣溶膠沉積在該第二隔流板5103和蒸發室5100的壁上。流向該蒸發室中心的氣體流部分地是通過這個“煙囪”中這些孔5009的大小而調節的。

蒸發室

圖6A、6B、6C和6D示出了該蒸發室5100(參見圖5A)的特征。該蒸發室5100裝配在該流動調節歧管1020與一個氣溶膠濃縮器6100之間。在一個優選的構型中,該蒸發室包括一個2.75英寸外直徑、2.56英寸內直徑、6英寸長的管,它是紅外輻射可透過的。其他類似尺寸也是可能的。在優選的構型中,這個管可以由石英或硼硅酸鹽玻璃制成。這個管被插入該流動調節器歧管1020的開放端中直到它抵靠該隔流板5102(參見圖5A)。該歧管開口和該管的尺寸是使得摩擦配合足以:a)支撐該管、以及b)防止從該室內部至大氣中的任何實質性的氣體泄漏。蒸發室的另一端被插入該虛擬撞擊器型氣溶膠濃縮器6100的一個加速板6110(參見圖6A)上的圓周凹槽6055(參見圖6A和7C)中。同樣這是一種恰當的摩擦配合。替代地,這個管5100的唇緣密封件或楔形末端以及在該歧管1020和該濃縮器加速板6110上的對應凹形楔形件可以被用來消除該蒸發室5100分別與該流動調節器歧管或該氣溶膠濃縮器6100之間的任何氣體泄露。

在該蒸發室的一側上并且與之相鄰是一個125W的快速加熱式紅外線燈泡6001。一個優選為拋物線形的紅外反射器6002被布置在該燈泡后面,這樣使得該燈泡的中心是在該反射器的焦平面中。另外,在該蒸發室5100的相反側上的一個紅外反射器6003再次增大了該蒸發室內的紅外輻射通量。在一個優選的構型中,這些紅外反射器是由磨光鋁制成。紅外反射器6003還可以包括該蒸發管上的一個金涂層。該反射器6002也可以用該紅外線燈泡6001上的金涂層替換。

為了增大蒸發速率,用紅外輻射來對流經該蒸發室5100的氣溶膠進行加熱。通過對流進行的熱傳遞與溫度梯度成正比。然而,通過輻射熱進行的熱傳遞與溫差的四次方成正比。水在紅外區域中具有強吸收譜帶。因此,該快速響應式紅外燈6001被定位在該蒸發室5100下方。紅外反射器6002增大了室5100內的紅外輻射通量。該蒸發室的石英或硼硅酸鹽玻璃是紅外線可透過的,使得紅外輻射能夠進入該室5100中。這個紅外輻射被氣溶膠顆粒中的水吸收。接著這個能量作為蒸發潛熱被驅散。同樣,布置在該蒸發室的相反側上的第二紅外反射器6003也增強了紅外能量在水性氣溶膠顆粒輸送穿過該蒸發室5100過程中向這些水性氣溶膠顆粒的傳遞。

逆流管

該蒸發室5100還包括逆流管1102(參見圖1和圖5A)。該逆流管被定位在接收座4041(參見圖4C和圖5A)中,其中附接至該逆流管上的一個小板5029(參見圖5C)被定位在該歧管1020的支柱4040(參見圖4C)中的槽縫5031中。這個管(接收來自該分流器5052(參見圖5A)的氣體)具有一個180度彎頭、其后是一個短而直的區段。這個彎頭的曲率是使得當該小板5029(參見圖5C)正確地插入該歧管1020中的槽縫5031之中時,該逆流管的端口5026與該室的中心和該氣溶膠噴嘴的孔口1024是精確地共軸的。

來自該分流器5052的壓縮氣體流經該逆流管并且從該逆流端口5026離開。這樣產生的氣體射流與該氣溶膠羽流是共軸的但是具有與之相反的方向。該逆流管1102的短而直的區段確保了逆流氣體的對稱射流。這個氣體射流的流速是使得該氣溶膠羽流2106在該噴嘴孔口1024與該逆流管1102的端口5026的中間5300處被捕獲。

氣溶膠濃縮器

在圖7A、7B、7C、7D、7E和7F詳細地示出的該虛擬撞擊器被用來對來自該蒸發室5100的輸出氣溶膠進行濃縮。如圖7C所示,該蒸發室5100的硼硅酸鹽/石英管在該虛擬撞擊器6100的加速板6110中的圓周凹槽6055之中形成了恰當的配合。返回圖7A,該虛擬撞擊器包括:該加速板6110,該加速板包含多個長的加速縫隙噴嘴7002、中等縫隙噴嘴7102以及多個短的加速縫隙噴嘴7202;以及一個虛擬撞擊減速板7020(參見圖7B),該減速板包含互補的多個長的減速縫隙噴嘴7003、中等減速縫隙噴嘴7103以及短的減速縫隙噴嘴7203。附接至減速板7120上的是排氣罩7021和排放端口7022(參見圖7D和7E)。由該加速面部板6110、該減速板7020和該排氣罩7021形成的通氣室7004提供了一條用于該排氣的低阻力流動路徑,該排氣從這些加速噴嘴7002、7102、7202的尖端與該加速噴嘴7003、7103和7203上的接收縫隙之間的空隙7300排出。該加速板6110恰當地配合在該虛擬撞擊器減速板7020中,使得長的加速噴嘴7002、中等加速噴嘴7102以及短的加速噴嘴7202分別與該長的減速噴嘴7003、中等減速噴嘴7103以及短的減速噴嘴7203精確地對齊。在這些加速噴嘴與這些互補的減少噴嘴的孔口之間具有一個小空隙7300。這些加速噴嘴的縫隙是1.1毫米寬。這些接收縫隙是1.4毫米寬并且被定位成使得這些加速噴嘴與這些減速噴嘴的縫隙之間的空隙7300是1.3毫米。所提及的這些是作為一個實際的解決方案,而并不旨在排除其他類似的尺寸。為了防止夾帶在該排氣中的顆粒進入大氣中,可以將一個過濾器(未顯示)附接在該離開端口7022上。

雖然之前已經描述了虛擬撞擊器型氣溶膠濃縮器,但是這個濃縮器具有特定的新穎特征而使得本發明非常適合于所提出的功能。該濃縮器被優化成用于將由該噴嘴1024(參見圖1)產生的最大質量分數的可吸入的氣溶膠傳送至該輸出口。因此該濃縮器被優化成在該可吸入范圍內(即,1至5微米的空氣動力學直徑)表現最好。因此,對本發明的目的而言,可以認為這個輸出的氣溶膠包括大于0.5微米的空氣動力學直徑的顆粒。因此,該虛擬撞擊器應該濃縮小于或等于5微米空氣動力學直徑的盡可能多的顆粒。這一點與該濃縮器上的最小壓降和不存在任何氣體負壓而從這些噴嘴與這些接收縫隙之間的空隙中去除排氣的要求一起,需要結合若干個新穎的設計特征。

1.徑向地安排十六個加速縫隙噴嘴7002、7102和7202,如圖7A所示。選擇其設計以使得排氣徑向地從該濃縮器中離開,而對于穿過這些加速噴嘴7002、7102和7202與這些減速噴嘴7003、7103、7203之間的氣溶膠射流的干擾最小。這些較短的縫隙噴嘴7102、7202被設計成用于保持跨越該蒸發室和該濃縮器的流動是盡可能均勻的。注意,這個構型還將這些加速和減速噴嘴的縫隙的總累計長度最大化。在優選的設計中,這些加速噴嘴的總累計長度是18厘米,但是從10至25厘米的其他累計長度也是可能的。

2.這些加速噴嘴的輸入口的楔形表面被設計成具有拋物線輪廓7008(參見圖7C)以便最大限度地減小為了加速該氣溶膠到噴嘴的速度所需要的壓力差,同時最大限度地減少氣溶膠在該濃縮器6100的加速板6110的面部的沉積。

3.同樣,這些減速噴嘴7003、7103和7203的輸出錐體也是帶拋物線刻紋的、具有拋物線狀的輪廓7009(參見圖7C)以便降低穿過該濃縮器的阻力并且最大限度地減小氣溶膠在該濃縮器的輸出口處的紊動。

4.另外,這些加速噴嘴7002、7102的下游表面以及該加速噴嘴7003、7103的上游表面是帶刻紋的以便將降低這些噴嘴之間的排氣的阻力。該帶刻紋的形狀在該加速板與減速板之間、在未提供這些帶刻紋的加速和減速通道的位置處留下了1厘米或甚至更大的空隙,即,留下了寬的徑向通道以便具有低顆粒濃度的被分開的排放體積流來流經這些通道而朝向該罩、并且最終穿過該排放端口7022(參見圖7E)而離開該系統。同樣,這能夠去除該排放體積流而對氣溶膠射流的擾動最小。這些上游和下游表面的外形(被設計成用于將平坦表面和尖銳的銳角最小化)對該濃縮器的整體性能是很重要的。值得注意的是,與平坦的虛擬撞擊板內的縫隙相比,示出的這些減速噴嘴的下游外形顯著地提高了該濃縮器的效率。

5.為了促進這些加速噴嘴7002、7102、7202與其對應的減速噴嘴7003、7103、7203的精確對齊,一個定位圓柱體7010(參見圖7A)和一個緊密配合的凸形圓柱體7011確保了該濃縮器噴射板與該接收板的共軸對齊。這一點與一個凸形十字7115和緊密配合的凹形十字形接收座7013一起確保了這些噴射縫隙與這些減速噴嘴的接收縫隙精確地對齊。

6.該加速板6110和減速板7120通過使用一個居中布置的螺套7014和螺釘7015(參見圖7F)是容易分開的。這有助于多次組裝和拆卸以及對沉積在這些板內表面上的任何氣溶膠的清潔。

7.該濃縮器的下游側上的一個空腔7016(參見圖7C)被設計成允許來自這些接收縫隙的湍流衰減并且因此減小該輸出錐體上的不希望的氣溶膠沉積。

8.該罩7021(參見圖7E)具有一個帶刻紋的離開通道7106并且該離開端口7022具有一個標準的22毫米的楔形件,該楔形件促進了一次性過濾器(未顯示)的連接。

通過使用圖7A、7B、7C、7D、7E和7F所示的虛擬撞擊器來對該蒸發室5100輸出口處的氣溶膠進行濃縮。當來自該蒸發室5100的氣溶膠穿過這些加速噴嘴7002和7102以及7202時,該氣溶膠被加速。在這種情況下,通過使用長(7002)、中等(7102)和短(7202)的縫隙噴嘴構型將流動阻力最小化。由于這些氣溶膠顆粒具有遠高于它們懸浮于其中的氣體和水蒸汽分子的動量時,這些顆粒越過該空隙7300并且進入這些減速噴嘴7003、7103和7203中。該濃縮器的輸出口的氣溶膠流速總體上僅是輸入流速的1/5至1/10。輸入氣體流速與輸出氣體流速之間的氣體流速差被通過這些縫隙之間的空隙7300(參見圖7C)被耗盡并且進入該通氣室7004。該輸出口處的經濃縮的氣溶膠成漏斗狀穿過一個經空氣動力學設計的輸出錐體7006,以便傳送至患者或用于其他所希望的目的。

在一個優選的構型中,在該輸出口的外壁上,該濃縮器的空腔7016上具有一個1至2厘米的寬廣凸緣7030。這有助于該輸出錐體7006的布置,該輸出錐體在其入口處具有匹配的內徑以及一個臺階7031,因此不存在流動的中斷。該錐體的輸出口具有一個標準的22毫米的呼吸器楔形件7032(參見圖7F)以便允許輕易連接至吸入管或過濾器(未顯示)上。

實例

發現該稀釋加熱器的流阻在100、150和200升每分鐘下分別是0.12、0.3和0.5英寸的水上。該流動調節器的流阻被確定為在150升每分鐘下為1英寸的水并且在200升每分鐘下為1.8英寸的水。當該濃縮器的輸出流速是40升每分鐘時,該氣溶膠濃縮器的流阻被確定為在低于300升/分鐘的所有測試輸入流速下均小于1毫米的水。當該濃縮器的輸出流速是40升/每分鐘時,該蒸發室內部的壓力在100、150、200、250和300升/分鐘的室流速下分別是0.3、0.8、1.4、2.2和2.7英寸的水。

通過使用一個輸液泵將16%的牛血清白蛋白溶液供送至該噴嘴并且以1毫升/分鐘對其進行霧化。該噴嘴壓力是20至24psi并且該稀釋氣體流量是200升/分鐘。以40升/分鐘對來自該濃縮器下游的所得干燥氣溶膠測量兩分鐘。所收集的質量是通過重量分析法確定的。典型地收集180至210毫克。因此該裝置的輸出量為約100毫克每分鐘。

發現該裝置整體的總效率是64%。發現僅該濃縮器的效率是85%。

將紅色食用色素4號(0.2%)作為示蹤劑添加至該16%的白蛋白溶液中。在相似的條件下,通過馬普爾米勒(Marple?Miller)級聯撞擊器以30升每分鐘對一個白蛋白氣溶膠進行取樣。該撞擊器的每級都用水沖洗3次并且每級上的相對質量是通過分光光度計在508納米確定的。在對數概率紙上繪制累計質量。發現質量中位直徑是3.4μm。發現所收集的氣溶膠的85%是在可吸入范圍內,即所有級的總和總計并且包括5微米。

為了確定該經霧化的蛋白是在穿過該霧化器時被降解,對豬的胰蛋白酶進行霧化并收集。將這個胰蛋白酶溶液布置在一個鋪滿細胞培養基上。看到這些細胞與底物分離。與相似濃度的尚未被霧化的胰蛋白酶的結果之間沒有看出差異。

為了估計所產生的白蛋白顆粒的形狀和表面特性,在12毫米直徑的Millipore過濾器上收集該輸出口處的顆粒。該過濾器被布置在一個具有相似流動特性的較大過濾器的中心處。接著,將這個過濾器安裝在一個電子顯微鏡螺柱上并且直立儲存在一個干燥器中。用鈀金對每個樣品進行濺射并且在倍率1500的SEM上記錄多個隨機圖像。發現這些白蛋白顆粒是球狀的,具有光滑的表面。

本披露的說明書中所描述的這些實施例提供了用于從液體溶液或懸浮液產生濃縮的干燥可吸入顆粒的實用、緊湊且便攜的裝置。本披露在小的實際臨床裝置中提供了用于產生水性氣溶膠并且通過稀釋和加熱來快速地蒸發該水性氣溶膠、并且此后將所得的顆粒進行濃縮并且以與正常的吸氣流量的整個范圍兼容的流速來傳送它們的方式。

在此描述了在實施例中包含許多有價值的特征,這些特征:i,能夠改善功能、ii促進這些實施例的實際使用、并且iii.具有臨床上的優點。

除其他優點外,本發明的實施例尤其實現了以下方面:

a)從與蒸發室直接相鄰的來源向新近形成的水性氣溶膠顆粒提供了在水的最大紅外吸收波長處的輻射熱。

b)允許該裝置與不同的噴嘴夾持件構型一起使用并且允許這些是容易地可互換的。這些噴嘴夾持件使得壓縮氣體能夠被傳送至中央孔口或中央流體流周圍。這些噴嘴夾持件被鍵聯至該流動調節器上并且可以包括或可以不包括一個可壓縮流體儲存器。

c)提供了一個裝置用于:在一個方向上的經加熱的高速度逆流氣體流束以及在相反方向上的均勻的較低速度流,同時允許由氣溶膠羽流和逆流氣體造成的干擾。這是使用兩級流動調節器以最小壓降實現的。

d)通過使用具有約1.1毫米寬的徑向輸入縫隙以及1.4毫米寬的輸出縫隙的可變長度縫隙濃縮器來有效地濃縮可吸入氣溶膠而在輸入與排氣之間具有最小壓降,其中在上游和下游表面二者上該輸入和輸出錐體本質上都是拋物線的。

e)通過包含一個空腔以允許渦流松弛而將由于該濃縮器的輸出口處的湍流造成的任何氣溶膠沉積最小化。

f)通過利用一個內部拋物線形的輸出錐體提供了一個用于在輸出口處傳送經濃縮的氣溶膠的有效裝置。

g)消除了大直徑上的高壓連接件,因此該裝置可以容易地組裝并拆卸以便清潔。

h)降低了氣體流動的阻力從而使得能夠構造小裝置而使用小鼓風機來提供該稀釋氣體。

i)將該裝置的各個部件之間的氣體和/或氣溶膠的泄露最小化,同時通過包括至少兩個并且優選地3或4個相互垂直的表面而維持各個部件之間的結構整體性連接。

j)有助于提供與該氣溶膠羽流精確共軸的并且與該氣溶膠羽流具有相反方向的可去除的逆流氣體,一個逆流管被鍵連至一個流動調節器中。

k)將經加熱的壓縮氣體提供至該噴嘴和該逆流管二者,同時通過將一個分流器和流量調節孔口結合在該流動調節器中而將熱損失最小化。

1)通過在該濃縮器中心中具有一個隆起的凸形圓柱形突出部和十字以及相反的凹形凹陷,有助于容易且精確地組裝和拆卸這些濃縮器板。這些提供了軸向和旋轉意義上的高精確對齊。

m)通過使用罩和過濾器端口防止該排氣流中的任何氣溶膠污染大氣。

n)提供處于小的正壓力下的經濃縮的氣溶膠作為有困惱的患者的壓力輔助以便產生足夠的吸入壓力和流動從而觸發其他干粉吸入裝置。

o)通過將這些實施例的可消毒部件與該裝置內部的正壓一起使用來產生、干燥并且濃縮接近無菌的氣溶膠。

在下文中,總結了根據本發明的實施例。

氣溶膠的產生

將有待霧化的液體供送至該噴嘴夾持件的輸入端口2005中并且經多個通道傳遞至該噴嘴1024。將用于霧化有待霧化的液體所需要的壓縮氣體提供至接頭1019。它穿過加熱器1011,在該加熱器中氣體被加溫至所需溫度。這個溫度是用熱電偶測量的并且該加熱器是使用PID控制器進行調節的。這個經加熱的氣體被分成兩個流。一個流束被引導穿過一個通向該逆流管1102的流量限制孔口5024。剩余的流束行進至該環形凹槽4071中并且從那里進入這些桶端口2008、3008并且由此到達該噴嘴1024。該噴嘴中有待霧化的液體與該高壓氣體的相互作用導致產生了液體氣溶膠的羽流2106。該逆流管中的暖和氣體被引導至與該羽流共軸但是方向相反的氣溶膠羽流中。這個氣體流在該噴嘴與該逆流管的末端的中間捕獲了該氣溶膠羽流。將這個經加熱的氣體注入該氣溶膠羽流中增強了該液體溶劑的快速蒸發。

如圖1所示,該氣溶膠處理系統包括兩個氣體加熱器:一個氣體加熱器1011,用于加溫該壓縮氣體以便產生氣溶膠并且提供一個逆流5120(參見圖5A)以便捕獲該氣溶膠羽流2106;并且另一個氣體加熱器1004,用于加溫用于稀釋該氣溶膠的氣體。這些暖和氣體流在一個流動調節器內被分配給其對應的功能。在該流動調節器歧管1020(參見圖5A),該壓縮的暖和氣體被分成兩個部分:一個被路由穿過該噴嘴夾持件2001的桶以便在該噴嘴的尖端處產生氣溶膠;并且另一個用于形成與該噴嘴羽流2106共軸但是方向相反的逆流氣體流5120。通過使用一個輻射加熱器6001以及其他相關聯的反射器6002和6003來增強該氣溶膠在經過蒸發室5100時的蒸發。使該氣溶膠加速穿過該低阻力虛擬撞擊器的加速板6110(參見圖7A)中的噴嘴7002、7102和7202。具有比氣體分子高得多的動量的這些顆粒越過一個空隙并且穿過該減速板7120中的減速噴嘴7003、7103和7203的縫隙而進入這些輸出口收集錐體中。當該虛擬撞擊器的輸出口處的氣溶膠流速低于該進入該虛擬撞擊器時的流速時,殘留氣體在該加速板6110與減速板7120之間被排放。這些顆粒中大多數穿過該減速板7120中的縫隙并且因此包括該輸出氣溶膠。

圖1展示了本發明的氣體輸入和調節部件的示意圖。根據需要提供一個任選的氣體干燥室1002以供使用。這個干燥器的室中填充了干燥劑1003。一個微型鼓風機1001通過一個流量測量裝置1023被連接至一個稀釋氣體加熱器1004上。這個加熱器1004通過該直角接頭1013被連接至該流動調節器歧管1020上的入口4028上。一個熱電偶(未顯示)位于這個直角接頭的管腔中。該流動調節器具有被帶有多個槽縫5012的隔流板5103所分開的兩個環圈形通道5021、5022,這些槽縫允許氣體從一個通道5021通向另一個通道5022。該流動調節器的第二級通過這個第二流動調節器5102中的這些孔5013、5023被連接至一個蒸發室5100上。該蒸發室5100定位在該流動調節器歧管1020與一個氣溶膠濃縮器6110之間。該氣溶膠濃縮器具有多個徑向安排的加速噴嘴7002、7102、7202,這些噴嘴也被連接至該排放通氣室7004上。這些減速噴嘴7003、7103和7203是在這些加速噴嘴7002、7102和7202的緊密附近并且分別與這些噴嘴對齊。這些減速噴嘴的下游末端與該湍流衰減空腔7016以及氣溶膠收集錐體7006相鄰。這個收集錐體被連接至一個所希望的調節該輸出流量的輸出裝置或人(未顯示)。

將壓縮氣體提供至接頭1019。這個接頭被連接至該壓縮氣體加熱器1011上。這個壓縮氣體加熱器被連接至該流動調節器歧管1020上的輸入端口4028之上。這個端口4028被連接至一個分流器上。這個分流器的一側經一個流量限制孔口5024被連接至該逆流管1102上。這個分流器的另一個側被連接至一個環形凹槽4071上。這個環形凹槽與該噴嘴夾持件上的多個端口2008接界。這些端口穿過多個通道被連接至該噴嘴1024上。該流體端口2005在一個優選的構型中是一個魯爾接頭。這個端口2005通過多個通道被連接至該噴嘴1024上。

本發明結合了一個新穎的易于更換的一體式噴嘴夾持件和噴嘴1024。將該噴嘴夾持件的桶2001或3001沿著該流動調節器歧管1020的中心軸線插入該圓柱形接收座4030中。如所指出的,這個歧管中的一個圓周凹槽4071與該噴嘴夾持件2001、3001上的桶上的這些端口2008相鄰。

通過一個小鼓風機1001來提供用于稀釋并且幫助蒸發液體氣溶膠的氣體。這個氣體的流量是在該氣體經過該流量計1023時測量的。這個氣體在穿過該加熱器1004時被加熱。這個高速暖和氣體穿過該直角通道1007而到達該入口5122。這個氣體流在穿過這些壓力平衡室5021、5222和這些隔流板5103、5102時被轉換成具有相對均勻速度的流。這個高速稀釋氣體通過這個非常低阻力的流動調節器被轉換以便在該蒸發室5100中提供均勻的氣體流,使得該輸出氣溶膠在進入該虛擬撞擊器(圖7A、7B、7C、7D、7E、7F所示)的加速板6110(參見圖6A)時其速度是相對均勻的。

當該氣溶膠流經該蒸發室時,該氣溶膠被夾帶在該稀釋氣體內并且進一步被該稀釋氣體蒸發。這種蒸發通過來自該紅外燈6001的紅外輻射而增強。現在該固相氣溶膠進入這些加速噴嘴7002、7102、7202中而形成多個氣溶膠射流。這些射流中的大多數氣溶膠進入這些減速噴嘴7003、7103、7203并且被傳遞至該輸出錐體7006。大部分氣體(具有遠小于這些顆粒的動量)通過該排放通氣室7004被排放。

為了促進在一個受限空間中該水性氣溶膠的快速干燥,來自由壓縮氣體提供動力的噴嘴的氣溶膠羽流優選地被稀釋氣體捕獲并且與之混合。這個稀釋氣體應該被加溫。美國專利申請200701445傳授了使用共軸的逆流射流來捕獲氣溶膠羽流。然而,該射流氣體和該逆流氣體均未被加熱,更不必說超過100攝氏度。這個熱氣體提供了蒸發潛熱從而促進這些氣溶膠小滴的極其迅速的蒸發。盡管這個輸入氣體溫度高,但是該羽流內的溫度總體上低于30攝氏度。這些顆粒通過蒸發潛熱被冷卻。因此,這個熱氣體的提供不會導致所產生的氣溶膠中任何蛋白質的變性。

水平系統

美國專利申請200701445中描述的虛擬撞擊器型濃縮器具有2.5微米的截斷值。這個現有技術的系統回避了收集和再懸浮干粉末物混合物的必要性,這是一個耗時的并且潛在有浪費的過程。然而,這個液體至干粉氣溶膠發生器在相對高壓(20-50psi)下使用直至300升的稀釋氣體。這需要一個5馬力的壓縮機和一個加壓氣體罐。這樣大且昂貴的壓縮機和/或大壓縮氣體罐的介入使得該現有技術裝置對家庭使用而言是不切實際的。

根據本發明的系統的一些新穎特征是該流動調節器和該虛擬撞擊器以及該可替換的筒/噴嘴。另外,通過降低這些氣體加熱器和這些互連部件上的壓降而實現了其他優點。

這促進了具有小于1的密度的蛋白質氣溶膠的產生、稀釋、蒸發以及濃縮,這提供了尺寸為約1微米及以上的顆粒的高濃縮氣溶膠以便傳送至呼吸道。這是一個緊湊的裝置,其稀釋氣體可以在該整個體積流量中、從該稀釋空氣鼓風機下游穿過該裝置時處于僅1-3英寸水的壓降下。這需要之前的系統(美國專利申請公開號200701445)內固有的壓降的實質性減小。

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本文標題:緊湊、低流阻的氣溶膠發生器及其操作方法.pdf
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