一種干粉定量給藥裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析

李根生，石更強(qiáng)，趙敏，孟胡齊

(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093)

1 引 言

哮喘、慢性支氣管炎等呼吸系統(tǒng)疾病，病程長、治愈難，需要長期用藥[1]。起效慢的傳統(tǒng)劑型，服用不便。早期的霧化吸入劑與壓力定量氣霧劑雖然可解決上述問題，但這些藥劑的使用會(huì)破壞臭氧層拋射劑氟里昂，同時(shí)會(huì)引起心律不齊[2]。況且壓力定量氣霧劑不適合大劑量使用，而有些藥物需大劑量才能起效。干粉吸入劑能克服上述問題[3]。干粉吸入給藥方式對呼吸系統(tǒng)疾病的治療被廣大的患者所接受，目前正成為多肽蛋白質(zhì)類藥物的新型給藥途徑[4]。近些年隨著肺部吸收藥物機(jī)制的深入研究及干粉吸入裝置設(shè)計(jì)技術(shù)不斷提高，制成干粉吸入劑的藥物種類也越來越多[5]。干粉吸入劑的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：給藥無胃腸道酶解；無肝首關(guān)效應(yīng)；肺泡吸收面積大、由單層上皮細(xì)胞構(gòu)成，藥物吸收迅速，可直接進(jìn)入體循環(huán)，起效快[6]。同時(shí)將藥物制成干粉，也解決了難溶性問題，且能保持藥物較好的穩(wěn)定性[7]。干粉吸入劑作為新興的劑型，采用獨(dú)特的微粉化技術(shù)和特殊的給藥裝置，由于其使用簡單、易于攜帶，逐漸被市場接受[8]。

1967年第一單劑量干粉吸入裝置在英國出現(xiàn)，隨著干粉吸入劑型的發(fā)展，新型干粉吸入裝置也不斷更新[9]。目前市場的干粉吸入器，按藥物儲(chǔ)存方式不同，將干粉吸入裝置分為膠囊型、儲(chǔ)庫型，根據(jù)劑量分為單劑量和多劑量型，根據(jù)氣流動(dòng)力來源可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式[10]。美國的Theratech治療技術(shù)公司向Innovative Devices公司購買了干粉吸入裝置的專利使用權(quán)；禮萊與Inhale公司合作開發(fā)治療骨質(zhì)疏松癥的藥物雷洛昔芬干粉制劑；Genteon公司與Inhale公司合作開發(fā)治療肺氣腫的干粉吸入劑[11]；輝瑞公司與Inhale公司合作開發(fā)胰島素干粉吸入劑等[12]。國內(nèi)對干粉吸入器的開發(fā)僅限于起步階段，我們設(shè)計(jì)了一種干粉定量給藥裝置，體積小，便于攜帶，操作簡單。

2 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理

本裝置整體分為三個(gè)部分：噴嘴，主體，底部旋蓋。各組件見圖1。旋轉(zhuǎn)底部旋蓋2時(shí)，帶動(dòng)定量盤6轉(zhuǎn)動(dòng)(其余部件不動(dòng))，存儲(chǔ)在藥艙4中的藥粉在刮粉板5的作用下落入定量盤6中，此時(shí)，定量盤的長軸上的小齒已撥動(dòng)計(jì)數(shù)齒輪3一格，進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)定量盤6的定量孔對準(zhǔn)擋桶7的落藥孔時(shí)，藥粉下落，經(jīng)過彈簧擋板9上的落藥孔落入噴嘴10中，旋轉(zhuǎn)噴嘴10一圈，借助彈簧擋板9下部的刮粉板的作用將所有藥粉刮入噴嘴10的通道內(nèi)，使用者便可直接將藥粉吸入。三維爆炸圖見圖1 ，零件實(shí)物圖見圖2，實(shí)物裝配圖見圖3。

1、螺紋蓋 2、底部旋蓋 3、計(jì)數(shù)齒輪 4、藥艙 5、刮粉板 6、定量盤7、擋桶 8、彈簧 9、彈簧擋板 10、噴嘴 11、防塵帽12、外殼

3 性能試驗(yàn)和機(jī)構(gòu)分析

干粉吸入裝置是用來將藥粉微粒傳遞至患者肺部深處的裝置，所以肺部沉積率是評價(jià)干粉吸入裝置性能的最主要指標(biāo)[13]。對于治療效果的評價(jià)，一般首先使用體外沉積實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測試，用設(shè)備模擬人體吸入過程，對裝置作出評價(jià)[14]。測試中的釋藥穩(wěn)定性對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大的影響，是指裝置每次可以吸出的藥物量是否穩(wěn)定，這與裝置整體裝配設(shè)計(jì)有關(guān)，穩(wěn)定釋藥不但是實(shí)驗(yàn)過程中需要解決的，同時(shí)是商品化時(shí)必須考慮的。因此，沒有實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定釋藥，整個(gè)研究就沒有實(shí)際意義[15]。所以，有必要對模型進(jìn)行釋藥穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖2 定量給藥裝置的實(shí)物圖

(a) Diagram of the components;(b) Assembly physicalfogure

3.1 試驗(yàn)材料與裝置

實(shí)驗(yàn)材料是乳糖，目前大多數(shù)干粉吸入裝置藥物載體都是使用乳糖，所以，本實(shí)驗(yàn)用乳糖來模擬干粉吸入劑中的藥物，測試釋藥穩(wěn)定性。釋藥穩(wěn)定性測試裝置有實(shí)物模型及其配套零件(進(jìn)氣口、出氣口、支撐結(jié)構(gòu)、固定裝置等)。肺部沉積實(shí)驗(yàn)裝置，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)粒度分布的特點(diǎn)、使用者的要求(方便性)、評價(jià)吸入劑的合理性等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先確定影響撞擊器的收集效率和截止直徑范圍的因素, 包括與撞擊器級、噴嘴和級間氣流通道的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)的幾何學(xué)布局; 其次是撞擊器中各級的相對位置、使用的材料等, 這與化學(xué)相容性、可靠性和操作便利性等有關(guān)。釋藥穩(wěn)定性測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)將實(shí)物模型與體外沉積實(shí)驗(yàn)裝置配套，組成釋藥穩(wěn)定性測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

3.2 試驗(yàn)方法

先清潔好裝置，藥倉內(nèi)裝好藥物組裝好，用電子天平稱重，然后安裝在模型支架上，其余裝置按原理圖連接好，打開真空泵，調(diào)節(jié)好氣流控制器60 L/min，NGI模擬肺部吸氣。

每吸一次稱量一次總重，求出差值就是每次吸出的藥物重量，再與設(shè)計(jì)藥物量作對比得出數(shù)據(jù)圖，更直觀的觀察每次藥物損失情況。

圖3 釋藥穩(wěn)定性點(diǎn)狀分布圖

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

通過釋藥穩(wěn)定性點(diǎn)狀分布圖可以看出，在60吸的過程中藥物釋藥質(zhì)量穩(wěn)定在10%的范圍內(nèi)波動(dòng)，不僅是在釋藥誤差上，而且在持久性上得到了驗(yàn)證。所以該結(jié)構(gòu)具有一定科學(xué)道理的，理論上可行，同時(shí)得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本裝置釋藥穩(wěn)定性已經(jīng)達(dá)到使用要求。

4 總結(jié)

干粉吸入裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)和對藥物劑型的研究是開發(fā)干粉吸入劑的主要部分。本研究介紹了國內(nèi)外現(xiàn)有的干粉吸入劑，對于一種新型干粉吸入裝置的釋藥穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)因素進(jìn)行了深入理論研究。我們利用真空泵、流速控制裝置和NGI模擬人使用干粉吸入劑的過程，用來測試模型的釋藥特性。本裝置零件數(shù)量少、結(jié)構(gòu)簡單小巧、使用方便，有較好的推廣前景。