家用分層全自動中藥煎藥機(jī)的研制

湯 波，張吉菲

（上海市浦東新區(qū)光明中醫(yī)醫(yī)院，上海201399）

0 引言

中藥作為中華民族的傳統(tǒng)醫(yī)藥，在傳承和發(fā)展過程中不斷汲取中華文化的營養(yǎng)，形成了獨(dú)具特色的中醫(yī)藥文化。其中，中藥湯劑是中藥最為古老的劑型之一，在目前中醫(yī)臨床應(yīng)用中也最為廣泛。湯劑因其能充分適應(yīng)中醫(yī)辨證施治的需要，且具有療效快、易吸收、作用強(qiáng)以及藥味加減便捷等幾大特點(diǎn)，成為廣大患者服用中藥的首選方式。然而，中藥湯劑的煎煮質(zhì)量直接影響著藥物對人體的作用力度，是否正確煎煮和服用中藥湯劑將對病情的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響[1]。

經(jīng)過對現(xiàn)有家庭煎藥方式的初步調(diào)研，發(fā)現(xiàn)家庭煎藥出現(xiàn)諸多問題[2]，如藥材浸泡時間過久，先煎、后下等特殊藥材煎煮方式不當(dāng)，煎煮時間過長，火候把握不當(dāng)?shù)?，往往會?dǎo)致不能達(dá)到最理想的煎藥效果。中藥湯劑在煎煮的過程中需要根據(jù)藥物的特殊煎煮要求進(jìn)行特殊的操作處理，加水、煎煮時間的控制以及煎煮的火力大小都是整個煎煮過程中需要持續(xù)關(guān)注的重要環(huán)節(jié)，只有控制好這些因素才能使湯劑的藥效達(dá)到最佳。普通人群或者接觸中藥時間較短的患者對于這些操作要求肯定不能完全做到，即使是長期喝中藥的患者也不可能保證每次都能煎煮得恰到好處。

目前市面上的全自動家用煎藥機(jī)的自動化功能多體現(xiàn)在控溫和定時，在煎藥過程中缺少了對傳統(tǒng)中藥煎煮理念的傳承，無法滿足先煎、后下等藥材的特殊煎煮要求，也無法對藥材的浸泡、加熱、煎煮以及重復(fù)二煎進(jìn)行一體化全自動運(yùn)行，故并不能稱之為真正的全自動煎藥機(jī)。

本文設(shè)計(jì)的家用分層全自動中藥煎藥機(jī)通過將煎藥鍋進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，結(jié)合數(shù)控電腦板，將進(jìn)水、浸泡、加熱、恒溫、先煎、群煎、后下、出液、重復(fù)二煎等過程實(shí)現(xiàn)全程自動化[3-6]。患者只需按照先煎、群煎、后下順序分別將藥物放入對應(yīng)位置，選擇對應(yīng)操作按鈕與加水量，點(diǎn)擊啟動鍵即可進(jìn)行煎煮。煎煮開始后，無需患者進(jìn)行其他操作即可通過電腦板控制中藥湯劑煎煮全過程的自動運(yùn)行，煎煮結(jié)束后湯藥即可服用。家用分層全自動中藥煎藥機(jī)不僅滿足了患者足不出戶自行煎藥的要求，還能達(dá)到全程無需看管的煎藥過程，將便捷與高效合為一體，確保了傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論的煎煮要求，減輕了使用者的勞動強(qiáng)度，保證了湯劑的煎煮質(zhì)量[7]。

1 設(shè)計(jì)

1.1 原理

為滿足傳統(tǒng)中藥煎煮理論對特殊藥材的煎煮要求，家用分層全自動中藥煎藥機(jī)通過內(nèi)置電腦板控制鍋蓋頂部的電動機(jī)并帶動上層煎藥鍋中的旋轉(zhuǎn)分隔板，將不同分隔欄里的藥物根據(jù)預(yù)設(shè)的時間進(jìn)行下藥，自動實(shí)現(xiàn)先煎、群煎、后下藥物在不同時間要求下的特定煎煮要求；通過電腦板對水泵的控制，自動完成進(jìn)水和出液，最終達(dá)到全程無需人員照看的自動化煎藥[8]。

1.2 結(jié)構(gòu)

家用分層全自動中藥煎藥機(jī)整體結(jié)構(gòu)包括底座、安裝在底座上的加熱設(shè)備、主體分層煎藥鍋、旋轉(zhuǎn)下藥裝置、內(nèi)置數(shù)控電腦板的操作箱和進(jìn)水、出液系統(tǒng)，如圖1、2 所示。

1.2.1 底座

底座采用不銹鋼材質(zhì)鋼板制作，硬度較強(qiáng)，用于固定安裝在上面的加熱設(shè)備和操作箱。底座兩端安裝有把手，便于搬運(yùn)（如圖3 所示）。

圖1 家用分層全自動中藥煎藥機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 家用分層全自動中藥煎藥機(jī)樣機(jī)實(shí)物圖

圖3 家用分層全自動中藥煎藥機(jī)底座實(shí)物圖

1.2.2 加熱設(shè)備

加熱設(shè)備固定于底座之上（如圖4、5 所示），采用快速加熱系統(tǒng)，加熱至100 ℃后，自動調(diào)整為微沸狀態(tài)，對藥材進(jìn)行持續(xù)慢煎，充分模擬傳統(tǒng)中藥“先武火、后文火”的煎煮要求。

圖4 家用分層全自動中藥煎藥機(jī)加熱設(shè)備外箱實(shí)物圖

圖5 家用分層全自動中藥煎藥機(jī)內(nèi)置加熱設(shè)備實(shí)物圖

1.2.3 主體煎藥鍋和旋轉(zhuǎn)下藥裝置

主體煎藥鍋為上下雙層結(jié)構(gòu)（如圖6 所示），可拆分，上層鍋體通過3D 打印技術(shù)以耐高溫樹脂材料一體打印而成，內(nèi)部安裝有旋轉(zhuǎn)下藥裝置（旋轉(zhuǎn)分隔板，如圖7 所示），將鍋體分為4 個空間，其中3 個空間分別用于放置先煎、群煎和后下3 類草藥，剩余1 個空間為下藥區(qū)。分隔板頂端設(shè)計(jì)有卡槽，通過鍋蓋內(nèi)安裝的電動機(jī)連接傳動裝置帶動分隔板旋轉(zhuǎn)進(jìn)行下藥。下層鍋體為不銹鋼材質(zhì)，嵌于加熱裝置上，用于草藥的浸泡和加熱，鍋體側(cè)面安裝有進(jìn)水和出液管道。

圖6 家用分層全自動中藥煎藥機(jī)主體煎藥鍋結(jié)構(gòu)圖

圖7 家用分層全自動中藥煎藥機(jī)旋轉(zhuǎn)下藥裝置結(jié)構(gòu)圖

1.2.4 操作箱

操作箱內(nèi)安裝有數(shù)控電腦板，用于控制煎藥機(jī)自動化運(yùn)行；箱外安裝先煎、群煎、后下、水量、啟動、停止6 個操作按鈕，按鈕上方為液晶顯示器，如圖8所示。

圖8 家用分層全自動中藥煎藥機(jī)操作箱實(shí)物圖

1.2.5 進(jìn)水、出液系統(tǒng)

通過安裝于操作箱內(nèi)的抽水泵和流量計(jì)結(jié)合數(shù)控電腦板對進(jìn)水和出液系統(tǒng)進(jìn)行定時、定量控制。

1.3 功能

家用分層全自動中藥煎藥機(jī)以傳統(tǒng)中藥煎煮理念為基礎(chǔ)，通過自動化控制系統(tǒng)，無需人員照看的情況下即可自動實(shí)現(xiàn)全部操作。其主要功能如下。

1.3.1 先煎、群煎、后下藥物自動下藥功能

通過上層煎藥鍋中的旋轉(zhuǎn)下藥裝置，使先煎、群煎、后下3 類藥物在不同時間段分別下藥后進(jìn)行煎煮，既能滿足傳統(tǒng)中藥對特殊藥材的煎煮要求，又無需患者時刻注意時間進(jìn)行手動下藥，煎藥過程省時省力。

1.3.2 自動進(jìn)水、出液功能

家用分層全自動中藥煎藥機(jī)操作按鈕中設(shè)計(jì)有水量選擇鍵，可根據(jù)藥材量的多少自由選擇大、中、小3 擋水量，煎煮啟動后即自動注水，煎煮完畢自動吸出藥液。

1.3.3 自動二煎功能

中藥的煎煮次數(shù)一般以2 次為宜，家用分層全自動中藥煎藥機(jī)在首煎結(jié)束后，將首煎藥液進(jìn)行吸出，然后自動注水進(jìn)行二煎，最終將二煎液與首煎藥液進(jìn)行混合。

1.3.4 液晶顯示功能

操作箱上安裝有液晶顯示器，可實(shí)時監(jiān)測正在進(jìn)行中的煎煮步驟、剩余時間以及溫度，煎藥過程一目了然。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

家用分層全自動中藥煎藥機(jī)利用獨(dú)立分層設(shè)計(jì)，將煎藥鍋分為上下兩層，在上層煎藥鍋不同的分隔欄中依次裝入先煎、群煎、后下藥物，通過旋轉(zhuǎn)傳動裝置，使先煎、群煎、后下藥物分別按照設(shè)定好的時間掉落至下層煎藥鍋中進(jìn)行煎煮，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)中藥煎煮理論對特殊藥品的煎煮要求?？刂品矫娌捎昧诵D(zhuǎn)傳動裝置、流量計(jì)、加熱計(jì)時器、抽水泵、數(shù)控電腦板等設(shè)備，在中藥湯劑的整個煎煮過程中實(shí)現(xiàn)全程煎藥自動化。旋轉(zhuǎn)傳動裝置可以令特殊藥品實(shí)現(xiàn)在不同時間內(nèi)進(jìn)行煎煮的要求，流量計(jì)可以精確控制煎藥所需加水量，加熱計(jì)時器控制煎藥過程中不同火力的煎煮時間，抽水泵令加水和出液自動化完成，所有裝置通過數(shù)控電腦板給予口令進(jìn)行自動操作。煎藥機(jī)操作界面簡單易懂，并安裝液晶顯示器，實(shí)時顯示當(dāng)前運(yùn)行程序，只需將不同類別的藥物放入相對應(yīng)的分隔欄中，選擇對應(yīng)操作按鈕，選擇加水量，點(diǎn)擊啟動按鈕即可開始湯藥的煎煮，較大程度上降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。且首煎結(jié)束后自動出液，然后重復(fù)加水繼續(xù)二煎，實(shí)現(xiàn)真正的全程自動化。

3 使用方法

3.1 操作流程

接通電源，各操作按鈕背景燈亮起，提示煎藥機(jī)各按鍵運(yùn)行正常。在上層煎藥鍋中按照先煎、群煎、后下順序依次將藥材放入對應(yīng)分隔欄中，若沒有該類藥材則空出對應(yīng)分隔欄；加藥完畢后選擇對應(yīng)煎煮模式，若沒有加入該類藥材則不選；按照藥材的劑量選擇加水量，分為大、中、小3 擋；點(diǎn)擊啟動按鈕，煎煮開始。

3.2 運(yùn)行模式

（1）模式1：只有群煎藥物的煎煮模式。

煎藥機(jī)啟動，群煎藥物掉落至下層煎藥鍋中，加水，浸泡30 min；時間到達(dá)后，加熱至100 ℃，保持微沸狀態(tài)，持續(xù)煎煮30 min，結(jié)束后吸出藥液，首煎結(jié)束；再次加水，重復(fù)加熱程序，持續(xù)煎煮25 min，結(jié)束后吸出藥液，二煎結(jié)束。

（2）模式2：有先煎、群煎藥物的煎煮模式。

煎藥機(jī)啟動，先煎藥物掉落至下層煎藥鍋中，加水，加熱至100 ℃并煎煮30 min；時間到達(dá)后，群煎藥物掉落至下層煎藥鍋中，加水，浸泡30 min；時間到達(dá)后，加熱至100 ℃，保持微沸狀態(tài)，煎煮30 min，結(jié)束后吸出藥液，首煎結(jié)束；再次加水，重復(fù)加熱程序，煎煮25 min，結(jié)束后吸出藥液，二煎結(jié)束。

（3）模式3：有群煎、后下藥物的煎煮模式。

煎藥機(jī)啟動，群煎藥物掉落至下層煎藥鍋中，加水，浸泡30 min；時間到達(dá)后，加熱至100℃，保持微沸狀態(tài)，煎煮30 min；在煎煮至最后5 min 時，后下藥物掉落至下層煎藥鍋中，煎煮5 min，結(jié)束后吸出藥液，首煎結(jié)束；再次加水，重復(fù)加熱程序，煎煮25 min，結(jié)束后吸出藥液，二煎結(jié)束。

（4）模式4：先煎、群煎、后下藥物均有的煎煮模式。

煎藥機(jī)啟動，先煎藥物掉落至下層煎藥鍋中，加水，加熱至100 ℃并煎煮30 min；時間到達(dá)后，群煎藥物掉落至下層煎藥鍋中，加水，浸泡30 min；時間到達(dá)后，加熱至100 ℃，保持微沸狀態(tài)，煎煮30 min；在煎煮至最后5 min 時，后下藥物掉落至下層煎藥鍋中，煎煮5 min，結(jié)束后吸出藥液，首煎結(jié)束；再次加水，重復(fù)加熱程序，煎煮25 min，結(jié)束后吸出藥液，二煎結(jié)束。

4 性能測試

4.1 加熱設(shè)備的測試

在下層煎藥鍋中加入冷水對加熱設(shè)備進(jìn)行測試，從顯示器中可以看出，由于采用了快速加熱設(shè)備，升溫速度較快，在3 min 左右即可將水煮沸，然后自動進(jìn)入恒溫微沸的狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)加熱，溫度保持在97～99 ℃范圍內(nèi)浮動。測試結(jié)果表明，加熱設(shè)備運(yùn)行高效、穩(wěn)定，且能夠達(dá)到傳統(tǒng)中藥煎煮“先武火、后文火”的煎煮要求。

4.2 上層煎藥鍋下藥裝置的測試

在上層煎藥鍋對應(yīng)分隔欄中分別加入先煎、群煎以及后下藥物，通過對數(shù)控電腦板進(jìn)行加速處理，使運(yùn)行指令提前運(yùn)行，以測試先煎、群煎以及后下藥物的下藥情況。測試結(jié)果顯示，藥物掉落存在少許殘留的情況。

4.3 進(jìn)水、出液系統(tǒng)的測試

由于進(jìn)水系統(tǒng)通過的是冷水，出液系統(tǒng)通過的是高溫加熱的藥液，故分別使用冷、熱水對抽水泵進(jìn)行測試。測試結(jié)果顯示進(jìn)水、出液過程均穩(wěn)定流暢，抽水泵能夠耐受高溫。

4.4 煎藥機(jī)運(yùn)行測試結(jié)果以及遇到的問題

通過對煎藥機(jī)樣機(jī)的初步測試，煎藥機(jī)各模式下運(yùn)行過程均良好，各項(xiàng)操作指令無異常，基本可以實(shí)現(xiàn)全程自動化煎煮的功能以及自動完成二煎的要求。

目前存在的問題為：由于加入藥材量的不確定性，在上層煎藥鍋?zhàn)詣有D(zhuǎn)下藥的過程中，當(dāng)藥材過多時，易引起分隔板旋轉(zhuǎn)不充分，致使部分藥材仍留存于上層藥鍋內(nèi)，造成下藥不充分。分析原因，主要有2 個方面：一是由于帶動旋轉(zhuǎn)分隔板的電動機(jī)功率較小，旋轉(zhuǎn)的力量不足，當(dāng)藥量過多，特別是質(zhì)量較大的礦石類的藥材較多時，會影響分隔板的旋轉(zhuǎn)力度，使旋轉(zhuǎn)不到位，導(dǎo)致部分藥材殘留在上層煎藥鍋中；二是由于上層煎藥鍋目前采用耐高溫樹脂3D打印成型，該材料光滑性不足，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)分隔板與鍋體內(nèi)部摩擦較大，影響旋轉(zhuǎn)。由于煎藥鍋以家用為出發(fā)點(diǎn)，體積較小，不適宜變更大功率電動機(jī)，目前改良方案主要以上層煎藥鍋材質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，后期將使用表面較為光滑的材料并通過充分打磨、拋光進(jìn)行完善。

5 結(jié)語

家用分層全自動中藥煎藥機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)煎藥全過程無需照看的自動化要求，且操作簡單，易于上手，將為廣大家庭日常煎藥提供較大的便利，無需為日常煎藥而費(fèi)時費(fèi)力。其獨(dú)特的設(shè)計(jì)符合傳統(tǒng)中藥的特殊煎煮理念，使煎藥既現(xiàn)代化又傳統(tǒng)化，確保了傳統(tǒng)煎藥工藝的要求，減輕了患者的勞動強(qiáng)度，保證了湯劑的煎煮質(zhì)量。隨著時代的飛速發(fā)展，中藥湯劑的煎煮方法必然需要傳承與創(chuàng)新，家用分層全自動中藥煎藥機(jī)將擁有廣闊的發(fā)展前景[9]。