一種干粉定量給藥裝置的結構設計與性能分析

李根生，石更強，趙敏，孟胡齊

(上海理工大學 醫療器械與食品學院，上海 200093)

1 引 言

哮喘、慢性支氣管炎等呼吸系統疾病，病程長、治愈難，需要長期用藥[1]。起效慢的傳統劑型，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破壞臭氧層拋射劑氟里昂，同時會引起心律不齊[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疾病的治療被廣大的患者所接受，目前正成為多肽蛋白質類藥物的新型給藥途徑[4]。近些年隨著肺部吸收藥物機制的深入研究及干粉吸入裝置設計技術不斷提高，制成干粉吸入劑的藥物種類也越來越多[5]。干粉吸入劑的優點體現在：給藥無胃腸道酶解；無肝首關效應；肺泡吸收面積大、由單層上皮細胞構成，藥物吸收迅速，可直接進入體循環，起效快[6]。同時將藥物制成干粉，也解決了難溶性問題，且能保持藥物較好的穩定性[7]。干粉吸入劑作為新興的劑型，采用獨特的微粉化技術和特殊的給藥裝置，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，隨著干粉吸入劑型的發展，新型干粉吸入裝置也不斷更新[9]。目前市場的干粉吸入器，按藥物儲存方式不同，將干粉吸入裝置分為膠囊型、儲庫型，根據劑量分為單劑量和多劑量型，根據氣流動力來源可分為主動式和被動式[10]。美國的Theratech治療技術公司向Innovative Devices公司購買了干粉吸入裝置的專利使用權；禮萊與Inhale公司合作開發治療骨質疏松癥的藥物雷洛昔芬干粉制劑；Genteon公司與Inhale公司合作開發治療肺氣腫的干粉吸入劑[11]；輝瑞公司與Inhale公司合作開發胰島素干粉吸入劑等[12]。國內對干粉吸入器的開發僅限于起步階段，我們設計了一種干粉定量給藥裝置，體積小，便于攜帶，操作簡單。

2 裝置結構設計和工作原理

本裝置整體分為三個部分：噴嘴，主體，底部旋蓋。各組件見圖1。旋轉底部旋蓋2時，帶動定量盤6轉動(其余部件不動)，存儲在藥艙4中的藥粉在刮粉板5的作用下落入定量盤6中，此時，定量盤的長軸上的小齒已撥動計數齒輪3一格，進行計數。當定量盤6的定量孔對準擋桶7的落藥孔時，藥粉下落，經過彈簧擋板9上的落藥孔落入噴嘴10中，旋轉噴嘴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，使用者便可直接將藥粉吸入。三維爆炸圖見圖1 ，零件實物圖見圖2，實物裝配圖見圖3。

1、螺紋蓋 2、底部旋蓋 3、計數齒輪 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 性能試驗和機構分析

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干粉吸入裝置性能的最主要指標[13]。對于治療效果的評價，一般首先使用體外沉積實驗進行測試，用設備模擬人體吸入過程，對裝置作出評價[14]。測試中的釋藥穩定性對實驗結果有很大的影響，是指裝置每次可以吸出的藥物量是否穩定，這與裝置整體裝配設計有關，穩定釋藥不但是實驗過程中需要解決的，同時是商品化時必須考慮的。因此，沒有實現穩定釋藥，整個研究就沒有實際意義[15]。所以，有必要對模型進行釋藥穩定性實驗分析，驗證結構設計。

圖2 定量給藥裝置的實物圖

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

3.1 試驗材料與裝置

實驗材料是乳糖，目前大多數干粉吸入裝置藥物載體都是使用乳糖，所以，本實驗用乳糖來模擬干粉吸入劑中的藥物，測試釋藥穩定性。釋藥穩定性測試裝置有實物模型及其配套零件(進氣口、出氣口、支撐結構、固定裝置等)。肺部沉積實驗裝置，根據空氣動力學粒度分布的特點、使用者的要求(方便性)、評價吸入劑的合理性等方面進行設計。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力學設計相關的幾何學布局; 其次是撞擊器中各級的相對位置、使用的材料等, 這與化學相容性、可靠性和操作便利性等有關。釋藥穩定性測試實驗臺將實物模型與體外沉積實驗裝置配套，組成釋藥穩定性測試實驗臺。

3.2 試驗方法

先清潔好裝置，藥倉內裝好藥物組裝好，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，調節好氣流控制器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，再與設計藥物量作對比得出數據圖，更直觀的觀察每次藥物損失情況。

圖3 釋藥穩定性點狀分布圖

3.3 試驗數據與分析

通過釋藥穩定性點狀分布圖可以看出，在60吸的過程中藥物釋藥質量穩定在10%的范圍內波動，不僅是在釋藥誤差上，而且在持久性上得到了驗證。所以該結構具有一定科學道理的，理論上可行，同時得到了實驗驗證。本裝置釋藥穩定性已經達到使用要求。

4 總結

干粉吸入裝置的設計開發和對藥物劑型的研究是開發干粉吸入劑的主要部分。本研究介紹了國內外現有的干粉吸入劑，對于一種新型干粉吸入裝置的釋藥穩定性結構因素進行了深入理論研究。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。本裝置零件數量少、結構簡單小巧、使用方便，有較好的推廣前景。