一种干粉定量给药装置的结构设计与性能分析

李根生，石更强，赵敏，孟胡齐

(上海理工大学 医疗器械与食品学院，上海 200093)

1 引 言

哮喘、慢性支气管炎等呼吸系统疾病，病程长、治愈难，需要长期用药[1]。起效慢的传统剂型，服用不便。早期的雾化吸入剂与压力定量气雾剂虽然可解决上述问题，但这些药剂的使用会破坏臭氧层抛射剂氟里昂，同时会引起心律不齐[2]。况且压力定量气雾剂不适合大剂量使用，而有些药物需大剂量才能起效。干粉吸入剂能克服上述问题[3]。干粉吸入给药方式对呼吸系统疾病的治疗被广大的患者所接受，目前正成为多肽蛋白质类药物的新型给药途径[4]。近些年随着肺部吸收药物机制的深入研究及干粉吸入装置设计技术不断提高，制成干粉吸入剂的药物种类也越来越多[5]。干粉吸入剂的优点体现在：给药无胃肠道酶解；无肝首关效应；肺泡吸收面积大、由单层上皮细胞构成，药物吸收迅速，可直接进入体循环，起效快[6]。同时将药物制成干粉，也解决了难溶性问题，且能保持药物较好的稳定性[7]。干粉吸入剂作为新兴的剂型，采用独特的微粉化技术和特殊的给药装置，由于其使用简单、易于携带，逐渐被市场接受[8]。

1967年第一单剂量干粉吸入装置在英国出现，随着干粉吸入剂型的发展，新型干粉吸入装置也不断更新[9]。目前市场的干粉吸入器，按药物储存方式不同，将干粉吸入装置分为胶囊型、储库型，根据剂量分为单剂量和多剂量型，根据气流动力来源可分为主动式和被动式[10]。美国的Theratech治疗技术公司向Innovative Devices公司购买了干粉吸入装置的专利使用权；礼莱与Inhale公司合作开发治疗骨质疏松症的药物雷洛昔芬干粉制剂；Genteon公司与Inhale公司合作开发治疗肺气肿的干粉吸入剂[11]；辉瑞公司与Inhale公司合作开发胰岛素干粉吸入剂等[12]。国内对干粉吸入器的开发仅限于起步阶段，我们设计了一种干粉定量给药装置，体积小，便于携带，操作简单。

2 装置结构设计和工作原理

本装置整体分为三个部分：喷嘴，主体，底部旋盖。各组件见图1。旋转底部旋盖2时，带动定量盘6转动(其余部件不动)，存储在药舱4中的药粉在刮粉板5的作用下落入定量盘6中，此时，定量盘的长轴上的小齿已拨动计数齿轮3一格，进行计数。当定量盘6的定量孔对准挡桶7的落药孔时，药粉下落，经过弹簧挡板9上的落药孔落入喷嘴10中，旋转喷嘴10一圈，借助弹簧挡板9下部的刮粉板的作用将所有药粉刮入喷嘴10的通道内，使用者便可直接将药粉吸入。三维爆炸图见图1 ，零件实物图见图2，实物装配图见图3。

1、螺纹盖 2、底部旋盖 3、计数齿轮 4、药舱 5、刮粉板 6、定量盘7、挡桶 8、弹簧 9、弹簧挡板 10、喷嘴 11、防尘帽12、外壳

3 性能试验和机构分析

干粉吸入装置是用来将药粉微粒传递至患者肺部深处的装置，所以肺部沉积率是评价干粉吸入装置性能的最主要指标[13]。对于治疗效果的评价，一般首先使用体外沉积实验进行测试，用设备模拟人体吸入过程，对装置作出评价[14]。测试中的释药稳定性对实验结果有很大的影响，是指装置每次可以吸出的药物量是否稳定，这与装置整体装配设计有关，稳定释药不但是实验过程中需要解决的，同时是商品化时必须考虑的。因此，没有实现稳定释药，整个研究就没有实际意义[15]。所以，有必要对模型进行释药稳定性实验分析，验证结构设计。

图2 定量给药装置的实物图

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

3.1 试验材料与装置

实验材料是乳糖，目前大多数干粉吸入装置药物载体都是使用乳糖，所以，本实验用乳糖来模拟干粉吸入剂中的药物，测试释药稳定性。释药稳定性测试装置有实物模型及其配套零件(进气口、出气口、支撑结构、固定装置等)。肺部沉积实验装置，根据空气动力学粒度分布的特点、使用者的要求(方便性)、评价吸入剂的合理性等方面进行设计。首先确定影响撞击器的收集效率和截止直径范围的因素, 包括与撞击器级、喷嘴和级间气流通道的空气动力学设计相关的几何学布局; 其次是撞击器中各级的相对位置、使用的材料等, 这与化学相容性、可靠性和操作便利性等有关。释药稳定性测试实验台将实物模型与体外沉积实验装置配套，组成释药稳定性测试实验台。

3.2 试验方法

先清洁好装置，药仓内装好药物组装好，用电子天平称重，然后安装在模型支架上，其余装置按原理图连接好，打开真空泵，调节好气流控制器60 L/min，NGI模拟肺部吸气。

每吸一次称量一次总重，求出差值就是每次吸出的药物重量，再与设计药物量作对比得出数据图，更直观的观察每次药物损失情况。

图3 释药稳定性点状分布图

3.3 试验数据与分析

通过释药稳定性点状分布图可以看出，在60吸的过程中药物释药质量稳定在10%的范围内波动，不仅是在释药误差上，而且在持久性上得到了验证。所以该结构具有一定科学道理的，理论上可行，同时得到了实验验证。本装置释药稳定性已经达到使用要求。

4 总结

干粉吸入装置的设计开发和对药物剂型的研究是开发干粉吸入剂的主要部分。本研究介绍了国内外现有的干粉吸入剂，对于一种新型干粉吸入装置的释药稳定性结构因素进行了深入理论研究。我们利用真空泵、流速控制装置和NGI模拟人使用干粉吸入剂的过程，用来测试模型的释药特性。本装置零件数量少、结构简单小巧、使用方便，有较好的推广前景。