一种基于多微米孔阵列静电雾化的医用雾化装置的制作方法

本发明属于医用雾化领域，尤其涉及一种基于多微米孔阵列用于使液滴破碎成微液滴的静电雾化给药系统。

背景技术：

随着生产力的发展和医疗水平的提高，雾化疗法即气溶胶吸入疗法为老幼等特殊人群免去静脉、肌肉注射痛苦，成为呼吸道疾病的首选疗法，也是支气管净化治疗的最主要手段。该方法用雾化装置将药物(溶液或粉末)分散成微小的雾滴或微粒，使其悬浮于气体中，并进入呼吸道及肺，达到局部或全身治疗的目的。

现今的治疗用雾化器种类、形式繁多，不同雾化器的用途是由其各自设计上的工作特性而决定的。机械式雾化器通过不同的机械方式来形成雾。比如超声雾化器，它以超声振动产生的能量而使液体被振动成微小液滴。然而由于雾化颗粒大，吸入的药物颗粒大部分仅能沉积在口腔、喉部等上呼吸道，不能有效治疗下呼吸道疾病，且易使药液结成水珠挂在内腔壁上，从而药液需求量多，造成浪费的现象；同时还存在雾化快，易让人产生缺氧现象，出现呛咳等，致使医院基本停止使用该款雾化器。气动式雾化器大多以空吸效应(伯努利效应)作为其基本工作原理，当高速气流经过液体吸管的微小开口时，在其周围产生负压效应，将治疗所需的液体吸入气流中，并将其冲击成悬浮其中的细小液滴，从而形成气雾。相对超声雾化器来说，该类在相同的治疗时间内吸入的雾化量适宜，不易造成缺氧、呛咳。雾化的颗粒也更细，可以深入下呼吸道的治疗，并且不易碰撞结合，减少药液浪费，目前医院使用的雾化器基本是该款。但随着人们对雾化的需求体验增多，空气压缩式雾化器的缺点也越来越凸显。体积大、噪音大，易让婴幼儿产生恐惧心理，抗拒雾化；不易携带，工作中需要外接电源，仅能在医院或者家中使用；药物稳定性受影响，气流冲击，易使温度提升，从而影响药物稳定性。

微网雾化器属于雾化器的全新一代。喷雾方式是利用微小的超声波振动和网式喷雾头构造来喷雾，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的超细水雾，实现高效的喷雾效果，体积小，低噪音，便于随时随地携带使用。但该技术存在一个致命缺点，因为微网上有数千个直径为3微米的小孔组成，多次使用和清洗后容易堵塞，造成出雾量下降甚至不出，雾滤网的耐久性是最大考验。

技术实现要素：

针对现有技术中雾化器所存在的技术问题，本发明提出了一种基于多微米孔阵列静电雾化的医用雾化装置，采用微纳加工方法制备新型微米孔阵列静电喷雾模块，根据实际需求控制主轴转速，从而输出稳定雾化流量的超细水雾，具有体积小、低音噪、低成本及稳定性高等优点，可有效提升当前医用雾化体验及系统可靠性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于多微米孔阵列静电雾化的医用雾化装置，包括气液混合腔，在气液混合腔内沿轴向装有储液罐，所述储液罐的上方连接微型增压泵，所述储液罐的底部设置毛细管阵列，所述毛细管阵列连接负高压，在毛细管阵列下方依次设置调整板和地极板，所述调整板和地极板上设有与毛细管一一对应的孔，且所述调整板连接负高压，所述地极板接地；在气液混合腔的底部通过气液输送管连接吸入面罩。

进一步，所述气液混合腔的顶部设置防尘过滤装置；

进一步，所述防尘过滤选用滤尘网或电除尘器。；

进一步，在气液混合腔的顶部装有朝下的微型轴流风扇；

进一步，通过支架将所述储液罐与气液混合腔的内壁之间的固定；

进一步，所述储液罐的底面外侧喷涂有导电涂层，所述导电涂层通过导线与高压静电发生器的负高压相连，进而使所有毛细管都带上负高压。

进一步，所述调整板设置于毛细管出口正下方垂直距离500微米处；所述地极板设置于调整板正下方垂直距离2厘米处。

进一步，所述调整板和地极板选用紫铜板。

进一步，所述毛细管阵列是由多个垂直于储液罐底面的毛细管构成的，且每个毛细管的出口端面上开有8个对称分布的沟槽。

本发明的有益效果：

1、本发明所设计的医用雾化装置通过研究影响静电喷雾射流的各项因素，建立基于静电雾化技术的给药系统，这对促进当前医用雾化技术的发展，具有重要的创新意义。

2、本装置对比第三代微网式雾化器，本发明设计的雾化装置在满足优良雾化效果、静音及便携的基础上，能实现更加稳定的药液输出，而且针对不同的给药液体，静电雾化具有相当的普遍适用性，可靠性也能得到很好的保证。

3、本发明通过控制工况，雾化产生的液滴平均直径可以控制在5微米以内，再加上微喷雾单元的阵列集成，能轻松实现同等级别医用雾化器的雾化流量需求，这是传统雾化方法所难以实现的。

4、本发明设计的雾化装置相比市面上常用的气动式类型的雾化器，利用静电雾化原理的雾化器可以具有相当低廉的成本。

附图说明

图1是本发明的一种基于多微米孔阵列静电雾化的医用雾化装置示意图；

图2是本发明中的微米孔阵列静电喷雾模块示意图；

图3是本发明的微米孔阵列仰视图；

图4是本发明中的调整板和地极板上孔的阵列布置图；

图5是本发明中的毛细管端面仰视图；

图中，1、气体流量阀门，2、微型增压泵，3、电压控制器，4、微型轴流风扇，5、储液罐，6、支架，7、毛细管，8、调整板，9、地极板，10、滤尘网，11、导电涂层，12、高压静电发生器，13、气液混合腔，14、吸入面罩，15、气液输送管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于多微米孔阵列静电雾化的医用雾化装置，包括气液混合腔13，在气液混合腔13的顶部开口处装有滤尘网10和朝下设置的微型轴流风扇4；滤尘网10为可拆卸换新，滤尘网10过滤从外界流进气液混合腔13内部的空气，减少pm2.5含量，使人在吸入时获得更加洁净的空气，并且避免了药液被污染，降低交叉感染的概率。

在气液混合腔13内沿轴向装有储液罐5，储液罐5用于存储药液；气液混合腔13的底部通过气液输送管15连接吸入面罩14。通过支架6将储液罐5与气液混合腔13内壁之间的固定，在本实施例中，支架6采用绝缘材料，如尼龙等，绝缘的支架6使得储液罐5中带电的药液与气液混合腔13绝缘。

储液罐5的顶部通过气体管路连接微型增压泵2的出口，在微型增压泵2的进口和出口上分别装有气体流量阀门1，且微型增压泵2的电源线连接电压控制器3，通过电压控制器3和气体流量阀门1可以调节储液罐5内部的压力，从而获得合适的雾化流量。如图2，在储液罐5的底部设置毛细管阵列，毛细管阵列是由多个垂直于储液罐5底面的毛细管7构成的；且在储液罐5底面外侧喷涂有导电涂层11，如氧化锡，氧化铟；导电涂层11通过导线与高压静电发生器12的负高压相连，进而使所有毛细管7都带上负高压；在与毛细管7出口正对的下方垂直距离为500微米处设置调整板8，在正对距离调整板8下方垂直距离2厘米处设置地极板9，调整板8和地极板9上设有与毛细管7一一对应的孔，且调整板8连接负高压静电发生装置，地极板9接地；由于每根毛细管7与调整板8均有负高压，两者存在电势差，使得雾化的亚微米液滴不易因卷吸至储液罐5端面而造成出雾量下降，同时可以消除相邻毛细管7间的电压边缘效应，保证每根毛细管7雾化的稳定性。进而通过调整板8和地极板9间形成高压电场，使得荷电液滴在库伦斥力的作用下破碎；在本实施例中，调整板8和地极板9可以选用紫铜板，毛细管7选用不锈钢材质，且毛细管7的直径均为300-400微米。

如图5，毛细管7出口端面上开有8个对称分布的沟槽，同时保证沟槽表面的精度使得破碎的带电液滴更容易形成多股对称射流，从而使雾化液滴颗粒更细小，吸入效果更好。

如图3、4，毛细7的阵列结构和调整板8、地极板9上孔的阵列结构均采用轴对称六边形布局，且相邻毛细管7之间的间距为1毫米，如此设计能够保证相邻毛细管7发出的多股射流互不干扰，同时使得集成密度最大化，有利于装置整体尺寸的控制。

为了更清楚的解释本发明所保护的技术方案，以下结合工作过程作进一步解释：当电压控制器3通电后，微型增压泵2向储液罐5中的液体增压，通过电压控制器3可以调节微型增压泵2两端的电压，从而调节其功率，通过调节阀门1的开度可以调节微型增压泵进口和出口的气流量；微型增压泵2将一定压力的空气经气体管路注入到储液罐5中；储液罐5中的气体压强与外界大气压之间存在压强差，其内部装有的药液受压差后经毛细管阵列排出。由于储液罐5底部的导电涂层11连接负高压，因此所有毛细管以及药液都带上负高压。

从毛细管阵列端面挤出的药液荷电后在调整板8和地极板9之间的高压电场的作用下破碎成亚微米级雾滴群，亚微米级药液雾滴群在自重和微型轴流风扇4的推动下经气液输送管15由人从吸入面罩14进入呼吸道及肺部内。同时，微型轴流风扇4产生的气流将亚微米级雾滴群输送到人体呼吸道的同时也避免的雾滴的回流，使得尼龙支架6始终保持干燥绝缘状态。

综上所述，本发明所设计的医用雾化装置相对于现有技术中的微网雾化器，微网雾化器的微网由数千个直径为3微米的小孔组成，多次使用和清洗后容易堵塞，造成出雾量下降甚至不出，而本发明中采用的多微米孔阵列静电雾化则很好地避免这一问题，并且能轻松实现同等级别医用雾化器的雾化流量需求。另外，相比市面上常用的svn等类型的雾化器，利用静电雾化原理的雾化器可以具有相当低廉的成本和优良的静音效果，而且，针对不同的给药液体，静电雾化具有相当的普遍适用性，可靠性也能得到很好的保证。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。