专利名称：用于手持肺部气雾传送装置的改进喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将雾化液体特别是具有治疗特性的雾化液体传送到用户肺部的装置和方法。
背景技术：
由于医疗团体认识到该方法给予病人的益处，用于本地/局部和对称地传送活性药复合物的吸入治疗正在增加。对于一些治疗药剂来说，优选在没有推进剂的情况下传送雾化液体。这些液体可以例如通过电流体动力(EHD)设备进行雾化。期望EHD气雾传送系统用来变革吸入治疗。这些新的系统比现有吸入装置更加有效并且可再现。EHD装置能够以大于90％的效率将均匀尺寸颗粒的软(等动力的)云直接传送到肺部，并且不需要液体推进剂或者其它加压系统。通过使用病人自身的呼吸(吸气)来传送气雾，由此病人能够易于以正常吸入速率获得药物传送。传送机构特别适合于用于婴儿、儿童、老人以及具有呼吸功能障碍的病人。
通过将带电电极放在流体路径内给予流体净电荷。使得进行雾化的液体流过高电场强度的区域。该流体电荷趋向于保持在液体表面，使得当液体从喷嘴出来时，表面电荷的排斥力与液体的表面张力相平衡，形成锥形(例如在J Aerosol Sci.，Vol.25，No.6，pp.1021，1025-1026(1994)中M.Cloupeau和B.Prunet-Foch的“电流体动力喷射功能模式要点回顾”中描述的“泰勒锥形(Taylor cone)”)。在具有最大电荷集中的锥形尖端的区域，施加到液体表面的电子力克服表面张力，产生液体的薄的射流。该射流变为或大或小均匀尺寸的液滴，这些液滴收集形成可以由用户吸入的云，以传送气雾到用户的肺。
一般已知在传送到用户之前雾化药物配方和放电气雾颗粒。一个这种方法使用具有由放电电极和接地屏蔽围绕的单个喷射点(喷嘴尖端)的电流体动力装置，以产生单分散频谱的颗粒尺寸。尽管这些已知的方法产生雾化液体，但是它们具有许多缺点。
一般已知的使用电流体动力喷射的肺部传送装置是笨重的并且需要连接到交流电源或者大的直流电源上。这些传统的装置适合使用在医院或其它医疗应用场合，例如在预定的治疗约定过程中用于给予治疗药剂，但是一般不适合于在医疗地点之外的需要或需求基础上直接由用户使用。用户在家、在工作的常规活动过程中，在旅行中以及在休闲娱乐活动过程中该传统的装置特别不适合使用。
在用户一到两次吸入过程中，使用电流体动力喷射的已知肺部传送装置也缺少足够的体积流速以传送需要量的特定治疗液体。增加流速的尝试已经导致不适合于手持使用的更大体积的装置。这些传送装置也一般不能够喷射具有宽范围导电率的液体。
授予Zimlich，Jr.，et al.的公共所有的美国专利No.6397838公开了将具有治疗特性的雾化液体云传送到用户肺部的肺部气雾传送装置，该专利全文在此引入作为参考。该紧凑和便利装置包括在用户一只手中能够握持这种尺寸的壳体，并在壳体内具有用于将气雾引向用户嘴部的出口。雾化设备(即EHD喷嘴)包括与分别在尖端下游的放电电极和基准电极相结合的多个喷射点(即尖端)以产生从至少一个尖端的雾化喷射。这些多个喷射点能够获得更大的剂量。
虽然美国专利No.6397838在通常所知的气雾传送装置上提供了明显的进步，但是我们已经认识到存在改进的机会。例如，EHD喷嘴向下指以便每个喷嘴尖端一致地分配。然而，当使用该分配器时，多数用户愿意直立。因此，分配的雾化液体不得不通过弯曲引向出口。雾化液滴的动力倾向于在出口沉积一些液体，减少传送到用户的有效剂量。另外，EHD喷嘴内部自身的润湿会降低性能。由肺部传送装置分配的液体如果不是全部也多数在某种程度上是导电的。从而，润湿趋向于消散在EHD喷嘴内的所需的电场，特别是应当在放电和基准电极之间形成的导电路径。通过程序上需要喷嘴垂直定向在一定程度地减轻润湿。同时，通过极大减小在喷嘴尖端和基准电极之间的液体导电路径，空隙的基准电极减少电起弧。另外，在电压产生线路中的电流限制电阻器进一步控制起弧。虽然这些特征提供了有用的手持分配器，但是期望进一步的改进以消除喷嘴的润湿以及允许在不同方向上使用分配器。
也期望产生完全电中和雾化液体的EHD喷嘴。具有保持电荷的一些液滴趋向于复合润湿装置或者会限制治疗效果(例如，带电颗粒的相互排斥会在完全程度到达肺部之前沉积液体)。
已经建议的一种方法在于在离开如美国专利No.Noakes et al.所教导的吸入器装置之前产生与带电雾化液滴相混合的带相反电的离子电晕。空气通道横交于雾化腔，在由空气通道分隔的腔的相反侧上具有带正电的金属毛细作用管和带负电的放电电极。在管处的泰勒锥形产生朝向放电电极吸引的雾化液体带。放电电极产生朝向雾化颗粒指引的带正电离子的相反电晕，在它们离开腔之前当与带负电的颗粒相互作用时中和雾化颗粒的负电荷。为了在某种程度上保护泰勒锥形不受带正电离子的攻击，屏蔽将管与空气通道和放电电极分开。该屏蔽具有大到足够允许雾化颗粒通过的孔，同时该孔充分小以防止带正电的离子电晕从中通过以降低在管处的泰勒锥形形成。
然而，相信中和雾化液体的这种方法具有几种不期望的限制。例如，气流横交于雾化液体和离子的相反方向，产生趋向于在出装置之前妨碍雾化液体的中和并且趋向于润湿吸入器装置内部的涡流。另外，进一步相信中性的屏蔽将趋向于由雾化颗粒润湿并且由于靠近放电离子而使得雾化颗粒的体积率将会不一致。由此，获得的剂量将会不一致。
因此，明显需要适合用于便携肺部气雾传送装置的改进的EHD喷嘴。
发明内容
通过提供改进的电流体动力(EHD)喷嘴，本发明克服现有技术的上述和其它不足，上述改进的电流体动力(EHD)喷嘴在获得分配雾化液体的有效中和的同时通过屏蔽放电电极而减少或消除了喷嘴内部的润湿。由此，一致的剂量快速完全传送到病人。避免由于润湿造成的电源消耗而使得该EHD喷嘴特别适合于手持肺部气雾吸入器。而且，在产生适合于治疗液体分配器的有益地小颗粒尺寸的同时，获得具有低润湿的高剂量。
在本发明的一方面，描述了一种用于改进的电流体动力(EHD)喷嘴的设备和方法，该喷嘴包括限定了具有纵向轴的喷射通道的屏蔽。该屏蔽在纵向轴上具有下游开口。EHD喷射嘴包含在喷射通道内并且具有喷嘴尖端，该喷嘴尖端朝向下游开口产生泰勒锥形以雾化液体。围绕屏蔽的放电电极在下游开口处电中和雾化液体，同时减少由雾化液体润湿的可能性。通过屏蔽放电电极减少或消除润湿，该EHD喷嘴和方法增加了一致和有效的分配治疗液体。
在本发明的另一方面，也提供一种肺部气雾传送装置，其包括改进的电流体动力设备，使得改进性能和便携电源服务寿命。该传送装置也包括分配系统，其用于包含进行雾化的液体并且将液体传送到电流体动力设备；电源系统，其用于为电流体动力设备提供足够的电压以雾化液体；以及与分配系统相通的控制电路。这些组件容纳在能够握持在用户一个手中这种尺寸的壳体中。通过有益的减少在电流体动力装置中的润湿，通过具有电压等级的对应需求的额外的喷嘴尖端可获得增加的剂量，而不会遭遇起弧和电源消耗。另外，在更大的可获得电源效率的情况下，装置可以获得更长的服务寿命而不用更换电源(例如电池)。
在一种特定例示的类型中，下游放电电极基本上由包括小开口的屏蔽保护，以仅仅暴露每个放电电极的尖端。由此，仅仅尖端受到带电雾化液体的吸引和润湿。屏蔽的润湿不足以形成从喷射嘴到放电电极的传导路径，这将拉低电压以减小一致的颗粒尺寸或者产生电起弧，这部分地由于在屏蔽后面进行保护以及充分长度地从屏蔽拆下的放电电极的纵向长度所造成的。
在另一特定例示的类型中，分离的放电电极完全受到保护不受喷射嘴影响，并且甚至可以是喷射嘴的喷嘴尖端的平面的上游。带相反电的离子云环形地输送到下游，以便与带电雾化液体合并，提高雾化液体到用户的流动并且中和雾化液体。
保护放电电极给出了用于更小的装置尺寸的额外的设计选择、更经济的制造和其它优点。具体来说，高电压放电电极提供了电击危险，如果暴露的话，将需要许多安全步骤以防止对用户的伤害。通过放电电极在两个绝缘壁支架凹进，放电变得达不到用户，这便利了获得规章认可。例如，否则会需要精巧的电源或电路来限制施加给用户的电流量。作为另一实例，会需要精巧的输送雾化液体以将暴露的放电电极与用于的脸或手指分开。由于增加了装置尺寸以及由于输送的润湿所造成的雾化液体的损失，这种精巧的输送将会是不期望的。
在本发明的进一方面，EHD喷嘴的一些实现方式有益地包括由绝缘材料形成的喷射嘴。上游带电电极将电荷给予进行分配的液体。在喷射嘴内形成的分支通路提供受控的压降到多个圆周布置的喷嘴尖端。到每个喷嘴尖端的受控压降允许多个尖端的增加的剂量产出，同时避免在每个喷嘴尖端看到的不期望的流速变动，这将影响所获得的颗粒尺寸。
通过附图和附图的描述，本发明的这些和其它目的和优点将变得明显。
结合入说明书并且构成说明书一部分的附图显示了本发明的实施例，并且与上面给出的本发明的总体描述以及下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1显示构成本发明的改进的电流体动力(EHD)喷嘴，其示出安装在部分拆开的手持肺部传送装置内。
图2显示为图1的传送装置提供有非润湿下游放电(NDD)喷嘴能力的多个尖端、EHD喷嘴组件的分解视图。
图3显示装配图1的多尖端EHD喷嘴组件的前部正视图，其中一部分切去以看到多个不可润湿的下游放电电极中的两个。
图4显示了从前看沿图1的装配的多尖端EHD喷嘴组件的线4-4截取的后部正视图。
图5显示了沿图1的装配的多尖端EHD喷嘴组件的线5-5截取的横截面图。
图6显示了图1的EHD喷嘴组件的喷射嘴的分解示意图，其包括流体分配通道和完全绝缘喷射点。
图7显示了沿图6的喷射嘴的线7-7截取的截面图。
图8显示了沿图6的喷射嘴的线8-8截取的截面图。
图9显示了图6的喷射嘴的前部示意图。
图10显示了由完全绝缘材料形成的单个电流体动力(EHD)喷射嘴的示意图。
图11显示了用于图1所示传送装置的多尖端EHD喷嘴组件的替换形式的分解示意图。
图12显示图11多尖端EHD喷嘴组件的局部分解示意图。
图13显示图11的EHD喷嘴组件的前四分之三截面的示意图。
图14显示图11的EHD喷嘴组件的后四分之三截面的示意图。
图15显示沿着图11的EHD喷嘴组件的中心线截取的截面正视图。
图16显示一个分解示意图，其例示了对于图1所示的传送装置来说使用分离的下游放电(DDS)电极的进一步替换形式的多尖端EHD喷嘴组件的主要构件。
图17显示一个相反的分解示意图，其例示了图16所示的DDS多尖端EHD喷嘴组件。
图18显示图16所示的DDS多尖端EHD喷嘴组件的纵向横截面示意图。
图19显示图16所示的DDS多尖端EHD喷嘴组件横截面正视图。
具体实施例方式
通过改进的电流体动力(EHD)喷嘴提高了手持肺部传送装置(例如，吸入器)的便利性和有效性。特别地，对EHD喷嘴的改进包括当EHD喷嘴以不同角度瞄准时流体到喷嘴顶端均匀分布，而不是需要EHD喷嘴向下瞄准。改进也包括用于减少或消除在EHD喷嘴中润湿的几点创新，在EHD喷嘴中的润湿会降低电压从而降低颗粒尺寸或者引起在放电和基准电子线路之间的起弧。
通过电流体动力喷射使得液体雾化一般特征在于特定的电子和物理特性。在不限制本发明的范围的情况下，具有下面的电子和物理特征的液体通过所述装置和方法获得优化的性能，以便在几秒内产生医学相关剂量的可呼吸颗粒。液体的表面张力典型地处在大约15-50达因/cm、优选大约20-35达因/cm、更优选大约22-33达因/cm的范围内。液体电阻率典型地大于大约200欧姆-米、优选大于大约250欧姆-米、以及更优选大于大约400欧姆-米(例如1200欧姆-米)。相对电容率典型地小于大约65、优选小于45。液体粘度典型地小于大约100厘泊、优选小于大约50厘泊(例如1厘泊)。尽管上面特征的组合允许优化的性能，但是使用本发明的装置和方法能够在一个或多个特征值在这些典型数值之外的情况下有效地喷射液体。例如，特定的喷嘴构造可以允许有效喷射低电阻(更导电)的液体。
溶解在乙醇中的治疗药剂一般是用于电流体动力喷射的良好对象，这是因为乙醇基具有低的表面张力并且不导电。乙醇也是抗菌药剂，这减少了在药配方之内以及在壳体表面上的细菌的生长。用于治疗药剂的其它液体和溶剂也可以使用本发明的装置和方法传送。液体可以包括药或溶液或者药在适合溶剂内的微悬浮物。
如上所述，电流体动力装置通过引起液体在高电场强度的区域流过而雾化液体，这将给予液体净电荷。在本发明中，典型地通过在喷射嘴之内的负带电电极提供高电场强度的区域。负电荷趋向于保留在液体表面，藉此当液体出喷嘴时，表面电荷的排斥力相对于液体的表面张力平衡，形成泰勒锥形。施加在液体表面上的电子力克服在锥形尖端的表面张力，产生液体的薄的射流。该射流变为或多或少均匀尺寸的液滴，这些液滴集合形成云雾。
所述装置产生可呼吸尺寸的雾化颗粒。优选地，液滴具有小于或等于大约6微米的直径，并且优选处在1-5微米的范围之内，用于深度的肺给予。因为许多配方意欲用于深度肺沉积，至少大约80％的颗粒优选地具有小于或等于5微米的直径，用于治疗药剂的有效的深度肺给予。雾化液滴基本上是相同尺寸并且当它们出装置时具有接近零的粘度。
传送量的范围取决于特定的药配方。肺部治疗药剂的典型剂量在0.1-100μL的范围之内。理想地，在单次吸气过程中剂量应当传送给病人，尽管在特定条件下在两次或多次吸气过程中传送也是可接受的。为了获得此，装置一般必须能够在大约1.5-2.0秒内雾化大约0.1-50μL，特定地大约10-50μL的液体。对于肺部传送装置来说传送效率也是一个主要考虑因素，因此在装置自身表面的液体沉积应当最小。优选地，70％或更多雾化量应当对于用户来说可用。
返回附图，其中贯穿几个图相同的数字表示相同的构件，图1显示包括壳体12的肺部传送装置10，该壳体12制成尺寸使得能够握持在用户手中。壳体12具有用于将分配的雾化液体指引向用户嘴部的开口14。硅面罩(未示出)附装在出口14上用于用户从肺部传送装置10再呼吸吸入，但是将会理解到可以在一些应用中使用接嘴。壳体12封闭为分配系统18提供功率的便携式电源16、从分配系统18接收液体并且将雾化液体提供到出口14的本发明的EHD喷嘴组件20、以及启动前述构件的控制电路22。
分配系统18在包含和维持治疗液体完整性的容器24内保持进行雾化液体的供应。容器24可以采取用于以单剂量单元封闭的药的支持器的形式，多个密封腔中每个均保持单剂量的药，或者采取用于封闭散装供应的被雾化的药的小瓶的形式。除了诸如蛋白质基治疗药剂之类的在空气中缺乏稳定性的液体以外，一般出于经济原因优选散装剂量。容器24优选与同时包括溶液和微悬浮物的治疗液体物理和化学地相适合并且是液及气密封的。可以处理容器24以给予其抗菌性能以便保持在容器24内包含的液体的纯度。
NDD EHD喷嘴.图2-5显示了特定形式的图1的EHD喷嘴组件20，其有益地提供了提高肺部传送装置10的一致性能的不可润湿的下游放电(NDD)电极构造。特别地，显示的NDD EHD喷嘴组件20a包括多个伸长的放电电极26，上述放电电极26基本上由绝缘屏蔽30保护与喷射嘴28分开，减轻或完全避免在喷射嘴28上的喷嘴尖端32和伸长放电电极26之间的润湿路径。由此，一起减轻或避免源于起弧和在喷嘴尖端32处电场强度的改变的性能下降。
特别是参照图2，开口圆柱形外壳或盖34接收放电组件36，该放电组件36包括绝缘放电屏蔽30和伸长的放电电极26。盖34的后部开口38滑动地接收绝缘放电屏蔽30的后部环形凸缘40。盖34的减小直径前部开口42结合绝缘放电屏蔽30的面向前的圆齿环44。特别参照图5，放电电极腔46在绝缘放电屏蔽30和盖34之间形成，由此，除了暴露给在绝缘放电屏蔽30内部纵向限定的喷射通道50的每个伸长放电电极26的每个放电电极尖端48之外，通过由面向前的圆齿环44和减小直径的前部开口42形成的相应放电电极开口52，保护伸长的放电电极26。每个伸长的放电电极26均起始于与NDD EHD喷嘴组件20a的纵向中心线54纵向对齐的后面部分，过渡到在放电电极尖端48终止的倾斜向内角部分64。
除了减少润湿之外，应当理解到足够小尺寸的放电电极开口52减小了与用户接触的可能性，由此减少电击危险。从而，NDD EHD喷嘴组件20a可以有益地用在靠近用户嘴部的近处。而且，大量的电源和储能装置可以与NDD EHD喷嘴组件20a结合使用。
喷射嘴28通过多个定位板56在喷射通道50内在纵向中心线54上居中，上述多个定位板56纵向对齐并且分别径向间隔以接触绝缘放电屏蔽30的内部。
如图5-6所示，给出喷嘴尖端32(或者喷射点)相对于伸长的放电电极26ΔV的电压差。在示出的类型中，使用对称的电源以在喷嘴尖端32提供-5kV以及在伸长放电电极26提供+5kV。然而，本领域技术人员将会理解到本发明公开的好处在于可以使用具有相反极性或不同大小的电压差。例如，喷嘴尖端32可以处在接地电位并且放电电极可以处在+10kV，由此暴露的喷嘴尖端32不会给用户带来电击危险。在合成电场的影响下喷嘴32提供EHD喷射，上述合成电场在一个或多个喷嘴尖端32处引起泰勒锥形以射出气雾射流。
在图4、6中分别从前部和后部看，喷射通道50穿过NDD EHD喷嘴组件20a，允许用户如箭头58所示通过NDD EHD喷嘴组件20a吸入空气，或者在相反方向呼出。在用喷嘴尖端32产生雾化液体的吸入过程中，通过喷射通道50以及围绕喷射喷嘴28的气流帮助将绝缘放电屏蔽30的向前的内部表面的润湿最小化，特定地，在喷射通道50内的颈缩60向内偏转气流，克服从喷嘴尖端32射出的带电液滴的相互排斥。
通过在前部附近的盖34的外部周围径向分开的多个出口62提供额外的气流路径。如图5所示，在吸入过程中的出口气流如箭头63所示，由此空气通过出口62进入，围绕伸长放电电极26的向内及倾斜向前弯曲部分64通过并且经过放电电极开口52进入喷射通道50的吸入空气58的气流。在放电电极尖端48附近通过的空气在雾化液体的相反方向上离子化并且在雾化液体的前部提供，由此通过电子收缩进一步提高雾化液体流出减小直径的前部开口42。会聚也电中和雾化液体，这一般是优选的，以完全到达病人肺部。出口62的自呼吸特征通过使得能够产生离子风而提高了伸长的放电电极26的性能。
除了引导气流以减少润湿之外，有益地通过绝缘材料形成绝缘放电屏蔽30，使得来自带电雾化液体的液滴的积累电荷将趋向于排斥额外液滴的附着。而且，在图5中最佳示出的，相信不可能沿着在喷嘴尖端32之间的完全路径，横过定位板56，以及沿着绝缘放电屏蔽30的内部产生润湿。从而，润湿不可能由此方便横过放电电极开口52到放电电极尖端48起弧。该润湿路径的整个长度极少可能比在传统EHD喷嘴中更润湿。而且，在考虑到使用电压和治疗液体的导电率的情况下，放电电极开口52的适当尺寸可以进一步减小起弧的可能性。
具有对润湿的增加的抗性，可以采用更简单的控制，带来单元成本降低以及单元可靠性增加。例如，经常使用吸入传感器来感知吸气，使得在呼出过程中防止分配。在这些公知装置中，在呼出过程中的分配将趋向于在EHD喷嘴内部上沉积大量治疗液体。具有该简化控制的益处的情况下，然而，当前的NDD EHD喷嘴组件20a可以以新的方式使用，例如在其中病人可以通过装置吸入和呼出的再呼吸操作中使用。尽管在吸入过程中将会教导病人通过按压按钮或其它控制来启动分配，在呼出过程中的无意启动将不会损害操作。然而，将会理解到可以在一些应用场合使用吸入传感器。
在喷射喷嘴中的流体分配通道。图6-9更详细显示了在上述EHD喷嘴20内使用的示意性的模制喷射嘴28。特别参照附图6-8，示出的喷射嘴28有益地包括流体分配通道66，该流体分配通道66使得能够在除了垂直向下之外的方向有效及有用的使用NDD EHD喷嘴组件20a。
参照图6-9，喷射嘴28包括面板68，该面板68具有形成绝缘喷嘴尖端70的泰勒锥形，如图9中最佳示出的，绝缘喷嘴尖端70在面板68的圆周周围等间隔地布置。在面板68面向后的表面72上是一族沟槽通路74，其从面板68的中心延伸到每个绝缘喷嘴尖端70的相应通过孔76。背板78密封地(例如压入配合、粘接、焊接等)接收在附装到面板68的向后伸出的轴环80之内，完成喷射嘴28。类似浇口的沟槽通路74从面向后的表面72的中心向外到每个绝缘喷嘴尖端70放射并分支。在操作中，从面板68的中心放射出的四个主浇口82从主供应源(未示出)接收流体并且将流体分配到分支浇口84，由此供应流体到每个绝缘喷嘴尖端70。特别地，沟槽通路74的分支图案的通路产生从面板68的中心到每个绝缘喷嘴尖端70的流体路径，使得即使在改变方向时，压降和流体流速的流体动力影响对于所供应的所有绝缘喷嘴尖端70来说都类似。从而每个绝缘喷嘴尖端70理论上应当以类似流速和压力接收流体，并且由此以可比的颗粒直径和体积率分配气雾液滴。
将会理解到在一些应用中沟槽通路74可以产生比公知分配器中使用的更大但一致的压降，由此需要增加的泵压力需求以分配分布的液体到绝缘喷嘴尖端70。相信增加的压降有益地保持高的流体粘度，该高的流体粘度使得在绝缘喷嘴尖端70之间的相对高度以及任何不一致的分配体积和颗粒尺寸变得不明显。
尽管上述的喷射嘴28例示了在喷射嘴28的中心线周围对称布置的类似浇口的沟槽通路74，但是以不必要是对称的任何图案布置类似浇口的沟槽通路74也处在本发明的教导之内。例如，如果需求来自绝缘喷嘴尖端70的不均匀流体流速的话，沟槽通路74可以采取一些图案，其中浇口不必要对称、等长度和/或等通路直径。而且，可以通过在每个沟槽通路74内更少分支和更少回转获得期望的压降选择。例如，可以使用没有任何回转的放射辐条布置，并且所有分支在中心液体通道处获得。
当喷嘴尖端70以非圆形布置排列时，不采取沟槽通路74的圆形和径向对称布置将会是特别合适的。例如，椭圆形或矩形面板可以有益地允许获得更易于在袋中携带的更轻薄装置。从而喷嘴尖端的布置可以沿着这种面板的周边进行布置。可选择地，可以沿着面板的宽度布置成行的喷嘴尖端，或许为类似于在美国国旗上的星星的交错图案，使得解决来自喷嘴尖端附近的排斥并且获得期望的喷射图案。这些非圆形排列的喷嘴尖端的流体通道可以有益地从径向对称图案变化，使得每个喷嘴尖端接收与其它喷嘴尖端几乎相等的流速。
完全绝缘喷射点。完全由绝缘材料形成的喷射嘴28的可选择或额外特征在图9中示出，载有电荷的分配液体在进入喷射嘴628之前喷射。完全绝缘喷射嘴28具有在其绝缘喷嘴尖端70处较少的液体毛细作用趋向性。有益地控制了甚至当电场关闭时也会产生的毛细作用损失，以允许NDD EHD喷嘴组件20a的两个持续操作，并且由此传送期望剂量的治疗液体到用户去。如果不控制，毛细作用会导致绝缘喷嘴尖端70的浸没和喷射动作的停止。认为毛细作用损失来自于液体配方的低表面张力(大约15达因/cm那么低)。为了控制毛细作用，绝缘喷嘴尖端70的外直径或者利害相关的其它表面可以由低表面能材料形成，由此消除对添加不粘水涂层的辅助制造操作的需要。
图10示意性示出了单个EHD喷嘴组件86，其包括完全绝缘管88、尖端90和高电压金属的、流体供应组件92。绝缘管88和尖端90包括诸如但不限定于聚碳酸酯、乙缩醛、特富龙等等之类的完全绝缘、不导电材料。高电压流体供应组件92包括合适的金属放电管94，由合适的泵96(“P”)供应的导电液体通过上述金属放电管94从高电压供应组件92流入绝缘管88并且通过绝缘管88在尖端90出去。尖端90可以包括适合于泰勒锥形形状的任何出口构造。当导电流体通过高电压供应组件92时，通过由DC电源98充负电的供应组件92，流体变成带负电。
在图10中所示的实验测试装置中，绝缘管88的长度“D1”和从带正电地面100起的高度“D2”的物理尺寸分别是25和22厘米，并且金属放电管94是12规格不锈钢。在带负电流体出口尖端90，泰勒锥形102形成并变得附着于尖端90的出口端，由此产生带负电液体颗粒104的雾。形成单分散电喷射106的带负电液体颗粒104收缩并且撞击带正电的地面100。初始的实验测试导致在0.5微升每秒的流体流速下具有低如1.56微米的平均颗粒尺寸(依据体积)的单分散电喷射液体颗粒104。当流体流速已经增加到2.0微升每秒时，平均颗粒尺寸增加到3.6微米。
采用如图10所示类似的使用全金属、不锈钢球尖端(未示出)的装置的其它实验测试，通过如图10所示类似地面关系测试并且以0.25微升每秒的流体流速操作，提供具有5.59微米平均颗粒尺寸(依据体积)的单分散电喷射，明显比使用绝缘尖端所获得的更大。从而，不锈钢的更高表面能导致更大的颗粒直径。
将会理解到带正电的液体撞击带负电的地面100将会获得类似的结果。也要理解到，尽管上述的测试装置使得带电放电管94带负电并且将导电流体引入绝缘管88内，也可以使用其它可选择的方法，从而当流体进入和/或通过绝缘管88时充电流体。例如电极可以沿着绝缘管88的长度在任何地方放置在绝缘管88之内，其中电极与通过流体相接触，由此在流体从尖端90出去之前充电流体。而且，绝缘管88自身可以用充电液体的金属结构替换，依赖于提供绝缘材料的益处的完全绝缘尖端90自身。作为另一实例，喷嘴尖端可以处在接地电位，具有通过由带电放电电极形成的电场或者由带电放电电极产生的离子云形成的泰勒锥形。
完全绝缘喷射嘴28在有益地减小毛细作用的同时有效用于电喷射并且可以经济地制造。然而，在一些应用中，通过完全绝缘材料经济的制造模制喷射嘴是期望的；然而，期望导电或半导电喷嘴尖端来减少过渡作用并且由此达到稳定状态体积率和颗粒尺寸。例如，碳或诸如金属(例如银、金)之类的其它导电颗粒在模制之前可以载入绝缘材料或者在模制之后施加到喷射嘴的外表面。可选地，诸如银或金之类的薄金属层可以沉积在喷射嘴上，例如通过真空溅射或类似工艺。
返回图9，具有三十四个绝缘喷嘴尖端70的所示喷射嘴28已经在相对于其纵向轴的水平位置、从5到16微升每秒的流速范围内进行了实验台测试，而没有在每个尖端形成的泰勒锥形的损失。雾化的颗粒尺寸大约1.4到1.5微米。测试喷嘴组件的物理尺寸为直径(D)＝0.55英寸；尖端圆直径(d)＝0.049英寸；尖端OD＝0.020英寸；尖端ID＝0.0043英寸；以及供应管(58)长度＝0.875英寸。
扣合(snap-fit)NDD EHD喷嘴。图11-15显示了另一种形式的NDD EHD喷嘴组件108，其有益地包括具有简化的电极及扣合组件的制造特征。如图11所示，扣合NDD EHD喷嘴组件108包括整体的、绝缘、圆柱底座结构110；喷射嘴112；整体的、圆柱、多电极放电带114；以及整体的绝缘、圆柱盖116。所有上述元件围绕纵向中线A显示为同轴的。
所述整体的、绝缘、圆柱底座结构110包括圆形后壁118，该后壁118具有多个孔120以允许在用户吸入过程中气流通过。从圆形后壁118轴向向前延伸的是圆柱轴环122，该轴环122具有多个开口端的、U形开口124，这些开口124外接圆柱轴环122的远端外周。尽管U形开口124显示为开口端的，但是它们也可以具有闭合端并且是非U形。
闭合端管126与圆柱底座结构110整体形成并且延伸通过圆形后壁118，喷射嘴112经由流体供应管128附装到上述闭合端管126上，如图14-15最佳示出的，上述流体供应管128从喷射嘴112向后延伸并且通过闭合端管126。
包括多个整体的金属脚130的不锈钢放电带114安装在圆柱轴环122上并外接圆柱轴环122，如图14所示出的，上述金属脚130接收在圆形后壁118的开口槽132内并且在其上弯曲，由此将多电极放电带114固定到底座结构110上。如图11最佳示出的，多电极放电带114也包括具有多个电极136的圆柱底座带134，上述电极136从圆柱底座带134轴向向前延伸。电极136提供有朝向纵向轴倾斜弯曲并且在圆柱轴环122的开口124之内居中的锋利尖端138。当多电极放电带114带正电时，从每个电极136朝向喷射嘴112的纵向轴下游指引正离子场，由此指引流出肺部传送装置10并且增加所获得的传送质量。
如图12所示，保护盖116包括具有径向向内的边缘142的圆柱壳体140，上述边缘142围绕部件的分组件并且通过接收在底座结构110的开口槽146之内的三个或多个键144而附装到结构110上。盖116、圆柱轴环122和径向向内边缘142相结合形成具有多个外接开口124的封闭环形放电电极腔148，如图15最佳示出的，各个电极136的尖端在上述多个外接开口124内居中。
分离的放电屏蔽(DDS)涡轮喷嘴。图16-19显示另一种可选择的EHD喷嘴组件20b，其包括分离的上游放电电极150。处在分离的放电屏蔽152的上游并且由该分离的放电屏蔽152保护的放电电极带被保护不受喷射嘴154润湿。而且。与来自喷射嘴154的雾化液体带相反电的离子电晕以围绕雾化液体的向前环形方式进行分配，在不润湿DDS EHD喷嘴组件20b的内部的同时产生有益的气流图案用于中和雾化液体。
锋利尖端分离的上游放电电极150维持在相对高的正电荷，由此电分解围绕分离的上游放电电极150的空气以形成带正电的离子云156。在标准温度和压力下，一般认为空气当经受30000V/cm的电场强度时将离子化。带正电的离子云156排斥分离的上游放电电极150以及由于它们的公共电荷而彼此排斥，由此形成电晕风或者带正电的离子云156，通过绝缘管道或路径158。
环形路径158的出口端160与包含喷射嘴154的环绕空气通道164的出口162合并，以形成吸入装置的出口166(在图16-19中未示出)。带负电、雾化液体颗粒的气雾168在环绕空气通道164内从如上所述的喷射嘴154喷射。带正电离子156的电晕通过在该出口166处相互作用而中和气雾168。
分离的上游放电电极150与喷射嘴154电分离并且从而不妨碍EHD操作。替代在喷射嘴154的每个EHD喷嘴尖端170和带正电的离子云156之间的强的关系(即，电吸引)。除了辅助EHD喷射之外，在带负电的离子在每个EHD喷嘴尖端170处形成并且开始彼此发散之后，带正电的离子云156影响气雾168的运动和方向。由于其相对于路径158的位置和方向，气雾168的带负电颗粒以轴向流动方式而不是横向流动方式被引向环绕空气通道164的出口162并且被引向吸入装置的出口166，将润湿最小化。
在例示的实施例中，DDS EHD喷嘴组件20b进一步包括阶梯的底座安装圆柱172，该圆柱172在其内放置有底板174。如图19最佳示出的，底板174包括整体的、圆周边缘176并且通过整体的、圆周边缘176放置在阶梯的底座安装圆柱172之内。如图19最佳示出的，与定位凸缘180和中心管182整体形成的放电电极支撑圆柱178放置在阶梯的底座安装圆柱172之内。如图18-19所示，中心管182延伸通过底板174和阶梯的底座安装圆柱172的后壁184，由此稳定对称地处在阶梯的底座安装圆柱172之内的放电电极支撑圆柱178。如图19所示，底板174的整体的圆周边缘176用作在底板174和定位凸缘180之间的轴向分隔器。底板174和定位凸缘180分别包括多个孔186和188。通过吸入装置的用户，孔186和188允许空气轴向流动进入环形路径158和环绕空气通道164两者的后部。在安装圆柱45的后部提供合适的通风口190以允许将空气引入DDS EHD喷嘴组件20b内。
大直径区域192与定位凸缘180和外接放电电极支撑圆柱178并置，该大直径区域192在其上接收分离的上游放电电极150的外接电极带194。多个尖头形锋利尖端放电电极钉196从外接电极带194轴向向前伸出。如图18-19所示，放电电极钉196从加大直径192的区域轴向向前延伸，由此放电电极钉196悬挂在放电电极支撑圆柱178之上。外接电极带194通过三个或更多脚198固定到定位凸缘180上，上述脚198如图19所示延伸过开槽开口200并且在定位凸缘180的后侧弯曲90度，由此将外接电极带194固定到定位凸缘180上。
例示的不锈钢带有助于经济制造和装配多个放电电极。如所显示的，多个放电电极为规则间隔点，这些规则间隔点具有从形成相互间隔的放电带切去的大体矩形的切去部分。应当理解到可以在一些应用中使用具有其它形状和放电电极间隔的放电带。例如，可以使用锯齿图案或圆齿图案以获得期望的放电电场。而且，在喷嘴尖端和放电带非圆形布置的应用中，可以期望改变放电电极的间隔以包容几何形状的改变(例如从每个放电电极到最近的喷嘴尖端的距离改变)。
应当理解到由放电电极腔148围绕的圆形横截面环绕空气通道164是例示的。可以通过诸如椭圆或正方形之类的非圆形的横截面形状来实现本发明的一些方面。另外，一圈喷射点可以围绕产生离子云的中心通道环形输送，而不是环形围绕雾化液体的离子云。另外，可以提供用于雾化液体和离子云的并肩通道，同时两者都不完全围绕另一个。
手持EHD吸入器的操作。在使用中，肺部传送装置10由用户在任何便利的方向手持，使得出口放在用户的嘴部。用户启动控制线路22，由此启动分配系统18以将储存液体引向在EHD喷嘴组件20内的喷射嘴28。在喷射嘴内的沟槽通路74有益地提供一致的流体压降到圆周布置的喷嘴尖端32，由此允许喷射嘴28在非垂直的角度始终如一地操作。由便携电源16为喷射嘴28给出电荷。该电荷可以在喷嘴尖端32处传送。可选择地，尖端90可以由具有低表面能的绝缘材料制成，在将电荷分配到液体上游的情况下减少毛细作用。朝向喷射通道50的下游开口指引雾化液体。放电电极尖端48或带相反电的离子云环形围绕下游开口提供以中和雾化液体。通过绝缘放电屏蔽30保护多数或全部伸长放电电极26不受喷射通道50影响，上述绝缘放电屏蔽30提供在伸长的放电电极26和不太可能由雾化液体润湿的喷射嘴28之间的长的路径。
通过前述，获得了具有低润湿及小颗粒尺寸(1.0-5微米)的高剂量率(微升/分)的改良EHD喷嘴，尽管这些性能趋向于相互排斥。而且，这些属性结合入便利地小的手持装置内。
虽然本发明已经通过几个实施例的描述进行了例示并且已经相当详细地描述了例示的实施例，但是申请人并不意欲限制或以任何方式限定所附属的权利要求的范围于这些细节之内。额外的益处和修改对本领域技术人员来说是相当明显的。例如，尽管EHD喷嘴组件20、20a、20b特别有用于便携装置内，应当理解到当前发明的多个方面可以应用到固定单元。另外，尽管例示了治疗液体的分配，应当理解到较宽范围的液体和混合物可以与本发明的多个方面相一致地进行电流体动力喷射。
权利要求
1.一种用于电流体动力喷射的设备，包括限定具有纵向轴的喷射通道的屏蔽，该屏蔽在纵向轴上具有下游开口并且具有上游开口；包含在喷射通道内并且具有液体通道和喷嘴尖端的喷射嘴，该喷嘴尖端构造为朝向下游开口产生泰勒锥形以雾化从液体通道接收的液体；以及围绕所述屏蔽并且构造成在下游开口处电中和雾化液体的多个放电电极。
2.如权利要求1所述的设备，其中，喷射嘴包括指向喷射通道下游开口的向前表面；围绕所述向前表面圆周排列的多个喷嘴尖端；与所述向前表面相通的液体供应通道；以及在液体供应通道和相应的喷嘴尖端之间相通的多个通路，每个通路构造为提供选择的压降，用于减轻喷射嘴的纵向轴的方向的重力作用。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述多个通路包括浇口状对称分支，每个通路具有相等的横截面积、长度和回转数目，以获得可比的压降。
4.如权利要求1所述的设备，其中，每个放电电极具有纵向长度，每个放电电极在上游部分处结合到屏蔽上并且沿着纵向长度的下游部分通过所述屏蔽与雾化液体相分离。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述多个放电电极附装到圆周附装在所述屏蔽上的带上。
6.如权利要求4所述的设备，其中，每个放电电极在纵向长度的上游端处具有电极尖端，每个电极尖端靠近下游开口提供给喷射通道。
7.如权利要求1所述的设备，进一步包括环形环绕所述屏蔽以形成放电电极腔的盖，该放电电极腔包含所述多个放电电极。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述电极腔包括环绕喷射通道下游开口的环形开口，放电电极处在环形开口的纵向上游并且构造成产生用于中和雾化液体的离子云。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述多个放电电极附装到圆周附装在所述屏蔽上的带上。
10.如权利要求7所述的设备，其中，所述屏蔽和盖包括用于扣合装配的机构。
11.如权利要求1所述的设备，其中，喷射嘴的喷嘴尖端由低表面能的绝缘材料形成，用于减少毛细作用，喷射通道的液体通道包括喷嘴尖端的带电电极上游，以将电荷给予足够用于电流体动力喷射的液体。
12.如权利要求1所述的设备，其中，喷射嘴的喷嘴尖端限定横交于喷射通道的平面，所述多个放电电极放置在平面上游。
13.一种方法，包括围绕具有纵向轴的喷射通道纵向保护多个放电电极；沿着喷射通道的纵向轴电流体动力喷射作为指向下游的气雾的液体；以及中和靠近喷射通道的下游开口的气雾。
14.如权利要求13所述的方法，其中，纵向保护多个放电电极包括将每个放电电极的拆下的下游尖端暴露给喷射通道的下游开口；以及将每个放电电极的上游部分结合到喷射通道的外部，其中保护每个放电电极的大部分不受气雾的影响。
15.如权利要求13所述的方法，其中，进一步包括充电多个放电电极以产生与气雾相反电荷的离子云；以及以下游纵向及环形方式将离子云指引向喷射通道的下游开口。
16.如权利要求13所述的方法，其中，电流体动力喷射液体包括横过具有一致压降的多个通路将液体分布到多个圆周间隔的位置；以及通过相应的喷嘴尖端电流体动力地喷射在每个圆周间隔的位置处所接收的液体。
17.如权利要求13所述的方法，其中，电流体动力喷射液体包括充电液体；以及在保留电荷的影响下将带电液体分布到绝缘电流体动力喷嘴尖端，用于形成泰勒锥形。
18.一种肺部气雾传送装置，包括包括如下的电流体动力设备限定具有纵向轴的喷射通道的屏蔽，该屏蔽在纵向轴上具有下游开口并且具有上游开口；包含在喷射通道内并且具有液体通道和喷嘴尖端的喷射嘴，该喷嘴尖端构造为朝向下游开口产生泰勒锥形以雾化从液体通道接收的治疗液体；以及围绕所述屏蔽并且构造成在下游开口处电中和雾化的治疗液体的多个放电电极；分配系统，其用于包含进行雾化的治疗液体并且将治疗液体传送到电流体动力设备；电源系统，其用于为电流体动力设备提供足够的电压以雾化治疗液体；以及与分配系统、电流体动力设备和电源系统相通的控制电路；以及能够握持在用户一个手中这种尺寸的壳体，该壳体具有用于将雾化的治疗液体指引向用户嘴部的出口并且在其内包括电流体动力设备、分配系统、电源和控制电路。
19.如权利要求18所述的装置，其中喷射嘴包括指向喷射通道下游开口的向前表面；围绕所述向前表面圆周排列的多个喷嘴尖端；与所述向前表面相通的液体供应通道；以及在液体供应通道和相应的喷嘴尖端之间相通的多个通路，每个通路构造为提供选择的压降，用于减轻喷射嘴的纵向轴的方向的重力作用。
20.如权利要求19所述的装置，其中，所述多个通路包括浇口状对称分支，每个通路具有相等的横截面积、长度和回转数目，以获得可比的压降。
21.如权利要求18所述的装置，其中，每个放电电极具有纵向长度，每个放电电极在上游部分处结合到屏蔽上并且沿着纵向长度的下游部分通过所述屏蔽与雾化液体相分离。
22.如权利要求21所述的装置，其中，所述多个放电电极附装到圆周附装在所述屏蔽上的带上。
23.如权利要求21所述的装置，其中，每个放电电极在纵向长度的上游端处具有电极尖端，每个电极尖端靠近下游开口提供给喷射通道。
24.如权利要求18所述的装置，进一步包括环形环绕所述屏蔽以形成放电电极腔的盖，该放电电极腔包含所述多个放电电极。
25.如权利要求24所述的装置，其中，所述电极腔包括环绕喷射通道下游开口的环形开口，放电电极处在环形开口的纵向上游并且构造成产生用于中和雾化液体的离子云。
26.如权利要求25所述的装置，其中，所述多个放电电极附装到圆周附装在所述屏蔽上的带上。
27.如权利要求26所述的装置，其中，所述多个放电电极由圆周附装在所述屏蔽上的带形成。
28.如权利要求24所述的装置，其中，所述屏蔽和盖包括用于扣合装配的机构。
29.如权利要求18所述的装置，其中，喷射嘴的喷嘴尖端由绝缘材料形成，喷射通道的液体通道包括喷嘴尖端的带电电极上游，以将电荷给予足够用于电流体动力喷射的液体。
30.如权利要求29所述的装置，其中，喷射嘴的喷嘴尖端由低表面能的绝缘材料形成，用于减少毛细作用。
31.如权利要求29所述的装置，其中，喷射嘴的喷嘴尖端的绝缘材料包括用于减少到达稳定状态分配的时间的导电材料。
32.一种用于电流体动力喷射的喷射嘴，包括构造为接收液体的液体通道；与液体通道相接触用于将电荷给予液体的带电电极；以及由绝缘材料形成并具有多个喷嘴尖端的向前表面，上述多个喷嘴尖端与液体通道相通并进行分隔，以及布置成当提供带电液体时在每个尖端产生泰勒锥形。
33.如权利要求32所述的喷射嘴，其中，所述向前表面是环形的，所述多个喷嘴尖端圆周布置。
34.如权利要求32所述的喷射嘴，进一步包括在液体通道和每个喷嘴尖端之间相通的多个通路，设定所述多个通路尺寸为每个喷嘴尖端提供一致的流速。
35.一种用于电流体动力喷射的设备，包括限定具有纵向轴的喷射通道的屏蔽，该屏蔽在纵向轴上具有下游开口并且具有上游开口；包含在喷射通道内并且具有液体通道和喷嘴尖端的喷射嘴，上述喷嘴尖端构造成朝向下游开口产生泰勒锥形，以雾化从液体通道接收的液体；环绕所述屏蔽并且构造成在下游开口处电中和雾化液体的多个放电电极；以及在所述屏蔽内形成的多个窗口，每个窗口将相应的放电电极的尖端暴露给喷射通道的下游开口。
36.如权利要求35所述的设备，进一步包括围绕所述放电电极和屏蔽的盖，其中，该盖包括用于自呼吸所述多个放电电极的通风口。
37.一种用于电流体动力喷射的设备，包括在盖内的屏蔽，其纵向分隔放电电极腔和喷射通道；包含在喷射通道内并且具有液体通道和喷嘴尖端的喷射嘴，上述喷嘴尖端构造成朝向下游开口产生泰勒锥形，以雾化从液体通道接收的液体；以及包含在由喷射嘴的喷嘴尖端形成的平面上游的放电电极腔之内的放电电极，该放电电极构造成产生离子云，以在下游开口处电中和雾化液体。
全文摘要
一种特别适合于手持肺部气雾吸入器的改进的电流体动力(EHD)喷嘴(20a)，其通过屏蔽放电电极(26)减少或消除润湿，从而增加了治疗液体的一致和有效分配。一些实例通过提供环形围绕气雾的离子电晕风，在提高气雾的中和的同时，进一步消除润湿。结合到每个EHD喷嘴尖端(32)的具有一致压降的改进液体分配允许水平分配，并且通过使用具有低表面能的绝缘喷嘴尖端(32)，由此避免了在分配之间的毛细作用并且当分配时有益地减小可获得的颗粒尺寸。一些实例特征在于改进扣合装配以及其它制造能力优点。EHD喷嘴(32)的特有特征中之一是获得具有低润湿和小颗粒尺寸(1.0－5微米)的高剂量率(微升/分钟)，尽管这些特征趋向于相互排斥。而且，这些属性结合在便利地小的手持装置之内。
文档编号B05B5/16GK1753701SQ200480005386
公开日2006年3月29日 申请日期2004年2月26日 优先权日2003年2月28日
发明者W·G·阿特伯里, C·E·布顿, D·R·布西克, J·E·德沃尔斯基, P·A·盖多斯, D·A·霍利, D·D·米克, G·A·特里斯 申请人:文泰拉医药公司