[发明专利]气雾中的液滴的热效产生

说明书

技术领域

本发明涉及产生所具尺寸适于夹带于气雾中的液滴。

背景与发明概述

医疗与生物技术的当前进展提供了众多的高效和有前途的系统治疗方法，这类方法要求将生物物质和化学物质(例如缩氨酸、蛋白质以及细小分子)输送到患者的血流中。用传统的输送方式例如经皮肤与经口腔将某些物质送达血流时，会带来各式各样的问题。例如经口腔输送的治疗用蛋白由于其在有机会到达血流前就被消化掉而不能起作用。这样，由于上述的和其他的原因，最好将这类物质尽可能直接地送到血流。

所谓气雾是极细的固体粒子或液体粒子的气体悬浮物。气雾当前用于将某些药物输送到病人的肺部。将药剂或其他治疗物质输送到病人肺部的方式有时称作肺输送。

肺的最内部组织称作肺泡上皮细胞，它包括数以亿计的称作为肺泡的细小气囊，它们为毛细血管的大网络包围。肺泡壁是薄的单一的细胞层，能从肺泡将流体快速地吸收到血流内。最有效的肺输送是在把药物输送到肺泡时而实现的。这种输送方法需要生成极细的微粒或小滴，能夹带于气体中成为气雾形式而为病人吸入肺泡内以传送到血流中。

肺泡能够迅速吸收直径约4μM的相当于33.5千万亿分之一公升体积的液滴。一千万亿分之一公升是1×10^-15公升(飞升)。大的液滴常会在到达肺泡前与肺壁接触而较少可能透过肺壁到达血流，这是因为通向肺泡的气道衬有厚而带纤毛且为粘液覆盖的细胞层。

通用的肺输送装置是那种周知的计量药剂吸入器(MDI)，它们已广泛用于输送哮喘药剂。MDI输送系统虽可有效地输送用来治疗肺组织的药物，但此系统并不能最佳地用来将物质输送到肺泡(从而到血流)。为此，MDI通常将药剂在加压容器中与推进剂组合。起动这种装置能释放出计量的气雾，但此时液滴的粒度分布大，而进推进剂的蒸气压力也随温度和使用的次数变化。这样，气流中的这种物料的行为以及液滴所能达到肺泡的范围便多少不能预测。

从以上所述可知，值得注意需要一种能可靠地产生很小体积的且具有大致均匀的尺寸分布而为气雾夹带的液滴的液滴发生器。

参考文献美国专利5,894,841已认识到，采用喷墨打印中的那种液滴发生器有可能产生极细的液滴。与这里所述有关的那种喷墨打印(常称为热喷墨打印)，是将墨水引导到几个细小的室中。每个室包括有热效换能器如薄膜电阻器以产生将墨水滴通过室上方的孔喷出的蒸汽气泡。这些室与孔组装到打印头装置内，此装置与墨水源连接并配备有控制器使墨滴定时地喷射以在媒体上复印图像。上述参考文献并未提供用来产生进行有效肺输送所需飞升尺寸细粒的热效液滴发生器的具体细节。

对于例如用于热喷墨打印的液滴发生器，喷口尺寸仅仅是用来控制每次起动电阻器(或其他适当的热效换能器)所排出液滴体积大小的一个因素。与此喷口相关联的墨水室的构型以及室中热效换能器的尺寸和能量释放能力能起到更大的作用。

当前喷墨设计提供的液滴发生器所产生的液滴的体积小到4皮升(相当于4000飞升)。为了产生能夹带在例如用于将液滴输送到肺泡的气雾中的，约数十个飞升级的液滴，所遇到的一些问题妨碍了人们将当前的设计按简单的缩小比例的方法来求得这样小的液滴体积。

例如喷出尺寸范围在约数十飞升级的单粒液滴时需要极小的墨水室与电阻器，它们所具有的关键的尺寸难以用常规的喷墨打印头制造工艺予以加工和控制。就算是能进行这种加工，这么小的电阻器的热效率很可能是不够的。由这样小的电阻器造成的热损失(即在形成蒸汽泡过程中未传送给墨水的能量)问题，能够由用来形成蒸汽气泡的相对更高的能量(称作转向能或TOE)解决。但是增大TOE会在热效换能器中产生较大的应力，这有可能使此换能器随时间的延长而降低其可靠性。

本发明针对这样一种热效型的微滴发生器，它所具有的几何结构能使从室中喷出的液体有效地将此喷出的大量液体分成许多细小的液滴。这样就提供了(与按比例缩小的通过每次起动热效换能器而生产出细小单粒的液滴发生器相比的)高热效的液滴发生器，且一般不需满足上述困难的制造公差。

在本发明的一种最佳实施形式中，液体室的厚度与热效换能器的面积之间的关系经控制成能提供上述细分形式。

液体的喷出易控制成能精密地对喷出的液滴计量。值得注意，通过本发明设计出的液滴的热发生形式，提供单一的一次操作(即控制热效换能器的“喷出”以将液体室中容物排出)，既使排液量的计量化又产生适合的细小液滴，即从室中喷出液体不需伴随有减少喷出液体量以形成细小液滴的装置。