АППАРАТ ДЛЯ СОРТИРОВКИ ПОРОШКА Российский патент 2004 года по МПК A61M15/00 

Изобретение относится к аппарату для деагломерации и электростатической зарядки распыляемого порошка для ингаляции с помощью стационарных или переносных устройств, в силу чего порошок относят к активным фармацевтическим веществам, смесям и специальным лечебным препаратам, вводимым через дыхательные пути.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время введение медицинских порошков осуществляется множеством способов. Меры по охране здоровья все больше и больше сосредотачиваются на возможности вводить дозы порошка прямо в легкие посредством ингаляторов для оказания больному быстрой, эффективной и безболезненной помощи.

Медицинские порошки, предназначенные для введения через ингалятор в легкие, должны иметь зерна размером от 1 до 6 мкм. Частицы большего размера прилипают к полости рта и горлу, а частицы меньше указанного размера выходят с выдыхаемым воздухом.

Порошки, имеющие зерна малого размера, обладают сильно выраженной склонностью к агломерации, т.е. к превращению в общую массу. В используемых в настоящее время ингаляторах большая часть активных веществ во время дозирования находится в виде агломерата и поэтому много порошка оседает в верхних дыхательных путях. Для деагломерации порошка были разработаны различные способы и в большинстве случаев для расщепления агломератов используют поток воздуха ингалятора.

Также распространено использование переносчиков, содержащих частицы большего размера, на поверхности которых размещают порошки с меньшим зерном. При вдохе крупные частицы оседают в полости рта, а мелкие освобождаются и продолжают движение внутрь легких. Некоторые производители используют также электрические вентиляторы, пьезовибраторы и/или механическую вибрацию для расщепления агломератов. Таким образом, наличие очень большой порции одиночных частиц во вдыхаемом воздухе является очень важным фактором для достижения высокой степени эффективности ингаляции.

Вследствие того, что полной деагломерации добиться трудно, желательно, чтобы в процедуру сортировки была включена дополнительная операция отделения, на которой остаточные агломераты отделялись бы от расщепленных одиночных частиц.

В опубликованном шведском патенте SE 504458, включенном в данное описание путем ссылки, описывается приспособление для ингалятора, в котором в качестве дозирующего устройства применен вращающийся барабан вместе с электрическим полем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение раскрывает метод и аппарат для сортировки и при необходимости электростатической зарядки полученного мелкодисперсного порошка, предназначенного, главным образом, для ингаляции. Электростатическую зарядку производят посредством трибозарядки, индукционной зарядки и/или зарядки в коронном разряде. Далее под зарядкой порошка будет подразумеваться его электростатическая зарядка согласно любому из упомянутых методов или их комбинации. Данное изобретение, главным образом, предназначается для использования при вводе дозы порошка непосредственно во вдыхаемый воздух, или же для снабжения дозирующего устройства электростатически заряженным деагломерированным порошком для лучшего управления его дозирования во вдыхаемом воздухе, или же для наложения на носители для дальнейшего приготовления и введения в ингалятор или другое приспособление, например на кусок пластыря или что-нибудь в этом роде.

Сортировка происходит лучше, если электростатически заряженный порошок отделяют устройством, расщепляющим подходящее вещество, и это устройство придает порошку соответствующую скорость. В соответствии с этим способом порошок переправляют в электрическое поле, предпочтительно если оно перпендикулярно направлению движения порошка. Путем выбора определенной напряженности электрического поля расщепленный порошок, т.е. одиночные пылевидные частицы, притягивают к устройству, с которого производят дозирование одиночных частиц. Более крупные частицы (агломераты) продолжают движение вперед в первоначальном направлении, так как их кинетическая энергия существенно больше, чем у малых частиц. Таким образом достигают почти полное отделение одиночных частиц от более тяжелых агломерированных частиц, при этом возникают условия для очень хорошего дозирования вещества.

В соответствии с разными вариантами выполнения данного изобретения для ускорения порошка до соответствующей скорости разработано устройство в виде вращающейся стряхивающей порошок щетки, вибрирующей мембраны, пьезоэлектрического каскада или вентилятора. Важно добиваться равномерного и управляемого ускорения порошка, так как его скорость должна соответствовать электрическому полю и расстоянию до приемного устройства.

С помощью выбора соответствующих технических приемов и материалов одновременно с ускорением порошка происходит его электростатическая зарядка. Для получения необходимой величины потенциала и его знака должны быть выбраны соответствующие материалы, и этот выбор производится с учетом расположения различных материалов в рядах, описывающих их трибозарядку. Выбор расстояния между двумя материалами, обладающими трибоэлектрическим эффектом, дает возможность регулирования величины потенциала для достижения требуемого его значения.

Этот процесс осуществляют в аппарате сортировки, где из зоны деагломерации происходит выброс частиц в направлении к приемному устройству и где электрическое поле направлено перпендикулярно направлению выброса частиц. Кинетическая энергия, которая существенно больше у более тяжелых частиц, переносит большие частицы к приемному устройству, в то время как малые одиночные пылевидные частицы благодаря электрическому полю будут притягиваться дозирующим барабаном. Таким образом для дозирования будут использованы практически только одиночные частицы. На вращающемся дозирующем барабане будет размещен тонкий слой электростатически заряженных частиц.

Дозировку производят затем, например, с помощью притягивающего электрода, который обладает соответствующим напряжением, притягивающим малые частицы порошка с дозирующего барабана. Воздушный поток, вдыхаемый воздух, уносит частицы порошка прежде чем они достигнут притягивающего электрода. Количеством дозируемого порошка можно управлять посредством подключения и отключения напряжения. С другой стороны, дозирование можно регулировать, включив электронный фильтр между дозирующим барабаном и притягивающим электродом. Другая возможность управления дозированием заключается в изменении электрического поля в аппарате сортировки частиц.

Изобретение охарактеризовано независимыми пунктами формулы 1 и 3, а разные варианты выполнения охарактеризованы зависимыми пунктами формулы 2 и 4-11.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описано на примере его предпочтительного иллюстративного варианта выполнения с помощью прилагаемых чертежей, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые или соответствующие элементы.

Фиг.1 изображает основную схему прохождения порошка в устройстве, используемом для введения лекарства, которое включает в себя аппарат сортировки порошка, соответствующий данному изобретению.

Фиг. 2 изображает основную схему аппарата сортировки порошка, поясняющую иллюстративный вариант выполнения изобретения, который может применяться совместно со способом, соответствующим фиг.1.

Фиг.3 более подробно иллюстрирует вариант выполнения аппарата, используемого для приготовления порошка с одновременной его сортировкой.

ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНОГО ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ
Вещества, непосредственно предназначенные к приготовлению, - это лекарственные порошки, но кроме них можно рассматривать и другие порошки, для которых требуется точная дозировка малых количеств. Ниже, в рамках описания иллюстративного варианта выполнения, слово "порошок" будет применяться для обозначения всех видов веществ или лекарств, предназначенных для использования в ингаляторе.

Фиг. 1 посредством диаграммы, иллюстрирующей прохождение порошка через аппарат сортировки, схематично изображает способ, соответствующий настоящему изобретению. Подача порошка включает в себя предварительную обработку и использование магазина, в который может быть возвращен излишний порошок. Разработка этого блока находится за пределами материалов данной заявки и поэтому далее не описывается.

В соответствии с диаграммой, представленной на фиг.1, порошок сначала, на этапе 20, загружают в магазин, откуда его затем, на этапе 22, передают в расщепляющее устройство. На этапе 24 расщепленный порошок и остаточные агломераты выбрасывают из расщепляющего устройства на сортировку, этап 26. Во время сортировки, этап 26, расщепленные малые частицы отделяют от остаточных агломератов, которые на этапе возврата 28 передают обратно в приемные средства. После сортировки, этап 26, пылевидные частицы поступают на этап 30. На этапе 30 пылевидные частицы переносят сквозь приложенное электрическое поле к дозирующему устройству. Из дозирующего устройства через этап регулирования 34 порошок переносят дальше для смешивания с воздухом на этапе 36 и, наконец, для введения в легкие, этап 38. Из дозирующего устройства, на этапе 32, излишние частицы переносят обратно в приемные средства. Вследствие этого на этапе возврата 26 излишние расщепленные малые частицы вместе с остаточными агломератами переносят обратно в средства расщепления или в магазин.

Схема на фиг.2 изображает аппарат для сортировки порошка, соответствующий способу, реализованному в данном изобретении. Выбрасывающее устройство 5 выбрасывает порошок из устройства 1 подачи порошка. Выбрасывающее устройство в иллюстративном варианте выполнения содержит металлическую или пластмассовую пластину, прижатую к наполненной порошком вращающейся щетке так, что ее щетинки слегка изогнуты. Когда щетинки щетки проходят, выбрасывающее устройство 5 они выпрямляются и частицы порошка стряхиваются и выбрасываются в направлении по касательной к щетке, в направлении к приемному устройству 7. Между щеткой для подачи порошка и приемным устройством находится электрическое поле 8, ориентированное перпендикулярно направлению движения частиц. Предпочтительнее, если электрическое поле статическое, но в последующих вариантах исполнения оно также может быть пульсирующим или приспособленным для управления дозированием. Далее по направлению поля расположено дозирующее устройство 9, которое ловит частицы, захваченные и переносимые электрическим полем по направлению к нему. Тяжелые, нерасщепленные агломераты способны пересечь электрическое поле и достичь приемного устройства 7, тогда как легкие одиночные частицы в виде мелкодисперсионной пыли будут отделены и перемещены на дозирующее устройство. Для оптимизации процесса сортировки и для получения желаемого результата в некоторых случаях предпочтительно подавать на приемное устройство и на дозирующий барабан притягивающие потенциалы и уравновешивать их. В зависимости от конструкции и желаемой дозировки потенциалы, необходимые для создания полей с нужной напряженностью, изменяют в широких пределах, обычно между 50 и 700 В. В последующих вариантах выполнения устройства, соответствующего данному изобретению, на дозирующее устройство 9 установлен измерительный элемент для регулировки и измерения характеристики и величины заряда. Такой измерительный элемент может быть разработан профессионалом в соответствии с существующим уровнем техники.

Фиг. 3 более подробно и в соответствии с процессом сортировки раскрывает устройство для перемещения порошка. Через две вращающиеся щетки 2 и 3 (устройство деагломерации) порошок поступает в выбрасывающее устройство 5, из которого он стряхивается или выбрасывается в электрическое поле (не показано), возбужденное между одной из вращающихся щеток и вращающимся дозирующим устройством в виде барабана 9. Частицам задается движение в направлении приемного устройства 7, имеющего вид дополнительной вращающейся щетки. В настоящем варианте выполнения эта щетка слегка касается дозирующего барабана 9 для захвата при своем вращении частиц с барабана, оставшихся на нем после выдачи дозы. Агломераты захватывают приемным устройством 7 и вместе с оставшимися малыми частицами, не использованными при выдаче дозы, перемещают назад в устройство подачи порошка 1 или в магазин посредством дополнительных элементов, например добавочной вращающейся щетки (не показана), находящейся во взаимодействии с щеткой приемного устройства 7. Таким образом, выбрасывающее устройство в основном варианте выполнения также содержит вращающуюся щетку, щетинки которой слегка изогнуты назад из-за того, что подпирают край пластины, а следовательно, при прохождении края щетинки выпрямляются и стряхивают порошок. Край пластины и щетка изготовлены из соответствующих материалов, это сделано с учетом свойства порошка и с учетом решения о том, нужна или нет электростатическая зарядка порошка. Также учитывают какой потенциал желателен для порошка. Выбранные материалы должны иметь соответствующую проводимость, и это также согласовывается со свойствами порошка и других использованных материалов. Если есть необходимость избежания электростатической зарядки порошка, то выбирают проводящие материалы. Другие пути конструирования выбрасывающего устройства связаны со вдуванием порошка в электрическое поле посредством вентилятора, пьезовибратора или вибрирующей мембраны. Путем выбора материалов и конструкции можно определять - где и как будет происходить зарядка порошка и определять также потенциал и знак зарядки.

Таким образом, электрическое поле 8 направлено перпендикулярно по отношению к выбрасывающему устройству. Напряженность электрического поля зависит от свойств порошка и может быть как статической, так и пульсирующей. Выпущенные частицы порошка при движении обладают кинетической энергией - большой у больших частиц и малой у малых частиц, полученных в результате расщепления. Если частицы электростатически заряжены, то на них легче воздействовать электрическим полем, имеющим направление, которое притягивает частицы к дозирующему устройству. Это значит, что электрические потенциалы порошка и дозирующего устройства имеют разные знаки. При таких условиях крупные частицы (агломераты), обладающие высокой кинетической энергией, большей своей частью продвинутся вперед и попадут в приемное устройство 7 в основном для того, чтобы возвратиться обратно в расщепляющее устройство, т.е. деагломерационную зону, в то время как малые расщепленные пылевидные частицы будут легко притянуты к дозирующему устройству 9 благодаря меньшей их кинетической энергии и более высокому удельному заряду. Таким образом происходит эффективная сортировка одиночных частиц и агломератов. Выбранные подходящим образом расстояния и потенциалы играют важную роль в способе сортировки, соответствующем настоящему изобретению. В некоторых случаях лучшую сортировку можно получить путем подачи на приемное устройство 7 потенциала, соотнесенного с потенциалом дозирующего устройства 9.

Как отмечено выше, агломераты, оказавшиеся таким образом в зоне действия приемного устройства 7, могут быть просто направлены через него обратно в устройство 1 подачи порошка или в магазин.

Материал для изготовления аппарата выбран таким образом, что внутри него достигнуто по возможности наименьшее количество отложений. Этого достигают путем подачи на стенки потенциала, отталкивающего частицы, т.е. имеющего тот же знак, что и заряженные частицы.

Метод и аппарат раскрыты посредством иллюстративного варианта выполнения и это не следует рассматривать как ограничение правового объема изобретения, определенного прилагаемой формулой.

Изобретение раскрывает способ и аппарат для сортировки и, если требуется, для электростатической зарядки полученного в результате сортировки отделенного расщепленного порошка, который в предпочтительном случае является веществом, предназначенным для ингаляции. Сортировка происходит таким образом, что порошок выбрасывается из расщепляющего соответствующее вещество устройства со скоростью, перпендикулярной приложенному электрическому полю. Посредством выбора напряженности электрического поля расщепленный порошок, то есть одиночные пылевидные частицы, под действием электрического поля притягивается к устройству, с которого затем снимают дозу одиночных частиц. Более крупные частицы (агломераты) продолжают двигаться вперед по направлению начальной скорости, так как их кинетическая энергия значительно больше, чем у маленьких частиц. Таким способом обеспечивают требуемое отделение частиц нужного размера от более крупных агломерированных частиц, не желательных для применения, то есть создают условия для очень хорошего дозирования вещества. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ сортировки электростатически заряженных расщепленных частиц порошка и агломерированных частиц, отличающийся тем, что он включает создание первого электрического поля между выбрасывающим устройством и дозирующим устройством, выброс порошка из расщепляющего устройства посредством выбрасывающего устройства, при котором порошок сбрасывают или стряхивают по направлению к приемному устройству так, что при выбросе частицам порошка придают движение в направлении, по существу перпендикулярном первому электрическому полю, разделение расщепленных одиночных частиц порошка и агломерированных частиц порошка с помощью первого электрического поля, при этом кинетическая энергия агломератов достаточно велика для преодоления указанного электрического поля, вследствие чего они достигают приемного устройства, а расщепленные одиночные частицы порошка захватываются первым электрическим полем и переносятся на дозирующее устройство, возврат агломератов из приемного устройства для повторного расщепления и сортировки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает создание между выбрасывающим устройством и приемным устройством второго электрического поля для обеспечения оптимизации сортировки путем точной регулировки этим полем отделения одиночных частиц от агломерированного порошка.3. Аппарат для сортировки электростатически заряженных расщепленных частиц порошка и агломерированных частиц, которые составляют исходное вещество, предназначенное для введения путем ингаляции или аналогичными средствами, содержащий в своем корпусе подающее расщепляющее устройство для частиц порошка, отличающийся тем, что он также содержит выбрасывающее устройство для выброса частиц порошка из подающего расщепляющего устройства, первое электрическое поле, созданное между выбрасывающим устройством и дозирующим устройством, приемное устройство для приема порошка, не подвергшегося расщеплению при сортировке посредством электрического поля, направленного перпендикулярно направлению выброса частиц порошка, при этом приемное устройство выполнено с возможностью возвращения порошка в подающее и выбрасывающее устройства.4. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что выбрасывающее устройство включает выбрасывающий элемент в виде пластины, щетки, вентилятора, пьезоэлектрического элемента или вибрирующей мембраны для ускорения частиц порошка.5. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что он содержит элемент, генерирующий поле, предназначенный для зарядки порошка путем трибозарядки, индукционной зарядки и/или зарядки в коронном разряде до осуществления ускорения частиц в направлении приемного устройства, во время него и после.6. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что он содержит вращающуюся щетку и элемент, например, выполненный из пластмассы, для изгибания щетинок щетки и стряхивания порошка с обеспечением его трибозарядки.7. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что приемное устройство выполнено в виде вращающейся щетки или конвейерной ленты, предназначенной для возврата крупных частиц к месту подачи порошка.8. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что дозирующее устройство выполнено в форме ролика или содержит приемное средство в виде пленки или соответствующего специального сборника порошка, к которому вещество прилипает или, наоборот, минует его.9. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что оно дополнительно имеет элемент, генерирующий второе электрическое поле между выбрасывающим устройством и приемным устройством.10. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что на дозирующем устройстве установлен измерительный элемент для регулировки и измерения характеристики и величины заряда.11. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что порошковое подающее расщепляющее устройство выполнено с многочисленными вращающимися щетками, находящимися во взаимодействии друг с другом и предпочтительно выполненными из материала, увеличивающего электростатическую зарядку порошка при трении друг об друга щетинок пары щеток.