Увлажнитель для увлажнения аэрозоля
Изобретение относится к медицинской технике. Увлажнитель, выполненный с возможностью увлажнения аэрозоля, содержит первый водяной отсек, содержащий воду, используемую для увлажнения аэрозоля, второй водяной отсек, содержащий воду, используемую для увлажнения аэрозоля, и промежуточную камеру, расположенную между первым и вторым водяными отсеками. Промежуточная камера содержит впускное отверстие для аэрозоля и выпускное отверстие для аэрозоля и образует первые ограничительные поверхности канала, через который проходит аэрозоль, подлежащий увлажнению. Первый слой проницаем для водяного пара, непроницаем для жидкой воды и расположен между первым водяным отсеком и промежуточной камерой. Часть первого слоя образует вторую ограничительную поверхность канала. Второй слой проницаем для водяного пара, непроницаем для жидкой воды и расположен между вторым водяным отсеком и промежуточной камерой. Часть второго слоя образует третью ограничительную поверхность канала, противолежащую по отношению ко второй ограничительной поверхности. Промежуточная камера содержит по меньшей мере два выступа, каждый из которых выступает из боковой поверхности промежуточной камеры внутрь нее. По меньшей мере два выступа представляют собой часть первых ограничительных поверхностей и выступают внутрь промежуточной камеры таким образом, что канал имеет извитую структуру внутри промежуточной камеры между этими по меньшей мере двумя выступами. Технический результат состоит в обеспечении эффективного увлажнения аэрозоля. 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к увлажнителю, выполненному с возможностью увлажнения аэрозоля.
Уровень техники
В устройстве для аэролизации аэрозолируемого сухого материала, например порошкообразного фармацевтического вещества, на указанный аэрозолируемый материал воздействуют сжатым газом или газом-носителем в специально предусмотренной камере, при этом частицы, захватываемые газовым потоком, преобразуются в этой камере в состояние, которое называют аэрозолем. Частицы сухого материала присутствуют во всем объеме сжатого газа, предпочтительно в однородной и мелкодисперсной форме.
В фармацевтике такие устройства применяют для ингаляционного введения фармацевтических препаратов пациентам, которые могут нормально дышать, пациентам с искусственной вентиляцией так же, как и пациентам со вспомогательным дыханием. В первом случае типичными примерами таких устройств являются карманные ингаляторы сухого порошка (DPI) и дозирующие ингаляторы (MDI). В случае пациентов с искусственной вентиляцией и со вспомогательным дыханием ингалятор должен быть встроен в вентиляционный контур (или должен быть присоединен к нему), причем вентиляционный контур содержит вентиляционное устройство, трубки, ведущие от вентиляционного устройства к интерфейсу пациента и обратно, и интерфейс пациента, который обычно представляет собой соответствующий мундштук, дыхательную маску, носовую канюлю или трахеальную канюлю.
Фармацевтические препараты в виде вдыхаемого сухого порошка, как следует из их названия, можно вводить с помощью ингаляторов сухого порошка (DPI). Ограничением этих устройств является количество фармацевтического препарата, который должен быть введен. Известные на сегодняшний день ингаляторы сухого порошка обычно способны аэрозолировать сухой порошок в количестве порядка миллиграмма. Хотя этого достаточно для многих лекарственных средств, существуют фармацевтические препараты, вводимое количество которых значительно больше. Одним из примеров являются препараты легочного сурфактанта, вводимое количество которых, как правило, составляет до нескольких граммов. В случае применения обычных устройств для ингаляции сухого порошка для введения пациенту одного грамма или большего количества фармацевтического препарата потребуется неприемлемо продолжительная ингаляция. Для решения этой проблемы было разработано устройство для аэрозолизации сухого порошка, описанное в публикации международной заявки 2006/108558, которое позволяет осуществлять аэрозолизацию нескольких граммов порошкообразного вещества в течение нескольких минут.
Таким образом, это устройство является хорошим выбором, если необходимо ввести большое количество (несколько сотен миллиграммов или больше) фармацевтического препарата в виде аэрозоля. Еще одна проблема устройств, с помощью которых получают аэрозоль, известных в данной области техники, заключается в воспроизводимости и дозировании количества аэрозолированного материала, вводимого пациенту. В частности, это относится к случаю, когда во время хранения или даже при применении устройства частицы аэрозолируемого материала слипаются в крупные частицы с различным аэродинамическим поведением. Частицы, имеющие аэродинамический диаметр, который больше оптимального (составляющий приблизительно 1-5 мкм), с гораздо меньшей вероятностью достигнут цели, например, альвеол легких, поскольку они, как правило, осаждаются в верхних дыхательных путях или горле или даже в каком-либо месте устройства для ингаляции. Принимая во внимание, что в ходе лечения пациента такое нежелательное осаждение практически невозможно количественно оценить, чрезмерное нежелательное осаждение приводит к невозможности определения точной дозы вещества, которое будут вводить пациенту и которое должно достигнуть целевого органа.
У позвоночных внутренние поверхности легких, участвующие в газообмене, покрыты тонкой пленкой из смеси веществ, называемой «легочным сурфактантом» или «сурфактантом легких». Наиболее важными компонентами легочного сурфактанта являются фосфолипиды и так называемые сурфактантные белки, SP-А, SP-B, SP-C и SP-D. Легочный сурфактант имеет определенные поверхностно-активные свойства и снижает поверхностное натяжение в альвеолах и малых дыхательных путях до такой степени, что при выдохе не происходит коллабирования альвеол. Поверхностное натяжение регулируется динамически таким образом, что коллабирование альвеол и малых дыхательных путей (большего из них), которое следует ожидать в соответствии с законом Лапласа, предотвращается благодаря соответствующей адаптации поверхностного натяжения. С другой стороны, снижение поверхностного натяжения в альвеолярной области повышает податливость легких к растяжению, а значит облегчает расширение легких при дыхании. Наличие легочного сурфактанта обуславливает поддержание хорошо сбалансированной и физиологически стабильной структуры легких и имеет исключительно важное значение для нормального функционирования этого органа. Хотя в момент рождения легкие млекопитающих содержат достаточное количество эндогенного легочного сурфактанта для обеспечения естественного функционирования легких начиная с первого дыхания, легкие недоношенных детей (родившихся ранее, чем по прошествии 32 недель беременности, и особенно родившихся ранее, чем по прошествии 29 недель беременности) совсем не способны или не способны в достаточной степени вырабатывать легочный сурфактант. Это приводит к опасному для жизни недостаточному усвоению кислорода (дыхательное расстройство у новорожденного, IRDS). Дыхательное расстройство у новорожденного (IRDS) является основной причиной смерти недоношенных детей.
Препараты легочного сурфактанта, применяемые для лечения дыхательного расстройства (RDS), например, дыхательного расстройства у новорожденного (IRDS), могут быть получены из легких животных или могут быть изготовлены из отдельных компонентов, применяемых в качестве исходного материала.
Например, в публикации международной заявки 92/06703 описано изготовление синтетических препаратов легочного сурфактанта путем выпаривания хлороформа из раствора, содержащего фосфолипиды (например, дипальмитоилфосфатидилхолин (DPPC) и диолеилфосфатидилэтаноламин (DOPE)) и холестерин, с помощью ротационного испарителя, в ходе которого получают тонкую пленку, которую ресуспендируют в буферном растворе, при необходимости вместе с подходящими белками. В европейском патенте 0877602 описано получение синтетического легочного сурфактанта путем высушивания распылением раствора дипальмитоилфосфатидилхолина (DPPC), пальмитоилолеоилфосфатидилглицерина (POPG), пальмитиновой кислоты, хлорида кальция и сурфактантного белка SP-C.
Было установлено, что вдыхание аэрозоля, полученного путем аэрозолизации препаратов легочного сурфактанта в виде сухого порошка в сухом воздухе, как правило, приводит к образованию нежелательного осадка, когда аэрозоль вступает в контакт с влажной поверхностью ткани, выстилающей дыхательные пути. Этот осадок, который образуется в дыхательных путях, может достигать такого размера, что способен закупоривать бронхи, трахею или другие части дыхательных путей, таким образом создавая серьезную опасность удушья для пациента. Когда начинается такое осаждение, наблюдают быстрое увеличение формируемого тромба.
В публикации международной заявки 2012/025496 описана система, в которой применяют частицы в аэрозолированной форме, которые до вдыхания пациентом, но после аэрозолизации, проходят стадию увлажнения. Как оказалось, при вдыхании аэрозоля, содержащего частицы с достаточным количеством воды на их поверхности, образуется значительно меньше скоплений частиц, чем для аэрозоля с преобладанием сухих частиц. Однако в публикации международной заявки 2012/025496 не описаны конструктивные элементы увлажнителей, специально приспособленных для получения таких увлажненных частиц, и, в частности, не указаны подходящие геометрические элементы таких увлажнителей.
Раскрытие сущности изобретения
Соответственно, существует потребность в создании увлажнителя воздуха, который способен эффективно увлажнять аэрозоль. Используемый в данном документе термин «аэрозоль» обычно означает по существу сухие частицы, суспендированные в газовой фазе, например частицы фармацевтического препарата, такого как, например, легочный сурфактант, суспендированные в воздухе. Однако, как будет очевидно для специалиста в данной области техники, аэрозольные частицы не обязательно должны быть твердыми, но могут быть также жидкими. В таком случае аэрозоль будет содержать капли раствора, суспензии или расплава, суспендированного в газовой фазе.
Упомянутая выше потребность удовлетворяется признаками независимого пункта формулы изобретения. Другие варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с первым аспектом предложен увлажнитель, выполненный с возможностью увлажнения аэрозоля, причем этот увлажнитель содержит первый водяной отсек, содержащий воду, используемую для увлажнения аэрозоля, и второй водяной отсек, содержащий воду, используемую для увлажнения аэрозоля. Промежуточная камера (или «средняя камера») расположена между первым и вторым водяными отсеками и содержит впускное отверстие для аэрозоля и выпускное отверстие для аэрозоля, кроме того, промежуточная камера образует первые ограничительные поверхности канала, через который проходит аэрозоль, подлежащий увлажнению. Увлажнитель дополнительно содержит первый слой, проницаемый для водяного пара и непроницаемый для жидкой воды («полупроницаемую» прослойку), который расположен между первым водяным отсеком и промежуточной камерой. Часть этого первого слоя образует вторую ограничительную поверхность (в виде полупроницаемой стенки) канала. Увлажнитель содержит второй слой, проницаемый для водяного пара и непроницаемый для жидкой воды, который расположен между вторым водяным отсеком и промежуточной камерой. Часть этого второго слоя образует третью ограничительную поверхность (в виде полупроницаемой стенки) канала, противолежащую по отношению ко второй ограничительной поверхности.
Данный увлажнитель с двумя водяными отсеками и двумя слоями представляет собой эффективное устройство для увлажнения аэрозоля. Водяной пар может переходить из водяного отсека через соответствующий слой в промежуточную камеру, в которой увлажняют аэрозоль. Кроме того, путем регулирования температуры и, таким образом, давления пара в первом водяном отсеке и втором водяном отсеке, аэрозоль, подлежащий увлажнению, можно нагревать при его прохождении через промежуточную камеру. Благодаря тому, что первый слой и второй слой образуют часть канала, создается большая поверхность, на которой водяной пар и аэрозоль вступают в контакт друг с другом. Кроме того, за счет того, что водяные отсеки расположены на противоположных боковых поверхностях (в виде полупроницаемых стенок) промежуточной камеры, осуществляют однородное увлажнение аэрозоля, что сводит к минимуму потери частиц.
Промежуточная камера может иметь по существу цилиндрическую форму, а выпускное отверстие для аэрозоля может быть расположено на боковой поверхности промежуточной камеры. Это означает, что аэрозоль не проходит через промежуточную камеру в осевом направлении промежуточной камеры цилиндрической формы, а впускное отверстие для аэрозоля и выпускное отверстие для аэрозоля расположены на боковой поверхности, а не на осевой торцевой поверхности увлажнителя. Кроме того, впускное отверстие для аэрозоля и выпускное отверстие для аэрозоля расположены по существу на одинаковой высоте на боковой поверхности в осевом направлении. Канал, ограниченный первыми ограничительными поверхностями, второй ограничительной поверхностью и третьей ограничительной поверхностью, может быть расположен в промежуточной камере таким образом, что аэрозоль, проходящий по каналу, протекает в основном перпендикулярно осевому направлению, определяемому по существу цилиндрической формой промежуточной камеры.
Вторая ограничительная поверхность и третья ограничительная поверхность, через которые аэрозоль, подлежащий увлажнению, увлажняют водяным паром, проходящим сквозь соответствующую полупроницаемую стенку ограничительной поверхности, расположены параллельно друг другу на противополежащих сторонах канала. Как будет объяснено ниже, эта геометрическое расположение позволяет избежать осаждения частиц аэрозоля в канале. Когда водяной пар поступает в канал через полупроницаемую стенку, частицам, содержащимся в канале, передается момент в направлении, в котором водяной пар перемещается через полупроницаемую стенку. Таким образом, если имеется только одна ограничительная поверхность, через которую водяной пар поступает в канал, частицы аэрозоля будут осаждаться на противополежащей боковой поверхности, которая противополежит по отношению к стенке, через которую водяной пар поступает в канал. Однако в данном случае такого осаждения частиц на противоположной стенке можно избежать, поскольку водяной пар поступает в канал с противоположных сторон, в результате чего передаваемый эффективный момент равен нулю. Водяные пары, поступающие в канал из первого водяного отсека и из второго водяного отсека, имеют моменты, направленные в противоположных направлениях, поэтому эффективный момент, прилагаемый к аэрозолю в канале, равен нулю. Вследствие этого можно эффективно предотвращать или уменьшать осаждение частиц в канале.
Предпочтительно впускное отверстие для аэрозоля, канал и выпускное отверстие для аэрозоля расположены таким образом, что аэрозоль, выходящий из выпускного отверстия для аэрозоля, имеет направление течения, которое противоположно направлению течения аэрозоля, поступающего во впускное отверстие для аэрозоля. Другими словами, это означает, что впускное отверстие для аэрозоля и выпускное отверстие для аэрозоля расположены на одной и той же половине боковой поверхности. Предпочтительно камера расположена таким образом, что ось камеры, имеющей цилиндрическую форму, проходит в горизонтальном направлении. Вследствие этого имеется верхняя боковая поверхность и нижняя боковая поверхность. Предпочтительно впускное отверстие для аэрозоля и выпускное отверстие для аэрозоля расположены на верхней боковой поверхности. В частности, целесообразно расположить выпускное отверстие для аэрозоля на верхней боковой поверхности, чтобы предотвратить всасывание пациентом конденсированной текучей среды, которая может образовываться в промежуточной камере, вместе с аэрозолем, поскольку текучая среда будет естественным образом собираться в нижней части боковой поверхности промежуточной камеры. Для удаления этой конденсированной текучей среды канал может дополнительно содержать отверстие, которое также расположено на боковой поверхности промежуточной камеры. Предпочтительно это отверстие располагают на части боковой поверхности, которая противолежит по отношению к части боковой поверхности, на которой расположены впускное отверстие для аэрозоля и выпускное отверстие для аэрозоля.
При горизонтальной ориентации оси промежуточной камеры это отверстие могут располагать на нижней части боковой поверхности, а впускное отверстие и выпускное отверстие располагают на верхней части боковой поверхности.
Промежуточная камера может дополнительно содержать по меньшей мере один выступ, выступающий вовнутрь из боковой поверхности промежуточной камеры. Этот по меньшей мере один выступ может представлять собой часть первых ограничительных поверхностей и создавать опорную поверхность для каждой из первого слоя и второго слоя. Кроме того, вместо одного выступа могут применять по меньшей мере два выступа, каждый из которых выступает из боковой поверхности промежуточной камеры вовнутрь нее. Эти по меньшей мере два выступа образуют дополнительные поверхности (или стенки) части канала и представляют собой часть первых ограничительных поверхностей и выступают вовнутрь промежуточной камеры таким образом, что канал имеет извитую структуру внутри промежуточной камеры между по меньшей мере двумя выступами. Это означает, что эти два выступа могут выступать из противоположных частей внутренней боковой поверхности вовнутрь.
Первый слой, который опирается на первую опорную поверхность имеющихся выступов, и второй слой, который опирается на вторую опорную поверхность выступов, изолируют соседние секции канала друг от друга в осевом направлении промежуточной камеры. Это означает, что аэрозоль, протекающий через канал, должен протекать около различных выступов, за счет чего обеспечивают определенный путь течения внутри промежуточной камеры.
Увлажнитель могут применять вместе с устройством аэрозолизации, и увлажненный аэрозоль подают пациенту с искусственной вентиляцией легких или самостоятельно дышащему пациенту. Если увлажнитель применяют для самостоятельно дышащего пациента, промежуточная камера может дополнительно содержать второе впускное отверстие в канале, выполненное для впуска в канал дополнительного воздуха для дыхания. Дыхательный газ внутри канала может быть затем увлажнен и нагрет, в случае необходимости вместе с аэрозолем. Если смотреть в направлении течения аэрозоля в канале, это второе впускное отверстие может быть расположено после впускного отверстия для аэрозоля. Кроме того, второе впускное отверстие может быть расположено под углом относительно первого впускного отверстия таким образом, чтобы аэрозоль и воздух для дыхания не поступали в промежуточную камеру в двух параллельных течениях. Этот угол второго впускного отверстия относительно первого впускного отверстия позволяет обеспечить смешивание воздуха для дыхания с аэрозолем.
В одном варианте осуществления каждый из первого и второго водяных отсеков может содержать нагревательный блок, который применяют для нагревания воды в соответствующем отсеке. В другом варианте осуществления может быть применен водяной контур, который обеспечивает циркуляцию горячей воды через первый и второй водяные отсеки. Этот водяной контур может содержать насос для перекачивания воды через водяной контур и теплообменное устройство, которое могут применять для нагревания воды.
Вода в каждом водяном отсеке предпочтительно должна иметь по существу постоянную температуру внутри водяного отсека. Каждый водяной отсек может содержать выступы, которые направляют воду, циркулирующую в соответствующем водяном отсеке и которые позволяют циркулировать воде внутри отсека таким образом, что внутри водяного отсека поддерживают по существу постоянную температуру. Каждый из этих выступов, предусмотренных в каждом из водяных отсеков, образует дополнительную опорную поверхность для первого или второго слоев. Кроме того, первый слой предпочтительно расположен по существу параллельно второму слою. При таком расположении может быть получена зеркально-симметричная конфигурация увлажнителя.
Кроме того, на впускное отверстие для аэрозоля, через которое аэрозоль, подлежащий увлажнению, поступает в канал, дополнительно может быть установлена насадка. Кроме того, такая насадка имеет поперечное сечение, которое увеличивается в направлении течения аэрозоля, и эта насадка в качестве внутренних стенок содержит по меньшей мере одну возбудимую мембрану, которая выполнена с возможностью возбуждения импульсами давления. В предпочтительной конфигурации аэрозоль, подлежащий увлажнению увлажнителем, в соответствии с настоящим изобретением получают с помощью устройства, описанного в публикации международной заявки 2006/108558 или в публикации международной заявки 2010/122103. В таких устройствах импульсы сжатого воздуха применяют для всасывания аэрозолируемого материала из резервуара и введения материала в воздушное течение таким образом, чтобы образовать аэрозоль. Эти импульсы давления, вводимые в канал протекания аэрозоля, которые затем могут быть также применены для возбуждения возбудимой мембраны, образующей внутренние стенки насадки, очень похожи на применяемые в устройстве, описанном в публикации международной заявки 2010/122103, для возбуждения внутренних стенок резервуара, применяемого для хранения аэрозолируемого материала, внутренних стенок канала аэрозолизации и/или внутренних стенок полого разделителя. Возбудимая мембрана в насадке позволяет предотвращать слипание частиц на впускном отверстии для аэрозоля и, таким образом, позволяет предотвращать накапливание частиц на впускном отверстии для аэрозоля. Предпочтительно насадка имеет коническую форму и угол раскрытия насадки может составлять от 5° до 50°, предпочтительно от 7° до 11°, более предпочтительно от 8° до 10° и еще более предпочтительно 9°. Импульсы давления могут представлять собой импульсы давления, которые применяют для получения аэрозоля из аэрозолируемого материала.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано изображение увлажнителя в разобранном виде, выполненного с возможностью увлажнения аэрозоля,
Фиг. 2 представляет собой перспективное изображение водяного отсека, содержащего воду, использемую для увлажнения аэрозоля,
На фиг. 3 представлено перспективное изображение промежуточной камеры увлажнителя, через которую проходит аэрозоль, причем аэрозоль увлажняют при его прохождении через эту камеру, на фиг. 4 показана камера по фиг. 3, дополнительно содержащая впускное отверстие для воздуха для дыхания,
Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение насадки, которая может быть установлена на впускное отверстие для аэрозоля камеры, показанной на фиг. 3,
Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение водяного контура, применяемого для нагревания воды, проходящей через водяной отсек по фиг. 2.
Осуществление изобретения
Далее со ссылкой на чертежи более подробно будет описан увлажнитель, который может быть применен для увлажнения аэрозоля.
Увлажнитель содержит первый водяной отсек 100, содержащий воду, используемую для увлажнения аэрозоля, протекающего через промежуточную камеру 200. Увлажнитель дополнительно содержит второй водяной отсек 300, причем второй водяной отсек также содержит воду, используемую для увлажнения аэрозоля. Промежуточная камера находится между первым водяным отсеком 100 и вторым водяным отсеком 300. Между первым водяным отсеком 100 и промежуточной камерой 200 располагают первый слой 10, проницаемый для водяного пара, но непроницаемый для жидкой воды. Второй слой 20, проницаемый для водяного пара, но непроницаемый для жидкой воды, располагают между камерой 200 и вторым водяным отсеком 300.
Аэрозоль, подлежащий увлажнению, поступает в промежуточную камеру через впускное отверстие 210 для аэрозоля. Канал 230 сформирован в промежуточной камере, как показано, в частности, на фиг. 3. Аэрозоль увлажняют при его прохождении через канал от впускного отверстия 210 для аэрозоля до выпускного отверстия 220 для аэрозоля. Когда аэрозоль поступает во впускное отверстие 210 для аэрозоля, он является по существу сухим (при условии, что этот аэрозоль был получен путем аэрозолизации по существу сухого порошка).
В настоящем контексте выражение «по существу сухой» относится к содержанию воды в частицах (содержащихся в аэрозоле в их типичной форме нахождения в нем) сухих порошков, аэрозолизируемых в коммерчески доступных аэрозолизаторах. Как правило, содержание воды в таком сухом порошке составляет не более 5 массовых долей, не более, чем приблизительно 3 массовых доли, не более, чем приблизительно 2 массовых доли или даже не более, чем приблизительно 1 массовая доля. По существу сухие частицы представляют собой частицы, которые легко поддаются аэрозолизации, в частности, с применением устройства для аэрозолизации, описанного, в частности, в публикации международной заявки 2006/108558 или в публикации международной заявки 2010/122103 А1. Перед суспендированием в газе-носителе в устройстве для аэрозолизации по существу сухие вдыхаемые частицы представляют собой порошок. В устройстве для аэрозолизации, известном из уровня техники, этот сухой порошок преобразуют в аэрозоль путем суспендирования сухих частиц в газе-носителе. Этот по существу сухой аэрозоль поступает в увлажнитель через впускное отверстие 210 для аэрозоля, где к аэрозолю добавляют водяной пар для получения увлажненного аэрозоля, имеющего более высокое содержание воды на выпускном отверстии 220 для аэрозоля, чем на впускном отверстии 210 для аэрозоля.
Как упомянуто выше, частицы могут представлять собой по существу сухой порошок. Для максимизации вдыхаемой фракции частиц (т.е. фракции частиц, которые при вдыхании переносятся и осаждаются в глубине легких) масс-медианный аэродинамический диаметр частицы (MMAD) в аэрозоле может составлять от 0,1 до 10 мкм, предпочтительно от 1 до 5 мкм или приблизительно 3 мкм. Эти частицы содержат терапевтически активное вещество, которое может представлять собой любое вещество, дающее требуемый терапевтический эффект при ингаляции, в том числе липиды, например, фосфолипиды, малые молекулы лекарственных веществ, пептиды, белки, например, сурфактантные белки или их синтетические аналоги, энзимы или антитела, нуклеиновые кислоты, например малые интерферирующие РНК (siRNA) и т.д. Терапевтически активное вещество также может представлять собой любую смесь веществ, дающую требуемый терапевтический эффект при ингаляции, например, природный или искусственный легочный сурфактант.Например, терапевтический эффект терапевтически активного вещества может быть достигнут путем физического воздействия на легочную ткань (так же, как и в случае легочного сурфактанта), путем связывания молекулы с рецептором, путем ингибирования или активации энзима, путем осуществления самого по себе ферментативного действия, путем связывания антитела со специфическим эпитопом, путем РНК-интерференции, путем взаимодействия с патогеном, присутствующим в дыхательных путях (в том числе взаимодействия с репликацией патогена, токсинами, вырабатываемыми патогеном, и/или токсинами, выделяемыми патогеном) и т.д., независимо от того, достигнут ли уже требуемый терапевтический эффект в легких (или других частях дыхательных путей) или в других местах тела, которых, после вдыхания и усвоения, достигают с помощью терапевтически активного вещества посредством сердечнососудистой системы. В качестве примеров, не имеющих ограничительного характера, терапевтически активных веществ, которые предпочтительно могут быть применены в соответствии с настоящим изобретением, можно привести агонисты бета-адренорецепторов короткого и длительного действия, глюкокортикоиды и другие стероиды (например, Циклезонид), ингибиторы фосфодиэстеразы, такие как, например, ингибиторы PDE4 (в частности, Рофлумиласт) или ингибиторы PDE5 (например, Силденафил), антихолинергические средства, натуральный или искусственный легочный сурфактант, дезоксирибонуклеаза (например, Пульмозим), инсулин, антибиотики, цитостатические соединения, противовоспалительные соединения, муколитические соединения, а также любое другое терапевтически активное вещество, которое может быть успешно введено в легкие пациента. В предпочтительном варианте осуществления терапевтически активное вещество представляет собой легочный сурфактант, который позволяет получить терапевтический эффект по меньшей мере частично путем физического взаимодействия с легочной тканью, а именно за счет уменьшения поверхностного натяжения в альвеолах. В другом предпочтительном варианте осуществления частица в соответствии с настоящим изобретением содержит более одного терапевтически активного вещества. В наиболее предпочтительном варианте осуществления частица в соответствии с настоящим изобретением содержит более одного терапевтически активного вещества, одно из которых представляет собой легочный сурфактант.
Термин «легочный сурфактант» (или «сурфактант легких») означает любое фармацевтически приемлемое вещество или композицию, которая способна выполнять по меньшей мере часть обычных функций легочного сурфактанта обычного млекопитающего (в частности, человека). Препараты легочного сурфактанта могут быть получены путем экстракции из натуральных тканей (например, бычьего, овечьего или свиного легкого) или могут быть изготовлены из отдельных компонентов, таких как фосфолипиды, легочные сурфактантные белки или их производные (в том числе искусственные легочные сурфактантные белки, например полипептид KL4), жирные кислоты, соли и другие компоненты. Коммерчески доступные легочные сурфактанты включают Альвеофакт, Куросурф, Экзосурф, Инфасурф, Пурмактант (ALEC), Сурфаксин и Сурванта. По меньшей мере один дополнительный легочный сурфактант, Venticute, проходит этап клинических испытаний. Некоторые композиции искусственного легочного сурфактанта имитируют натуральный легочный сурфактант за счет наличия в их составе фосфолипидов и по меньшей мере одного рекомбинантного производного сурфактантного белка SP-C, например, мутанта FF/I, называемого rSP-C (INN Lusupultide, известный из документа ЕР 0764172), который представляет собой укороченную производную человеческого SP-C, который перенес три точечные мутации. В наиболее предпочтительном варианте применения настоящего изобретения терапевтически активное вещество (или одно из терапевтически активных веществ, если частицы содержат более одного терапевтически активного вещества) представляет собой легочный сурфактант, изготовленный путем высушивания распылением и содержит дипальмитоилфосфатидилхолин (DPPC), пальмитоилолеоилфосфатидилглицерин (POPG), rSP-C, пальмитиновую кислоту и хлорид кальция. В еще одном наиболее предпочтительном варианте применения терапевтически активное вещество представляет собой легочный сурфактант, изготовленный в соответствии со способом, описанным в документе ЕР 0877602.
Один из важных аспектов применения легочного сурфактанта состоит в выполнении по меньшей мере части функций натурального, эндогенного легочного сурфактанта. Это может быть особенно важно, если пациент страдает от недостатка эндогенного легочного сурфактанта. Легочный сурфактант, таким образом, можно вводить в легкие пациента для замещения отсутствующего или поврежденного (например, в случае аспирации содержимого желудка, при протеолитической активности) эндогенного легочного сурфактанта («сурфактантная заместительная терапия»).
В качестве примеров заболеваний, при которых снижается функция эндогенного легочного сурфактанта, можно привести приобретенное дыхательное расстройство (ARDS), дыхательное расстройство у новорожденного (IRDS), идиопатический легочный фиброз, кистозный фиброз, хроническую обструктивную болезнь легких (COPD) (в частности обострения COPD) и хронический бронхит. Еще одним примером является недостаток легочного сурфактанта у недоношенных новорожденных (в частности, новорожденных, родившихся ранее, чем по прошествии 32, или даже ранее, чем по прошествии 29 недель беременности).
Согласно фиг. 1, 2 и 3 аэрозоль, содержащий активное вещество, поступающий в камеру 200, вступает в контакт с водяным паром, поступающим из двух противоположных водяных отсеков 100 и 300.
Газ-носитель, в котором содержится терапевтически активное вещество (и который вместе с терапевтически активным веществом представляет собой аэрозоль), может быть воздухом, например, медицинским воздухом, и может быть стандартным воздухом, доступным в любой больнице. Для предотвращения слипания частиц, которые будут аэрозолизованы при аэрозолизации, относительная влажность газа-носителя, применяемого для получения аэрозоля, предпочтительно составляет 20% или ниже. Более предпочтительно относительная влажность газа-носителя составляет менее 10%. Благодаря этому аэрозоль, поступающий во впускное отверстие 210 для аэрозоля, будет достаточно сухим. При вступлении аэрозоля в контакт с водяным паром относительная влажность аэрозоля (или точнее: газа-носителя в аэрозоле), проходящего через камеру 200, будет повышена с менее чем 10% или 20% до чуть ниже 100% или более, в общем случае до значения, близкого к точке росы. Как будет описано более подробно ниже, водяной пар получают в первом водяном отсеке 100 и во втором водяном отсеке 300, через которые проходит нагретая вода.
Два водяных отсека 100, 300 содержат воду, как правило, нагретую до высокой температуры, например, 50-60°C, для повышения давления водяного пара. Жидкая вода, которая содержится в первом водяном отсеке 100 и во втором водяном отсеке 300, отделена от промежуточной камеры, соответственно, первым слоем 10 и вторым слоем 20. Оба слоя создают полупроницаемый барьер, который проницаем для паров воды, но по существу непроницаем для жидкой воды. В качестве примера полупроницаемый барьер представляет собой мембрану, которую обычно изготавливают из синтетического материала, такого как, например, нафион (Nafion), гортэкс (Goretex) или Sympatex. Первый слой 10 и второй слой 20 могут быть изготовлены из любого материала, обладающего требуемыми свойствами, которые позволяют водяному пару поступать в аэрозольный канал, при этом задерживая жидкую воду, и предпочтительно изготовлены из мелкопористого материала.
В варианте осуществления на фиг. 1 увлажнитель показан в положении, в которое он может быть установлен во время применения. Промежуточная камера имеет по существу цилиндрическую форму с горизонтально расположенной осью цилиндра. Впускное отверстие 210 для аэрозоля и выпускное отверстие 220 для аэрозоля расположены на боковой поверхности камеры 200, имеющей цилиндрическую форму. В показанном варианте осуществления впускное отверстие 210 для аэрозоля и выпускное отверстие 220 для аэрозоля расположены таким образом, что аэрозоль, поступающий во впускное отверстие для аэрозоля, имеет направление течения, которое противоположно направлению течения аэрозоля, выходящего из выпускного отверстия для аэрозоля. Если промежуточная камера 200, имеющая цилиндрическую форму, расположена так, как показано на фиг. 1, причем ось цилиндра проходит в горизонтальном направлении, выпускное отверстие для аэрозоля должно быть расположено на верхней боковой поверхности промежуточной камеры. Снаружи промежуточной камеры 200 находится корпус 201, причем корпус 201 выполняют таким образом, чтобы увлажнитель можно было установить на горизонтальную поверхность или каким-либо иным образом установить в устойчивое положение. Кроме того, корпус 201 содержит отверстия, через которые корпус 201 промежуточной камеры может быть жестко соединен с первым слоем 10, вторым слоем 20, с корпусом 101 первого водяного отсека и корпусом 301 второго водяного отсека с помощью, например, крепежных элементов. В показанном варианте осуществления корпусы 301, 201 и 101 имеют по существу квадратную форму. Однако следует понимать, что может быть применена любая форма. Отверстия могут представлять собой отверстия, выполненные с возможностью приема крепежных элементов, таких как винты.
Как можно видеть на фиг. 1, весь увлажнитель выполнен таким образом, что он зеркально симметричен относительно плоскости А, которая показана на фиг. 1 и которая проходит через промежуточную камеру. Плоскость А имеет поверхность, которая обычно параллельна осевому направлению промежуточной камеры, и расположена на половине ширины камеры, если смотреть в осевом направлении.
Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что по всему увлажнителю в соответствии с настоящим изобретением канал будет сформирован таким образом, чтобы уменьшить или даже предотвратить возникновение турбулентного течения. Это позволит свести к минимуму осаждение аэрозолированных частиц. Один из способов уменьшения или предотвращения турбулентного потока заключается в исключении любых острых углов и кромок вдоль пути течения аэрозоля. Примерами этого являются верхушки выступов 240, 250 и 260, которые закруглены для создания вокруг них плавного, безвихревого течения аэрозоля.
Далее со ссылкой на фиг. 2 более подробно описан водяной отсек, содержащий воду, используемую для увлажнения аэрозоля. Со ссылкой на фиг. 2 более подробно описан первый водяной отсек 100. Однако, поскольку система предпочтительно является зеркально симметричной, нижеприведенное объяснение также применимо и для второго водяного отсека 300.
Первый водяной отсек 100 располагают в корпусе 101 и водяному отсеку также придают цилиндрическую форму с образованием впускного отверстия 110 для воды для заполнения водяного отсека водой. В показанном варианте осуществления в водяной отсек устанавливают нагревательный блок 130. Это нагревательный блок 130 может представлять собой корпус цилиндрической формы, например, изготовленный из металла, и может содержать электрический нагревательный элемент для нагрева воды внутри водяного отсека. Для регулирования температуры воды внутри водяного отсека может быть предусмотрен датчик 150 температуры. При первоначальном заполнении водяного отсека водой воздух может выходить из водяного отсека через вентиляционное отверстие 160. Для предотвращения загрязнения воды внутри водяного отсека в вентиляционном отверстии 160 может быть предусмотрен фильтр 170. Водяной отсек 100 дополнительно содержит выступы 140, которые расположены внутри водяного отсека таким образом, чтобы направлять воду, циркулирующую в водяном отсеке. Эти выступы позволяют достичь однородного распределения температуры внутри водяного отсека. Кроме того, выступы 140 дополнительно выполняют вторую функцию. Водяной отсек закрыт на одном конце осевой торцевой поверхностью 102. Выступы 140 проходят от этой осевой торцевой поверхности 102 в осевом направлении водяного отсека таким образом, что торцевые поверхности 101 и 102 расположены на такой же осевой высоте, что и поверхность 103 корпуса 101, на которой находится первый слой. Поверхности 141 и 142 обеспечивают опору для слоя 10, который представляет собой эластичную мембрану. Выступы с помощью опорных поверхностей 141 и 142 предотвращают или снижают деформацию мембраны.
В показанном варианте осуществления воду внутри водяного отсека нагревают с помощью нагревательного блока 130. В другом варианте осуществления может быть предусмотрен водяной контур, в котором вода, нагреваемая за пределами водного отсека, проходит через водяной отсек. Такой вариант осуществления будет описан ниже более подробно со ссылками на фиг. 6. В таком варианте осуществления, если воду, подаваемую в водяной отсек, можно нагревать за пределами водяного отсека, в нагревательном блоке 130 нет необходимости.
Воду в водяном отсеке могут нагревать до температуры, которая обычно находится в пределах от 37°C до 100°C, предпочтительно воду нагревают до температуры от 45°C до 75°C или до температуры от 50°C до 60°C. Количество водяного пара, проходящего границу раздела фаз и поступающего в промежуточную камеру 200, зависит от проницаемости полупроницаемого барьера слоем 10 и 20, от давления паров жидкой воды, которое зависит от температуры и повышается с ростом температуры, от парциального давления водяного пара, который уже присутствует в газовой фазе, и от температуры газовой фазы. Когда водяной пар будет иметь ту же температуру, что и нагретая вода, водяной пар, поступающий в промежуточную камеру 200, также будет способствовать нагреванию аэрозоля, протекающего в промежуточной камере 200.
Нагревание аэрозоля улучшает способность аэрозоля принимать водяной пар, вследствие чего в аэрозоль может быть добавлено значительное количество водяного пара. Когда будет принято необходимое количество водяного пара, содержание воды в газовой фазе, как правило, становится близким к состоянию насыщения. На практике нагревание аэрозоля при его прохождении через промежуточную камеру до температуры в диапазоне от 50°C до 60°C оказалось очень эффективным в отношении количества воды, которая может быть конденсирована на частицах перед их введением пациенту. Следует понимать, что, прежде чем увлажненный аэрозоль подают к пациенту, как правило, осуществляют этап охлаждения, на котором увлажненный аэрозоль снова охлаждают до второй температуры в диапазоне от 15°C до 45°C, предпочтительно до второй температуры выше 20°C и наиболее предпочтительно до температуры около 37°C. В этом контексте делается ссылка на публикацию международной заявки 2012/025496, в которой подробно описан способ изготовления увлажненных аэрозолей терапевтических веществ.
Со ссылками на фиг. 3 будет более подробно описана промежуточная камера, через которую проходит аэрозоль. Как описано выше, аэрозоль нагревают при его прохождении через промежуточную камеру и увлажняют во время этого прохождения. Корпус 201 по боковой поверхности окружает промежуточную камеру 200. Промежуточной камере также придают цилиндрическую форму с образованием впускного отверстия 210 для аэрозоля на боковой поверхности камеры и выпускного отверстия 220 для аэрозоля на боковой поверхности промежуточной камеры. Внутри камеры 200 аэрозоль протекает по каналу 230, а затем выходит из промежуточной камеры. Длина канала может составлять от 10 до 30 см. Однако возможно применение и другой длины, причем эта длина зависит от количества водяного пара, который будут добавлять в аэрозоль в камере, от скорости течения аэрозоля и от требуемого повышения температуры аэрозоля. Как видно на фиг. 1, этот канал на противолежащих торцевых поверхностях камеры закрыт в осевом направлении, соответственно, первым слоем 10 и вторым слоем 20. Промежуточная камера содержит несколько выступов 240, 250 и 260, которые выступают из боковой поверхности камеры вовнутрь камеры, таким образом образуя первые ограничительные поверхности канала. В показанном варианте осуществления первая секция канала сформирована после впускного отверстия для воздуха в радиальном направлении камеры наружной поверхностью камеры и первой поверхностью 241 выступа 240. Выступы проходят в осевом направлении камеры по всей осевой протяженности камеры. Кроме того, в осевом направлении выступы содержат торцевые поверхности 243. Эти торцевые поверхности являются опорными поверхностями для первого и второго слоев 10, 20. Одна из осевых торцевых поверхностей 243 является опорной поверхностью для одной из двух слоев 10 или 20, а другая (противолежащая) опорная поверхность 243 на другом осевом торце является опорной поверхностью для другого слоя из двух слоев 10, 20. Аэрозоль, поступающий в камеру через впускное отверстие 210 для аэрозоля, проходит вдоль канала, первая часть которого ограничена поверхностью 241 выступа 240, наружной поверхностью камеры и противолежащими слоями 10 и 20.
Как показано на фиг. 3, соседний выступ 250 выступает из противоположной внутренней поверхности вовнутрь таким образом, что выступы 240 и 250 образуют U-образный канал. В приведенном варианте осуществления показан еще один выступ 260, который снова проходит от верхней боковой поверхности вовнутрь. Как можно видеть на фиг. 3, соседние выступы проходят от противоположных участков боковой поверхности таким образом, что канал имеет извитую структуру внутри камеры между выступами. Выступ 250 содержит поверхности 251, 252, а выступ 260 содержит поверхности 261, 262, которые обращены к каналу. Соответственно, поверхности 241, 242, 251, 252, 261 и 262 являются частью первых ограничительных поверхностей канала. Участок первого слоя 10, который обращен к каналу и ограничивает канал в осевом направлении промежуточной камеры, образует вторую ограничительную поверхность канала. Аналогичным образом участок второго слоя 20, который ограничивает канал в осевом направлении промежуточной камеры, образует третью ограничительную поверхность канала. Кроме того, внутренние поверхности промежуточной камеры, имеющие цилиндрическую форму, обращенные вовнутрь камеры и расположенные, в частности, на правой стороне после впускного отверстия 210 для аэрозоля в направлении течения и на левой стороне перед впускным отверстием 220 для аэрозоля, дополнительно ограничивают канал. Таким образом, внутри промежуточной камеры канал ограничен первыми ограничительными поверхностями, второй ограничительной поверхностью, третьей ограничительной поверхностью, а также внутренними поверхностями промежуточной камеры, имеющими цилиндрическую форму. Торцевые поверхности 253 и 263 опять же являются опорными поверхностями для первого слоя и второго слоя. Как можно видеть из фиг. 3, канал в основном сформирован внутренней поверхностью боковой стенки и стенками выступов 240, 250, 260, т.е. стенками 241, 242, 251, 252 и стенками 261, 262. В зависимости от требуемой длины канала, которую, среди прочих параметров могут выбирать в соответствии с заданным течением аэрозоля, заданной температурой воды в водяных отсеках, заданной степенью увлажнения аэрозоля, а также другими факторами, могут изменять количество выступов. Хотя в показанном варианте осуществления применяют три выступа, конечно же, возможны альтернативные варианты осуществления с другим количеством выступов. Например, количество выступов может составлять 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или может быть любым другим. В тех случаях, если требуется, чтобы течение аэрозоля в увлажнитель (через впускное отверстие 210 для аэрозоля) было противоположным (встречно-параллельным) течению аэрозоля из увлажнителя (через выпускное отверстие 220 для аэрозоля), количество выступов предпочтительно является нечетным (например, 1, 3 или 5). С другой стороны, если течение аэрозоля в увлажнитель должно иметь такое же направление, что и течение аэрозоля из увлажнителя, предпочтительным является четное количество выступов (например, 2 или 4).
В показанном варианте осуществления применяют три выступа, так что внутри канала аэрозоль 310 изменяет направление на противоположное направлению течения. Однако количество выступов может зависеть от длины канала, требуемой для увлажнения аэрозоля и для нагрева аэрозоля.
Как можно видеть из фиг. 3, аэрозоль непосредственно передается вдоль двух слоев 10, 20, которые закрывают канал в осевом направлении камеры. Два слоя 10, 20 изолируют канал в осевом направлении, а две мембраны прижимаются к опорным поверхностям поверхностей выступов гидростатическим давлением воды в водяных камерах. Аэрозоль увлажняется, проходя вдоль слоев 10, 20.
Впускное отверстие 210 для аэрозоля и выпускное отверстие 220 для аэрозоля расположены на верхних боковых поверхностях. В противоположность выпускному отверстию 220 для аэрозоля отверстие 280 расположено в нижней части канала, где конденсированная текучая среда, образуемая в нагретом аэрозоле, может быть собрана и выведена из канала. Выпускное отверстие для воды предусмотрено на боковой поверхности промежуточной камеры, предпочтительно на боковой поверхности, противолежащей по отношению к входному и выходному отверстиям. При ориентации увлажнителя и промежуточной камеры, показанной на фиг. 3, впускное отверстие для аэрозоля и выпускное отверстие для аэрозоля расположены в верхней части боковой поверхности, а отверстие для выведения конденсированной текучей среды предусмотрено на нижней боковой поверхности.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, канал содержит две секции, в которых может быть образовано отверстие 280. Как показано на фиг. 3, оно образовано в нижней секции канала, которая находится ближе к выпускному отверстию 220.
Как можно понять из фиг. 1 и 3, водяной пар, поступающий в канал 230, поступает в канал в противоположном направлении. Водяной пар из первого водяного отсека 100 будет поступать в канал в основном в осевом направлении промежуточной камеры, имеющей цилиндрическую форму, а водяной пар из второго водяного отсека также будет поступать в канал в основном в осевом направлении, перпендикулярном направлению течения. Однако водяной пар из первого водяного отсека 100 и второго водяного отсека 300 имеют момент, направленный в противоположных направлениях, поэтому результирующий момент, прилагаемый к увлажняемому в канале аэрозолю, равен нулю.
Это позволяет избежать осаждения аэрозолируемого материала на поверхность, противолежащую по отношению к первому слову или противолежащую по отношению ко второму слою.
На фиг. 4 показан еще один вариант осуществления промежуточной камеры 200. Вариант осуществления, показанный на фиг. 4, отличается от варианта осуществления по фиг. 3 тем, что в канале предусмотрено второе впускное отверстие 270, выполненное для впуска в канал вдыхаемого воздуха. Как уже было отмечено во вступительной части описания, увлажненный аэрозоль могут вводить как самостоятельно дышащим пациентам, так и пациентам с искусственной вентиляцией легких и со вспомогательным дыханием. Вариант осуществления, показанный на фиг. 4, в частности, подходит для введения аэрозоля самостоятельно дышащим пациентам. Когда увлажненный аэрозоль подают пациенту для ингаляции, предпочтительно увлажнять не только аэрозоль, но также увлажнять воздух для дыхания, поскольку в противном случае смешивание увлажненного аэрозоля с неувлажненным воздухом для дыхания неизбежно приведет к нежелательному осушению увлажненного аэрозоля. Воздух для дыхания, подлежащий увлажнению, поступает в промежуточную камеру через второе впускное отверстие 270, которое расположено ниже (или, если смотреть в направлении течения аэрозоля, после) первого впускного отверстия 210. Впускное отверстие для воздуха для дыхания расположено не параллельно входному отверстию для аэрозоля, а под углом по отношению к входному отверстию для аэрозоля таким образом, что воздух для дыхания будет более эффективно смешиваться с аэрозолем, поступающим через впускное отверстие 210. К впускному отверстию 270 присоединена трубка, через которую воздух для дыхания может поступать в камеру 200. Кроме того, в трубке может быть предусмотрен обратный клапан, который при выдохе пациента не позволяет аэрозолю выходить из камеры 200 в направлении, противоположном направлению течения аэрозоля. После вдоха пациента аэрозоль и воздух для дыхания смешивают и увлажняют, как описано выше со ссылками на фиг. 1-3, и подают к выпускному отверстию для аэрозоля. На выпускном отверстии для аэрозоля предусмотрен выходной соединитель 290. Этот выходной соединитель 290 могут применять для подключения кабелей или подобных устройств к промежуточной камере 200 для дальнейшего направления увлажненным аэрозолем.
В другом варианте осуществления может быть предусмотрен отдельный увлажнитель воздуха для дыхания. В таком варианте осуществления система, показанная на фиг. 1, может быть применена отдельно для воздуха для дыхания таким образом, что во впускное отверстие 210 поступает не аэрозоль, а только воздух для дыхания. В этом варианте осуществления может быть предусмотрено две системы, показанные на фиг. 1, одна для увлажнения и нагревания аэрозоля, а другая для увлажнения и нагревания воздуха для дыхания. Этот вариант осуществления могут применять в случаях, когда воздух для дыхания не совместим с применяемым аэрозолем. Остальная часть камеры, показанной на фиг. 4, соответствует камере, показанной на фиг. 3, и не объясняется подробно повторно.
Как можно понять из фиг. 3 и 4, промежуточная камера 200 по существу цилиндрической формы имеет большую радиальную протяженность, чем продольная протяженность в направлении продольной оси цилиндрической формы. Другими словами, цилиндрическая форма промежуточной камеры такова, что в этой форме радиальная протяженность больше, чем продольная протяженность.
Первый и второй водяные отсеки закрывают промежуточную камеру цилиндрической формы в осевом направлении, причем впускное отверстие для аэрозоля и выпускное отверстие для аэрозоля расположены на боковой поверхности промежуточной камеры цилиндрической формы таким образом, что аэрозоль, проходящий через канал, по существу не встречает компоненты в осевом направлении промежуточной камеры, а только компоненты, перпендикулярные осевому направлению.
Со ссылками на фиг. 5 будет более подробно описана насадка 500, которая может быть установлена на впускное отверстие 210 для аэрозоля и через которую аэрозоль, подлежащий увлажнению, затем поступает в канал. Аэрозоль, подлежащий увлажнению, поступает в насадку 500, как показано стрелкой на фиг. 5, через отверстие 540 и выходит через отверстие 550. Насадка 500 содержит корпус 510, в котором канал для аэрозоля, подлежащего увлажнению, образован возбудимой мембраной 520, которая выполнена таким образом, что поперечное сечение канала увеличивается в направлении течения. Мембрану могут возбуждать импульсами давления, которые применяют в устройстве для аэрозолизации для получения аэрозоля, и такое возбуждение мембраны может позволить предотвратить прилипание и накопление частиц аэрозоля на внутренних стенках насадки. Термин «мембрана» относится к любой пластинчатой конструкции, которая является по существу непроницаемой для газа, текучей среды и аэрозолируемого материала. Возбудимая мембрана выполнена таким образом, что в ответ на поступление импульсов давления она упруго деформируется и вибрирует. Эти импульсы давления могут поступать из газа-носителя, подаваемого в устройство для аэрозолизации. Однако насадка может дополнительно содержать отверстие 530, через которое к внутренней части корпуса 510 для возбуждения мембраны может быть подсоединен внешний источник для генерации импульсов давления.
Было обнаружено, что аэрозоль, поступающий в увлажнитель, имеет тенденцию к налипанию на впускное отверстие увлажнителя. Если в этой части увлажнителя применяют жесткие стенки, частицы аэрозоля могут скапливаться на боковых стенках. Это приводит к сужению впускного отверстия для аэрозоля, что, в свою очередь, вызовет повышение скорости течения и приведет к нарушению нормального функционирования увлажнителя. Однако изменение впускного отверстия описанным способом (т.е. с применением насадки 500, внутренние стенки которой образованы возбудимой мембраной 520) позволяет осуществлять (квазинепрерывно) удаление частиц, которые накапливаются вследствие нежелательного осаждения, путем приложения импульсов давления, которые, как пояснено выше, могут быть приложены к системе для получения аэрозоля, подлежащего увлажнению.
Предпочтительно насадка имеет форму конуса с определенным углом раскрытия. Угол раскрытия насадки составляет от 5° до 15°, предпочтительно составляет от 7° до 11° и наиболее предпочтительно составляет 9°. Возбудимая мембрана 520 может представлять собой одну мембрану, но также может быть образована из двух отдельных мембран, которые, при их соединении друг с другом, образуют канал для аэрозоля, проходящий через насадку.
Со ссылками на фиг. 6 более подробно описан вариант осуществления, в котором воду нагревают не нагревательным блоком 130, показанным на фиг. 1, а с помощью водяного контура, который осуществляет циркуляцию воды через водяной отсек, например, водяной отсек 100. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, водяной контур 400 осуществляет циркуляцию воды через первый водяной отсек 100. Однако следует понимать, что такой же контур 400 также может осуществлять циркуляцию воды через второй водяной отсек 300. В другом варианте осуществления один водяной контур предусмотрен для каждого водяного отсека.
Водяной контур 400 содержит теплообменное устройство 450 и нагревательный элемент 460, который нагревает воду, циркулирующую в водяном контуре. Водяной контур содержит резервуар 410 для воды и обратный клапан 420, через который воду могут подавать в водяной контур. В точке разветвления 430 воду, после прохождения ее через водяной отсек 100, подают обратно в контур. Насос 440 для перекачивания воды через водяной контур перемещает воду к нагревательному элементу 460 и теплообменному устройству 450. Затем вода проходит через впускное отверстие 110 для воды и выходит из водяного отсека через выпускное отверстие 120 для воды. Поскольку водяной отсек с другими функциональными признаками соответствует водяному отсеку, описанному более подробно выше со ссылками на фиг. 2, более подробное обсуждение этого водяного отсека исключено. Может быть предусмотрено вентиляционное отверстие 470, через которое воздух, содержащийся в водяном контуре, может выходить из водяного контура, особенно при первоначальном заполнении водяного контура. Второй обратный клапан 480 обеспечивает направленное течение воды в водяном контуре. Насос 440 выполнен таким образом, чтобы скорость течения воды позволяла достичь требуемой температуры воды внутри камеры, например, температуры воды 40-50°C внутри водяной камеры, как описано выше. Для регулирования температуры в водяном отсеке может быть предусмотрен датчик температуры, например, датчик 150 температуры.
Рассмотренный выше увлажнитель обеспечивает эффективное нагревание и увлажнение аэрозоля в промежуточной камере, содержащей канал для аэрозоля, подлежащего увлажнению, которая находится между двумя водяными отсеками.
Первый и второй слои образуют большую поверхность, вдоль которой аэрозоль будет проходить по своему пути через промежуточную камеру.
1. Увлажнитель, выполненный с возможностью увлажнения аэрозоля, содержащий:
- первый водяной отсек (100), содержащий воду, используемую для увлажнения аэрозоля,
- второй водяной отсек (300), содержащий воду, используемую для увлажнения аэрозоля,
- промежуточную камеру (200), расположенную между первым и вторым водяными отсеками (100, 300), причем промежуточная камера (200) содержит впускное отверстие (210) для аэрозоля и выпускное отверстие (220) для аэрозоля и образует первые ограничительные поверхности канала (230), через который проходит аэрозоль, подлежащий увлажнению,
- первый слой (10), проницаемый для водяного пара, непроницаемый для жидкой воды и расположенный между первым водяным отсеком (100) и промежуточной камерой (200), причем часть первого слоя образует вторую ограничительную поверхность канала,
- второй слой (20), проницаемый для водяного пара, непроницаемый для жидкой воды и расположенный между вторым водяным отсеком (300) и промежуточной камерой (200), причем часть второго слоя образует третью ограничительную поверхность канала (230), противолежащую по отношению ко второй ограничительной поверхности,
причем промежуточная камера содержит по меньшей мере два выступа (240, 250, 260), каждый из которых выступает из боковой поверхности промежуточной камеры (200) вовнутрь нее, причем эти по меньшей мере два выступа (240, 250, 260) представляют собой часть первых ограничительных поверхностей и выступают вовнутрь промежуточной камеры (200) таким образом, что канал (230) имеет извитую структуру внутри промежуточной камеры между этими по меньшей мере двумя выступами.
2. Увлажнитель по п. 1, в котором промежуточная камера (200) имеет цилиндрическую форму, причем впускное отверстие (210) для аэрозоля и выпускное отверстие (220) для аэрозоля расположены на боковой поверхности промежуточной камеры.
3. Увлажнитель по п. 2, в котором канал, ограниченный первыми ограничительными поверхностями, второй ограничительной поверхностью и третьей ограничительной поверхностью, расположен в промежуточной камере таким образом, что аэрозоль, проходящий по каналу, протекает перпендикулярно осевому направлению, определяемому цилиндрической формой промежуточной камеры.
4. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, в котором первый слой (10) расположен параллельно второму слою (20).
5. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, в котором впускное отверстие (210) для аэрозоля, канал (230) и выпускное отверстие (220) для аэрозоля расположены таким образом, что аэрозоль, выходящий из выпускного отверстия (220) для аэрозоля, имеет направление течения, которое противоположно направлению течения аэрозоля, поступающего во впускное отверстие (210) для аэрозоля.
6. Увлажнитель по п. 1, в котором первый слой (10) опирается на первую опорную поверхность указанных имеющихся выступов (240, 250, 260), а второй слой (20) опирается на вторую опорную поверхность указанных выступов, противолежащую по отношению к первым опорным поверхностям, причем первый и второй слои изолируют соседние секции канала друг от друга в осевом направлении промежуточной камеры.
7. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, в котором промежуточная камера (200) содержит второе впускное отверстие (270) в канале, выполненное для впуска в канал воздуха для дыхания.
8. Увлажнитель по п. 7, в котором второе впускное отверстие (270) расположено после впускного отверстия (210) для аэрозоля в направлении течения аэрозоля в канале.
9. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, в котором каждый из первого водяного отсека (100) и второго водяного отсека (300) содержит нагревательный блок (130, 330) для нагревания воды в соответствующем отсеке.
10. Увлажнитель по любому из пп. 1-8, дополнительно содержащий водяной контур (400), который обеспечивает циркуляцию воды через первый и второй водяные отсеки (100, 300).
11. Увлажнитель по п. 10, в котором водяной контур содержит насос для перекачивания воды через водяной контур и теплообменное устройство, выполненное с возможностью нагревания воды.
12. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, в котором каждый водяной отсек (100, 300) содержит выступы (140, 340), которые направляют воду, циркулирующую в соответствующем водяном отсеке, и дополнительно создают дополнительную опорную поверхность, соответственно, для первого или второго слоя.
13. Увлажнитель по любому из пп. 2-12, в котором промежуточная камера (200) содержит в канале отверстие (280) для удаления конденсированной текучей среды, которое расположено на боковой поверхности промежуточной камеры.
14. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, в котором на впускном отверстии для аэрозоля, через которое аэрозоль, подлежащий увлажнению, поступает в канал (230), выполнена насадка (500), причем насадка (500) имеет поперечное сечение, которое увеличивается в направлении течения аэрозоля, причем насадка в качестве внутренних стенок содержит по меньшей мере одну мембрану (520), которая выполнена с возможностью деформирования и вибрации в ответ на импульсы давления.
15. Увлажнитель по п. 14, в котором насадка имеет коническую форму.
16. Увлажнитель по п. 15, в котором угол раскрытия насадки (500) составляет от 5 до 15°, предпочтительно от 7 до 11°, более предпочтительно от 8 до 10° или приблизительно 9°.
17. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, в котором каждый из первого и второго водяных отсеков (100, 300) имеет цилиндрическую форму, причем каждый из первого и второго водяных отсеков (100, 300) содержит на одной стороне боковой поверхности впускное отверстие (110) для воды, а выпускное отверстие (120) для воды на противолежащей стороне боковой поверхности.
18. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он зеркально симметричен относительно плоскости (А), которая перпендикулярна осевому направлению промежуточной камеры, имеющей цилиндрическую форму.
