在pMDIs中以网格诱导的气溶优化:一个多尺度的设计,模拟和实验研究

科学领域:

• 制药科学 制药科学
• 生物医学工程 生物医学工程
• 流体动力学 流体动力学

背景情况:

• 压力计量剂量吸入器 (pMDIs) 在肺部疾病的有效气溶输送方面面临挑战.
• 目前的pMDIs需要设计改进,以优化治疗性气溶沉积在肺部.

研究的目的:

• 为了研究集成到标准的pMDI执行器中的新型网格屏幕的有效性,以改善气溶输送.
• 评估均和不均的网格配置对喷雾动态和肺部沉积的影响.

主要方法:

• 采用了结合流体体积 (VOF) 和离散相模型 (DPM) 的结合计算流体动力学 (CFD) 框架.
• 设计和制造具有均 (5微米孔) 和非均 (3-8微米孔) 配置的网格屏幕.
• 模拟通过中等尺寸的口-喉 (MT) 几何 (VCU模型) 追踪滴滴轨迹.
• 实验验证使用下一代冲击器 (NGI) 来量化MT气溶沉积.

主要成果:

• 不统一的直线网格显著降低了流速度~50%和喷射动能.
• 由于喷气破坏和增强的蒸发,质量中介直径 (MMD) 从3.0μm减少到1.6μm.
• 药物递送效率提高了高达35%,计算和实验结果显示良好一致 (RMSE = 9.88%).
• 不统一的电网在模拟的COPD使用下,在长达三天的时间内表现稳定.

结论:

• 将非统一的网格屏幕集成到pMDIs中是一个有希望的策略,以增强气溶在肺部的沉积.
• 这种设计修改优化了滴水特性,减少了液滴的速度和大小,从而提高了治疗效果.
• 新的网格屏幕为改善pMDI在治疗肺部疾病中的性能提供了持久有效的解决方案.