基于压电致动的医用微喷雾化器的设计

发布时间：2017-12-15 02:29

  本文关键词：基于压电致动的医用微喷雾化器的设计

  更多相关文章： 吸入式药物治疗 压电式微喷雾化器 雾粒直径 雾化流率

【摘要】：随着生物医疗及微喷雾化技术的发展,压电式的微喷雾化器在许多领域得到广泛应用,并逐渐向智能化、精密微型化以及医疗应用方向发展。本文通过压电理论研究、微喷雾化器结构分析和ANSYS仿真,设计并制造了基于压电致动的医用微喷雾化器,并搭建实验平台检验了医用微喷雾化器的雾化流率和雾滴粒径性能参数,证明了设计的医用微喷雾化器符合吸入式药物治疗的基本要求,详细情况如下：研究了压电材料特性与压电基础理论,包括压电效应、压电边界条件和压电四类方程。并对压电材料的种类和应用领域进行分别地介绍,将其中压电陶瓷材料的极化方法与加工工艺进行说明。研究医用微喷雾化器的特点与性能参数后,进行了医用微喷雾化器的结构与驱动电路的设计。分析了双膜式微喷雾化片的原理与振动模型,了解到微喷雾化片的固有频率和它的结构尺寸有关系,微喷雾化片越厚则频率越低,微喷雾化片的半径越大则频率越低。确定了微喷雾化片孔径、谐振频率因素对雾滴形成有重要的影响作用。采用ANSYS软件分析了双膜式微喷雾化片。建立了模型并进行网格化后,对其进行静力学分析、模态分析和谐响应分析。静力学分析中,得出微喷雾化片Z向位移量与驱动电压、厚度的关系。模态分析中,获得结构的谐振频率与振动类型。谐响应分析中,得出微喷雾化片的频率与振幅的响应曲线。设计并加工完成医用微喷雾化器,搭建用于测量雾化流率与雾滴直径的微喷雾化系统的实验平台并进行了驱动电路的设计。在待喷液体为纯水,微喷雾化片的孔径分别为3 μm、5 μm、7μm的条件下,通过对雾化流率测量与数据分析,得出它们所对应的雾化流率分别为0.023g/s、0.042g/s、0.075g/s。雾化流率与液体的粘度成反比,液体粘度越大,雾化流率越小。雾化流率是与微喷雾化片的孔径成正比的,孔径越大,雾化的流率越大。另外,粘度越大的液体,流率随时间波动的越小。在待喷液体为纯水、雾化孔径3μm的条件下,随机选取500雾粒作为样本,通过对雾滴直径测量与数据分析,直径在2-5μm之间个数为347粒,占总数的69.4%,符合于对肺部的吸入式药物的直径标准要求；在待喷液体为纯水、雾化孔径7μm的条件下,随机选取500雾粒作为样本,直径在6-10μm之间为418粒,占雾粒总数的83.6%,符合呼吸道的吸入式药物的直径标准要求。通过以上的结论,可以说明本文设计的医用微喷雾化器,能够基本满足吸入式药物治疗的对雾化流率和雾粒直径要求。
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789

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本文编号：1290306