新型高频硅基超声雾化器的设计仿真与制备

发布时间：2020-06-12 04:19

【摘要】：吸入治疗方法是通过非注射给药途径有效治疗呼吸道疾病的一种医疗方法。雾化器通过将药物快速有效、无痛地传递到靶器官,从而达到快速治疗的效果,是吸入治疗的重要装置。雾化器雾化产生的雾化颗粒粒径直接影响吸入治疗的效果,雾化颗粒的粒径分布是雾化器最重要的参数,分布越集中,就可以将更多的药物颗粒沉积到靶器官发挥作用,从而达到更好的治疗效果。而传统的雾化器在控制粒径方面仍然不够完善,产生的雾化颗粒粒径分布不够均匀,因此研制能够产生雾化颗粒粒径均匀、分布集中的雾化器对治疗呼吸道疾病具有重要的理论和现实意义。本文基于MEMS(微机电技术)设计并制备了一种液路自对准的新型高频硅基超声雾化器。它由压电驱动部分和三重傅里叶型喷嘴组成,每个傅里叶型变幅杆都是半波设计,两倍放大,对粒径分布有更好的控制作用。本文分为以下几个部分:(1)综述了当前的商用雾化器的原理及优缺点,国内外雾化器的研究现状,引出本文的研究目的、意义。(2)系统研究了压电驱动、变幅杆设计、雾化机理等雾化器设计理论,理论上分析了雾化器设计的可行性。(3)设计雾化器并利用有限元仿真软件对雾化器模型进行系统的优化仿真。通过稳态分析、谐响应分析,得到理想的振型和谐振频率,施加30 V的激励电压后器件的阻抗特性,相应谐振频率下的位移、应力分布及变幅杆各部分振动位移随时间的瞬态变化。将仿真结果与理论分析进行比较,证明设计的合理性和可行性。(4)利用MEMS技术对雾化器进行了制备,得到主体是硅材料的雾化器。共振频率为1MHz,尺寸非常小(7)(8)322.6?10.8?1.06mm。(5)对制备的雾化器进行测试,利用阻抗仪得到雾化器的阻抗曲线和谐振频率,利用激光多普勒测振仪测量振幅,并对得到的结果进行分析。(6)总结和展望,指出了工作的不足以及下一步的工作重点。
【图文】：

传统的超声雾化器由电能（50Hz的交流电转变为1.45MHz以上的高频交流电）转变成相同频率的声能（超声波），再由声能的动力作用生成张力波，将药物变成雾粒，雾化原理示意图如图1.1所示。超声雾化器的主要优点是体积小、操作简单、携带方便，使用时安静没有噪音，不会影响患者心情。它的缺点也很多：不适用对温度敏感的药物，雾化速度较快，容易使患者吸入过多的水汽。而且对药物颗粒粒径控制较差，产生的雾化颗粒通常较大，，治疗下呼吸道疾病的效果较差[12]。因此近年来传统的医用超声雾化器的市场份额在减少，在发达国家已经基本被淘汰。图 1.1 超声雾化原理 图 1.2 超声雾化器结构简图1.2.2 空气压缩式雾化器空气压缩式雾化器（也称射流式雾化），是根据文丘里（venturi）效应，利用压缩空气通过细口喷嘴形成高速气流

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本文编号：2708994