不同装置吸嘴长度的胶囊型粉雾剂递送过程数值模拟研究

目的：研究胶囊型粉雾剂装置不同吸嘴长度对药物递送、沉积表现等特性的影响。方法：将针对吸入器结构及颗粒在吸入器内运动的“体外”模拟与构建仿呼吸道结构模型对气道内流场分布与颗粒运动沉积的“体内”模拟结合为一个整体，形成更趋近于真实的呼吸给药结构模型。以一种有两个不同吸嘴长度的吸入器为给药装置与一种自制载体型制剂粉末为研究对象，将吸入器、口喉和上气道组合形成呼吸给药流场计算模型，基于实验得到粒径分布设置颗粒模型，模拟探讨了在30、60和100 L/min的吸气流速下粉雾剂在吸入器内的运动情况，以及上气道模型的沉积分布规律。结果：三种流速下经长吸嘴装置递送的微细颗粒剂量均高于短吸嘴装置，且在100 L/min条件下存在显著性差异；经短吸嘴装置递送的颗粒中值粒径在30和60 L/min条件下显著性高于长吸嘴装置；在口喉区域内的颗粒沉积量经长吸嘴递送的结果高于经短吸嘴装置递送结果，而在上气道区域中经长吸嘴装置递送的颗粒沉积量高于短吸嘴装置。结论：在本研究范围内，药物颗粒沉积分数在口喉及上气道均随流速的增加而增大；长吸嘴吸入器的分散递送性能优于短吸嘴吸入器。

吸入制剂是治疗支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)等呼吸道疾病的最有效方法，药物在呼吸道沉积后并快速起效，所需剂量远低于口服药物[1]。吸入粉雾剂(Dry Powder Inhaler, DPI)具有良好的患者依从性、方便携带及环境友好等特点，受到广泛关注。作为药械组合产品，其吸入器与制剂粉末的配合对药物分散和递送至关重要。但由于技术手段等限制，DPI 颗粒在人体内的运动和沉积往往难以“直观”展现[2]，因此数值模拟研究逐渐成为该领域研究热点[3]。

粉雾剂数值模拟的研究可分为体外与体内两部分。其中，吸入器结构对分散性能的影响以及模拟药物颗粒在吸入器内的运动行为是体外研究的两大重点[4] [5] [6] [7] [8]。主要采用的数值模拟方法为计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)和CFD 与离散元法(Discrete Element Method, DEM)的耦合。

研究的吸入器大多为胶囊型的RS01®系列类似产品，如周缘等利用CFD 方法对胶囊型Osmohaler®吸入器进行模拟，发现增大格栅会减弱吸入器分散性能[9]；BENQUE 等在静止胶囊研究基础上，利用CFD-DEM 方法对颗粒在有旋转胶囊的Aerolizer®吸入器中的运动进行模拟[10]。