用於對氣溶膠進行加溼的加溼器的製作方法
2023-06-01 19:13:31 1
本發明涉及被配置成對氣溶膠進行加溼的加溼器。
背景技術：
在用於將可氣溶膠化的乾燥材料進行氣溶膠化的裝置中，在特別提供的腔室中使用壓縮氣體或載氣對可氣溶膠化的材料(例如，粉末化的藥劑物質)進行作用，並且通過將顆粒攜帶入氣流中，所述材料在此腔室內被轉化為被稱作氣溶膠的狀態。乾燥材料的顆粒優選以均勻並且精細分散的形式存在於壓縮氣體的整個體積中。
在藥劑背景下，使用此類裝置以用於將藥物製劑吸入性施用給正常呼吸的患者以及機械通氣的患者和需要呼吸輔助的患者等。在第一種情況下，此類裝置的典型實例是手持式乾粉吸入器(DPI)和定量吸入器(MDI)。在接受機械通氣或呼吸輔助的患者的情況下，吸入器自身必須集成到或附接到通氣迴路，所述通氣迴路包括：通氣機；管子，其從所述通氣機到患者接口且返回；以及患者接口，其通常是合適的吹嘴、呼吸面罩、鼻插管或氣管插管。
如名稱已經暗示，呈可吸入的乾粉形式的藥物製劑可通過乾粉吸入器(DPI)進行施用。這些裝置的限制是將施用的藥物製劑的量。如今已知的DPI通常能夠在毫克範圍內將一定量乾粉氣溶膠化。雖然這對於許多藥物已足夠，但存在需要顯著更大量的施用的藥物製劑。一個實例是肺表面活性物質製劑，其通常需要以高達數克的量施用。使用常規的乾粉吸入裝置，向患者施用一克或更多的藥物製劑將需要不能接受地長時間的吸入。為了解決此問題，設計出WO2006/108558中所描述的乾粉氣溶膠化設備，其允許在數分鐘的過程中將數克的粉末狀物質氣溶膠化。因此，當將大量的數百毫克或更多的藥物製劑作為氣溶膠進行施用時，此裝置是很好的選擇。此項技術中已知的提供氣溶膠的裝置的另一問題是投遞給患者的氣溶膠化材料的量的再現性和劑量。當在儲存期間或甚至在裝置使用期間可氣溶膠化材料的顆粒結塊成具有不同空氣動力學性質的大顆粒時，尤其會出現這種情況。具有大於最佳空氣動力學直徑(其為約1μm到5μm)的顆粒將具有小得多的到達目標(例如，肺泡)的機率，這是因為它們往往沉積在上部氣道或喉嚨中或甚至已經沉積在吸入設備中的某處。在給定此類不想要的沉積在患者的治療期間幾乎不可能進行量化的情況下，不想要的沉積程度太高會使得不可能確定到達目標器官的要施用的物質的確切劑量。
在脊椎動物中，氣體交換中所涉及的內部肺表面被物質混合物的薄膜(被稱為「肺部表面活性物質」或「肺表面活性物質」)覆蓋。肺表面活性物質的最重要的成分是磷脂和所謂的表面活性蛋白SP-A、SP-B、SP-C和SP-D。肺表面活性物質具有表面活性性質並且將肺泡和小氣道中的表面張力減小到避免了呼氣期間肺泡衰竭的程度。表面張力經過動態調節，使得通過表面張力的適當調適來防止根據拉普拉斯定理而預期的肺泡和小氣道(支持更大的氣道)的塌陷。在另一方面，肺泡區域中的表面張力的減小會增加肺順應性，從而意味著其有助於在呼吸之後肺的擴展。肺表面活性物質的存在產生肺的良好平衡和生理穩定的結構，並且對於此器官的正常功能是至關重要的。雖然在出生時，哺乳動物的肺含有足夠量的內生性肺表面活性物質以便確保從第一次呼吸開始肺的不受限的功能性，但早生兒(在32周妊娠之前且尤其在29周妊娠之前出生)的肺不能夠或不足以能夠產生肺表面活性物質。這導致攝氧量的危及生命的缺陷(嬰兒特發性呼吸窘迫症候群，IRDS)。IRDS是早生兒死亡的主要原因。
對治療呼吸窘迫症候群(RDS)(例如IRDS)有用的肺表面活性物質製劑可從動物的肺獲得，或可使用個別成分作為原材料來製造。舉例來說，WO92/06703描述通過以下方式製備合成肺表面活性物質製劑：使用旋轉蒸發器從包括磷脂(例如，二棕櫚酸磷脂醯膽鹼(DPPC)和二油醯磷脂醯-乙醇胺(DOPE))和膽固醇的溶液蒸發氯仿以獲得薄膜，所述薄膜在需要時與合適的蛋白質一起重新懸浮在緩衝液中。EP 0 877 602揭示通過以下方式製備合成肺表面活性物質：對DPPC、棕櫚醯油醯磷脂醯甘油酯(POPG)、棕櫚酸、氯化鈣和表面活性蛋白SP-C的溶液進行噴霧乾燥。
已發現，通過在乾燥空氣中將乾粉肺表面活性物質製劑氣溶膠化而形成的氣溶膠的吸入往往在氣溶膠與作為氣道襯裡的組織的溼潤表面接觸時導致不想要的沉積的形成。在氣道中形成的此類沉積物可達到將會堵塞支氣管、氣管或氣道的其他部分的大小，因此對患者造成嚴重的窒息風險。一旦此沉積開始，會觀察到所形成的堵塞的快速累積。
WO2012/025496描述了一種系統，其中以氣溶膠化形式提供的顆粒在患者吸入之前但在氣溶膠化之後會經受加溼步驟。驚訝地發現，在吸入含有在它們的表面具有充分水的顆粒的氣溶膠之後會形成比基本乾燥顆粒的氣溶膠小得多的聚合物。然而，WO2012/025496沒有尤其適於產生此類加溼顆粒的過程的加溼器的結構細節，且具體來說，沒有此類加溼器的有用幾何形狀。
技術實現要素：
因此，需要提供一種能夠有效地對氣溶膠進行加溼的加溼器。如本文中所使用，「氣溶膠」通常將實質上是指以氣相懸浮的乾燥顆粒，例如懸浮在空氣中的例如肺表面活性物質等藥物製劑的顆粒。然而，如所屬領域的技術人員將了解，氣溶膠顆粒不一定需要是固體，而是還可以是液體。在此情況下，氣溶膠將包括溶液的液滴、以氣相懸浮的懸浮物或融化物。
獨立權利要求的特徵滿足上文提及的需要。在從屬權利要求中描述其他實施例。
根據第一方面，提供一種被配置成對氣溶膠進行加溼的加溼器，其包括：第一水隔室，其含有用於對氣溶膠進行加溼的水；以及第二水隔室，其含有用於對氣溶膠進行加溼的水。中間腔室(或「中部腔室」)位於第一水隔室與第二水隔室之間且包括氣溶膠入口和氣溶膠出口，所述中間腔室此外提供待加溼的氣溶膠穿過的通道的第一邊界表面。所述加溼器此外含有水蒸氣可滲透且液態水不可滲透的第一層(「半滲透」層)，其位於第一水隔室與中間腔室之間。此第一層的區段提供通道的第二邊界表面(呈半滲透壁的形式)。所述加溼器含有水蒸氣可滲透且液態水不可滲透的第二層，其位於第二水隔室與中間腔室之間。所述第二層的區段提供通道的與第二邊界表面相對的第三邊界表面(呈半滲透壁的形式)。
具有所述兩個水隔室和所述兩個層的此加溼器提供用以對氣溶膠進行加溼的有效裝置。水蒸氣可從水隔室穿過對應層進入中間腔室，在所述中間腔室中對所述氣溶膠進行加溼。此外，通過控制溫度且因此第一水隔室和第二水隔室中的蒸汽壓力，待加溼的氣溶膠可在其穿過中間腔室的過程中被加熱。通過第一層和第二層建構通道的一部分的事實，提供其中水蒸氣和氣溶膠彼此接觸的較大表面。此外，通過在中間腔室的相對側表面(呈半滲透壁的形式)上的水隔室，獲得對氣溶膠的均勻加溼，因此使顆粒損耗降到最少。
中間腔室可具有大體圓柱形形狀，且氣溶膠出口可位於中間腔室的側表面上。這意味著氣溶膠不在圓柱形形狀的中間腔室的軸向方向上穿過中間腔室，而是在側表面上且不是在加溼器的軸向端表面上提供氣溶膠入口和氣溶膠出口。此外，氣溶膠入口和氣溶膠出口在軸向方向上在側表面上大體上位於相同的高度。通過第一邊界表面、第二邊界表面和第三邊界表面定界的通道可以一種方式位於中間腔室中，使得穿過所述通道的氣溶膠主要與由中間腔室的大體圓柱形形狀界定的軸向方向垂直地流動。
穿過邊界表面的對應半滲透壁的水蒸氣藉以對待加溼的氣溶膠進行加溼的第二邊界表面和第三邊界表面彼此平行地位於通道的相對側上。如將在下文闡釋，此幾何布置有助於避免氣溶膠顆粒在通道中的沉積。當水蒸氣通過半滲透壁進入通道時，動量在其中水蒸氣行進穿過半滲透壁的方向上傳遞到通道中含有的顆粒上。因此，如果僅提供水蒸氣藉以進入通道的單個邊界表面，那麼氣溶膠顆粒將沉積在與水蒸氣藉以進入通道的壁相對的相對側表面上。然而，在該情況下，避免此類將顆粒沉積在相對壁上，這是因為水蒸氣從相對側進入通道，結果是有效動量傳遞是零。從第一水隔室以及從第二水隔室進入通道的水蒸氣具有相反的動量，使得施加到通道中的氣溶膠的有效動量是零。因此，可有效地避免或減少顆粒在通道中的沉積。
優選的是，氣溶膠入口、通道和氣溶膠出口以一種方式進行布置，使得退出氣溶膠出口的氣溶膠具有與進入氣溶膠入口的氣溶膠的流動方向相反的流動方向。換句話說，這意味著在側表面的同一半部上提供氣溶膠入口和氣溶膠出口。優選的是，以一種方式布置腔室，使得圓柱形腔室的軸線在水平方向上延伸。這產生上部側表面和下部側表面。優選的是，在上部側表面上提供氣溶膠入口和氣溶膠出口。尤其有益的是在上部側表面上提供氣溶膠出口，以便防止可在中間腔室中產生的任何凝聚的液體與氣溶膠一起被輸送到吸氣患者，因為液體將自然地被收集在中間腔室的側表面的下部部分中。為了移除此凝聚的液體，通道可進一步含有也定位在中間腔室的側表面中的開口。優選的是，在側表面的與側表面的提供氣溶膠入口和氣溶膠出口的部分相對的部分上提供所述開口。在中間腔室的軸線的水平定向的情況下，可在側表面的下部部分處提供所述開口，而在側表面的上部部分上提供入口和出口。
中間腔室可進一步包括從中間腔室的側表面突出到其內部的至少一個突出部。此至少一個突出部可為第一邊界表面的部分，且為第一層和第二層中的每一者提供支撐表面。此外，可提供至少兩個突出部而不是一個突出部，其各自從中間腔室的側表面突出到其內部。所述至少兩個突出部建構通道的部分的其他表面(或壁)，且是第一邊界表面的部分且以一種方式突出到中間腔室的內部，使得通道在至少兩個突出部之間在中間腔室內部遵循蜿蜒圖案。這意味著所述兩個突出部可從內部側表面的相對部分突出到內部。
擱置在所提供的突出部的第一支撐表面上的第一層和擱置在突出部的第二支撐表面上的第二側在中間腔室的軸向方向上將通道的相鄰區段彼此密封。這意味著流過通道的氣溶膠必須圍繞不同的突出部流動，使得提供中間腔室內的所界定的流動路徑。
所述加溼器可與氣溶膠化裝置結合使用，且將加溼的氣溶膠提供給作為機械通氣患者或主動呼吸患者的患者。當加溼器與主動呼吸患者結合使用時，中間腔室可進一步在通道中具有第二入口，其被配置成用於將額外呼吸空氣引入通道中。通道內的呼吸氣體隨後可以在需要時與氣溶膠一起被加溼和加熱。在通道中的氣溶膠的流動方向上可看到，此第二入口可位於氣溶膠入口之後。此外，所述第二入口可相對於第一入口成角度布置，使得氣溶膠和呼吸空氣不在兩個平行流中進入中間腔室。第二入口相對於第一入口的此角度確保呼吸空氣可與氣溶膠混合。
在一個實施例中，第一水隔室和第二水隔室中的每一者可含有加熱單元，其用於對對應隔室中的水進行加熱。在另一實施例中，可提供水迴路，其使熱水循環穿過第一水隔室和第二水隔室。所述水迴路可具有用於將水泵送穿過水迴路的泵和可用於對水進行加熱的熱交換器。
每個水隔室中的水應優選在水隔室內具有大體上恆定的溫度。每個水隔室可包括突出部，其導引在對應的水隔室中循環的水，且有助於以一種方式使隔室內的水循環，使得在水隔室內獲得大體上一致的溫度。在水隔室中的每一者中提供的突出部各自為第一層或第二層建構進一步的支撐表面。所述第一層進一步優選大體上平行於第二層而布置。在此布置的情況下，可獲得加溼器的鏡面對稱布置。
此外有可能在氣溶膠入口處提供噴嘴，待加溼的氣溶膠穿過所述噴嘴進入通道。此噴嘴於是具有在氣溶膠的流動方向上增加的橫截面，且所述噴嘴包括被配置成通過壓力脈衝激發的至少一個可激發膜以作為內壁。在優選的設置中，通過WO 2006/108558中或WO 2010/122103中所揭示的裝置產生根據本發明的加溼器加溼的氣溶膠。在此類裝置中，加壓空氣的脈衝用於從貯存器吸出可氣溶膠化材料且在空氣流中攜帶材料，使得形成氣溶膠。引入氣溶膠流動路徑中的這些壓力脈衝隨後還可用於激發形成噴嘴的內壁的可激發膜，非常類似於它們在根據2010/122103的裝置中用於激發用於儲存可氣溶膠化材料的貯存器的內壁、氣溶膠化通道的內壁和/或中空間隔物的內壁。噴嘴中的可激發膜有助於防止氣溶膠中的顆粒粘附到氣溶膠入口，且因此有助於防止顆粒在氣溶膠入口處的結塊。優選的是，所述噴嘴具有圓錐形形狀，且所述噴嘴的開口角度可在5°與50°之間，優選在7°與11°之間，更優選在8°與10°之間，且更優選是9°。所述壓力脈衝可為用於從可氣溶膠化材料產生氣溶膠的壓力脈衝。
將參看附圖進一步詳細地描述本發明。
附圖說明
圖1展示被配置成對氣溶膠進行加溼的加溼器的分解視圖，
圖2是含有用於對氣溶膠進行加溼的水的水隔室的透視圖，
圖3展示氣溶膠穿過的加溼器的中間腔室的透視圖，所述氣溶膠在穿過腔室期間被加溼，
圖4展示另外包含用於呼吸空氣的入口的圖3的腔室，
圖5是可在圖3中所展示的腔室的氣溶膠入口處提供的噴嘴的示意圖，
圖6是用於對穿過圖2的水隔室的水進行加熱的水迴路的示意圖。
具體實施方式
參看圖式，將更詳細地闡釋用於對氣溶膠進行加溼的加溼器。
所述加溼器包括第一水隔室100，其含有流過中間腔室200的用於對氣溶膠進行加溼的水。所述加溼器還含有第二水隔室300，所述第二水隔室也含有用於對氣溶膠進行加溼的水。所述中間腔室夾在第一水隔室100與第二水隔室300之間。在第一水隔室100與中間腔室200之間提供第一層10，所述第一層是水蒸氣可滲透但液態水不可滲透的。在腔室200與第二水隔室300之間提供水蒸氣可滲透但液態水不可滲透的第二層20。
待加溼的氣溶膠經由氣溶膠入口210進入中間腔室。通道230建構在中間腔室中，尤其如圖3中所示。氣溶膠在其從氣溶膠入口210穿過通道到氣溶膠出口220的過程中被加溼。當氣溶膠進入氣溶膠入口210時，氣溶膠實質上是乾燥的(假設已經通過對實質乾燥粉末的氣溶膠化而產生氣溶膠)。在本文中，「實質乾燥」是指呈氣溶膠在市售的氣溶膠化器中氣溶膠化的乾燥粉末的典型儲存形式的氣溶膠中含有的顆粒的水含量。通常，此類乾燥粉末的水含量不多於5％w/w、不多於約3％w/w、不多於約2％w/w或甚至不多於約1％w/w。實質乾燥顆粒是可容易地尤其使用尤其在WO 2006/108558或WO 2010/122103A1中所描述的氣溶膠化裝置氣溶膠化的顆粒。在懸浮在氣溶膠化裝置中的載氣中之前，實質乾燥可吸入顆粒形成粉末。在此項技術中已知的氣溶膠化裝置中，通過使乾燥顆粒懸浮在載氣中而將此乾燥粉末轉變為氣溶膠。此實質乾燥氣溶膠通過氣溶膠入口210進入加溼器，其中，將水蒸氣添加到氣溶膠以在氣溶膠出口220處獲得比在氣溶膠入口210處具有更高水含量的經加溼氣溶膠。
所述顆粒可為如上文所提及的實質乾燥粉末。為了使顆粒的可吸入分數最大化(即，在吸入後輸送到深部肺且沉積在其中的顆粒的分數)，氣溶膠中的顆粒的質量中值空氣動力直徑(MMAD)可在0.1與10μm之間，優選在1與5μm之間，或大約3μm。所述顆粒含有治療有效物質，其可為在吸入後具有所需的治療效果的任何物質，包含例如磷脂等脂類、小分子藥物、肽類、例如表面活性蛋白或其合成類似物等蛋白質、酶類或抗體、例如siRNA等核酸，等等。治療有效物質還可為在吸入後具有所需的治療效果的物質的任何混合物，例如天然或人工肺表面活性物質。舉例來說，可通過以下方式施加治療有效物質的治療效果：與肺組織的物理相互作用(如肺表面活性物質的情況)；將分子結合到受體；抑制或激活酶；酶作用自身；將抗體結合到特定抗原表位；RNA幹擾；與存在於氣道中的病原體相互作用(包含與病原體的複製、毒素產生和/或毒素分泌相互作用)等等，而不管所需的治療效果是否已經在肺(或氣道的其他部分)中或在身體的其他位置處出現，治療有效物質經由血管系統在吸入和攝取之後到達所述位置。根據本發明可有利地使用的治療有效物質的非限制性實例是短期和長期作用的β受體腎上腺素激動劑、糖皮質激素和其他類固醇(例如，環索奈德)、磷酸二酯酶抑制劑，例如PDE4抑制劑(具體來說是羅氟司特)或PDE5抑制劑(例如，西地那非)、抗膽鹼能類、天然或人工肺表面活性物質、DNA酶(例如，百慕時)、胰島素、抗生素、抑制細胞生長的化合物、抗炎化合物、粘液溶解化合物，以及可有利地施用給患者的肺的任何其他治療有效物質。在優選實施例中，治療有效物質是肺表面活性物質，其至少部分通過與肺組織進行物理相互作用，即，通過減小肺泡中的表面張力而施加其治療效果。在另一優選實施例中，根據本發明的顆粒包括一種以上治療有效物質。在特定優選實施例中，根據本發明的顆粒包括一種以上治療有效物質，其中的一者是肺表面活性物質。
「肺表面活性物質」(或「肺部表面活性物質」)是指能夠滿足自然哺乳動物(尤其是人類)的肺表面活性物質的正常功能的至少部分的任何藥學可接受的物質或組分。可通過從天然組織(例如，牛、羊或豬肺)進行提取或可從個別成分(例如，磷脂、肺表面活性蛋白或其衍生物(包含例如KL4多肽等人工肺表面活性蛋白))、脂肪酸、鹽和其他組分製造而獲得肺表面活性物質製劑。市售的肺表面活性物質包括以下商品名的物質：Alveofact、Curosurf、Exosurf、Infasurf、Pumactant(ALEC)、Surfaxin和Survanta。至少一種其它肺表面活性物質Venticute(商品名)已經在臨床研究中。某些人工肺表面活性物質組分通過含有磷脂和表面活性蛋白SP-C的至少一種重組衍生物(例如，被稱為「rSP-C」的FF/I突變體(從EP 0 764 172已知的INN Lusupultide)，其為攜帶三點突變的人類SP-C的截斷衍生物)而模擬天然肺表面活性物質。在本發明的特別優選應用中，治療有效物質(或在顆粒包括一種以上治療有效物質的情況下所述治療有效物質中的一者)是已經通過噴霧乾燥而製造的肺表面活性物質，且包括DPPC、POPG、rSP-C、棕櫚酸和氯化鈣。在進一步特別優選的應用中，治療有效物質是已經根據EP 0 877 602的教示而製造的肺表面活性物質。
肺表面活性物質的重要用途旨在執行天然內生肺表面活性物質的作用的至少部分。當患者遭受內生性肺表面活性物質的缺陷時，此可特別重要。隨後可將肺表面活性物質施用給患者的肺以便取代缺失或損壞(例如，在由於解蛋白活動而吸入胃內容物的情況下)的內生性表面活性物質(「表面活性物質取代療法」)。其中修復內生性肺表面活性物質的功能的實例是獲得性呼吸窘迫症候群(ARDS)、IRDS、特發性肺纖維化、囊性纖維化、慢性阻塞性肺病(COPD)(尤其是COPD急性加重)和慢性支氣管炎。進一步實例是早產兒(尤其是在32周妊娠之前且甚至在29周妊娠之前出生的新生兒)的肺表面活性物質缺陷。
返回到圖1、2和3，進入腔室200的含有活性物質的氣溶膠與由兩個相對的水隔室100和300提供的水蒸氣接觸。
在其中提供治療有效物質(且與治療有效物質一起提供氣溶膠)的載氣可為空氣，例如醫用空氣，且可為在任何醫院中可用的標準化空氣。為了避免在氣溶膠化過程期間被氣溶膠化的顆粒的粘附，用於產生氣溶膠的載氣的相對溼度優選為20％或更低。甚至更優選的是，載氣的相對溼度小於10％。因此，進入氣溶膠入口210的氣溶膠將相當乾燥。通過使氣溶膠與水蒸氣接觸，穿過腔室200的氣溶膠(或更精確地說，是氣溶膠的載氣)的相對溼度將從小於10％或20％增加到稍低於100％或更多，一般來說增加到接近露點的值。如將在下文更詳細地描述，通過加熱的水穿過的第一水隔室100和第二水隔室300而產生水蒸氣。
所述兩個水隔室100、300含有通常已經被加熱到高溫(例如，50℃到60℃)的水，以增加水的蒸汽壓力。第一水隔室100和第二水隔室300中含有的液態水分別通過第一層10和第二層20而與中間腔室分開。兩個層都提供水蒸氣可滲透但液態水實質不可滲透的半滲透屏障。舉例來說，半滲透屏障是通常由合成材料(例如，Nafion、Goretex或Sympatex)製成的膜。第一層10和第二層20可由具有所需的性質以便允許水蒸氣進入氣溶膠通路同時截留液態水的任何材料製成，且優選由細穿孔材料製成。
在圖1的實施例中，以加溼器可在使用期間進行安裝的定向展示加溼器。中間腔室具有大體上圓錐形形狀，其中圓柱體的軸線具有水平定向。在圓柱形腔室200的側表面上提供氣溶膠入口210和氣溶膠出口220。在所展示的實施例中，提供氣溶膠入口210和氣溶膠出口220，使得進入氣溶膠入口的氣溶膠具有與退出氣溶膠出口的氣溶膠的流動方向相反的流動方向。當在圓柱體的軸線在水平方向上延伸的情況下圓柱形中間腔室200如圖1中所示而定位時，確保氣溶膠出口位於中間腔室的上部側表面上。在中間腔室200的外部提供外殼201，外殼201以一種方式被設計成使得加溼器可放置在水平表面上或以某種方式處於穩定位置。外殼201進一步含有開口，中間腔室的外殼201可經由所述開口例如使用固定元件而固定地連接到第一層10、第二層20、第一水隔室的外殼101和第二水隔室的外殼301。在所展示的實例中，外殼301、201和101是大體上正方形。然而，應理解，可使用任何形狀。所述開口可為被配置成接納例如螺杆等固定元件的孔。
如可從圖1看到，以一種方式設計加溼器，使得其關於在圖1中展示且穿過中間腔室的平面A是鏡面對稱的。平面A具有平行於中間腔室的軸向方向的表面法線，且當在軸向方向上觀看時位於腔室的寬度的一半處。
如所屬領域的技術人員將容易理解，貫穿根據本發明的加溼器，將以一種方式使通道成形以減少或甚至避免渦流的發生。這樣還有助於將氣溶膠化的顆粒的沉積減到最少。所採取的為了減少或避免渦流的措施中的一者是避免沿著氣溶膠的流動路徑的任何銳角或尖銳邊緣。這可例如在突出部240、250和260的頂端處看到，使所述頂端變圓以適應它們周圍的氣溶膠的平滑層流。
結合圖2，更詳細地闡釋含有用於對氣溶膠進行加溼的水的水隔室。結合圖2，更詳細地揭示第一水隔室100。然而，因為系統優選是鏡面對稱的，所以下文給出的闡釋也適用於第二水隔室300。
第一水隔室100位於外殼101中，且所述水隔室也是圓柱形，其具有水入口110以用水填充水隔室。在所展示的實施例中，在水隔室中提供加熱單元130。此加熱單元130可為例如由金屬製成的圓柱形主體，且可包含電加熱元件以對水隔室內的水進行加熱。為了控制水隔室內的水的溫度，可提供溫度傳感器150。當在第一次用水填充水隔室時，水隔室中提供的空氣可通過通風設備160離開水隔室。為了避免對水隔室內的水的汙染，可在通風設備160上提供過濾器170。水隔室100進一步包括突出部140，其以一種方式布置在水隔室內，使得向在水隔室中循環的水提供導引。所述突出部有助於在水隔室內獲得均勻的溫度分布。突出部140進一步具有第二功能。水隔室在水隔室的一端處被軸向端表面102封閉。突出部140以一種方式在水隔室的軸向方向上從此軸向端表面102延伸，使得端表面101和102位於與外殼101的在上面提供第一層的表面103相同的軸向高度。表面141和142提供對作為彈性膜的層10的支撐。具有支撐表面141和142的突出部有助於避免或減少膜的變形。
在所展示的實施例中，使用加熱單元130對水隔室內的水進行加熱。在另一實施例中，可提供水迴路，其中水在水隔室外部被加熱且穿過水隔室。將在稍後結合圖6更詳細地描述此實施例。在此實施例中，不需要一定提供加熱單元130，因為可在水隔室外部對水隔室中的水進行加熱。
可將水隔室中的水加熱到通常在37℃與100℃之間的溫度，優選加熱到在45℃與75℃之間的溫度或在50℃與60℃之間的溫度。穿過相界且進入中間腔室200的水蒸氣的量取決於層10和20的半滲透屏障的滲透性、液態水的蒸汽壓力(其取決於溫度且隨溫度增加)、已經以氣相存在的水蒸氣的部分壓力以及氣相的溫度。因為水蒸氣將具有與被加熱的水相同的溫度，所以進入中間腔室200的水蒸氣也將有助於對在中間腔室200中流動的氣溶膠進行加熱。對氣溶膠的加熱會增加氣溶膠對水蒸氣的容量，使得可將相當大量的水蒸氣添加到氣溶膠。當已經吸取所需量的水蒸氣時，氣相的水含量通常接近飽和。實際上，在氣溶膠穿過中間腔室的過程中將氣溶膠加熱到50℃到60℃的範圍內的溫度已證明對於可用於凝聚在施用給患者之前的顆粒上的水的量非常有利。應理解，在將經加溼的氣溶膠饋送到患者之前，通常將應用冷卻步驟，其中經加溼的氣溶膠再次被冷卻到15℃到45℃的範圍內的第二溫度，優選冷卻到20℃以上的第二溫度，且最優選冷卻到約37℃的溫度。在本文中，參考WO 2012/025496，其詳細地描述製備治療物質的經加溼氣溶膠的過程。
結合圖3，將更詳細地闡釋導引氣溶膠穿過其的中間腔室。如上文所闡釋，氣溶膠在穿過中間腔室時將被加熱且將在此通過期間被加溼。在側表面上提供外殼201，其封圍中間腔室200。中間腔室也是圓柱形，其具有在腔室的側表面上提供的氣溶膠入口210，以及在中間腔室的側表面上提供的氣溶膠出口220。在腔室200中，氣溶膠沿著通道230流動，之後其離開中間腔室。通道的長度可在10cm與30cm之間。然而，還可構想其他長度，且所述長度其具有將添加到腔室中的氣溶膠的水蒸氣的量、氣溶膠的流動速度以及氣溶膠的所需的溫度增加。如可在圖1中看到，通道在腔室的相對端表面上在軸向方向上分別被第一層10和第二層20封閉。中間腔室包括若干突出部240、250和260，其從腔室的側表面突出到腔室的內部，因此建構所述通道的第一邊界表面。在所展示的實施例中，所述通道的第一區段在腔室的軸向方向上通過腔室的外表面且通過突出部240的第一表面241而形成於空氣入口之後。所述突出部在腔室的軸向方向上在腔室的整個軸向延伸部上延伸。所述突出部還在軸向方向上含有端表面243。這些端表面為第一層10和第二層20提供支撐表面。所述軸向端表面243中的一者為兩個層10或20中的一者提供支撐表面，而另一軸向端處的另一(相對)支撐表面243為兩個層10、20中的另一者提供支撐表面。經由氣溶膠入口210進入腔室的氣溶膠沿著通道通過，所述通道的第一部分由突出部240的表面241、腔室的外表面以及相對的層10和20定界。
如圖3中所示，相鄰突出部250以一種方式從相對的內表面突出到內部，使得通過突出部240和250形成U形通路。在所展示的實施例中，展示另一突出部260，其再次從上部側表面延伸到內部。如可在圖3中看到，相鄰的突出部以一種方式從側表面的相對區段延伸，使得通道在所述突出部之間在腔室內遵循蜿蜒圖案。突出部250包括表面251、252且突出部260包括面向通道的表面261、262。因此，表面241、242、251、252、261和262是通道的第一邊界表面的部分。面向通道且在中間腔室的軸向方向上將通道定界的第一層10的區段建構通道的第二邊界表面。以相同方式，在中間腔室的軸向方向上將通道定界的第二層20的區段建構通道的第三邊界表面。此外，面向腔室的內部且尤其在右側在流動方向上在氣溶膠入口210之後提供且在左側在氣溶膠出口220之前提供的圓柱形中間腔室的內表面進一步將通道定界。因此，在中間腔室內部，通過第一邊界表面、第二邊界表面、第三邊界表面和圓柱形中間腔室的內表面將通道定界。端表面253和263再次為第一層和第二層提供支撐表面。如可在圖3中看到，主要通過側壁的內表面以及突出部240、250、260的壁(即，壁241、242、251、252和壁261、262)而形成通道。取決於通道的所需長度，突出部的數目可變化，可根據以下各者來選擇通道的長度：氣溶膠的既定流量、水隔室中的水的既定溫度、氣溶膠的既定加溼程度以及其他因素。雖然在所展示的實施例中已經選擇三個突出部，但當然，具有不同數目的突出部的替代性實施例是可能的。舉例來說，突出部的數目可為1、2、4、5、6、7、8、9或任何其他數目。在其中需要進入(通過氣溶膠入口210)加溼器的氣溶膠流與離開(通過氣溶膠出口220)加溼器的氣溶膠流相反(反平行)的情況下，突出部的數目優選為奇數(例如1、3或5)。另一方面，在其中期望進入加溼器的氣溶膠流與離開加溼器的氣溶膠流具有相同的方向的情況下，偶數數目的突出部是優選的(例如，2或4)。
在所展示的實施例中，使用三個突出部，使得在通道內部，氣溶膠310將方向改變為相反的流動方向。然而，突出部的數目可取決於對氣溶膠進行加溼以及對氣溶膠進行加熱所需的通道的長度。
如可在圖3中看到，氣溶膠沿著兩個層10、20直接通過，所述兩個層在腔室的軸向方向上封閉通道。所述兩個層10、20在軸向方向上密封通道，且通過水腔室中的水的流體靜壓將兩個膜按壓在突出表面的支撐表面上。氣溶膠通過沿著層10、20通過而被加溼。
在上部側表面上同時提供氣溶膠入口210和氣溶膠出口220。在通道的下部部分處提供與氣溶膠出口220相對的開口280，其中在被加熱的氣溶膠中產生的凝聚的液體可得到收集且可退出通道。在中間腔室的側表面上、優選在與入口和出口相對的側表面上提供水出口。在如圖3中所示的加溼器和中間腔室的定向的情況下，氣溶膠入口和氣溶膠出口定位在側表面的上部部分上，而在下部側表面上提供用於移除凝聚的液體的開口。
在圖3中所示的實施例中，通路包括可在其中提供開口280的兩個區段。如圖3中所示，在更靠近出口220的通路的下部區段處提供開口。
如可從圖1和3推斷出，進入通道230的水蒸氣在相反方向上進入通道。來自第一水隔室100的水蒸氣將在圓柱形形狀中間腔室的軸向方向上進入通道，而來自第二水隔室的水蒸氣也將主要在垂直於流的軸向方向上進入通道。然而，來自第一水隔室100和第二水隔室300的水蒸氣具有在相反方向上引導的動量，使得施加到將要在通道中加溼的氣溶膠的淨動量是零。因此，避免將可氣溶膠化材料沉積在與第一層相對或與第二層相對的表面上。
在圖4中，展示中間腔室200的另一實施例。圖4中所示的實施例與圖3的實施例的不同之處在於在通道中提供第二入口270，其被配置成用於呼吸空氣進入通道的入口。如描述的介紹部分所論述，可將經加溼的氣溶膠施用給自主呼吸的患者以及機械通氣的患者和接受呼吸輔助的患者。圖4中所示的實施例尤其適合於將氣溶膠施用給自主呼吸的患者。當將經加溼的氣溶膠提供給患者以進行吸入時，優選不僅對氣溶膠進行加溼，而且還對呼吸空氣進行加溼，因為原本將經加溼的氣溶膠與未經加溼的呼吸空氣進行混合將不可避免地導致對經加溼的氣溶膠的不合意的乾燥。待加溼的呼吸空氣通過第二入口270進入中間腔室，所述第二入口位於第一入口210下方(或者，當在氣溶膠流的方向上看時，在其之後)。用於呼吸空氣的入口不與氣溶膠的入口平行定位，而是相對於氣溶膠的入口成角度，使得呼吸空氣將更有效地與通過入口210進入的氣溶膠混合。管子連接到入口270，呼吸空氣可藉此進入腔室200。此外，在管子中提供止回閥，所述止回閥確保當患者呼氣時，氣溶膠不會在與氣溶膠的流動方向相反的方向上離開腔室200。在患者吸氣時，氣溶膠和呼吸空氣混合，且它們都被加溼，如上文結合圖1到3所闡釋，且被饋送到氣溶膠出口。在氣溶膠出口處提供退出連接器290。此退出連接器290可用於將纜線或類似裝置連接到中間腔室200以進一步導引經加溼的氣溶膠。
在另一實施例中，有可能為呼吸空氣提供單獨的加溼器。在此實施例中，如圖1中所示的系統可單獨用於呼吸空氣，使得氣溶膠不進入入口210，而僅有呼吸空氣進入。在此實施例中，圖1中所示的系統可提供兩次，一次用於對氣溶膠進行加溼和加熱，且另一次用於對呼吸空氣進行加溼和加熱。當呼吸空氣不與所提供的氣溶膠相容時，可使用此實施例。圖4中所示的腔室的剩餘部分對應於圖3中所示的腔室且不再詳細地闡釋。
如可從圖3和4推斷出，具有其大體圓柱形形狀的中間腔室200比在圓柱形形狀的縱向軸線的方向上的縱向延伸部具有更大的徑向延伸部。換句話說，中間腔室的圓柱形形狀使得所述形狀具有比縱向延伸部更大的徑向延伸部。
第一水隔室和第二水隔室在軸向方向上封圍圓柱形中間腔室，其中氣溶膠入口和氣溶膠出口位於圓柱形中間腔室的側表面上，使得穿過通道的氣溶膠在中間腔室的軸向方向上大體上不具有分量，而是僅有垂直於軸向方向的分量。
結合圖5，更詳細地闡釋可在氣溶膠入口210處提供的噴嘴500，且隨後待加溼的氣溶膠通過所述噴嘴進入通道。待加溼的氣溶膠通過開口540進入噴嘴500，如圖5中的箭頭所指示，且通過開口550使氣溶膠離開。噴嘴500包括外殼510，其中通過可激發膜520形成用於待加溼的氣溶膠的通道，所述可激發膜以一種方式被設計成使得通道的橫截面在流動方向上增加。所述膜可通過在氣溶膠化裝置中用於產生氣溶膠的壓力脈衝激發，且所述膜的激發可有助於防止氣溶膠的顆粒粘附並且結塊在噴嘴的內壁上。術語「膜」是指氣體、液體和可氣溶膠化材料實質不可滲透的任何片狀結構。可激發膜被設計成使得其響應於壓力脈衝而變形和振蕩。這些壓力脈衝可來自供應到氣溶膠化裝置的載氣。然而，所述噴嘴進一步可包括開口530，用於產生壓力脈衝的外部源可通過所述開口連接到外殼510的內部以激發所述膜。
已發現，進入加溼器的氣溶膠往往粘附在加溼器的入口處。如果在加溼器的此部分處使用硬壁，那麼氣溶膠的顆粒可累積在側壁上。這將導致氣溶膠入口的減小的開口，這又將導致增加的流動速度，且阻礙加溼器的適當起作用。然而，以所描述的方式修改入口(即，提供噴嘴500，所述噴嘴的內壁由可激發膜520形成)允許通過施加壓力脈衝而(準連續地)移除不想沉積的顆粒，如上文所闡釋，其可應用於系統以便產生待加溼的氣溶膠。優選的是，所述噴嘴具有擁有所界定的開口角度的圓錐形形狀。所述噴嘴的開口角度在5°與15°之間，優選在7°與11°之間，且更優選是9°。可激發膜520可為單個膜，但還可通過兩個單獨的膜形成，所述兩個單獨的膜連接在一起而為穿過噴嘴的氣溶膠形成通道。
結合圖6，更詳細地揭示實施例，其中不通過圖1中所示的加熱單元130對水進行加熱，而是其中通過水迴路對水進行加熱，所述水迴路使水循環穿過例如水隔室100等水隔室。在圖6中所示的實施例中，水迴路400允許水循環穿過第一水隔室100。然而，應理解，同一迴路400也可使水循環穿過第二水隔室300。在另一實施例中，為每個水隔室提供一個水迴路。
水迴路400包括熱交換器450以及對水迴路中循環的水進行加熱的加熱元件460。水迴路包括水貯存器410和止回閥420，可藉此將水供應到水迴路。在結合點430處，水在已經通過水隔室100之後反饋回到迴路。用於將水泵送穿過水迴路的泵440將水傳遞到加熱元件460和熱交換器450。水隨後穿過水入口110，水在水出口120處退出水隔室。對於水隔室的其他功能特徵，因為所述水隔室對應於上文結合圖2更詳細地論述的水隔室，所以避免對所述水隔室的更詳細論述。可提供通風設備470，水迴路中含有的空氣藉此可退出水迴路，尤其在第一次填充水迴路時。第二止回閥480確保水在水迴路中的方向性流動。泵440以一種方式被設計成使得水的流動速度使得獲得腔室內的水的所需溫度，例如如上文所論述的水腔室內的40℃到50℃的水溫。為了控制所述溫度，可在水隔室中提供溫度傳感器，例如溫度傳感器150。
上文所論述的加溼器提供對氣溶膠的有效加熱和加溼，因為為待加溼的氣溶膠提供通道的中間腔室夾在兩個水隔室之間。第一層和第二層提供較大表面，氣溶膠將沿著所述較大表面在其路徑上穿過中間腔室。