Laval-Düsen als Zerstäuber für die inhalative Therapie

Abstract

Zerstäuber finden in der pharmazeutischen Technologie vielfache Anwendung mit unterschiedlichen Anforderungen an den Zerstäuber selbst und das entstehende Tropfengrößenspektrum. Basierend auf der Idee einen neuen Inhalator mit einer speziellen Düse zu entwickeln, sollte das Verständnis, wie Flüssigkeiten durch Laval- Düsen zerstäubt werden, verbessert werden. Das Besondere an Laval- Düsen ist, dass ihr Strömungskanal zunächst konvergent zusammenläuft, um nach dem engsten Querschnitt wieder divergent auseinander zulaufen. Dadurch kann ein strömendes Gas innerhalb der Düse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden, wobei die Schallgeschwindigkeit in engsten Querschnitt erreicht wird. Je nach Düsengeometrie wird das Gas mit oder ohne Verdichtungsstöße auf Umgebungsbedingungen verzögert. Die Flüssigkeit wird zerstäubt, indem sie in das strömende Gas eingespritzt wird. Zur Tropfenbildung tragen dabei die unterschiedliche Geschwindigkeit zwischen Gas und Flüssigkeit, die Beschleunigung und der Verdichtungsstoß bei. <br /> Die Ergebnisse bestätigen die zentrale Bedeutung der Zweiphasenströmung für das entstehende Tropfengrößenspektrum. Die Vergrößerung der Topfen mit zunehmender Düsenlänge ist auf Strömungsablösungen und Flüssigkeitsfilmbildungen an der Düsenwand zurückzuführen. Eine Verkleinerung der Tropfengröße beim Einspritzen führt zu keiner Reduktion der entstehenden Tropfengrößen. Die Flüssigkeitseigenschaften Oberflächenspannung und Viskosität zeigen einen Einfluss auf das entstehende Tropfengrößenspektrum, wobei Tenside die Oberflächenspannung nicht effektiv senken können, da sie zu langsam in die neuentstehenden Oberflächen diffundieren.