低全球变暖潜能值推进剂对悬浮定量吸入器喷雾特性的影响机制研究

为解决传统加压定量吸入器(pMDI)使用高全球变暖潜能值(GWP)推进剂带来的环境问题，研究人员通过高速成像技术对比分析了HFA134a、HFA152a和HFO1234ze(E)三种推进剂在含/不含沙丁胺醇硫酸盐(SS)悬浮液中的喷雾形态差异。研究发现悬浮颗粒会显著改变羽流结构，且低GWP推进剂的闪蒸行为差异导致其喷雾特性与传统模型预测不符，为环保型吸入器设计提供了关键理论依据。

　　

在全球气候变化日益严峻的背景下，医疗行业正面临着一项特殊挑战——广泛使用的加压定量吸入器(pMDI)所依赖的氢氟烷烃(HFA)推进剂是强效温室气体。以常用推进剂HFA134a为例，其全球变暖潜能值(GWP)高达1430 kg CO₂当量。随着国际社会对氟化气体管控趋严（如欧盟2024年颁布的573号法规），开发环保替代品成为当务之急。然而，当研究者将目光投向GWP仅124 kg和7 kg CO₂当量的HFA152a和HFO1234ze(E)时，却发现这些低GWP推进剂的物理化学性质差异可能改变吸入器的关键性能指标，包括喷雾形态、药物沉积等。

这种改变究竟如何发生？传统基于高GWP推进剂的经验模型是否仍然适用？这些问题直接关系到数百万哮喘和慢性阻塞性肺病患者的用药安全。来自Monash University等机构的研究团队在《AAPS PharmSciTech》发表的研究，通过创新的高速成像技术揭示了悬浮药物颗粒与不同推进剂间令人意外的相互作用机制。

研究采用高速摄影（350 ns曝光，140,000帧/秒）和激光衍射（10 kHz采样）技术，对比分析了纯推进剂与含2 mg/mL沙丁胺醇硫酸盐(SS)悬浮液在标准Kindeva吸入器中的喷雾特性。通过定制化气动摇振-保持-触发系统确保实验可重复性，并建立光学质心(CM)等量化指标评估羽流稳定性。

喷雾形态与稳定性分析
高速成像显示，传统HFA134a推进剂加入SS悬浮颗粒后，喷雾核心出现明显轴向不稳定性（光学CM变异增加40%），而低GWP推进剂HFA152a和HFO1234ze(E)的变化较小。这导致HFA134a悬浮制剂的平均喷雾锥角减小（从18.84°±0.77°降至17.29°±1.53°），而两种低GWP制剂反而增大（HFA152a从19.68°增至20.20°）。

闪蒸效应机制
通过雅各布数(Ja=ρc_pΔT/h_fg)分析发现，HFA134a的高Ja值（0.37）使其对悬浮颗粒引发的成核效应更敏感。这些微粒作为"杂质"促进闪蒸，改变传统核心-环状 orifice flow结构。相比之下，HFA152a（Ja=0.28）和HFO1234ze(E)（Ja=0.32）因热力学性质差异，闪蒸强度降低23%和13%，故受悬浮颗粒影响较小。

液滴粒径分布
激光衍射数据显示，纯HFA134a的索特平均直径(d₃₂)为13.75±0.75 μm，加入SS后增至14.30±1.53 μm；而两种低GWP推进剂则呈现相反趋势（HFA152a从15.52±1.29 μm降至14.03±1.68 μm）。这种"剪刀差"现象进一步证实不同推进剂体系中悬浮颗粒的作用机制存在本质差异。

该研究首次系统揭示了悬浮药物颗粒通过改变闪蒸动力学影响pMDI喷雾特性的机制，特别是发现低GWP推进剂的性能预测不能简单套用传统模型。这一认识对环保吸入器开发具有双重意义：一方面说明现有标准（如USP<601>）可能需要针对低GWP制剂调整测试方法；另一方面提示通过精确调控喷嘴几何（如 orifice length和exit cone）可以优化喷雾性能。研究建立的量化分析方法为后续产品设计提供了重要工具，而其揭示的"成核增强效应"为理解复杂气溶胶系统提供了新视角。随着全球医药行业向碳中和目标迈进，这些发现将成为指导绿色吸入器转型的关键科学依据。