藥物粘稠臨界判斷的研究

曹逸民 錢炳鋒 田奕江 季浩然 吳振宇

摘要：攪拌作為中醫(yī)藥行業(yè)加工工藝過程中不可缺少的一部分，攪拌的是否足夠充分，直接影響著藥物成品的質(zhì)量。對醫(yī)用攪拌機進(jìn)行研究，通過藥物的粘稠度來判定是否達(dá)標(biāo)

關(guān)鍵詞：醫(yī)用;攪拌機

本文主要針對藥研究方面，對于中藥來說，攪拌是必不可少的內(nèi)容。攪拌需要達(dá)到他所需的粘度，藥物的融合度。該發(fā)明將有效提高產(chǎn)品藥性較少不必要的損耗。

攪拌終點測定儀的使用有利于中醫(yī)藥研究過程中對藥物數(shù)據(jù)的采集，使藥物科研人員能夠充分了解藥物所處狀態(tài)，更好的開展下一步環(huán)節(jié)的研究，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，降低了藥物研究的成本，也極大得降低了藥學(xué)相關(guān)研究人員的工作難度，使得藥物研究成功率提升了，經(jīng)濟(jì)投入回報率增大了。

1 產(chǎn)品介紹

本產(chǎn)品原為攪拌終點判定儀，用于測量中成藥和黏稠劑的黏稠度，其中成藥和黏稠劑在加水?dāng)嚢璧倪^程中，藥效和黏稠度會隨攪拌的推移呈現(xiàn)一個sin函數(shù)

的曲線，本產(chǎn)品的研發(fā)為找出不同藥劑和黏稠劑的不同峰值。通過我們自主研發(fā)的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，與此同時，我們還設(shè)計了單獨的測量裝置，可以直接和獨立的攪拌棒連接進(jìn)行一些其他領(lǐng)域的黏稠度測量。實物包括攪拌機一臺，自主設(shè)計的攪拌棒若干，伺服電機套裝一套，扭矩傳感器一個，控制板一個，屏幕一個，蠕動泵套裝，電源，樹脂的蓋子，外殼。

2 產(chǎn)品功能

測量出溶液的黏稠度;自行設(shè)定單位時間的加水量，呈現(xiàn)出溶液的黏稠度變化曲線，一秒內(nèi)能測量三十次數(shù)據(jù)，求平均值后將平均值轉(zhuǎn)換到電腦屏幕上，一共有四十組這樣的數(shù)據(jù)，通過通訊的方式將測量曲線發(fā)給電腦，并且自行生成Excel表格，可以保存多組數(shù)據(jù)，在需要查看數(shù)據(jù)時，可以隨時調(diào)出數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。

3 產(chǎn)品優(yōu)勢

單軸傳感技術(shù)的醫(yī)用制藥高精密攪拌設(shè)備，可以實現(xiàn)目前市場上具有絕對價格競爭優(yōu)勢的高品質(zhì)服務(wù)。相比于測量黏稠度的儀器，我們的進(jìn)水量精準(zhǔn)到單位為1ml，黏稠度的單位精準(zhǔn)到0.1牛/米，產(chǎn)品功能更加全面，可以精準(zhǔn)控制加水量，可以生成黏稠度圖像，還可以控制攪拌速度，比市場上現(xiàn)有的黏稠度測量儀器更加準(zhǔn)確，

4 總體設(shè)計方案

基本思路，是通過攪拌設(shè)備內(nèi)安裝的扭矩測量儀，測量電動機主軸的轉(zhuǎn)動角度，以此計算扭矩，通過扭矩、受力和粘稠度的關(guān)系，由算法計算，獲得顯示粘稠度的圖像。

粘稠度的測算技術(shù)關(guān)鍵在于獲取攪拌棒的受力情況。由于電動機、扭矩測量儀、攪拌棒，此三者為同心共軸，因此攪拌棒的受力情況能夠傳遞到扭矩傳感器上。扭矩傳感器的轉(zhuǎn)動角度通過電壓信號傳遞到stm32開發(fā)板上，最終通過計算的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換到電腦屏幕上形成一個曲線。

5 操作流程

先在攪拌盆中加入需要攪拌的材料，提供足夠的純凈水水源，水會通過水泵把水灌入攪拌盆中，在屏幕上設(shè)置進(jìn)水量和攪拌時間，目前的攪拌時間是30分鐘一次，然后設(shè)置轉(zhuǎn)速，在屏幕上點擊啟動按鈕即可，測量的黏稠度是通過單軸傳感器一分鐘30組數(shù)據(jù)求最終的平均值完成其中一個黏稠度的節(jié)點，平均一場醫(yī)用研究的攪拌需要40組節(jié)點數(shù)據(jù)，測量的數(shù)據(jù)十分準(zhǔn)確，很少出現(xiàn)誤差，并且屏幕會自動生成攪拌黏稠度的圖像，可以通過聯(lián)網(wǎng)或者藍(lán)牙傳輸?shù)诫娔X上（如圖2），直接生成Excel表格，通過Excel表格直觀的觀察，所測得的數(shù)據(jù)可以保留，并且上傳到電腦上。并且設(shè)備配有緊急制動按鈕，當(dāng)發(fā)生安全事故時，我們可以通過此按鈕來強行停止機器的運作，確保了機器運作的安全性。

6 攪拌機設(shè)計

伺服電機

有方便搬運和線的接口和3D打印的特殊，攪拌桿接口，可以實現(xiàn)伺服電機接線的靈活插拔，同時能夠準(zhǔn)確的返回攪拌物的狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)過變送器的處理后傳送到電壓板，電壓測量電壓并將電壓值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式的字符串，通過藍(lán)牙發(fā)送給控制板，控制板經(jīng)過算法對字符串進(jìn)行處理顯示成像，以達(dá)到對攪拌終點的準(zhǔn)確判定。

扭矩傳感器

扭矩傳感器連接著攪拌棒，與攪拌棒相連接，扭矩傳感器是對扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測，從而把數(shù)據(jù)傳送給開發(fā)板。

攪拌桿

對應(yīng)不同的攪拌物，通過3D打印設(shè)計的攪拌桿使攪拌更充分。采用ABS樹脂作為材料。這種材料無毒，沒有顏色，非常適合用于攪拌藥物，并且有著良好的物理機械性能，有著良好的耐磨性，對于攪拌來說，耐磨性無疑是必不可少的，這大大減少了損耗從而減少了替換攪拌棒的次數(shù)，讓攪拌棒能用的時間更長更久。

螺桿式攪拌棒（一代）：由于是螺桿式，藥物攪拌時不能充分得到攪拌，會形成球狀固體，從而打不到要求

錨式攪拌棒（現(xiàn)用）：攪拌棒與容器壁充分嚙合，達(dá)到了充分?jǐn)嚢璧淖饔谩?/p>

容器

通過3D打印設(shè)計容器用來盛放需要加工的藥物，容器為深弧形的一個碗，碗的內(nèi)壁光滑，完全配合攪拌桿的弧線，使攪拌更加均勻。

圓弧蓋子

固定在攪拌機上不需要手動蓋住，與攪拌桿配合可完成密封，從而防止攪拌物飛濺。蓋子上配備通液接口，與蓄水箱配合可完成邊攪拌邊加液。另外，蓋子上有延伸出來的觀察口，既避免了攪拌物飛出又提供了視口。

蓄水箱

采用蠕動泵，把水灌入容器中。蠕動泵小巧，容易更換水管，適用于制藥行業(yè)

控制板

扭矩傳感器獲得扭矩差，以此獲得電壓數(shù)據(jù)來源，數(shù)據(jù)在經(jīng)過變送器的處理之后傳送到電壓板，電壓板通過測量電壓，并且將電壓值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式的字符串，通過藍(lán)牙發(fā)送給控制板?？刂瓢褰?jīng)過算法對字符串進(jìn)行處理顯示成圖像。通過控制板選擇加液次數(shù)和總加液量達(dá)到精確調(diào)節(jié)粘稠度的目的。

外殼

外殼采用3D打印技術(shù)，所用的為ABS塑料，它的電絕緣性較好，可在絕大部分的環(huán)境下使用，符合了應(yīng)用廣泛，普遍這個特點。并且ABS塑料這種材質(zhì)為3D打印中最穩(wěn)定的一種的。

7 結(jié)束語

根據(jù)扭矩傳感器獲得的扭矩差傳送到控制板，使人們直觀的看到攪拌過程中，藥物的混合程度，藥物的粘稠度，通過數(shù)據(jù)曲線來判斷攪拌是否達(dá)到了自己所需的要求，是否達(dá)到了所需的粘度，可以使人們更加方便的對藥物進(jìn)行攪拌，提高了準(zhǔn)確性，降低了藥物研究的成本，也極大得降低了藥學(xué)相關(guān)研究人員的工作難度。