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：攪拌作為中醫藥行業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量。對醫用攪拌機進行研究，通過藥物的粘稠度來判定是否達標

關鍵詞：醫用;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容。攪拌需要達到他所需的粘度，藥物的融合度。該發明將有效提高產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藥研究過程中對藥物數據的采集，使藥物科研人員能夠充分了解藥物所處狀態，更好的開展下一步環節的研究，提高了數據的準確性，降低了藥物研究的成本，也極大得降低了藥學相關研究人員的工作難度，使得藥物研究成功率提升了，經濟投入回報率增大了。

1 產品介紹

本產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攪拌的過程中，藥效和黏稠度會隨攪拌的推移呈現一個sin函數

的曲線，本產品的研發為找出不同藥劑和黏稠劑的不同峰值。通過我們自主研發的產品進行數據輸出，與此同時，我們還設計了單獨的測量裝置，可以直接和獨立的攪拌棒連接進行一些其他領域的黏稠度測量。實物包括攪拌機一臺，自主設計的攪拌棒若干，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 產品功能

測量出溶液的黏稠度;自行設定單位時間的加水量，呈現出溶液的黏稠度變化曲線，一秒內能測量三十次數據，求平均值后將平均值轉換到電腦屏幕上，一共有四十組這樣的數據，通過通訊的方式將測量曲線發給電腦，并且自行生成Excel表格，可以保存多組數據，在需要查看數據時，可以隨時調出數據進行查看。

3 產品優勢

單軸傳感技術的醫用制藥高精密攪拌設備，可以實現目前市場上具有絕對價格競爭優勢的高品質服務。相比于測量黏稠度的儀器，我們的進水量精準到單位為1ml，黏稠度的單位精準到0.1牛/米，產品功能更加全面，可以精準控制加水量，可以生成黏稠度圖像，還可以控制攪拌速度，比市場上現有的黏稠度測量儀器更加準確，

4 總體設計方案

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

粘稠度的測算技術關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。扭矩傳感器的轉動角度通過電壓信號傳遞到stm32開發板上，最終通過計算的數據，轉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，在屏幕上設置進水量和攪拌時間，目前的攪拌時間是30分鐘一次，然后設置轉速，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組數據求最終的平均值完成其中一個黏稠度的節點，平均一場醫用研究的攪拌需要40組節點數據，測量的數據十分準確，很少出現誤差，并且屏幕會自動生成攪拌黏稠度的圖像，可以通過聯網或者藍牙傳輸到電腦上（如圖2），直接生成Excel表格，通過Excel表格直觀的觀察，所測得的數據可以保留，并且上傳到電腦上。并且設備配有緊急制動按鈕，當發生安全事故時，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，可以實現伺服電機接線的靈活插拔，同時能夠準確的返回攪拌物的狀態數據經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換成標準格式的字符串，通過藍牙發送給控制板，控制板經過算法對字符串進行處理顯示成像，以達到對攪拌終點的準確判定。

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力矩感知的檢測，從而把數據傳送給開發板。

攪拌桿

對應不同的攪拌物，通過3D打印設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，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（現用）：攪拌棒與容器壁充分嚙合，達到了充分攪拌的作用。

容器

通過3D打印設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

控制板

扭矩傳感器獲得扭矩差，以此獲得電壓數據來源，數據在經過變送器的處理之后傳送到電壓板，電壓板通過測量電壓，并且將電壓值轉換成標準格式的字符串，通過藍牙發送給控制板?？刂瓢褰涍^算法對字符串進行處理顯示成圖像。通過控制板選擇加液次數和總加液量達到精確調節粘稠度的目的。

外殼

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

7 結束語

根據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，通過數據曲線來判斷攪拌是否達到了自己所需的要求，是否達到了所需的粘度，可以使人們更加方便的對藥物進行攪拌，提高了準確性，降低了藥物研究的成本，也極大得降低了藥學相關研究人員的工作難度。