利用相变储热材料的新型恒温艾灸盒的研制

楼皓 余谦 夏鳌安 吕恒丰 张全爱

（浙江中医药大第三临床医学院康复医学院，杭州 310053）

灸，即灼烧。灸法主要是指借灸火的热力和药物的作用，对腧穴或病变部位进行灼烧、温熨，达到防治疾病目的的一种方法，具有治愈疾患、强健机体、预后康复等多种作用。但由于灸法操作繁琐持久，艾灸盒应运而生并不断发展。2017年，王祖铭［1］等人提出了基于MSP430F149单片机的电子艾灸盒的设计。2017年，万媛［2］设计了活动艾灸盒。2018年，周人凤、万娅姣［3］设计研制安全艾灸盒。2019年，李敏、孙志岭［4］提出了一种全自动控温艾灸盒。李菲菲［5］等人研制设计一种可显示温度、定时和恒温的新型艾灸盒。余鑫［6］等人研制了可自动进艾调温艾灸盒。

目前，艾灸盒的研制材质有木质、竹质、陶瓷以及金属等。有人工控制升降、电路控制艾条升降及电路控温、单片机电子艾灸盒、全自动温控艾灸盒等。但木质、竹质的艾灸盒容易烟熏焦黑、烟雾大、温度不易控制且安全度不高；金属材质导热迅速，容易产生烫伤；人工控制艾条升降的操作繁琐，增加了临床医生的操作负担；电路控温和热敏电阻控温由于存在电路，在高温的环境下安全性欠佳。

艾灸盒的设计不断发展，但在使用时依旧存在缺陷，研究团队针对医院现用艾灸盒存在的弊端，解决因艾条燃烧缩短而导致患处体表温度无法恒定的问题，推进传统中医治法与现代科技的融合，通过新型复合材料与艾灸的结合使用，对现行老式艾灸盒进行革新，提高临床疗效与艾灸治疗美誉度。

1 新型恒温艾灸盒研制的科学基础

针对临床上传统艾灸盒存在无法控制温度、传统罐无法恒温的问题，笔者结合材料学前沿研究进展，提出一种结合相变热储材料的新型恒温艾灸盒。相变储热材料储热原理是在自然界中，某些物质有明确的熔点，而一些物质则没有明确的熔点，如柏油或石蜡，这些物质由固态转变到液态存在一个中间态，其间温度不变且可以吸收大量能量，相变热储材料是将一些物质混合以达到该效果。运用了相变热储材料的恒温悬灸盒，在艾灸开始，艾条燃烧点接近体表时可以吸收储存热量，使温度达到恒定温度点后不再上升，而随着燃烧的进行，艾条燃烧点逐渐上移，离体表距离变远，温度开始降低，此时相变热储材料会将之前吸收的热量进行释放，从而可长时间将温度控制在恒定点附近。

在恒定温度点的选择上，笔者参考了现有的研究结果。黄彪［7］通过对38℃、42℃和46℃三个温度点的对比试验，得出在不同机体状态下，不同温度的艾灸均能引起局部组织透析液葡萄糖、乳酸、丙酮酸、谷氨酸浓度的升高，且46℃下艾灸对透析液的影响比38℃、42℃更为明显。苏方方［8］通过对38℃和45℃两个温度点对脂肪肝大鼠血脂影响及抗氧化机制研究的对比试验，得出45℃±1℃艾灸在调节血脂的同时能有效地抗氧化保护血管内皮。王耀帅［9］得出艾条灸46℃明显强于艾条灸38℃的热刺激效应。高建芸［10］等通过临床分组试验得出45℃艾灸具有确切明显的调脂通脉作用。

现有研究结果表明，温度是影响艾灸疗效的关键，且艾灸的最佳刺激温度在45℃～48℃之间，45℃的艾灸在临床上有明确治疗效果。因此，综合实际应用考虑，选择46℃±1℃作为新型恒温艾灸盒的恒定温度点。

在材料的选择上，通过对中低温储热材料的筛选，选定三水醋酸钠（CH3COONa·3H2O）作为核心材料。三水醋酸钠是一种常见的无机相变储能材料，相变温度58℃，相变潜热226kJ／kg，在当前材料学研究和应用都十分广泛。由于所选材料应用在恒温艾灸盒上，因此对相变储热材料的稳定性有较高的要求。

宋雪阳［11］等对以三水醋酸钠作为基础，十二水磷酸氢二钠（Na2HPO4·12H2O）作为成核剂，羧甲基纤维素钠（carboxymethyl cellulose，CMC）作为增稠剂的复合相变热储材料的循环融冻热稳定性进行了深入研究，在55℃左右可以维持30min以上。经过100次循环试验，其性质稳定，温度稳定在55℃左右小幅度波动。相变储热材料的温度维持在55℃的情况下，艾灸盒所对应的皮肤表面温度将会低于55℃，通过对相变储热材料与体表之间距离的控制，使体表温度稳定在体表耐受温度以下，同时通过内部安装的指针式温度计，将内部温度控制在46℃左右。

在当前相变储热材料的研究成果下，三水醋酸钠作为基础，十二水磷酸氢二钠作为成核剂，羧甲基纤维素钠作为增稠剂的复合相变热储材料可以作为新型恒温艾灸盒的适合材料，且为首选材料。

2 新型恒温艾灸盒的设计

该品用于临床悬灸一般治疗，可以将底部温度控制在46℃左右，减少临床医师的工作负担，以该产品主要设计如图1所示。

图1 新型恒温艾灸盒设计图

新型恒温艾灸盒的整体高度为25cm，设计采用外壳和内芯两层嵌合组成。有真空隔层的陶瓷外壳，外直径8cm、内直径6cm，并配有相应的凹槽可以与内芯契合固定，表现为在不同的高度（分层）有成对的凹槽，方便调节内芯底部与人体体表的距离。内芯为不锈钢材，外直径6cm、内直径4cm，内外层之间为以三水醋酸钠作为基础，十二水磷酸氢二钠作为成核剂，羧甲基纤维素钠作为增稠剂的复合相变热储材料。内芯的上端是固定艾条的卡扣，沿着内芯向下的内侧是长15cm的高导热铝基覆铜金属条，增加热传导，减少艾条在燃烧过程中的热流失。上端底部2cm设计网兜以接住下落的艾灰，底部和两层填充相变储热材料，可以有效维持底部温度恒定。内芯底部有开口连通下端，上、下底部之间内芯厚度为2cm，下端底部与底部皮肤间距离为5cm，内芯以下设置热敏指针式温度计，指针式温度计通过热双金属膨胀系数不同使两片金属产生偏转从而反映温度变化，不采用电路，可以实时观察艾灸盒内的温度。

3 讨论

相变储热材料的新型恒温艾灸盒的设计具有创新意义，相变储热材料设计新型的恒温艾灸盒，较其他恒温艾灸盒内部设计更简洁实用、制作生产简单。与同类型的机械调节灸盒内部温度及电路控制温度的设计相比，该设计方案安全可靠，不用考虑因灸盒内温度升高导致机械调节和电路失灵的情况，并且可以减少艾条燃烧中的热量损耗，可将温度长时间维持在恒定温度，提高艾灸疗效。