Name: use of capillary aerosol generator in continuous production of controlled aerosol for non-clinical studies
Uploaded: 2022-04-12T13:00:00
Duration: 8 min 33 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Use of Capillary Aerosol Generator in Continuous Production of Controlled Aerosol for Non-Clinical Studies at JoVE.com

1. הרכבה של מערכת CAG
<ol><li>הרכבה של CAG<ol>
<li>מניחים את הנימים בחריץ הנימי של גושי החימום מאלומיניום, כאשר קצה הפלט בולט בכ-5 מ"מ.</li>
		<li>מהדקים קלות את הברגים של שני חצאי גושי החימום מאלומיניום.</li>
		<li>הרכיבו את גופי החימום (a) ואת ה-thermocouple (b) בבלוקים של חימום האלומיניום (c), כאשר החוטים בולטים דרך מכסה האלומיניום האחורי (d) (איור 4A).</li>
		<li>ודא כי החוטים של גופי החימום מחוברים למתאם וודאו שהם ישרים.</li>
		<li>הרכיבו את צינור ה-PEEK הפנימי (g) עם צינור ה-SS החיצוני (e). ודאו שאביזרי הדחיפה (f) בגודל 2 x 4 מ"מ מאובטחים היטב על גבי צינור ה-SS החיצוני (e) (איור 4B).</li>
		<li>הניחו טבעות O (3 x 30 מ"מ) על שני החריצים של צינור PEEK הפנימי (g) והכניסו את צינור ה-PEEK הפנימי (g) לתוך צינור ה-SS החיצוני (e) מהקצה הקדמי.</li>
		<li>הניחו את גופי החימום מאלומיניום שהורכבו על הגב האחורי של ה-SS (i), כאשר מכסה האלומיניום האחורי פונה לגב האחורי של ה-SS, והחליקו את מכלול צינור ה-PEEK/SS החיצוני הפנימי מעל גופי החימום מאלומיניום עד כדי כך שיתאים היטב לגב האחורי של ה-SS (i) (איור 4C).</li>
		<li>הניחו את מכסה האלומיניום הקדמי (h) מעל גוף החימום מאלומיניום, בתוך צינור ה-PEEK הפנימי. ודא שהנימי בולט מעט מהכובע הקדמי מאלומיניום. התקינו את שלושת ברגי העופרת של ה-SS (j) סביב הגב האחורי של ה-SS והתהדקו היטב.</li>
		<li>מקם את מתאם ה- PEEK (k) מעל חזית צינור ה- PEEK הפנימי. ודא כי מתאם PEEK מתאים לחריץ הקדמי של צינור PEEK הפנימי. מקם את מתזמן 25 מ"מ (l) מעל מתאם PEEK ודרך שלושת ברגי העופרת של SS. הדקו את האגוזים ביד מעל המתזמן כך שמתאם ה-PEEK יהיה הדוק (איור 4D).</li>
		<li>חברו את גופי החימום לבקר הטמפרטורה ולנימים למשאבה הפריסטלטית ולתמיסת נוזל הבדיקה.</li>
		<li>חברו את האוויר הדחוס לזרימת אוויר מחומם ל-CAG באמצעות אביזרי הדחיפה בגודל 2 x 4 מ"מ (איור 4B, [f]).</li>
		<li>הרכיבו את ה-CAG לחתיכת הזכוכית וחברו קירור CAG וזרמי אוויר מדוללים ראשונים (אוויר מעובד; איור 3). הוסיפו כניסה שנייה לזרימת דילול בעת הצורך, כמו גם יציאות דגימת אירוסולים וצומת T רגולטורי (איור 5).</li>
	</ol>
</li>
	<li>הליך ניקוי CAG<ol>
<li>הסר את ה- CAG ממערך ההרכבה של זכוכית CAG ונקה את הזכוכית עם מגבונים יבשים עד שהזכוכית מתייבשת בעליל.</li>
		<li>שימו לב לתפוקת הנימים מה- CAG לחסימה. אם ניתן לצפות בתצהיר חלקיקים על מוצא הנימים, שנה את הנימים. באופן דומה, עם הבחנה באספקת אירוסול מופחתת, החליפו את הנימים בחדש.</li>
		<li>פירוק ה- CAG בהתאם לשלבים 1.1.9 עד 1.1.1.</li>
		<li>הרכיב מחדש את ה- CAG לאחר השלבים 1.1.1 עד 1.1.9 לאחר שינוי הנימים.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. חישוב ריכוז תרסיס CAG ודילולו
<ol><li>חישוב תיאורטי של TDF<ol>
<li>חשב את ה-TDF בהתבסס על ריכוז הפורמולציה הנוזלית (הנקראת כאן תמיסת מלאי/ריכוז) וה-LFR: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq01.jpg" style="margin: auto;"> TDF: זרימת אוויר דילול כוללת (L/min) C מניה: ריכוז מניות 2%, w/w) LFR: קצב זרימה נוזלי (g/min) C מטרה: ריכוז מטרה (מיקרוגרם/L)</li>
		<li>באמצעות תמיסה עם ניקוטין של 2% (w/w), עם ריכוז תרסיס ניקוטין מטרה של 15 מיקרוגרם לליטר ו-LFR של 0.35 גרם לדקה, נניח שהתפוקה של 100% תהיה כדלקמן: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq02.jpg" style="margin: auto;"> <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq03.jpg" style="margin: auto;">
</li>
	</ol>
</li>
	<li>חישוב תיאורטי של LFR<ol>
<li>חשב את ה- LFR בהתבסס על ריכוז תמיסת המניות הנוזלית וה- TDF: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq04.jpg" style="margin: auto;"> LFR: קצב זרימה נוזלית (g/min) C מטרה: ריכוז מטרה (מיקרוגרם/L) TDF: זרימת אוויר דילול כוללת (L/min) C מניה: ריכוז המניות (%, w/w)</li>
		<li>באמצעות תמיסה עם ניקוטין של 2% (w/w), עם ריכוז תרסיס ניקוטין מטרה ב-15 מיקרוגרם/ל' ו-TDF של 300 ליטר לדקה, נניח שהתפוקה של 100% תהיה כדלקמן: <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq05.jpg" style="margin: auto;"> <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq11.jpg" style="margin: auto;">
</li>
	</ol>
</li>
	<li>חישוב התשואה בפועל (%) על סמך נתונים ניסיוניים<ol>
<li>בהתבסס על החישובים התיאורטיים לעיל, בצע את הריצות ההנדסיות הראשוניות כדי לכמת את ריכוז המרכיבים את האירוסול בפועל (CActual) ולקבל את התפוקה בפועל (AY) של תרסיס CAG. בצע כוונון עדין נוסף של ריכוז האירוסול על ידי שימוש באותם חישובים להתאמת TDF או LFR. <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq06.jpg" style="margin: auto;"> AY: תשואה בפועל (%) Cבפועל: ריכוז מכונן אירוסול ממשי (מיקרוגרם/L) TDF: זרימת אוויר דילול כוללת (L/min) C מניה: ריכוז המניות (%, w/w) LFR: קצב זרימה נוזלית (g/min)</li>
		<li>שימוש בתמיסה המכילה 2% (w/w) ניקוטין, עם ריכוז תרסיס ניקוטין מדוד של 15 מיקרוגרם לליטר לליטר, TDF של 320 ליטר לדקה ו-LFR של 0.35 גרם לדקה יביא לניקוטין AY הבא: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq07.jpg" style="margin: auto;"> <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq08.jpg" style="margin: auto;">
</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. יצירת אירוסול CAG
<ol><li>התחלת ייצור אירוסולים<ol>
<li>שקלו ותעדו את הערך של נוזל הבדיקה, המערבל המגנטי והבקבוק ל-0.01 גרם הקרובים ביותר. פורמולציות של מניות נוזליות מוכנות עם רכיבים המתוארים בטבלה 1.</li>
		<li>ספק את הגדרות זרימת האוויר המתאימות (±5%) (איור 5): אוויר דחוס לזרימה מחוממת: 2 ליטר לדקה זרימת קירור: 10 ליטר לדקה זרימת דילול ראשונה: 150 ליטר לדקה זרימת דילול שנייה: 160 ליטר לדקה זרימת פסולת: 172 ליטר לדקה</li>
		<li>הגדר את נקודת בקרת הטמפרטורה בבקר הטמפרטורה הדיגיטלית ל- 250 °C והתחיל בחימום ה- CAG.</li>
		<li>הניחו את תמיסת מלאי הנוזלים עם מוט ערבוב מגנטי על מערבל מגנטי. מקם את צינור הכניסה מהמשאבה הפריסטלטית בתמיסת הבדיקה.</li>
		<li>הפעילו את המשאבה הפריסטלטית והגדירו את הזרימה ל-LFR ±5% (g/min).</li>
		<li>כאשר טמפרטורת ה- CAG מגיעה ל - 250 ± 1 ° C , התחל בייצור אירוסול על ידי הפעלת המשאבה הפריסטלטית כדי לספק נוזל בדיקה ל- CAG.</li>
		<li>בדקו אם התרסיס נוצר ליד קצה הנימים ותעדו את הזמן הדרוש לחישוב קצב זרימת המסה. אם לא נוצר תרסיס, בדוק שוב את כל הציוד וההגדרות. אם עדיין לא נוצר תרסיס, סביר מאוד להניח כי הנימים חסומים ויש להחליפו.</li>
	</ol>
</li>
	<li>במהלך ייצור אירוסולים<ol>
<li>מסננים את הנוזל שמתעבה במערך הזכוכית כל 60 דקות, כדי להבטיח ייצור אירוסול קבוע ויציב.</li>
	</ol>
</li>
	<li>עצירת ייצור אירוסולים<ol>
<li>הסירו את הצינורות מבקבוק תמיסת הבדיקה והחליפו את נוזל הבדיקה למים שעברו דה-יוניזציה ותעדו את הזמן לחישוב קצב זרימת המסה.</li>
		<li>המתן עד שייצא אדי מים מהנימי, כבה את בקר הטמפרטורה והשאר את המשאבה הפריסטלטית דולקת למשך 10 דקות לפחות כדי לשטוף ולנקות את הנימים.</li>
		<li>שקלו ותעדו את הערך של נוזל הבדיקה והבקבוק ל-0.01 גרם הקרוב ביותר וחשבו את קצב זרימת המסה באמצעות המשוואה הבאה: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq09v2.jpg" style="margin: auto;">
</li>
		<li>כבה את האוויר הדחוס המשמש כזרימה מחוממת.</li>
		<li>במידת הצורך, הסר את ה- CAG ממערך ההרכבה ונקה את צינורות הזכוכית עם מגבונים יבשים והרכב מחדש את ה- CAG.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. קביעה אנליטית של המרכיבים
הערה: דגימת אירוסול מתבצעת בשתי עמדות: א) על האירוסול הלא מדולל (גם אוויר הדילול הראשון וגם זרימת הדילול השנייה כבויים במהלך דגימה לא מדוללת) ו-ב) על התרסיס המדולל עם כל הדילולים המסופקים (איור 5). עד שלוש יציאות דגימה זמינות בכל אחת ממיקומי הדגימה, a ו- b, ומאפשרות איסוף סימולטני של ACM, וציוד / בדיקות אחרות לניתוח מאפייני אירוסול. קו הדגימה מותקן בניצב לכיוון זרימת האירוסול ומחובר למשאבת ואקום המאפשרת ציור נפח מסוים של תרסיס (בהתאם לקצב זרימת המשאבה ולמשך הדגימה).
<ol><li>קביעת המסה שנאספה על ידי אירוסול (ACM) הערה: שלב החלקיקים של התרסיס נלכד על משטח מסנן סיבי זכוכית (קוטר: 44 מ"מ, שימור גודל החלקיקים: 1.6 מיקרומטר). משקלי ACM לפני ואחרי הדגימה נמדדים עם מחזיקי מסננים כדי למזער הפסדים בשקלול עקב אידוי של רכיבים נדיפים.<ol>
<li>מקם מסנן במחזיק המסנן והנח את מכסות המסנן.</li>
		<li>שקלו את מחזיק המסנן ל-0.0001 גרם הקרוב ביותר עם המסנן לפני איסוף הדגימה ותעדו את המשקל.</li>
		<li>חבר את מחזיק המסנן המכיל את המסנן לזרימת האירוסול והתחל באיסוף הדגימות.</li>
		<li>לאחר איסוף הדגימה, שקלו את המסנן עם מחזיק המסנן והכובעים, ותעדו את משקל הקצה.</li>
		<li>חישוב ה-ACM באמצעות הנוסחה הבאה: <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq10.jpg" style="margin: auto;"> ACM: ריכוז ACM (מיקרוגרם/ל') Wb: משקל המסנן ומחזיק המסנן לפני הדגימה (g) לקרוב ביותר 0.0001 גרם Wa: משקל המסנן ומחזיק המסנן לאחר הדגימה (g) לקרוב ביותר 0.0001 גרם תרסיס V: נפח התרסיס (L) העובר דרך המסנן, מחושב באמצעות: זמן דגימה (מינימום) x זרימת דגימה (L/min)</li>
		<li>הסר את משטח המסנן ממחזיק המסנן והפקיד אותו בבקבוקון זכוכית 25 מ"ל המכיל 5 מ"ל של אתנול. חלצו את ה-ACM על ידי ניעור משטח הסינון על שייקר מעבדה למשך 30 דקות ב-400 סל"ד.</li>
		<li>צנטריפוגה בקבוקון זכוכית 25 מ"ל למשך 5 דקות ב 290 x g ולאסוף את supernatant עבור כימות של PG / VG ואת השלב החלקיקי של ניקוטין.</li>
	</ol></li>
	<li>קביעת ריכוז הניקוטין (או הטעם) הערה: התרסיס נלכד על עמודת דגימה המכילה אדמה דיאטומית בעלת נקבוביות רחבות מעובדות במיוחד, מטריצה אינרטית מבחינה כימית לשימוש בטווח pH של 1 עד 13 (איור 6).<ol>
<li>הכן את עמודת הדגימה תוך 15 דקות לפני תחילת איסוף דגימות האירוסול.<ol>
<li>לקביעת ריכוזי הניקוטין, הוסיפו 2 מ"ל של חומצה גופרתית באורך 0.5 מ'. לקביעת טעמים, יש להוסיף 2 מ"ל של איזופרופנול.</li>
		</ol>
</li>
		<li>בדוק את זרימת הדגימה.<ol>
<li>הפעל את משאבת הוואקום, ובאמצעות ציוד הזרימה המכויל המספק דיוק של 1 ccm/min, בדוק את קצב הזרימה עם עמודת דגימה המחוברת לקו הדגימה. התאימו את הזרימה עם שסתום המחט לטווח של 700 ccm/min ±-5%.</li>
			<li>כבה את משאבת הוואקום.</li>
		</ol>
</li>
		<li>אוסף דוגמאות<ol>
<li>הוסף את שני המתאמים לעמודת המדגם בהתאם לכניסה ולצוד היציאה שלה (איור 6). חברו את הצינור לקו דגימת הוואקום באמצעות מתאם היציאה.</li>
			<li>חבר את מכלול העמודות לדוגמה ליציאת הדגימה באמצעות מתאם הכניסה.</li>
			<li>התחל איסוף דגימות על ידי הפעלת משאבת הוואקום.</li>
			<li>הקלט את שעת ההתחלה של הדגימה.</li>
			<li>לאחר זמן דגימה מוגדר מראש, 10 דקות בנקודת דגימה לא מדוללת A ו-30 דקות בנקודת דגימה מדוללת B, כבו את משאבת הוואקום ותעדו את השעה.</li>
			<li>הסר את עמודת הדגימה מיציאת הדגימה.</li>
			<li>הסר את המתאמים מעמודת הדגימה ואטום את עמודת הדגימה עם קרום פילם כדי למנוע הפסדים עקב אידוי או זיהום. תייג את העמודה לדוגמה בהתאם לשם המדגם המתאים.</li>
			<li>אחסנו את עמודת הדגימה האטומה במקרר (2-8 מעלות צלזיוס) עד לניתוח.</li>
		</ol>
</li>
		<li>קביעת ריכוזי קרבוניל הערה: קרבונילים נלכדים על משטח מסנן זכוכית המחובר בסדרה למיקרו-מעכב מלא ב-2,4-דיניטרופניל-הידרזין (DNPH) המומס באצטוניטריל.</li>
	</ol></li>
	<li>הכנה להשמנה<ol>
<li>מלאו את המיקרו-מעכב ב-10 מ"ל של 15 mM DNPH באצטוניטריל.<ol>
<li>הכינו משטח סינון (ראו פסקה 4.1).</li>
			<li>בדוק את זרימת הדגימה</li>
		</ol>
</li>
		<li>הפעילו את משאבת הוואקום ובדקו את קצב הזרימה של קו הדגימה באמצעות ציוד זרימה מכויל המספק דיוק של 1 ccm/min. התאימו את הזרימה עם שסתום המחט לטווח של 700 ccm/min ±-5%.<ol>
<li>כבה את משאבת הוואקום.</li>
		</ol>
</li>
		<li>אוסף דגימות<ol>
<li>חבר את מחזיק המסנן המקושר למיקרו-מעכב ליציאת הדגימה.</li>
			<li>חבר את קו דגימת הוואקום לשקע של המיקרו-מעכב.</li>
			<li>התחל איסוף דגימות על ידי הפעלת משאבת הוואקום.</li>
			<li>הקלט את שעת ההתחלה של הדגימה.</li>
			<li>לאחר זמן דגימה מוגדר מראש, 10 דקות בנקודת דגימה לא מדוללת a ו-30 דקות בנקודת דגימה מדוללת b, כבו את משאבת הוואקום ותעדו את השעה.</li>
			<li>נתק את מלכודת הדגימה משקע הדגימה.</li>
			<li>רוקנו את הדחף לבקבוקון זכוכית. שדרגו את תמיסת ה-DNPH ל-10 מ"ל עם אצטוניטריל.</li>
			<li>קבע את משקלו של משטח המסנן וחלץ אותו בתמיסת DNPH-acetonitrile על ידי טלטול. יש להשליך את משטח המסנן לאחר החילוץ.</li>
			<li>קח 1 מ"ל aliquot של תמיסת קרבוניל-DNPH ולהוסיף 50 μL של פירידין כדי לייצב את התמיסה.</li>
			<li>אחסנו את האליקוטים במקפיא בטמפרטורה של ≤-12 מעלות צלזיוס עד לניתוח.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol>
	<li>Williams, M., Talbot, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variability+among+electronic+cigarettes+in+the+pressure+drop,+airflow+rate,+and+aerosol+production.">Variability among electronic cigarettes in the pressure drop, airflow rate, and aerosol production.</a> Nicotine and Tobacco Research. 13 (12), 1276-1283 (2011).</li><li>Farsalinos, K. E., Voudris, V., Poulas, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=E-cigarettes+generate+high+levels+of+aldehydes+only+in+'dry+puff'+conditions.">E-cigarettes generate high levels of aldehydes only in 'dry puff' conditions.</a> Addiction. 110 (8), 1352-1356 (2015).</li><li>Werley, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toxicological+assessment+of+a+prototype+e-cigaret+device+and+three+flavor+formulations:+a+90-day+inhalation+study+in+rats.">Toxicological assessment of a prototype e-cigaret device and three flavor formulations: a 90-day inhalation study in rats.</a> Inhalation Toxicology. 28 (1), 22-38 (2015).</li><li>Werley, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-clinical+safety+and+pharmacokinetic+evaluations+of+propylene+glycol+aerosol+in+Sprague-Dawley+rats+and+Beagle+dogs.">Non-clinical safety and pharmacokinetic evaluations of propylene glycol aerosol in Sprague-Dawley rats and Beagle dogs.</a> Toxicology. 287 (1-3), 76-90 (2011).</li><li>Werley, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prototype+e-cigarette+and+the+capillary+aerosol+generator+(CAG)+comparison+and+qualification+for+use+in+subchronic+inhalation+exposure+testing.">Prototype e-cigarette and the capillary aerosol generator (CAG) comparison and qualification for use in subchronic inhalation exposure testing.</a> Aerosol Science and Technology. 50 (12), 1284-1293 (2016).</li><li>Williams, M., Villarreal, A., Bozhilov, K., Lin, S., Talbot, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+and+silicate+particles+including+nanoparticles+are+present+in+electronic+cigarette+cartomizer+fluid+and+aerosol.">Metal and silicate particles including nanoparticles are present in electronic cigarette cartomizer fluid and aerosol.</a> PLoS One. 8 (3), 57987 (2013).</li><li>Bekki, K., Uchiyama, S., Ohta, K., Inaba, Y., Kunugita, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbonyl+compounds+generated+from+electronic+cigarettes.">Carbonyl compounds generated from electronic cigarettes.</a> International Journal of Environmental Research and Public Health. 11 (11), 11192-11200 (2014).</li><li>Flora, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+potential+impurities+and+degradation+products+in+electronic+cigarette+formulations+and+aerosols.">Characterization of potential impurities and degradation products in electronic cigarette formulations and aerosols.</a> Regulatory Toxicology and Pharmacology. 74, 1-11 (2016).</li><li>Tobacco Products Directive. Directive 2014/40/EU of the European Parliament and of the Council on 3 April 2014 Available from: <a target="_blank" href="https://ec.europa.eu/health/sites/health/files/tobacco/docs/dir_201440_en.pdf">https://ec.europa.eu/health/sites/health/files/tobacco/docs/dir_201440_en.pdf</a> (2014)</li><li>Farsalinos, K. E., Le Houezec, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+in+the+face+of+uncertainty:+the+evidence+on+electronic+nicotine+delivery+systems+(e-cigarettes).">Regulation in the face of uncertainty: the evidence on electronic nicotine delivery systems (e-cigarettes).</a> Risk Management and Healthcare Policy. 8, 157-167 (2015).</li><li>McNeill, A., Brose, L., Calder, R., Bauld, L., Robson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+review+of+e-cigarettes+and+heated+tobacco+products+2018.+A+report+commissioned+by+Public+Health+England.">Evidence review of e-cigarettes and heated tobacco products 2018. A report commissioned by Public Health England.</a> Public Health England. , (2018).</li><li>Howell, T. M., Sweeney, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerosol+and+a+method+and+apparatus+for+generating+an+aerosol.">Aerosol and a method and apparatus for generating an aerosol.</a> US Patent. , (1998).</li><li>Dutra, L. M., Grana, R., Glantz, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Philip+Morris+research+on+precursors+to+the+modern+e-cigarette+since+1990.">Philip Morris research on precursors to the modern e-cigarette since 1990.</a> Tobacco Control. 26, 97-105 (2017).</li><li>Gupta, R., Hindle, M., Byron, P. R., Cox, K. A., McRae, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+a+novel+Condensation+Aerosol+Generator:+solute+and+solvent+effects.">Investigation of a novel Condensation Aerosol Generator: solute and solvent effects.</a> Aerosol Science and Technology. 37 (8), 672-681 (2003).</li><li>Geiss, O., Bianchi, I., Barrero-Moreno, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+volatile+carbonyl+yields+emitted+by+e-cigarettes+with+the+temperature+of+the+heating+coil+and+the+perceived+sensorial+quality+of+the+generated+vapours.">Correlation of volatile carbonyl yields emitted by e-cigarettes with the temperature of the heating coil and the perceived sensorial quality of the generated vapours.</a> International Journal of Hygiene and Environmental Health. 219 (3), 268-277 (2016).</li><li>Hong, J. N., Hindle, M., Byron, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+particle+size+by+coagulation+of+novel+condensation+aerosols+in+reservoir+chambers.">Control of particle size by coagulation of novel condensation aerosols in reservoir chambers.</a> Journal of Aerosol Medicine. 15 (4), 359-368 (2002).</li><li>Taylor, G., Warren, S., McRae, D., Venitz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+deposition+and+exposure+studies+with+propylene+glycol+aerosols+produced+using+the+CAG+technology+platform.">Human deposition and exposure studies with propylene glycol aerosols produced using the CAG technology platform.</a> Respiratory Drug Delivery. 1, 183-190 (2006).</li><li>Wong, E. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+6-month+inhalation+toxicology+study+in+Apoe+-/-+mice+demonstrates+substantially+lower+effects+of+e-vapor+aerosol+compared+with+cigarette+smoke+in+the+respiratory+tract.">A 6-month inhalation toxicology study in Apoe -/- mice demonstrates substantially lower effects of e-vapor aerosol compared with cigarette smoke in the respiratory tract.</a> Archive of Toxicology. 95 (5), 1805-1829 (2021).</li><li>Shen, X., Hindle, M., Byron, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+energy+on+propylene+glycol+aerosols+using+the+capillary+aerosol+generator.">Effect of energy on propylene glycol aerosols using the capillary aerosol generator.</a> International Journal of Pharmaceutics. 275 (1-2), 249-258 (2004).</li><li>Phillips, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toxicity+of+the+main+electronic+cigarette+components,+propylene+glycol,+glycerin,+and+nicotine,+in+Sprague-Dawley+rats+in+a+90-day+OECD+inhalation+study+complemented+by+molecular+endpoints.">Toxicity of the main electronic cigarette components, propylene glycol, glycerin, and nicotine, in Sprague-Dawley rats in a 90-day OECD inhalation study complemented by molecular endpoints.</a> Food and Chemical Toxicology. 109, 315-332 (2017).</li><li>Hindle, M., Cox, K. A., Gupta, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adding+pharmaceutical+flexibility+to+the+capillary+aerosol+generator.">Adding pharmaceutical flexibility to the capillary aerosol generator.</a> Proceedings of Respiratory Drug Delivery IX. (Volume III). , 247-253 (2004).</li></ol>

השיטה המדווחת כאן, כמו גם מכלול ה- CAG הספציפי, פותחו להערכת אירוסולים המופקים מנוזלים אלקטרוניים כדי למלא את הדרישות של מחקרי חשיפה in vivo . כל המחברים הם עובדים של פיליפ מוריס אינטרנשיונל (PMI) או שעבדו עבור PMI במסגרת הסכמים חוזיים. פיליפ מוריס אינטרנשיונל היא מקור המימון היחיד והספונסר של מחקר זה.

יצירת אירוסולים עם CAG מסייעת להפחית את השונות של תהליכי אירוסוליזציה ספציפיים למכשירי EC, ומאפשרת הערכה אובייקטיבית וניתנת לשליטה של נוסחת הנוזל האלקטרוני האירוסולי עצמה. אירוסולים שנוצרו על ידי CAG הוכחו כמייצגים את האירוסולים שנוצרו על ידי ECs7. הם יכולים להיווצר באופן משוחזר עם אותם הרכבים ומאפיינים ולכן הם מתאימים במיוחד למחקרי חשיפה ארוכי טווח in vivo הדורשים כמויות גדולות של תרסיס לאורך תקופה ארוכה8.
הגדרת ה- CAG פשוטה יחסית להרכבה וקלה לתחזוקה. עם זאת, הפרמטרים התפעוליים, כגון קצב זרימת נוזלים וקצבי זרימת אוויר בהתאמה, נשארים קריטיים לייצור תרסיס מבוקר, הדורש אופטימיזציה של השיטה בהתאם למטרת היישום של האירוסול שנוצר על ידי CAG.
התוצאות המוצגות במחקר הנוכחי מראות כי לקצב זרימת האוויר בקירור יש השפעה ברורה על התפלגות גודל חלקיקי האירוסול. לזרימת האוויר המתקררת יש השפעה ישירה לא רק על נוקלאציה של האדים הנוצרים אלא גם על עיבוי, בגלל קירור הצינורות הפנימיים שבהם זורם האירוסול שנוצר. בנוסף, האירוסול הצפוף נוטה להשפעות קרישה משמעותיות. יחד, תהליכים אלה מורכבים והאינטראקציה והשפעתם על היווצרות אירוסולים קשים למדי להכללה עבור הנוזלים האלקטרוניים הספציפיים, הטמפרטורות והזרימות. הרכב זרימת אוויר משלים (יבש או לח עם אחוז קבוע של לחות יחסית) - בפרט, תכולת המים - ישפיע על חום וחילופי מסות, מה שיוביל לא רק לצמיחת עיבוי מווסתת של חלקיקי אירוסול אלא גם עיבוי דופן. לפיכך, שינויים בפרמטרים של שיטה זו נחשבים לצורך שימוש במונחים של שליטה ב- PSD17,19.
נוכחות של כימיקלים עם מסיסות נמוכה או נקודות רתיחה גבוהות עלולה להגביל את היעילות של תרסיס שנוצר על ידי CAG עקב משקעים בתוך הנימים וסתימת הנימים לאורך זמן. בהתאם לכימיקלים הקיימים בתרסיס, יש להתאים את הטמפרטורה להפעלת ה- CAG כדי ליצור את האדים. בנוסף, יש להעריך באופן קבוע את יציבות הפורמולה הנוזלית. הוספת מרכיבים, כולל טעמים, עם נקודות רתיחה שונות תשפיע על הרכב האירוסול הסופי14 ועל חלוקת גז-נוזל. ייתכן שיהיה צורך להתאים את הטמפרטורה הנימית ואת זרימת האוויר המחממת כדי למנוע זרימה חוזרת ושקיעה נוזלית ליד הנימים החמים, מה שעלול לגרום ליצירת מוצרים בלתי מבוקרים של פירוק תרמי (כגון קרבונילים) בגלל משך הזמן הארוך של שימור הנוזל בטמפרטורה גבוהה. בנוסף, לשליטה בטמפרטורה המשמשת ליצירת האדים בנימי יש השפעה על המקום שבו האדים מתחילים להיווצר בנימיות - ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך האדים נוצרים מוקדם יותר. עם טמפרטורת נימי גבוהה יותר, לאדים היוצאים מהנימי ייקח זמן רב יותר להתקרר על ידי זרימת האוויר המתקררת, ולכן יתחילו לגרום ולהתעבות לתוך תרסיס רחוק יותר מקצה הנימים, מה שיעזור למנוע אפקט זרימה אחורית19.
מחקרי הטוקסיקולוגיה הנוכחיים של e-liquid in vivo מוגבלים בשחזור אירוסולים של סיגריות אלקטרוניות בשל המורכבות הלוגיסטית כדי לעמוד בקנה המידה של האירוסול הנדרש, כגון במחקר של OECD TG 41320. הפרוטוקול המוצג במחקר זה נותן סקירה כללית על הרכבה CAG והגדרות המשמשות בפיליפ מוריס אינטרנשיונל לייצור אירוסולים במחקרי חשיפה ארוכי טווח in vivo 18. נתונים אלה יכולים לשמש כנקודת התחלה טובה לכוונון עדין נוסף בסביבת מעבדה אחרת (למשל, מערכות אספקת תרופות21) או להתאמה לדרישות ספציפיות של מחקר מסוים.

נוזלים אלקטרוניים נפוצים מכילים תערובת של פרופילן גליקול, גליצרול, מים, ניקוטין וטעמים נבחרים. הרכב של תרסיס שנוצר ממכשיר EC תלוי לא רק בניסוח הנוזל, אלא גם בחומר, בעיצוב ובמאפיינים של המכשיר. כתוצאה מכך, התקני EC רבים עשויים להציג שונות גדולה ביציאת תרסיס1, כולל ייצור ספציפי למכשיר של רמות גבוהות של מרכיבים לא רצויים, שינוי בנפח הנפיחות, שינוי בזרימת האוויר עקב חורי אוורור חסומים, ו"נפיחות יבשה" (כאשר מיכל הנוזל כמעט ריק, מה שגורם להתחממות יתר של המכשיר מכיוון שחלק מהאנרגיה המועברת אינה משמשת לאידוי נוזלי)2 . בנוסף, טעינה, מילוי מחדש וניקוי של מכשירי EC במהלך מחקרי שאיפה ארוכי טווח יהפכו לאילוץ נוסף עצום במונחים של לוגיסטיקה3. מסיבות אלה, יש לשקול מחוללי אירוסולים אחרים לייצור בקנה מידה גדול של אירוסולים ולהערכה נכונה של פורמולציות נוזליות תוך הימנעות משינויים הקשורים למכשיר בהרכב האירוסולים והפחתת עומס העבודה 4,5. עם זאת, אירוסולים המופקים על ידי מכשירים צריכים להישאר חלק מאסטרטגיות הערכת סיכונים, מכיוון שרמות המרכיבים המסוימים במכשירי EC עשויות להיות גבוהות יותר מאלו של מחוללי אירוסולים סטנדרטיים הנשלטים במעבדה בשל ספציפיות החימום/קירור של המכשירים 6,7,8.
בשל המידע המוגבל על הדרישות הרגולטוריות הקיימות כיום, שיטות הערכה לרעילות הפוטנציאלית של אירוסולים הנוצרים על ידי סיגריות אלקטרוניות (EC) עדיין מתפתחות 9,10,11. עם זאת, הערכה מדויקת של in vitro ו- in vivo דורשת יצירת נפחים מאופיינים היטב וניתנים לשחזור של אירוסול לאורך זמן. הפקת אירוסול ממכשיר EC עם משטר נפיחות מבוקר תהיה ללא ספק התהליך הייצוגי ביותר מנקודת המבט של צריכת המשתמשים. עבור מחקרי רעילות רגולטורית, בהתחשב במגוון פורמולציות נוזליות אפשריות שמשתמשים עשויים להכין לעתים קרובות בעצמם, ובמקביל לשנות תכונות מסוימות של המכשיר (למשל, אנרגיה מסופקת), השימוש במכשירי EC לביצוע מחקרי טוקסיקולוגיה ארוכי טווח של חשיפה חוזרת ונשנית הוא לא רק מאתגר, אלא גם לא מספק.
מחולל האירוסולים הנימיים (CAG) שפותח על ידי פיליפ מוריס 12,13 ושוכלל עוד יותר על ידי אוניברסיטת וירג'יניה14- עובד על העיקרון של יצירת סילון של זרימת אדים חמה מנימי חימום חשמלית, אשר לאחר מכן מקורר עם אוויר הסביבה, מה שגורם להיווצרות גרעין חלקיקים ולעיבוי לאחר מכן, מה שמוביל להיווצרות אירוסול. מאחר שאותם תהליכים פיזיקליים מובילים להיווצרות אירוסולים ב-ECs (מלבד מסירת הנוזל לנימים על ידי משאבה ב-CAG, אשר, ב-EC, מוחלפת בדרך כלל בכוחות נימיים הפועלים על חומר הפתיל המושך את הנוזל מהמאגר ב-EC), המאפיינים של אירוסולים שנוצרו על ידי CAG דומים מאוד לאלה של אירוסולים EC14 (איור 14 ). ה- CAG מאפשר ייצור של כמויות גדולות של תרסיס, עם דרישות טיפול מעטות; לכן, הוא מתאים במיוחד למחקרי שאיפה in vivo.
CAG הוא מכשיר מעבדה המורכב מצינור נימי מחומם המחובר בפשטות לבקר טמפרטורה ולמאגר נוזלי באמצעות משאבה פריסטלטית (איור 2A). הנימים (160 מ"מ, 21 גרם, נירוסטה) מחוממים על ידי ארבעה גופי חימום, כולם מוטבעים בגוש אלומיניום (איור 2B). הטמפרטורה נקבעת בדרך כלל על 250-275 מעלות צלזיוס כדי לחקות את תנאי חימום הסלילים של מכשיר EC15. הנוזל הנשאב דרך הנימים מחומם והופך לאדים חמים היוצאים מקצה הנימים. מכלול CAG (איור 2C) דורש אלמנטים נוספים לערבוב האדים הנוצרים עם אוויר קר וליצירת תרסיס. הערבוב הפתאומי של האדים העל-רוויים החמים עם זרם אוויר קר גורם לנוקלאציה ולעיבוי לאחר מכן, מה שמוביל להיווצרות תרסיס (איור 2C). בתכנון ה-CAG שלנו (איור 3), זרימת אוויר מחוממת נוספת מקררת תחילה את הגוף החיצוני ולאחר מכן זורמת לאורך גושי החימום כדי לחמם את זרימת האוויר, ובכך מונעת, בו-זמנית, עיבוי של הזרימה האחורית הנוזלית בקצה הנימים וייצוב פרץ סילון האדים. בנוסף, הוא יוצר סיכוך לא רצוי של אדים חמים, ובכך משפיע על תהליך הגרעין. מסיבה זו, קצב הזרימה החל על זרימת אוויר זו צריך להיות מינימלי ולהתאים למטרת היישום. זרימת אוויר זו תיקרא "זרימת אוויר מחוממת" לאורך כל כתב היד הזה, אם כי יש להבין כי זרם זה מחומם באופן פסיבי על ידי בלוקי החימום ולא בכוונה על ידי המשתמש.
לקצב זרימת האוויר המתקרר יש השפעה חזקה על גודל חלקיקי האירוסול הנוצרים. בייצור אירוסולים עבור מחקרי שאיפה in vivo , זרימת האוויר בדילול תקבע את מינון החשיפה וייתכן שיהיה צורך לדלל אותה עוד יותר לפני שתגיע לתא החשיפה. מלבד ההרכב הכימי של אירוסולים, חיוני לאפיין את התפלגות גודל חלקיקי האירוסול (PSD) כדי להבטיח שהארוסול שנוצר יהיה דומה לזה שנוצר על ידי ECs ובתוך טווח גודל חלקיקי השאיפה המומלצים על ידי הנחיות ה-OECD (לעתים קרובות בפרמטרים של ההנחה של לוג-נורמליות של PSD עם קוטר אווירודינמי חציוני מסה [MMAD] וסטיית תקן גיאומטרית [GSD]).
ה-MMAD של האירוסולים הנוצרים יכול להשתנות במידה רבה בהתאם לתכנון המכשיר, לתכונות הנוזל הפיסיקוכימיות של הפורמולציה (למשל, צפיפות, צמיגות ומתח פני השטח), קצב זרימת האוויר והטמפרטורה המכתיבה תנאים תרמודינמיים 14,16,17. עבור ניסויי חשיפה in vivo, זרימת האוויר מורכבת בדרך כלל מאוויר ממוזג ומסונן ב-22 ±-2 מעלות צלזיוס ו-60% ± לחות יחסית של 5%. לאחר מכן ניתן לדלל את התרסיס שנוצר עוד יותר בהתאם לדרישות המחקר, כדי להשיג ריכוזי מטרה באטמוספרת הבדיקה. לאחר מכן הוא מועבר באמצעות צנרת זכוכית לתא החשיפה על מנת להפחית את אובדן הסינון. בתוצאות שהוצגו כאן, הגדרות הטמפרטורה וזרימת האוויר נקבעות כדי להראות כי ניתן להשתמש ב- CAG לייצור רציף של תרסיס מבוקר עם PSD עקבי ובלתי ניתן לשאיפה וריכוזים מוגדרים למחקרי שאיפה in vivo.
בפרוטוקול נתאר כיצד: 1) להרכיב את ה- CAG, 2) לקבוע פרמטרים הנדרשים להפקת אירוסול מה- CAG, 3) לבצע ייצור תרסיס, ו- 4) לנתח מרכיבים פיזיקליים וכימיים בעלי עניין בתרסיס. עבור ריצות ראשוניות אלה, אנו שוקלים תמיסה נוזלית המבוססת על תערובת של רכיבים יוצרי אירוסול: פרופילן גליקול (PG), גליצרול (VG), מים וניקוטין בשברי מסה שנקבעו. לבסוף, נשתף נתונים לדוגמה להערכת תערובת רב-מינית מורכבת שנוצרה בניסויים שלנו (הכוללת את המרכיבים הנ"ל מעורבבים עם מרכיבי טעם נוספים). נדון בתוצאות ובאתגרים הכוללים יחד עם תחולתה של גישה ניסיונית זו להערכת תערובות כאלה.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Aluminium front cap</td>
			<td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td>Purpose built, 1 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminium heating block, groove diameter 0.4mm</td>
			<td>Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA</td>
			<td>B-505432</td>
			<td>2 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminium rear cap</td>
			<td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td>1 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cambridge glass filter pads</td>
			<td>GE Healthcare UK Limited</td>
			<td>9703-9654</td>
			<td>44 mm diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capillary 21 G SS, 160 mm</td>
			<td>Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA</td>
			<td>304H21RW</td>
			<td>1 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry wipes</td>
			<td>Contec Inc. , SC, USA</td>
			<td>Prosat Wipes saturated with isopropyl alcohol</td>
			<td>cleaning material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flowmeter</td>
			<td>TSI, Shoreview, MI, USA</td>
			<td>4100 Series, 0-20 L/min</td>
			<td>or equivalent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gilibrator-2 calibrator</td>
			<td>Sensidyne, St-Petersburg FL, USA</td>
			<td>Gilian Gilibrator-2</td>
			<td>Air flow calibrator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Couplings</td>
			<td>Labo Service, Kontich, Belgium</td>
			<td>QVF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass piping</td>
			<td>Labo Service, Kontich, Belgium</td>
			<td>QVF</td>
			<td>Pipe 25 and 40 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating elements</td>
			<td>Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA</td>
			<td>LDC01864</td>
			<td>4 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High heat grease</td>
			<td>Lubriplate Lubricant Company, NJ, USA</td>
			<td>High temperature multipurpose grease</td>
			<td>CAG maintenance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inner PEEK tube</td>
			<td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td>1 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stirrer</td>
			<td>IKA-Werke GmbH &#38; Co. KG, Staufen, Germany</td>
			<td>C-MAG HS 4</td>
			<td>or equivalent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro impingers</td>
			<td>Labo Service, Kontich, Belgium</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Outer SS tube</td>
			<td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td>1 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEEK adaptor</td>
			<td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td>Purpose built, 1 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peristaltic pump</td>
			<td>Watson-Marlow Fluid Technology Group, Falmouth, UK</td>
			<td>Watson-Marlow 530 U</td>
			<td>or equivalent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Push-in fitting</td>
			<td>Festo Pte Ltd</td>
			<td>NPQM-DK-M5-Q4-P10</td>
			<td>1 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample Column Extrelut NT3 cartridge</td>
			<td>Merk Sigma-Aldrich</td>
			<td>115095</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SS 25 mm assembly cap</td>
			<td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td>Purpose built, 1 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SS M8 lead screw</td>
			<td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td>3 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SS M8 nut</td>
			<td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td>3 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SS rear backing</td>
			<td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland</td>
			<td>Custom Built</td>
			<td>Purpose built, 1 x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controller</td>
			<td>Cole Parmer GmbH, Wertheim, Germany</td>
			<td>Digi-Sense TC 9600</td>
			<td>or equivalent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple type K</td>
			<td>RS Components GmbH, W&#228;denswil, Switzerland</td>
			<td>814-0147</td>
			<td>1 x</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

use of capillary aerosol generator in continuous production of controlled aerosol for non-clinical studies

מחולל האירוסולים הנימיים (CAG) מופעל עם העיקרון של אידוי נוזלי תרמי באמצעות חימום של נוזל אלקטרוני בשלב הראשוני, ואחריו נוקלאציה ועיבוי המווסתים באמצעות תערובת של זרימת אוויר ליצירת אירוסולים, כגון בסיגריה אלקטרונית (EC). ה- CAG שימושי במיוחד ביצירת אירוסולים בנפחים גדולים באופן רציף, עבור מקרים כגון מחקרי טוקסיקולוגיה של שאיפת in vivo , שבהם השימוש ב- ECs אינו אפשרי. ההשפעות התרמיות של הפקת תרסיס מה- CAG דומות מבחינת הטמפרטורה המיושמת ב- EC, ובכך מאפשרות לחוקרים להעריך את האדים של נוזלים אלקטרוניים בקנה מידה ובשכפול. מכיוון שפעולת ה- CAG מאפשרת למשתמשים לשלוט בפרמטרים קריטיים כגון קצב הזרימה של נוזל אלקטרוני, טמפרטורות חימום וזרימות אוויר מדוללות, היא מאפשרת לחוקרים לבדוק ניסוחים שונים של נוזל אלקטרוני בהתקן מבוקר היטב. תכונות, כגון גודל חלקיקי אירוסול, הוכחו כמווסתות עם קצב זרימת האוויר ביחס לזרימת הנוזל האלקטרוני ולהרכב הנוזל האלקטרוני. ה- CAG, לעומת זאת, מוגבל בהערכת בעיות נפוצות הקשורות ל- EC, כגון התחממות יתר של מרכיביו. אנו מבקשים להוכיח כי ה- CAG יכול ליצור אירוסול הניתן לשחזור ורציף, על ידי הערכת המאפיינים הכימיים והפיזיקליים של האירוסולים באמצעות נוסחה נבחרת של נוזל אלקטרוני. הפרוטוקול מתאר את הפרמטרים התפעוליים של קצב זרימת נוזלים, קצבי זרימת אוויר בדילול ונהלי הפעלה הדרושים כדי לייעל את ריכוז האירוסולים ואת גודל החלקיקים הנדרשים למחקר טוקסיקולוגיה in vivo . אנו מציגים את התוצאות הייצוגיות מהפרוטוקול ודנים באתגרים וביישומים של עבודה עם CAG, אנו מראים כי ניתן להשתמש ב- CAG באופן הניתן לשחזור. הטכנולוגיה והפרוטוקול, שפותחו מעבודות קודמות, משמשים בסיס לחידושים עתידיים לחקירות ייצור אירוסולים מבוקרי מעבדה.

Watch this Scientific Journal Video about Use of Capillary Aerosol Generator in Continuous Production of Controlled Aerosol for Non-Clinical Studies at JoVE.com

Use of Capillary Aerosol Generator in Continuous Production of Controlled Aerosol for Non-Clinical Studies

הפרוטוקול מתאר את ההגדרות והשימוש במחולל תרסיס נימי לייצור רציף של אירוסול מבוקר מתמיסה נוזלית רב-מינית, המתאימה למתן תרסיסים יציבים בנפח גדול (למשל, מחקרי שאיפה in vivo ).

שימוש במחולל תרסיס נימי בייצור רציף של תרסיס מבוקר למחקרים לא קליניים

The capillary aerosol generator (CAG) is operated with the principal of thermal liquid evaporation through heating of e-liquid in the initial phase, ...

ה- CAG שימושי לדור תרמי רציף וניתן לחזרה של אירוסולים בכמויות גדולות, כגון עבור מחקרי טוקסיקולוגיה של שאיפה in vivo, שבהם השימוש במוצרי צריכה או בהתקני שאיפה אינו אפשרי. השימוש ב-CAG מאפשר לניסויים לשלוט במדויק בגורמים המשפיעים על הכימיה והמאפיינים הפיזיקליים של חלקיקי אירוסול, כגון טמפרטורה, הרכב נוזלים, קצב זרימת נוזלים וזרימת אוויר. הנוזל ב-CAG מתאדה, ומייצר אדים רוויים במיוחד שמתקררים מיד במגע עם זרימת האוויר, גורמים לנוקלאציה הומוגנית, ובהמשך לתהליכי עיבוי היוצרים את חלקיקי האירוסול.הפרוטוקול המוצג נותן תובנה לגבי ההרכבה והמורכבות של השימוש ב- CAG למטרה הכללית של ייצור אירוסולים. כדוגמה עובדת, בדיקת הרכב נוזלי טיפוסי הקיים בתערובות סיגריות אלקטרוניות משמשת. התחל על ידי הצבת הנימים בחריץ הנימי של בלוקי החימום מאלומיניום כאשר קצה הפלט בולט בכ-5 מילימטרים.מהדקים קלות את הברגים של שני חצאי גושי החימום מאלומיניום. לאחר מכן, להרכיב את גופי החימום ואת thermocouple בלוקים חימום אלומיניום עם החוטים בולטים דרך מכסה אחורי אלומיניום. התקינו את אביזרי הדחיפה פנימה, כדי להבטיח שאביזרי הדחיפה של 2 על 4 מילימטרים יהיו מאובטחים היטב על גבי צינור ה-SS החיצוני.הניחו את טבעות ה-O על שני החריצים של שפופרת הפסגה הפנימית והכניסו את שפופרת הפסגה הפנימית לתוך צינור ה-SS החיצוני מהקצה הקדמי. החליקו את מכלול צינור ה-SS הפנימי/החיצוני מעל גופי החימום מאלומיניום שהורכבו, כך שיתאימו היטב לגב האחורי של ה-SS. לאחר מכן, הניחו את מכסה האלומיניום הקדמי מעל גוף חימום האלומיניום בתוך צינור הפסגה הפנימי.ודא שהנימי בולט מעט מהכובע הקדמי מאלומיניום. מקם את מתאם השיא מעל חזית צינור הפסגה הפנימית. ודא שמתאם השיא מתאים לחריץ הקדמי של שפופרת הפסגה הפנימית.מקם את הצימוד מעל מתאם השיא. הידק את האגוזים מעל הצימוד, כך שמתאם השיא הדוק. חברו את גופי החימום לבקר הטמפרטורה, את התרמו-קופל של בקר הטמפרטורה ל-CAG ואת הצינורות מהמשאבה הפריסטלטית ל-CAG.חברו את האוויר הדחוס לזרימת אוויר מחוממת למחולל האירוסולים הנימיים באמצעות אביזרי הדחיפה בגודל 2 על 4 מילימטרים. הרכיבו את מחולל האירוסולים הנימיים לפיסת הזכוכית וספקו זרימת אוויר בדילול לערכים מוגדרים מראש. בהתבסס על החישובים התיאורטיים המתוארים בכתב היד של הטקסט, בצע את הריצות ההנדסיות הראשוניות כדי לכמת את ריכוז מכונן האירוסולים בפועל ולקבל את התשואה בפועל של מחולל האירוסולים הנימיים.בצע כוונון עדין נוסף של ריכוז האירוסול על ידי שימוש באותם חישובים להתאמת זרימת האוויר בדילול כולל או קצב זרימת נוזלים. שימוש בתמיסה המכילה 2%ניקוטין וקצב זרימה נוזלי של 0.35 גרם לדקה עם ריכוז תרסיס ניקוטין מדוד של 15 מיקרוגרם לליטר בזרימת אוויר בדילול כוללת של 320 ליטר לדקה יביא לתפוקה בפועל של 68.57% ניקוטין. שקלו ותעדו את הערך של נוזל הבדיקה, המערבל המגנטי והבקבוק ל-0.01 גרם הקרובים ביותר.ניסוחים של מלאי נוזלי מוכנים עם רכיבים המתוארים בכתב היד של הטקסט. הגדר את נקודת בקרת הטמפרטורה בבקר הטמפרטורה הדיגיטלית ל-250 מעלות צלזיוס והתחל לחמם את מחולל האירוסולים הנימיים. הניחו את תמיסת מלאי הנוזלים עם מוט ערבוב מגנטי על מערבל מגנטי.מקם את צינור הכניסה מהמשאבה הפריסטלטית בתמיסת הבדיקה. הפעל את המשאבה הפריסטלטית והגדר את קצב זרימת הנוזלים ל-5% כאשר הטמפרטורה מגיעה ל-250 מעלות, התחל בייצור אירוסול על ידי הפעלת המשאבה הפריסטלטית כדי לספק נוזל בדיקה למחולל האירוסולים הנימיים. בדקו שהתרסיס נוצר ליד קצה הנימים ותעדו את הזמן הדרוש לחישוב קצב זרימת המסה.מקם מסנן במחזיק המסנן והנח את מכסות המסנן. שקלו את מחזיק המסנן ל-0.0001 גרם הקרוב ביותר עם המסנן לפני איסוף הדגימה ותעדו את המשקל. חבר את מחזיק המסנן המכיל את המסנן לזרימת האירוסול והתחל באיסוף הדגימות.לאחר איסוף הדגימה, שקלו את המסנן עם מחזיק המסנן והאותיות הקטנות ותעדו את משקל הקצה. חשב את המסה שנאספה על ידי אירוסולים באמצעות הנוסחה המצוינת בכתב יד טקסט. כעת, הסר את משטח המסנן ממחזיק המסנן והפקיד אותו בבקבוקון זכוכית המכיל חמישה מיליליטרים של אתנול.חלצו את המסה שנאספה על ידי אירוסולים על ידי ניעור משטח המסנן על שייקר מעבדה במשך 30 דקות ב-400 סיבובים לדקה. אפיון כימי של אירוסולים שנוצרו על ידי CAG אישר רמה גבוהה של יכולת שכפול תחת אותם חימום, קירור, זרימת אוויר מדוללת, תנאי דגימה, עם סטיית תקן יחסית של 2.48% עבור מסה שנאספה על ידי אירוסול, 3.28% עבור ניקוטין, 3.43% עבור גליצרול ו -3.34% עבור פרופילן גליקול. ההשפעה הגדולה ביותר על גודל החלקיקים נצפתה בעת שינוי זרימת הקירור מ-10 ל-20 ליטר לדקה וזרימת הדילול הראשונה מ-160 ל-150 ליטר לדקה.הקוטר האווירודינמי החציוני של חלקיקי אירוסול גדל בגודלו עם קצבי זרימת הקירור ההולכים וגדלים. התפלגות הקוטר האווירודינמי של חלקיקי האירוסול הוסטה בבירור לכיוון קטרים גדולים יותר כאשר משווים אירוסולים שנוצרו בזרימת קירור של 10 ליטר לדקה עם אלה שנוצרו במהירות של 20 עד 50 ליטר לדקה. ריכוז אירוסולי יעד מיועד, יחד עם הכללת קצב זרימת האוויר וערכי קצב זרימת הנוזלים, מאפשרים למפעילים להתחשב באופן ניסיוני בתשואות ממערך CAG.בעקבות הליך זה, ניתן לבדוק תערובות נוזליות אחרות בתנאים דומים או משתנים המאפשרים לחוקרים להבין טוב יותר בניסויים שינויים בתכונות הפיזיקליות והכימיות המתרחשים באמצעות אירוסוליזציה מחוממת.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

ייצור והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריית חריץ נקבוביות

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

הנדסה הקוונטית מדינה של אור עם גל רציף מתנדים אופטיים פרמטרים

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Single Plane Illumination Module and Micro-capillary Approach for a Wide-field Microscope

מטוס אחד תאורת מודול וגישת מיקרו-נימים למיקרוסקופ שדה רחב

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and ...

Formation of Thick Dense Yttrium Iron Garnet Films Using Aerosol Deposition

היווצרות עבה צפופים איטריום ברזל גרנט הסרטים באמצעות תרסיס הפקדת

Aerosol deposition (AD) is a thick-film deposition process that can produce layers up to several hundred micrometers thick with densities greater than 95% ...

Production of Synthetic Nuclear Melt Glass

ייצור סינטטי גרעינית ממיסים זכוכית

Realistic surrogate nuclear debris is needed within the nuclear forensics community to test and validate post-detonation analysis techniques. Here we ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של ​​Monodisperse microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

פתילה ומבחני בדים חד-כיווניים: מדידות של פרמטרים נימי להערכת לחץ נימים בתהליכי דפוס Composite הנוזל

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

ספקטרומטר פיזור מהיר ברילואן מגורה מכ לניתוח גשמי

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

התהליך הניסיוני במחקרי מעבדה של בחיי עיר בוער: דליקות והיעילות צריבה של נפט גולמי

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory ...