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

<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>

Метод, представленный здесь, а также конкретная сборка CAG были разработаны для оценки аэрозолей, образующихся из электронных жидкостей, для выполнения требований исследований воздействия in vivo . Все авторы являются сотрудниками Philip Morris International (PMI) или работали в PMI по контрактным соглашениям. Philip Morris International является единственным источником финансирования и спонсором этого исследования.

Образование аэрозолей с помощью CAG помогает уменьшить изменчивость процессов аэрозоляции для конкретных устройств EC, что позволяет объективно и контролируемо оценивать саму аэрозольную электронную жидкость. Было показано, что аэрозоли, генерируемые CAG, являются репрезентативными для аэрозолей, образующихся в ЕС7. Они могут быть воспроизводимо получены с одинаковым составом и характеристиками и, следовательно, особенно пригодны для исследований долгосрочного воздействия in vivo , требующих больших объемов аэрозоля в течение длительного периода времени8.
Установка CAG относительно проста в сборке и обслуживании. Однако рабочие параметры, такие как расход жидкости и соответствующие скорости потока воздуха, остаются критическими для производства контролируемого аэрозоля, что требует оптимизации метода в соответствии с целью применения аэрозоля, генерируемого CAG.
Результаты, представленные в текущем исследовании, показывают, что скорость потока охлаждающего воздуха оказывает явное влияние на распределение частиц аэрозоля по размерам. Поток охлаждающего воздуха оказывает непосредственное влияние не только на зарождение образующихся паров, но и на конденсацию, из-за охлаждения внутренней трубки, в которой протекает образующийся аэрозоль. Кроме того, плотный аэрозоль подвержен существенным коагуляционным эффектам. В совокупности эти процессы сложны, и их взаимодействие и влияние на образование аэрозолей довольно трудно обобщить для конкретных электронных жидкостей, температур и потоков. Состав дополнительного воздушного потока (сухой или увлажненный с фиксированным процентом относительной влажности), в частности, содержание воды, будет влиять на тепло- и массообмен, приводя не только к модулированному росту конденсации аэрозольных частиц, но и к конденсации стенок. Таким образом, модификации параметров этого метода считаются предназначенными для использования с точки зрения контроля PSD17,19.
Присутствие химических веществ с низкой растворимостью или высокими температурами кипения может ограничить эффективность аэрозоля, генерируемого CAG, из-за осаждения в капилляре и засорения капилляра с течением времени. В зависимости от химических веществ, присутствующих в аэрозоле, температура для работы CAG должна быть отрегулирована для образования пара. Кроме того, следует регулярно оценивать стабильность жидкого состава. Добавление компонентов, включая ароматизаторы, с различными температурами кипения будет оказывать влияние на конечную аэрозольную композицию14 и газожидкостное разделение. Возможно, потребуется адаптировать температуру капилляра и поток нагрева воздуха для предотвращения обратного потока и осаждения жидкости вблизи горячего капилляра, что может привести к образованию неконтролируемых продуктов термической деградации (таких как карбонилы) из-за длительной продолжительности удержания жидкости при высокой температуре. Кроме того, контроль температуры, используемой для генерации пара в капилляре, влияет на то, где пар начинает образовываться в капилляре - чем выше температура, тем раньше образуется пар. При более высокой капиллярной температуре пару, выходящему из капилляра, потребуется больше времени для охлаждения потоком охлаждающего воздуха и, следовательно, он начнет нуклеаться и конденсироваться в аэрозоль дальше от кончика капилляра, помогая избежать эффекта обратного потока19.
Текущие токсикологические исследования электронных жидкостей in vivo ограничены в воспроизведении аэрозолей электронных сигарет из-за логистической сложности для удовлетворения требуемого масштаба аэрозоля, как, например, в исследовании ОЭСР TG 41320. Протокол, представленный в этом исследовании, дает обзор сборки и настроек CAG, используемых в Philip Morris International для получения аэрозолей in vivo в исследованиях долгосрочного воздействия18. Эти данные могут служить хорошей отправной точкой для дальнейшей тонкой настройки в другой лабораторной среде (например, системы доставки лекарственного средства21) или для адаптации к конкретным требованиям конкретного исследования.

Обычные электронные жидкости содержат смесь пропиленгликоля, глицерина, воды, никотина и отдельных ароматизаторов. Состав аэрозоля, образующегося из устройства ЕС, зависит не только от жидкой композиции, но и от материала, конструкции и характеристик устройства. Следовательно, многие устройства ЕС могут вносить большую вариабельность в выход аэрозоля1, включая производство для конкретного устройства повышенных уровней нежелательных компонентов, изменение объема затяжки, изменение воздушного потока из-за заблокированных вентиляционных отверстий и «сухое пыхтение» (когда контейнер для жидкости почти пуст, вызывая перегрев устройства, поскольку часть доставляемой энергии не используется для испарения жидкости)2 . Кроме того, зарядка, заправка и очистка устройств EC во время долгосрочных ингаляционных исследований станет огромным дополнительным ограничением с точки зрения логистики3. По этим причинам следует рассмотреть другие генераторы аэрозолей для крупномасштабного производства аэрозолей и надлежащей оценки жидких составов, избегая при этом связанных с устройством изменений в составе аэрозолей и уменьшая рабочую нагрузку 4,5. Тем не менее аэрозоли, генерируемые устройствами, должны оставаться частью стратегий оценки риска, поскольку уровни некоторых компонентов в устройствах ЕС могут быть более высокими, чем в стандартизированных генераторах аэрозолей с лабораторным управлением, в силу особенностей нагрева/охлаждения устройств 6,7,8.
Из-за ограниченности имеющейся в настоящее время информации о нормативных требованиях методы оценки потенциальной токсичности аэрозолей, образующихся электронными сигаретами (ЕС), все еще развиваются 9,10,11. Однако точная оценка in vitro и in vivo требует генерации хорошо охарактеризованных и воспроизводимых объемов аэрозоля с течением времени. Производство аэрозоля из устройства ЕС с контролируемым режимом пыхтения, безусловно, было бы наиболее репрезентативным процессом с точки зрения потребления пользователем. Для нормативных исследований токсичности, учитывая разнообразие возможных жидких составов, которые пользователи часто могут готовить самостоятельно, и в то же время изменяя некоторые характеристики устройства (например, доставляемую энергию), использование устройств ЕС для проведения долгосрочных токсикологических исследований с повторным воздействием является не только сложным, но и потенциально неадекватным.
Капиллярный генератор аэрозолей (CAG), разработанный Philip Morris12,13 и доработанный Университетом Содружества Вирджинии14, работает по принципу создания струи потока горячего пара из электрически нагретого капилляра, который впоследствии охлаждается окружающим воздухом, вызывая образование ядра частиц и последующую конденсацию, что приводит к образованию аэрозолей. Поскольку одни и те же физические процессы приводят к образованию аэрозолей в ЭК (помимо доставки жидкости в капилляр насосом в ЦАГ, который в ЭК обычно заменяется капиллярными силами, действующими на впитывающий материал, вытягивающий жидкость из резервуара в ЕС), характеристики аэрозолей, генерируемых ЦАГ, очень похожи на характеристики аэрозолей ЕС14 (рисунок 14). ). CAG позволяет производить большие объемы аэрозоля с небольшими требованиями к обращению; поэтому он особенно подходит для ингаляционных исследований in vivo.
CAG представляет собой лабораторное устройство, состоящее из нагретой капиллярной трубки, просто соединенной с регулятором температуры и резервуаром для жидкости через перистальтический насос (рисунок 2A). Капилляр (160 мм, 21 G, нержавеющая сталь) нагревается четырьмя нагревательными элементами, встроенными в алюминиевый блок (рисунок 2B). Температура обычно устанавливается на уровне 250-275 °C, чтобы имитировать условия нагрева катушки устройстваEC 15. Жидкость, прокачиваемая через капилляр, нагревается и превращается в горячий пар, выходящий из кончика капилляра. Сборка CAG (рисунок 2C) требует дополнительных элементов для смешивания образующегося пара с холодным воздухом и формирования аэрозоля. Резкое перемешивание горячего перенасыщенного пара с потоком холодного воздуха приводит к зарождению и последующей конденсации, что приводит к образованию аэрозолей (рисунок 2C). В нашей конструкции CAG (рисунок 3) дополнительный нагретый воздушный поток сначала охлаждает внешний корпус, а затем циркулирует вдоль нагревательных блоков, чтобы нагреть воздушный поток, предотвращая в то же время конденсацию обратного потока жидкости на кончике капилляра и стабилизируя взрыв струи пара. Кроме того, он создает нежелательное экранирование горячих паров, тем самым влияя на процесс нуклеации. По этой причине расход, применяемый для этого воздушного потока, должен быть минимальным и соответствовать цели приложения. Этот воздушный поток будет называться «нагретым воздушным потоком» на протяжении всей этой рукописи, хотя следует понимать, что этот поток нагревается пассивно нагревательными блоками, а не намеренно пользователем.
Скорость потока охлаждающего воздуха оказывает сильное влияние на размер образующихся аэрозольных частиц. При производстве аэрозолей для ингаляционных исследований in vivo поток разрежающего воздуха будет определять дозу воздействия и, возможно, его придется дополнительно разбавлять до достижения экспозиционной камеры. Помимо химического состава аэрозолей, важно охарактеризовать распределение частиц аэрозоля по размерам (PSD) для обеспечения того, чтобы образующийся аэрозоль был аналогичен образующемуся ЭК и находился в пределах диапазона размеров ингаляционных частиц, рекомендованного руководящими принципами ОЭСР (часто параметризуемого предположением о логарифмической нормальности PSD со средним аэродинамическим диаметром массы [MMAD] и геометрическим стандартным отклонением [GSD]).
MMAD образующихся аэрозолей может широко варьироваться в зависимости от конструкции устройства, физико-химических свойств жидкости состава (например, плотности, вязкости и поверхностного натяжения), скорости воздушного потока и температуры, диктующей термодинамические условия 14,16,17. Для экспериментов по воздействию in vivo воздушный поток обычно состоит из кондиционированного, отфильтрованного воздуха при 22 ± 2 °C и 60% ± 5% относительной влажности. Полученный аэрозоль затем может быть дополнительно разбавлен в зависимости от требований исследования для достижения целевых концентраций в испытательной атмосфере. Затем он подается по стеклянному трубопроводу в экспозиционную камеру, чтобы уменьшить потери фильтрации. В результатах, представленных здесь, установлены настройки температуры и воздушного потока, чтобы продемонстрировать, что CAG может быть использован для непрерывного производства контролируемого аэрозоля с последовательным и ингаляционным PSD и определенными концентрациями для ингаляционных исследований in vivo.
В протоколе мы опишем, как: 1) собрать CAG, 2) определить параметры, необходимые для генерации аэрозоля из CAG, 3) выполнить генерацию аэрозоля и 4) проанализировать физические и химические составляющие, представляющие интерес в аэрозоле. Для этих предварительных прогонов мы рассматриваем жидкий раствор на основе смеси аэрозоль-образующих компонентов: пропиленгликоля (PG), глицерина (VG), воды и никотина на заданных массовых долях. Наконец, мы поделимся примерными данными для оценки сложной многовидовой смеси, полученной в наших экспериментах (с участием вышеупомянутых компонентов, смешанных с дополнительными вкусовыми составляющими). Мы обсудим общие результаты и проблемы, а также применимость этого экспериментального подхода к оценке таких смесей.

<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

Капиллярный генератор аэрозолей (CAG) работает с принципом теплового испарения жидкости путем нагрева электронной жидкости в начальной фазе с последующим нуклеацией и конденсацией, регулируемыми через смесь воздушного потока для образования аэрозолей, таких как в электронной сигарете (EC). ЦАГ особенно полезен при непрерывном образовании аэрозолей больших объемов, например, в таких случаях, как ингаляционные токсикологические исследования in vivo , где использование ЭК нецелесообразно. Тепловые эффекты образования аэрозоля из ЦАГ аналогичны с точки зрения температуры, применяемой в ЕС, что позволяет исследователям оценивать пары электронных жидкостей в масштабе и воспроизводимости. Поскольку работа CAG позволяет пользователям контролировать критические параметры, такие как скорость потока электронной жидкости, температуры нагрева и потоки разрежающего воздуха, это позволяет исследователям тестировать различные составы электронной жидкости в хорошо контролируемом устройстве. Показано, что свойства, такие как размер частиц аэрозоля, регулируются скоростью потока воздуха по отношению к потоку электронной жидкости и составу электронной жидкости. CAG, однако, ограничен в оценке общих проблем, связанных с ЕС, таких как перегрев его элементов. Мы стремимся продемонстрировать, что CAG может генерировать аэрозоль, который является воспроизводимым и непрерывным, путем оценки химических и физических характеристик аэрозоля с выбранным составом электронной жидкости. Протокол описывает рабочие параметры расхода жидкости, скорости потока разрежающего воздуха и рабочие процедуры, требующие оптимизации концентрации аэрозолей и размера частиц, необходимых для токсикологического исследования in vivo . Представляя репрезентативные результаты протокола и обсуждая проблемы и приложения работы с CAG, мы демонстрируем, что CAG можно использовать воспроизводимым образом. Технология и протокол, которые были разработаны на основе предыдущих работ, служат основой для будущих инноваций в исследованиях генерации аэрозолей с лабораторным контролем.

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

Протокол описывает настройки и использование капиллярного генератора аэрозолей для непрерывного производства контролируемого аэрозоля из многовидового жидкого раствора, подходящего для устойчивой доставки аэрозолей большого объема (например, исследования in vivo in vivo inhalation).

Использование капиллярного генератора аэрозолей в непрерывном производстве контролируемого аэрозоля для доклинических исследований

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

CAG полезен для непрерывной и повторяемой тепловой генерации аэрозолей в больших объемах, например, для ингаляционных токсикологических исследований in vivo, где использование потребительских товаров или ингаляционных устройств невозможно. Использование CAG позволяет экспериментаторам точно контролировать факторы, влияющие на химический состав и физические характеристики аэрозольных частиц, такие как температура, состав жидкости, скорость потока жидкости и воздушные потоки. Жидкость в CAG испаряется, образуя пересыщенные пары, которые немедленно охлаждаются при контакте с воздушным потоком, вызывая однородное зарождение, а впоследствии и процессы конденсации, образуя аэрозольные частицы.Представленный протокол дает представление о сборке и сложности использования CAG для общего назначения генерации аэрозолей. В качестве рабочего примера используется тестирование типичной жидкой композиции, присутствующей в смесях электронных сигарет. Начните с размещения капилляра в капиллярной канавке алюминиевых нагревательных блоков с выходным концом, выступающим примерно на пять миллиметров.Слегка затяните винты двух половинок алюминиевых нагревательных блоков. Далее соберите нагревательные элементы и термопару в алюминиевые нагревательные блоки с проводами, выступающими через алюминиевый задний колпачок. Установите нажимные фитинги, гарантируя, что нажимные фитинги размером 2 на 4 миллиметра плотно закреплены на внешней трубе SS.Поместите уплотнительные кольца на две канавки внутренней пиковой трубки и вставьте внутреннюю пиковую трубку во внешнюю трубку SS с переднего конца. Сдвиньте внутреннюю пиковую /внешнюю трубу SS по собранным алюминиевым нагревательным элементам, чтобы плотно прилегать к задней подложке SS. Затем поместите алюминиевый передний колпачок над алюминиевым нагревательным корпусом внутри внутренней пиковой трубки.Убедитесь, что капилляр слегка выступает из алюминиевой передней крышки. Поместите адаптер пика над внутренней передней частью пиковой трубки. Убедитесь, что пиковый адаптер помещается на передней канавке внутренней пиковой трубки.Поместите муфту над пиковым адаптером. Вручную затяните гайки над муфтой, чтобы пиковый адаптер был тугим. Подключите нагревательные элементы к регулятору температуры, термопару регулятора температуры к CAG, а трубку от перистальтического насоса к CAG.Подключите сжатый воздух для нагретого воздушного потока к капиллярному генератору аэрозолей с помощью нажимных фитингов размером 2 на 4 миллиметра. Соберите капиллярный генератор аэрозолей на стеклянную деталь и подайте поток разрежающего воздуха до заданных значений. На основе теоретических расчетов, описанных в рукописи текста, выполнить первоначальные инженерные прогоны для количественной оценки фактической концентрации компонентов аэрозоля и получения фактического выхода капиллярного генератора аэрозолей.Выполните дальнейшую тонкую настройку концентрации аэрозолей, используя те же расчеты для регулировки общего потока разрежающего воздуха или расхода жидкости. Использование раствора, содержащего 2% никотина и расход жидкости 0,35 г в минуту с измеренной концентрацией никотинового аэрозоля 15 мкг на литр при общем потоке разрежающего воздуха 320 литров в минуту, приведет к фактическому выходу никотина 68,57%. Взвесьте и запишите значение испытуемой жидкости, магнитной мешалки и бутылки до ближайших 0,01 грамма.Жидкие составы готовятся с компонентами, описанными в тексте рукописи. Установите заданное значение контроля температуры на цифровом регуляторе температуры на 250 градусов Цельсия и начните нагрев капиллярного генератора аэрозолей. Поместите жидкий раствор с магнитным перемешивателем на магнитную мешалку.Поместите впускную трубку из перистальтического насоса в исследуемый раствор. Включите перистальтический насос и установите скорость потока жидкости на 5%Когда температура достигнет 250 градусов, начните генерацию аэрозолей, запустив перистальтический насос для подачи исследуемой жидкости в капиллярный генератор аэрозолей. Убедитесь, что аэрозоль генерируется вблизи кончика капилляра, и запишите время, необходимое для расчета массового расхода.Поместите фильтр в фильтродержатель и поместите крышки фильтров. Взвесьте держатель фильтра до ближайших 0,0001 грамма с фильтром перед сбором образца и задокументируйте вес. Подключите фильтродержатель, содержащий фильтр, к аэрозольному потоку и начните сбор проб.После сбора пробы взвесьте фильтр с фильтродержателем и колпачками и задокументируйте конечный вес. Рассчитайте массу, собранную аэрозолем, используя формулу, указанную в текстовой рукописи. Теперь снимите фильтрующую прокладку с фильтродержателя и поместите ее в стеклянный флакон, содержащий пять миллилитров этанола.Извлеките собранную аэрозолем массу, встряхнув фильтрующую прокладку на лабораторном шейкере в течение 30 минут со скоростью 400 оборотов в минуту. Химическая характеристика аэрозолей, генерируемых CAG, подтвердила высокую степень воспроизводимости при одинаковых потоках нагрева, охлаждения, разрежающего воздуха, условиях отбора проб с относительным стандартным отклонением 2,48% для массы, собранной аэрозолем, 3,28% для никотина, 3,43% для глицерина и 3,34% для пропиленгликоля. Наибольшее влияние на размер частиц наблюдалось при изменении охлаждающего потока от 10 до 20 литров в минуту и первого расхода разрежения от 160 до 150 литров в минуту.Массо-средний аэродинамический диаметр аэрозольных частиц увеличивался в размерах с увеличением скорости потока охлаждения. Распределение аэродинамического диаметра частиц аэрозоля было явно смещено в сторону больших диаметров при сравнении аэрозолей, образующихся при потоке охлаждения 10 литров в минуту, с аэрозолями, генерируемыми при 20-50 литрах в минуту. Предполагаемая целевая концентрация аэрозоля, наряду с включением значений расхода воздуха и расхода жидкости, позволяет операторам экспериментально учитывать выходы от установки CAG.Следуя этой процедуре, другие жидкие смеси могут быть испытаны в аналогичных или измененных условиях, которые позволяют исследователям лучше экспериментально понять физические и химические изменения свойств, которые происходят в результате нагретого аэрозолирования.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

Изготовление и визуализация капиллярных мостов в slit Pore геометрии

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

Квантовая государственный инженерно Света с непрерывной волны параметрических генераторов

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

Одноместный самолет Освещение модуль и Micro-капиллярной подход для широкого поля микроскопа

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

Формирование толстых плотных железоиттриевого гранатов Использование аэрозоля осаждения

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

Производство синтетического ядерной расплава стекла

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

Использование Multi-купе Dynamic один энзим Phantom для исследований гиперполяризованным магнитно-резонансных агентов

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

Капиллярная основе центробежные Микрожидкостных Прибор для размера контролируемым формирования монодисперсных микрокапель

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

Влагоотведение тесты для однонаправленных материалов: Измерения капиллярных параметров для оценки капиллярного давления в жидких Композитный процессов формования

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

Высокоскоростной непрерывном стимулировали Бриллюэна рассеяния спектрометр для анализа материалов

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

Экспериментальная процедура для лабораторных исследований In Situ горения: воспламеняемости и эффективности сжигания нефти

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