Summary
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 ).
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
1. הרכבה של מערכת CAG
- הרכבה של CAG
- מניחים את הנימים בחריץ הנימי של גושי החימום מאלומיניום, כאשר קצה הפלט בולט בכ-5 מ"מ.
- מהדקים קלות את הברגים של שני חצאי גושי החימום מאלומיניום.
- הרכיבו את גופי החימום (a) ואת ה-thermocouple (b) בבלוקים של חימום האלומיניום (c), כאשר החוטים בולטים דרך מכסה האלומיניום האחורי (d) (איור 4A).
- ודא כי החוטים של גופי החימום מחוברים למתאם וודאו שהם ישרים.
- 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).
- 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.
- 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).
- 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.
- 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).
- חברו את גופי החימום לבקר הטמפרטורה ולנימים למשאבה הפריסטלטית ולתמיסת נוזל הבדיקה.
- חברו את האוויר הדחוס לזרימת אוויר מחומם ל-CAG באמצעות אביזרי הדחיפה בגודל 2 x 4 מ"מ (איור 4B, [f]).
- 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).
- הליך ניקוי CAG
- הסר את ה- CAG ממערך ההרכבה של זכוכית CAG ונקה את הזכוכית עם מגבונים יבשים עד שהזכוכית מתייבשת בעליל.
- 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.
- פירוק ה- CAG בהתאם לשלבים 1.1.9 עד 1.1.1.
- הרכיב מחדש את ה- CAG לאחר השלבים 1.1.1 עד 1.1.9 לאחר שינוי הנימים.
2. חישוב ריכוז תרסיס CAG ודילולו
- חישוב תיאורטי של TDF
- חשב את ה-TDF בהתבסס על ריכוז הפורמולציה הנוזלית (הנקראת כאן תמיסת מלאי/ריכוז) וה-LFR:
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) - 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:
- חשב את ה-TDF בהתבסס על ריכוז הפורמולציה הנוזלית (הנקראת כאן תמיסת מלאי/ריכוז) וה-LFR:
- חישוב תיאורטי של LFR
- חשב את ה- LFR בהתבסס על ריכוז תמיסת המניות הנוזלית וה- TDF:
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) - 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:
- חשב את ה- LFR בהתבסס על ריכוז תמיסת המניות הנוזלית וה- TDF:
- חישוב התשואה בפועל (%) על סמך נתונים ניסיוניים
- 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.
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) - 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:
- 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.
3. יצירת אירוסול CAG
- התחלת ייצור אירוסולים
- 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.
- 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 - הגדר את נקודת בקרת הטמפרטורה בבקר הטמפרטורה הדיגיטלית ל- 250 °C והתחיל בחימום ה- CAG.
- הניחו את תמיסת מלאי הנוזלים עם מוט ערבוב מגנטי על מערבל מגנטי. מקם את צינור הכניסה מהמשאבה הפריסטלטית בתמיסת הבדיקה.
- הפעילו את המשאבה הפריסטלטית והגדירו את הזרימה ל-LFR ±5% (g/min).
- כאשר טמפרטורת ה- CAG מגיעה ל - 250 ± 1 ° C , התחל בייצור אירוסול על ידי הפעלת המשאבה הפריסטלטית כדי לספק נוזל בדיקה ל- CAG.
- 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.
- במהלך ייצור אירוסולים
- מסננים את הנוזל שמתעבה במערך הזכוכית כל 60 דקות, כדי להבטיח ייצור אירוסול קבוע ויציב.
- עצירת ייצור אירוסולים
- הסירו את הצינורות מבקבוק תמיסת הבדיקה והחליפו את נוזל הבדיקה למים שעברו דה-יוניזציה ותעדו את הזמן לחישוב קצב זרימת המסה.
- המתן עד שייצא אדי מים מהנימי, כבה את בקר הטמפרטורה והשאר את המשאבה הפריסטלטית דולקת למשך 10 דקות לפחות כדי לשטוף ולנקות את הנימים.
- שקלו ותעדו את הערך של נוזל הבדיקה והבקבוק ל-0.01 גרם הקרוב ביותר וחשבו את קצב זרימת המסה באמצעות המשוואה הבאה:
- כבה את האוויר הדחוס המשמש כזרימה מחוממת.
- במידת הצורך, הסר את ה- CAG ממערך ההרכבה ונקה את צינורות הזכוכית עם מגבונים יבשים והרכב מחדש את ה- CAG.
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).
- 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.- 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 והכובעים, ותעדו את משקל הקצה.
- חישוב ה-ACM באמצעות הנוסחה הבאה:
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) - 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.
- 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.
- 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).- הכן את עמודת הדגימה תוך 15 דקות לפני תחילת איסוף דגימות האירוסול.
- לקביעת ריכוזי הניקוטין, הוסיפו 2 מ"ל של חומצה גופרתית באורך 0.5 מ'. לקביעת טעמים, יש להוסיף 2 מ"ל של איזופרופנול.
- בדוק את זרימת הדגימה.
- 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%.
- כבה את משאבת הוואקום.
- אוסף דוגמאות
- הוסף את שני המתאמים לעמודת המדגם בהתאם לכניסה ולצוד היציאה שלה (איור 6). חברו את הצינור לקו דגימת הוואקום באמצעות מתאם היציאה.
- חבר את מכלול העמודות לדוגמה ליציאת הדגימה באמצעות מתאם הכניסה.
- התחל איסוף דגימות על ידי הפעלת משאבת הוואקום.
- הקלט את שעת ההתחלה של הדגימה.
- 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.
- הסר את עמודת הדגימה מיציאת הדגימה.
- 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.
- אחסנו את עמודת הדגימה האטומה במקרר (2-8 מעלות צלזיוס) עד לניתוח.
- קביעת ריכוזי קרבוניל
הערה: קרבונילים נלכדים על משטח מסנן זכוכית המחובר בסדרה למיקרו-מעכב מלא ב-2,4-דיניטרופניל-הידרזין (DNPH) המומס באצטוניטריל.
- הכן את עמודת הדגימה תוך 15 דקות לפני תחילת איסוף דגימות האירוסול.
- הכנה להשמנה
- מלאו את המיקרו-מעכב ב-10 מ"ל של 15 mM DNPH באצטוניטריל.
- הכינו משטח סינון (ראו פסקה 4.1).
- בדוק את זרימת הדגימה
- 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%.
- כבה את משאבת הוואקום.
- אוסף דגימות
- חבר את מחזיק המסנן המקושר למיקרו-מעכב ליציאת הדגימה.
- חבר את קו דגימת הוואקום לשקע של המיקרו-מעכב.
- התחל איסוף דגימות על ידי הפעלת משאבת הוואקום.
- הקלט את שעת ההתחלה של הדגימה.
- 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.
- נתק את מלכודת הדגימה משקע הדגימה.
- רוקנו את הדחף לבקבוקון זכוכית. שדרגו את תמיסת ה-DNPH ל-10 מ"ל עם אצטוניטריל.
- קבע את משקלו של משטח המסנן וחלץ אותו בתמיסת DNPH-acetonitrile על ידי טלטול. יש להשליך את משטח המסנן לאחר החילוץ.
- קח 1 מ"ל aliquot של תמיסת קרבוניל-DNPH ולהוסיף 50 μL של פירידין כדי לייצב את התמיסה.
- אחסנו את האליקוטים במקפיא בטמפרטורה של ≤-12 מעלות צלזיוס עד לניתוח.
- מלאו את המיקרו-מעכב ב-10 מ"ל של 15 mM DNPH באצטוניטריל.
Representative Results
יכולת שכפול של אירוסולים CAG
כדי להדגים את יכולת השכפול של התרסיס שנוצר על ידי CAG, נעשה שימוש בתמיסת נוזל בסיסית המכילה PG, VG, ניקוטין, מים ואתנול (71.72%, 17.93%, 2%, 5.85% ו-2.5%, בהתאמה) על פני 10 ריצות נפרדות לייצור אירוסולים. הפרמטרים של אירוסוליזציה ודגימה מסוכמים בטבלה 2. אפיון כימי של האירוסולים שנוצרו על ידי CAG אישר את הרמה הגבוהה של יכולת השכפול של התוצאות שהתקבלו באמצעות המערכת. תחת אותם זרמי אוויר של חימום, קירור ודילול, כמו גם אותם תנאי דגימה, הריכוזים של ACM, ניקוטין, VG ו-PG היו יציבים לאורך ריצות ייצור האירוסולים, עם סטיית תקן יחסית של 2.48%, 3.28%, 3.43% ו-3.34% של ACM, ניקוטין, VG ו-PG בהתאמה (איור 7).
הריכוזים של שמונה קרבונילים - כלומר, אצטאלדהיד, אצטון, אקרוליין, בוטיראלדהיד, קרוטונלדהיד, פורמלדהיד, מתיל אתיל קטון ופרופיונאלדהיד - נמדדו במהלך שלוש ריצות רצופות של יצירת תרסיס CAG. כצפוי עם אירוסולים הנוצרים בתנאים מבוקרים קבועים, התשואות של כל האנליטים הקרבונילים נותרו נמוכות (טבלה 3), ולא הגיעו לגבולות הכימות (LOQ) של השיטה האנליטית עבור רוב התרכובות. רק לאצטלדהיד ולפורמלדהיד היו תשואות מעל ה-LOQ. ריכוזי הפורמלדהיד במדגם האירוסול המדולל הראו שונות גבוהה (±32%) בשל התנודתיות של אנליט זה, כמו גם תשואות קרובות ל-LOQ. הנתונים אישרו את היעדרם של מוצרי פירוק תרמי נוזלי בתרסיסים שנוצרו על ידי CAG. הוספת תערובת של טעמים השפיעה על הרכב הקרבוניל של האירוסול. במקרה הנוכחי, תפוקת האצטאלדהיד והבוטירלדהיד עלתה באופן דרסטי, מערכים הקרובים ל-LOQ ל-2.06 ו-1.56 מיקרוגרם/ל', בהתאמה, בתרסיס המדולל שנועד להיכנס לתא החשיפה. נתונים אלה מדגישים את ההשפעה של הרכב תערובת הטעם על הרכב האירוסולים, ומדגישים את הצורך לחקור את הרעילות הפוטנציאלית של חומרי טעם מסוימים בפורמולציה של נוזל אלקטרוני בשלב מוקדם, לפני הערכה סופית במחקרי חשיפה ארוכי טווח in vivo .
PSD של האירוסולים הנוצרים על ידי CAG
ה-PSD של האירוסולים שנוצרו על ידי CAG נמדד תחת זרמי קירור ודילול ראשונים שונים כדי להעריך את ההשפעה של תנאים אלה על המאפיינים הפיזיקליים של האירוסול שנוצר מתמיסת נוזל הבסיס המכילה PG, VG, מים וניקוטין בלבד. הליך זה חיוני לזיהוי תנאים מתאימים לייצור אירוסולים עם גדלי חלקיקים בתחום הנשימה.
במחקר הנוכחי, זרמי הקירור והדילול הראשונים שונו בשלבים של 10 ליטר לדקה כדי לשמור על אותו נפח כולל של זרימת אירוסול (טבלה 4). זרימת הנוזל (0.5 מ"ל לדקה), הזרימה המחוממת (2 ליטר לדקה) וזרימת הדילול השנייה (150 ליטר לדקה) נשמרו קבועות. דגימות אירוסול נלקחו מנקודת הדגימה המדוללת b (איור 5). PSD נקבע על ידי שימוש בממד חלקיקים אווירודינמי המודד גדלי חלקיקים מ-0.5 עד 20 מיקרומטר, בקצב זרימת דגימה של 5 ליטר לדקה ומדולל כראוי לשימוש עם ציוד. ה-MMAD וה-GSD דווחו על ידי מכפיל החלקיקים האווירודינמי עבור כל ריצת ייצור אירוסולים.
העלייה בזרימת הקירור והירידה בו זמנית בזרימת הדילול הראשונה השפיעו על גודל חלקיקי האירוסול (טבלה 4). 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. ה-MMAD יותר מהכפיל את עצמו בתנאים אלה מ-1.47 ל-4.03 מיקרומטר. גודל חלקיקי האירוסול הממוצע המשיך לגדול עם קצב זרימת הקירור הגובר, אם כי ביחסים נמוכים יותר מאלה שנצפו בין 10 ל-20 ליטר לדקה. התפלגות הקוטר האווירודינמי של חלקיקי האירוסול הוסטה בבירור לקוטרים גדולים יותר כאשר משווים אירוסולים שנוצרו בזרימת קירור של 10 ליטר/דקה לאלה שנוצרו ב-20-50 ליטר לדקה (איור 8).
יעילות השמנה של טעמי נוזל אלקטרוני
כפי שפורט קודם לכן, בשל התנודתיות שלהם, מרכיבים נוזליים שונים נוטים באופן רציף להעברת מסה גז-נוזלית בהתאם לתנאים התרמודינמיים המקומיים. בנוסף, לשיטות אנליטיות יש יכולת מסוימת ללכוד מרכיבים כאלה. מדידות יבול בפועל מאפשרות לנו למדוד את היכולת של שיטות כימיות לזיהוי וכימות מדויקים של מרכיבים נבחרים (לדוגמה, בגלל פוטנציאל העיבוי או התגובות שלהם, ייתכן שחלק מהמרכיבים לא יגיעו ליעדם, כלומר תא החשיפה במקרה של מחקרי שאיפה). לכן, כאשר מעריכים ניסוחים שונים של נוזל אלקטרוני בטעמים, חיוני כדי להיות מסוגלים לקבוע את שיטת הלכידה היעילה ביותר להערכה כימית של האירוסול. לאחר מכן, זה מאפשר לנו למדוד את שיעור ההעברה עבור כל מרכיב, אשר מוכתב על ידי ההפסדים הנוכחיים לעתים קרובות עקב הובלת אירוסולים ממקום הדור לתא החשיפה. במקרה הנוכחי, בוצע מחקר נוסף עם נוזל המכיל תערובת של חומרי טעם. תרסיס נוצר עם הפרמטרים CAG המפורטים בטבלה 2 ונלכד לאחר דילול (מיקום b, איור 5), כאשר קצב זרימת הדגימה נקבע על 0.7 ליטר לדקה למשך 30 דקות. הלכידה בוצעה על עמודי דגימה המותנים מראש ב-2 מ"ל של איזופרופנול. המחסניות הודבקו באיזופרופנול זמן קצר לאחר השלמת תקופת הלכידה, עד שהתגלו 20 מ"ל של התמיסה. מצאנו שבדרך כלל יש לחקור ולקבוע את יעילות ההשמנה עבור כל מרכיב של טעם.
עבור 70% ממרכיבי הטעם שנחקרו, היו לנו שיעורי התאוששות >60%, אשר היה מתואם היטב עם נקודות הרתיחה (תנודתיות) של הטעמים. עובדה זו מרמזת כי מחקרי טוקסיקולוגיה של שאיפה המכילים תערובות מורכבות צריכים להתבצע עם תשומת לב מיוחדת להעברה ואספקה של תרסיס לאתר החשיפה.
איור 1: עקרון התפקוד של מחולל האירוסולים הנימיים (CAG). הנוזל נשאב לתוך נימי מחומם חשמלית ומעביר התפרצויות של אדים על-רוויים חמים, אשר מקוררים על ידי זרימת האוויר, מה שגורם לנוקלאציה פתאומית ולעיבוי, מה שמוביל להיווצרות אירוסול. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 2: מערך ניסויי CAG טיפוסי ורכיבי מפתח. (A) תצוגה כללית של מכלול CAG, המציגה את המשאבה הפריסטלטית המקשרת בין תמיסת מלאי הנוזלים ל-CAG, לצינור האוויר המדולל ולתהליך היווצרות האירוסול. (ב) תצוגה מפורטת של ה- CAG, עם נימים וגופי חימום. (C) תצוגת חתך רוחבית של מערך ייצור האירוסולים של הרכבה CAG. פרטים על זרימת האוויר המתקררת והדלילה. לצינורות הזכוכית שני תאים נפרדים. זרימת הקירור נדחפת לכיוון ה- CAG ונכנסת במגע עם האדים הנוצרים בנוזל כדי לייצר את התרסיס. זרימת הדילול נדחפת לכיוון התרסיס שנוצר כדי לדלל את האחרון. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 3: פרטי התקן CAG: תצוגת חתך רוחב. זרימת החימום מוצגת סביב גופי החימום לקירור גוף ה-CAG החיצוני, למניעת עיבוי זרימת הנוזלים האחורית בקצה הנימים, ולייצוב פרץ סילון האדים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 4: הרכבה CAG. הנימים וגוף החימום (A) מוכנסים לתוך צינור PEEK פנימי, והרכבה זו מוחלקת לתוך צינור נירוסטה חיצוני (B). המכלול מכוסה ומקובע היטב על תמיכה באמצעות ברגי עופרת מנירוסטה (C,D). הנימים הבולטים מהקצה האחורי מקושרים באמצעות צינורות למשאבה הפריסטלטית ולפורמולה הנוזלית. קיצורים: SS, נירוסטה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 5: הגדרות יצירת אירוסול CAG לניסויים בחשיפה in vivo . דגימת אירוסול לצורך ניתוח מתבצעת בשתי עמדות: (א) תרסיס לא מדולל - שלב הדילול הראשון כבוי במהלך הדגימה; (ב) תרסיס מדולל, רגע לפני הכניסה לתא החשיפה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 6: עמודה לדוגמה עם מתאמים מחוברים. לפני הדגימה, עמודת הדגימה מותנית מראש בחומצה גופרתית של 0.5 M לניתוח ניקוטין או איזופרופנול לניתוח טעם. מתאם הכניסה מחובר לזרימת האירוסול שנוצרה על ידי CAG ולמתאם היציאה למשאבת הוואקום. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 7: אפיון תרסיס שנוצר על ידי CAG וניתן לשחזורו. ריכוז ריכוזי ACM, ניקוטין, PG ו-VG על פני 10 תרסיסים ניסיוניים נפרדים פועלים עם אותה תמיסת בסיס נוזלית. ACM, 1105.45 ± 27.4 מיקרוגרם לליטר; ניקוטין, 20.16 ± 0.7 מיקרוגרם לליטר; VG, 227.15 ± 7.8 מיקרוגרם לליטר; PG, 656.59 ± 22.0 מיקרוגרם/L. פסי שגיאה מייצגים סטיית תקן. קיצורים: ACM, תרסיס שנאסף מסה; PG, פרופילן גליקול; VG, גליצרול. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 8: שינויים בהתפלגות גודל החלקיקים של אירוסול שנוצר תחת קצבי זרימת קירור שונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| בסיס (PG/VG/N) | טעם (PG / VG / N / F) | |
| רכיב | PG/VG/N (g/1000g) | PG/VG/N/F (g/1000g) |
| חומצה בנזואית | 3.33 | 3.33 |
| פ.ג. | 240.00 | 238.91 |
| מים | 150.00 | 150.00 |
| חומצה לקטית | 3.33 | 3.33 |
| חומצה אצטית | 3.33 | 3.33 |
| תערובת טעמים מעורבת | 0.00 | 1.20 |
| גליצרין | 560.01 | 559.90 |
| ניקוטין | 40.00 | 40.00 |
| סכום | 1000.00 | 1000.00 |
טבלה 1: רכיבי ניסוח מלאי E-liquid18
| פרוטוקול אירוסוליזציה | פרוטוקול דגימה | ||||
| פרמטרים | Undiluted | דל | פרמטרים | מיקום לא מלוטש A | מיקום מדולל B |
| טמפרטורת CAG (°C) | 250 | ||||
| זרימת משאבה (מ"ל/דקה) | 0.5 | 0.5 | זמן דגימה (מינימום) | 10 | 30 |
| זרימת אוויר מחוממת (L/min) | 2 | 2 | זרימת דגימה (ACM) (L/min) | 0.7 | 1.5 |
| זרימת אוויר קירור (L/min) | 10 | 10 | זרימת דגימה Extrelut (L/min) | 0.7 | 0.7 |
| דילול אוויר ראשון (L/min) | נה | 150 | קרבונילים של זרימת דגימה (L/min) | 0.7 | 0.7 |
| דילול אוויר שני (L/min) | נה | 160 | |||
| פסולת (L/min) | נה | 172 | |||
טבלה 2: פרמטרים של יצירת אירוסולים, דילול ודגימה
| קרבונילים | נוזל בסיס (PG/VG/ניקוטין) | תמיסת מלאי טעם ריכוז גבוה עם ניקוטין (PG/VG/ניקוטין/טעמים) |
||
| דגימת תרסיס לא מדוללת μg/L | דגימת תרסיס מדולל מיקרוגרם/ל' | דגימת תרסיס לא מדוללת μg/L | דגימת תרסיס מדולל מיקרוגרם/ל' | |
| אצטאלדהיד | 0.834 ± 0.096 | 0.119* | 45.346 ± 1.134 | 2.058 ± 0.202 |
| אצטון | < LOQ | < LOQ | < LOQ | < LOQ |
| אקרוליין | < LOQ | < LOQ | < LOQ | < LOQ |
| בוטיראלדהיד | < LOQ | < LOQ | 36.475 ± 0.996 | 1.557 ± 0.179 |
| קרוטונלדהיד | < LOQ | < LOQ | 0.052 ± 0.001 | < LOQ |
| פורמלדהיד | 0.731 ± 0.072 | 0.072 ± 0.023 | 0.158 ± 0.007 | 0.026 ± 0.004 |
| מתיל אתיל קטון | < LOQ | < LOQ | 0.570 ± 0.015 | < LOQ |
| Propionaldehyde | < LOQ | < LOQ | 0.085 ± 0.001 | < LOQ |
טבלה 3: קביעת קרבוניל בתרסיס שנוצר על ידי CAG. ערכים ממוצעים משלושה ייצור אירוסולים פועלים עם אותה תמיסת בסיס נוזלי בלבד ועם תערובת טעמים. רק מדגם אחד על פני שלוש ריצות היה בעל ערכים גדולים מהגבול התחתון של הכימות (LOQ) של השיטה.
| הגדרות (L/min) | קוטר טיפות אירוסול | ||
| זרימת קירור | זרימת דילול ראשונה | MMAD (מיקרומטר) | GSD |
| 10 | 160 | 1.47 ± 0.04 | 2.07 ± 0.01 |
| 20 | 150 | 4.03 ± 0.18 | 2.13 ± 0.04 |
| 30 | 140 | 4.74 ± 0.04 | 1.89 ± 0.02 |
| 40 | 130 | 5.35 ± 0.04 | 1.80 ± 0.01 |
| 50 | 120 | 5.23 ± 0.03 | 1.76 ± 0.01 |
טבלה 4: קביעת גודל חלקיקי האירוסול (קוטר טיפה) בתנאי זרימת אוויר שונים. קיצורים: MMAD, קוטר אווירודינמי חציוני המוני; GSD, סטיית תקן גיאומטרית.
Discussion
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.
Disclosures
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.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aluminium front cap | Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland | Custom Built | Purpose built, 1 x |
| Aluminium heating block, groove diameter 0.4mm | Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA | B-505432 | 2 x |
| Aluminium rear cap | Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland | Custom Built | 1 x |
| Cambridge glass filter pads | GE Healthcare UK Limited | 9703-9654 | 44 mm diameter |
| Capillary 21 G SS, 160 mm | Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA | 304H21RW | 1 x |
| Dry wipes | Contec Inc. , SC, USA | Prosat Wipes saturated with isopropyl alcohol | cleaning material |
| Flowmeter | TSI, Shoreview, MI, USA | 4100 Series, 0-20 L/min | or equivalent |
| Gilibrator-2 calibrator | Sensidyne, St-Petersburg FL, USA | Gilian Gilibrator-2 | Air flow calibrator |
| Glass Couplings | Labo Service, Kontich, Belgium | QVF | |
| Glass piping | Labo Service, Kontich, Belgium | QVF | Pipe 25 and 40 mm |
| Heating elements | Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA | LDC01864 | 4 x |
| High heat grease | Lubriplate Lubricant Company, NJ, USA | High temperature multipurpose grease | CAG maintenance |
| Inner PEEK tube | Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland | Custom Built | 1 x |
| Magnetic stirrer | IKA-Werke GmbH & Co. KG, Staufen, Germany | C-MAG HS 4 | or equivalent |
| Micro impingers | Labo Service, Kontich, Belgium | Custom Built | |
| Outer SS tube | Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland | Custom Built | 1 x |
| PEEK adaptor | Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland | Custom Built | Purpose built, 1 x |
| Peristaltic pump | Watson-Marlow Fluid Technology Group, Falmouth, UK | Watson-Marlow 530 U | or equivalent |
| Push-in fitting | Festo Pte Ltd | NPQM-DK-M5-Q4-P10 | 1 x |
| Sample Column Extrelut NT3 cartridge | Merk Sigma-Aldrich | 115095 | |
| SS 25 mm assembly cap | Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland | Custom Built | Purpose built, 1 x |
| SS M8 lead screw | Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland | Custom Built | 3 x |
| SS M8 nut | Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland | Custom Built | 3 x |
| SS rear backing | Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland | Custom Built | Purpose built, 1 x |
| Temperature controller | Cole Parmer GmbH, Wertheim, Germany | Digi-Sense TC 9600 | or equivalent |
| Thermocouple type K | RS Components GmbH, Wädenswil, Switzerland | 814-0147 | 1 x |
References
- Williams, M., Talbot, P. Variability among electronic cigarettes in the pressure drop, airflow rate, and aerosol production. Nicotine and Tobacco Research. 13 (12), 1276-1283 (2011).
- Farsalinos, K. E., Voudris, V., Poulas, K. E-cigarettes generate high levels of aldehydes only in 'dry puff' conditions. Addiction. 110 (8), 1352-1356 (2015).
- Werley, M. S., et al. Toxicological assessment of a prototype e-cigaret device and three flavor formulations: a 90-day inhalation study in rats. Inhalation Toxicology. 28 (1), 22-38 (2015).
- Werley, M. S., et al. Non-clinical safety and pharmacokinetic evaluations of propylene glycol aerosol in Sprague-Dawley rats and Beagle dogs. Toxicology. 287 (1-3), 76-90 (2011).
- Werley, M. S., et al. Prototype e-cigarette and the capillary aerosol generator (CAG) comparison and qualification for use in subchronic inhalation exposure testing. Aerosol Science and Technology. 50 (12), 1284-1293 (2016).
- Williams, M., Villarreal, A., Bozhilov, K., Lin, S., Talbot, P. Metal and silicate particles including nanoparticles are present in electronic cigarette cartomizer fluid and aerosol. PLoS One. 8 (3), 57987 (2013).
- Bekki, K., Uchiyama, S., Ohta, K., Inaba, Y., Kunugita, N. Carbonyl compounds generated from electronic cigarettes. International Journal of Environmental Research and Public Health. 11 (11), 11192-11200 (2014).
- Flora, J. W., et al. Characterization of potential impurities and degradation products in electronic cigarette formulations and aerosols. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 74, 1-11 (2016).
- European Commission. Tobacco Products Directive. Directive 2014/40/EU of the European Parliament and of the Council on 3 April 2014. , Available from: https://ec.europa.eu/health/sites/health/files/tobacco/docs/dir_201440_en.pdf (2014).
- Farsalinos, K. E., Le Houezec, J. Regulation in the face of uncertainty: the evidence on electronic nicotine delivery systems (e-cigarettes). Risk Management and Healthcare Policy. 8, 157-167 (2015).
- McNeill, A., Brose, L., Calder, R., Bauld, L., Robson, D. Evidence review of e-cigarettes and heated tobacco products 2018. A report commissioned by Public Health England. Public Health England. , London. (2018).
- Howell, T. M., Sweeney, W. R. Aerosol and a method and apparatus for generating an aerosol. US Patent. , US5743251 (1998).
- Dutra, L. M., Grana, R., Glantz, S. A. Philip Morris research on precursors to the modern e-cigarette since 1990. Tobacco Control. 26, 97-105 (2017).
- Gupta, R., Hindle, M., Byron, P. R., Cox, K. A., McRae, D. D. Investigation of a novel Condensation Aerosol Generator: solute and solvent effects. Aerosol Science and Technology. 37 (8), 672-681 (2003).
- Geiss, O., Bianchi, I., Barrero-Moreno, J. 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. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 219 (3), 268-277 (2016).
- Hong, J. N., Hindle, M., Byron, P. R. Control of particle size by coagulation of novel condensation aerosols in reservoir chambers. Journal of Aerosol Medicine. 15 (4), 359-368 (2002).
- Taylor, G., Warren, S., McRae, D., Venitz, J. Human deposition and exposure studies with propylene glycol aerosols produced using the CAG technology platform. Respiratory Drug Delivery. 1, 183-190 (2006).
- Wong, E. T., et al. 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. Archive of Toxicology. 95 (5), 1805-1829 (2021).
- Shen, X., Hindle, M., Byron, P. R. Effect of energy on propylene glycol aerosols using the capillary aerosol generator. International Journal of Pharmaceutics. 275 (1-2), 249-258 (2004).
- Phillips, B., et al. 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. Food and Chemical Toxicology. 109, 315-332 (2017).
- Hindle, M., Cox, K. A., Gupta, R. Adding pharmaceutical flexibility to the capillary aerosol generator. Proceedings of Respiratory Drug Delivery IX. (Volume III). , River Grove, IL. ISBN 1-930114-63-X, www.RDDOnline.org 247-253 (2004).
