استخدام مولد الهباء الجوي الشعري في الإنتاج المستمر للهباء الجوي الخاضع للرقابة للدراسات غير السريرية
April 12th, 2022
يصف البروتوكول إعدادات واستخدام مولد الهباء الجوي الشعري للإنتاج المستمر للهباء الجوي الخاضع للرقابة من محلول سائل متعدد الأنواع ، مناسب لتوصيل الهباء الجوي الكبير الحجم بشكل ثابت (على سبيل المثال ، في دراسات استنشاق الجسم الحي ).
CAG مفيد للتوليد الحراري المستمر والقابل للتكرار من الهباء الجوي بكميات كبيرة ، مثل دراسات سمية الاستنشاق في الجسم الحي ، حيث لا يمكن استخدام المنتجات الاستهلاكية أو أجهزة الاستنشاق. يسمح استخدام CAG للتجريبيين بالتحكم بدقة في العوامل التي تؤثر على كيمياء جزيئات الهباء الجوي وخصائصها الفيزيائية ، مثل درجة الحرارة وتكوين السائل ومعدلات تدفق السائل وتدفقات الهواء. يتبخر السائل الموجود في CAG ، مما ينتج أبخرة فائقة التشبع تبرد على الفور عند ملامستها لتدفق الهواء ، مما يؤدي إلى نواة متجانسة ، وبالتالي عمليات تكثيف تشكل جزيئات الهباء الجوي.
يعطي البروتوكول المقدم نظرة ثاقبة على تجميع وتعقيد استخدام CAG للغرض العام لتوليد الهباء الجوي. كمثال عملي ، يتم استخدام اختبار تركيبة سائلة نموذجية موجودة في مخاليط السجائر الإلكترونية. ابدأ بوضع الشعيرات الدموية في الأخدود الشعري لكتل تسخين الألومنيوم مع بروز نهاية الإخراج بحوالي خمسة ملليمترات.
شد مسامير نصفي كتل تسخين الألومنيوم برفق. بعد ذلك ، قم بتجميع عناصر التسخين والمزدوجات الحرارية في كتل تسخين الألومنيوم مع الأسلاك البارزة من خلال الغطاء الخلفي من الألومنيوم. قم بتركيب تركيبات الدفع ، مما يضمن تثبيت تركيبات الدفع 2 × 4 ملم بإحكام على أنبوب SS الخارجي.
ضع حلقات O على الأخاديد من أنبوب الذروة الداخلي وأدخل أنبوب الذروة الداخلي في أنبوب SS الخارجي من الواجهة الأمامية. قم بتمرير مجموعة أنبوب SS الداخلية / الخارجية فوق عناصر تسخين الألومنيوم المجمعة لتتناسب بإحكام مع الدعم الخلفي SS. بعد ذلك ، ضع الغطاء الأمامي من الألومنيوم فوق جسم تسخين الألومنيوم داخل أنبوب الذروة الداخلي.
تأكد من أن الشعيرات الدموية بارزة قليلا من الغطاء الأمامي من الألومنيوم. ضع محول الذروة فوق مقدمة أنبوب الذروة الداخلية. تأكد من أن محول الذروة يتناسب مع الأخدود الأمامي لأنبوب الذروة الداخلي.
ضع الاقتران فوق محول الذروة. قم بتشديد المكسرات يدويا فوق الاقتران ، بحيث يكون محول الذروة ضيقا. قم بتوصيل عناصر التسخين بوحدة التحكم في درجة الحرارة ، والمزدوجات الحرارية لوحدة التحكم في درجة الحرارة إلى CAG ، والأنابيب من المضخة التمعجية إلى CAG.
قم بتوصيل الهواء المضغوط لتدفق الهواء الساخن بمولد الهباء الجوي الشعري عبر تركيبات الدفع 2 × 4 ملم. قم بتجميع مولد الهباء الجوي الشعري على القطعة الزجاجية وقم بتوفير تدفق هواء التخفيف إلى قيم محددة مسبقا. استنادا إلى الحسابات النظرية الموصوفة في مخطوطة النص ، قم بإجراء العمليات الهندسية الأولية لتحديد التركيز الفعلي المكون للهباء الجوي والحصول على العائد الفعلي لمولد الهباء الجوي الشعري.
قم بإجراء مزيد من الضبط الدقيق لتركيز الهباء الجوي باستخدام نفس الحسابات لضبط إجمالي تدفق الهواء المخفف أو معدل تدفق السائل. إن استخدام محلول يحتوي على 2٪ من النيكوتين ومعدل تدفق سائل يبلغ 0.35 جرام في الدقيقة مع تركيز هباء هوائي من النيكوتين يقاس يبلغ 15 ميكروغرام لكل لتر عند تدفق هواء مخفف إجمالي يبلغ 320 لترا في الدقيقة سيؤدي إلى تحقيق 68.57٪ من العائد الفعلي للنيكوتين. قم بوزن وتسجيل قيمة سائل الاختبار والتحريك المغناطيسي والزجاجة إلى أقرب 0.01 جرام.
يتم إعداد تركيبات المخزون السائل بمكونات موصوفة في مخطوطة النص. اضبط نقطة ضبط التحكم في درجة الحرارة على وحدة التحكم الرقمية في درجة الحرارة على 250 درجة مئوية وابدأ في تسخين مولد الهباء الجوي الشعري. ضع محلول المخزون السائل بقضيب تحريك مغناطيسي على مقلب مغناطيسي.
ضع أنبوب المدخل من المضخة التمعجية في محلول الاختبار. قم بتشغيل المضخة التمعجية واضبط معدل تدفق السائل على 5٪ عندما تصل درجة الحرارة إلى 250 درجة ، ابدأ توليد الهباء الجوي عن طريق بدء تشغيل المضخة التمعجية لتوصيل سائل الاختبار إلى مولد الهباء الجوي الشعري. تحقق من أن الهباء الجوي يتم توليده بالقرب من الطرف الشعري وسجل الوقت حسب الضرورة لحساب معدل تدفق الكتلة.
ضع مرشحا في حامل الفلتر وضع أغطية الفلتر. قم بوزن حامل الفلتر إلى أقرب 0.0001 جرام باستخدام الفلتر قبل جمع العينات وقم بتوثيق الوزن. قم بتوصيل حامل الفلتر الذي يحتوي على المرشح بتدفق الهباء الجوي وابدأ في جمع العينات.
بعد جمع العينة، قم بوزن المرشح باستخدام حامل المرشح وأغطية الترشيح وقم بتوثيق الوزن النهائي. احسب الكتلة التي تم جمعها من الهباء الجوي باستخدام الصيغة المذكورة في مخطوطة النص. الآن ، قم بإزالة لوحة المرشح من حامل المرشح وإيداعها في قارورة زجاجية تحتوي على خمسة ملليلترات من الإيثانول.
استخرج الكتلة التي تم جمعها من الهباء الجوي عن طريق هز لوحة المرشح على شاكر المختبر لمدة 30 دقيقة بمعدل 400 دورة في الدقيقة. أكد التوصيف الكيميائي للهباء الجوي الناتج عن CAG درجة عالية من التكاثر تحت نفس التسخين والتبريد وتدفقات الهواء المخففة وظروف أخذ العينات ، مع انحراف معياري نسبي قدره 2.48٪ للكتلة التي تم جمعها من الهباء الجوي ، و 3.28٪ للنيكوتين ، و 3.43٪ للجليسرين ، و 3.34٪ للبروبيلين غليكول. لوحظ التأثير الأكبر على حجم الجسيمات عند تغيير تدفق التبريد من 10 إلى 20 لترا في الدقيقة وتدفق التخفيف الأول من 160 إلى 150 لترا في الدقيقة.
زاد حجم القطر الديناميكي الهوائي المتوسط لجزيئات الهباء الجوي مع زيادة معدلات تدفق التبريد. تم تحويل توزيع القطر الديناميكي الهوائي لجزيئات الهباء الجوي بوضوح نحو أقطار أكبر عند مقارنة الهباء الجوي المتولد عند تدفق تبريد 10 لترات في الدقيقة مع تلك المتولدة عند 20 إلى 50 لترا في الدقيقة. يسمح تركيز الهباء الجوي المستهدف المقصود ، إلى جانب تضمين معدل تدفق الهواء وقيم معدل تدفق السائل ، للمشغلين بحساب العوائد من إعداد CAG تجريبيا.
بعد هذا الإجراء ، يمكن اختبار مخاليط سائلة أخرى في ظل ظروف مماثلة أو متغيرة تسمح للباحثين بفهم أفضل تجريبيا لتغيرات الخصائص الفيزيائية والكيميائية التي تحدث من خلال الهباء الجوي الساخن.
نظرة عامة
يحدد هذا البروتوكول استخدام مولد الهباء الجوي الشعري (CAG) للإنتاج المستمر للهباء الجوي من محلول سائل متعدد الأنواع. وهو مناسب بشكل خاص لتسليم الهباء الجوي بكميات كبيرة في دراسات استنشاق in vivo.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- توليد الهباء الجوي
- تأثير الهباء الجوي على الصحة
- تطوير بروتوكول تجريبي
الخلفية
- يسمح مولد الهباء الجوي الشعري بالتحكم الدقيق في خصائص الهباء الجوي.
- تم تصميمه للاستخدام في التطبيقات التي لا تكون فيها أجهزة الاستنشاق التقليدية عملية.
- يتضمن البروتوكول إرشادات تجميع مفصلة لجهاز مولد الهباء الجوي الشعري.
- يتم توضيح الاختبار باستخدام تركيبات سائل السجائر الإلكترونية.
هدف الدراسة
- توفير طريقة موثوقة لتوليد الهباء الجوي لدراسات الاستنشاق.
- تمكين الباحثين من التحكم في خصائص جسيمات الهباء الجوي بشكل فعال.
- تسهيل دراسة سلوك الهباء الجوي في ظل ظروف مختلفة.
الطرق المستخدمة
- تجميع مكونات مولد الهباء الجوي الشعري.
- التسخين وتعديل معدل تدفق السائل لتوليد الهباء الجوي.
- جمع وتحليل عينات الهباء الجوي.
- توصيف خصائص الهباء الجوي والعوائد.
النتائج الرئيسية
- إعادة إنتاج عالية لتوليد الهباء الجوي في ظل ظروف خاضعة للرقابة.
- تأثير تبريد وتدفق الهواء على حجم الجسيمات لوحظ.
- نتائج كمية لتركيز الهباء الجوي للنيكوتين تم تحقيقها.
- تسمح الطريقة باختبار مخاليط سائلة مختلفة في ظل ظروف مختلفة.
الاستنتاجات
- يعد مولد الهباء الجوي الشعري أداة متعددة الاستخدامات لتوليد الهباء الجوي في البحث.
- يمكن تخصيص الظروف التجريبية لتلبية احتياجات البحث المحددة.
- تساهم النتائج في فهم أفضل لديناميات الهباء الجوي.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
The capillary aerosol generator (CAG) enables reproducible, continuous aerosol production for in vivo inhalation toxicology studies where consumer devices are impractical. It provides precise control over aerosol chemistry and particle size through adjustable liquid flow, heating temperature, and dilution air, supporting mechanistic de-risking in early respiratory toxicology assessment. This capability enhances predictive confidence in formulation screening and portfolio triage for inhaled therapeutics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables controlled exposure to test compounds via aerosol to interrogate respiratory tract hypotheses and pathway engagement.
- Operational Value: Delivers consistent aerosol concentrations and particle size distributions across replicates, reducing variability in target engagement readouts.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates aerosols with defined nicotine, glycerol, and propylene glycol concentrations to establish dose-response relationships in pulmonary assays.
- Operational Value: Achieves high reproducibility (RSD <3.5%) for aerosol-collected mass and key constituents under fixed parameters, supporting assay standardization.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates scaling of aerosol exposure from bench to in vivo studies while maintaining physicochemical similarity to electronic cigarette emissions.
- Operational Value: Allows systematic adjustment of cooling and dilution airflow to optimize mass-median aerodynamic diameter for regional lung deposition studies.
Pipeline & Workflow Integration
The CAG fits within the discovery continuum from formulation screening to inhalation toxicology, enabling iterative refinement of liquid compositions based on aerosol output metrics.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of aerosolized compounds on cellular targets by delivering quantifiable, reproducible doses.
- Screening: Provides assay-ready aerosol streams with tunable particle size and concentration for high-content pulmonary screening.
- Analytics: Delivers quantitative outputs including aerosol-collected mass, nicotine yield, and particle size distribution for comparative condition analysis.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to in vivo inhalation studies through controlled aerosol generation that mimics device emissions.
- Enterprise Reuse: Serves as a reusable platform for testing diverse e-liquid or therapeutic formulations under standardized aerosolization conditions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in inhalation studies by enabling precise control over aerosol composition and particle size.
- Operational Value: Ensures reproducibility and scalability of aerosol generation for multi-lab or longitudinal toxicology programs.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in inhaled therapeutic development by providing reliable exposure data early in the pipeline.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of formulations based on reproducible aerosol yield and deposition characteristics.
Implementation Considerations
- Requires expertise in aerosol science, thermal evaporation principles, and inhalation toxicology protocols.
- Needs precision instrumentation including peristaltic pumps, temperature controllers, flow meters, and filter-based sampling systems.
- Demands cross-team standardization of liquid formulation preparation, heating profiles, and airflow settings for consistent results.
- Involves adaptation considerations when extending to non-nicotine therapeutic aerosols or varying solvent systems.
- Limited by inability to assess device-specific issues such as overheating of electronic cigarette components, focusing instead on aerosol generation fidelity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:08
CAG System Assembly
3:14
Calculation of CAG Aerosol Concentration and Dilution
4:12
CAG Aerosol Generation
5:28
Determination of Aerosol Collected Mass (ACM)
6:32
Results: Reproducibility and Particle Size Distribution of CAG Generated Aerosols
7:49
Conclusion
