Name: 毛细管气溶胶发生器在连续生产受控气溶胶中的应用，用于非临床研究 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-04-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 33 s
Description: 了解毛细管气溶胶发生器（CAG）的组装与操作方法，用于连续生成可控气溶胶以开展体内吸入毒理学研究。该方法可精确调控温度、液体流速及气流参数，实现高重复性的气溶胶制备与特性分析。

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1. CAG 系统组装
<ol>
	<li>CAG的组装
	<ol>
		<li>将毛细管置于铝制加热块的毛细管槽中，使输出端突出约5 mm。</li>
		<li>轻轻拧紧铝制加热块两半部分的螺丝。</li>
		<li>将加热元件（a）和热电偶（b）安装到铝制加热块（c）中，使导线从铝制后盖（d）穿出图 4A).</li>
		<li>确保加热元件的导线已连接至适配器，并保持导线处于伸直状态。</li>
		<li>将内层PEEK管（g）与外层不锈钢管（e）组装在一起。确保两个4 mm的卡套式接头（f）牢固地紧固在外层不锈钢管（e）上（图4B).</li>
		<li>将O形圈（3 × 30 mm）安装至内层PEEK管（g）的两个凹槽中，然后从前端将内层PEEK管（g）插入外层SS管（e）内。</li>
		<li>将组装好的铝制加热元件放置在不锈钢后垫板（i）上，铝制后端盖朝向不锈钢后垫板（i），然后将内层PEEK/外层不锈钢管组件从铝制加热元件一端滑入，直至与不锈钢后垫板（i）紧密贴合图4C).</li>
		<li>将铝制前盖（h）安装在铝制加热元件上，并置于内层PEEK管内部。确保毛细管略微从铝制前盖中伸出。将三根不锈钢引线螺钉（j）安装在不锈钢后垫圈周围，并牢固拧紧。</li>
		<li>将PEEK接头（k）套在内层PEEK管前端，确保PEEK接头卡入内层PEEK管前端的凹槽中。将25 mm定时器（l）套在PEEK接头外，并穿过三根不锈钢导向螺钉。用手拧紧定时器上的螺母，使PEEK接头固定牢固图4D).</li>
		<li>将加热元件连接至温度控制器，将毛细管连接至蠕动泵和测试液体溶液。</li>
		<li>将压缩空气连接至CAG以提供加热气流 通过 2 x 4 mm 推入式接头（图4B，[f]。</li>
		<li>将CAG与玻璃部件组装，并连接CAG冷却气流和一级稀释空气流（处理过的空气）； 图3）。必要时添加第二个稀释气流入口，以及气溶胶采样口和调节用T型接头（图5).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>CAG 清洁程序
	<ol>
		<li>从CAG玻璃组件装置中取出CAG，并用干抹布擦拭玻璃，直至玻璃表面明显干燥。</li>
		<li>观察CAG毛细管的输出是否存在堵塞。若在毛细管出口处观察到颗粒沉积，则更换毛细管。同样，当发现气溶胶输送量减少时，应更换新的毛细管。</li>
		<li>按照步骤 1.1.9 至 1.1.1 拆卸 CAG。</li>
		<li>更换毛细管后，按照步骤 1.1.1 至 1.1.9 重新组装 CAG。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. CAG 气溶胶浓度与稀释度的计算
<ol>
	<li>总稀释因子（TDF）的理论计算
	<ol>
		<li>根据液体配方的浓度（此处称为储备溶液/浓度）和液流速率（LFR）计算TDF： 
		<img alt="TDF计算公式，公式为TDF=(CStock×10^6×LFR)/CTarget，用于化学分析。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 1"> 
		TDF：总稀释空气流量（L/min） 
		CStock：储备液浓度（2%，w/w） 
		LFR：液流速率（g/min） 
		CTarget：目标浓度（µg/L）</li>
		<li>使用含2%（w/w）尼古丁的溶液，目标尼古丁气溶胶浓度为15 µg/L，LFR为0.35 g/min，假设产率为100%，则结果如下： 
		<img alt="TDF计算公式，展示化学分析方程中重量百分比的使用。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq02.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 2"> 
		<img alt="TDF计算公式，TDF=466.67(L/min)，用于流体动力学分析的详细方程。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq03.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 3"></li>
	</ol>
	</li>
	<li>液流速率（LFR）的理论计算
	<ol>
		<li>根据液体储备溶液的浓度和总稀释空气流量（TDF）计算LFR： 
		<img alt="用于计算实验室溶液浓度的LFR公式；化学方程式；教育参考。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq04.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 4"> 
		LFR：液流速率（g/min） 
		CTarget：目标浓度（µg/L） 
		TDF：总稀释空气流量（L/min） 
		CStock：储备液浓度（%，w/w）</li>
		<li>使用含2%（w/w）尼古丁的溶液，目标尼古丁气溶胶浓度为15 µg/L，TDF为300 L/min，假设产率为100%，则结果如下： 
		<img alt="液流速率计算，LFR公式，参数为µg/L和L/min，用于化学分析。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq05.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 5"> 
		<img alt="LFR方程，流速计算，单位g/min，静态分析，实验结果，科学数据。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq11.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 11"></li>
	</ol>
	</li>
	<li>基于实验数据的实际产率（%）计算
	<ol>
		<li>根据上述理论计算，进行初步工程运行，以量化实际气溶胶组分浓度（CActual），并获得CAG气溶胶的实际产率（AY）。通过使用相同计算方法调整TDF或LFR，进一步微调气溶胶浓度。 
		<img alt="AY计算公式，变量包括C_actual、TDF、C_stock、LFR；化学分析方法。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq06.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 6"> 
		AY：实际产率（%） 
		CActual：实际气溶胶组分浓度（µg/L） 
		TDF：总稀释空气流量（L/min） 
		CStock：储备液浓度（%，w/w） 
		LFR：液流速率（g/min）</li>
		<li>使用含2%（w/w）尼古丁的溶液，测得尼古丁气溶胶浓度为15 µg/L，TDF为320 L/min，LFR为0.35 g/min，则尼古丁的实际产率（AY）如下： 
		<img alt="用于分析化学产率计算的AY公式；含单位的表达式，结果为百分比。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq07.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 7"> 
		<img alt="化学产率公式，AY=68.57%，用于方程中；分析反应效率结果。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq08.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 8"></li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. CAG 气溶胶生成
<ol>
	<li>启动气溶胶生成
	<ol>
		<li>称量并记录测试液体、磁力搅拌器及瓶子的质量，精确至0.01 g。液体储备液的配制成分见表1。</li>
		<li>设定相应的气流参数（±5%）（图5）： 
		加热气流：2 L/min 
		冷却气流：10 L/min 
		第一级稀释气流：150 L/min 
		第二级稀释气流：160 L/min 
		废气气流：172 L/min</li>
		<li>将数字温度控制器的温度设定值设为250 °C，开始对CAG进行加热。</li>
		<li>将含有磁力搅拌子的液体储备溶液置于磁力搅拌器上，并将蠕动泵的进样管插入测试溶液中。</li>
		<li>开启蠕动泵，并将流速设定为LFR ±5%（g/min）。</li>
		<li>当CAG温度达到250 ± 1 °C时，启动蠕动泵向CAG输送测试液体，开始生成气溶胶。</li>
		<li>检查毛细管尖端附近是否产生气溶胶，并根据需要记录时间以计算质量流速。若未产生气溶胶，请重新检查所有设备和设置。若仍无气溶胶生成，则极有可能是毛细管堵塞，需更换毛细管。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>气溶胶生成过程中
	<ol>
		<li>每60分钟排空一次玻璃装置中冷凝的液体，以确保气溶胶生成的持续性和稳定性。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>停止气溶胶生成
	<ol>
		<li>将管路从测试液瓶中取出，切换至去离子水，并记录时间以计算质量流速。</li>
		<li>待毛细管出口出现水蒸气后，关闭温度控制器，但保持蠕动泵运行至少10分钟，以冲洗和清洁毛细管。</li>
		<li>称量并记录测试液体及瓶子的质量，精确至0.01 g，并使用以下公式计算质量流速： 
		<img alt="质量流速公式；起始质量减去最终质量除以时间；流速计算公式。" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq09v2.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式9"></li>
		<li>关闭用作加热气流的压缩空气。</li>
		<li>如有必要，将CAG从组装装置中拆下，用干抹布清洁玻璃管路，并重新组装CAG。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 成分的分析测定
注意：气溶胶采样在两个位置进行：a）未稀释气溶胶（未稀释采样期间，第一级稀释空气和第二级稀释气流均关闭）；b）完全稀释气溶胶（所有稀释条件均开启）（图5）。在每个采样位置 a 和 b 处最多可提供三个采样端口，可用于同时采集气溶胶微生物（ACM）样品，以及连接其他设备或探头以分析气溶胶特性。采样管路垂直于气溶胶流动方向安装，并连接至真空泵，以便抽取一定体积的气溶胶（具体体积取决于泵的流速和采样时间）。
<ol>
	<li>气溶胶收集质量（ACM）的测定 
	注意：气溶胶的颗粒相被截留在玻璃纤维滤膜垫上（直径：44 mm，颗粒保留尺寸： 1.6 µm)。为尽量减少挥发性组分蒸发导致的称量损失，采样前后均使用滤膜夹称量ACM质量。
	<ol>
		<li>将滤膜放入滤膜 holder 中，并安装滤膜盖。</li>
		<li>在采样前，将带有滤膜的滤膜夹称重至最接近的 0.0001 g，并记录重量。</li>
		<li>将装有滤膜的滤膜 holder 连接到气溶胶气流，开始采集样品。</li>
		<li>样品采集后，称量带有滤膜 holder 和盖子的滤膜，并记录最终重量。</li>
		<li>使用以下公式计算 ACM： 
		<img alt="气溶胶浓度方程 ACM；公式：(Wa-Wb)/Vaerosol × 10^6；科研计算" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq10.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 10"> 
		ACM：ACM 的浓度（µg/L) 
		Wb滤膜及滤膜 holder 采样前的质量（g），精确至 0.0001 g 
		Wa滤膜及滤膜 holder 采样后的质量（g），精确至 0.0001 g 
		V气溶胶：通过滤膜的气溶胶体积（L），通过以下公式计算： 
		采样时间（min）× 采样流量（L/min）</li>
		<li>将滤膜从滤器中取出，放入含有5 mL乙醇的25 mL玻璃小瓶中。在实验室摇床中以400 rpm振荡30分钟，以提取ACM。</li>
		<li>将25 mL玻璃小瓶在290 x g下离心5分钟 g 并收集上清液用于PG/VG和尼古丁颗粒相的定量分析。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>尼古丁（或香料）浓度的测定 
	注意：气溶胶被截留在含有特殊处理的宽孔硅藻土的样品柱中，硅藻土是一种化学惰性基质，可在 pH 1 至 13 范围内使用（图6).
	<ol>
		<li>在开始气溶胶样品采集前15分钟内制备样品柱。
		<ol>
			<li>为测定尼古丁浓度，加入2 mL 0.5 M硫酸；为测定香料成分，加入2 mL异丙醇。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>检查采样流量。
		<ol>
			<li>打开真空泵，使用可精确至 1 ccm/min 的校准流量设备，连接采样柱至采样管路后检测流速。通过针阀调节流速至 700 ccm/min ± 5% 范围内。</li>
			<li>关闭真空泵。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>样本采集
		<ol>
			<li>根据样品柱的进样端和出样端，将两个接头添加到样品柱上（图6）。将管子连接至真空采样管线 通过 出口适配器</li>
			<li>将样品柱组件连接至取样口 通过 进口适配器。</li>
			<li>开启真空泵以开始样品采集。</li>
			<li>记录采样开始时间。</li>
			<li>在预设的采样时间后（未稀释的采样点A为10分钟，稀释的采样点B为30分钟），关闭真空泵并记录时间。</li>
			<li>从采样口卸下样品柱。</li>
			<li>从样品柱上取下接头，用封膜密封样品柱，以防止因蒸发或污染造成的样品损失。根据相应的样品名称标记样品柱。</li>
			<li>将密封的样品柱置于冰箱中（2-8 °C直至分析前保存。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>羰基浓度的测定 
		注意：羰基化合物被串联连接在装有溶解于乙腈的2,4-二硝基苯肼（DNPH）的微型冲击式吸收管的玻璃纤维滤膜上捕获。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>捕获前的准备
	<ol>
		<li>向微型冲击式吸收管中加入10 mL乙腈中的15 mM DNPH溶液。
		<ol>
			<li>制备滤纸垫（见第4.1段）。</li>
			<li>检查采样流量</li>
		</ol>
		</li>
		<li>打开真空泵，使用经校准的流量设备检查采样管路的流速，该设备精度应达到1 ccm/min。通过针阀将流速调节至700 ccm/min ± 5%范围内。
		<ol>
			<li>关闭真空泵。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>样本采集
		<ol>
			<li>将连接至微型冲击式采样瓶的滤膜 holder 与采样口相连。</li>
			<li>将真空采样管连接到微型冲击式吸收管的出口。</li>
			<li>开启真空泵以开始样品采集。</li>
			<li>记录采样开始时间。</li>
			<li>在预设的采样时间后（未稀释采样点 a 为 10 分钟，稀释采样点 b 为 30 分钟），关闭真空泵并记录时间。</li>
			<li>将采样捕集器从采样口断开。</li>
			<li>将冲击式吸收管中的液体排入玻璃小瓶中，用乙腈将DNPH溶液定容至10 mL。</li>
			<li>称量滤垫重量，然后在DNPH-乙腈溶液中振荡提取。提取后弃去滤垫。</li>
			<li>取1 mL羰基-DNPH溶液，加入 50 µL 加入吡啶以稳定溶液。</li>
			<li>将分装样品储存在 ≤-80°C 的冰箱中12 °C 直至分析前。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Williams, M., Talbot, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Variability+among+electronic+cigarettes+in+the+pressure+drop%2C+airflow+rate%2C+and+aerosol+production%5BTitle%5D)+AND+%22Nicotine+and+Tobacco+Research%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((E-cigarettes+generate+high+levels+of+aldehydes+only+in+%27dry+puff%27+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Addiction%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Toxicological+assessment+of+a+prototype+e-cigaret+device+and+three+flavor+formulations%3A+a+90-day+inhalation+study+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Inhalation+Toxicology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Non-clinical+safety+and+pharmacokinetic+evaluations+of+propylene+glycol+aerosol+in+Sprague-Dawley+rats+and+Beagle+dogs%5BTitle%5D)+AND+%22Toxicology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Prototype+e-cigarette+and+the+capillary+aerosol+generator+%28CAG%29+comparison+and+qualification+for+use+in+subchronic+inhalation+exposure+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Metal+and+silicate+particles+including+nanoparticles+are+present+in+electronic+cigarette+cartomizer+fluid+and+aerosol%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Carbonyl+compounds+generated+from+electronic+cigarettes%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Environmental+Research+and+Public+Health%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Characterization+of+potential+impurities+and+degradation+products+in+electronic+cigarette+formulations+and+aerosols%5BTitle%5D)+AND+%22Regulatory+Toxicology+and+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Characterization of potential impurities and degradation products in electronic cigarette formulations and aerosols.</a> Regulatory Toxicology and Pharmacology. 74, 1-11 (2016).</li>
<li>European Commission. 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/pubmed?term=((Regulation+in+the+face+of+uncertainty%3A+the+evidence+on+electronic+nicotine+delivery+systems+%28e-cigarettes%29%5BTitle%5D)+AND+%22Risk+Management+and+Healthcare+Policy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Evidence+review+of+e-cigarettes+and+heated+tobacco+products+2018.+A+report+commissioned+by+Public+Health+England%5BTitle%5D)+AND+%22Public+Health+England%22%5BJournal%5D)">Evidence review of e-cigarettes and heated tobacco products 2018. A report commissioned by Public Health England.</a> Public Health England. , London. (2018).</li>
<li>Howell, T. M., Sweeney, W. R. Aerosol and a method and apparatus for generating an aerosol. US Patent. , US5743251 (1998).</li>
<li>Dutra, L. M., Grana, R., Glantz, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Philip+Morris+research+on+precursors+to+the+modern+e-cigarette+since+1990%5BTitle%5D)+AND+%22Tobacco+Control%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Investigation+of+a+novel+Condensation+Aerosol+Generator%3A+solute+and+solvent+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?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%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Hygiene+and+Environmental+Health%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Control+of+particle+size+by+coagulation+of+novel+condensation+aerosols+in+reservoir+chambers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Medicine%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Human+deposition+and+exposure+studies+with+propylene+glycol+aerosols+produced+using+the+CAG+technology+platform%5BTitle%5D)+AND+%22Respiratory+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+6-month+inhalation+toxicology+study+in+Apoe+-%2F-+mice+demonstrates+substantially+lower+effects+of+e-vapor+aerosol+compared+with+cigarette+smoke+in+the+respiratory+tract%5BTitle%5D)+AND+%22Archive+of+Toxicology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Effect+of+energy+on+propylene+glycol+aerosols+using+the+capillary+aerosol+generator%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Toxicity+of+the+main+electronic+cigarette+components%2C+propylene+glycol%2C+glycerin%2C+and+nicotine%2C+in+Sprague-Dawley+rats+in+a+90-day+OECD+inhalation+study+complemented+by+molecular+endpoints%5BTitle%5D)+AND+%22Food+and+Chemical+Toxicology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Adding+pharmaceutical+flexibility+to+the+capillary+aerosol+generator%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+Respiratory+Drug+Delivery+IX.+%28Volume+III%29%22%5BJournal%5D)">Adding pharmaceutical flexibility to the capillary aerosol generator.</a> Proceedings of Respiratory Drug Delivery IX. (Volume III). , River Grove, IL. ISBN 1-930114-63-X, www.RDDOnline.org 247-253 (2004).</li>
</ol>

本文所述方法及特定的CAG组装方式已针对电子烟液产生的气溶胶评估而开发，以满足以下要求 体内 暴露研究。所有作者均为菲利普莫里斯国际公司（Philip Morris International, PMI）的雇员，或曾依据合同协议为PMI工作。菲利普莫里斯国际公司是本研究的唯一资助方和赞助方。

使用CAG生成气溶胶有助于减少电子烟设备特异性气溶胶化过程的变异性，从而实现对气溶胶化电子烟液配方本身的客观且可控的评估。研究表明，CAG生成的气溶胶能够代表电子烟（ECs）所产生的气溶胶7。这些气溶胶可重复地以相同的组成和特性进行生成，因此特别适用于需要在较长时间内产生大量气溶胶的体内长期暴露研究8。
CAG 装置的组装相对简单，且易于维护。然而，操作参数（如液体流速和相应的空气流速）对于生成可控气溶胶至关重要，需根据 CAG 产生的气溶胶的应用目的进行方法优化。
本研究呈现的结果表明，冷却气流速率对气溶胶粒子的粒径分布具有明显影响。由于冷却了气溶胶生成后流经的内部管路，冷却气流不仅直接影响所生成蒸气的成核过程，也影响冷凝过程。此外，高浓度气溶胶容易发生显著的凝聚效应。上述过程共同作用，其相互关系及对气溶胶形成的影响因特定电子烟液成分、温度和气流条件而异，难以一概而论。辅助气流的组成（干燥或以固定相对湿度加湿）——尤其是其中的水含量——将影响热量与质量交换，不仅会调节气溶胶粒子的冷凝增长，还会导致管壁冷凝。因此，为实现对粒径分布（PSD）的控制，有必要根据具体用途调整本方法的参数17,19。
低溶解度或高沸点的化学物质的存在可能会因在毛细管内发生沉淀以及随时间推移导致毛细管堵塞，从而限制CAG生成气溶胶的效果。根据气溶胶中所含化学物质的不同，必须调节CAG的操作温度以生成蒸气。此外，应定期评估液体配方的稳定性。添加具有不同沸点的组分（包括香料）将影响最终气溶胶的组成14以及气-液分配。可能需要调整毛细管温度和加热气流，以防止回流以及在高温毛细管附近发生液体沉积，否则由于液体在高温下长时间滞留，可能导致生成不受控的热降解产物（如羰基化合物）。此外，控制毛细管内用于生成蒸气的温度会影响蒸气在毛细管内的起始形成位置——温度越高，蒸气形成越早。当毛细管温度较高时，从毛细管流出的蒸气需要更长时间才能被冷却气流冷却，因此会在距离毛细管尖端更远的位置开始成核并冷凝为气溶胶，有助于避免回流效应19。
当前电子烟液 在体 由于在操作上难以达到所需气溶胶规模，例如在OECD TG 413研究中，毒理学研究在重现电子烟气溶胶方面存在局限性20本研究中介绍的方案概述了菲利普莫里斯国际公司用于气溶胶生成的CAG组装方式及设置参数 体内 长期暴露研究18这些数据可为在其他实验室环境（如药物递送系统）中的进一步优化提供良好的起点21或根据特定研究的具体需求进行调整。

常见的电子烟液包含丙二醇、甘油、水、尼古丁和选定的香料的混合物。由电子烟设备产生的气溶胶成分不仅取决于液体配方，还取决于设备的材料、设计和特性。因此，许多电子烟设备可能导致气溶胶输出存在较大变异性1，包括设备特异性地产生较高水平的非预期成分、单次吸气体积的变化、因通风孔堵塞导致的气流改变，以及&#34;干烧&#34;现象（当液体容器接近空置时，部分输入能量未能用于液体蒸发，导致设备过热）2。此外，在长期吸入研究过程中，对电子烟设备进行充电、补充液体和清洁将带来巨大的后勤负担3。基于这些原因，在避免气溶胶成分受设备差异影响并降低工作负荷的同时，应考虑使用其他气溶胶发生器用于大规模气溶胶生产及对液体配方的准确评估4,5。然而，设备生成的气溶胶仍应作为风险评估策略的一部分，因为由于电子烟设备特有的加热/冷却特性，某些成分的浓度可能高于实验室控制的标准气溶胶发生器所产生的水平6,7,8。
由于目前可获取的关于监管要求的信息有限，针对电子烟（EC）产生的气溶胶潜在毒性的评估方法仍在不断发展中9,10,11。然而，准确的体外（in vitro）和体内（in vivo）评估需要随时间生成特征明确且可重复的气溶胶体积。通过电子烟设备在受控抽吸条件下产生气溶胶，无疑最能代表用户的实际使用情况。在监管毒性研究中，考虑到用户可能自行配制多种不同的液体配方，同时还需要调整某些设备参数（例如输出能量），使用电子烟设备进行长期重复暴露的毒理学研究不仅具有挑战性，而且可能并不充分。
毛细管气溶胶发生器（CAG）由菲利普莫里斯公司开发12,13，并由弗吉尼亚联邦大学进一步优化14，其工作原理是通过电加热毛细管产生一股热蒸气射流，随后用环境空气对其进行冷却，从而引发颗粒成核及后续的冷凝过程，最终形成气溶胶。由于在电子烟（EC）中导致气溶胶形成的物理过程与之相同（区别仅在于CAG中通过泵将液体输送至毛细管，而在电子烟中通常由芯吸材料通过毛细作用将液体从储液器中引出），因此CAG生成的气溶胶特性与电子烟气溶胶非常相似14（图1）。CAG能够大量产生气溶胶，且操作简便，因此特别适用于体内吸入研究。
CAG 是一种实验室装置，由一根加热毛细管组成，该毛细管简单连接至温度控制器和液体储 reservoir 通过 蠕动泵（图2A）。毛细管（160 mm，21 G，不锈钢）由四个加热元件加热，所有加热元件均嵌入铝块中（图2B温度通常设定在250–275 °C，以模拟电子烟设备中线圈加热的条件15通过毛细管泵送的液体被加热并转化为从毛细管尖端喷出的热蒸气。CAG组件（图2C) 需要额外的元件将产生的蒸气与冷空气混合并形成气溶胶。高温过饱和蒸气与冷空气流的突然混合会导致成核，随后发生冷凝，从而形成气溶胶（图 2C）。在我们的CAG设计中（图3），额外的热空气流首先冷却外部装置，随后沿加热块循环以加热气流，同时防止毛细管尖端处液体回流的冷凝，并稳定蒸汽射流的喷发。此外，该气流会形成对热蒸气的非预期屏蔽，从而影响成核过程。因此，该气流的流速应尽可能小，并根据具体应用需求进行调整。该气流将被称为 &#34;热气流&#34; 在本手稿中，尽管必须明确该液流是通过加热块被动加热的，而非由用户主动加热。
冷却气流速率对所生成气溶胶颗粒的大小具有显著影响。在用于体内吸入研究的气溶胶生产过程中，稀释空气流将决定暴露剂量，并且在到达暴露室之前可能需要进一步稀释。除了气溶胶的化学组成外，表征气溶胶粒径分布（PSD）至关重要，以确保所生成的气溶胶与电子烟（ECs）产生的气溶胶相似，并符合经合组织（OECD）指南推荐的可吸入颗粒尺寸范围（通常基于粒径分布呈对数正态分布的假设，以质量中值空气动力学直径[MMAD]和几何标准偏差[GSD]作为参数化指标）。
所生成气溶胶的质量中值空气动力学直径（MMAD）可能因装置设计、配方的理化液体性质（如密度、黏度和表面张力）、气流速率以及决定热力学条件的温度而有较大差异14,16,17。对于 体内 暴露实验中，气流通常由经过调节和过滤的空气组成，温度为 22 ± 2 °C，相对湿度为 60% ± 5%。随后可根据研究需求进一步稀释生成的气溶胶，以达到测试环境中目标浓度。然后将其输送 通过 将玻璃管连接至暴露室，以减少过滤损失。本文所示结果中，温度和气流参数的设置旨在证明，CAG 可用于持续生成具有稳定且可吸入的粒径分布（PSD）以及明确浓度的受控气溶胶。 在体 吸入研究
在本实验方案中，我们将介绍如何：1）组装气溶胶发生装置（CAG）；2）确定利用CAG产生气溶胶所需的参数；3）进行气溶胶生成；以及4）分析气溶胶中感兴趣的物理和化学组分。在这些初步实验中，我们采用一种基于气溶胶形成组分混合液的溶液，其组成为规定质量分数的丙二醇（PG）、甘油（VG）、水和尼古丁。最后，我们将分享实验中生成的复杂多组分混合物的示例数据（包括上述组分与额外添加的香料成分的混合物），并讨论整体结果、面临的挑战，以及该实验方法在评估此类混合物方面的适用性。

<table><tbody><tr><td>铝制前盖</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, 瑞士</td><td>定制加工</td><td>专用，1 件</td></tr><tr><td>铝制加热块，槽直径 0.4 mm</td><td>Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, 美国</td><td>B-505432</td><td>2 件</td></tr><tr><td>铝制后盖</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, 瑞士</td><td>定制加工</td><td>1 件</td></tr><tr><td>剑桥玻璃滤膜垫片</td><td>GE Healthcare UK Limited</td><td>9703-9654</td><td>直径 44 mm</td></tr><tr><td>毛细管 21 G SS，160 mm</td><td>Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, 美国</td><td>304H21RW</td><td>1 件</td></tr><tr><td>干式擦拭布</td><td>Contec Inc. , SC, 美国</td><td>含异丙醇的 Prosat 擦拭布</td><td>清洁材料</td></tr><tr><td>流量计</td><td>TSI, Shoreview, MI, 美国</td><td>4100 系列，0–20 L/min</td><td>或同等产品</td></tr><tr><td>Gilibrator-2 校准仪</td><td>Sensidyne, St-Petersburg FL, 美国</td><td>Gilian Gilibrator-2</td><td>空气流量校准仪</td></tr><tr><td>玻璃接头</td><td>Labo Service, Kontich, 比利时</td><td>QVF</td><td></td></tr><tr><td>玻璃管路</td><td>Labo Service, Kontich, 比利时</td><td>QVF</td><td>管径 25 和 40 mm</td></tr><tr><td>加热元件</td><td>Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, 美国</td><td>LDC01864</td><td>4 件</td></tr><tr><td>耐高温润滑脂</td><td>Lubriplate Lubricant Company, NJ, 美国</td><td>高温多用途润滑脂</td><td>CAG 维护用</td></tr><tr><td>内层 PEEK 管</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, 瑞士</td><td>定制加工</td><td>1 件</td></tr><tr><td>磁力搅拌器</td><td>IKA-Werke GmbH &amp; Co. KG, Staufen, 德国</td><td>C-MAG HS 4</td><td>或同等产品</td></tr><tr><td>微型冲击式采样管</td><td>Labo Service, Kontich, 比利时</td><td>定制加工</td><td></td></tr><tr><td>外层 SS 管</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, 瑞士</td><td>定制加工</td><td>1 件</td></tr><tr><td>PEEK 接头</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, 瑞士</td><td>定制加工</td><td>专用，1 件</td></tr><tr><td>蠕动泵</td><td>Watson-Marlow Fluid Technology Group, Falmouth, 英国</td><td>Watson-Marlow 530 U</td><td>或同等产品</td></tr><tr><td>插接式接头</td><td>Festo Pte Ltd</td><td>NPQM-DK-M5-Q4-P10</td><td>1 件</td></tr><tr><td>样品柱 Extrelut NT3 滤芯</td><td>Merk Sigma-Aldrich</td><td>115095</td><td></td></tr><tr><td>SS 25 mm 装配盖</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, 瑞士</td><td>定制加工</td><td>专用，1 件</td></tr><tr><td>SS M8 丝杠</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, 瑞士</td><td>定制加工</td><td>3 件</td></tr><tr><td>SS M8 螺母</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, 瑞士</td><td>定制加工</td><td>3 件</td></tr><tr><td>SS 后部支撑板</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, 瑞士</td><td>定制加工</td><td>专用，1 件</td></tr><tr><td>温度控制器</td><td>Cole Parmer GmbH, Wertheim, 德国</td><td>Digi-Sense TC 9600</td><td>或同等产品</td></tr><tr><td>K 型热电偶</td><td>RS Components GmbH, W&amp;auml;denswil, 瑞士</td><td>814-0147</td><td>1 件</td></tr></tbody></table>

使用毛细管气溶胶发生器连续制备受控气溶胶用于非临床研究

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

毛细管气溶胶发生器（CAG）的工作原理基于热液蒸发，即首先通过加热电子烟液使其蒸发，随后通过调节气流混合控制成核与冷凝过程，从而生成气溶胶，类似于电子烟（EC）中的过程。CAG 特别适用于连续生成大量气溶胶，例如在以下情况中 体内 吸入毒理学研究中，当无法使用电子烟（ECs）时，可通过CAG产生气溶胶。CAG在生成气溶胶过程中的热效应与电子烟所应用的温度相似，因而使研究人员能够以可扩展且可重复的方式评估电子烟液蒸气。由于CAG的操作允许用户控制关键参数，如烟液流速、加热温度和稀释空气流量，研究人员可在高度可控的装置中测试多种电子烟液配方。气溶胶粒径等特性已被证明可通过调节空气流速与烟液流速及烟液成分之间的关系加以调控。然而，CAG在评估电子烟常见问题（如元件过热）方面存在局限性。本研究旨在通过评估选定电子烟液配方所产生的气溶胶的化学与物理特性，证明CAG能够生成可重复且持续的气溶胶。本方案描述了为优化所需气溶胶浓度和粒径而设定的液体流速、稀释空气流速及操作程序等运行参数。 体内 毒理学研究。通过展示该方案的代表性结果，并讨论使用CAG所面临的挑战与应用，我们证明CAG可被以可重复的方式使用。该技术与方案基于前期研究发展而来，可为未来实验室可控气溶胶生成研究的创新提供基础。

CAG 气溶胶的可重复性 
为验证 CAG 生成气溶胶的可重复性，使用一种基础液体溶液进行了 10 次独立的气溶胶生成实验，该溶液包含丙二醇（PG）、植物甘油（VG）、尼古丁、水和乙醇，比例分别为 71.72%、17.93%、2%、5.85% 和 2.5%。气溶胶生成与采样参数汇总于表 2中。对 CAG 生成的气溶胶进行的化学表征结果表明，该系统获得的数据具有高度可重复性。在相同的加热、冷却和稀释气流以及相同的采样条件下，各次气溶胶生成实验中气溶胶中总颗粒物（ACM）、尼古丁、VG 和 PG 的浓度均保持稳定，其相对标准偏差分别为 2.48%、3.28%、3.43% 和 3.34%（图 7）。
在连续三次CAG气溶胶生成实验中，测定了八种羰基化合物——即乙醛、丙酮、丙烯醛、丁醛、巴豆醛、甲醛、甲乙酮和丙醛——的浓度。正如在恒定受控条件下生成的气溶胶所预期的那样，所有羰基分析物的产率均保持在较低水平（表3），大多数化合物未达到分析方法的定量限（LOQ）。仅有乙醛和甲醛的产率高于LOQ。由于甲醛具有高挥发性且其检测值接近LOQ，稀释气溶胶样品中甲醛浓度表现出较大变异性（±32%）。数据证实了CAG生成的气溶胶中不存在液相热降解产物。添加香精混合物会影响气溶胶中羰基化合物的组成。在本实验中，乙醛和丁醛的产率显著升高，从接近LOQ的水平分别上升至2.06和 1.56 µg/L分别进入稀释后拟进入暴露室的气溶胶中。这些数据凸显了香精混合物组成对气溶胶成分的影响，并强调在最终评估之前，有必要在电子烟液配方的早期阶段即对某些香精物质的潜在毒性进行研究 体内 长期暴露研究。
由CAG生成的气溶胶的粒径分布 
在不同的冷却和一级稀释气流条件下，测量了由CAG生成的气溶胶的粒径分布，以评估这些条件对仅含有丙二醇（PG）、植物甘油（VG）、水和尼古丁的基础液所产生的气溶胶物理特性的影响。该步骤对于确定产生可吸入粒径范围内气溶胶的合适条件至关重要。
在本研究中，冷却气流和第一级稀释气流以10 L/min为步进进行调整，以保持气溶胶总流量恒定（表4）。液体流速（0.5 mL/min）、加热气流（2 L/min）和第二级稀释气流（150 L/min）保持不变。气溶胶样品取自稀释后的采样点b（图5）。粒径分布（PSD）采用空气动力学粒径谱仪测定，该仪器可测量0.5至20 µm范围内的颗粒尺寸，采样流速为5 L/min，并根据需要进行适当稀释以适配设备使用。每次气溶胶生成运行的质均粒径（MMAD）和几何标准偏差（GSD）均由空气动力学粒径谱仪报告。
冷却气流的增加以及初次稀释气流的同步减少对气溶胶粒径产生了影响（表4）。当冷却气流从10 L/min增至20 L/min，同时初次稀释气流从160 L/min降至150 L/min时，对粒径的影响最为显著。在此条件下，质量中值空气动力学直径（MMAD）从1.47 µm增至4.03 µm，增长超过一倍。随着冷却气流速率的进一步提高，气溶胶平均粒径持续增大，但增长幅度低于10至20 L/min区间内的变化比例。与10 L/min冷却气流条件下生成的气溶胶相比，在20–50 L/min冷却气流条件下生成的气溶胶其空气动力学直径分布明显向更大直径方向偏移（图8）。
电子烟液风味物质的捕集效率 
如前所述，由于挥发性的影响，各种液体组分在局部热力学条件下会持续发生气-液传质过程。此外，分析方法本身对这些组分也具有一定的捕集能力。实际产率的测量使我们能够评估化学方法在准确检测和定量特定组分方面的有效性（例如，由于冷凝倾向或化学反应，某些组分可能无法到达其目标位置，如在吸入研究中未能进入暴露室）。因此，在评估不同风味配方的电子烟液时，必须能够确定用于气溶胶化学分析的最高效捕集方法。这进一步使我们能够测量各组分的转移速率，该速率受到气溶胶从生成位置传输至暴露室过程中常见损失的制约。在本案例中，额外开展了一项研究，使用含有多种香精物质混合物的液体。气溶胶采用 表2 所列的CAG参数生成，并在稀释后（位置b，图5）进行捕集，采样流速设定为0.7 L/min，持续30分钟。捕集过程在预先用2 mL异丙醇处理过的采样柱上进行。捕集结束后，立即用异丙醇洗脱 cartridges，直至收集到20 mL溶液。我们发现，每种风味组分的捕集效率均应分别进行考察和确定。
对于70%的被测香料成分，我们获得的回收率&gt;60%，且与香料的沸点（挥发性）具有良好的相关性。这一事实表明，在进行含有复杂混合物的吸入毒理学研究时，应特别关注气溶胶向暴露部位的转移和递送过程。
<img alt="显示液体流经加热毛细管形成气溶胶的示意图；气流可增强该过程。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61021/61021fig01.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图1"> 
图1：毛细管气溶胶发生器（CAG）的工作原理。 液体被泵入一根电加热的毛细管，产生一股股热的过饱和蒸气，这些蒸气被气流冷却，导致迅速成核和冷凝，从而形成气溶胶。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61021/61021fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="毛细管气溶胶发生器系统、蠕动泵、稀释空气；气溶胶生成过程示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61021/61021fig02.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图2"> 
图2：典型的CAG实验装置及关键部件。（A）CAG组装的总体视图，显示将液体储备溶液连接至CAG的蠕动泵、稀释空气管道以及气溶胶形成过程。（B）CAG的详细视图，包含毛细管和加热元件。（C）CAG组件气溶胶生成装置的横截面视图，展示冷却空气和稀释空气的流动细节。玻璃管具有两个独立的腔室：冷却气流被推向CAG，并与液体产生的蒸气接触以生成气溶胶；稀释气流则被导向已形成的气溶胶，以对其进行稀释。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61021/61021fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="显示加热块和冷却空气的静态平衡示意图，说明毛细管中的液体输送。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61021/61021fig03.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图3"> 
图3：CAG装置细节：横截面视图。 加热气流被引入加热元件周围，用于冷却CAG装置的外部本体，防止液体回流在毛细管尖端发生冷凝，并稳定蒸气射流的喷发。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61021/61021fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="热电偶组件示意图，含用于温度测量装置的不锈钢元件。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61021/61021fig04.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图4"> 
图4CAG 组装。 毛细管和加热元件（A) 插入内层聚醚醚酮（PEEK）管中，然后将该组件套入外层不锈钢管内（B）。使用不锈钢导螺杆将组件固定在支架上并拧紧。C,D）。从后端伸出的毛细管相连 通过 将管路连接至蠕动泵和液体配方。缩写：SS，不锈钢。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61021/61021fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
<img alt="气溶胶生成示意图；蠕动泵，压缩空气，稀释过程，体积调节。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61021/61021fig05.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图5"> 
图5：CAG气溶胶生成设置参数 在体 暴露实验。 用于分析的气溶胶采样在两个位置进行：（a) 未稀释的气溶胶——采样期间关闭第一次稀释步骤；(b稀释后的气溶胶，在进入暴露室之前。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61021/61021fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
<img alt="色谱柱装置；EXtrelut NT3 吸附、溶剂萃取、进样和出样接头。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61021/61021fig06.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图6"> 
图6：安装接头的样品柱。 采样前，样品柱需用 0.5 M 硫酸（用于尼古丁分析）或异丙醇（用于风味分析）进行预处理。进样接头连接至 CAG 生成的气溶胶气流，出样接头连接至真空泵。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61021/61021fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="显示化合物浓度分析的柱状图：ACM、尼古丁、VG、PG，单位为 μg/L。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61021/61021fig07.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 7"> 
图 7：CAG 生成的气溶胶表征与可重复性。 使用相同液体基础溶液进行 10 次独立实验性气溶胶生成后，ACM、尼古丁、PG 和 VG 的浓度。ACM：1105.45 ± 27.4 µg/L；尼古丁：20.16 ± 0.7 µg/L；VG：227.15 ± 7.8 µg/L；PG：656.59 ± 22.0 µg/L。误差线表示标准偏差。缩写：ACM，气溶胶收集质量；PG，丙二醇；VG，甘油。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61021/61021fig07large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="颗粒物分布，空气动力学直径与浓度；柱状图，气流速率10-50 L/min。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61021/61021fig08.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 8"> 
图8：不同冷却气流速率下生成气溶胶的粒径分布变化。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61021/61021fig08large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td>基础液 (PG/VG/N)</td>
			<td>香精 (PG/VG/N/F)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>组分</td>
			<td>PG/VG/N (g/1000g)</td>
			<td>PG/VG/N/F (g/1000g)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>苯甲酸</td>
			<td>3.33</td>
			<td>3.33</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PG</td>
			<td>240.00</td>
			<td>238.91</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>水</td>
			<td>150.00</td>
			<td>150.00</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>乳酸</td>
			<td>3.33</td>
			<td>3.33</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>乙酸</td>
			<td>3.33</td>
			<td>3.33</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>混合香精</td>
			<td>0.00</td>
			<td>1.20</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>甘油</td>
			<td>560.01</td>
			<td>559.90</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>尼古丁</td>
			<td>40.00</td>
			<td>40.00</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>总和</td>
			<td>1000.00</td>
			<td>1000.00</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：电子烟液储备配方成分18
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="3">气溶胶化方案</td>
			<td colspan="3">采样方案</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>参数</td>
			<td>未稀释</td>
			<td>稀释</td>
			<td>参数</td>
			<td>未稀释 位置A</td>
			<td>稀释 位置B</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CAG温度 (°C)</td>
			<td colspan="2">250</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>泵流速 (mL/min)</td>
			<td>0.5</td>
			<td>0.5</td>
			<td>采样时间 (min)</td>
			<td>10</td>
			<td>30</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>加热空气流速 (L/min)</td>
			<td>2</td>
			<td>2</td>
			<td>采样流速（ACM）(L/min)</td>
			<td>0.7</td>
			<td>1.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>冷却空气流速 (L/min)</td>
			<td>10</td>
			<td>10</td>
			<td>Extrelut采样流速 (L/min)</td>
			<td>0.7</td>
			<td>0.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>第一次空气稀释 (L/min)</td>
			<td>NA</td>
			<td>150</td>
			<td>羰基化合物采样流速 (L/min)</td>
			<td>0.7</td>
			<td>0.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>第二次空气稀释 (L/min)</td>
			<td>NA</td>
			<td>160</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>废气流速 (L/min)</td>
			<td>NA</td>
			<td>172</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表2：气溶胶生成、稀释与采样的参数
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td rowspan="2">羰基化合物</td>
			<td colspan="2">基础液（丙二醇/植物甘油/尼古丁）</td>
			<td colspan="2">高浓度含尼古丁香精储备液 
			（丙二醇/植物甘油/尼古丁/香精）</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>未稀释气溶胶样品 µg/L</td>
			<td>稀释后气溶胶样品 µg/L</td>
			<td>未稀释气溶胶样品 µg/L</td>
			<td>稀释后气溶胶样品 µg/L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>乙醛</td>
			<td>0.834 ± 0.096</td>
			<td>0.119*</td>
			<td>45.346 ± 1.134</td>
			<td>2.058 ± 0.202</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>丙酮</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>丙烯醛</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>丁醛</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>36.475 ± 0.996</td>
			<td>1.557 ± 0.179</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>巴豆醛</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>0.052 ± 0.001</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>甲醛</td>
			<td>0.731 ± 0.072</td>
			<td>0.072 ± 0.023</td>
			<td>0.158 ± 0.007</td>
			<td>0.026 ± 0.004</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>甲基乙基酮</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>0.570 ± 0.015</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>丙醛</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
			<td>0.085 ± 0.001</td>
			<td>&lt; LOQ</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表3：CAG生成气溶胶中羰基化合物的测定。 使用相同液体基础溶液单独及添加香精混合物进行三次气溶胶生成运行的平均值。在三次运行中仅有一个样品的数值高于该方法的定量下限（LOQ）。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="2">设置（L/min）</td>
			<td colspan="2">气溶胶液滴直径</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>冷却气流</td>
			<td>第一次稀释气流</td>
			<td>质量中值空气动力学直径（µm）</td>
			<td>几何标准偏差</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10</td>
			<td>160</td>
			<td>1.47 ± 0.04</td>
			<td>2.07  ± 0.01</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20</td>
			<td>150</td>
			<td>4.03  ± 0.18</td>
			<td>2.13  ± 0.04</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30</td>
			<td>140</td>
			<td>4.74  ± 0.04</td>
			<td>1.89  ± 0.02</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40</td>
			<td>130</td>
			<td>5.35  ± 0.04</td>
			<td>1.80  ± 0.01</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50</td>
			<td>120</td>
			<td>5.23  ± 0.03</td>
			<td>1.76  ± 0.01</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表4：不同气流条件下气溶胶颗粒尺寸（液滴直径）的测定。缩写：MMAD，质量中值空气动力学直径；GSD，几何标准差。

本方案描述了毛细管气溶胶发生器的设置与使用方法，可用于从多物种液体溶液中持续产生受控气溶胶，适用于稳定的大体积气溶胶递送（例如，体内吸入研究）。

毛细管气溶胶发生器（CAG）在初始阶段通过加热电子烟液使其发生热蒸发，以此原理进行操作，……

气溶胶发生器（CAG）可用于大量连续且可重复地生成气溶胶，适用于体内吸入毒理学研究等无法使用消费产品或吸入装置的场景。使用CAG可使实验人员精确控制影响气溶胶颗粒化学和物理特性的各种因素，例如温度、液体成分、液体流速和气流。CAG中的液体被蒸发，产生过饱和蒸气，这些蒸气与气流接触后迅速冷却，引发均相成核，随后通过冷凝过程形成气溶胶颗粒。本方案介绍了用于气溶胶生成的CAG装置的组装及其复杂性。以电子烟液中常见的液体成分为工作示例进行测试。首先将毛细管置于铝制加热块的毛细管槽中，使输出端伸出约五毫米。轻轻拧紧铝制加热块两半部分的螺丝。接着，将加热元件和热电偶组装到铝制加热块中，使导线从铝制后盖中穿出。安装推入式接头，确保2毫米×4毫米的推入式接头牢固地连接在外部不锈钢管上。将O型圈安装到内峰管的两个凹槽上，然后从前端将内峰管插入外层不锈钢管中。将内峰管/外层不锈钢管组件滑过已组装的铝制加热元件，直至与不锈钢后背板紧密贴合。接着，将铝制前盖套在内峰管内的铝制加热体上。确保毛细管略微从铝制前盖中突出。将峰形接头套在内层峰形管的前端。确保峰形接头与内层峰形管前端的凹槽紧密贴合。将耦合器套在峰适配器上。用手拧紧耦合器上的螺母，使峰适配器固定牢固。将加热元件连接至温度控制器，将温度控制器的热电偶连接至CAG，并将蠕动泵的管路连接至CAG。通过2×4毫米快插接头将压缩空气连接至毛细管气溶胶发生器，以提供加热气流。将毛细管气溶胶发生器与玻璃部件组装，并将稀释气流调节至预设值。根据文稿中描述的理论计算，进行初步工程试验，以量化实际气溶胶组分浓度并获得毛细管气溶胶发生器的实际产率。通过使用相同的计算方法调整总稀释气流或液体流速，进一步微调气溶胶浓度。当使用含有2%尼古丁的溶液，在总稀释气流为320升/分钟的条件下，以0.35克/分钟的液体流速进行实验，测得尼古丁气溶胶浓度为15微克/升时，尼古丁实际产率为68.57%。将测试液体、磁力搅拌器及瓶子的总质量称重并记录至0.01克精度。根据文稿中描述的组分配制液体储备液。将数字温度控制器的温度控制设定点设为250摄氏度，并开始加热毛细管气溶胶发生器。将含有磁力搅拌子的液体储备溶液置于磁力搅拌器上。将蠕动泵的进液管放入测试溶液中。打开蠕动泵，并将液体流速设置为5%。当温度达到250摄氏度时，启动蠕动泵向毛细管气溶胶发生器输送测试液体，开始气溶胶生成。检查气溶胶是否在毛细管尖端附近产生，并根据需要记录时间，以计算质量流速。将滤膜放入滤膜 holder 中，并安装滤膜盖。在采样前，用精度至 0.0001 克的天平称量装有滤膜的滤膜 holder，并记录其重量。将装有滤膜的滤膜 holder 连接到气溶胶气流，开始采样。样品采集后，称量带有滤膜支架和盖子的滤膜，并记录最终重量。使用文稿中所述公式计算气溶胶收集的质量。随后，将滤膜从滤膜支架中取出，放入含有5 mL乙醇的玻璃小瓶中。将滤膜置于实验室振荡器上，以每分钟400转的速度振荡30分钟，以提取气溶胶收集的物质。对CAG生成的气溶胶进行化学表征，结果表明在相同的加热、冷却、稀释空气流速和采样条件下具有高度可重复性，气溶胶收集物质的质量相对标准偏差为2.48%，烟碱为3.28%，甘油为3.43%，丙二醇为3.34%。当冷却气流从每分钟10升改变为每分钟20升，以及第一级稀释气流从每分钟160升改变为每分钟150升时，对粒径的影响最为显著。气溶胶粒子的质量中值空气动力学直径随冷却气流速率的增加而增大。与冷却气流速率为每分钟10升时生成的气溶胶相比，当冷却气流速率增至每分钟20至50升时，气溶胶粒子的空气动力学直径分布明显向更大直径方向偏移。设定目标气溶胶浓度，并结合气流速率和液流速率参数，可使操作人员在实验中对CAG装置的产率进行定量评估。通过此方法，可在相似或不同的条件下测试其他液体混合物，从而帮助研究人员更深入地通过实验理解加热气溶胶化过程中发生的物理和化学性质变化。

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科研

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工程

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