Utilisation d’un générateur d’aérosol capillaire dans la production continue d’aérosol contrôlé pour des études non cliniques

Le CAG est utile pour la génération thermique continue et reproductible d’aérosols en grands volumes, par exemple pour les études toxicologiques par inhalation in vivo, où l’utilisation de produits de consommation ou de dispositifs d’inhalation n’est pas possible. L’utilisation du CAG permet aux expérimentateurs de contrôler avec précision les facteurs qui influencent la chimie et les caractéristiques physiques des particules d’aérosol, telles que la température, la composition du liquide, les débits de liquide et les débits d’air. Le liquide dans le CAG est évaporé, produisant des vapeurs sursaturées qui refroidissent immédiatement au contact du flux d’air, déclenchant une nucléation homogène et, par la suite, des processus de condensation formant les particules d’aérosol.

Le protocole présenté donne un aperçu de l’assemblage et de la complexité de l’utilisation de l’ACG à des fins générales de génération d’aérosols. À titre d’exemple fonctionnel, on utilise le test d’une composition liquide typique présente dans les mélanges de cigarettes électroniques. Commencez par placer le capillaire dans la rainure capillaire des blocs chauffants en aluminium avec l’extrémité de sortie dépassant d’environ cinq millimètres.

Serrez légèrement les vis des deux moitiés des blocs chauffants en aluminium. Ensuite, assemblez les éléments chauffants et le thermocouple dans les blocs chauffants en aluminium avec les fils dépassant à travers le capuchon arrière en aluminium. Installez les raccords push-in, en veillant à ce que les raccords push-in de 2 millimètres sur 4 millimètres soient bien fixés sur le tube SS extérieur.

Placez les joints toriques sur les deux rainures de la chambre à air et insérez la chambre à air dans le tube SS extérieur à partir de l’extrémité avant. Faites glisser l’ensemble tube SS intérieur/extérieur sur les éléments chauffants en aluminium assemblés pour l’adapter parfaitement au support arrière SS. Ensuite, placez le capuchon avant en aluminium sur le corps chauffant en aluminium à l’intérieur de la chambre à air.

Assurez-vous que le capillaire dépasse légèrement du capuchon avant en aluminium. Placez l’adaptateur de crête sur l’avant de la chambre à air. Assurez-vous que l’adaptateur de crête s’adapte à la rainure avant de la chambre à air intérieure.

Placez le couplage sur l’adaptateur de crête. Serrez à la main les écrous sur l’accouplement, de sorte que l’adaptateur de crête soit serré. Connectez les éléments chauffants au régulateur de température, le thermocouple du régulateur de température au CAG et le tube de la pompe péristaltique au CAG.

Connectez l’air comprimé pour le flux d’air chauffé au générateur d’aérosol capillaire via les raccords push-in de 2 x 4 millimètres. Assemblez le générateur d’aérosol capillaire à la pièce de verre et fournissez un flux d’air de dilution à des valeurs prédéfinies. Sur la base des calculs théoriques décrits dans le manuscrit du texte, effectuer les premières séries d’ingénierie pour quantifier la concentration réelle des constituants de l’aérosol et obtenir le rendement réel du générateur d’aérosol capillaire.

Effectuer un réglage plus fin de la concentration d’aérosol en utilisant les mêmes calculs pour ajuster le débit d’air de dilution total ou le débit de liquide. L’utilisation d’une solution contenant 2% de nicotine et un débit de liquide de 0,35 gramme par minute avec une concentration mesurée d’aérosol de nicotine de 15 microgrammes par litre à un débit d’air de dilution total de 320 litres par minute donnera un rendement réel de 68,57% de nicotine. Peser et enregistrer la valeur du liquide d’essai, de l’agitateur magnétique et de la bouteille à 0,01 gramme près.

Les formulations liquides sont préparées avec les composants décrits dans le manuscrit textuel. Réglez le point de consigne de contrôle de la température sur le régulateur de température numérique à 250 degrés Celsius et commencez à chauffer le générateur d’aérosol capillaire. Placez la solution mère liquide avec une barre d’agitation magnétique sur un agitateur magnétique.

Placez le tube d’entrée de la pompe péristaltique dans la solution d’essai. Allumez la pompe péristaltique et réglez le débit de liquide à 5% Lorsque la température atteint 250 degrés, commencez la génération d’aérosols en démarrant la pompe péristaltique pour fournir le liquide d’essai au générateur d’aérosol capillaire. Vérifiez que l’aérosol est généré près de la pointe capillaire et enregistrez le temps nécessaire pour calculer le débit massique.

Placez un filtre dans le porte-filtre et placez les capuchons du filtre. Pesez le porte-filtre à 0,0001 gramme près avec le filtre avant le prélèvement de l’échantillon et documentez le poids. Connectez le porte-filtre contenant le filtre au flux d’aérosol et commencez la collecte de l’échantillon.

Après le prélèvement de l’échantillon, peser le filtre avec le porte-filtre et les bouchons et documenter le poids final. Calculez la masse recueillie par aérosol à l’aide de la formule indiquée dans le manuscrit textuel. Maintenant, retirez le tampon filtrant du porte-filtre et déposez-le dans un flacon en verre contenant cinq millilitres d’éthanol.

Extrayez la masse recueillie par aérosol en secouant le tampon filtrant sur un agitateur de laboratoire pendant 30 minutes à 400 rotations par minute. La caractérisation chimique des aérosols générés par le CAG a confirmé un degré élevé de reproductibilité dans les mêmes conditions de chauffage, de refroidissement, de dilution de l’air et d’échantillonnage, avec un écart-type relatif de 2,48 % pour la masse collectée par aérosol, de 3,28 % pour la nicotine, de 3,43 % pour le glycérol et de 3,34 % pour le propylène glycol. La plus grande influence sur la taille des particules a été observée lors de la modification du débit de refroidissement de 10 à 20 litres par minute et du premier flux de dilution de 160 à 150 litres par minute.

Le diamètre aérodynamique masse-médian des particules d’aérosol a augmenté en taille avec l’augmentation des débits de refroidissement. La distribution du diamètre aérodynamique des particules d’aérosol a été clairement déplacée vers des diamètres plus grands en comparant les aérosols générés à un débit de refroidissement de 10 litres par minute avec ceux générés à 20 à 50 litres par minute. Une concentration cible d’aérosol prévue, ainsi que l’inclusion du débit d’air et des valeurs de débit de liquide, permettent aux opérateurs de comptabiliser expérimentalement les rendements de la configuration CAG.

À la suite de cette procédure, d’autres mélanges liquides peuvent être testés dans des conditions similaires ou modifiées qui permettent aux chercheurs de mieux comprendre expérimentalement les changements de propriétés physiques et chimiques qui se produisent par aérosolisation chauffée.