Name: Zastosowanie kapilarnego generatora aerozolu w ciągłej produkcji kontrolowanego aerozolu do badań nieklinicznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-04-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 33 s
Description: Poznaj metodę generowania aerozoli za pomocą kapilarnego generatora aerozolu (CAG) do badań toksykologicznych inhalacyjnych in vivo. Protokół umożliwia precyzyjną kontrolę temperatury, składu cieczy i przepływów powietrza.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

1. Montaż układu CAG
<ol>
	<li>Montaż CAG
	<ol>
		<li>Umieść kapilarę w rowku kapilarnym aluminiowych bloków grzejnych tak, aby koniec wylotowy wystawał o około 5 mm.</li>
		<li>Lekko dokręć śruby łączące dwie połowy aluminiowych bloków grzejnych.</li>
		<li>Zamontuj elementy grzejne (a) i termoparę (b) w aluminiowych blokach grzewczych (c), tak aby przewody wystawały przez aluminiową tylną pokrywę (d) (Rysunek 4A).</li>
		<li>Upewnij się, że przewody elementów grzejnych są podłączone do adaptera i są wyprostowane.</li>
		<li>Zmontować wewnętrzną rurkę PEEK (g) z zewnętrzną rurką ze stali nierdzewnej (SS) (e). Upewnić się, że złączki zaciskowe (push-in) 2 x 4 mm (f) są mocno osadzone na zewnętrznej rurce SS (e) (Rycina 4B).</li>
		<li>Umieść uszczelki typu O-ring (3 x 30 mm) w dwóch rowkach wewnętrznej rurki PEEK (g), a następnie włóż wewnętrzną rurkę PEEK (g) do zewnętrznej rurki stalowej (e) od strony przedniego końca.</li>
		<li>Umieść zmontowane aluminiowe elementy grzejne na stalowej osłonie tylnej (i), tak aby aluminiowa tylna pokrywa była skierowana w stronę stalowej osłony tylnej, a następnie nasuń zespół rurki wewnętrznej z PEEK i zewnętrznej ze stali nierdzewnej na aluminiowe elementy grzejne, aż do ciasnego dopasowania do stalowej osłony tylnej (i) (Rycina 4C).</li>
		<li>Umieść aluminiową przednią nakrętkę (h) na aluminiowym elemencie grzejnym, wewnątrz wewnętrznej rurki z PEEK. Upewnij się, że kapilara lekko wystaje poza aluminiową przednią nakrętkę. Zamontuj trzy stalowe śruby prowadzące (j) wokół stalowego wspornika tylnego i mocno dokręć.</li>
		<li>Umieść adapter PEEK (k) na przedniej części wewnętrznej rurki PEEK. Upewnij się, że adapter PEEK pasuje do przedniego rowka wewnętrznej rurki PEEK. Umieść 25-milimetrowy scheduler (l) na adapterze PEEK i przełóż go przez trzy stalowe (SS) śruby prowadzące. Ręcznie dokręć nakrętki na schedulerze tak, aby adapter PEEK był ciasno osadzony (Rycina 4D).</li>
		<li>Podłącz elementy grzejne do kontrolera temperatury, a kapilarę do pompy perystaltycznej oraz roztworu cieczy testowej.</li>
		<li>Podłącz sprężone powietrze do przepływu gorącego powietrza do CAG poprzez złączki zatrzaskowe 2 x 4 mm (Rysunek 4B, [f]).</li>
		<li>Zamontuj CAG do elementu szklanego i podłącz przepływy powietrza chłodzącego CAG oraz pierwsze przepływy powietrza rozcieńczającego (powietrze przetworzone; Rycina 3). W razie potrzeby należy dodać drugi wpis przepływu rozcieńczania, a także porty poboru próbek aerozolu i regulacyjne złącze T (Rycina 5).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Procedura czyszczenia CAG
	<ol>
		<li>Wyjąć CAG z zestawu szklanego CAG i czyścić szkło suchymi chusteczkami, aż będzie widocznie suche.</li>
		<li>Należy obserwować wylot kapilary w CAG pod kątem występowania niedrożności. Jeśli na wylocie kapilary widoczne jest osadzanie się cząstek, należy wymienić kapilarę. Podobnie, w przypadku zauważenia zmniejszenia ilości dostarczanego aerozolu, należy zastąpić kapilarę nową.</li>
		<li>Zdemontuj CAG, wykonując kroki od 1.1.9 do 1.1.1 w odwrotnej kolejności.</li>
		<li>Ponownie złóż CAG zgodnie z krokami od 1.1.1 do 1.1.9 po wymianie kapilary.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Obliczenia stężenia i rozcieńczenia aerozolu CAG
<ol>
	<li>Teoretyczne obliczenia TDF
	<ol>
		<li>Oblicz TDF na podstawie stężenia formulacji ciekłej (nazwanej tutaj roztworem zapasowym/stężeniem zapasowym) oraz LFR: 
		<img alt="Obliczanie TDF, wzór TDF=(CStock×10^6×LFR)/CTarget, stosowany w analizie chemicznej." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> 
		TDFcałkowity przepływ powietrza rozcieńczającego (L/min) 
		CRoztwór zapasowy: stężenie roztworu zapasu 2%, m/m) 
		LFRprzepływ cieczy (g/min) 
		CCel: stężenie docelowe (µg/L)</li>
		<li>Przy użyciu roztworu zawierającego 2% (m/m) nikotyny, przy docelowym stężeniu aerozolu nikotynowego wynoszącym 15 µg/L przy LFR wynoszącym 0,35 g/min przyjmijmy, że wydajność 10% będzie następująca: 
		<img alt="Wzór obliczeniowy TDF, przedstawiający procentową zawartość masy w objętości w równaniu analizy chemicznej." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq02.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2"> 
		<img alt="Wzór obliczeniowy TDF, TDF=46,67(L/min), szczegółowe równanie do analizy dynamiki płynów." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq03.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 3"></li>
	</ol>
	</li>
	<li>Teoretyczne obliczenie LFR
	<ol>
		<li>Oblicz LFR na podstawie stężenia płynnego roztworu zapasowego oraz TDF: 
		<img alt="Wzór LFR do obliczania stężenia roztworu laboratoryjnego; równanie chemiczne; materiał edukacyjny." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq04.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 4"> 
		LFRprzepływ cieczy (g/min) 
		CCelstężenie docelowe (µg/L) 
		TDFcałkowity przepływ powietrza rozcieńczającego (L/min) 
		CZapasstężenie roztworu zapasowego (%, m/m)</li>
		<li>Przy użyciu roztworu zawierającego 2% (m/m) nikotyny, z docelowym stężeniem aerozolu nikotynowego wynoszącym 15 µg/L przy TDF wynoszącym 30 L/min przyjmijmy, że wydajność 10% będzie następująca: 
		<img alt="Obliczanie szybkości przepływu cieczy, wzór LFR, parametry μg/L i L/min, zastosowanie w analizie chemicznej" src="/files/ftp_upload/61021/61021eq05.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 5"> 
		<img alt="równanie LFR, obliczanie natężenia przepływu, g/min, analiza statyczna, wynik eksperymentu, dane naukowe." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq11.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"></li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obliczanie rzeczywistej wydajności (%) na podstawie danych eksperymentalnych
	<ol>
		<li>Na podstawie powyższych obliczeń teoretycznych należy przeprowadzić wstępne próby inżynieryjne w celu ilościowego oznaczenia rzeczywistego stężenia składników aerozolu (CRzeczywisty) i oblicz rzeczywistą wydajność (AY) aerozolu CAG. Przeprowadź dalsze dostrojenie stężenia aerozolu, stosując te same obliczenia w celu dostosowania TDF lub LFR. 
		<img alt="Wzór obliczeniowy AY z zmiennymi C_actual, TDF, C_stock, LFR; metoda analizy chemicznej." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq06.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 6"> 
		AY: rzeczywista wydajność (%) 
		CRzeczywistyfaktyczne stężenie składników aerozolu (µg/L) 
		TDFcałkowity przepływ powietrza rozcieńczającego (L/min) 
		CRoztwór zapasowystężenie roztworu zapasowego (%, m/m) 
		LFRnatężenie przepływu cieczy (g/min)</li>
		<li>Przy użyciu roztworu zawierającego 2% (m/m) nikotyny, przy zmierzonym stężeniu aerozolu nikotynowego wynoszącym 15 µg/L, TDF wynoszącym 320 l/min oraz LFR na poziomie 0,35 g/min, doprowadzą do następującego AY nikotyny: 
		<img alt="Wzór AY do obliczania wydajności w chemii analitycznej; wyrażenie z jednostkami, wynik procentowy." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq07.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 7"> 
		<img alt="Wzór na wydajność chemiczną, AY=68,57%, w równaniach; analiza wyników efektywności reakcji." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq08.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 8"></li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Generowanie aerozolu CAG
<ol>
	<li>Rozpoczęcie generowania aerozolu
	<ol>
		<li>Zważ i zapisz wartość cieczy testowej, mieszadła magnetycznego i butelki z dokładnością do 0,01 g. Formulacje roztworów zapasowych przygotowuje się z komponentów opisanych w Tabela 1.</li>
		<li>Ustaw odpowiednie parametry przepływu powietrza (±5%) (Rysunek 5): 
		Sprężone powietrze dla przepływu podgrzewanego: 2 l/min 
		Przepływ chłodzenia: 10 L/min 
		Przepływ pierwszego rozcieńczenia: 150 L/min 
		Przepływ drugiego rozcieńczenia: 160 L/min 
		Przepływ odpadów: 172 L/min</li>
		<li>Ustaw wartość zadaną kontroli temperatury w cyfrowym regulatorze temperatury na 250 °C i rozpocząć ogrzewanie CAG.</li>
		<li>Umieść płynny roztwór zapasowy z magnetycznym mieszadełkiem na mieszalniku magnetycznym. Umieść rurkę wlotową pompy perystaltycznej w roztworze testowym.</li>
		<li>Włącz pompę perystaltyczną i ustaw przepływ na wartość LFR ±5% (g/min).</li>
		<li>Gdy temperatura CAG osiągnie 250 ± 1 °Crozpocząć generowanie aerozolu poprzez uruchomienie pompy perystaltycznej w celu podania cieczy testowej do CAG.</li>
		<li>Sprawdzić, czy aerozol jest generowany w pobliżu końcówki kapilary, i odnotować czas niezbędny do obliczenia masowego natężenia przepływu. Jeśli aerozol nie jest generowany, ponownie sprawdzić cały sprzęt oraz ustawienia. Jeśli aerozol nadal nie jest generowany, istnieje duże prawdopodobieństwo, że kapilara jest zablokowana i wymaga wymiany.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Podczas generowania aerozolu
	<ol>
		<li>Co 60 min należy odprowadzać ciecz skraplającą się w układzie szklanym, aby zapewnić stałe i stabilne generowanie aerozolu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zatrzymywanie generowania aerozolu
	<ol>
		<li>Wyjąć rurkę z butelki z roztworem testowym, zmienić ciecz testową na wodę dejonizowaną i zapisać czas w celu obliczenia masowego natężenia przepływu.</li>
		<li>Należy poczekać, aż z kapilary zacznie wydobywać się para wodna, następnie wyłączyć kontroler temperatury i pozostawić włączoną pompę perystaltyczną przez co najmniej 10 minut w celu przepłukania i oczyszczenia kapilary.</li>
		<li>Zważ i zapisz wartość cieczy testowej oraz butelki z dokładnością do 0,01 g, a następnie oblicz masowe natężenie przepływu, korzystając z następującego równania: 
		<img alt="Wzór na masowe natężenie przepływu; masa początkowa minus masa końcowa podzielona przez czas; równanie do obliczania szybkości." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq09v2.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 9"></li>
		<li>Wyłączyć sprężone powietrze używane jako podgrzewany przepływ.</li>
		<li>W razie potrzeby należy wyjąć CAG z zestawu montażowego, oczyścić szklane rurki suchymi chusteczkami, a następnie ponownie złożyć CAG.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Analiza składników
UWAGA: Pobieranie próbek aerozolu odbywa się w dwóch punktach: a) z aerozolu nierozcieńczonego (podczas pobierania próbek nierozcieńczonych wyłączone są zarówno pierwsze, jak i drugie rozcieńczenie powietrzem) oraz b) z aerozolu rozcieńczonego przy zastosowaniu wszystkich dostępnych rozcieńczeń (Rysunek 5). W każdym z punktów pobierania, a i b, dostępnych jest do trzech portów, co umożliwia jednoczesne zbieranie ACM oraz korzystanie z innego sprzętu/sond do analizy charakterystyki aerozolu. Linia pobierania jest zainstalowana prostopadle do kierunku przepływu aerozolu i podłączona do pompy próżniowej, która pozwala na zassanie określonej objętości aerozolu (w zależności od natężenia przepływu pompy i czasu trwania pobierania próbki).
<ol>
	<li>Oznaczanie masy zebranego aerozolu (ACM) 
	UWAGA: Faza cząsteczkowa aerozolu jest zatrzymywana na szklanowłóknistym filtrze (średnica: 44 mm, stopień zatrzymywania cząstek: 1.6 µm). Masę ACM przed i po próbkowaniu mierzy się wraz z uchwytami filtrów, aby zminimalizować straty podczas ważenia wynikające z odparowania komponentów lotnych.
	<ol>
		<li>Umieść filtr w uchwycie filtra, a następnie załóż nakrętki filtra.</li>
		<li>Zważ uchwyt filtra z filtrem z dokładnością do 0,001 g przed pobraniem próbek i odnotuj masę.</li>
		<li>Podłącz uchwyt z filtrem do strumienia aerozolu i rozpocznij pobieranie próbek.</li>
		<li>Po pobraniu próbki zważ filtr wraz z uchwytem i zakrętkami, a następnie odnotuj masę końcową.</li>
		<li>Oblicz ACM, korzystając z następującego wzoru: 
		<img alt="Równanie stężenia aerozolu ACM; wzór: (Wa-Wb)/Vaerosol x 10^6; obliczenia badawcze." src="/files/ftp_upload/61021/61021eq10.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 10"> 
		ACMstężenie ACM (µg/L) 
		Wbmasa filtra i uchwytu do filtra przed pobieraniem próbek (g) z dokładnością do 0,01 g 
		Wamasa filtra i uchwytu filtra po pobraniu próbek (g) z dokładnością do 0,01 g 
		VaerozolObjętość aerozolu (L) przechodząca przez filtr, obliczona zgodnie z wzorem: 
		Czas pobierania próbek (min) x przepływ pobierania (L/min)</li>
		<li>Wyjmij wkład filtrujący z uchwytu filtra i umieść go w szklanej fiolce o pojemności 25 ml zawierającej 5 ml etanolu. Wyekstrahuj ACM, wstrząsając wkładem filtrującym na wstrząsarce laboratoryjnej przez 30 min przy 40 obr./min.</li>
		<li>Odwiruj szklaną fiolkę o pojemności 25 ml przez 5 min przy 290 x g następnie należy zebrać nadsącz w celu ilościowego oznaczenia PG/VG oraz frakcji cząsteczkowej nikotyny.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Oznaczenie stężenia nikotyny (lub aromatu) 
	UWAGA: Aerozol jest zatrzymywany na kolumnie z próbką zawierającej specjalnie przetworzoną szerokoporową ziemię okrzemkową, która stanowi chemicznie obojętną matrycę do stosowania w zakresie pH od 1 do 13 (Rysunek 6).
	<ol>
		<li>Przygotować kolumnę z próbką w ciągu 15 minut przed rozpoczęciem pobierania próbek aerozolu.
		<ol>
			<li>W celu oznaczenia stężeń nikotyny dodać 2 ml kwasu siarkowego 0,5 M. W celu oznaczenia aromatów dodać 2 ml izopropanolu.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Sprawdź przepływ próbki.
		<ol>
			<li>Włącz pompę próżniową, a następnie, korzystając z kalibrowanego urządzenia do pomiaru przepływu o dokładności 1 ccm/min, sprawdź szybkość przepływu, podłączając kolumnę próbkową do linii pobierania próbek. Za pomocą zaworu iglicowego dostosuj przepływ do zakresu 70 ccm/min ± 5%.</li>
			<li>Wyłączyć pompę próżniową.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Pobieranie próbek
		<ol>
			<li>Zamocuj dwa adaptery do kolumny z próbką, zgodnie z jej stroną wlotową i wylotową (Rycina 6). Podłączyć probówkę do linii próżniowej do pobierania próbek poprzez adapter wylotu.</li>
			<li>Podłącz zespół kolumny z próbką do portu pobierania próbek poprzez adapter wlotowy.</li>
			<li>Rozpocznij pobieranie próbek, włączając pompę próżniową.</li>
			<li>Zapisz godzinę rozpoczęcia pobierania próbek.</li>
			<li>Po upłynięciu ustalonego czasu pobierania próbek (10 min w punkcie poboru A bez rozcieńczenia oraz 30 min w punkcie poboru B z rozcieńczeniem), należy wyłączyć pompę próżniową i odnotować czas.</li>
			<li>Wyjmij kolumnę z próbką z portu pobierania próbek.</li>
			<li>Zdejmij adaptery z kolumny z próbką, a następnie zabezpiecz kolumnę membraną foliową, aby zapobiec stratom wynikającym z odparowania lub zanieczyszczeniu. Oznacz kolumnę z próbką zgodnie z nazwą odpowiadającej jej próbki.</li>
			<li>Przechowywać zamkniętą kolumnę z próbką w lodówce (2-8 °C) do momentu analizy.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Oznaczanie stężeń grup karbonylowych 
		UWAGA: Karbonyle są wychwytywane na szklanym filtrze wkładkowym połączonym szeregowo z mikroimpingerem wypełnionym 2,4-dinitrofenylohydrazyną (DNPH) rozpuszczoną w acetonitrylu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie do odłowu
	<ol>
		<li>Napełnić mikroimpinger 10 ml 15 mM DNPH w acetonitrylu.
		<ol>
			<li>Przygotuj wkład filtra (patrz akapit 4.1).</li>
			<li>Sprawdź przepływ próbkowania</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Włącz pompę próżniową i sprawdź natężenie przepływu w linii próbkowania, używając skalibrowanego urządzenia do pomiaru przepływu o dokładności 1 ccm/min. Za pomocą zaworu iglicowego dostosuj przepływ do zakresu 70 ccm/min ± 5%.
		<ol>
			<li>Wyłączyć pompę próżniową.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Pobieranie próbek
		<ol>
			<li>Podłącz uchwyt filtra połączony z mikroimpingerem do portu pobierania próbek.</li>
			<li>Podłącz linię próbnika próżniowego do wylotu mikro-impingera.</li>
			<li>Rozpocząć pobieranie próbek poprzez włączenie pompy próżniowej.</li>
			<li>Zanotować godzinę rozpoczęcia pobierania próbek.</li>
			<li>Po upłynięciu ustalonego czasu pobierania próbek (10 min w punkcie pobierania a dla prób niejednolitych oraz 30 min w punkcie pobierania b dla prób rozcieńczonych), należy wyłączyć pompę próżniową i zapisać czas.</li>
			<li>Odłącz pułapkę próbkowania od portu poboru próbek.</li>
			<li>Przelej zawartość impingera do szklanej fiolki. Uzupełnij roztwór DNPH acetonitrylem do objętości 10 ml.</li>
			<li>Wyznacz masę wkładu filtracyjnego i wyekstrahuj go w roztworze DNPH w acetonitrylu poprzez wstrząsanie. Po ekstrakcji wkład filtracyjny należy wyrzucić.</li>
			<li>Pobrać 1 ml alikwoty roztworu karbonylowo-DNPH i dodać 50 µL pirydyny w celu stabilizacji roztworu.</li>
			<li>Przechowywać alikwoty w zamrażarce w temperaturze ≤-12 °C do czasu analizy.</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>

Opisana tutaj metoda, jak również specjalny zespół CAG, zostały opracowane do oceny aerozoli generowanych z e-płynów w celu spełnienia wymagań badań ekspozycji in vivo . Wszyscy autorzy są pracownikami Philip Morris International (PMI) lub pracowali dla PMI na podstawie umów kontraktowych. Philip Morris International jest jedynym źródłem finansowania i sponsorem tego badania.

Generowanie aerozoli za pomocą CAG pomaga zmniejszyć zmienność procesów aerozolowania specyficznych dla urządzeń EC, umożliwiając obiektywną i kontrolowaną ocenę samej formuły e-liquidu w aerozolu. Wykazano, że aerozole wytwarzane przez CAG są reprezentatywne dla aerozoli wytwarzanych przezEC7. Mogą być one generowane w sposób powtarzalny przy zachowaniu tego samego składu i właściwości, a zatem są szczególnie przydatne w badaniach długotrwałego narażenia in vivo , wymagających dużych ilości aerozolu przez długi okres czasu8.
Konfiguracja CAG jest stosunkowo prosta w montażu i łatwa w utrzymaniu. Jednak parametry operacyjne, takie jak natężenie przepływu cieczy i odpowiednie natężenie przepływu powietrza, pozostają kluczowe dla produkcji kontrolowanego aerozolu, co wymaga optymalizacji metody w zależności od celu zastosowania aerozolu wytwarzanego przez CAG.
Wyniki przedstawione w obecnym badaniu pokazują, że szybkość przepływu powietrza chłodzącego ma wyraźny wpływ na rozkład wielkości cząstek aerozolu. Przepływ powietrza chłodzącego ma bezpośredni wpływ nie tylko na zarodkowanie wytwarzanych oparów, ale także na kondensację, ze względu na chłodzenie wewnętrznych przewodów, w których przepływa wytworzony aerozol. Ponadto gęsty aerozol jest podatny na znaczne efekty krzepnięcia. Łącznie procesy te są złożone, a ich interakcja i wpływ na tworzenie aerozoli są raczej trudne do uogólnienia dla konkretnych e-płynów, temperatur i przepływów. Uzupełniający skład przepływu powietrza (suchy lub nawilżony o stałym procencie wilgotności względnej) - w szczególności zawartość wody - wpłynie na wymianę ciepła i masy, prowadząc nie tylko do modulowanego wzrostu kondensacji cząstek aerozolu, ale także do kondensacji ścian. W związku z tym modyfikacje parametrów tej metody uznaje się za celowe w zakresie sterowania PSD17,19.
Obecność substancji chemicznych o niskiej rozpuszczalności lub wysokiej temperaturze wrzenia może ograniczać skuteczność aerozolu wytwarzanego przez CAG z powodu wytrącania się w kapilarze i zatykania kapilary w miarę upływu czasu. W zależności od substancji chemicznych obecnych w aerozolu, temperatura pracy CAG musi być dostosowana do wytwarzania pary. Ponadto należy regularnie oceniać stabilność płynnej formulacji. Dodanie składników, w tym aromatów, o różnych temperaturach wrzenia będzie miało wpływ na ostateczny skład aerozolu14 i podział gaz-ciecz. Może być konieczne dostosowanie temperatury kapilary i przepływu powietrza grzewczego, aby zapobiec przepływowi wstecznemu i osadzaniu się cieczy w pobliżu gorącej kapilary, co może skutkować powstawaniem niekontrolowanych produktów degradacji termicznej (takich jak karbonyle) ze względu na długi czas utrzymywania się cieczy w wysokiej temperaturze. Ponadto kontrolowanie temperatury używanej do wytwarzania pary w kapilarze ma wpływ na to, gdzie para zaczyna tworzyć się w kapilarze - im wyższa temperatura, tym wcześniej powstaje para. Przy wyższej temperaturze kapilarnej, para wychodząca z kapilary będzie potrzebowała więcej czasu, aby zostać schłodzona przez przepływ powietrza chłodzącego, a zatem zacznie zarodkować i skraplać się w aerozol dalej od końcówki kapilary, co pomoże uniknąć efektu przepływu zwrotnego19.
Obecne badania toksykologiczne in vivo dotyczące e-papierosów są ograniczone w odtwarzaniu aerozoli z e-papierosów ze względu na złożoność logistyczną pozwalającą na osiągnięcie wymaganej skali aerozolu, jak w badaniu OECD TG 41320. Protokół przedstawiony w tym badaniu zawiera przegląd montażu CAG i ustawień stosowanych w Philip Morris International do generowania aerozoli w badaniach in vivo nad długotrwałym narażeniem18. Dane te mogą służyć jako dobry punkt wyjścia do dalszego dostrajania w innym środowisku laboratoryjnym (np. systemów dostarczania leków21) lub do dostosowania do specyficznych wymagań konkretnego badania.

Popularne e-liquidy zawierają mieszaninę glikolu propylenowego, glicerolu, wody, nikotyny i wybranych smaków. Skład aerozolu generowanego przez urządzenie EC zależy nie tylko od formuły płynnej, ale także od materiału, konstrukcji i właściwości urządzenia. W związku z tym wiele urządzeń EC może wprowadzać dużą zmienność w produkcji aerozolu1, w tym specyficzne dla urządzenia wytwarzanie podwyższonych poziomów niepożądanych składników, zmiany objętości zaciągnięcia, zmiany przepływu powietrza z powodu zablokowanych otworów wentylacyjnych i "suche zaciąganie się" (gdy pojemnik z płynem jest prawie pusty, powodując przegrzanie urządzenia, ponieważ część dostarczonej energii nie jest wykorzystywana do odparowywania cieczy)2. Dodatkowo, ładowanie, napełnianie i czyszczenie urządzeń EC podczas długotrwałych badań inhalacyjnych stałoby się ogromnym dodatkowym ograniczeniem pod względem logistycznym3. Z tych powodów należy rozważyć zastosowanie innych generatorów aerozoli do produkcji aerozoli na dużą skalę i właściwej oceny preparatów płynnych, unikając jednocześnie zmian w składzie aerozoli związanych z urządzeniem i zmniejszając obciążenie pracą4,5. Niemniej jednak aerozole wytwarzane przez wyroby powinny pozostać częścią strategii oceny ryzyka, ponieważ poziomy niektórych składników w wyrobach EC mogą być bardziej podwyższone niż w kontrolowanych laboratoryjnie znormalizowanych generatorach aerozoli ze względu na specyfikę ogrzewania/chłodzenia urządzeń6,7,8.
Ze względu na ograniczone informacje na temat obecnie dostępnych wymogów regulacyjnych, metody oceny potencjalnej toksyczności aerozoli generowanych przez elektroniczne papierosy (EC) wciąż ewoluują9,10,11. Jednak dokładna ocena in vitro i in vivo wymaga wytworzenia dobrze scharakteryzowanych i odtwarzalnych objętości aerozolu w czasie. Produkcja aerozolu z urządzenia EC z kontrolowanym reżimem zaciągania byłaby z pewnością najbardziej reprezentatywnym procesem z punktu widzenia konsumpcji przez użytkowników. W przypadku regulacyjnych badań toksyczności, biorąc pod uwagę różnorodność możliwych postaci płynnych, które użytkownicy mogą często przygotowywać samodzielnie, a jednocześnie modyfikując niektóre cechy wyrobu (np. dostarczoną energię), stosowanie wyrobów EC do przeprowadzania długotrwałych badań toksykologicznych przy powtarzającym się narażeniu jest nie tylko trudne, ale także potencjalnie nieodpowiednie.
Generator aerozoli kapilarnych (CAG)-opracowany przez Philip Morris12,13 i dalej udoskonalany przez Virginia Commonwealth University14-działa na zasadzie tworzenia strumienia gorącej pary z elektrycznie ogrzewanej kapilary, która jest następnie schładzana powietrzem otoczenia, powodując tworzenie się jądra cząstek, a następnie kondensację, co prowadzi do tworzenia aerozolu. Ponieważ te same procesy fizyczne prowadzą do powstawania aerozoli w EC (poza dostarczaniem cieczy do kapilary przez pompę w CAG, która w EC jest zwykle zastępowana siłami kapilarnymi działającymi na materiał odprowadzający wilgoć pobierającą ciecz ze zbiornika w EC), charakterystyka aerozoli generowanych przez CAG jest bardzo podobna do właściwości aerozoli EC14 (<silna klasa="xfig">Rysunek 1). CAG pozwala na produkcję dużych ilości aerozolu, przy niewielkich wymaganiach dotyczących obsługi; W związku z tym nadaje się szczególnie do badań inhalacyjnych in vivo.
CAG to urządzenie laboratoryjne składające się z podgrzewanej rurki kapilarnej po prostu podłączonej do regulatora temperatury i do zbiornika cieczy za pomocą pompy perystaltycznej (<silna klasa="xfig">Rysunek 2A). Kapilara (160 mm, 21 G, stal nierdzewna) jest podgrzewana przez cztery elementy grzejne, wszystkie osadzone w aluminiowym bloku (<silna klasa="xfig">Rysunek 2B). Temperatura jest zwykle ustawiana na 250-275 °C, aby naśladować warunki nagrzewania cewki w urządzeniu EC15. Ciecz pompowana przez kapilarnę jest podgrzewana i zamieniana w gorącą parę wychodzącą z końcówki kapilary. Montaż CAG (<klasa silna="xfig">Rysunek 2C) wymaga dodatkowych elementów do mieszania wytworzonej pary z zimnym powietrzem i formowania aerozolu. Nagłe mieszanie gorącej, przesyconej pary ze strumieniem zimnego powietrza powoduje zarodkowanie, a następnie kondensację, co prowadzi do powstania aerozolu (<silna klasa="xfig">Rysunek 2C). W naszym projekcie CAG (<silna klasa="xfig">Rysunek 3) dodatkowy strumień ogrzanego powietrza najpierw schładza korpus zewnętrzny, a następnie krąży wzdłuż bloków grzewczych, aby podgrzać przepływ powietrza, zapobiegając jednocześnie kondensacji cofnięcia się cieczy na końcu kapilary i stabilizując wybuch strumienia pary. Dodatkowo tworzy niepożądane ekranowanie gorących oparów, wpływając w ten sposób na proces zarodkowania. Z tego powodu natężenie przepływu stosowane do tego przepływu powietrza powinno być minimalne i dostosowane do celu aplikacji. Ten przepływ powietrza będzie nazywany "przepływem podgrzanego powietrza" w całym tym manuskrypcie, chociaż należy rozumieć, że strumień ten jest ogrzewany pasywnie przez bloki grzewcze, a nie celowo przez użytkownika.
Szybkość przepływu powietrza chłodzącego ma duży wpływ na wielkość generowanych cząsteczek aerozolu. W przypadku produkcji aerozoli do badań inhalacyjnych in vivo, przepływ powietrza rozcieńczającego określi dawkę narażenia i może być konieczne dalsze rozcieńczenie przed dotarciem do komory naświetlającej. Oprócz składu chemicznego aerozoli konieczne jest scharakteryzowanie rozkładu wielkości cząstek aerozolu (PSD) w celu zapewnienia, że wytwarzany aerozol jest podobny do tego wytwarzanego przez EC i mieści się w zakresie wielkości cząstek inhalacyjnych zalecanym przez wytyczne OECD (często parametryzowanym przez założenie logarytmiczności normalności PSD z medianą masy średnicy aerodynamicznej [MMAD] i geometrycznym odchyleniem standardowym [GSD]).
MMAD generowanych aerozoli może się znacznie różnić w zależności od konstrukcji urządzenia, właściwości fizykochemicznych cieczy preparatu (np. gęstość, lepkość i napięcie powierzchniowe), natężenia przepływu powietrza i temperatury dyktującej warunki termodynamiczne14,16,17. W przypadku eksperymentów z ekspozycją in vivo przepływ powietrza składa się na ogół z klimatyzowanego, przefiltrowanego powietrza o temperaturze 22 ± 2 °C i wilgotności względnej 60% ± 5%. Wytworzony aerozol może być następnie dalej rozcieńczany w zależności od wymagań badania, aby osiągnąć docelowe stężenia w atmosferze testowej. Następnie jest on dostarczany szklanymi rurami do komory ekspozycyjnej w celu zmniejszenia strat filtracji. W przedstawionych tutaj wynikach ustalono ustawienia temperatury i przepływu powietrza, aby wykazać, że CAG może być stosowany do ciągłego wytwarzania kontrolowanego aerozolu o stałym i wdychanym PSD oraz określonych stężeniach do badań inhalacyjnych in vivo.
W protokole opiszemy, jak: 1) złożyć CAG, 2) określić parametry wymagane do wytworzenia aerozolu z CAG, 3) przeprowadzić generowanie aerozolu i 4) przeanalizować fizyczne i chemiczne składniki interesujące aerozol. W tych wstępnych seriach rozważamy płynny roztwór oparty na mieszaninie składników tworzących aerozol: glikol propylenowy (PG), glicerol (VG), woda i nikotyna w określonych frakcjach masowych. Na koniec podzielimy się przykładowymi danymi do oceny złożonej mieszanki wielogatunkowej powstałej w naszych eksperymentach (obejmującej wyżej wymienione składniki zmieszane z dodatkowymi składnikami smakowymi). Omówimy ogólne wyniki i wyzwania wraz z możliwością zastosowania tego podejścia eksperymentalnego do oceny takich mieszanin.

<table><tbody><tr><td>Aluminiowa osłona przednia</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Szwajcaria</td><td>Custom Built</td><td>Specjalnie wykonana, 1 x</td></tr><tr><td>Aluminiowy blok grzewczy, średnica rowka 0,4 mm</td><td>Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA</td><td>B-505432</td><td>2 x</td></tr><tr><td>Aluminiowa tylna pokrywa</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Szwajcaria</td><td>Custom Built</td><td>1 x</td></tr><tr><td>szklane wkłady filtracyjne Cambridge</td><td>GE Healthcare Wielka Brytania Limitowany</td><td>9703-9654</td> Kapilara o <td>średnicy 44</td></tr><tr><td>mm 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>suche chusteczki</td><td>Contec Inc. , SC, USA</td><td>Prosat Chusteczki nasączone alkoholem izopropylowym</td> Środek <td>czyszczący</td></tr><tr><td>Przepływomierz</td><td>TSI, Shoreview, MI, USA</td><td>4100 Series, 0-20 L/min</td><td>lub równoważny</td></tr><tr><td>kalibrator Gilibrator-2</td><td>Sensidyne, St-Petersburg FL, Stany Zjednoczone</td><td>Gilian Gilibrator-2</td><td>Kalibrator przepływu powietrza</td></tr><tr><td>Złączki szklane</td><td>Labo Service, Kontich, Belgia</td><td>Rurociągi szklane QVF</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Labo Service, Kontich, Belgia</td><td>Rura QVF</td><td>25 i 40 mm</td></tr><tr><td>Elementy grzejne</td><td>Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA</td><td>LDC01864</td><td>4 x</td></tr><tr><td>smar wysokotemperaturowy</td><td>Lubriplate Lubricant Company, NJ, USA</td><td>Smar uniwersalny do wysokich temperatur</td><td>Konserwacja CAG</td></tr><tr><td>Wewnętrzna rurka PEEK</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Szwajcaria</td><td>Zbudowany na zamówienie</td><td>1 x</td></tr><tr><td>mieszadło magnetyczne</td><td>IKA-Werke GmbH & Co. KG, Staufen, Niemcy</td><td>C-MAG HS 4</td><td>lub równoważne</td></tr><tr><td>Mikroimpingery</td><td>Labo Service, Kontich, Belgia</td><td>Niestandardowa rura</td><td></td></tr><tr><td>zewnętrzna SS</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Szwajcaria</td><td>Zbudowany na zamówienie</td><td>1 x</td></tr><tr><td>adapter PEEK</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Szwajcaria</td><td>Specjalnie</td><td>zbudowany, 1 x</td></tr><tr><td>pompa perystaltyczna</td><td>Watson-Marlow Fluid Technology Group, Falmouth, Wielka Brytania</td><td>Watson-Marlow 530 U</td><td>lub równoważny</td></tr><tr><td>Złączka wtykowa</td><td>Festo Pte Ltd</td><td>NPQM-DK-M5-Q4-P10</td><td>1 x</td></tr><tr><td>Przykładowa kolumna Extrelut NT3 wkładka</td><td>Merk Sigma-Aldrich</td><td>115095</td><td></td></tr><tr><td>Nasadka montażowa SS 25 mm</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Szwajcaria</td><td>Specjalnie</td><td>zbudowana, 1 x</td></tr><tr><td>śruba pociągowa SS M8</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Szwajcaria</td><td>Zbudowany na zamówienie</td><td>3 x</td></tr><tr><td>nakrętka SS M8</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Szwajcaria</td><td>Zbudowany na zamówienie</td><td>3 x</td></tr><tr><td>Tylne podwozie SS</td><td>Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Szwajcaria</td><td>Zbudowany na zamówienie</td><td>Specjalnie zbudowany, 1 x</td></tr><tr><td>regulator temperatury</td><td>Cole Parmer GmbH, Wertheim, Niemcy</td><td>Digi-Sense TC 9600</td><td>lub równoważny</td></tr><tr><td>Termopara typu K</td><td>RS Components GmbH, W&auml; denswil, Szwajcaria</td><td>814-0147</td><td>1 x</td></tr></tbody></table>

zastosowanie kapilarnego generatora aerozolu w ciągłej produkcji kontrolowanego aerozolu do badań nieklinicznych

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

Kapilarny generator aerozoli (CAG) działa zgodnie z zasadą termicznego parowania cieczy poprzez podgrzewanie e-liquidu w początkowej fazie, a następnie zarodkowanie i kondensację regulowane przez mieszaninę przepływu powietrza w celu wytworzenia aerozoli, takich jak w elektronicznym papierosie (EC). CAG jest szczególnie przydatny w wytwarzaniu aerozoli o dużych objętościach w sposób ciągły, na przykład w takich przypadkach jak badania toksykologiczne inhalacyjne in vivo, w których zastosowanie EC nie jest możliwe. Efekty termiczne wytwarzania aerozolu z CAG są podobne pod względem temperatury stosowanej w EC, co pozwala badaczom ocenić opary e-liquidów na dużą skalę i odtwarzalność. Ponieważ działanie CAG pozwala użytkownikom kontrolować krytyczne parametry, takie jak natężenie przepływu e-liquidu, temperatury ogrzewania i przepływy powietrza rozcieńczającego, pozwala badaczom testować różne preparaty e-liquidów w dobrze kontrolowanym urządzeniu. Wykazano, że właściwości, takie jak wielkość cząstek aerozolu, są regulowane wraz z natężeniem przepływu powietrza w odniesieniu do przepływu e-liquidu i składu e-liquidu. CAG ma jednak ograniczone możliwości oceny powszechnych problemów związanych z KE, takich jak przegrzewanie się jej elementów. Staramy się wykazać, że CAG może generować aerozol, który jest powtarzalny i ciągły, oceniając chemiczne i fizyczne właściwości aerozolu przy użyciu wybranego preparatu e-liquidu. Protokół opisuje parametry operacyjne natężenia przepływu cieczy, natężenia przepływu powietrza rozcieńczającego oraz procedury operacyjne wymagające optymalizacji stężenia aerozolu i wielkości cząstek wymaganych do badania toksykologicznego in vivo. Przedstawiając reprezentatywne wyniki protokołu i omawiając wyzwania i zastosowania pracy z CAG, pokazujemy, że CAG może być używany w powtarzalny sposób. Technologia i protokół, które zostały opracowane na podstawie wcześniejszych prac, służą jako podstawa dla przyszłych innowacji w kontrolowanych laboratoryjnie badaniach nad generowaniem aerozoli.

Protokół opisuje ustawienia i użycie kapilarnego generatora aerozolu do ciągłej produkcji kontrolowanego aerozolu z wielogatunkowego płynnego roztworu, odpowiedniego do stałego dostarczania aerozolu o dużej objętości (np. badania inhalacyjne in vivo).

Zastosowanie kapilarnego generatora aerozolu w ciągłej produkcji kontrolowanego aerozolu do badań nieklinicznych

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

CAG jest przydatny do ciągłego i powtarzalnego wytwarzania termicznego aerozoli w dużych ilościach, takich jak badania toksykologiczne inhalacyjne in vivo, w których stosowanie produktów konsumpcyjnych lub urządzeń do inhalacji nie jest możliwe. Korzystanie z CAG pozwala eksperymentatorom precyzyjnie kontrolować czynniki wpływające na skład chemiczny i właściwości fizyczne cząstek aerozolu, takie jak temperatura, skład cieczy, natężenie przepływu cieczy i przepływy powietrza. Ciecz w CAG jest odparowywana, wytwarzając przesycone opary, które natychmiast ochładzają się w kontakcie z przepływem powietrza, wywołując jednorodne zarodkowanie, a następnie procesy kondensacji, w wyniku których powstają cząstki aerozolu.Przedstawiony protokół daje wgląd w montaż i złożoność wykorzystania CAG do ogólnego celu wytwarzania aerozoli. Jako przykład roboczy posłużono się testowaniem typowego składu płynu obecnego w mieszankach papierosów elektronicznych. Zacznij od umieszczenia kapilary w rowku kapilarnym aluminiowych bloków grzejnych tak, aby koniec wyjściowy wystawał na około pięć milimetrów.Lekko dokręć dwóch połówek aluminiowych bloków grzewczych. Następnie zamontuj elementy grzejne i termoparę w aluminiowych blokach grzejnych tak, aby przewody wystawały przez aluminiową tylną nasadkę. Zamontuj złączki wtykowe, upewniając się, że złączki wtykowe o wymiarach 2 na 4 milimetry są mocno przymocowane do zewnętrznej rury SS.Umieść O-ringi na dwóch rowkach wewnętrznej rury szczytowej i włóż wewnętrzną rurkę szczytową do zewnętrznej rurki SS od przodu. Przesuń wewnętrzny szczyt/zewnętrzny zespół rurki SS po zmontowanych aluminiowych elementach grzejnych, aby ściśle przylegał do tylnego podłoża SS. Następnie umieść aluminiową przednią nasadkę na aluminiowym korpusie grzewczym wewnątrz wewnętrznej rury szczytowej.Upewnij się, że kapilara lekko wystaje z aluminiowej przedniej nasadki. Umieść adapter daszka na przedniej rurze wewnętrznego szczytu. Upewnij się, że adapter daszka pasuje do przedniego rowka wewnętrznej rurki szczytowej.Umieść złączkę na adapterze szczytowym. Ręcznie dokręć nakrętki nad złączem, tak aby adapter szczytowy był dokręcony. Podłącz elementy grzejne do regulatora temperatury, termoparę regulatora temperatury do CAG, a rurkę z pompy perystaltycznej do CAG.Podłączyć sprężone powietrze do przepływu ogrzanego powietrza do kapilarnego generatora aerozoli za pomocą złączek wtykowych o wymiarach 2 na 4 milimetry. Zamontuj kapilarny generator aerozolu na elemencie szklanym i dostarcz przepływ powietrza rozcieńczającego do ustawionych wartości. Na podstawie obliczeń teoretycznych opisanych w manuskrypcie należy wykonać wstępne prace inżynieryjne w celu ilościowego określenia rzeczywistego stężenia składników aerozolu i uzyskania rzeczywistej wydajności kapilarnego generatora aerozolu.Przeprowadzić dalsze dostrajanie stężenia aerozolu, stosując te same obliczenia do regulacji całkowitego przepływu powietrza rozcieńczającego lub natężenia przepływu cieczy. Użycie roztworu zawierającego 2% nikotyny i natężenie przepływu cieczy 0,35 grama na minutę przy zmierzonym stężeniu aerozolu nikotyny wynoszącym 15 mikrogramów na litr przy całkowitym rozcieńczeniu przepływu powietrza 320 litrów na minutę spowoduje rzeczywistą wydajność nikotyny 68,57%. Zważyć i zapisać wartość badanej cieczy, mieszadła magnetycznego i butelki z dokładnością do 0,01 grama.Preparaty do produkcji płynnych preparatów przygotowywane są ze składników opisanych w manuskrypcie. Ustaw nastawę regulacji temperatury na cyfrowym regulatorze temperatury na 250 stopni Celsjusza i rozpocznij podgrzewanie kapilarnego generatora aerozolu. Umieścić płynny roztwór podstawowy za pomocą mieszadła magnetycznego na mieszadle magnetycznym.Umieścić rurkę wlotową pompy perystaltycznej w roztworze testowym. Włącz pompę perystaltyczną i ustaw natężenie przepływu cieczy na 5%Gdy temperatura osiągnie 250 stopni, rozpocznij wytwarzanie aerozolu, uruchamiając pompę perystaltyczną w celu dostarczenia cieczy testowej do kapilarnego generatora aerozolu. Sprawdzić, czy aerozol jest wytwarzany w pobliżu końcówki kapilary i zarejestrować czas niezbędny do obliczenia masowego natężenia przepływu.Umieść filtr w uchwycie filtra i umieść nasadki filtra. Przed pobraniem próbki zważ uchwyt filtra z dokładnością do 0,0001 grama z filtrem i udokumentuj wagę. Podłączyć uchwyt filtra zawierającego filtr do strumienia aerozolu i rozpocząć pobieranie próbki.Po pobraniu próbki zważyć filtr wraz z uchwytem filtra i nasadkami, a następnie udokumentować masę końcową. Obliczyć masę zebranego aerozolu, stosując wzór podany w manuskrypcie tekstowym. Teraz wyjmij wkładkę filtracyjną z uchwytu filtra i umieść ją w szklanej fiolce zawierającej pięć mililitrów etanolu.Ekstrahować masę zebraną w aerozolu, potrząsając wkładem filtracyjnym na wytrząsarce laboratoryjnej przez 30 minut z prędkością 400 obrotów na minutę. Charakterystyka chemiczna aerozoli wytwarzanych przez CAG potwierdziła wysoki stopień odtwarzalności przy tych samych przepływach powietrza ogrzewającego, chłodzącego, rozcieńczającego, warunkach pobierania próbek, ze względnym odchyleniem standardowym wynoszącym 2,48% dla masy zebranej w aerozolu, 3,28% dla nikotyny, 3,43% dla glicerolu i 3,34% dla glikolu propylenowego. Największy wpływ na wielkość cząstek zaobserwowano przy zmianie przepływu chłodzenia z 10 na 20 litrów na minutę oraz pierwszego przepływu rozcieńczania ze 160 na 150 litrów na minutę.Mediana masy średnic aerodynamicznych cząstek aerozolu zwiększała się wraz ze wzrostem szybkości przepływu chłodzącego. Rozkład średnicy aerodynamicznej cząstek aerozolu został wyraźnie przesunięty w kierunku większych średnic, porównując aerozole generowane przy przepływie chłodzenia 10 litrów na minutę z tymi generowanymi przy przepływie od 20 do 50 litrów na minutę. Zamierzone docelowe stężenie aerozolu, wraz z uwzględnieniem wartości natężenia przepływu powietrza i natężenia przepływu cieczy, umożliwia operatorom eksperymentalne uwzględnienie wydajności z konfiguracji CAG.Zgodnie z tą procedurą, inne mieszaniny cieczy mogą być testowane w podobnych lub zmienionych warunkach, które pozwalają badaczom na lepsze eksperymentalne zrozumienie zmian właściwości fizycznych i chemicznych, które zachodzą w wyniku podgrzania aerozolu.

use-capillary-aerosol-generator-continuous-production-controlled

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Ten film pokazuje wytwarzanie aerozoli leków i celowe dostarczanie tych aerozoli myszom tylko do nosa za pomocą urządzenia do inhalacji wyposażonego w generator aerozolu. Mysz jest unieruchomiona w ograniczniku tylko na nos i podłączona do jednostki inhalacyjnej, która dostarcza lek bezpośrednio do jamy nosowej myszy. Następnie lek przechodzi przez tchawicę i dostaje się do płuc.

Technika wytwarzania i dostarczania aerozoli leków bezpośrednio do płuc myszy

Zbudowano urządzenie do inhalacji aerozolu z nanocząsteczkami całego ciała do badań toksykologicznych nad inhalacją dwutlenku tytanu (TiO2). System ten zapewnia atmosfery testowe aerozolu nano-TiO2, które mają: 1) stałe stężenie masy; 2) jednorodny skład wolny od zanieczyszczeń; oraz 3) stabilny rozkład wielkości cząstek podczas wytwarzania aerozolu.

Narażenie na wdychanie aerozoli nanocząsteczkowych całego ciała

Zaprojektowaliśmy i opracowaliśmy skuteczną konfigurację aerozolu nanoproszków oraz protokół działania. W ramach systemu wytworzone zostały aerozole nanocząsteczkowe o stabilnych stężeniach liczbowych i rozkładzie wielkości przez długi czas, wymagające jedynie niewielkich ilości badanego materiału (min. 200 mg).

System do tworzenia stabilnych aerozoli nanocząsteczkowych z nanoproszków

Podczas opracowywania leków do dostarczania do płuc, konieczne jest przeprowadzenie oceny farmakokinetyki i skuteczności na modelu zwierzęcym. Przedstawiamy metodę budowy jednorazowego systemu dyspersji aerozolowej z gotowych komponentów, które mogą być wykorzystywane do podawania gryzoniom dopłucnego suchego aerozolu w proszku.

Dozowniki jednorazowego użytku do wdmuchiwania do płuc środków leczniczych małym zwierzętom

Opisana tutaj jednostka inhalacyjna może generować, pobierać próbki do charakterystyki i równomiernie deponować aerozol leku w płucach gryzoni. Umożliwia to przedkliniczne określenie skuteczności i bezpieczeństwa dawek leków zdeponowanych w płucach; kluczowe dane umożliwiające kliniczne opracowanie leków wziewnych.

Wdychanie suchego proszku i aerozoli w nebulizach farmaceutyków dostarczanych myszom przy użyciu systemu naświetlania tylko przez nos

Na całym świecie rośnie liczba użytkowników elektronicznych papierosów (e-papierosów). Niewiele jednak wiadomo na temat skutków zdrowotnych wywoływanych przez wdychane aerozole do e-papierosów. W tym artykule opisano technikę wytwarzania aerozolu w e-papierosach odpowiednią do narażenia zwierząt i późniejszych badań toksykologicznych. Takie protokoły są wymagane do ustanowienia eksperymentalnie odtwarzalnych i znormalizowanych systemów ekspozycji na e-papierosy.

Wytwarzanie aerozolu z papierosów elektronicznych przez urządzenie do waporyzacji maszynowej trzeciej generacji: zastosowanie do badań toksykologicznych

Komora do toksyczności inhalacyjnej tylko dla nosa, zdolna do testowania toksyczności inhalacyjnej przy czterech różnych stężeniach ekspozycji, została zaprojektowana i zatwierdzona pod kątem jednorodności pola przepływu i zanieczyszczenia krzyżowego między portami ekspozycji dla każdego stężenia. W niniejszej sprawie przedstawiamy protokół potwierdzający, że projektowana komora jest skuteczna w badaniach toksyczności inhalacyjnej.

Opracowanie komory do badania toksyczności inhalacyjnej tylko przez nos, która zapewnia cztery stężenia ekspozycji na nanocząstki

Tutaj prezentujemy protokół do przeprowadzania przenośnych ekspozycji aerozoli komórkowych i mierzenia odpowiedzi komórkowej. W metodzie wykorzystuje się komórki hodowane na granicy faz powietrze-ciecz, naśladując fizjologię in vivo. Odpowiedź komórkową na aerozole z nanocząstek miedzi obserwowano jako stres oksydacyjny poprzez wytwarzanie reaktywnych form tlenu i cytotoksyczność jako uwalnianie dehydrogenazy mleczanowej.

Nowa przenośna kaseta do naświetlania in vitro do pobierania próbek aerozoli

Prezentujemy solidny, przenośny i predykcyjny system ekspozycji in vitro do badania i monitorowania cząstek unoszących się w powietrzu pod kątem ich ostrej cytotoksyczności płucnej poprzez eksponowanie hodowanych ludzkich komórek płuc na granicy powietrze-ciecz (ALI).

Ocena ostrej toksyczności inhalacyjnej cząstek unoszących się w powietrzu poprzez wystawienie hodowanych ludzkich komórek płuc na granicy faz powietrze-ciecz

Opisana jest metoda hodowli komórkowej i ekspozycji modelu oskrzelowego in vitro dla realistycznej, powtarzającej się ekspozycji inhalacyjnej na cząstki do testów toksyczności.

Model nabłonka oskrzeli na granicy faz powietrze-ciecz do realistycznego, powtarzającego się narażenia inhalacyjnego na cząstki unoszące się w powietrzu do testów toksyczności

Tutaj prezentujemy protokół, jak zbudować i przetestować prosty, ale wydajny detektor cząstek o niskich kosztach.

Niedrogi detektor cząstek umożliwiający wytwarzanie przyrostowe

Poznaj metodę generowania aerozoli za pomocą kapilarnego generatora aerozolu (CAG) do badań toksykologicznych inhalacyjnych in vivo. Protokół umożliwia precyzyjną kontrolę temperatury, składu cieczy i przepływów powietrza.

Zastosowanie kapilarnego generatora aerozolu w ciągłej produkcji kontrolowanego aerozolu do badań nieklinicznych

Przeglądaj więcej filmów