Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

استخدام مولد الهباء الجوي الشعري في الإنتاج المستمر للهباء الجوي الخاضع للرقابة للدراسات غير السريرية

Published: April 12, 2022 doi: 10.3791/61021
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 2, 1, 2, 1, 1,3, 1
1PMI R&D, Philip Morris Products S.A., 2PMI R&D, Philip Morris Research Laboratories Pte. Ltd., 3Applied Mathematics, University of Twente

Summary

يصف البروتوكول إعدادات واستخدام مولد الهباء الجوي الشعري للإنتاج المستمر للهباء الجوي الخاضع للرقابة من محلول سائل متعدد الأنواع ، مناسب لتوصيل الهباء الجوي الكبير الحجم بشكل ثابت (على سبيل المثال ، في دراسات استنشاق الجسم الحي ).

Abstract

يتم تشغيل مولد الهباء الجوي الشعري (CAG) مع مبدأ التبخر السائل الحراري من خلال تسخين السائل الإلكتروني في المرحلة الأولية ، يليه النوى والتكثيف المنظم من خلال مزيج من تدفق الهواء لتوليد الهباء الجوي ، كما هو الحال في السيجارة الإلكترونية (EC). و CAG مفيد بشكل خاص في توليد الهباء الجوي بكميات كبيرة بطريقة مستمرة ، في حالات مثل دراسات علم السموم بالاستنشاق في الجسم الحي ، حيث لا يكون استخدام ECs ممكنا. تتشابه الآثار الحرارية لتوليد الهباء الجوي من CAG من حيث درجة الحرارة المطبقة في EC ، مما يسمح للمحققين بتقييم أبخرة السوائل الإلكترونية على نطاق واسع وقابلية التكاثر. نظرا لأن تشغيل CAG يسمح للمستخدمين بالتحكم في المعلمات الحرجة مثل معدل تدفق السائل الإلكتروني ودرجات حرارة التسخين وتدفقات الهواء المخففة ، فإنه يسمح للمحققين باختبار تركيبات السائل الإلكتروني المختلفة في جهاز يتم التحكم فيه جيدا. وقد ثبت أن الخصائص، مثل حجم جسيمات الهباء الجوي، تخضع للتنظيم مع معدل تدفق الهواء فيما يتعلق بتدفق السائل الإلكتروني وتكوين السائل الإلكتروني. ومع ذلك، فإن المساعدة النقدية محدودة في تقييم القضايا المشتركة المتعلقة بالجماعة الأوروبية، مثل ارتفاع درجة حرارة عناصرها. نحن نسعى إلى إثبات أن CAG يمكن أن يولد الهباء الجوي القابل للتكرار والمستمر ، من خلال تقييم خصائص الهباء الجوي الكيميائي والفيزيائي باستخدام تركيبة سائلة إلكترونية مختارة. يصف البروتوكول معلمات التشغيل لمعدل تدفق السائل ومعدلات تدفق الهواء المخفف وإجراءات التشغيل التي تحتاج إلى تحسين تركيز الهباء الجوي وحجم الجسيمات المطلوبة لدراسة علم السموم في الجسم الحي . من خلال عرض النتائج التمثيلية للبروتوكول ومناقشة تحديات وتطبيقات العمل مع CAG ، نثبت أنه يمكن استخدام CAG بطريقة قابلة للتكرار. وتعمل التكنولوجيا والبروتوكول، اللذان تم تطويرهما من أعمال سابقة، كأساس للابتكارات المستقبلية لتحقيقات توليد الهباء الجوي التي يتم التحكم فيها في المختبرات.

Introduction

تحتوي السوائل الإلكترونية الشائعة على مزيج من البروبيلين غليكول والجلسرين والماء والنيكوتين والنكهات المختارة. لا يعتمد تكوين الهباء الجوي الناتج عن جهاز EC على التركيبة السائلة فحسب ، بل يعتمد أيضا على مادة الجهاز وتصميمه وخصائصه. ونتيجة لذلك، قد تحدث العديد من أجهزة EC تباينا كبيرا في ناتج الهباء الجوي1، بما في ذلك الإنتاج الخاص بالجهاز لمستويات مرتفعة من المكونات غير المرغوب فيها، وتباين حجم النفخة، والتغير في تدفق الهواء بسبب فتحات التهوية المسدودة، و"النفخ الجاف" (عندما تكون حاوية السائل فارغة تقريبا، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الجهاز لأن جزءا من الطاقة المسلمة لا يستخدم للتبخر السائل)2 . بالإضافة إلى ذلك ، فإن شحن أجهزة EC وإعادة تعبئتها وتنظيفها أثناء دراسات الاستنشاق طويلة الأجل سيصبح قيدا إضافيا كبيرا من حيث الخدمات اللوجستية3. لهذه الأسباب ، ينبغي النظر في مولدات الهباء الجوي الأخرى لإنتاج الهباء الجوي على نطاق واسع والتقييم السليم للتركيبات السائلة مع تجنب الاختلافات المرتبطة بالأجهزة في تكوين الهباء الجوي وتقليل حمل العمل 4,5. ومع ذلك، ينبغي أن تظل الهباء الجوي المولدة عن الأجهزة جزءا من استراتيجيات تقييم المخاطر، لأن مستويات بعض المكونات في أجهزة EC قد تكون أعلى من تلك الموجودة في مولدات الهباء الجوي الموحدة التي يتم التحكم فيها مختبريا بسبب خصائص التدفئة/التبريد للأجهزة6،7،8.

ونظرا لمحدودية المعلومات عن المتطلبات التنظيمية المتاحة حاليا، لا تزال أساليب تقييم السمية المحتملة للهباء الجوي الناتج عن السجائر الإلكترونية (EC) تتطور9،10،11. ومع ذلك ، فإن التقييم الدقيق في المختبر وفي الجسم الحي يتطلب توليد كميات مميزة جيدا وقابلة للتكرار من الهباء الجوي بمرور الوقت. من المؤكد أن إنتاج الهباء الجوي من جهاز EC مع نظام نفخ متحكم فيه سيكون العملية الأكثر تمثيلا من منظور استهلاك المستخدم. وبالنسبة لدراسات السمية التنظيمية، وبالنظر إلى مجموعة متنوعة من التركيبات السائلة المحتملة التي قد يعدها المستعملون بأنفسهم في كثير من الأحيان، وفي الوقت نفسه، تعديل بعض خصائص الجهاز (مثل الطاقة المسلمة)، فإن استخدام أجهزة EC لإجراء دراسات سمية التعرض المتكرر على المدى الطويل ليس تحديا فحسب، بل يحتمل أيضا أن يكون غير كاف.

يعمل مولد الهباء الجوي الشعري (CAG) - الذي طوره فيليب موريس 12,13 وتم تحسينه من قبل جامعة فرجينيا كومنولث14 - على مبدأ إنشاء نفاثة من تدفق البخار الساخن من الشعيرات الدموية المسخنة كهربائيا ، والتي يتم تبريدها لاحقا بالهواء المحيط ، مما يتسبب في تكوين نواة الجسيمات والتكثيف اللاحق ، مما يؤدي إلى تكوين الهباء الجوي. نظرا لأن نفس العمليات الفيزيائية تؤدي إلى تكوين الهباء الجوي في ECs (بصرف النظر عن توصيل السائل إلى الشعيرات الدموية بواسطة مضخة في CAG ، والتي ، في EC ، عادة ما يتم استبدالها بقوى شعرية تعمل على مادة الفتل التي تسحب السائل من الخزان في EC) ، فإن خصائص الهباء الجوي الناتج عن CAG تشبه إلى حد كبير خصائص الهباء الجوي EC14 (الشكل 1 ). يسمح CAG بإنتاج كميات كبيرة من الهباء الجوي ، مع متطلبات مناولة قليلة ؛ لذلك ، فهي مناسبة بشكل خاص لدراسات الاستنشاق في الجسم الحي.

CAG هو جهاز مختبري يتكون من أنبوب شعري ساخن متصل ببساطة بوحدة تحكم في درجة الحرارة وخزان سائل عبر مضخة تمعجية (الشكل 2A). يتم تسخين الشعيرات الدموية (160 مم ، 21 جم ، الفولاذ المقاوم للصدأ) بواسطة أربعة عناصر تسخين ، وكلها مضمنة في كتلة من الألومنيوم (الشكل 2B). عادة ما يتم ضبط درجة الحرارة على 250-275 درجة مئوية لتقليد ظروف تسخين الملف لجهاز EC15. يتم تسخين السائل الذي يتم ضخه عبر الشعيرات الدموية وتحويله إلى بخار ساخن يخرج من طرف الشعيرات الدموية. يتطلب تجميع CAG (الشكل 2C) عناصر إضافية لخلط البخار المتولد مع الهواء البارد وتشكيل الهباء الجوي. يؤدي الخلط المفاجئ للبخار الساخن الفائق التشبع مع تيار الهواء البارد إلى التنوي والتكثيف اللاحق ، مما يؤدي إلى تكوين الهباء الجوي (الشكل 2C). في تصميم CAG الخاص بنا (الشكل 3) ، يقوم تدفق هواء ساخن إضافي أولا بتبريد الجسم الخارجي وبعد ذلك يدور على طول كتل التسخين لتسخين تدفق الهواء ، مما يمنع ، في الوقت نفسه ، تكثيف التدفق العكسي السائل عند طرف الشعيرات الدموية وتثبيت انفجار البخار النفاث. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يخلق تدريعا غير مرغوب فيه للأبخرة الساخنة ، مما يؤثر على عملية التنوي. لهذا السبب ، يجب أن يكون معدل التدفق المطبق على تدفق الهواء هذا ضئيلا ويناسب الغرض من التطبيق. سيطلق على تدفق الهواء هذا اسم "تدفق الهواء الساخن" في جميع أنحاء هذه المخطوطة ، على الرغم من أنه يجب أن يكون مفهوما أن هذا التيار يتم تسخينه بشكل سلبي بواسطة كتل التسخين وليس عن قصد من قبل المستخدم.

معدل تدفق الهواء التبريد له تأثير قوي على حجم جزيئات الهباء الجوي المتولدة. في إنتاج الهباء الجوي لدراسات الاستنشاق في الجسم الحي ، سيحدد تدفق الهواء المخفف جرعة التعرض وقد يتعين تخفيفه أكثر قبل الوصول إلى غرفة التعرض. وإلى جانب التركيب الكيميائي للهباء الجوي، من الضروري توصيف توزيع حجم جسيمات الهباء الجوي (PSD) لضمان أن يكون الهباء الجوي المتولد مشابها للهباء الجوي الناتج عن الجماعات الأوروبية وضمن نطاق حجم جسيمات الاستنشاق الذي توصي به المبادئ التوجيهية لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي (غالبا ما يتم قياسه من خلال افتراض الوضع الطبيعي لسجل PSD مع متوسط القطر الديناميكي الهوائي الشامل [MMAD] والانحراف المعياري الهندسي [GSD]).

يمكن أن يختلف MMAD للهباء الجوي المتولد اختلافا كبيرا اعتمادا على تصميم الجهاز ، والخصائص السائلة الفيزيائية والكيميائية للتركيبة (على سبيل المثال ، الكثافة واللزوجة والتوتر السطحي) ، ومعدل تدفق الهواء ، ودرجة الحرارة التي تملي الظروف الديناميكية الحرارية14،16،17. بالنسبة لتجارب التعرض في الجسم الحي ، يتكون تدفق الهواء بشكل عام من الهواء المكيف والمصفى عند 22 ± 2 درجة مئوية و 60٪ ± 5٪ رطوبة نسبية. يمكن بعد ذلك تخفيف الهباء الجوي المتولد بشكل أكبر اعتمادا على متطلبات الدراسة ، لتحقيق التركيزات المستهدفة في جو الاختبار. ثم يتم تسليمه عبر أنابيب زجاجية إلى غرفة التعرض من أجل تقليل فقدان الترشيح. في النتائج المعروضة هنا ، تم تحديد إعدادات درجة الحرارة وتدفق الهواء لإثبات أنه يمكن استخدام CAG للإنتاج المستمر للهباء الجوي الخاضع للرقابة مع PSD متسق وقابل للاستنشاق وتركيزات محددة لدراسات الاستنشاق في الجسم الحي.

في البروتوكول ، سنصف كيفية: 1) تجميع CAG ، 2) تحديد المعلمات المطلوبة لتوليد الهباء الجوي من CAG ، 3) إجراء توليد الهباء الجوي ، و 4) تحليل المكونات الفيزيائية والكيميائية ذات الأهمية في الهباء الجوي. بالنسبة لهذه العمليات الأولية ، نعتبر محلولا سائلا يعتمد على مزيج من مكونات تكوين الهباء الجوي: البروبيلين غليكول (PG) ، الجلسرين (VG) ، الماء والنيكوتين في أجزاء الكتلة الموصوفة. وأخيرا، سنشارك أمثلة على البيانات لتقييم خليط معقد متعدد الأنواع تم إنشاؤه في تجاربنا (يتضمن المكونات المذكورة أعلاه الممزوجة بمكونات نكهة إضافية). سنناقش النتائج والتحديات العامة إلى جانب إمكانية تطبيق هذا النهج التجريبي لتقييم هذه الخلائط.

Protocol

1. تجميع نظام CAG

  1. تجميع CAG
    1. ضع الشعيرات الدموية في الأخدود الشعري لكتل تسخين الألومنيوم ، مع بروز نهاية الإخراج بحوالي 5 مم.
    2. شد مسامير نصفي كتل تسخين الألومنيوم برفق.
    3. قم بتجميع عناصر التسخين (أ) والمزدوجات الحرارية (ب) في كتل تسخين الألومنيوم (ج) ، مع بروز الأسلاك من خلال الغطاء الخلفي من الألومنيوم (د) (الشكل 4 أ).
    4. تأكد من توصيل أسلاك عناصر التسخين بمحول وتأكد من أنها مستقيمة.
    5. قم بتجميع أنبوب PEEK الداخلي (g) مع أنبوب SS الخارجي (e). تأكد من أن تركيبات الدفع 2 × 4 مم (f) مثبتة بإحكام على أنبوب SS الخارجي (e) (الشكل 4B).
    6. ضع حلقات O (3 × 30 مم) على الأخاديد لأنبوب PEEK الداخلي (g) وأدخل أنبوب PEEK الداخلي (g) في أنبوب SS الخارجي (e) من الواجهة الأمامية.
    7. ضع عناصر التسخين المصنوعة من الألومنيوم المجمعة على الجزء الخلفي من SS (i) ، مع الغطاء الخلفي المصنوع من الألومنيوم المواجه للدعم الخلفي SS ، وحرك مجموعة أنبوب PEEK / SS الخارجي الداخلي فوق عناصر تسخين الألومنيوم لتتناسب بإحكام مع الدعم الخلفي SS (i) (الشكل 4C).
    8. ضع الغطاء الأمامي من الألومنيوم (h) فوق عنصر تسخين الألومنيوم ، داخل أنبوب PEEK الداخلي. تأكد من أن الشعيرات الدموية بارزة قليلا من الغطاء الأمامي من الألومنيوم. قم بتثبيت مسامير الرصاص الثلاثة SS (j) حول الجزء الخلفي من SS وشدها بإحكام.
    9. ضع محول PEEK (k) فوق مقدمة أنبوب PEEK الداخلية. تأكد من أن محول PEEK يتناسب مع الأخدود الأمامي لأنبوب PEEK الداخلي. ضع المجدول مقاس 25 مم (l) فوق محول PEEK ومن خلال مسامير الرصاص SS الثلاثة. قم بتشديد المكسرات يدويا فوق المجدول بحيث يكون محول PEEK ضيقا (الشكل 4D).
    10. قم بتوصيل عناصر التسخين بوحدة التحكم في درجة الحرارة والشعيرات الدموية بالمضخة التمعجية ومحلول سائل الاختبار.
    11. قم بتوصيل الهواء المضغوط لتدفق الهواء الساخن ب CAG عبر تركيبات الدفع 2 × 4 مم (الشكل 4B ، [f]).
    12. قم بتجميع CAG على القطعة الزجاجية وقم بتوصيل تبريد CAG وتدفقات هواء التخفيف الأولى (الهواء المعالج ؛ الشكل 3). أضف مدخلا ثانيا لتدفق التخفيف عند الضرورة بالإضافة إلى منافذ أخذ عينات من الهباء الجوي وتقاطع T التنظيمي (الشكل 5).
  2. إجراءات تنظيف CAG
    1. قم بإزالة CAG من إعداد تجميع الزجاج CAG ونظف الزجاج بمناديل جافة حتى يجف الزجاج بشكل واضح.
    2. راقب الإخراج الشعري من CAG للانسداد. إذا كان من الممكن ملاحظة ترسب الجسيمات على مخرج الشعيرات الدموية ، فقم بتغيير الشعيرات الدموية. وبالمثل ، عند ملاحظة انخفاض توصيل الهباء الجوي ، استبدل الشعيرات الدموية بأخرى جديدة.
    3. قم بتفكيك CAG باتباع الخطوات من 1.1.9 إلى 1.1.1.
    4. أعد تجميع CAG باتباع الخطوات من 1.1.1 إلى 1.1.9 بمجرد تغيير الشعيرات الدموية.

2. حساب تركيز الهباء الجوي CAG وتخفيفه

  1. الحساب النظري ل TDF
    1. احسب TDF بناء على تركيز التركيبة السائلة (تسمى محلول / تركيز المخزون هنا) و LFR:
      Equation 1
      TDF: إجمالي تدفق الهواء المخفف (لتر / دقيقة)
      Cالمخزون: تركيز المخزون 2٪ ، ث / ث)
      LFR: معدل تدفق السائل (ز / دقيقة)
      جيم الهدف: التركيز المستهدف (ميكروغرام/لتر)
    2. باستخدام محلول يحتوي على 2٪ (وزن / وزن) من النيكوتين ، مع تركيز هباء النيكوتين المستهدف عند 15 ميكروغرام / لتر و LFR من 0.35 جم / دقيقة ، افترض أن العائد بنسبة 100٪ سيكون كما يلي:
      Equation 2
      Equation 3
  2. الحساب النظري ل LFR
    1. احسب LFR بناء على تركيز محلول المخزون السائل و TDF:
      Equation 4
      LFR: معدل تدفق السائل (ز / دقيقة)
      جيم الهدف: التركيز المستهدف (ميكروغرام/لتر)
      TDF: إجمالي تدفق الهواء المخفف (لتر / دقيقة)
      جيم- المخزون: تركيز السهم (٪ ، ث / ث)
    2. باستخدام محلول يحتوي على 2٪ (وزن / وزن) نيكوتين ، مع تركيز هباء النيكوتين المستهدف عند 15 ميكروغرام / لتر و TDF من 300 لتر / دقيقة ، افترض أن العائد بنسبة 100٪ سيكون كما يلي:
      Equation 5
      Equation 11
  3. حساب العائد الفعلي (٪) على أساس البيانات التجريبية
    1. استنادا إلى الحسابات النظرية المذكورة أعلاه ، قم بإجراء العمليات الهندسية الأولية لتحديد التركيز الفعلي المكون للهباء الجوي (CActual) والحصول على العائد الفعلي (AY) للهباء الجوي CAG. إجراء مزيد من الضبط الدقيق لتركيز الهباء الجوي باستخدام نفس الحسابات لضبط TDF أو LFR.
      Equation 6
      AY: العائد الفعلي (٪)
      C الفعلي: التركيز الفعلي المكون للهباء الجوي (ميكروغرام/لتر)
      TDF: إجمالي تدفق الهواء المخفف (لتر / دقيقة)
      جيم- المخزون: تركيز السهم (٪ ، ث / ث)
      LFR: معدل تدفق السائل (ز / دقيقة)
    2. باستخدام محلول يحتوي على 2٪ (ث / ث) نيكوتين ، مع تركيز هباء النيكوتين المقاس من 15 ميكروغرام / لتر ، TDF من 320 لتر / دقيقة ، و LFR من 0.35 جم / دقيقة سيؤدي إلى النيكوتين AY التالي:
      Equation 7
      Equation 8

3. CAG توليد الهباء الجوي

  1. بدء توليد الهباء الجوي
    1. قم بوزن وتسجيل قيمة سائل الاختبار والتحريك المغناطيسي والزجاجة إلى أقرب 0.01 جم. يتم إعداد تركيبات المخزون السائل بمكونات موصوفة في الجدول 1.
    2. توفير إعدادات تدفق الهواء ذات الصلة (±5٪) (الشكل 5):
      الهواء المضغوط للتدفق الساخن: 2 لتر / دقيقة
      تدفق التبريد: 10 لتر / دقيقة
      تدفق التخفيف الأول: 150 لتر/دقيقة
      تدفق التخفيف الثاني: 160 لتر / دقيقة
      تدفق النفايات: 172 لتر / دقيقة
    3. اضبط نقطة ضبط التحكم في درجة الحرارة على وحدة التحكم الرقمية في درجة الحرارة على 250 درجة مئوية وابدأ في تسخين CAG.
    4. ضع محلول المخزون السائل بقضيب تحريك مغناطيسي على مقلب مغناطيسي. ضع أنبوب المدخل من المضخة التمعجية في محلول الاختبار.
    5. قم بتشغيل المضخة التمعجية واضبط التدفق على LFR ±5٪ (جم / دقيقة).
    6. عندما تصل درجة حرارة CAG إلى 250 ± 1 درجة مئوية ، ابدأ توليد الهباء الجوي عن طريق بدء تشغيل المضخة التمعجية لتوصيل سائل الاختبار إلى CAG.
    7. تحقق مما إذا كان يتم توليد الهباء الجوي بالقرب من الطرف الشعري وسجل الوقت حسب الضرورة لحساب معدل تدفق الكتلة. إذا لم يتم إنشاء الهباء الجوي ، فتحقق من جميع المعدات والإعدادات مرة أخرى. إذا لم يتم توليد الهباء الجوي حتى الآن ، فمن المحتمل جدا أن يتم حظر الشعيرات الدموية وتحتاج إلى استبدالها.
  2. أثناء توليد الهباء الجوي
    1. استنزاف السائل الذي يتكثف في إعداد الزجاج كل 60 دقيقة، لضمان توليد الهباء الجوي المستمر والمستقر.
  3. وقف توليد الهباء الجوي
    1. قم بإزالة الأنابيب من زجاجة محلول الاختبار وقم بتبديل سائل الاختبار إلى ماء منزوع الأيونات وسجل الوقت اللازم لحساب معدل تدفق الكتلة.
    2. انتظر حتى يخرج بخار الماء من الشعيرات الدموية ، وأطفئ وحدة التحكم في درجة الحرارة ، وحافظ على تشغيل المضخة التمعجية لمدة 10 دقائق على الأقل لغسل الشعيرات الدموية وتنظيفها.
    3. وزن وتسجيل قيمة سائل الاختبار والزجاجة إلى أقرب 0.01 جم وحساب معدل التدفق الكتلي باستخدام المعادلة التالية:
      Equation 9
    4. قم بإيقاف تشغيل الهواء المضغوط المستخدم كتدفق ساخن.
    5. إذا لزم الأمر، قم بإزالة CAG من إعداد التجميع وتنظيف الأنابيب الزجاجية بمناديل جافة وإعادة تجميع CAG.

4. التحديد التحليلي للمكونات

ملاحظة: يتم أخذ عينات من الهباء الجوي في موضعين: أ) على الهباء الجوي غير المخفف (يتم إيقاف تشغيل كل من هواء التخفيف الأول وتدفق التخفيف الثاني أثناء أخذ العينات غير المخففة) و ب) على الهباء الجوي المخفف مع توفير جميع التخفيفات (الشكل 5). يتوفر ما يصل إلى ثلاثة منافذ لأخذ العينات في كل من مواقع أخذ العينات ، a و b ، مما يسمح بجمع ACM في وقت واحد ، وغيرها من المعدات / المجسات لتحليل خصائص الهباء الجوي. يتم تثبيت خط أخذ العينات عموديا على اتجاه تدفق الهباء الجوي وتوصيله بمضخة تفريغ تسمح برسم حجم معين من الهباء الجوي (اعتمادا على معدل تدفق المضخة ومدة العينة).

  1. تحديد الكتلة المجمعة للهباء الجوي (ACM)
    ملاحظة: يتم احتجاز مرحلة الجسيمات من الهباء الجوي على لوحة مرشح من الألياف الزجاجية (القطر: 44 مم، والاحتفاظ بحجم الجسيمات: 1.6 ميكرومتر). يتم قياس أوزان ACM قبل وبعد أخذ العينات باستخدام حاملات المرشحات لتقليل الخسائر في الوزن بسبب تبخر المكونات المتطايرة.
    1. ضع مرشحا في حامل الفلتر وضع أغطية الفلتر.
    2. قم بوزن حامل الفلتر إلى أقرب 0.0001 جم باستخدام الفلتر قبل جمع العينات وقم بتوثيق الوزن.
    3. قم بتوصيل حامل الفلتر الذي يحتوي على المرشح بتدفق الهباء الجوي وابدأ في جمع العينات.
    4. بعد جمع العينة، قم بوزن المرشح باستخدام حامل المرشح والقبعات، وقم بتوثيق الوزن النهائي.
    5. احسب ACM باستخدام الصيغة التالية:
      Equation 10
      ACM: تركيز ACM (ميكروغرام / لتر)
      Wb: وزن الفلتر وحامل الفلتر قبل أخذ العينات (g) إلى أقرب 0.0001 جم
      Wa: وزن الفلتر وحامل الفلتر بعد أخذ العينات (جم) إلى أقرب 0.0001 جم
      V الهباء الجوي: حجم الهباء الجوي (L) الذي يمر عبر المرشح ، محسوبا باستخدام:
      وقت أخذ العينات (دقيقة) × تدفق أخذ العينات (لتر / دقيقة)
    6. قم بإزالة لوحة المرشح من حامل المرشح وإيداعها في قارورة زجاجية سعة 25 مل تحتوي على 5 مل من الإيثانول. قم باستخراج ACM عن طريق هز لوحة المرشح على شاكر المختبر لمدة 30 دقيقة عند 400 دورة في الدقيقة.
    7. الطرد المركزي للقارورة الزجاجية 25 مل لمدة 5 دقائق عند 290 × غرام وجمع supernatant لتحديد كمية PG / VG ومرحلة الجسيمات من النيكوتين.
  2. تحديد تركيز النيكوتين (أو النكهة)
    ملاحظة: يتم حبس الهباء الجوي على عمود عينة يحتوي على أرض دياتومية واسعة المسام معالجة خصيصا ، وهي مصفوفة خاملة كيميائيا لاستخدامها في نطاق الأس الهيدروجيني من 1 إلى 13 (الشكل 6).
    1. قم بإعداد عمود العينة في غضون 15 دقيقة قبل البدء في جمع عينات الهباء الجوي.
      1. لتحديد تركيزات النيكوتين ، أضف 2 مل من 0.5 مليون حمض الكبريتيك. لتحديد النكهات ، أضف 2 مل من الأيزوبروبانول.
    2. تحقق من تدفق العينات.
      1. قم بتشغيل مضخة التفريغ، وباستخدام معدات التدفق المعايرة التي توفر الدقة إلى 1 سم مكعب / دقيقة، تحقق من معدل التدفق باستخدام عمود عينة متصل بخط أخذ العينات. اضبط التدفق باستخدام صمام الإبرة على نطاق 700 سم مكعب / دقيقة ± 5٪.
      2. أطفئ مضخة التفريغ.
    3. جمع العينات
      1. أضف المحولين إلى عمود العينة وفقا لجانب المدخل والمخرج (الشكل 6). قم بتوصيل الأنبوب بخط أخذ العينات الفراغي عبر محول المخرج.
      2. قم بتوصيل تجميع عمود العينة بمنفذ أخذ العينات عبر محول المدخل.
      3. ابدأ جمع العينات عن طريق تشغيل مضخة التفريغ.
      4. سجل وقت بدء أخذ العينات.
      5. بعد وقت أخذ العينات المحدد مسبقا ، 10 دقائق عند نقطة أخذ العينات غير المخففة A و 30 دقيقة عند نقطة أخذ العينات المخففة B ، قم بإيقاف تشغيل مضخة التفريغ وتسجيل الوقت.
      6. قم بإزالة عمود العينة من منفذ أخذ العينات.
      7. قم بإزالة المحولات من عمود العينة وقم بإغلاق عمود العينة بغشاء فيلم لمنع الخسائر الناجمة عن التبخر أو التلوث. قم بتسمية عمود العينة وفقا لاسم العينة المقابل.
      8. قم بتخزين عمود العينة المختوم في الثلاجة (2-8 درجة مئوية) حتى التحليل.
    4. تحديد تركيزات الكربونيل
      ملاحظة: يتم احتجاز الكربونيل على وسادة مرشح زجاجي متصلة في سلسلة بجهاز إمبنج صغير مملوء ب 2,4-dinitrophenylhydrazine (DNPH) المذاب في الأسيتونيتريل.
  3. التحضير للاصطياد
    1. املأ المؤثر الصغير ب 10 مل من DNPH 15 mM في الأسيتونيتريل.
      1. قم بإعداد لوحة مرشح (انظر الفقرة 4.1).
      2. التحقق من تدفق العينات
    2. قم بتشغيل مضخة التفريغ وتحقق من معدل تدفق خط أخذ العينات باستخدام معدات تدفق معايرة توفر دقة 1 سم مكعب / دقيقة. اضبط التدفق باستخدام صمام الإبرة على نطاق 700 سم مكعب / دقيقة ± 5٪.
      1. أطفئ مضخة التفريغ.
    3. جمع العينات
      1. قم بتوصيل حامل الفلتر المرتبط بجهاز الإمبنجر الصغير بمنفذ أخذ العينات.
      2. قم بتوصيل خط أخذ العينات الفراغية بمخرج المؤثر الصغير.
      3. ابدأ جمع العينات عن طريق تشغيل مضخة التفريغ.
      4. سجل وقت بدء أخذ العينات.
      5. بعد وقت أخذ العينات المحدد مسبقا ، 10 دقائق عند نقطة أخذ العينات غير المخففة a و 30 دقيقة عند نقطة أخذ العينات المخففة b ، قم بإيقاف تشغيل مضخة التفريغ وتسجيل الوقت.
      6. افصل مصيدة أخذ العينات عن منفذ أخذ العينات.
      7. أفرغ الواصطدام في قارورة زجاجية. قم بتعبئة محلول DNPH إلى 10 مل باستخدام الأسيتونيتريل.
      8. حدد وزن لوحة المرشح واستخراجها في محلول DNPH-acetonitrile عن طريق الاهتزاز. تخلص من لوحة الفلتر بعد الاستخراج.
      9. خذ أليكوت 1 مل من محلول الكربونيل-DNPH وأضف 50 ميكرولتر من البيريدين لتحقيق الاستقرار في المحلول.
      10. تخزين aliquots في الفريزر في ≤-12 درجة مئوية حتى التحليل.

Representative Results

قابلية تكرار الهباء الجوي CAG
لإثبات قابلية تكرار الهباء الجوي الناتج عن CAG ، تم استخدام محلول سائل أساسي يحتوي على PG و VG والنيكوتين والماء والإيثانول (71.72٪ و 17.93٪ و 2٪ و 5.85٪ و 2.5٪ على التوالي) على مدار 10 عمليات منفصلة لتوليد الهباء الجوي. ويلخص الجدول 2 بارامترات الهباء الجوي وأخذ العينات. وأكد التوصيف الكيميائي للهباء الجوي الناتج عن CAG الدرجة العالية من قابلية النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام النظام للتكرار. في ظل نفس تدفقات هواء التسخين والتبريد والتخفيف بالإضافة إلى نفس ظروف أخذ العينات ، كانت تركيزات ACM والنيكوتين و VG و PG مستقرة على مدار عمليات توليد الهباء الجوي ، مع انحراف معياري نسبي قدره 2.48٪ و 3.28٪ و 3.43٪ و 3.34٪ من ACM و Nicotine و VG و PG على التوالي (الشكل 7).

تم قياس تركيزات ثمانية كربونيل - وهي الأسيتالديهيد والأسيتون والأكرولين والبوتيردهيد والكروتونالدهيد والفورمالديهايد وميثيل إيثيل كيتون وبروبيونالدهيد - خلال ثلاث جولات متتالية من توليد الهباء الجوي CAG. وكما هو متوقع مع الهباء الجوي المتولد في ظروف ثابتة خاضعة للرقابة، ظلت غلة جميع تحليلات الكربونيل منخفضة (الجدول 3)، ولم تصل إلى حدود القياس الكمي (LOQ) للطريقة التحليلية لمعظم المركبات. فقط الأسيتالديهيد والفورمالديهايد كان لهما غلات أعلى من LOQ. أظهرت تركيزات الفورمالديهايد في عينة الهباء الجوي المخفف تباينا عاليا (±32٪) بسبب تقلب هذا التحليل وكذلك العوائد القريبة من LOQ. وأكدت البيانات عدم وجود منتجات تحلل حراري سائل في الهباء الجوي الناتج عن CAG. كان لإضافة مزيج من النكهات تأثير على تكوين الكربونيل في الهباء الجوي. وفي هذه الحالة، زادت غلة الأسيتالديهيد والبوتيرالديهايد زيادة كبيرة، من قيم قريبة من LOQ إلى 2.06 و 1.56 ميكروغرام/لتر، على التوالي، في الهباء الجوي المخفف الذي كان من المفترض أن يدخل غرفة التعرض. تسلط هذه البيانات الضوء على تأثير تكوين خليط النكهة على تكوين الهباء الجوي ، وتؤكد على الحاجة إلى التحقيق في السمية المحتملة لبعض المواد المنكهة في تركيبة سائلة إلكترونية في مرحلة مبكرة ، قبل التقييم النهائي في دراسات التعرض طويلة الأجل في الجسم الحي .

PSD من الهباء الجوي المولدة من CAG
تم قياس PSD للهباء الجوي الناتج عن CAG تحت تدفقات تبريد مختلفة وتخفيف أول لتقييم تأثير هذه الظروف على الخصائص الفيزيائية للهباء الجوي المتولد من محلول السائل الأساسي الذي يحتوي على PG و VG والماء والنيكوتين فقط. هذا الإجراء ضروري لتحديد الظروف المناسبة لإنتاج الهباء الجوي مع أحجام الجسيمات في النطاق القابل للتنفس.

وفي هذه الدراسة، عدلت تدفقات التبريد والتخفيف الأولى بخطوات مقدارها 10 لتر/دقيقة للحفاظ على نفس الحجم الإجمالي لتدفق الهباء الجوي (الجدول 4). تم الحفاظ على تدفق السائل (0.5 مل / دقيقة) ، والتدفق الساخن (2 لتر / دقيقة) ، وتدفق التخفيف الثاني (150 لتر / دقيقة) ثابتا. وأخذت عينات من الهباء الجوي من نقطة أخذ العينات المخففة (ب) (الشكل 5). تم تحديد PSD باستخدام حجم الجسيمات الديناميكي الهوائي الذي يقيس أحجام الجسيمات من 0.5 إلى 20 ميكرومتر ، بمعدل تدفق عينة يبلغ 5 لتر / دقيقة ويتم تخفيفه بشكل مناسب للاستخدام مع المعدات. تم الإبلاغ عن MMAD و GSD بواسطة حجم الجسيمات الديناميكي الهوائي لكل تشغيل لتوليد الهباء الجوي.

وكان للزيادة في تدفق التبريد والانخفاض المتزامن في تدفق التخفيف الأول تأثير على حجم جسيمات الهباء الجوي (الجدول 4). لوحظ التأثير الأكبر على حجم الجسيمات عند تغيير تدفق التبريد من 10 إلى 20 لتر / دقيقة وتدفق التخفيف الأول من 160 إلى 150 لتر / دقيقة. ارتفع MMAD بأكثر من الضعف في ظل هذه الظروف من 1.47 إلى 4.03 ميكرومتر. استمر متوسط حجم جسيمات الهباء الجوي في النمو مع زيادة معدلات تدفق التبريد ، وإن كان بنسب أقل من تلك التي لوحظت بين 10 و 20 لتر / دقيقة. ومن الواضح أن توزيع القطر الديناميكي الهوائي لجسيمات الهباء الجوي قد تحول نحو أقطار أكبر عند مقارنة الهباء الجوي المتولد عند تدفق تبريد يبلغ 10 لتر/دقيقة مع تلك المتولدة عند 20-50 لتر/دقيقة (الشكل 8).

اصطياد كفاءة النكهات الإلكترونية السائلة
وكما نوقش سابقا، ونظرا لتقلباتها، فإن مختلف المكونات السائلة معرضة باستمرار لنقل كتلة الغاز إلى السائل اعتمادا على الظروف الديناميكية الحرارية المحلية. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع الأساليب التحليلية بقدرة معينة على محاصرة هذه المكونات. تسمح لنا قياسات الغلة الفعلية بقياس قدرة الطرق الكيميائية على الكشف الدقيق وتحديد كمي المكونات المختارة (على سبيل المثال ، بسبب إمكانات تكثيفها أو تفاعلاتها ، قد لا تصل بعض المكونات إلى وجهتها ، أي غرفة التعرض في حالة دراسات الاستنشاق). وبالتالي ، عند تقييم مختلف تركيبات السائل الإلكتروني المنكه ، من الضروري أن تكون قادرا على تحديد طريقة الاصطياد الأكثر كفاءة للتقييم الكيميائي للهباء الجوي. بعد ذلك ، يسمح لنا هذا بقياس معدل النقل لكل مكون ، والذي تمليه الخسائر الموجودة في كثير من الأحيان بسبب نقل الهباء الجوي من مكان التوليد إلى غرفة التعرض. في هذه الحالة ، أجريت دراسة إضافية باستخدام سائل يحتوي على مزيج من المواد المنكهة. تم إنشاء الهباء الجوي باستخدام معلمات CAG المدرجة في الجدول 2 ومحاصرته بعد التخفيف (الموضع ب ، الشكل 5) ، مع تحديد معدل تدفق العينات عند 0.7 لتر / دقيقة لمدة 30 دقيقة. تم إجراء الاصطياد على أعمدة أخذ العينات المشروطة مسبقا ب 2 مل من الأيزوبروبانول. تم التخلص من الخراطيش باستخدام الأيزوبروبانول بعد فترة وجيزة من الانتهاء من فترة الاصطياد ، حتى تم استرداد 20 مل من المحلول. وجدنا أنه يجب عموما التحقيق في كفاءة الاصطياد وتحديدها لكل مكون من مكونات النكهة.

بالنسبة ل 70٪ من مكونات النكهة التي تم التحقيق فيها ، كان لدينا معدلات استرداد >60٪ ، والتي كانت مرتبطة ارتباطا وثيقا بنقاط الغليان (التقلب) للنكهات. هذه الحقيقة تعني أنه ينبغي إجراء دراسات علم السموم الاستنشاقية التي تحتوي على مخاليط معقدة مع إيلاء اهتمام خاص لنقل وتسليم الهباء الجوي إلى موقع التعرض.

Figure 1
الشكل 1: مبدأ عمل مولد الهباء الجوي الشعري (CAG). يتم ضخ السائل في شعيرات شعرية ساخنة كهربائيا توفر رشقات نارية من الأبخرة الساخنة فائقة التشبع ، والتي يتم تبريدها بواسطة تدفق الهواء ، مما يسبب نواة مفاجئة وتكثيفا ، مما يؤدي إلى تكوين الهباء الجوي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: الإعداد التجريبي النموذجي ل CAG والعناصر الرئيسية . (أ) منظر عام لمجموعة CAG ، يوضح المضخة التمعجية التي تربط محلول المخزون السائل ب CAG ، ومجرى الهواء المخفف ، وعملية تكوين الهباء الجوي. (ب) عرض مفصل ل CAG ، مع عناصر الشعيرات الدموية والتسخين. (ج) عرض مقطعي مستعرض لإعداد توليد الهباء الجوي لتجميع CAG. تفاصيل تبريد وتخفيف تدفقات الهواء. يحتوي الأنبوب الزجاجي على مقصورتين منفصلتين. يتم دفع تدفق التبريد نحو CAG ويدخل في اتصال مع البخار المتولد عن السائل لإنتاج الهباء الجوي. يتم دفع تدفق التخفيف نحو الهباء الجوي المتشكل لتخفيف الأخير. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: تفاصيل جهاز CAD: عرض مقطعي. يتم إدخال تدفق التسخين حول عناصر التسخين لتبريد جسم CAG الخارجي ، ومنع تكثيف التدفق العكسي السائل عند طرف الشعيرات الدموية ، ولتثبيت انفجار البخار النفاث. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: تجميع CAG. يتم إدخال عنصر الشعيرات الدموية والتسخين (A) في أنبوب PEEK داخلي ، ويتم انزلاق هذا التجميع في أنبوب خارجي من الفولاذ المقاوم للصدأ (B). يتم تغطية التجميع وتثبيته بإحكام على دعامة باستخدام مسامير الرصاص المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (C ، D). يتم ربط الشعيرات الدموية البارزة من الطرف الخلفي عبر الأنابيب بالمضخة التمعجية والتركيبة السائلة. الاختصارات: SS ، الفولاذ المقاوم للصدأ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: إعدادات توليد الهباء الجوي CAG لتجارب التعرض في الجسم الحي . ويجري أخذ عينات من الهباء الجوي لأغراض التحليل في موقعين: (أ) الهباء الجوي غير المخفف - حيث يتم إيقاف تشغيل أول خطوة تخفيف أثناء أخذ العينات؛ (ب) و (ب) يتم إيقاف تشغيل الهباء الجوي الأول أثناء أخذ العينات؛ و (ب) يتم إيقاف تشغيل أول خطوة تخفيف أثناء أخذ العينات؛ و (ب) يتم إيقاف تشغيل أول خطوة تخفيف أثناء أخذ العينات؛ و (ب) يتم إيقاف تشغيل أول خطوة تخفيف أثناء أخذ العينات؛ و (ب) يتم إيقاف تشغيل أول خطوة تخفيف أثناء أخذ العينات؛ و (ب) الهباء الجوي المخفف، قبل دخول غرفة التعرض مباشرة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: عمود عينة مع محولات مرفقة. قبل أخذ العينات ، يتم تكييف عمود العينة مسبقا بحمض الكبريتيك 0.5 M لتحليل النيكوتين أو الأيزوبروبانول لتحليل النكهة. يتم توصيل محول المدخل بتدفق الهباء الجوي الناتج عن CAG ومحول المخرج بمضخة التفريغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 7
الشكل 7: توصيف الهباء الجوي الناتج عن CAG وقابليته للتكرار. تركيز تركيزات ACM والنيكوتين و PG و VG على مدى 10 توليد تجريبي منفصل للهباء الجوي يعمل بنفس محلول القاعدة السائلة. ACM ، 1105.45 ± 27.4 ميكروغرام / لتر ؛ النيكوتين ، 20.16 ± 0.7 ميكروغرام / لتر ؛ VG ، 227.15 ± 7.8 ميكروغرام / لتر ؛ PG ، 656.59 ± 22.0 ميكروغرام / لتر. الاختصارات: ACM ، كتلة الهباء الجوي التي تم جمعها ؛ PG ، البروبيلين غليكول. VG ، الجلسرين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 8
الشكل 8: التغيرات في توزيع حجم الجسيمات للهباء الجوي المتولد تحت معدلات تدفق التبريد المختلفة.

القاعدة (PG / VG / N) النكهة (PG / VG / N / F)
مكون PG / VG / N (G / 1000G) PG/VG/N/F (G/1000G)
حمض البنزويك 3.33 3.33
بي جي 240.00 238.91
الماء 150.00 150.00
حمض اللاكتيك 3.33 3.33
حمض الخليك 3.33 3.33
مزيج النكهة المخلوطة 0.00 1.20
الغليسيرين 560.01 559.90
نيكوتين 40.00 40.00
مجموع 1000.00 1000.00

الجدول 1: مكونات تركيبة المخزون السائل الإلكتروني18

بروتوكول الهباء الجوي بروتوكول أخذ العينات
البارامترات مخفف المخفف البارامترات الموقع غير المخفف أ الموقع المخفف B
CAG درجة الحرارة (°C) 250
تدفق المضخة (مل / دقيقة) 0.5 0.5 وقت أخذ العينات (دقيقة) 10 30
تدفق الهواء الساخن (لتر / دقيقة) 2 2 تدفق أخذ العينات (ACM) (لتر / دقيقة) 0.7 1.5
تدفق هواء التبريد (لتر / دقيقة) 10 10 تدفق أخذ العينات (لتر / دقيقة) 0.7 0.7
1 تخفيف الهواء (لتر / دقيقة) غير متوفر 150 تدفق العينات الكربونيل (لتر / دقيقة) 0.7 0.7
2 تخفيف الهواء (لتر / دقيقة) غير متوفر 160
النفايات (لتر / دقيقة) غير متوفر 172

الجدول 2: بارامترات توليد الهباء الجوي وتخفيفه وأخذ العينات

الكربونيل السائل الأساسي (PG / VG / النيكوتين) محلول مرق النكهة عالي التركيز مع النيكوتين
(PG / VG / النيكوتين / النكهات)
عينة الهباء الجوي غير المخفف ميكروغرام / لتر عينة الهباء الجوي المخفف ميكروغرام / لتر عينة الهباء الجوي غير المخفف ميكروغرام / لتر عينة الهباء الجوي المخفف ميكروغرام / لتر
الاسيتالديهيد 0.834 ± 0.096 0.119* 45.346 ± 1.134 2.058 ± 0.202
أسيتون < لوك < لوك < لوك < لوك
أكرولين < لوك < لوك < لوك < لوك
بوتيرالدهيد < لوك < لوك 36.475 ± 0.996 1.557 ± 0.179
كروتونالدهيد < لوك < لوك 0.052 ± 0.001 < لوك
فورمالدهيد 0.731 ± 0.072 0.072 ± 0.023 0.158 ± 0.007 0.026 ± 0.004
ميثيل إيثيل كيتون < لوك < لوك 0.570 ± 0.015 < لوك
بروبيونالدهيد < لوك < لوك 0.085 ± 0.001 < لوك

الجدول 3: تحديد الكربونيل في الهباء الجوي الناتج عن CAG. يعمل متوسط القيم من ثلاثة أجيال من الهباء الجوي بنفس محلول القاعدة السائلة وحده ومع خليط نكهة. عينة واحدة فقط على مدى ثلاثة أشواط لها قيم أكبر من الحد الأدنى للقياس الكمي (LOQ) للطريقة.

الإعدادات (لتر/دقيقة) قطر قطرة الهباء الجوي
تدفق التبريد 1 تدفق التخفيف MMAD (ميكرومتر) جي إس دي
10 160 1.47 ± 0.04 2.07 ± 0.01
20 150 4.03 ± 0.18 2.13 ± 0.04
30 140 4.74 ± 0.04 1.89 ± 0.02
40 130 5.35 ± 0.04 1.80 ± 0.01
50 120 5.23 ± 0.03 1.76 ± 0.01

الجدول 4: تحديد حجم جسيمات الهباء الجوي (قطر القطرة) في ظل ظروف تدفق الهواء المختلفة. الاختصارات: MMAD ، القطر الديناميكي الهوائي المتوسط ؛ GSD ، الانحراف المعياري الهندسي.

Discussion

يساعد توليد الهباء الجوي باستخدام CAG على تقليل تباين عمليات الهباء الجوي الخاصة بجهاز EC ، مما يسمح بإجراء تقييم موضوعي ويمكن التحكم فيه لتركيبة السائل الإلكتروني الهباء الجوي نفسها. وقد تبين أن الهباء الجوي الناتج عن CAG يمثل الهباء الجوي الناتج عن ECs7. يمكن توليدها بشكل متكرر بنفس التركيب والخصائص ، وبالتالي فهي مناسبة بشكل خاص لدراسات التعرض طويلة الأجل في الجسم الحي التي تتطلب كميات كبيرة من الهباء الجوي على مدى فترة طويلة من الزمن8.

إعداد CAG سهل التجميع نسبيا وسهل الصيانة. ومع ذلك، تظل بارامترات التشغيل، مثل معدل تدفق السائل ومعدلات تدفق الهواء ذات الصلة، حاسمة لإنتاج الهباء الجوي الخاضع للرقابة، الأمر الذي يتطلب تحسين الطريقة وفقا لغرض تطبيق الهباء الجوي الناتج عن CAG.

تظهر النتائج المقدمة في الدراسة الحالية أن معدل تدفق الهواء البارد له تأثير واضح على توزيع حجم جسيمات الهباء الجوي. تدفق هواء التبريد له تأثير مباشر ليس فقط على نواة الأبخرة المتولدة ولكن أيضا على التكثيف ، بسبب تبريد الأنابيب الداخلية التي يتدفق فيها الهباء الجوي المتولد. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الهباء الجوي الكثيف عرضة لتأثيرات تخثر كبيرة. هذه العمليات مجتمعة معقدة وتفاعلها وتأثيرها على تكوين الهباء الجوي يصعب تعميمه على السوائل الإلكترونية المحددة ودرجات الحرارة والتدفقات. إن تكوين تدفق الهواء التكميلي (الجاف أو المرطب بنسبة مئوية ثابتة من الرطوبة النسبية) - وخاصة محتوى الماء - سيؤثر على الحرارة وتبادل الكتلة ، مما يؤدي ليس فقط إلى نمو التكثيف المعدل لجزيئات الهباء الجوي ولكن أيضا إلى تكثيف الجدار. وبالتالي ، تعتبر التعديلات على معلمات هذه الطريقة لغرض الاستخدام من حيث التحكم في PSD17,19.

يمكن أن يؤدي وجود مواد كيميائية ذات قابلية ذوبان منخفضة أو نقاط غليان عالية إلى الحد من فعالية الهباء الجوي الناتج عن CAG بسبب هطول الأمطار داخل الشعيرات الدموية وانسداد الشعيرات الدموية بمرور الوقت. اعتمادا على المواد الكيميائية الموجودة في الهباء الجوي ، يجب ضبط درجة الحرارة لتشغيل CAG لتوليد البخار. بالإضافة إلى ذلك ، ينبغي تقييم استقرار الصيغة السائلة بانتظام. سيكون لإضافة المكونات ، بما في ذلك النكهات ، مع نقاط غليان مختلفة تأثير على تكوين الهباء الجوي النهائي14 وتقسيم الغاز السائل. قد يكون من الضروري تكييف درجة حرارة الشعيرات الدموية وتسخين تدفق الهواء لمنع التدفق العكسي وترسب السائل بالقرب من الشعيرات الدموية الساخنة ، مما قد يؤدي إلى توليد منتجات غير منضبطة من التدهور الحراري (مثل الكربونيل) بسبب المدة الطويلة للاحتفاظ بالسائل عند درجة حرارة عالية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التحكم في درجة الحرارة المستخدمة لتوليد البخار في الشعيرات الدموية له تأثير على المكان الذي يبدأ فيه البخار في التكون في الشعيرات الدموية - كلما ارتفعت درجة الحرارة ، كلما تم تشكيل البخار في وقت مبكر. مع ارتفاع درجة حرارة الشعيرات الدموية ، سيستغرق البخار الخارج من الشعيرات الدموية وقتا أطول لتبريده بواسطة تدفق هواء التبريد ، وبالتالي ، سيبدأ في النواة والتكثف في الهباء الجوي بعيدا عن الطرف الشعري ، مما يساعد على تجنب تأثير التدفق العكسي19.

إن دراسات علم السموم الحالية للسائل الإلكتروني في الجسم الحي محدودة في إعادة إنتاج الهباء الجوي للسجائر الإلكترونية بسبب التعقيد اللوجستي لتلبية حجم الهباء الجوي المطلوب ، كما هو الحال في دراسة منظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي TG 41320. يقدم البروتوكول المقدم في هذه الدراسة نظرة عامة على تجميع CAG والإعدادات المستخدمة في Philip Morris International لتوليد الهباء الجوي في دراسات التعرض طويلة الأجل في الجسم الحي 18. ويمكن أن تكون هذه البيانات بمثابة نقطة انطلاق جيدة لمزيد من الضبط الدقيق في بيئة مختبرية أخرى (مثل نظم إيصال الأدوية21) أو للتكيف مع المتطلبات المحددة لدراسة معينة.

Disclosures

تم تطوير الطريقة المبلغ عنها هنا بالإضافة إلى مجموعة CAG المحددة لتقييم الهباء الجوي الناتج عن السوائل الإلكترونية لتلبية متطلبات دراسات التعرض في الجسم الحي . جميع المؤلفين هم موظفون في فيليب موريس إنترناشيونال (PMI) أو عملوا لدى فيليب موريس إنترناشونال بموجب اتفاقيات متعاقد عليها. فيليب موريس إنترناشيونال هي المصدر الوحيد لتمويل هذه الدراسة وراعيها.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Aluminium front cap Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland Custom Built Purpose built, 1 x
Aluminium heating block, groove diameter 0.4mm Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA B-505432 2 x
Aluminium rear cap Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland Custom Built 1 x
Cambridge glass filter pads GE Healthcare UK Limited 9703-9654 44 mm diameter
Capillary 21 G SS, 160 mm Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA 304H21RW 1 x
Dry wipes Contec Inc. , SC, USA Prosat Wipes saturated with isopropyl alcohol cleaning material
Flowmeter TSI, Shoreview, MI, USA 4100 Series, 0-20 L/min or equivalent
Gilibrator-2 calibrator Sensidyne, St-Petersburg FL, USA Gilian Gilibrator-2 Air flow calibrator
Glass Couplings Labo Service, Kontich, Belgium QVF
Glass piping Labo Service, Kontich, Belgium QVF Pipe 25 and 40 mm
Heating elements Phil Gunn Machine Co., Inc, VA, USA LDC01864 4 x
High heat grease Lubriplate Lubricant Company, NJ, USA High temperature multipurpose grease CAG maintenance
Inner PEEK tube Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland Custom Built 1 x
Magnetic stirrer IKA-Werke GmbH & Co. KG, Staufen, Germany C-MAG HS 4 or equivalent
Micro impingers Labo Service, Kontich, Belgium Custom Built
Outer SS tube Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland Custom Built 1 x
PEEK adaptor Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland Custom Built Purpose built, 1 x
Peristaltic pump Watson-Marlow Fluid Technology Group, Falmouth, UK Watson-Marlow 530 U or equivalent
Push-in fitting Festo Pte Ltd NPQM-DK-M5-Q4-P10 1 x
Sample Column Extrelut NT3 cartridge Merk Sigma-Aldrich 115095
SS 25 mm assembly cap Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland Custom Built Purpose built, 1 x
SS M8 lead screw Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland Custom Built 3 x
SS M8 nut Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland Custom Built 3 x
SS rear backing Mecanique Buri S.A., La Chaux-de Fonds, Switzerland Custom Built Purpose built, 1 x
Temperature controller Cole Parmer GmbH, Wertheim, Germany Digi-Sense TC 9600 or equivalent
Thermocouple type K RS Components GmbH, Wädenswil, Switzerland 814-0147 1 x

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Williams, M., Talbot, P. Variability among electronic cigarettes in the pressure drop, airflow rate, and aerosol production. Nicotine and Tobacco Research. 13 (12), 1276-1283 (2011).
  2. Farsalinos, K. E., Voudris, V., Poulas, K. E-cigarettes generate high levels of aldehydes only in 'dry puff' conditions. Addiction. 110 (8), 1352-1356 (2015).
  3. Werley, M. S., et al. Toxicological assessment of a prototype e-cigaret device and three flavor formulations: a 90-day inhalation study in rats. Inhalation Toxicology. 28 (1), 22-38 (2015).
  4. Werley, M. S., et al. Non-clinical safety and pharmacokinetic evaluations of propylene glycol aerosol in Sprague-Dawley rats and Beagle dogs. Toxicology. 287 (1-3), 76-90 (2011).
  5. Werley, M. S., et al. Prototype e-cigarette and the capillary aerosol generator (CAG) comparison and qualification for use in subchronic inhalation exposure testing. Aerosol Science and Technology. 50 (12), 1284-1293 (2016).
  6. Williams, M., Villarreal, A., Bozhilov, K., Lin, S., Talbot, P. Metal and silicate particles including nanoparticles are present in electronic cigarette cartomizer fluid and aerosol. PLoS One. 8 (3), 57987 (2013).
  7. Bekki, K., Uchiyama, S., Ohta, K., Inaba, Y., Kunugita, N. Carbonyl compounds generated from electronic cigarettes. International Journal of Environmental Research and Public Health. 11 (11), 11192-11200 (2014).
  8. Flora, J. W., et al. Characterization of potential impurities and degradation products in electronic cigarette formulations and aerosols. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 74, 1-11 (2016).
  9. European Commission. Tobacco Products Directive. Directive 2014/40/EU of the European Parliament and of the Council on 3 April 2014. , Available from: https://ec.europa.eu/health/sites/health/files/tobacco/docs/dir_201440_en.pdf (2014).
  10. Farsalinos, K. E., Le Houezec, J. Regulation in the face of uncertainty: the evidence on electronic nicotine delivery systems (e-cigarettes). Risk Management and Healthcare Policy. 8, 157-167 (2015).
  11. McNeill, A., Brose, L., Calder, R., Bauld, L., Robson, D. Evidence review of e-cigarettes and heated tobacco products 2018. A report commissioned by Public Health England. Public Health England. , London. (2018).
  12. Howell, T. M., Sweeney, W. R. Aerosol and a method and apparatus for generating an aerosol. US Patent. , US5743251 (1998).
  13. Dutra, L. M., Grana, R., Glantz, S. A. Philip Morris research on precursors to the modern e-cigarette since 1990. Tobacco Control. 26, 97-105 (2017).
  14. Gupta, R., Hindle, M., Byron, P. R., Cox, K. A., McRae, D. D. Investigation of a novel Condensation Aerosol Generator: solute and solvent effects. Aerosol Science and Technology. 37 (8), 672-681 (2003).
  15. Geiss, O., Bianchi, I., Barrero-Moreno, J. Correlation of volatile carbonyl yields emitted by e-cigarettes with the temperature of the heating coil and the perceived sensorial quality of the generated vapours. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 219 (3), 268-277 (2016).
  16. Hong, J. N., Hindle, M., Byron, P. R. Control of particle size by coagulation of novel condensation aerosols in reservoir chambers. Journal of Aerosol Medicine. 15 (4), 359-368 (2002).
  17. Taylor, G., Warren, S., McRae, D., Venitz, J. Human deposition and exposure studies with propylene glycol aerosols produced using the CAG technology platform. Respiratory Drug Delivery. 1, 183-190 (2006).
  18. Wong, E. T., et al. A 6-month inhalation toxicology study in Apoe -/- mice demonstrates substantially lower effects of e-vapor aerosol compared with cigarette smoke in the respiratory tract. Archive of Toxicology. 95 (5), 1805-1829 (2021).
  19. Shen, X., Hindle, M., Byron, P. R. Effect of energy on propylene glycol aerosols using the capillary aerosol generator. International Journal of Pharmaceutics. 275 (1-2), 249-258 (2004).
  20. Phillips, B., et al. Toxicity of the main electronic cigarette components, propylene glycol, glycerin, and nicotine, in Sprague-Dawley rats in a 90-day OECD inhalation study complemented by molecular endpoints. Food and Chemical Toxicology. 109, 315-332 (2017).
  21. Hindle, M., Cox, K. A., Gupta, R. Adding pharmaceutical flexibility to the capillary aerosol generator. Proceedings of Respiratory Drug Delivery IX. (Volume III). , River Grove, IL. ISBN 1-930114-63-X, www.RDDOnline.org 247-253 (2004).

Tags

الهندسة، العدد 182، مولد الهباء الجوي الشعري، CAG، السجائر الإلكترونية، دراسات استنشاق الجسم الحي ، توليد الهباء الجوي، السوائل الإلكترونية
استخدام مولد الهباء الجوي الشعري في الإنتاج المستمر للهباء الجوي الخاضع للرقابة للدراسات غير السريرية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Goedertier, D., Weber, S. S., Lucci, … More

Goedertier, D., Weber, S. S., Lucci, F., Lee, T., Tan, W. T., Radtke, F., Krishnan, S., Vanscheeuwijck, P., Kuczaj, A. K., Hoeng, J. Use of Capillary Aerosol Generator in Continuous Production of Controlled Aerosol for Non-Clinical Studies. J. Vis. Exp. (182), e61021, doi:10.3791/61021 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter