JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Klinik Olmayan Çalışmalar için Kontrollü Aerosolün Sürekli Üretiminde Kapiler Aerosol Jeneratörünün Kullanımı

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

Summary

Protokol, sabit büyük hacimli aerosol dağıtımı için uygun olan çok türlü bir sıvı çözeltiden kontrollü aerosolün sürekli üretimi için kılcal aerosol jeneratörünün ayarlarını ve kullanımını açıklar (örneğin, in vivo inhalasyon çalışmaları).

Abstract

Kapiler aerosol jeneratörü (CAG), ilk aşamada e-sıvının ısıtılması yoluyla termal sıvı buharlaşması prensibi ile çalıştırılır, ardından elektronik sigara (EC) gibi aerosoller üretmek için bir hava akışı karışımı ile düzenlenen çekirdeklenme ve yoğuşma ile devam eder. CAG, ECs kullanımının mümkün olmadığı in vivo inhalasyon toksikoloji çalışmaları gibi durumlar için sürekli olarak büyük hacimli aerosollerin üretilmesinde özellikle yararlıdır. CAG’den aerosol üretmenin termal etkileri, bir EC’de uygulanan sıcaklık açısından benzerdir, böylece araştırmacıların e-sıvıların buharlarını ölçekte ve tekrarlanabilirlikte değerlendirmelerine olanak tanır. CAG’nin çalışması, kullanıcıların e-sıvının akış hızı, ısıtma sıcaklıkları ve seyreltme havası akışları gibi kritik parametreleri kontrol etmelerine izin verdiğinden, araştırmacıların çeşitli e-sıvı formülasyonlarını iyi kontrol edilen bir cihazda test etmelerini sağlar. Aerosol partikül boyutu gibi özelliklerin, e-sıvı akışı ve e-sıvı bileşimine göre hava akış hızı ile düzenlendiği gösterilmiştir. Bununla birlikte, CAG, elemanlarının aşırı ısınması gibi EC ile ilgili ortak sorunları değerlendirmede sınırlıdır. CAG’nin, seçilen bir e-sıvı formülasyonu ile kimyasal ve fiziksel aerosol özelliklerini değerlendirerek tekrarlanabilir ve sürekli aerosol üretebileceğini göstermeye çalışıyoruz. Protokol, sıvı akış hızının, seyreltme havası akış hızlarının ve in vivo toksikoloji çalışması için gereken aerosol konsantrasyonunu ve partikül boyutunu optimize etmek için gereken çalışma prosedürlerinin çalışma parametrelerini açıklamaktadır. Protokolden elde edilen temsili sonuçları sunarak ve bir CAG ile çalışmanın zorluklarını ve uygulamalarını tartışarak, CAG’nin tekrarlanabilir bir şekilde kullanılabileceğini gösteriyoruz. Önceki çalışmalardan geliştirilen teknoloji ve protokol, laboratuvar kontrollü aerosol üretimi araştırmaları için gelecekteki yenilikler için bir temel oluşturmaktadır.

Introduction

Yaygın e-sıvılar, propilen glikol, gliserol, su, nikotin ve seçilmiş tatların bir karışımını içerir. Bir EC cihazından üretilen bir aerosolün bileşimi sadece sıvı formülasyona değil, aynı zamanda cihazın malzemesine, tasarımına ve özelliklerine de bağlıdır. Sonuç olarak, birçok EC cihazı, istenmeyen bileşenlerin yüksek seviyelerinin cihaza özgü üretimi, puf hacmi değişimi, tıkanmış havalandırma delikleri nedeniyle hava akışındaki değişiklik ve “kuru şişirme” (sıvı kabı neredeyse boş olduğunda, verilen enerjinin bir kısmı sıvı buharlaşması için kullanılmadığı için cihazın aşırı ısınmasına neden olur)2 dahil olmak üzere aerosol çıkışı1’de büyük bir değişkenlik gösterebilir2 . Ek olarak, uzun süreli inhalasyon çalışmaları sırasında EC cihazlarının şarj edilmesi, yeniden doldurulması ve temizlenmesi, lojistik açısından büyük bir ek kısıtlama haline gelecektir3. Bu nedenlerden dolayı, aerosollerin büyük ölçekli üretimi ve sıvı formülasyonlarının uygun şekilde değerlendirilmesi için diğer aerosol jeneratörleri göz önünde bulundurulmalı, aerosol bileşiminde cihazla ilgili varyasyonlardan kaçınılmalı ve iş yükü azaltılmalıdır 4,5. Bununla birlikte, cihaz tarafından üretilen aerosoller risk değerlendirme stratejilerinin bir parçası olarak kalmalıdır, çünkü EC cihazlarındaki belirli bileşenlerin seviyeleri, cihazların ısıtma / soğutma özellikleri nedeniyle laboratuvar kontrollü standartlaştırılmış aerosol jeneratörlerindekilerden daha yüksek olabilir 6,7,8.

Şu anda mevcut olan düzenleyici gereklilikler hakkındaki sınırlı bilgi nedeniyle, elektronik sigaralar (EC) tarafından üretilen aerosollerin potansiyel toksisitesi için değerlendirme yöntemleri hala gelişmektedir 9,10,11. Bununla birlikte, doğru in vitro ve in vivo değerlendirme, zaman içinde iyi karakterize edilmiş ve tekrarlanabilir aerosol hacimlerinin üretilmesini gerektirir. Kontrollü bir şişirme rejimine sahip bir EC cihazından aerosol üretmek, kullanıcı tüketimi açısından kesinlikle en temsili süreç olacaktır. Düzenleyici toksisite çalışmaları için, kullanıcıların sıklıkla kendi başlarına hazırlayabilecekleri ve aynı zamanda bazı cihaz özelliklerini (örneğin, verilen enerji) değiştirebilecekleri çeşitli olası sıvı formülasyonları göz önüne alındığında, EC cihazlarının uzun süreli tekrarlanan maruz kalma toksikoloji çalışmaları yapmak için kullanılması sadece zor değil, aynı zamanda potansiyel olarak yetersizdir.

Philip Morris12,13 tarafından geliştirilen ve Virginia Commonwealth Üniversitesi 14 tarafından daha da rafine edilen kılcal aerosol jeneratörü (CAG), elektrikle ısıtılan bir kılcal damardan sıcak buhar akışı jeti oluşturma prensibi üzerinde çalışır, bu da daha sonra ortam havası ile soğutulur, parçacık çekirdeği oluşumuna ve ardından yoğuşmaya neden olur ve aerosol oluşumuna yol açar. Aynı fiziksel süreçler EC’lerde aerosol oluşumuna yol açtığından (sıvının CAG’deki bir pompa tarafından kılcal damara iletilmesi dışında, bir EC’de genellikle sıvıyı EC’deki rezervuardan çeken fitil malzemeye etki eden kılcal kuvvetlerle değiştirilir), CAG tarafından üretilen aerosollerin özellikleri EC aerosolleri14’ünkilere çok benzerdir (Şekil 1 ). CAG, az sayıda taşıma gereksinimi ile büyük miktarlarda aerosol üretimine izin verir; Bu nedenle, özellikle in vivo inhalasyon çalışmaları için uygundur.

CAG, sadece bir sıcaklık kontrolörüne ve peristaltik bir pompa aracılığıyla bir sıvı rezervuarına bağlanan ısıtılmış bir kılcal tüpten oluşan bir laboratuvar cihazıdır (Şekil 2A). Kılcal damar (160 mm, 21 G, paslanmaz çelik), hepsi bir alüminyum bloğa gömülü dört ısıtma elemanı ile ısıtılır (Şekil 2B). Sıcaklık, bir EC cihazı 15’in bobin ısıtma koşullarını taklit etmek için tipik olarak 250-275 ° C’ye ayarlanır. Kılcal damardan pompalanan sıvı ısıtılır ve kılcal damarın ucundan çıkan sıcak buhara dönüştürülür. CAG tertibatı (Şekil 2C), üretilen buharı soğuk hava ile karıştırmak ve bir aerosol oluşturmak için ek elemanlar gerektirir. Sıcak aşırı doymuş buharın soğuk hava akımı ile aniden karışması, çekirdeklenme ve ardından yoğuşma ile sonuçlanır ve aerosol oluşumuna yol açar (Şekil 2C). CAG tasarımımızda (Şekil 3), ek bir ısıtılmış hava akışı önce dış gövdeyi soğutur ve daha sonra hava akışını ısıtmak için ısıtma blokları boyunca dolaşır, aynı zamanda kılcal damarın ucundaki sıvı geri akışının yoğunlaşmasını önler ve buhar jeti patlamasını stabilize eder. Ek olarak, sıcak buharların istenmeyen şekilde korunmasını sağlar, böylece çekirdeklenme işlemini etkiler. Bu nedenle bu hava akımı için uygulanan debi minimum düzeyde olmalı ve uygulamanın amacına uygun olmalıdır. Bu hava akışı, bu makale boyunca “ısıtılmış hava akışı” olarak adlandırılacaktır, ancak bu akışın kullanıcı tarafından bilerek değil, ısıtma blokları tarafından pasif olarak ısıtıldığı anlaşılmalıdır.

Soğutma hava akış hızı, üretilen aerosol parçacıklarının boyutu üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. İn vivo inhalasyon çalışmaları için aerosol üretiminde, seyreltme hava akışı maruz kalma dozunu belirleyecektir ve maruz kalma odasına ulaşmadan önce daha da seyreltilmesi gerekebilir. Aerosollerin kimyasal bileşiminin yanı sıra, üretilen aerosolün ECs tarafından üretilene benzer olmasını ve OECD kılavuzları tarafından önerilen inhalasyon partikül boyutu aralığında olmasını sağlamak için aerosol partikül boyutu dağılımını (PSD) karakterize etmek önemlidir (genellikle PSD’nin kütle medyan aerodinamik çapı [MMAD] ve geometrik standart sapma [GSD] ile log-normalliği varsayımı ile parametrelendirilir).

Üretilen aerosollerin MMAD’ı, cihaz tasarımına, formülasyonun fizikokimyasal sıvı özelliklerine (örneğin, yoğunluk, viskozite ve yüzey gerilimi), hava akış hızına ve termodinamik koşulları belirleyen sıcaklığa bağlı olarak büyük ölçüde değişebilir14,16,17. İn vivo maruz kalma deneyleri için, hava akışı genellikle 22 ± 2 ° C’de şartlandırılmış, filtrelenmiş havadan ve% 60 ±% 5 bağıl nemden oluşur. Üretilen aerosol daha sonra test atmosferinde hedef konsantrasyonlara ulaşmak için çalışma gereksinimlerine bağlı olarak daha da seyreltilebilir. Daha sonra filtrasyon kaybını azaltmak için cam borularla maruz kalma odasına iletilir. Burada sunulan sonuçlarda, sıcaklık ve hava akımı ayarları, CAG’nin tutarlı ve solunabilir PSD ve in vivo inhalasyon çalışmaları için tanımlanmış konsantrasyonlara sahip kontrollü bir aerosolün sürekli üretimi için kullanılabileceğini göstermek için oluşturulmuştur.

Protokolde, nasıl yapılacağını açıklayacağız: 1) CAG’yi bir araya getirmek, 2) CAG’den aerosol üretmek için gerekli parametreleri belirlemek, 3) aerosol üretimini gerçekleştirmek ve 4) aerosole ilgi duyan fiziksel ve kimyasal bileşenleri analiz etmek. Bu ön çalışmalar için, aerosol oluşturan bileşenlerin bir karışımına dayanan sıvı bir çözelti düşünüyoruz: öngörülen kütle fraksiyonlarında propilen glikol (PG), gliserol (VG), su ve nikotin. Son olarak, deneylerimizde üretilen karmaşık bir çoklu tür karışımının değerlendirilmesi için örnek verileri paylaşacağız (ek lezzet bileşenleri ile karıştırılmış yukarıda belirtilen bileşenleri içeren). Genel sonuçları ve zorlukları, bu tür karışımların değerlendirilmesi için bu deneysel yaklaşımın uygulanabilirliği ile birlikte tartışacağız.

Protocol

1. CAG sistem montajı CAG Montajı Kılcal damarı, alüminyum ısıtma bloklarının kılcal oluğuna, çıkış ucu yaklaşık 5 mm çıkıntı yapacak şekilde yerleştirin. Alüminyum ısıtma bloklarının iki yarısının vidalarını hafifçe sıkın. Isıtma elemanlarını (a) ve termokuplı (b) alüminyum ısıtma bloklarına (c) monte edin, teller alüminyum arka kapaktan (d) çıkıntı yapar (Şekil 4A). Isıtma elemanlarının tellerinin bir adaptöre bağlı olduğundan ve düz olduklarından emin olun. İç PEEK tüpünü (g) dış SS tüpü (e) ile birleştirin. 2 x 4 mm’lik push-in bağlantı parçalarının (f) dış SS tüpüne (e) sıkıca sabitlendiğinden emin olun (Şekil 4B). O-ringleri (3 x 30 mm) iç PEEK tüpünün (g) iki oluğuna yerleştirin ve iç PEEK tüpünü (g) ön uçtan dış SS tüpüne (e) yerleştirin. Birleştirilmiş alüminyum ısıtma elemanlarını, alüminyum arka kapak SS arka desteğine bakacak şekilde SS arka desteğine (i) yerleştirin ve SS arka desteği (i) ile sıkıca oturması için iç PEEK/dış SS tüp tertibatını alüminyum ısıtma elemanlarının üzerinden kaydırın (Şekil 4C). Alüminyum ön kapağı (h) alüminyum ısıtma elemanının üzerine, iç PEEK tüpünün içine yerleştirin. Kılcal damarın alüminyum ön kapaktan hafifçe çıkıntı yaptığından emin olun. Üç SS kılavuz vidasını (j) SS arka desteğinin etrafına takın ve sıkıca sıkın. PEEK adaptörünü (k) iç PEEK tüpünün ön tarafına yerleştirin. PEEK adaptörünün iç PEEK tüpünün ön oluğuna oturduğundan emin olun. 25 mm Zamanlayıcıyı (l) PEEK adaptörünün üzerine ve üç SS kılavuz vidasının içinden yerleştirin. Somunları, PEEK adaptörü sıkı olacak şekilde zamanlayıcının üzerine elle sıkın (Şekil 4D). Isıtma elemanlarını sıcaklık kontrol cihazına ve kılcal damarı peristaltik pompaya ve test sıvısı çözeltisine bağlayın. Isıtılmış hava akışı için basınçlı havayı 2 x 4 mm push-in bağlantı parçaları aracılığıyla CAG’ye bağlayın (Şekil 4B, [f]). CAG’yi cam parçaya monte edin ve CAG soğutma ve ilk seyreltme hava akışlarını (işlenmiş hava; Şekil 3). Gerektiğinde ikinci bir seyreltme akışı girişi, aerosol örnekleme portları ve düzenleyici bir T-bağlantısı ekleyin (Şekil 5). CAG temizleme prosedürü CAG’yi CAG cam aksamının kurulumundan çıkarın ve cam gözle görülür şekilde kuruyana kadar camı kuru mendillerle temizleyin. Tıkanıklık için CAG’den kılcal çıkışı gözlemleyin. Kılcal damarın çıkışında parçacık birikimi gözlenebiliyorsa, kılcal damarı değiştirin. Benzer şekilde, azalmış aerosol dağıtımını fark ettikten sonra, kılcal damarı yenisiyle değiştirin. 1.1.9 ile 1.1.1 arasındaki adımları izleyerek CAG’yi sökün. Kılcal damar değiştirildikten sonra 1.1.1 ila 1.1.9 arasındaki adımları izleyerek CAG’yi yeniden monte edin. 2. CAG aerosol konsantrasyonunun hesaplanması ve seyreltilmesi TDF’nin teorik hesaplanması TDF’yi sıvı formülasyonun konsantrasyonuna (burada stok çözeltisi/konsantrasyonu olarak adlandırılır) ve LFR’ye göre hesaplayın:TDF: toplam seyreltme hava akışı (L/dak)CStok: stok konsantrasyonu% 2, w / w)LFR: Sıvı Akış Hızı (g / dak)CHedefi: hedef konsantrasyon (μg / L) 15 μg / L’de hedef nikotin aerosol konsantrasyonu ve 0.35 g / dak’lık bir LFR ile% 2 (w / w) nikotin içeren bir çözelti kullanarak,% 100 verimin aşağıdaki gibi olacağını varsayalım: LFR’nin teorik hesaplanması LFR’yi sıvı stok çözeltisinin ve TDF’nin konsantrasyonuna göre hesaplayın:LFR: sıvı akış hızı (g / dak)CHedefi: hedef konsantrasyon (μg / L)TDF: toplam seyreltme hava akışı (L/dak)CStok: stok konsantrasyonu (%, w/w) 15 μg / L’de hedef nikotin aerosol konsantrasyonu ve 300 L / dak’lık bir TDF ile% 2 (w / w) nikotin içeren bir çözelti kullanarak,% 100’lük bir verimin aşağıdaki gibi olacağını varsayalım: Deneysel verilere dayalı gerçek verimin hesaplanması (%) Yukarıdaki teorik hesaplamalara dayanarak, gerçek aerosol bileşen konsantrasyonunu (CGerçek) ölçmek ve CAG aerosolünün gerçek verimini (AY) elde etmek için ilk mühendislik çalışmalarını gerçekleştirin. TDF veya LFR’nin ayarlanması için aynı hesaplamaları kullanarak aerosol konsantrasyonunun daha fazla ince ayarını yapın.AY: gerçek verim (%)CGerçek: gerçek aerosol bileşen konsantrasyonu (μg / L)TDF: toplam seyreltme hava akışı (L/dak)CStok: stok konsantrasyonu (%, w/w)LFR: sıvı akış hızı (g / dak) 15 μg / L’lik ölçülen bir nikotin aerosol konsantrasyonu, 320 L / dak TDF ve 0.35 g / dak’lık LFR ile% 2 (w / w) nikotin içeren bir çözelti kullanmak, aşağıdaki nikotin AY’ye neden olacaktır: 3. CAG aerosol üretimi Aerosol üretimine başlama Test sıvısının, manyetik karıştırıcının ve şişenin değerini en yakın 0,01 g’a kadar tartın ve kaydedin. Sıvı stok formülasyonları, Tablo 1’de açıklanan bileşenlerle hazırlanmıştır. İlgili hava akımı ayarlarını sağlayın (%±5) (Şekil 5):Isıtılmış akış için basınçlı hava: 2 L/dakSoğutma akışı: 10 L/dakİlk seyreltme akışı: 150 L/dkİkinci seyreltme akışı: 160 L/dkAtık akışı: 172 L/dk Dijital sıcaklık kontrol cihazındaki sıcaklık kontrol ayar noktasını 250 °C’ye ayarlayın ve CAG’yi ısıtmaya başlayın. Sıvı stok çözeltisini manyetik bir karıştırıcı üzerine manyetik bir karıştırma çubuğu ile yerleştirin. Giriş tüpünü peristaltik pompadan test çözeltisine yerleştirin. Peristaltik pompayı açın ve akışı LFR ±5% (g / dak) olarak ayarlayın. CAG sıcaklığı 250 ± 1 ° C’ye ulaştığında, CAG’ye test sıvısı vermek için peristaltik pompayı çalıştırarak aerosol üretimine başlayın. Aerosolün kılcal ucun yakınında üretilip üretilmediğini kontrol edin ve kütle akış hızını hesaplamak için gereken süreyi kaydedin. Aerosol üretilmezse, tüm ekipmanı ve ayarları tekrar kontrol edin. Hala aerosol üretilmemişse, kılcal damarın tıkanması ve değiştirilmesi gerekmesi muhtemeldir. Aerosol üretimi sırasında Sabit ve kararlı aerosol üretimi sağlamak için cam kurulumunda yoğuşan sıvıyı her 60 dakikada bir boşaltın. Aerosol üretimini durdurma Boruyu test çözeltisi şişesinden çıkarın ve test sıvısını deiyonize suya geçirin ve kütle akış hızını hesaplama süresini kaydedin. Su buharı kılcal damardan çıkana kadar bekleyin, sıcaklık kontrol cihazını kapatın ve kılcal damarı yıkamak ve temizlemek için peristaltik pompayı en az 10 dakika açık tutun. Test sıvısının ve şişesinin değerini en yakın 0,01 g’a kadar tartın ve kaydedin ve aşağıdaki denklemi kullanarak kütle akış hızını hesaplayın: Isıtılmış akış olarak kullanılan basınçlı havayı kapatın. Gerekirse, CAG’yi montaj kurulumundan çıkarın ve cam boruyu kuru mendillerle temizleyin ve CAG’yi yeniden monte edin. 4. Bileşenlerin analitik olarak belirlenmesi NOT: Aerosol örneklemesi iki konumda gerçekleştirilir: a) seyreltilmemiş aerosol üzerinde (seyreltilmemiş örnekleme sırasında hem birinci seyreltme havası hem de ikinci seyreltme akışı kapatılır) ve b) tüm seyreltmeler sağlanmış olarak seyreltilmiş aerosol üzerinde (Şekil 5). Numune alma konumlarının her birinde, a ve b’de, aerosol özelliklerinin analizi için ACM’nin ve diğer ekipmanların / probların eşzamanlı olarak toplanmasını sağlayan üç adede kadar örnekleme portu mevcuttur. Numune alma hattı, aerosol akış yönüne dik olarak monte edilir ve belirli bir aerosol hacminin çizilmesine izin veren bir vakum pompasına bağlanır (pompa akış hızına ve numune süresine bağlı olarak). Aerosol Toplanan Kütlenin (ACM) TayiniNOT: Aerosolün partikül fazı bir cam elyaf filtre pedi üzerinde tutulur (çap: 44 mm, partikül boyutu tutma: 1,6 μm). Numune alma öncesi ve sonrası ACM ağırlıkları, uçucu bileşenlerin buharlaşması nedeniyle tartım kayıplarını en aza indirmek için filtre tutucularla ölçülür. Filtre tutucuya bir filtre yerleştirin ve filtre kapaklarını yerleştirin. Numune toplamadan önce filtre tutucuyu filtreyle en yakın 0,0001 g’a kadar tartın ve ağırlığı belgeleyin. Filtreyi içeren filtre tutucuyu aerosol akışına bağlayın ve numune toplamaya başlayın. Numune toplandıktan sonra, filtreyi filtre tutucu ve kapaklarla tartın ve son ağırlığı belgeleyin. Aşağıdaki formülü kullanarak ACM’yi hesaplayın:ACM: ACM konsantrasyonu (μg / L)Wb: Numune almadan önce filtre ve filtre tutucunun ağırlığı (g) ila en yakın 0,0001 gWa: Numune alındıktan sonra filtre ve filtre tutucunun ağırlığı (g) ila en yakın 0,0001 gV aerosol: Filtreden geçen aerosol (L) hacmi, aşağıdakiler kullanılarak hesaplanır:Örnekleme süresi (min) x örnekleme akışı (L/dak) Filtre pedini filtre tutucusundan çıkarın ve 5 mL etanol içeren 25 mL’lik bir cam şişeye koyun. ACM’yi, laboratuvar çalkalayıcısındaki filtre pedini 400 rpm’de 30 dakika boyunca sallayarak çıkarın. 25 mL cam şişeyi 290 x g’de 5 dakika boyunca santrifüj edin ve PG / VG’nin ve nikotinin partikül fazının nicelleştirilmesi için süpernatantı toplayın. Nikotin (veya lezzet) konsantrasyonunun belirlenmesiNOT: Aerosol, 1 ila 13 pH aralığında kullanılmak üzere kimyasal olarak inert bir matris olan özel olarak işlenmiş geniş gözenekli diyatomlu toprak içeren bir numune sütunu üzerinde tutulur (Şekil 6). Aerosol numune toplamaya başlamadan önce numune sütununu 15 dakika içinde hazırlayın. Nikotin konsantrasyonlarını belirlemek için, 2 mL 0.5 M sülfürik asit ekleyin. Tatları belirlemek için 2 mL izopropanol ekleyin. Örnekleme akışını kontrol edin. Vakum pompasını açın ve 1 ccm/dk’ya kadar doğruluk sağlayan kalibre edilmiş akış ekipmanını kullanarak, numune alma hattına bağlı bir numune sütunu ile akış hızını kontrol edin. İğne valfi ile akışı 700 ccm/dak ± %5 aralığına ayarlayın. Vakum pompasını kapatın. Örnek toplama İki adaptörü giriş ve çıkış tarafına göre numune kolonuna ekleyin (Şekil 6). Tüpü, çıkış adaptörü aracılığıyla vakum örnekleme hattına bağlayın. Örnek sütun montajını giriş adaptörü aracılığıyla numune alma portuna bağlayın. Vakum pompasını açarak numune toplamaya başlayın. Örnekleme başlangıç saatini kaydedin. Önceden ayarlanmış bir örnekleme süresinden sonra, seyreltilmemiş örnekleme noktası A’da 10 dakika ve seyreltilmiş örnekleme noktası B’de 30 dakika, vakum pompasını kapatın ve zamanı kaydedin. Örnek sütunu örnekleme bağlantı noktasından kaldırın. Adaptörleri numune kolonundan çıkarın ve buharlaşma veya kontaminasyondan kaynaklanan kayıpları önlemek için numune kolonunu bir film membranı ile kapatın. Örnek sütunu karşılık gelen örnek adına göre etiketleyin. Kapalı numune sütununu analize kadar buzdolabında (2-8 °C) saklayın. Karbonil konsantrasyonlarının tayiniNOT: Karboniller, asetonitril içinde çözünmüş 2,4-dinitrofenilhidrazin (DNPH) ile doldurulmuş bir mikro sıkıştırıcıya seri olarak bağlanmış bir cam filtre pedi üzerinde tutulur. Tuzak için hazırlık Mikro-impinger’ı asetonitril içinde 10 mL 15 mM DNPH ile doldurun. Bir filtre pedi hazırlayın (bkz. paragraf 4.1). Örnekleme akışını kontrol etme Vakum pompasını açın ve 1 ccm/dak doğruluk sağlayan kalibre edilmiş bir akış ekipmanı kullanarak numune alma hattının akış hızını kontrol edin. İğne valfi ile akışı 700 ccm/dak ± %5 aralığına ayarlayın. Vakum pompasını kapatın. Numune toplama Mikro darbeciye bağlı filtre tutucuyu örnekleme portuna bağlayın. Vakum örnekleme hattını mikro sıkıştırıcının çıkışına bağlayın. Vakum pompasını açarak numune toplamaya başlayın. Örnekleme başlangıç saatini kaydedin. Önceden ayarlanmış bir örnekleme süresinden sonra, seyreltilmemiş örnekleme noktası a’da 10 dakika ve seyreltilmiş örnekleme noktası b’de 30 dakika, vakum pompasını kapatın ve zamanı kaydedin. Örnekleme tuzağını örnekleme bağlantı noktasından ayırın. Sıkıştırmayı bir cam şişeye boşaltın. DNPH çözeltisini asetonitril ile 10 mL’ye doldurun. Filtre pedinin ağırlığını belirleyin ve sallayarak DNPH-asetonitril çözeltisinde çıkarın. Ekstraksiyondan sonra filtre pedini atın. Karbonil-DNPH çözeltisinden 1 mL’lik bir aliquot alın ve çözeltiyi stabilize etmek için 50 μL piridin ekleyin. Alikotları analize kadar ≤-12 ° C’de bir dondurucuda saklayın.

Representative Results

CAG aerosollerinin tekrarlanabilirliğiCAG tarafından üretilen aerosolün tekrarlanabilirliğini göstermek için, PG, VG, nikotin, su ve etanol içeren bir baz sıvı çözeltisi (sırasıyla% 71.72,% 17.93,% 2,% 5.85 ve% 2.5) 10 ayrı aerosol üretim çalışması üzerinde kullanılmıştır. Aerosolizasyon ve örnekleme parametreleri Tablo 2’de özetlenmiştir. CAG tarafından üretilen aerosollerin kimyasal karakterizasyonu, sistem kullanılarak elde edilen sonuçların yüksek derecede tekrarlanabilirliğini doğruladı. Aynı ısıtma, soğutma ve seyreltme hava akışlarının yanı sıra aynı örnekleme koşulları altında, ACM, nikotin, VG ve PG konsantrasyonları, aerosol üretim çalışmaları boyunca kararlıydı ve sırasıyla ACM, Nikotin, VG ve PG’nin% 2.48,% 3.28,% 3.43 ve% 3.34’lük göreceli standart sapması vardı (Şekil 7). Sekiz karbonil konsantrasyonu – yani, asetaldehit, aseton, akrolein, bütiraldehit, krotonaldehit, formaldehit, metil etil keton ve propionaldehit – art arda üç CAG-aerosol üretim çalışması sırasında ölçülmüştür. Sabit kontrollü koşullarda üretilen aerosollerde beklendiği gibi, tüm karbonil analitlerin verimi, çoğu bileşik için analitik yöntemin nicelleştirme (LOQ) sınırlarına ulaşmayarak düşük kalmıştır (Tablo 3). Seyreltilmiş aerosol numunesindeki formaldehit konsantrasyonları, bu analitin uçuculuğu ve LOQ’ya yakın verimler nedeniyle yüksek değişkenlik (±% 32) göstermiştir. Veriler, CAG tarafından üretilen aerosollerde sıvı termal bozunma ürünlerinin bulunmadığını doğruladı. Bir lezzet karışımının eklenmesi, aerosolün karbonil bileşimi üzerinde bir etkiye sahipti. Mevcut durumda, asetaldehit ve bütiraldehit verimleri, maruz kalma odasına girmesi amaçlanan seyreltilmiş aerosolde, LOQ’ya yakın değerlerden sırasıyla 2.06 ve 1.56 μg / L’ye kadar büyük ölçüde artmıştır. Bu veriler, lezzet karışımının bileşiminin aerosol bileşimi üzerindeki etkisini vurgulamakta ve in vivo uzun süreli maruz kalma çalışmalarında nihai değerlendirmeden önce, bir e-sıvı formülasyonunda belirli tatlandırıcı maddelerin potansiyel toksisitesini erken bir aşamada araştırma ihtiyacını vurgulamaktadır. CAG tarafından üretilen aerosollerin PSD’siCAG tarafından üretilen aerosollerin PSD’si, bu koşulların yalnızca PG, VG, su ve nikotin içeren baz sıvı çözeltisinden üretilen aerosolün fiziksel özellikleri üzerindeki etkisini değerlendirmek için farklı soğutma ve ilk seyreltme akışları altında ölçülmüştür. Bu prosedür, solunabilir aralıkta partikül boyutlarına sahip aerosollerin üretilmesi için uygun koşulların belirlenmesi için gereklidir. Bu çalışmada, soğutma ve ilk seyreltme akışları, aynı toplam aerosol akış hacmini korumak için 10 L/dak’lık adımlarla modifiye edilmiştir (Tablo 4). Sıvı akışı (0,5 mL/dak), ısıtılmış akış (2 L/dak) ve ikinci seyreltme akışı (150 L/dak) sabit tutuldu. Aerosol örnekleri seyreltilmiş örnekleme noktası b’den alındı (Şekil 5). PSD, 0,5 ila 20 μm arasındaki partikül boyutlarını ölçen bir aerodinamik partikül boyutlandırıcısı kullanılarak, 5 L/dak’lık bir numune akış hızında belirlendi ve ekipmanla birlikte kullanılmak üzere uygun şekilde seyreltildi. MMAD ve GSD, her aerosol üretim çalışması için aerodinamik parçacık boyutlandırıcı tarafından rapor edildi. Soğutma akışındaki artış ve ilk seyreltme akışındaki eşzamanlı azalma, aerosol partikül boyutu üzerinde etkili olmuştur (Tablo 4). Partikül boyutu üzerindeki en büyük etki, soğutma akışını 10 ila 20 L / dak’dan ve ilk seyreltme akışını 160 ila 150 L / dak’ya değiştirirken gözlenmiştir. MMAD bu koşullar altında 1,47 μm’den 4,03 μm’ye iki katından fazla arttı. Ortalama aerosol partikül boyutu, 10 ila 20 L / dak arasında gözlemlenenlerden daha düşük oranlarda olsa da, artan soğutma akış hızları ile büyümeye devam etti. Aerosol parçacıklarının aerodinamik çapının dağılımı, 10 L / dak soğutma akışında üretilen aerosoller ile 20-50 L / dak’da üretilenler karşılaştırıldığında açıkça daha büyük çaplara doğru kaydırılmıştır (Şekil 8). E-sıvı aromaların yakalama verimliliğiDaha önce de tartışıldığı gibi, uçuculukları nedeniyle, çeşitli sıvı bileşenler, yerel termodinamik koşullara bağlı olarak sürekli olarak gaz-sıvı kütle transferine eğilimlidir. Ek olarak, analitik yöntemler bu tür bileşenleri yakalamak için belirli bir yeteneğe sahiptir. Gerçek verim ölçümleri, seçilen bileşenlerin doğru tespiti ve nicelleştirilmesi için kimyasal yöntemlerin yeteneğini ölçmemize izin verir (örneğin, yoğuşma potansiyelleri veya reaksiyonları nedeniyle, bazı bileşenler hedeflerine ulaşamayabilir, yani inhalasyon çalışmaları durumunda maruz kalma odası). Bu nedenle, çeşitli aromalı e-sıvı formülasyonlarını değerlendirirken, aerosolün kimyasal değerlendirmesi için en etkili yakalama yöntemini belirleyebilmek önemlidir. Daha sonra, bu, aerosolün üretim yerinden maruz kalma odasına taşınmasından kaynaklanan sıklıkla mevcut kayıplar tarafından dikte edilen her bir bileşen için transfer hızını ölçmemize izin verir. Bu durumda, tatlandırıcı maddelerin bir karışımını içeren bir sıvı ile ek bir çalışma yapılmıştır. Aerosol, Tablo 2’de listelenen CAG parametreleri ile üretildi ve seyreltmeden sonra (pozisyon b, Şekil 5), örnekleme akış hızı 30 dakika boyunca 0,7 L / dak olarak ayarlandı. Yakalama, 2 mL izopropanol ile önceden koşullandırılmış örnekleme kolonlarında gerçekleştirildi. Kartuşlar, yakalama süresinin tamamlanmasından kısa bir süre sonra, çözeltinin 20 mL’si geri kazanılana kadar izopropanol ile salındırıldı. Yakalama verimliliğinin genellikle her lezzet bileşeni için araştırılması ve belirlenmesi gerektiğini bulduk. İncelenen lezzet bileşenlerinin% 70’i için, tatların kaynama noktaları (uçuculuk) ile iyi korelasyon gösteren% >60 oranında iyileşme oranlarımız vardı. Bu gerçek, karmaşık karışımlar içeren inhalasyon toksikoloji çalışmalarının, aerosolün maruz kalma bölgesine aktarılmasına ve verilmesine özel dikkat gösterilmesi gerektiğini göstermektedir. Şekil 1: Kılcal aerosol jeneratörünün (CAG) çalışma prensibi. Sıvı, hava akımı tarafından soğutulan ve ani çekirdeklenmeye ve yoğuşmaya neden olan ve aerosol oluşumuna yol açan sıcak aşırı doymuş buhar patlamaları sağlayan elektriksel olarak ısıtılan bir kılcal damara pompalanır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 2: Tipik CAG deney düzeni ve temel elemanlar . (A) CAG tertibatının genel görünümü, sıvı stok çözeltisini CAG’ye, seyreltme hava kanalına ve aerosol oluşum sürecine bağlayan peristaltik pompayı gösterir. (B) Kılcal damar ve ısıtma elemanları ile CAG’nin ayrıntılı görünümü. (C) CAG assembly aerosol üretim kurulumunun kesitsel görünümü. Soğutma ve seyreltme hava akışlarının detayları. Cam boru iki ayrı bölmeye sahiptir. Soğutma akışı CAG’ye doğru itilir ve aerosolü üretmek için sıvı tarafından üretilen buharla temas eder. Seyreltme akışı, ikincisini seyreltmek için oluşan aerosole doğru itilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 3: CAG cihaz ayrıntıları: kesitsel görünüm. Isıtma akışı, harici CAG gövdesini soğutmak, kılcal damarın ucundaki sıvı geri akışının yoğuşmasını önlemek ve buhar jeti patlamasını stabilize etmek için ısıtma elemanlarının etrafına yerleştirilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Resim 4: CAG düzeneği. Kılcal ve ısıtma elemanı (A) bir iç PEEK tüpüne yerleştirilir ve bu düzenek dış paslanmaz çelik bir boruya (B) kaydırılır. Montaj, paslanmaz çelik kılavuz vidalar (C, D) kullanılarak bir destek üzerine kapatılır ve sıkıca sabitlenir. Arka uçtan çıkıntı yapan kılcal damar, boru yoluyla peristaltik pompaya ve sıvı formülasyonuna bağlanır. Kısaltmalar: SS, paslanmaz çelik. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 5: İn vivo maruz kalma deneyleri için CAG aerosol üretim ayarları. Analiz için aerosol örneklemesi iki konumda gerçekleşir: (a) seyreltilmemiş aerosol-ilk seyreltme adımı örnekleme sırasında kapatılır; (b) maruz kalma odasına girmeden hemen önce seyreltilmiş aerosol. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 6: Bağlı adaptörlere sahip örnek sütun. Numune almadan önce, numune sütunu nikotin analizi için 0,5 M sülfürik asit veya lezzet analizi için izopropanol ile önceden hazırlanır. Giriş adaptörü, CAG tarafından üretilen aerosol akışına ve çıkış adaptörü vakum pompasına bağlanır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 7: CAG tarafından üretilen aerosol karakterizasyonu ve tekrarlanabilirliği. ACM, nikotin, PG ve VG konsantrasyonlarının 10 ayrı deneysel aerosol üretimi üzerindeki konsantrasyonu aynı sıvı baz çözeltisi ile çalışır. ACM, 1105,45 ± 27,4 μg/L; Nikotin, 20.16 ± 0.7 μg / L; VG, 227,15 ± 7,8 μg/L; PG, 656,59 ± 22,0 μg/L. Hata çubukları standart sapmayı temsil eder. Kısaltmalar: ACM, aerosol toplanan kütle; PG, propilen glikol; VG, gliserol. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 8: Çeşitli soğutma akış hızları altında üretilen aerosolün partikül boyutu dağılımındaki değişiklikler. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. TABAN (PG/VG/N) LEZZET (PG/VG/N/F) Parça PG/VG/N (g/1000g) PG/VG/N/F (g/1000g) Benzoik Asit 3.33 3.33 PG 240.00 238.91 Su 150.00 150.00 Laktik Asit 3.33 3.33 Asetik asit 3.33 3.33 Harmanlanmış Lezzet karışımı 0.00 1.20 Gliserin 560.01 559.90 Nikotin 40.00 40.00 Toplam 1000.00 1000.00 Tablo 1: E-sıvı stok formülasyon bileşenleri18 Aerosolizasyon protokolü Örnekleme protokolü Parametre Sulandırılmamış Seyreltilmiş Parametre Seyreltilmemiş Konum A Seyreltilmiş Konum B CAG sıcaklığı (°C) 250 Pompa akışı (mL/dak) 0.5 0.5 Örnekleme süresi (min) 10 30 Isıtılmış hava akışı (L/dak) 2 2 Örnekleme akışı (ACM) (L/dak) 0.7 1.5 Soğutma havası akışı (L/dak) 10 10 Örnekleme akışı Extrelut (L/dak) 0.7 0.7 1. hava seyreltme (L/dak) NA 150 Numune alma akışı Karboniller (L/dak) 0.7 0.7 2. hava seyreltme (L/dak) NA 160 Atık (L/dak) NA 172 Tablo 2: Aerosol üretimi, seyreltme ve örnekleme parametreleri Karboniller Baz sıvı (PG/VG/Nikotin) Nikotin ile yüksek konsantrasyonda lezzet stoğu çözeltisi(PG/VG/Nikotin/Tatlandırıcılar) Seyreltilmemiş aerosol numunesi μg/L Seyreltilmiş aerosol numunesi μg/L Seyreltilmemiş aerosol numunesi μg/L Seyreltilmiş aerosol numunesi μg/L Asetaldehit 0.834 ± 0.096 0.119* 45.346 ± 1.134 2.058 ± 0.202 Aseton < LOQ < LOQ < LOQ < LOQ Akrolein < LOQ < LOQ < LOQ < LOQ Butiraldehit < LOQ < LOQ 36.475 ± 0.996 1.557 ± 0.179 Krotonaldehit < LOQ < LOQ 0.052 ± 0.001 < LOQ Formaldehit 0.731 ± 0.072 0.072 ± 0.023 0.158 ± 0.007 0.026 ± 0.004 Metil Etil Keton < LOQ < LOQ 0.570 ± 0.015 < LOQ Propionaldehit < LOQ < LOQ 0.085 ± 0.001 < LOQ Tablo 3: CAG tarafından üretilen aerosolde karbonillerin tayini. Üç aerosol üretiminden elde edilen ortalama değerler, tek başına aynı sıvı baz çözeltisi ve bir lezzet karışımı ile çalışır. Üç çalıştırmadaki yalnızca bir örneklem, yöntemin alt niceleme sınırından (LOQ) daha büyük değerlere sahipti. Ayarlar (L/dak) Aerosol damlacık çapı Soğutma akışı 1. seyreltme akışı MMAD (μm) GSD (GSD) 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 Tablo 4: Farklı hava akış koşulları altında aerosol partikül boyutunun (damlacık çapı) belirlenmesi. Kısaltmalar: MMAD, kütle medyan aerodinamik çapı; GSD, geometrik standart sapma.

Discussion

CAG ile aerosol üretmek, EC cihazına özgü aerosolizasyon proseslerinin değişkenliğini azaltmaya yardımcı olarak aerosolize e-sıvı formülasyonunun kendisinin objektif ve kontrol edilebilir bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanır. CAG tarafından üretilen aerosollerin, ECs7 tarafından üretilen aerosolleri temsil ettiği gösterilmiştir. Aynı bileşim ve özelliklerle tekrarlanabilir şekilde üretilebilirler ve bu nedenle, uzun bir süre boyunca büyük miktarlarda aerosol gerektiren in vivo uzun süreli maruz kalma çalışmaları için özellikle uygundurlar8.

CAG kurulumunun montajı nispeten basittir ve bakımı kolaydır. Bununla birlikte, sıvı akış hızı ve ilgili hava akış hızları gibi çalışma parametreleri, CAG tarafından üretilen aerosolün uygulama amacına göre yöntem optimizasyonu gerektiren kontrollü aerosol üretimi için kritik öneme sahiptir.

Mevcut çalışmada sunulan sonuçlar, soğutma hava akış hızının aerosol partikül boyutu dağılımı üzerinde net bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Soğutma hava akışı, sadece üretilen buharların çekirdeklenmesi üzerinde değil, aynı zamanda üretilen aerosolün aktığı iç borunun soğutulması nedeniyle yoğuşma üzerinde de doğrudan bir etkiye sahiptir. Ek olarak, yoğun aerosol önemli pıhtılaşma etkilerine eğilimlidir. Kombine olarak, bu süreçler karmaşıktır ve aerosol oluşumu üzerindeki etkileşimleri ve etkileri, spesifik e-sıvılar, sıcaklıklar ve akışlar için genellemek oldukça zordur. Ek hava akımı bileşimi (sabit bir bağıl nem yüzdesi ile kuru veya nemlendirilmiş), özellikle de su içeriği, ısı ve kütle değişimini etkileyecek ve sadece aerosol parçacıklarının modüle edilmiş yoğuşma büyümesine değil, aynı zamanda duvar yoğuşmasına da yol açacaktır. Bu nedenle, bu yöntemin parametrelerinde yapılan değişiklikler, PSD17,19’un kontrolü açısından kullanım amaçlı olarak kabul edilir.

Düşük çözünürlüğe veya yüksek kaynama noktalarına sahip kimyasalların varlığı, kılcal damar içindeki çökelme ve zamanla kılcal damarın tıkanması nedeniyle CAG tarafından üretilen aerosolün etkinliğini sınırlayabilir. Aerosolde bulunan kimyasallara bağlı olarak, CAG’yi çalıştırma sıcaklığı buharı üretecek şekilde ayarlanmalıdır. Ek olarak, sıvı formülasyonun stabilitesi düzenli olarak değerlendirilmelidir. Tatlandırıcılar da dahil olmak üzere, farklı kaynama noktalarına sahip bileşenlerin eklenmesi, nihai aerosol bileşimi14 ve gaz-sıvı bölümleme üzerinde bir etkiye sahip olacaktır. Sıcak kılcal damarın yakınında geri akışı ve sıvı birikimini önlemek için kılcal sıcaklığın ve ısıtma hava akışının uyarlanması gerekebilir, bu da sıvının yüksek bir sıcaklıkta uzun süre tutulması nedeniyle kontrolsüz termal bozunma ürünlerinin (karboniller gibi) üretilmesine neden olabilir. Ek olarak, kılcal damardaki buharı üretmek için kullanılan sıcaklığın kontrol edilmesi, buharın kılcal damarda oluşmaya başladığı yer üzerinde bir etkiye sahiptir – sıcaklık ne kadar yüksek olursa, buhar o kadar erken oluşur. Daha yüksek bir kılcal sıcaklıkta, kılcal damardan çıkan buharın soğutma havası akışı tarafından soğutulması daha uzun sürecek ve bu nedenle, kılcal uçtan daha uzaktaki bir aerosol halinde çekirdeklenmeye ve yoğunlaşmaya başlayacak ve geri akış etkisinin önlenmesine yardımcı olacaktır19.

Mevcut e-sıvı in vivo toksikoloji çalışmaları, OECD TG 413 çalışması20’de olduğu gibi, gerekli aerosol ölçeğini karşılamak için lojistik karmaşıklık nedeniyle e-sigara aerosollerinin çoğaltılmasında sınırlıdır. Bu çalışmada sunulan protokol, Philip Morris International’da in vivo uzun süreli maruzkalma çalışmalarında aerosol üretimi için kullanılan CAG montajı ve ayarları hakkında genel bir bakış sunmaktadır. Bu veriler, başka bir laboratuvar ortamında (örneğin, ilaç dağıtım sistemleri21) daha fazla ince ayar yapmak veya belirli bir çalışmanın belirli gereksinimlerine uyum sağlamak için iyi bir başlangıç noktası olarak hizmet edebilir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Materials

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. 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. , (2018).
  12. Howell, T. M., Sweeney, W. R. Aerosol and a method and apparatus for generating an aerosol. US Patent. , (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). , 247-253 (2004).

Tags

Capillary Aerosol GeneratorCAGAerosol GenerationInhalation ToxicologyElectronic CigaretteLiquid CompositionTemperature ControlAir FlowNucleationCondensationProtocolAssemblyHeating ElementsThermocouplePush-in FittingsO-ringsPeak AdapterCouplingPeristaltic PumpCompressed Air

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image