JP2009509678A - 吸入剤暴露システム - Google Patents

Abstract

【解決手段】 吸入剤の制御された暴露を提供し、呼気の再吸入を最小化し、且つ排気流を制御する呼吸システムによって、制御された吸入剤の流れを動物に提供する、吸入剤暴露ユニット及びシステムが開示されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、単体又は複数体の動物に対して、選択された吸入剤を使い、制御されたやり方で試験を行うための方法と装置を提供する。本発明は、呼気の再吸入を減少させる。

動物への影響を判定することを目的とし、制御されたレベルの吸入剤を動物に提供するための各種吸入剤暴露装置が開発されている。吸入暴露システムで主に考慮すべきことの１つに、哺乳動物で観察される生物学的影響を相関付けて再現可能に入手することができるように、吸入される物質は同じ濃度であること、が挙げられる。

最近の世界の出来事は、テロリストによる細菌戦攻撃の可能性に対する懸念を増幅させる原因になった。人間に対する主な細菌戦の脅威の１つは、病原性生物エアゾールに対する吸入暴露である。エアゾール化された細菌により引き起こされることが知られている伝染性疾患の例を挙げると、結核症、レジオネラ症、及び炭疽病がある。細菌は、０．３ｕｍから１０ｕｍの大きさを有する単細胞有機体である。炭疽菌Bacillus anthracisによって引き起こされる重い病気である炭疽病は、典型的な細菌戦細菌兵器媒介物の１つと考えられている。最大の生物エアゾール脅威の１つは、Bacillus anthracisに対する吸入暴露である。Bacillus anthracisは、芽胞形成能力を有しているために、液体又は乾燥媒介物での散布を含め多様な放出方式に都合よく適している。細菌戦の攻撃から防護するためには、様々なワクチン及び暴露後の処置対応を見極めねばならない。細菌戦媒介物の生物エアゾールに対するワクチン及び治療法の効能を十分に評価するには、明確に特徴付けられた再現可能な吸入剤暴露システムが必要である。吸入剤暴露システム及び吸入剤処置は、研究所の製品をライセンス化するためのその様な研究を支援するために、優れた研究所実施規則にできる限り沿ったものでなくてはならない。本発明は、様々な製品の動物吸入暴露試験を支援するために、単体又は複数体の動物モデルを動物実験に供するのに使用される吸入暴露システムの設計、構造、及び初期特性化を含んでいる。
SOP MREF.X-908「Bacillus anthracis胞子の製造」

本発明の第１の広範な実施形態は、入口端と出口端を有しており且つ中心軸周りに配置されているハウジングを有する吸入剤暴露ユニットを含んでいる。面板は、中心軸に対して垂直に、ハウジングの出口端に、但しそれと接触せずに、配置されている。環状の出口は、出口端と面板を、間隔を空けた関係に配設することによって形成されている。面板は、動物の頭の少なくとも一部を入れるための軸方向開口を有している。１つの実施形態では、環状の出口は、通常、吸入剤と呼気の流れを妨げることのないように、支柱などによって一切妨げられていない。しかしながら、幾つかの実施形態では、当技術で一般的に使用されているものの様なストラットや支柱が１本又は数本設けられているが、それらは吸入剤と呼気の流れに実質的に干渉していない。

更に別の実施形態では、入口端と出口端を有しており且つ中心軸周りに配置されているハウジング２０１を有する吸入剤暴露ユニットが提供されている。この実施形態では、ハウジングの少なくとも一部は円錐台を形成している。この円錐台の側部は中心軸に対して角度θを成している。通常、この角度θの値は、約０°から約６０°である。面板は、中心軸１０３に対して垂直に、ハウジングの出口端に、但しこれと接触せずに、配置されている。環状の出口は、円錐台の出口端と面板を、間隔を空けた関係に配設することによって形成されている。面板は、動物の頭の少なくとも一部を入れるための軸方向開口を有している。本発明の利点は、吸入剤の流れが動物の鼻孔及び／又は口を通り越して流れ、呼気を動物の鼻又は口から流し去り環状の出口に流れ込ませるようにすることによって得られる。環状の出口は、通常、吸入剤と呼気の流れを妨げることのないように、支柱などによって妨げられていない。しかしながら、幾つかの実施形態では、当技術で一般的に使用されているものの様なストラットや支柱が１本又は数本設けられているが、それらは吸入剤と呼気の流れが環状の出口を通ることに実質的に干渉しない。ハウジングを円錐形にしたことで、円錐台形を使用していない第１の実施形態に比較して、動物の頭を通り越す吸入剤の流れが強化される。しかしながら、両実施形態共に、吸入剤が動物の頭の周囲３６０°のパターンで実質的に妨げられること無く流れるようにして、呼気を動物の鼻及び口から流し去ることができるようにしている。

本発明の更に別の実施形態では、入口端と出口端を有しており且つ中心軸周りに配置されているハウジング３０１を有する吸入剤暴露ユニットが提供されている。ハウジングは、通常、少なくとも部分的に円錐台を形成している。この円錐台の側部は中心軸に対して角度θを成している。通常、この角度θの値は、約０°から約６０°である。面板は、中心軸に対して垂直に、ハウジングの出口端に、但しこれと接触せずに、配置されている。環状の出口は、出口端と面板を、間隔を空けた関係に配設することによって形成されている。外側のハウジングが、軸及びハウジングの周りに同軸に設けられている。外側ハウジングとハウジングは共同でそれらの間に排気通路を形成している。外側ハウジングは、ハウジングの入口端に対応する後端と、ハウジングの出口端と整列している前端を有している。但し、外側ハウジングの前端は、面板と密閉関係に接触しており、吸入剤及び呼気の損失を防いでいる。面板は、動物の頭の少なくとも一部を入れるための軸方向開口を有している。通常、動物の頭は、軸方向開口を通して、動物の頭の周囲の暴露容積の中まで入れられる。本発明の利点は、吸入剤の流れが動物の鼻孔及び／又は口を通り越して流れ、呼気を動物の鼻又は口から流し去って環状の出口に流れ込ませるようにしたことによって得られる。環状の出口は、通常、吸入剤と呼気の流れを妨げることのないように、支柱などによって妨げられてはいない。しかしながら、幾つかの実施形態では、当技術で一般的に使用されているものの様な（図示していない）ストラットや支柱が１本又は数本設けられているが、それらは吸入剤と呼気の流れが環状の出口を通ることに実質的に干渉しない。ハウジングを円錐形にしたことで、円錐台を使用していない実施形態に比較して、動物の頭を通り越す吸入剤の流れが強化される。しかしながら、どの実施形態も、吸入剤が動物の頭の周囲３６０°のパターンで実質的に妨げられること無く流れるようにして、呼気を動物の鼻及び口から流し去ることができるようにしている。吸入剤及び呼気は環状の出口に流れ込み、その後、排気通路を通って出口に至る。吸入剤及び呼気の排出出口までの流れを更に制御するために、フローレストリクターが使用されている。

本発明の更に別の実施形態は、患者を治療するための吸入暴露システムであって、エアゾール又は粉末を提供するための吸入生成部と、この吸入生成部に接続されている入口を有する吸入暴露ユニットであって、
１．先細の暴露室であって、室の狭い端に入口を有し、室の広い端に暴露室から呼吸するために患者の頭の少なくとも一部を入れる口を有している、先細の暴露室と、
２．先細の暴露室の広い方の部分に接続されている入口を有しており、且つ出口を有している、空気流のための排気通路と、
３．排気通路内のフローレストリクターと、を備えている吸入暴露ユニットと、排気通路の出口に真空を提供する真空ユニットと、を備えている吸入暴露システムを含んでいる。通常、吸入生成部は噴霧器である。治療を受ける患者は、通常、ヒト又は動物である。

広義には、本発明は、動物に対する暴露を改善した、動物用の吸入剤暴露システムを提供している。このユニットは、高速エアゾール安定化及び洗い流しを提供する低容積押し退けを提供している。通常、このユニットは、暴露濃度を表すより正確なエアゾールサンプルの採集を行えるようにする、等速に近いサンプリングを可能にする。システムは、通常、流れが動物の鼻口上を流れ、動物の頸部又は頭部の周囲に排出部を廻らせて、エアゾール及び呼気の再吸入を減らすか無くすような設計を採っている。エアゾール放出時の圧力変動効果と呼気の再吸入は、更に、排気口の真空及び排気通路のフローレストリクターによって最小化されている。また、同心の排気システムは、排気処置に先立ち、動物の吸入動作域のエアゾール分布をより均質にする。

二重ユニット又は多重ユニットは、通常、各動物を呼吸速度に基づく異なる期間に亘って暴露する能力を有している。一般に、各ユニットは、隔離仕切り弁を有しており、それぞれの暴露場所毎に独立して新鮮な空気が放出される。幾つかの実施形態では、暴露用量測定のための濃度分析用として単一サンプラーを使用して、多重サンプル分析を省いている。他の実施形態では、圧力及び真空呼吸逃がしダンパーが、動物の呼吸がエアゾール及びシステムの流れの力学及び制御に及ぼす影響を軽減している。

さて図１は、本発明の１つの実施形態の吸入剤暴露ユニット１００の概略図を示している。ハウジング１０１は、入口１０５と出口端１０７を有しており、中心軸１０３周りに配置されている。面板１０９は、中心軸１０３に垂直に、ハウジング１０１の出口端１０５に、但しこれと接触せずに、配置されている。環状の出口１１１は、出口端１０７と面板１０９を、間隔を空けた関係に配設することによって形成されている。面板は、動物の頭１１５の少なくとも一部を入れるための軸方向開口１１３を有している。一般に、動物の頭１１５は、軸方向開口１１３を通して暴露容積１１７の中に入れられる。動物は、通常、その動物の鼻孔及び／又は口の様な呼吸用の孔が、暴露容積１１７の中へと、少なくともハウジング１０１の出口端１０７まで伸びるように、位置決めされ、軸方向開口１１３の大きさもその様に調整されている。最適には、本発明の利点を最大限に発揮させるため、鼻孔及び／又は口は、ハウジング１０１の出口端１０７よりも奥まで伸びているのがよい。鼻呼吸だけ又は口呼吸だけを使用する場合には、上記考慮事項は、当該各呼吸用の孔に対してのみ適用される。本発明の利点は、吸入剤の流れ１２１が、動物の鼻孔及び／又は口を通り越して流れ、呼気を動物の鼻又は口から流し去って環状の出口１１１に流れ込ませるようにすることによって得られる。環状の出口１１１は、通常、吸入剤と呼気の流れを妨げることのないように、支柱などによって妨げられていない。しかしながら、幾つかの実施形態では、当技術で一般的に使用されているものの様な（図示していない）ストラットや支柱が１本又は数本設けられているが、それらは吸入剤と呼気の流れに実質的に干渉しない。

次に図２は、本発明の別の実施形態の吸入剤暴露ユニット２００の概略図を示している。ハウジング２０１は、入口２０５と出口端２０７を有しており、中心軸１０３周りに配置されている。この実施形態のハウジング２０１は、円錐台を形成している。この円錐台の両辺は中心軸に対して角度θを成している。通常、この角度θの値は、約０°（上記第１実施形態）から約６０°である。角度は、吸入剤に暴露される動物の大きさ及び顔面構造に従って選定される。面板１０９は、中心軸１０３に対して垂直に、ハウジング２０１の出口端２０５に、但しこれと接触せずに、配置されている。環状の出口１１１は、出口端２０７と面板１０９を、間隔を空けた関係に配設することによって形成されている。面板は、動物の頭１１５の少なくとも一部を入れるための軸方向開口１１３を有している。通常、動物の頭１１５は、軸方向開口１１３を通して暴露容積２１７の中へと入れられる。動物は、通常、その動物の鼻孔及び／又は口の様な呼吸用の孔が、暴露容積２１７の中へと、少なくともハウジング２０１の出口端２０７まで伸びるように、位置決めされ、軸方向開口１１３の大きさもその様に調整されている。最適には、本発明の利点を最大限に発揮させるために、鼻孔及び／又は口は、ハウジング２０１の出口端２０７よりも奥まで伸びているのがよい。鼻呼吸だけ又は口呼吸だけを使用する場合には、上記考慮事項は、当該各呼吸用の孔に対してのみ適用される。本発明の利点は、吸入剤の流れ１２１が、動物の鼻孔及び／又は口を通り越して流れ、呼気を動物の鼻又は口から流し去って環状の出口１１１に流れ込ませるようにすることによって得られる。環状の出口１１１は、通常、吸入剤と呼気の流れを妨げることのないように、支柱などによって妨げられていない。しかしながら、幾つかの実施形態では、当技術で一般的に使用されているものの様な（図示していない）ストラットや支柱が１本又は数本設けられているが、それらは吸入剤と呼気の流れが環状の出口１１１を通ることに実質的に干渉しない。

ハウジング２１０を円錐形にしたことで、円錐台を使用していない第１の実施形態に比較して、動物を通り越す吸入剤の流れ１２１が強化される。しかしながら、両実施形態は、共に、吸入剤の流れ１２１が動物の頭の周囲３６０°のパターンで実質的に妨げられないようにして、呼気を動物の鼻孔及び／又は口から流し去るようにしている。

次に図３は、本発明の更に別の実施形態の吸入剤暴露ユニット３００の概略図を示している。ハウジング３０１は、入口３０５と出口端３０７を有しており、中心軸１０３周りに配置されている。ハウジング３０１は、通常は円錐台３０１ｃを形成している。この円錐台３０１ｃの側部は、中心軸１０３に対して角度θを成している。通常、この角度θの値は、約０°（上記第１実施形態）から約６０°である。角度は、吸入剤に暴露される動物の大きさ及び顔面構造に従って選定される。面板１０９は、中心軸１０３に対して垂直に、ハウジング３０１の出口端３０５に、但しこれと接触せずに、配置されている。環状の出口１１１は、出口端３０７と面板１０９を、間隔を空けた関係に配設することによって形成されている。外側ハウジング３５１が、軸１０３及びハウジング３０１の周りに同軸に設けられている。外側ハウジング３５１とハウジング３０１は、共同でそれらの間に排気通路３６１を形成している。外側ハウジング３５１は、ハウジング３０１の入口３０５に対応する後端３５５と、ハウジング３０１の出口端３０７と整列している前端３５７を有している。しかしながら、外側ハウジング３５１の前端は、面板１０９と密閉関係に接触しており、吸入剤及び呼気１２２の損失を防いでいる。

面板は、動物の頭１１５の少なくとも一部を入れるための軸方向開口１１３を有している。通常、動物の頭１１５は、軸方向開口１１３を通して、暴露容積３１７の中へと入れられる。動物及び動物の頭１１５は、通常、その動物の鼻孔１１５ａ及び／又は口１１５ｂの様な呼吸用の孔が、暴露容積３１７の中へと、少なくともハウジング３０１の出口端３０７まで伸びるように、位置決めされ、軸方向開口１１３の大きさもその様に調整されている。最適には、本発明の利点を最大限に発揮させるために、鼻孔１１５ａ及び／又は口１１５ｂは、ハウジング３０１の出口端３０７よりも奥の治療用容積３１７の中まで伸びているのがよい。鼻呼吸だけ又は口呼吸だけを使用する場合には、上記考慮事項は、当該各呼吸用の孔に対してのみ適用される。本発明の利点は、吸入剤の流れ１２１が、動物の鼻孔１１５ａ及び／又は口１１５ｂを通り越して流れ、呼気を動物の鼻孔又は口から流し去って環状の出口１１１に流れ込ませるようにすることによって得られる。環状の出口１１１は、通常、吸入剤１２１と呼気１２２の流れを妨げることのないように、支柱などによって妨げられてはいない。しかしながら、幾つかの実施形態では、当技術で一般的に使用されているものの様な（図示していない）ストラットや支柱が１本又は数本設けられているが、それらは吸入剤と呼気の流れが環状の出口３１１を通ることに実質的に干渉しない。

ハウジング３０１を円錐形にしたことで、円錐台を使用していない第１の実施形態に比較して、動物の頭１１５を通り越す吸入剤の流れ１２１が強化される。しかしながら、両実施形態は、共に、吸入剤の流れ１２１が動物の頭の周囲３６０°のパターンで実質的に妨げられないようにして、呼気を動物の鼻孔１１５ａ及び／又は口１１５ｂから流し去るようにしている。吸入剤１２１及び呼気１２２は、環状の出口３１１に流れ込み、その後、排気通路３６１を通って出口３６３に至る。吸入剤１２１と呼気１２２の排気口３６３までの流れを更に制御するために、フローレストリクター３７１が使用されている。

幾つかの実施形態では、ハウジング３０１は、点線３８１で示す形状をしており、外側ハウジング３５１と実質的に平行な１つの面３８３又は何らかの形状を間に有する単体構造を形成している。フローレストリクター３７１は、通常、フローレストリクター３７１と外側ハウジング３５１の間に開口３７３を提供している。この流れの制限は、動物の呼吸動作がユニットから出ていくガスの流れを逆流させがちになるのを難くしている点で、更に制御されたガスの流れを提供している。幾つかの実施形態では、フローレストリクター３７１は、ハウジング３０１と外側ハウジング３５１の間の空間を完全に閉鎖しており、流れの中に複数の穴（図示せず）を設けて、吸入剤１２１と呼気１２２が排気通路から出る流れを更に制御している。

次に図４は、更なる実施形態の吸入剤暴露ユニット４００を表している概略図である。吸入剤暴露ユニット４００は、中心軸１０３周りに同心に配置され、前端４０７と後端４０５を有している円錐台４０３を部分的に形成しているハウジング４０１であって、円錐台４０３は、軸１０３周りに同心に配置されており、その狭い後端４０５に入口４０４を有しており、円錐台の内側表面４０６は、中心軸１０３に対して角度θを成しており、入口４０８ａと出口４０８ｂを有する長さＤ_５の随意的な吸入管４０８が、ハウジング４０１内に同心に配置されており、この随意的な管４０８の出口４０８ｂは、円錐台４０３の入口４０４に作動的に接続されている、ハウジング４０１と、ハウジング４０１の周囲に中心軸周りに同心に配置されている外側ハウジング４５１（通常、ハウジング４０１に対応する前端４５７と後端４５５を有している外側の実質的に管状の構造を形成している）とを含んでおり、ハウジング４０１と外側ハウジング４５１は、その間に、排気部４６３が後部に設けられ且つ吸入剤及び呼気用の入口４６５を有している排気通路４６１を形成しており、排気通路４６１の排気部４６３は、通常、１つ又はそれ以上の排気口４７７を有する裏板４７５によって部分的に密閉されており、面板１０９は、中心軸１０３に垂直に、ハウジング３０１の出口端４０７に、但しこれと接触せずに、設置されている。環状の出口１１１は、出口端４０７と面板１０９を、間隔を空けた関係に配設することにより形成されている。外側ハウジング４５１は、軸１０３とハウジング４０１の周りに同心に配置されている。外側ハウジング４５１とハウジング４０１は、共同で、それらの間に排気通路４６１を形成している。外側ハウジング４５１は、ハウジング４０１の入口端４０５に対応する後端４５５と、ハウジング４０１の出口端４０７と整列している前端４５７を有している。しかしながら、外側ハウジング４５１の前端は、吸入剤と呼気１２２の損失を防ぐため、面板１０９と密閉関係に接触している。

面板は、動物の頭１１５の少なくとも一部を入れるための軸方向開口１１３を有している。通常、動物の頭１１５は、軸方向開口１１３を通して、暴露容積４１７の中へと入れられる。動物及び動物の頭１１５は、通常、その動物の鼻孔１１５ａ及び／又は口１１５ｂの様な呼吸用の孔が、暴露容積４１７の中へと、少なくともハウジング４０１の出口端４０７まで伸びるように、位置決めされ、軸方向開口１１３の大きさもその様に調整されている。最適には、本発明の利点を最大限に発揮させるために、鼻孔１１５ａ及び／又は口１１５ｂは、ハウジング４０１の出口端４０７よりも奥の治療用容積４１７の中まで伸びているのがよい。鼻呼吸だけ又は口呼吸だけを使用する場合には、上記考慮事項は、当該各呼吸用の孔に対してのみ適用される。本発明の利点は、吸入剤の流れ１２１が、動物の鼻孔１１５ａ及び／又は口１１５ｂを通り越して流れ、呼気を動物の鼻又は口から流し去り、オフセット距離Ｄ_１を有している環状の出口１１１に流れ込ませるようにすることによって得られる。環状の出口１１１は、通常、吸入剤１２１と呼気１２２の流れを妨げることのないように、支柱などによって妨げられてはいない。しかしながら、幾つかの実施形態では、当技術で一般的に使用されているものの様な（図示していない）ストラットや支柱が１本又は数本設けられているが、それらは吸入剤と呼気の流れが環状の出口４１１を通ることに実質的に干渉しない。

ハウジング４０１を円錐形にしたことで、円錐台を使用していない第１の実施形態に比較して、動物の頭１１５を通り越す吸入剤の流れ１２１が強化される。しかしながら、両実施形態は、共に、吸入剤の流れ１２１が動物の頭の周囲３６０°のパターンで実質的に妨げられないようにして、呼気を動物の鼻孔１１５ａ及び／又は口１１５ｂから流し去るようにしている。吸入剤１２１と呼気１２２は環状の出口４１１に流れ込み、その後、排気通路４６１を通って出口４６３に至る。吸入剤１２１と呼気１２２の排気口４６３までの流れを更に制御するため、フローレストリクター４７１が使用されている。フローレストリクター４７１は、通常、排気通路４６１の排気端からＤ_３単位の所に配置されている。フローレストリクター４７１は、排気通路４６１に隙間Ｄ_２を形成している。隙間Ｄ_２は、空気の流量を制御しており、これについては本明細書の他の個所で詳しく論じる。排気通路４６１は、通常、同心であり、動物が呼吸することにより生じるガスの脈動流を減衰するのに役立つだけの容積を有している。

以下の実施例は、本発明の様々な実施形態を例証している。各実施例は、説明のみを目的としており、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
エアゾール試験では、以下の生物有機体を使用した。B. anthracis胞子、エームス菌株ロットＢ１３を、１％フェノールと滅菌水の溶液中で単一の「親」株から製造した。「親」株は、約２℃から約８℃の温度範囲に維持した。製造は、SOP MREF.X-908「Bacillus anthracis（以下B. anthracisとする）胞子の製造」に基づいて行った。

使用した擬態物は、Duke Scientific corp.による、寸法がそれぞれ０．９９３ｕｍ、１．９９２ｕｍ、及び２．９２ｕｍのポリスチレンラテックス微小球であった。擬態物は、脱イオン（ＤＩ）Ｈ_２Ｏと試薬用エタノールの溶液中の懸濁液として調製した。

次に図５は、随意的な感知計器を有する、単体動物用の典型的な吸入剤暴露ユニットを示している。供給源５０１からの空気の流れは、１つ又は複数のフィルタ５０５（例えば、ＨＥＰＡフィルタ）に流す前に、圧力調整部５０３により制御される。三方向弁が流れを制御し、質量流量制御部５１３及び圧力ゲージ５１５を介して、噴霧器５１７に直接流す。希釈空気の流れは、圧力調整部５２１を介して質量流量制御部５２３に流れ、そのまま管５３０の入口５３１まで流れる。迂回空気用の追加の流路には、弁５０７から、圧力調整部５２７と質量流量メーター５２９へ流れ、その後直接管入口５３１に流れる流れが関与している。噴霧器５１７で製造されたエアゾールは、管５３０の入口５３１に直接流れる。管５３０の長さは、良好な流れのエアゾール流路、感知計器への分配、及び吸入剤暴露ユニット５７１の入口５７３への正しい放出を提供するのであればどの様な長さでもよい。管５３０内の圧力を監視するために、通常、差動圧力ゲージ５３２が使用される。管内の圧力を制御するため、真空及び圧力逃がし容器５３３が付属フィルタ５３４（例えば、ＨＥＰＡフィルタ）と共に使用される。エアゾール粒子を採集するために、インピンジャー５４１の様なサンプル採集器が管５３０に接続されている。サンプルの採集を支援するために、臨界オリフィス５４３と真空ゲージ５４５、弁５４８、及び真空ポンプ５４９とフィルタ５４９Ａが使用されている。１つの実施形態では、臨界オリフィスは、２Ｌ／分の空気の流れを提供する。粒子寸法の監視及び制御を支援するために、管５３０に接続されている随意的な空気力学粒子寸法測定器５５２が、コンピュータ５５３と共に使用されている。

エアゾールと空気は、次いで、吸入剤暴露ユニット５７１の入口５７３に流れ、そこから、動物の口及び鼻が普通は口５７７を介して挿入されている円錐部５７５に向けて送られる。使用されなかったエアゾールと空気は、動物から吐き出された空気と共に円錐部５７５から流れ出て、同心の吸込口５７６に入り、通常は同心の排気通路５７８に至る。排気通路５７８には、排気通路を出ていく流れを制御し、円錐部５７５内で動物が呼吸している場合は空気流を増やすフローレストリクター５７９が設置されている。これは、排気通路５７８の出口５８１に掛けられる真空により行われる。フローレストリクター５７９は、基本的に、この円錐部５７５に掛けられる真空の効果を制御する。先に言及したように、真空とフローレストリクター５７９の作用によって、動物の鼻又は口の個所の空気の流れが、空気及びエアゾールの円錐部への流入により提供される空気流以上の速度に増速される。これには、動物が吐き出した空気の再吸入を減らす効果がある。排出空気は、出口５８１から弁５８３に流れ、随意的な迂回弁５８４を通り、その後、出口５８１に真空を提供している排気ポンプ５８５（フィルタ５８５Ａ付）に流れる。
実施例１
エアゾールの様な吸入剤を動物に与えるための実験室規模の吸入剤暴露システムを、各図に基づいて組み立てた。吸入剤暴露システムは、Plexiglas（登録商標）で作られ（但し、試験動物に対して不活性であればどの様なプラスチック又は金属でもよい）、内径が２．５４ｃｍ、外径が５．０８ｃｍ、長さ約５６ｃｍの管で構成されていた。管の端部には、長さ１０．２ｃｍ、内径５．１ｃｍ、外径１０．２ｃｍのPlexiglas（登録商標）の中実加工素材を嵌めた。ゴム製のダムを通して動物の鼻を挿入するため、管の端部を３０°に旋盤加工して、直径２．５４ｃｍ（１インチ）の内側管から直径１０．２ｃｍ（４インチ）の外側管へと放射状に広がる円錐台を形成した。システムからエアゾールを排出するため、外径が１５．２５ｃｍ（６インチ）で内径が１２．７ｃｍ（５インチ）の管を、直径１０．２ｃｍ（４インチ）の管の周りに同心に、前板と裏板で取り付けた。動物の鼻が挿入される領域の周りに配置されている面板は、円錐を取り囲み、環状の出口隙間分約１．３ｍｍだけ円錐部出口端から間隔を空けて配置した。排気出口は、動物の鼻及び／又は口を通過する滞留エアゾールの加速度を増し、動物の呼吸動作域での新鮮で滞留時間の短い生物エアゾールの補充を促した。エアゾールは、次いで、外側ハウジングから約３ｍｍ離されたフローレストリクターが備えられている排気通路に入った。フローレストリクターは、排気流分配部として機能し、エアゾールが排気通路の裏板に設けられた３つの口の列を通して排気される前の、暴露通路周辺周り及び排気通路に流入する一貫した排気流を維持した。吸入剤暴露システムの総押し退け容積は約１．４リットルであった。

システム全体の流量は１０Ｌ／分であり、７．５Ｌ／分をエアゾール生成部に供給し、２．５Ｌ／分を希釈空気として供給し、その結果、流速は秒当たり約０．３メートルとなった。試験した流量では、システム全体の空気入れ替えは約毎分７回であった。Collison 三噴射噴霧器（マサチューセッツ州ウォルサム、BGI Inc.）を使用して、生物剤B. anthracis（エームス菌株）及び生物剤擬態物Bacillus globigii（以後、B. globigii）を試験用にエアゾール化した。屋内空気をろ過して提供し、Collison噴霧器への及び追加の希釈空気用としての継続的な調整された空気源を供給した。Collison噴霧器の流量は、Collisonに対し継続的な調整された空気供給を３０ｐｓｉで供給することによって約７．５Ｌ／分に維持し、流量は、Sierra社製０乃至２０Ｌ／分用の質量流量計（カリフォルニア州モントレー、Sierra Instruments）を使って監視した。希釈空気流は、ニードル弁を使用して２．５Ｌ／分に制御し、Sierra社製０乃至１０Ｌ／分用の質量流量計を使って監視した。Collison噴霧器迂回空気流は、ニードル弁を使用して約７．５Ｌ／分に制御し、Sierra社製０乃至２０Ｌ／分用の質量流量計を使って監視した。迂回流は、Collison噴霧器を使用していないときのシステムの圧力及び流れ安定性を維持するために使用した。試験中、システムは、生物安全キャビネットの汚染を避けるために、Ｈ_２Ｏ約０．１２７ｃｍ（０．０５インチ）の弱い負圧下に維持した。

試験基材は、エアゾール濃度安定性、エアゾール寸法分布、エアゾールサンプラー評価、及び試験毎の再現性、の様な吸入剤特性に関係する暴露システム性能を特徴付けるために開発された。

試験毎に同じB. globigii胞子株からの新鮮な５ｍＬアリコートを使用して、システム濃度安定性試験を行った。B. globigii胞子株の濃度は、拡散プレート法による測定でミリリットル当たり８．０８ｘ１０^８コロニー形成単位（ｃｆｕ／ｍＬ）であり、寸法分布は、TSI incorporated（ミネソタ州セントポール）社製の型番３３２１Aerodymanic Particle Sizer（登録商標）分光計（粒子寸法測定器）を使用して測定した。分析器は、空気力学的直径が０．５μｍから２０μｍの範囲の粒子の計数及び寸法分布を正確に測定できるように設計した。

安定性試験については、各試験全期間中の粒子寸法測定器サンプルを採り、システムからエアゾールがパージされるまでの生成後濃度減退の測定を含めた。図６は、R&D暴露システム濃度プロファイル関係粒子計数対時間を表すグラフを示している。表１は、計数率、質量中央空気力学的粒子径（ＭＭＡＤ）、幾何学標準偏差（ＧＳＤ）、及びＭＭＡＤの標準偏差を示している。

次に図７は、使用した暴露システムの暴露システム濃度安定性プロファイルを表すグラフを示している。濃度プロファイルは、粒子計数を時間に対して関係付けたものである。システム濃度安定性試験は、同じB. globigii胞子株からの新鮮な８ｍＬアリコートを使用して実施した。B. globigii胞子株の濃度は、拡散プレート法による測定でミリリットル当たり１．０９ｘ１０^９コロニー形成単位（ｃｆｕ／ｍＬ）であった。

粒子寸法分析器は、エアゾール生成の始まりから開始し、サンプルとサンプルの間に３０秒の遅延を入れて、暴露システムから順に３０秒間ずつサンプルを引くようにプログラムした。合計１４個の粒子寸法測定器サンプルを採集した。これには、１０分間のエアゾール生成期間後４分間の生成後濃度減退を測定することも含めた。Collision噴霧器の流量は７．５Ｌ／分に維持し、希釈空気流量は８．５Ｌ／分で、システム全体の流量を１６．０Ｌ／分とした。上記各流量は、実際の暴露試験中に使用するシステム運転パラメータをシミュレートするために使用した。

試験により、現行のエアゾールシステムでは、ピークエアゾール濃度が、約３分乃至４分間の立ち上がり時間の後に維持されることが示された。
エアゾールシステム粒子寸法試験
ミリリットル当たり８．０８ｘ１０^８コロニー形成単位（ｃｆｕ／ｍＬ）の濃度を有する同じB. globigii胞子株からの新鮮な５ｍＬアリコートを使用して、１２個体による５分間吸入暴露システム試験を実施した。更に、ミリリットル当たり１．０ｘ１０^７コロニー形成単位（ｃｆｕ／ｍＬ）の濃度を有する同じB. anthracis胞子株（ロット番号エームス−Ｂ８）からの新鮮な５ｍＬアリコートを使用して、９個体による１０分間の試験を実施した。B. globigiiとB. anthracisそれぞれの試験の中間の３０秒間に粒子寸法測定器サンプルを採り、試験毎の安定性及び／又は粒子寸法分布の変動を比較した。図８は、全B. globigii及びB. anthracis試験で得られた全粒子寸法分布の平均を表す対数−確率図を示している。質量中央空気力学的中央粒子径（ＭＭＡＤ）、幾何学標準偏差（ＧＳＤ）、及びＭＭＡＤ標準偏差も示している。

吸入剤暴露システムの試験から得られたデータは、霊長類とウサギの各モデルでの生物エアゾール研究に使用できる有望な結果を示している。図７及び表１のエアゾール濃度安定性試験結果は、約１５秒乃至３０秒という非常に短時間の時間経過で濃度安定状態持続及び平衡が得られ、エアゾール暴露の期間中は安定したピークエアゾール濃度が維持されることを示している。エアゾール生成器（Collison噴霧器）を止めた後のエアゾール濃度減退も、約３０秒乃至６０秒という非常に短いエアゾールパージ時間経過を示している。この短時間のエアゾール濃度安定及び減退は、正確で再現性のあるエアゾール暴露及び測定にとって好都合である。安定性試験は、試験毎の計数を比較すると、再現性のある非常に申し分のない変動を示しており、時間経過に伴うB. anthracis試験濃度プロファイルも、B. globigii試験と比較してみると同様の傾向を示した。

吸入暴露システムは、少ない押し退け容積、ピークエアゾール濃度までの迅速な立ち上がり、安定したピークエアゾール濃度、迅速な作用剤減退、正確なエアゾール濃度判定のためのエアゾール流からの直接サンプリング、エアゾール滞留時間の短縮、及び生物剤の節約につながるエアゾール暴露期間を短縮できる見込み、を有していることにより優位性を示した。

次に図９は、随意的な感知器具を備えた、２体の動物用の代表的な二重吸入剤暴露ユニットを示している。分かり易くするために、構成要素が図５と同じである場合には、図５の番号をそのまま使っている。供給源５０１からの空気の流れは、１つ又は複数のフィルタ５０５（例えば、ＨＥＰＡフィルタ）に流す前に、圧力調整部５０３で制御される。三方向弁が流れを制御し、質量流量制御部５１３及び圧力ゲージ５１５を介して、噴霧器５１７に直接流す。希釈空気の流れは、圧力調整部５２１を介して質量流量制御部５２３に流れ、そのまま管５３０の入口５３１まで流れる。迂回空気用の追加の流路には、弁５０７から、圧力調整部５２７と質量流量メーター５２９へ流れ、その後直接管入口５３１に流れる流れが関与している。噴霧器５１７で製造されたエアゾールは、管９３０の入口９３１に直接流れる。

管９３０の長さは、良好な流れのエアゾール流路、感知計器への分配、及び流れを二重暴露ユニット９７１の入口９７３Ａと９７３Ｂに提供する二重管９３５Ａと９３５Ｂの入口９３３への正しい放出を提供するのであれば、どの様な長さでもよい。管９３０内の圧力を監視するために、通常、差動圧力ゲージ５３２が使用される。管９３０内の圧力を制御するのに、真空及び圧力逃がし容器５３３が、付属フィルタ５３４（例えば、ＨＥＰＡフィルタ）と共に使用される。エアゾール粒子を採集するために、インピンジャー５４１の様なサンプル採集器が管９３０に接続されている。サンプルの採集を支援するために、臨界オリフィス５４３と真空ゲージ５４５、弁５４８、及び真空ポンプ５４９とフィルタ５４９Ａが使用される。１つの実施形態では、臨界オリフィスは、２Ｌ／分の空気の流れを提供する。粒子寸法の監視及び制御を支援するために、管５３０に接続されている随意的な空気力学粒子寸法測定器５５２がコンピュータ５５３と共に使用される。

エアゾールと空気は、次いで、吸入剤暴露ユニット５７１の入口５７３の二重部分の２つの管９３５Ａ、９３５Ｂの入口９３３に流れ、そこから、流れは、動物の口及び鼻が通常は口９７７Ａ、９７７Ｂを介して挿入されている円錐部５９５Ａ、５７５Ｂに向けて送られる。使用されなかったエアゾールと空気は、動物から吐き出された空気と共に円錐部９７５Ａ、９７５Ｂから流れ出て、同心の入口５７６Ａ、９７５Ｂに入り、通常は同心の排気通路９７８Ａ、９７８Ｂに至る。排気通路９７８Ａ、９７８Ｂには、排気通路から出る流れを制御し、円錐部９７５Ａ、９７５Ｂ内で動物が吸入する場合に空気流を増すフローレストリクター９７９Ａ、９７９Ｂが設けられている。これは、排気通路９７８Ａ、９７８Ｂの出口９８１Ａ、９８１Ｂに掛けられる真空により行われる。フローレストリクター９７９Ａ、９７９Ｂは、基本的に、この円錐部９７５Ａ、９７５Ｂ内に掛けられる真空の効果を制御する。先に言及したように、真空とフローレストリクター９７９Ａ、９７９Ｂの作用によって、動物の鼻又は口の個所の空気の流れが、空気及びエアゾールの円錐部への流入により提供される空気流以上の速度に増速される。これには、動物が吐き出した空気の再吸入を減らす効果がある。排出空気は、出口９８１Ａ、９８１Ｂから質量流量制御部９８３Ａ、９８３Ｂに流れ、次いで随意的な迂回弁５８４、又は出口５８１に真空を提供する排気ポンプ５８５（フィルタ５８５Ａ付）に流れる。

また、二重管９３５Ａと９３５Ｂは、動物に対する空気とエアゾールの流れを制御する制御弁９３７Ａと９３７Ｂを有している。迂回フィルタ９３９Ａと９３９Ｂは、弁９３７Ａと９３７Ｂを止めたときに、エアゾール無しに空気流を動物に供給するのに使用される。それら弁は、隔離弁とも呼ばれる。
実施例２
多重動物吸入暴露システム
多重吸入暴露システム（図９）は、Plexiglasで作られ、内径が２．５４ｃｍ、外径が５．０８ｃｍ、長さ約５６ｃｍの管で構成されていた。管の端部には、内径１．９ｃｍのＹ字型配管用コネクタを嵌めた。Ｙ字型配管用コネクタを、動物実験用エアゾールを２つの別々の暴露部位に分流するために使用した。内径が１．９ｃｍの可撓性を有するTygon（登録商標）管の各々長さ５０ｃｍの２本の管をＹ字型コネクタの各口に接続した。Tygon（登録商標）管のこれら２つの部分を、次に、それぞれが暴露ユニットに取り付けられている２つのボール弁（隔離弁としても知られている）に接続した。ボール弁は、実際の暴露動物実験においては、吸入された量に基づいて、暴露ユニットの一方及び動物モデルへの暴露動物実験用剤を止めるが、その間、他方の暴露ユニットに対しては暴露動物実験用剤の放出を継続するために使用することになる。ボール弁を止めることにより、エアゾール動物実験用剤は、ボール弁の周りで方向を決め直され、ボール弁の下流の暴露ユニットに再進入する前にＨＥＰＡフィルタで濾過されることになるので、システムの暴露後洗い流し中には、動物に新鮮な空気が供給される。２つの吸入暴露ユニットは、長さ１０．２ｃｍ、内径５．１ｃｍ、外径１０．２ｃｍのPlexiglasの中実加工素材で構成した。ゴム製のダムを通して動物の鼻を挿入するために、各ユニットの端部を４５°に旋盤加工して、直径２．５４ｃｍ（１インチ）の内側管から直径１０．２ｃｍ（４インチ）の外側管へと放射状に広がる円錐を形成した。各暴露ユニットらエアゾールを排出するために、外径が１５．２５ｃｍ（６インチ）で内径が１２．７ｃｍ（５インチ）のPlexiglas（登録商標）の管を、直径４インチの管の周りに同心に、前板と裏板で取り付けた。動物の鼻が挿入される領域の周りに配置されている排気通路と面板は、円錐部を取り囲み、約３ｍｍの隙間を空けて配置した。この狭い隙間は、動物の鼻を通過することになる滞留エアゾールの加速度を高めて、動物の呼吸動作域での新鮮で滞留時間の短い生物エアゾールの補充を促し、呼気が再吸入されないようにした。エアゾールは、次いで、排気外側ハウジングから約４ｍｍ離して配置されたフローレストリクターが設けられている排気通路に入った。フローレストリクターは、排気流分配部として機能し、エアゾールが排気通路の裏板に設けられた３つの出口の列を通して排気される前に、暴露管周辺周り及び排気通路に流入する一貫した排気流を維持した。暴露システムの総押し退け容積は、暴露ユニット排気通路の排気容積を除き、約１．１リットルであった。

次に図１０は、粒子寸法測定器相関の棒グラフである。横軸はポリスチレンラテックス微小球寸法（ｕｍ）を示し、縦軸は平均粒子計数値を示している。棒セット１は、０．９９３ｕｍ粒子での２つの試験の平均計数値を示し、棒セット２は、１．９９２ｕｍ粒子での２つの試験の平均計数値を示し、棒セット３は、２．９２ｕｍ粒子での２つの試験の平均計数値を示している。相関は、非常に良好で、セット１については約１％、セット２については３％、セット３については０．５％と計算される。

次に図１１は、０．９９３ｕｍ粒子でのＰＳＬシステム均質性及びエアゾール放出効率の結果を表しているグラフを示している。横軸は、秒単位の時間であり、縦軸は粒子計数の数値である。白抜きの丸（上の曲線）は、基準計数（平均１８，４００）である。黒の点（下の曲線）は、暴露ユニット＃１の計数値（平均計数値１５，６００）である。暴露ユニット＃１は、エアゾール放出効率が約８５％であった。三角は、暴露ユニット＃２のデータ（平均計数値１６，３００）を示している。暴露ユニット＃２では、エアゾール放出効率は約８９％であった。２つのユニットは、計数値相関率が９６％であった。

次に図１２は、１．９９２ｕｍ粒子でのＰＳＬシステム均質性及びエアゾール放出効率の結果を表しているグラフである。横軸は秒単位の時間であり、縦軸は粒子計数の数値である。白抜きの丸（上の曲線）は、基準計数（平均７４，６００）である。黒の点は、暴露ユニット＃１の計数値（平均計数値６９，５００）である。暴露ユニット＃１は、エアゾール放出効率が約９３％であった。三角は、暴露ユニット＃２のデータ（平均計数値６４，６００）を示している。暴露ユニット＃２では、エアゾール放出効率は約８７％であった。２つのユニットは、計数値相関率が９３％であった。

次に図１３は、２．９２ｕｍ粒子でのＰＳＬシステム均質性及びエアゾール放出効率の結果を表しているグラフを示している。横軸は秒単位の時間であり、縦軸は粒子計数の数値である。白抜きの丸（上の曲線）は、基準計数（平均３５，１００）である。黒の点は、暴露ユニット＃１の計数値（平均計数値３２，８００）である。暴露ユニット＃１は、エアゾール放出効率が約９３％であった。三角は、暴露ユニット＃２のデータ（平均計数値３１，３００）を示している。暴露ユニット＃２では、エアゾール放出効率は約８９％であった。２つのユニットは、計数値相関率が９６％であった。

次に図１４は、B. anthracisエアゾール放出効率の棒グラフを示している。横軸は秒単位の時間である。縦軸は、％で、パーセント暴露ユニット対基準計数値を表している。グラフは、基準（小型ポート）対暴露ユニットエアゾール放出効率を示している。

次に図１５は、B. anthracisエアゾール安定性のグラフを示している。横軸は秒単位の時間を示し、縦軸は生の粒子計数値を示している。試験１、２、３は２０秒間の試験であった。試験４、５、６は１０秒間の試験であった。曲線は、迅速な立ち上がり時間と、測定期間に亘る基本的に平坦な粒子計数を示している。曲線には、試験期間に亘って粒子よりも搬送液の散布速度の方が優先的に高いことに関係して、時間経過に伴う生成器（Collision噴霧器）懸濁粒子濃度の増加による上昇が幾分みられる。
実施例３
エアゾール動物実験用剤（噴霧器）懸濁計数：株懸濁液を目標濃度に希釈して動物実験用胞子懸濁液（B. anthracis）を調製した。動物実験用胞子懸濁液は、動物実験用懸濁液の連続希釈法により、３つの異なる希釈溶液毎に、５つのトリプシン大豆寒天プレートそれぞれに０．１ｍｌを拡散することによって計数を行った。トリプシン大豆寒天プレートを、二次容器に入れて、３７℃で１６時間から２４時間培養した。培養期間終了後、各プレート上のコロニーの数を数えた。拡散プレート法により各濃度を求めた。
実施例４
試験時、全試験で総システム流量は２０Ｌ／分であり、その結果、主放出管を通る流速は毎秒約０．６６メートル、Tygonエアゾール放出配管の各区間では毎秒０．５１メートルの速度であった。エアゾールが２つのTygon管に分流され、各暴露ユニットに放出される前に、主エアゾール放出管から全体流の内の合計２．５リットルをサンプル採集した。各暴露ユニットに供給された分流空気流は、各暴露ユニットの排気流を制御するために、質量流量制御装置（カリフォルニア州モントレー、Sierra Instruments）を使って、約８．７５Ｌ／分の流量に維持した。試験時の流量では、システム全体での空気の入れ替えは、分当たり約１６回であった。
実施例５
擬態物試験：この試験の目的は、暴露システムを特徴付けることと、エアゾール均質度、濃度立ち上がり、濃度安定性、及び減退、並びにエアゾール輸送損失、サンプル測定値対暴露場所濃度変動、暴露場所対暴露場所変動、及びサンプリングシステム採集効率を含む、暴露システムの個々のパラメータを評価することであった。上記システムパラメータを特徴付けるために、脱イオン滅菌水と試薬等級エタノールの溶液中に、０．９９３ｕｍ、１．９９２ｕｍ、及び２．９２ｕｍの大きさで懸濁させて、個別のポリスチレン微小球標準を調製した。暴露システムを正確に特徴付けし評価するために、２つの粒子寸法測定器、ミネソタ州セントポール、TSI inc.社製、を直列サンプリング式により、暴露システムの別々の場所で同時に使用して、比較計数濃度測定を行った。粒子寸法測定器による測定値は、全特徴付け試験前に各ポリスチレンラテックス懸濁寸法と相関付けられた濃度計数率である。これは、２つの計器の間の計数濃度測定値変動を測定し、特徴付け試験から得られた濃度計数と質量濃度測定結果を補正するために行った。粒子寸法測定器は、Westmed Vixone TM使い捨て噴霧器を使用して、各個別寸法の懸濁液を小型プレナムの中へエアゾール化し、同時に２つの計器で、プレナムから同じサンプル流量で同じ場所からサンプリングすることによって相関付けた。図１１から図１３は、吸入剤暴露システム及び各ポリスチレンラテックス微小球寸法に関する両計器の計数濃度相関結果によるグラフを示している。
実施例６
暴露システム均質性テスト：
暴露システム均質性特徴付けテストでは、一方の粒子寸法測定器は、インピンジャーサンプル場所（基準）からのサンプル採取に使用し、他方の粒子寸法測定器は、両方の暴露場所から交互にサンプル採取するのに使用した。粒子寸法測定器は、両方の場所から同時にサンプル採取し、各ポリスチレンラテックス微小球寸法毎にエアゾール計数及び質量濃度の変動を測定するよう同期させた。各ポリスチレンラテックス微小球寸法毎に動物実験用エアゾールを生成するに当たっては、懸濁液間の相互汚染を回避するために、各懸濁寸法毎に個別のVixone噴霧器を使用した。Vixone噴霧器は、システムへ追加的なエアゾール希釈空気を供給しながら５Ｌ／分の範囲内で作動させ、２０Ｌ／分の合計流量を得た。試験中、試験環境の汚染を回避するために、システムは、Ｈ_２Ｏ約０．１２７ｃｍ（０．０５インチ）の弱い負圧下に維持した。

図１１、図１２、図１３は、直径がそれぞれ０．９９３ｕｍ、１．９９２ｕｍ、２．９２ｕｍのポリスチレンラテックス微小球についての暴露システム計数濃度均質性テストから得られた結果を表すグラフを示している。結果は、１０分間に亘って各場所から得られた複数の粒子寸法測定器計数測定結果を平均し、サンプル場所毎のパーセント計数相関を計算することによって算出した。上記結果は、システム関連エアゾール計数及び基準場所から各暴露場所への質量輸送損失も表している。
実施例７
生物エアゾール試験：
改質された微生物学研究機関向け型式の貴重な流体ジャー付三噴射Collison噴霧器（マサチューセッツ州ウォルサム、BGI）を使用して、生物剤B. anthracis（エームス株）を水溶懸濁液からエアゾール化した。B. anthracis胞子は、株濃度が、拡散プレート法による測定で、ミリリットル当たり６．５ｘ１０^８（ｃｆｕ／ｍＬ）であった。

空気は、高効率粒子（ＨＥＰＡ）カプセルフィルタで濾過した社内システムによってエアゾールシステムに供給した。Collison三噴射噴霧器（マサチューセッツ州ウォルサム、BGI）を使用して、生物剤B. anthracis（エームス株）をエアゾール化した。濾過された屋内空気を提供して、Collison噴霧器に対する及び追加的な希釈空気用としての継続的且つ調整された空気源を供給した。Collison噴霧器流量は、継続的且つ調整された空気供給をCollisonに２７ｐｓｉで供給することにより約７．５Ｌ／分に維持し、この流量を、Sierra社製０乃至２０Ｌ／分用の質量流量計（カリフォルニア州モントレー、Sierra Instruments）を使用して監視した。希釈空気流は、ニードル弁で１２．５Ｌ／分に制御し、Sierra社製０乃至２０Ｌ／分用の質量流量計を使用して監視した。Collison噴霧器迂回空気流は、７．５Ｌ／分に維持し、Sierra社製０乃至２０Ｌ／分用の質量流量制御装置を使用して制御した。迂回流は、Collison噴霧器を使用していないときの、システム圧力及び流れの安定性を維持するために使用した。各暴露ユニットに放出される空気流は、質量流量計（カリフォルニア州モントレー、Sierra Instruments）を使用して、各暴露ユニットの排気流を制御するため、約８．７５Ｌ／分の流量に維持した。試験中、生物安全キャビネットの汚染を回避するために、システムは、Ｈ_２Ｏ約０．１２７ｃｍ（０．０５インチ）の弱い負圧下に維持した。

図１４は、基準（インピンジャーサンプル場所）から各暴露ユニットまでの、システムB. anthracisエアゾール放出効率の結果を示している。サンプルは、B. anthracisエアゾール生成中に、単一の粒子寸法測定器を使用して各場所から３０秒間サンプリングすることで、交互に行った。
実施例８
システム安定性
システム濃度安定性試験は、拡散プレート法による測定でミリリットル当たり６．５ｘ１０^８コロニー形成単位（ｃｆｕ／ｍＬ）の株濃度を有するB. anthracis胞子を使って実施した。粒子計数値及び寸法分布は、TSI incorporated（ミネソタ州セントポール）社製の型番３３２１Aerodynamic Particle Sizer（登録商標）分光計（粒子寸法測定器）を使用して測定した。分析器は、空気力学的直径が０．５μｍから２０μｍの範囲の粒子の計数値及び寸法分布を正確に測定できるように設計されている。粒子寸法測定器分析器は、サンプルとサンプルの間に遅延時間を設けずに、暴露システムから順次サンプルを引き出すようにプログラムした。この順序付けられたサンプリングは、暴露システム濃度安定性がいつ実現されるかを判定するために、特定の時間間隔で計数率を測定するために行った。安定性試験では、各試験の全期間に亘り粒子寸法測定器サンプルを取り、システムからエアゾールがパージされるまでの生成後濃度減退を測定することを含めた。図８は、１０分間に亘って粒子計数を時間に関係付けたR&D暴露システム濃度プロファイルを表しているグラフを示している。６回の試験を行ったが、グラフ説明文に記載しているように、その内の３つの試験では粒子寸法測定器は１０秒間で順次サンプルを採取し、別の３つの試験では２０秒間で順次サンプルを採取した。上記試験の粒子寸法測定器測定により取得したデータの点が多量であるために、グラフ上に作図した点は、１分乃至９分の時間範囲での６０秒サンプル間隔を表している計数測定値である。
実施例９
サンプラー試験
小型インピンジャー型番７５３１−２５（ニュージャージー州バインランド、Ace Glas Incorporated）。試験毎に、３つの小型インピンジャーには、Sigma（ミズーリ州セントルイス）社製滅菌水１０ｍLを充填した。サンプラーを使用して、小型インピンジャーサンプル場所並びに暴露ユニット１及び２から動物実験用エアゾールの代表部分を採集した。場所毎に異なるコロニー形成単位（ｃｆｕ）濃度の変動を測定するために、各B. anthracis動物実験用剤試験中に各インピンジャーを同時に運転した。

システムの生物エアゾール濃度変動を評価するために、５回の１０分間試験を行った。サンプルは、エアゾール動物実験用剤試験全体を通じて暴露システムから引き出した。サンプラーによって採集されたB. anthracis胞子濃度は、拡散プレート法で測定した。

各試験毎に、Collison噴霧器には、B. anthracis株懸濁液の新鮮な８ｍＬアリコートを充填した。インピンジャーサンプル口並びに暴露ユニット１及び２からサンプリングしている小型インピンジャー（３）の流量は、それぞれ、Lenox Laser（メリーランド州グレンアーム）社製の流れ較正臨界オリフィスを使用し、１／５ｈｐ真空ポンプ（ミシガン州ベントンハーバー、Gast Manufacturing）を使ってＨｇ４５．７２ｃｍ（１８インチ）の負圧を維持することによって、流量２Ｌ／分に制御した。表２は、試験毎に得られたサンプラーｃｆｕ採集データ及び暴露ユニット間でのｃｆｕ濃度のパーセント差を示している。

新しい吸入剤暴露システムの試験から得られたデータは、霊長類とウサギの各モデルでの生物エアゾール研究に使用できる有望な結果を示した。図１１、図１２、図１３のエアゾール均質性試験結果は、暴露ユニット間での濃度の非常に申し分ない変化、及び、全ポリスチレンラテックス微小球寸法について８０から９５パーセントの範囲にある、基準場所から暴露場所までの計数濃度輸送での非常に高いエアゾール放出効率を示した。小型インピンジャー採集効率試験から得られた結果（図７）も、ポリスチレンラテックス微小球の各寸法範囲毎の採集効率を示しており、単一及び二重インピンジャー構成で、流量２Ｌ／分サンプル流量において、９０から９９パーセントの範囲で粒子が採集されたことが示された。

図１４のデータによる生物エアゾールのエアゾール放出効率も、８３から９８パーセントの範囲の高い基準ユニット対暴露ユニットエアゾール放出効率、並びに暴露ユニット間でのエアゾール濃度の非常に申し分ない差を示している。

B. anthracis生物エアゾール安定性データ図１５は、エアゾール濃度が各１０分間試験で約７０％の最大濃度に達するのに要する時間が約１５から３０秒と非常に短時間であること、及び最大濃度までの濃度傾斜が非常に直線的であることを示している。エアゾール生成器（Collison噴霧器）を止めた後のエアゾール濃度の減退も、完全なエアゾール濃度パージまで約２０から４０秒の非常に短いエアゾールパージ時間であったことを示している。この短時間のエアゾール濃度安定性及び減退は、正確且つ再現可能なエアゾール暴露及び測定にとって好都合である。生物エアゾール試験から得られた表１の結果は、非常に再現性の高い結果、及びインピンジャー計数結果に基づく暴露ユニット間のエアゾールｃｆｕ濃度の申し分のない差を示している。基準場所対暴露場所結果の相違は、僅かであるが、基準ｃｆｕ計数結果が暴露場所計数結果よりも低いことは、逆の効果を示しているポリスチレンラテックス微小球放出効率結果から得られた結果とは一致していない。この現象は、更なる特徴付けで解決を図る必要がある。予想される各効果には、サンプル採取速度、サンプルプローブの形状、及び恐らくは、濃度勾配又は放出システム内のインピンジャーサンプル採取場所での非均質なエアゾール濃度分布が挙げられる。結果は、毒性判定のため動物モデルに放出される、呼吸に適用可能な微生物の採集及び正確な定量化にとって非常に重要である。

新しいエアゾールシステムは、現在使用されているエアゾールシステムに比べ、少ない押し退け容積、ピークエアゾール濃度までの迅速な立ち上がり、安定したピークエアゾール濃度、迅速な作用剤の減退、正確なエアゾール濃度判定のためのエアゾール流からの直接サンプリング、エアゾール滞留時間の短縮、及びエアゾール暴露期間を短縮できる見込み、を有していることにより、優れていることを示している。同一種又は異種の２体又はそれ以上の動物モデルを暴露する能力、及び動物に放出されるｃｆｕの定量化への単一サンプラーの使用も、生物剤及び作業員の時間を節約することができる。
流量計算の実施例
次に図４及び図９に示すように、本システムは好都合な流量を提供しており、これにより動物の顔又は鼻の側を通過する流れは加速され、再吸入は最小化されるか回避される。これは、開口Ｄ_１及びＤ_２を適切な寸法に作ることにより達成される。以下の節では、これに関係する流量パラメータについて論じる。

流れ＝Ｑ
暴露システム主管流量Ｑ＝２０Ｌ／分、インピンジャーＱ＝２．０Ｌ／分、ＡＰＳ Ｑ＝０．５Ｌ／分
動物に対する総排気流Ｑ＝１７．５Ｌ／分÷２＝８．７５Ｌ／分
インピンジャー及びＡＰＳ流量については、それらユニットへのガスの流れが動物に行き着かないことから、計算から除外し、除算は、２体の動物が同時に暴露される時には２で割る。

動物各体に対する暴露システムガス流量Ｑは、８．７５Ｌ／分である。
Ｑ＝（８．７５Ｌ／分ｘ０．００１ｍ^３／Ｌ）÷６０秒／分＝１．４６ｘ１０^−４ｍ^３／秒
管の面積＝П（ｐｉ）（０．０２５４ｍ^２）÷４＝５．０６ｘ１０^−４ｍ^２
Ｖｅｌ＝Ｑ／面積（１．４６ｘ１０^−４ｍ^３／秒）÷５．０６ｘ１０^−４ｍ^２より
Ｖｅｌ＝動物の鼻又は口で０．２９ｍ／秒。

これは、動物の鼻又は口の側を通過するガス流の速度であり、マウス又は類似小動物の様な動物に、再吸入を防止するのに適切な流れが提供されていることを示している。
Ｄ_２の隙間は、ガスが動物の鼻又は口を通り越した時点で排気速度が増すようにしている。これは、排気部４７７に負圧を掛け、隙間Ｄ_２を適切な寸法に作ることにより達成される。Ｄ_１は、この目的には大きいと見なし、無視することにする。但し、幾つかの実施形態では、流れの経路の下流に隙間Ｄ_２が設けられていない場合には、隙間Ｄ_１自体が流れ加速器として機能する。
隙間Ｄ_２排気速度の計算
隙間幅−１．３ｍｍｘ２＝２．６ｍｍ
隙間の面積＝Пｒ^２外側−Пｒ^２内側
外径＝４インチｘ２５．４ｍｍ／インチ＝１．０１．６ｍｍ＝０．１０１６ｍ、よってｒ＝０．０５０８ｍ。

内径＝０．１０１６ｍ−０．００２６ｍ＝０．０９９ｍ、よってｒ＝０．０４９５ｍ
隙間Ｄ_２の面積＝П（０．０５０８ｍ）^２−П（０．０４９５）^２＝０．０００４ｍ^２
よって、隙間のガス流速度は、
Ｖ＝Ｑ／Ａ＝１．４６ｘ１０^−４ｍ^３／秒÷４．０ｘ１０^−４ｍ^２＝０．３６５ｍ／秒
よって、ガス流量は隙間によって加速される。

Ｄ_１が流れ抑制器である場合は、計算に含めることとにするが、好適な流れ抑制器はＤ_２である。
ここに開示している本発明の各形態は、目下好適な実施形態を構成しているが、他にも多くの形態が可能である。ここでは、本発明の可能な等価形態又は派生物の全てに言及する意図はない。ここで使用している用語は、限定ではなく説明を目的としており、本発明の範囲の精神を逸脱すること無く様々な変更が加えられるものと理解頂きたい。

エアゾール暴露システムの１つの実施形態の概略図である。 エアゾール暴露システムの別の実施形態の概略図である。 エアゾール暴露システムの更に別の実施形態の概略図である。 エアゾール暴露システムの更に別の実施形態の概略図である。 単式暴露用の吸入剤暴露システムの１つの実施形態の概略図である。 横軸をサンプル採取時間（秒）、縦軸を１：１で希釈したＡＰＳ粒子寸法測定器計数値とした棒グラフである。データは、新しいエアゾールシステムでの、エアゾール化したB. globigii胞子計数値の時間経過に伴う安定性を示している。試験は３０ＰＳＩで行った。 横軸をサンプル採取時間（秒）、縦軸を１：１で希釈したＡＰＳ粒子寸法測定器計数値とした棒グラフである。データは、現行のエアゾールシステムでの、エアゾール化したB. globigii胞子計数値の時間経過に伴う安定性を示している。Collision装置圧力は３０ＰＳＩである。 エアゾール化したB. anthracis（三角形）、B. globigii（円形）のエアゾール寸法分布図を示すグラフである。横軸は胞子寸法（ｕｍ）、縦軸は質量パーセントを表している。 複式暴露用の吸入剤暴露システムの別の実施形態の概略図である。 粒子寸法測定器相関の棒グラフである。 ０．９９３ｕｍ粒子でのＰＳＬシステム均質性及びエアゾール放出効率の結果を表しているグラフである。 １．９９２ｕｍ粒子でのＰＳＬシステム均質性及びエアゾール放出効率の結果を表しているグラフである。横軸は秒単位の時間であり、縦軸は粒子計数値の数値である。 ２．９２ｕｍ粒子でのＰＳＬシステム均質性及びエアゾール放出効率の結果を表しているグラフである。横軸は秒単位の時間であり、縦軸は粒子計数の数値である。 B. anthracisエアゾール放出効率の棒グラフである。横軸は秒単位の時間である。 B. anthracisエアゾール安定性を示すグラフである。横軸は秒単位の時間を示し、縦軸は生の粒子計数値を示している。

Claims (25)

1. 吸入剤暴露ユニットにおいて、
   ａ．入口と出口を有しており、中心軸周りに同心に配置されているハウジングと、
   ｂ．前記中心軸に垂直に、前記ハウジングの前記出口に配置されている面板であって、前記ハウジングの前記出口と前記面板の表面は、距離Ｄ_１だけ離されて、前記ハウジングの前記出口と前記面板の前記表面との間に環状の出口を形成している、面板と、
   ｃ．動物の頭の少なくとも一部を前記ハウジングの中に入れるための、前記面板の開口と、を備えている吸入剤暴露ユニット。
2. 前記ハウジングの少なくとも一部は、前記中心軸に対して角度θを成す表面を有する円錐台を備えており、前記円錐の小さい方の端部は入口を備え、出口は前記円錐の大きい方の端部に在る、請求項１に記載の吸入剤暴露ユニット。
3. 前記ハウジングの周りに同心に配置された外側ハウジングを備えており、前記外側ハウジングと前記ハウジングは、吸入剤及び動物の呼気を排出するための環状出口に接続されている排気通路を形成している、請求項１又は２に記載の吸入剤暴露ユニット。
4. 前記排気通路には、フローレストリクターが設置されている、請求項３に記載の吸入剤暴露ユニット。
5. 前記フローレストリクターは、前記排気通路内に同心に設置されており、環状排気オリフィスを形成している、請求項３に記載の吸入剤暴露ユニット。
6. 前記排気オリフィスは、距離Ｄ_２の環状出口を有している、請求項３に記載の吸入剤暴露ユニット。
7. 前記フローレストリクターは、前記排気部から距離Ｄ_５の位置に設置されている、請求項３に記載の吸入剤暴露ユニット。
8. 前記環状出口は、環状の隙間を、前記隙間を横断する支え無しに備えている、請求項１に記載の吸入剤暴露ユニット。
9. 前記環状出口は、前記隙間を横断する少なくとも１つの間隔を空けて配置された支えを有する環状の隙間を、備えている、請求項１に記載の吸入剤暴露ユニット。
10. 前記環状の隙間は、距離Ｄ_１を備えている、請求項１に記載の吸入剤暴露ユニット。
11. 前記中心軸に関して同軸に設置されている基本的に可撓性を有するシールは、前記面板の少なくとも一部に接しており、動物の頭又は鼻口部を入れるための中央オリフィスを有している、請求項１に記載の吸入剤暴露ユニット。
12. 前記排気通路の排気口は、複数の穴を備えている、請求項３に記載の吸入剤暴露ユニット。
13. 前記フローレストリクターは、前記排気通路の一部又は全部を遮断し且つ複数の穴を有する、環状リングを備えている、請求項３に記載の吸入剤暴露ユニット。
14. 前記角度θは、約０°から約５０°の範囲にある、請求項２に記載の吸入剤暴露ユニット。
15. 前記角度θは、約１０°から約４０°の範囲にある、請求項１４に記載の吸入剤暴露ユニット。
16. 前記ユニットは、一体構造である、請求項１又は２に記載の吸入剤暴露ユニット。
17. 前記外側ハウジング、ハウジング、随意的な吸気管、及び円錐台は、基本的に前記中心軸周りに同心である、請求項２に記載の吸入剤暴露ユニット。
18. 吸入剤を使って動物を試験する方法において、
    ａ．請求項１に記載の吸入剤暴露ユニットを提供する段階と、
    ｂ．動物の頭又は鼻口部を、前記面板の前記開口内に配置する段階と、
    ｃ．吸入剤を前記入口に流し込む段階と、から成る方法。
19. 多重吸入剤暴露システムにおいて、
    ａ．請求項１又は２に記載の２つ又はそれ以上の吸入剤暴露ユニットと、
    ｂ．吸入剤用の入口と２つ又はそれ以上の分配管を有する分配部であって、各管は、各吸入剤暴露ユニットの前記入口に作動的に接続されている出口を有している、分配部と、を備えている多重吸入剤暴露システム。
20. 吸入剤暴露システムにおいて、
    ａ．吸入剤生成部と、
    ｂ．入口と出口を有する管であって、前記入口は前記吸入剤生成部の出力部に接続されている、管と、
    ｃ．請求項１又は２に記載の吸入剤暴露ユニットにおいて、前記吸入剤暴露ユニットの前記入口は、前記管の出口に接続されている、吸入剤暴露ユニットと、を備えている吸入剤暴露システム。
21. 患者を治療するための吸入剤暴露システムにおいて、
    ａ．エアゾール又は粉末を提供するための吸入剤生成部と、
    ｂ．前記吸入剤生成部に接続されている入口を有する吸入剤暴露ユニットであって、
    １．狭い端部と広い端部を有する先細の暴露室であって、前記室の前記狭い端部に入口を有し、前記室の前記広い端部に前記暴露室から呼吸するために患者の頭の少なくとも一部を収容する口を有している、先細の暴露室と、
    ２．前記先細の暴露室の前記幅広部分に接続されている入口を有しており、且つ出口を有している、排気通路と、
    ３．前記排気通路内のフローレストリクターと、を備えている吸入剤暴露ユニットと、
    ｃ．前記排気通路の前記出口に真空を提供する真空ユニットと、を備えている吸入剤暴露システム。
22. 前記吸入剤生成部は、噴霧機である、請求項２１に記載の吸入剤暴露システム。
23. 前記治療を受ける患者は、ヒト又は動物である、請求項２１に記載の吸入剤暴露システム。
24. 前記真空ユニットは、ポンプである、請求項２１に記載の吸入剤暴露システム。
25. 前記排気通路及びその入口は、前記室と実質的に同心である、請求項２１に記載の吸入剤暴露システム。

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