JP2023521690A - サブミクロン構造化およびナノ構造化材料のエアロゾル粒子を製造するシステムおよび方法 - Google Patents

サブミクロン構造化およびナノ構造化材料のエアロゾル粒子を製造するシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

本明細書で開示されるのは、医薬、生物医学、および環境に関する用途のためのサブミクロン構造化およびナノ構造化材料を製造および送達することができる多目的エアロゾルプラットフォームである。用途に応じて、有効な化学物質および生物学的材料を、液体分散物から液滴および/または粒子製剤に処理してもよい。本開示のシステムは、中程度の気体圧力を使用して液体を微粒化して、商用および研究用のシステムよりも直径が10~1000倍小さいサブミクロンサイズ液滴にする。これにより、噴霧乾燥、噴霧塗布、噴霧凍結乾燥などのような従来技術よりも、液滴から粒子への変換をずっと穏和で速やかに行うこと、処理される材料にかかる物理的および化学的ストレスをずっと小さくすることが可能になる。例えば、本開示のシステムは、従来の噴霧システムではうまく行かない、または効果のなくなる、医療用大麻の油を含む粘性の治療用油の超微細噴霧および送達に使用することができる。そのようなシステムは、COVID-19の激しい症例において発症する急性呼吸窮迫症候群(ARDS)の患者を助けることができる可能性がある。【選択図】なし

Description

関連出願との相互参照
本出願は、2020年4月7日に出願された米国仮特許出願第63/006,188号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
近年、抗生物質耐性菌が関与するヒト疾病の率が全世界的に増加している。世界保健機関によると、こんにちの抗生物質耐性は、世界規模での健康、食糧安全保障、および開発に対する最大の脅威の一つである。そうしたスーパーバクテリアの蔓延が強まっていることにより、対応する感染症を治療する代替のまたは補助的な方法を見つけることが必要である。一つの有望な方法が、バクテリオファージとして知られている、ヒトには安全で細菌に感染するウイルスを用いる治療であり、これらは、スーパーバクテリアであるアシネトバクター・バウマンニイ(Acinetobacter baumannii)、マイコバクテリウム・アブセッサス(Mycobacterium abscessus)、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)などによって引き起こされる感染症に起因して終末期にあると思われる数人の患者の苦痛を緩和するのに役立つことで、その有効性が最近実証されている。
しかし、バクテリオファージ含有調剤の製造における主な問題の一つは、温度、湿度、pH、機械的および熱的ストレス、電場および磁場、ならびに他のウイルスまたは微生物の存在を含め、多くの物理的、化学的、および細菌的な要因にバクテリオファージが非常に敏感であることに起因して、その生存率が低いということである。医療、環境、農業、水産業などの用途において細菌感染症に対して広く利用でき得る効果的なバクテリオファージ含有易熱性医薬材料を製造するには、多くの未解決の問題や技術的課題に対処しこれらを解決することが望ましい。
本開示の第1の態様は、液滴のエアロゾル、粒子のエアロゾル、または粉末を作り出す方法である。この方法は概して、分散された有効な化学物質または生物学的材料(バクテリオファージまたは医薬品有効成分(API)など)を含む液体を提供し、次いで、微粒化チャンバ内でその液体に気体を含ませて気泡を形成し、気泡が液体の表面まで上昇するようにすることを含む、またはから成る。液体は任意選択で、例えば、水の粘度の5~1000倍であってもよい。次いで、管の開口部(概して、管の壁を貫通する孔)を通して気泡の一つに向けて誘導されるガスジェットを生じさせることによって、サブミクロン液滴エアロゾルが形成される。ガスジェットを作り出すのに使用される気体の圧力は、任意選択で液体の粘度を基準にしてもよい。
任意選択で、この方法は、サブミクロン液滴エアロゾルの溶媒蒸発によって乾燥粒子エアロゾルを形成することも含む。溶媒蒸発は、例えば、液滴エアロゾルを0℃から120℃の間の温度を有する気体に曝すことを伴っていてもよい、および/または凍結乾燥を含んでいてもよい。
任意選択で、この方法は、乾燥粒子エアロゾルを粒子捕集装置に通すことによって、サブミクロン構造化またはナノ構造化粒子の粉末を形成することも含む。
いくつかの実施形態では、サブミクロン液滴エアロゾルまたは乾燥粒子エアロゾルは、患者に提供される。任意選択で、患者が呼吸器を用いて治療されている場合などには、サブミクロン液滴エアロゾルまたは乾燥粒子エアロゾルは、呼吸器を用いてインラインで導入されてもよい。
本開示の第2の態様は、液滴のエアロゾル、粒子のエアロゾル、または粉末を作り出すシステムである。このシステムは、微粒化チャンバ内に管を含む。管は、分散された有効な化学物質または生物学的材料を含有する液体中に部分的に浸漬されるように構成される。管は、その管の側壁を貫通する複数の開口部を含む。複数の開口部のうちの少なくともいくつかは、サブミクロン液滴エアロゾルを形成するために、開口部を通るガスジェットがチャンバ内の液体の表面上の一つまたは複数の気泡に誘導され得るように配置される。
このシステムは任意選択で、サブミクロン液滴エアロゾルの溶媒蒸発のための少なくとも一つのチャンバを含んでいてもよく、そして任意選択で、乾燥粒子エアロゾルから乾燥粒子を捕集する粒子捕集装置を含んでいてもよい。システムは任意選択で、エアロゾルを、例えばマスクを介して患者に提供するように構成されてもよい。
図1は、エアロゾル粒子を製造する方法の一実施形態のフローチャートである。 図2Aは、エアロゾル粒子を製造する方法の一実施形態の例示図である。 図2Bは、微粒化チャンバ内の有孔の管またはパイプの一実施形態の例示図である。 図3は、エアロゾル粒子を製造するシステムの一実施形態の概略図である。 図4Aは、直径に関して例示的な微粒化図を示すグラフである。 図4Bは、水滴の流量に関して例示的な微粒化図を示すグラフである。 図5は、バクテリオファージ含有溶液を微粒化する例示的な装置構成の概略図である。 図6は、異なる液体微粒化システムについてプラークアッセイによって測定された、液滴への微粒化前後の液体試料中の感染性バクテリオファージT4の濃度を示すグラフである。横軸は、調べられた液体試料のコード(符号)を示し、これらは図7に詳述されるとおりであり、縦軸は、ファージ溶液1ミリリットルあたりのプラーグ形成単位でのバクテリオファージ力価の値を示す。 図7は、T4バクテリオファージを用いて調べられた液体試料を記載した表である。
多くの用途では、有効な化学物質および生物学的材料が、液体分散物から液滴および粒子の製剤に処理される。本開示のシステムは、中程度の気体圧力を使用して、液体を、商用および研究用のシステムよりも10~1,000倍小さい直径のサブミクロンサイズ液滴に微粒化する。これにより、液滴から粒子への変換がずっと穏やかかつ速やかに行われて、処理される材料に加えられる物理的そして化学的ストレスは、噴霧乾燥、噴霧塗布、噴霧凍結乾燥などのような従来技術よりもずっと小さくなるようにできる。これらの利点により、繊細な生体材料、例えば、温度、pH、湿度、その他の物理化学的パラメータに敏感なもの、例えば、従来のシステムでは1:1,000,000という低い生存率(力価減少)を示したバクテリオファージを、さらにうまく処理することが可能になる。
加えて、本開示のシステムは汎用性があり、多目的である。このシステムは:1)液体の噴霧およびサブミクロンサイズ液滴のエアロゾルの送達;2)サブミクロン構造化/ナノ構造化粒子のエアロゾルの製造および送達;3)サブミクロン構造化/ナノ構造化粒子の粉末の製造、に使用することができる。例えば、本開示のシステムは、従来の噴霧システムではうまくいかない、または効果のなくなる、医療用大麻の油を含む粘性の治療用油の超微細噴霧および送達に使用することができる。本開示のシステムの追加の用途は、呼吸器と直接結合することができる、病院の噴霧装置および吸入装置である。そのようなシステムは、COVID-19の激しい症例において発症する急性呼吸窮迫症候群(ARDS)の患者を助けることができる可能性がある。開発されたシステムは、モジュール構造を有しており、連続動作レジームとバッチ動作レジームの両方で動作することができる。本開示のシステムは可動部分がなく、製造および保守が簡単で低コストであり、その構築には特別な材料は必要ない。また、本開示のシステムの製造能力は拡縮可能であり、1mg/hのオーダーから10kg/hのオーダーまでの液滴材料および微粒子材料の製造速度が可能となる。
本開示の一態様は、液滴のエアロゾル、粒子のエアロゾル、または粉末を作り出す方法に向けたものである。開示の方法のいくつかの実施形態が、図1~3を参照することで最もよく理解されよう。
まず図1を参照すると、方法(100)は、分散させた有効な化学物質または生物学的材料を含む液体を最初に提供する(110)ことを概して必要とするのが見てとれる。
液体の粘度は特には限定されない。いくつかの実施形態では、粘度は、水の粘度の1から5倍の間である。好ましい実施形態では、液体の粘度は、水の粘度の5から1000倍の間である。
いくつかの実施形態では、液体は、一つまたは複数の溶媒と、一つまたは複数の分散させた有効な化学物質または生物学的材料とからなる、またはこれらから本質的になる。いくつかの実施形態では、液体は、一つの溶媒と一つの分散させた有効な化学物質または生物学的材料とからなる、またはこれらから本質的になる。
有効な化学物質または生物学的材料
有効な化学物質または生物学的材料は、当業者に理解されるとおり、エアロゾルの目的に応じていかなる適切な材料とすることもできる。
有効な化学物質は、例えば、栄養補助食品、医薬品、および/またはサプリメントを含んでいてもよい。
例えば、いかなる薬剤、医薬的に許容される薬物塩、薬物誘導体、薬物類似体、薬物同族体、または多形体も、本発明において使用することができる。本発明とともに使用するのに好適な薬物は、医師用添付文書集第71版(Physician’s Desk Reference, 71st Edition)に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
特定の実施形態では、オピオイド、アヘン剤、刺激剤、精神安定剤、鎮静剤、抗不安剤、麻酔剤、ならびに心理的および/または身体的依存を生じ得る薬物などが挙げられるがこれらには限定されない、向精神薬および鎮痛剤を使用することができる。一実施形態では、本発明において使用する薬物は、アンフェタミン類、アンフェタミン様化合物、ベンゾジアゼピン類、およびメチルフェニダート、またはそれらの組み合せを挙げることができる。別の実施形態では、薬物は、本明細書に記載される薬物の分割された異性体のいずれか、および/またはその塩を挙げてもよい。
使用してもよい他の非限定的な薬物には、アルフェンタニル、アンフェタミン類、ブプレノルフィン、ブトルファノール、カルフェンタニル、コデイン、デゾシン、ジアセチルモルフィン、ジヒドロコデイン、ジヒドロモルフィン、ジフェノキシラート、ジプレノルフィン、エトルフィン、フェンタニル、ヒドロコドン、ヒドロモルフォン、β-ヒドロキシ-3-メチルフェンタニル、レボ-α-アセチルメタドール、レボルファノール、ロフェンタニル、メペリジン、メタドン、メチルフェニダート、モルヒネ、ナルブフィン、ナルメフェン、オキシコドン、オキシモルフォン、ペンタゾシン、ペチジン、プロポキシフェン、レミフェンタニル、スフェンタニル、チリジン、およびトラモドール、それらの塩、誘導体、類似体、同族体、多形、および前記のいずれかの混合物などが挙げられる。
利用してもよい化学物質のさらなる非限定的な例には、デキストロメトルファン(3-メトキシ-17-メチル-9a,13a,14a-モルフィナンヒドロブロミド一水和物)、N-{1-[2-(4-エチル-5-オキソ-2-テトラゾリン-1-イル)-エチル]-4-メトキシメチル-4-ピペリジル}プロピオンアニリド(アルフェンタニル)、5,5-ジアリルバルビツール酸(アロバルビタール)、アリルプロジン、アルファ-プロジン、8-クロロ-1-メチル-6-フェニル-4H-[1,2,4]トリアゾロ[4,3-a][1,4]-ベンゾジアゼピン(アルプラゾラム)、2-ジエチルアミノプロピオフェノン(アンフェプラモン)、(±)-α-メチルフェネチルアミン(アンフェタミン)、2-(α-メチルフェネチル-アミノ)-2-フェニルアセトニトリル(アンフェタミニル)、5-エチル-5-イソペンチルバルビツール酸(アモバルビタール)、アニレリジン、アポコデイン、5,5-ジエチルバルビツール酸(バルビタール)、ベンジルモルフィン、ベジトラミド、7-ブロモ-5-(2-ピリジル)-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(ブロマゼパム)、2-ブロモ-4-(2-クロロフェニル)-9-メチル-6H-チエノ[3,2-f][1,2,4]-トリアゾロ[4,3-a][1,4]ジアゼピン(ブロチゾラム)、17-シクロプロピルメチル-4,Sα-エポキシ-7α[(S)-1-ヒドロキシ-1,2,2-トリメチルプロピル]-6-メトキシ-6,14-エンド-エタノールフィナン-3-オール(ブプレノルフィン)、5-ブチル-5-エチルバルビツール酸(ブトバルビタール)、ブトルファノール、(7-クロロ-1,3-ジヒドロ-1-メチル-2-オキソ-5-フェニル-2H-1,4-ベンゾジアゼピン-3-イル)-ジメチルカルバマート(カマゼパム)、(1S,2S)-2-アミノ-1-フェニル-1プロパノール(カチン/D-ノルプソイドエフェドリン)、7-クロロ-N-メチル-5-フェニル-3H-1,4-ベンゾジアゼピン-2-イルアミン-4オキシド(クロルジアゼポキシド)、7-クロロ-1-メチル-5-フェニル-1H-1,5-ベンゾジアゼピン-2,4(3H,5H)-ジオン(クロバザム)、5-(2-クロロフェニル)-7-ニトロ-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(クロナゼパム)、クロニタゼン、7-クロロ-2,3-ジヒドロ-2-オキソ-5-フェニル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-3-カルボン酸(クロラゼパート)、5-(2-クロロフェニル)-7-エチル-1-メチル-1H-チエノ[2,3-e][1,4]ジアゼピン-2(3H)-オン(クロチアゼパム)、10-クロロ-11b-(2-クロロフェニル)-2,3,7,11b-テトラヒドロオキサゾロ[3,2-d][1,4]ベンゾジアゼピン-6(5H)-オン(クロクサゾラム)、(-)-メチル-[3β-ベンゾイロキシ-2β(lαH,5αH)-トロパンカルボキシラート(コカイン)、4,5α-エポキシ-3-メトキシ-17-メチル-7-モルフィネン-6α-オール(コデイン)、5-(1-シクロヘキセニル)-5-エチルバルビツール酸(シクロバルビタール)、シクロルファン、シプレノルフィン、7-クロロ-5-(2-クロロフェニル)-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(デロラゼパム)、デゾモルフィン、デキストロモラミド、(+)-(1-ベンジル-3-ジメチルアミノ-2-メチル-1-フェニルプロピル)プロピオン酸(デキストロプロポキシフェン)、デゾシン、ジアムプロミド、ジアモルフォン、7-クロロ-1-メチル-5-フェニル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(ジアゼパム)、4,5α-エポキシ-3-メトキシ-17-メチル-6α-モルフィナノール(ジヒドロコデイン)、4,Sα-エポキシ-17-メチル-3,6a-モルフィナンジオール(ジヒドロモルフィン)、ジメノキサドール、ジメチルチアムブテン、ジオキサフェチルブチラート、ジピパノン、(6aR,10aR)-6,6,9-トリメチル-3-ペンチル-6a,7,8,10a-テトラヒドロ-6H-ベンゾ[c]クロメン-1-オール(ドロナビノール)、エプタゾシン、8-クロロ-6-フェニル-4H-[1,2,4]トリアゾロ[4,3-a][1,4]ベンゾジアゼピン(エスタゾラム)、エトヘプタジン、エチルメチルチアムブテン、エチル-[7-クロロ-5-(2-フルオロフェニル)-2,3-ジヒドロ-2-オキソ-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-3-カルボキシラート](エチルロフラゼパート)、4,5α-エポキシ-3-エトキシ-17-メチル-7-モルフィネン-6α-オール(エチルモルフィン)、エトニトラゼン、4,5α-エポキシ-7α-(1-ヒドロキシ-1-メチルブチル)-6-メトキシ-17-メチル-6,14-エンド-エテノ-モルヒナン-3-オール(エトルフィン)、N-エチル-3-フェニル-8,9,10-トリノルボマン-2-イルアミン(フェンカムファミン)、7-[2-(α-メチルフェネチルアミノ)-エチル]テオフィリン(フェネチリン)、3-(α-メチルフェネチルアミノ)プロピオニトリル(フェンプロポレックス)、N-(1-フェネチル-4-ピペリジル)プロピオナニリド(フェンタニル)、7-クロロ-5-(2-フルオロフェニル)-1-メチル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(フルジアゼパム)、5-(2-フルオロフェニル)-1-メチル-7-ニトロ-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2-(3H)-オン(フルニトラゼパム)、7-クロロ-1-(2-ジエチルアミノエチル)-5-(2-フルオロフェニル)-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(フルラゼパム)、7-クロロ-5-フェニル-1-(2,2,2-トリフルオロエチル)-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(ハラゼパム)、10-ブロモ-11b-(2-フルオロフェニル)-2,3,7,11b-テトラヒドロ[1,3]オキサゾロ[3,2-d][1,4]ベンゾジアゼピン-6(5H)-オン(ハロキサゾラム)、ヘロイン、4,5α-エポキシ-3-メトキシ-17-メチル-6-モルフィナノン(ヒドロコドン)、4,5α-エポキシ-3-ヒドロキシ-17-メチル-6-モルフィナノン(ヒドロモルフォン)、ヒドロキシペチジン、イソメタドン、ヒドロキシメチルモルフィナン、11-クロロ-8,12b-ジヒドロ-2,8-ジメチル-12b-フェニル-4H-[1,3]オキサジノ[3,2-d][1,4]ベンゾジアゼピン-4,7(6H)-ジオン(ケタゾラム)、1-[4-(3-ヒドロキシフェニル)-1-メチル-4-ピペリジル]-1-プロパノン(ケトベミドン)、(3S,6S)-6-ジメチルアミノ-4,4-ジフェニルヘプタン-3-イルアセタート(レバセチルメタドール(LAAM))、(-)-6-ジメチルアミノ-4,4-ジフェニル-3-ヘプタノン(レボメタドン)、(-)-17-メチル-3-モルフィナノール(レボルファノール)、レボフェナシルモルファン、ロフェンタニル、6-(2-クロロフェニル)-2-(4-メチル-1-ピペラジニルメチレン)-8-ニトロ-2H-イミダゾ[1,2a][1,4]ベンゾジアゼピン-1(4H)-オン(ロプラゾラム)、7-クロロ-5-(2-クロロフェニル)-3-ヒドロキシ-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(ロラゼパム)、7-クロロ-5-(2-クロロフェニル)-3-ヒドロキシ-1-メチル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(ロルメタゼパム)、5-(4-クロロフェニル)-2,5-ジヒドロ-3H-イミダゾ[2,1-a]イソインドール-5-オール(マジンドール)、7-クロロ-2,3-ジヒドロ-1-メチル-5-フェニル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン(メダゼパム)、N-(3-クロロプロピル)-α-メチルフェネチルアミン(メフェノレックス)、メペリジン、2-メチル-2-プロピルトリメチレンジカルバマート(メプロバメート)、メプタジノ-ル、メタゾシン、メチルモルフィン、N,α-ジメチルフェネチルアミン(メタンフェタミン)、(±)-6-ジメチルアミノ-4,4-ジフェニル-3-ヘプタノン(メタドン)、2-メチル-3-o-トリル-4(3H)-キナゾリノン(メタカロン)、メチル-[2-フェニル-2-(2-ピペリジル)アセタート](メチルフェニダート)、5-エチル-1-メチル-5-フェニルバルビツール酸(メチルフェノバルビタール)、3,3-ジエチル-5-メチル-2,4-ピペリジンジオン(メチプリロン)、メトポン、8-クロロ-6-(2-フルオロフェニル)-1-メチル-4H-イミダゾ[1,5-a][1,4]ベンゾジアゼピン(ミダゾラム)、2-(ベンズヒドリルスルフィニル)アセトアミド(モダフィニル)、4,5α-エポキシ-17-メチル-7-モルフィネン-3,6α-ジオール(モルヒネ)、ミロフィン、(±)-トランス-3-(1,1-ジメチルヘプチル)-7,8,10,10α-テトラヒドロ-1-ヒドロキシ-6,6-ジメチル-6H-ジベンゾ[b,d]ピラン-9(6αH)-オン(ナビロン)、ナルブフェン、ナロルフィン、ナルセイン、ニコモルフィン、1-メチル-7-ニトロ-5-フェニル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(ニメタゼパム)、7-ニトロ-5-フェニル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(ニトラゼパム)、7-クロロ-5-フェニル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2-(3H)-オン(ノルダゼパム)、ノルレボルファノール、6-ジメチルアミノ-4,4-ジフェニル-3-ヘキサノン(ノルメタドン)、ノルモルフィン、ノルピパノン、ケシ(パパベル・ソムニフェルム(Papaver somniferum))種に属する植物の凝固液(アヘン)、7-クロロ-3-ヒドロキシ-5-フェニル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2-(3H)-オン(オキサゼパム)、(シス-トランス)-10-クロロ-2,3,7,11b-テトラヒドロ-2-メチル-11b-フェニルオキサゾロ[3,2-d][1,4]ベンゾジアゼピン-6-(5H)-オン(オキサゾラム)、4,5α-エポキシ-14-ヒドロキシ-3-メトキシ-17-メチル-6-モルフィナノン(オキシコドン)、オキシモルフォン、ケシ(パパベル・ソムニフェルム(Papaver somniferum))種(亜種アツミゲシ(セチゲルム(setigerum))を含む)に属する植物及びその植物部分、パパベレツム(papaveretum)、2-イミノ-5-フェニル-4-オキサゾリジノン(ペモリン)、1,2,3,4,5,6-ヘキサヒドロ-6,11-ジメチル-3-(3-メチル-2-ブテニル)-2,6-メタノ-3-ベンザゾシン-8-オール(ペンタゾシン)、5-エチル-5-(1-メチルブチル)バルビツール酸(ペントバルビタール)、エチル-(1-メチル-4-フェニル-4-ピペリジンカルボキシラート)(ペチジン)、フェナドキソン、フェノモルファン、フェナゾシン、フェノペリジン、ピミノジン、フォルコデイン、3-メチル-2-フェニルモルホリン(フェンメトラジン)、5-エチル-5-フェニルバルビツール酸(フェノバルビタール)、α,α-ジメチルフェネチルアミン(フェンテルミン)、7-クロロ-5-フェニル-1-(2-プロピニル)-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3)-オン(ピナゼパム)、α-(2-ピペリジル)ベンズヒドリルアルコール(ピプラドール)、1’-(3-シアノ-3,3-ジフェニルプロジル)[1,4’-ビピペリジン]-4’-カルボキサミド(ピリトラミド)、7-クロロ-1-(シクロプロピルメチル)-5-フェニル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(プラゼパム)、プロファドール、プロヘプタジン、プロメドール、プロぺリジン、プロポキシフェン、N-(1-メチル-2-ピペリジノエチル)-N-(2-ピリジル)プロピオンアミド、メチル-{3-[4-メトキシカ
ルボニル-4-(N-フェニルプロパンアミド)ピペリジノ]プロパノアート}(レミフェンタニル)、5-sec-ブチル-5-エチルバルビツール酸(セクブタバルビタール)、5-アリル-5-(1-メチルブチル)バルビツール酸(セコバルビタール)、N-{4-メトキシメチル-1-[2-(2-チエニルペチル]-4-ピペリジル}プロピオナニリド(スフェンタニル)、7-クロロ-2-ヒドロキシ-メチル-5-フェニル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2-(3H)-オン(テマゼパム)、7-クロロ-5-(1-シクロヘキセニル)-1-メチル-1H-1,4-ベンゾジアゼピン-2(3H)-オン(テトラゼパム)、エチル-(2-ジメチルアミノ-1-フェニル-3-シクロヘキサン-1-カルボキシラート)(チリジン(シスおよびトランス))、トラマドール、8-クロロ-6-(2-クロロフェニル)-1-メチル-4H-[1,2,4]トリアゾロ[4,3-a][1,4]ベンゾジアゼピン(トリアゾラム)、5-(1-メチルブチル)-5-ビニルバルビツール酸(ビニルビタール)、(1R,2R)-3-(3-ジメチルアミノ-1-エチル-2-メチル-プロピル)フェノール、(1R,2R,4S)-2-[ジメチルアミノ]メチル-4-(p-フルオロベンジルオキシ)-1-(m-メトキシフェニル)シクロヘキサノールなどが挙げられ、それぞれ、対応する立体異性化合物のみならず、対応する誘導体の形、特にエステル類またはエーテル類、および生理的に適合する化合物、特に塩類および溶媒和物の形態であってもよい。
いくつかの実施形態では、本方法は、ヒドロコドン、ヒドロモルフォン、モルヒネ、およびオキシコドン、ならびに/またはその塩などの、一つまたは複数のオピオイドを利用する。
利用してもよいAPIの非限定的な例には、無機合成薬物(例えば水酸化アルミニウム、三ケイ酸マグネシウムなど)、または有機合成薬物(例えばアスピリン、クロラムフェニコール、カフェインなど)などが挙げられる。また、APIには、抗生物質(例えばアミカシン、ゲンタマイシン、カナマイシンなどのアミノグリコシド類)、アンサマイシン類(例えばゲルダナマシン、ハービマイシンなど)、カルバペネム類(例えばエルタペネム、ドリペネム、シラスタチンなど)、セファロスポリン類(セファドロキシル、セファゾリン、カフラジン、セファクロール、セフォキシチン、セフォニシド、セフィキシム、セフジニル、セフドタキシム、セフェピム、セフタロリンフォサミル、セフトビプロールなどの、第1、第2、第3、第4、および/または第5世代セファロスポリン類を含む)、グリコペプチド類(例えばテイコプラニン、バンコマイシンなど)、リコサミド類(例えばクリンダマイシンなど)、リポペプタイド類(例えばダプトマイシン)、メクロライド類(例えばアジスロマイシン、クラリスロマイシン、フィダソマイシン等)、モノバクタム類(例えばアズトレオナム)、ニトロフラン類(例えばフラゾリドン)、オキサゾリジノン類(例えばリネゾリドなど)、ペニシリン類(例えばアモキシシリンなど)、ポリペプチド類(例えばバシトラシン、コリスチン、ポリミキシンBなど)、キノロン類/フルオロキノロン類(例えばシプロフロキサシン、エノキサシン、レボフロキサシンなど)、スルホンアミド類(例えばマフェニド、スルファセトアミドなど)、およびテトラサイクリン類(例えばデメクロサイクリン、ドキシサイクリンなど)などを挙げてもよい。また、APIには、ゲニステインおよびダイゼインなどの植物エストロゲンなどの、種々の植物化学物質または植物化学物質含有化合物、例えばイソフラボン類(例えば、大豆イソフラボン類)、フラボノイド類、植物アレキシン類(例えば、レスベラトロール(3,5,4’-トリヒドロキシスチルベン))、アカツメグサ抽出物、および植物ステロール類などを挙げてもよい。
他の有効な化学物質には、多価不飽和脂肪酸類などの必須脂肪酸類、例えばオメガ3脂肪酸類、オメガ6脂肪酸類、オメガ9脂肪酸類、共役脂肪酸類など;ビタミンD3およびビタミンAパルミタートなどの、油溶性ビタミン;アルファリポ酸;その他の油;コエンザイムQ10などのコエンザイム類;リコピン、ルテイン、およびゼアキサンチンなどのカロテノイド類などを挙げることができる。
他の有効な化学物質には、カンナビノイド類、例えばカンナビジオールなどが挙げられるがこれらには限定されない、様々な治療用油または植物抽出物中の治療用化合物などを挙げることができる。いくつかの実施形態では、カンナビス油が利用される。
他の有効な化学物質には、グラフェンまたは酸化グラフェン、ならびに酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化コバルト、酸化鉄、酸化鉛、酸化リチウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、および/または酸化亜鉛などの金属酸化物などの、無機材料などを挙げることができる。
他の有効な化学物質には、アルカンおよび不飽和炭化水素などの、工業的に有用な有機材料などを挙げることができる。
他の有効な化学物質には、例えば、NaClなどの、食品または食品添加物などを挙げることができる。
有効な化学物質に加え、任意の適切な生物学的材料を利用してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、生物学的材料は、生体分子である。すなわち、生体内で典型的に合成される一つまたは複数の化学部分からなる化合物である。生体分子の非限定的な例には、アミノ酸類、ヌクレオチド類、多糖類、もしくは単糖類、脂質、またはそれらの組み合せなどが挙げられる。
いくつかの実施形態では、生物学的材料は、精製された生体分子(例えば、精製された酵素)とは対照的に、細胞および/または細胞の残骸を含む。いくつかの実施形態では、生物学的材料は、ウイルス(例えば、バクテリオファージ)、細胞(例えば、微生物)、組織、および生物(例えば植物)であってもよいし、または従来の公知の技術を用いてこれらから得てもよい。
溶媒
液体は概して、少なくとも一つの溶媒を含有することになる。好ましい実施形態では、溶媒として水を利用するが、他の溶媒が含まれていてもよい。いくつかの実施形態では、溶媒は、医薬的に許容される溶媒である。医薬的に許容される溶媒の非限定的な例には、アセトンなどのケトン類、メタノール、エタノール、またはプロパノールなどのアルコール類、それらの混合物、および水とこれらの溶媒の一つまたは複数との混合溶媒などが挙げられる。これらの医薬的に許容される溶媒は、単独で、またはそれらの二つ以上の適切な組み合せとして使用してもよい。
いくつかの実施形態では、液体は非水性である。いくつかの実施形態では、溶媒は、ヒトの摂取に適した油、例えばヒマシ油、大豆油、ヒマワリ油、ココナッツ油、大麻油、またはオリーブ油である。いくつかの実施形態では、溶媒は、一つまたは複数の飽和脂肪酸類、一つまたは複数の不飽和脂肪酸類、またはそれらの組み合せを含む、それらから本質的になる、またはそれらからなる。
液体中に存在する有効な化学物質または生物学的材料の濃度は、特には限定されない。好ましくは、有効な化学物質または生物学的材料は、液体中に分散させることができる。いくつかの実施形態では、有効な化学物質または生物学的材料の濃度は、液体の0.01重量%から99重量%の間である。いくつかの実施形態では、有効な化学物質または生物学的材料の濃度は、液体の0.01重量%から50重量%の間である。いくつかの実施形態では、有効な化学物質または生物学的材料の濃度は、液体の0.1重量%から30重量%の間である。いくつかの実施形態では、有効な化学物質または生物学的材料の濃度は、液体の1重量%から20重量%の間である。
図2Aを参照すると、上述されたこの第1のステップは、図2Aの第1の段階(201)に示されている。図2Aでは、開示の方法(200)は、液体(210)を容器(220)に提供することを概して伴うものとして示されている。好ましい実施形態では、容器は、微粒化チャンバである、またはその一部分を形成している。容器は好ましくは、ガラス、ステンレス鋼、および/または使用中の特定の液体を収容するのに適切ないずれかの非反応性材料からなる。容器は概して、少なくとも部分的に閉じられることになる。容器(220)は、一つまたは複数の入口またはポート(212,213,214)を有していてもよい。容器内に液体をポンプで送り込むことができるように、一つの入口(212)が構成されてもよい。当業者には理解されるであろうとおり、容器は、容器内の液体のレベルを検出するように構成されたセンサ(図示せず)を含んでいてもよく、そして液体の閾値レベルが存在しないとセンサが判断するならば、プロセッサ(図示せず)を利用して容器内に液体をポンプで送り込んでもよい。容器内に空気をポンプで送り込んで気泡を発生させることができるように、一つの入口(213)が構成されてもよい。当業者には理解されるであろうとおり、この入口は、少なくとも一つの弁または調整装置(図示せず)を介して、例えば、圧縮気体貯蔵タンク(図示せず)に動作可能に接続されていてもよい。そして、一つの入口(214)が、有孔の管またはパイプ(215)に接続するように構成されてもよく、有孔の管またはパイプ(215)は、液体の表面またはその近傍の気泡に向かって気体を誘導することができるようにするために、管またはパイプの壁を貫通する複数の孔(216)を有するように構成される。好ましくは、有孔の管またはパイプ(215)は、部分的に浸漬されるように配置され、液体の表面より上に少なくともいくつかの孔(216)を有し、そして液体の表面または液体の表面より下に少なくともいくつかの孔を有する。いくつかの実施形態では、管は、微粒化チャンバの端から端まで延在している。いくつかの実施形態では、管は、複数の加圧された気体をその管に接続できるように構成され、それによって、気体の混合物が管を通って微粒化チャンバに入ることが可能になる。いくつかの実施形態では、入口(213)は、気体供給部への接続部を(例えば、クイック・ディスコネクト・フィッティング(quick-disconnect fitting)を介して)取り外し可能に取り付けることができるように構成される一方向弁に、動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、管の各端部は、一方向弁に動作可能に接続され、各一方向弁は、一つまたは複数の気体供給部(例えば、一つまたは複数の圧縮気体タンクなど)に取り外し可能に接続されるように構成される。
図3を参照すると、これは、微粒化チャンバ(310)があるシステム(300)構成にも見られる。いくつかの実施形態では、微粒化チャンバは、単に、液体を収容できる空間の体積であると同時に、液体のレベルより上に少なくとも幾分かの蒸気ヘッドスペースをも有する。液体は任意選択で、開口部または入口(322)を介して微粒化チャンバ内に導入されてもよい。いくつかの実施形態では、任意選択のポンプ(320)が使用され、これは、液体を収容する貯蔵容器に接続(321)される。いくつかの実施形態では、ポンプは、容積式ポンプである。いくつかの実施形態では、ポンプはシリンジポンプである。いくつかの実施形態では、ポンプは、ポンプ(320)の動作の少なくとも一部を制御する少なくとも一つのプロセッサ(350)に動作可能に接続される。微粒化チャンバは、好ましくは、サブミクロン微粒化済み液滴を通過させて微粒化チャンバの外に出すことができる単一の出口のみを有することになり、そして好ましくは、液滴は、微粒化チャンバの頂部によって画定されたポートまたは開口部を通って出る。いくつかの実施形態では、各出口は、管またはチャネルに接続されて、サブミクロン微粒化済み液滴を微粒化チャンバから遠ざかる方向に誘導することができる。
図1に戻ってこれを参照すると、方法(100)は、液体表面上および/または部分的に液体表面より上で気泡を形成するために、液体に気体を含ませることによって継続する。これは、当業者に公知のいずれかの方法によって行うことができる。例えば、図2Aを参照すると、容器は、容器の底部付近に位置する通気用のディフューザディスクまたはリング(217)を含むことができ、これは空気入口(213)に動作可能に接続される。第2の段階(202)で見られるとおり、空気が通気用のディフューザディスクまたはリング(217)に供給されると、多数の気泡が形成され、多数の気泡は液体(210)の表面(211)に向かって移動する。
好ましい実施形態では、通気用のディフューザディスクまたはリング(217)は利用されない。代わりに、図2Bに図示されているとおりの構成が利用される。好ましい実施形態(250)では、管の側壁を貫通する複数の開口部(例えば、ポート、ノズル、穿孔、または孔)(261、262)を有する管(260)、より好ましくは可撓性の管が提供される。管(260)は、複数の開口部(261)のうちの少なくともいくつかが液体(255)の気液界面(単に「表面」と称される場合もある)(256)より上に位置し、複数の開口部(262)のうちの少なくともいくつかが表面(256)より下に位置するように、微粒化チャンバ内に配置される。管(260)の入口に気体が提供されると、表面より下の開口部(262)から出る気体から、大容積の液体中にまず気泡(270)が形成される。
図3に見られるとおり、任意選択の圧力調整装置(330)が、通気用のディフューザディスクもしくはリング、または微粒化チャンバ(310)内に気泡を発生させる他の手段に(入口または開口部(332)を通じて)、動作可能に接続されている。圧力調整装置は、気体の供給源に接続されている(331)。気体は、空気、O、CO、N、Ar、He、または当業者によって適切であると判断される任意の他の気体であってもよい。圧力調整装置(330)は、一つまたは複数のプロセッサ(350)に接続されていてもよく、これにより、液体に気体を含ませるために使用される気体の圧力をプロセッサが制御することが可能になる。
図1に戻ってこれを参照すると、方法(100)は、微粒化チャンバ内の気泡の少なくとも一つに向けてガスジェットを誘導して(130)サブミクロン液滴エアロゾルを形成させることにより、継続する。図2Aを参照すると、この第3のステップは、第2から第4の段階(202,203,204)に視覚化されている。そこでは、気泡(230)に概ね囲まれていた、液体の表面またはその近くに位置する有孔の管またはパイプ(215)を通じて、気体入口(214)から気体を供給することにより(第2の段階(202)の結果を見られたい)、気泡(230)は任意選択で、液体の表面から分離して(第3の段階(203)を見られたい)空気中に入る可能性がある。ある時点で、気泡(230)は、自発的に分解してサブミクロン液滴(240)になる。分解は、気体が気泡に誘導されている時点で即座に起こる可能性があるし、または、例えば気泡の組成および気泡に誘導される気体の圧力を含め、複数の要因に依存して、その後短時間のうちに起こる可能性もある。
図2Bに例示される好ましい実施形態では、気泡(270)は液体を通って上昇し、最終的には液体(255)の表面(256)より少なくとも部分的に上に上昇すると、気泡は最終的に、液体の表面より上に位置する開口部(例えば、ポート、ノズル、孔、または穿孔)(261)の一つから気泡に誘導されたガスジェットを有するようになる。すなわち、開口部(261)は、気体が管に提供されると、ガスジェットが管内の開口部を通って微粒化チャンバ内の複数の気泡のうちの一つの少なくとも一部分に向かって誘導されるように構成される。その時、気泡は、崩壊する膜(275)を経るまたは示すことになり、この結果として最終的に、液体の表面から上におよび/または液体の表面から遠ざかるように誘導されることになるサブミクロン液滴(280)のエアロゾルが形成される。
いくつかの実施形態では、このステップで使用される気体は、液体に気体を含ませるのに使用されるものと同じ供給源から、または異なる供給源からのものであってもよい。図3に見られるとおり、いくつかの実施形態では、このステップで使用される気体を提供する圧力調整装置(330)は、一つまたは複数のプロセッサ(350)に接続されていてもよく、これにより、それらのプロセッサが気体の圧力を制御することが可能になる。
いくつかの実施形態では、ガスジェットを作り出すために微粒化チャンバに供給される圧力は、液体の粘度を基準にしてもよく、粘度の低い液体に必要な圧力は低く、粘度の高い液体に必要な圧力は高い。典型的な圧力は、2psigから1000psigの範囲、例えば、5psigから100psigの範囲となる。
本開示の気泡ガスジェット微粒化装置によって製造される液滴の流量は容易に調整することができ、これは、管内のポート、ノズル、孔、または穿孔のサイズとともに、微粒化管および包囲チャンバの幾何学的パラメータが、液滴生成速度を支配するからである。
本方法のこの段階では、サブミクロン液滴のエアロゾルが形成されている。いくつかの実施形態では、これで充分である。図3に見られるとおり、いくつかの実施形態では、サブミクロン液滴エアロゾルは、ポートまたは出口(315)を通って微粒化チャンバ(310)を出る。いくつかの実施形態では、サブミクロン液滴エアロゾルの一部または全部が、捕集装置に輸送される。いくつかの実施形態では、サブミクロン液滴エアロゾルの一部または全部が、患者に提供されてもよい。例えば、図3では、マスク(360)が、微粒化チャンバ(310)に動作可能に(例えば、管、弁などを介して)接続されており、このシステムは、サブミクロン液滴エアロゾルを(例えば、吸入を介して)患者に投与可能にするように構成される。いくつかの実施形態では、微粒化チャンバは、サブミクロン液滴エアロゾルを別の材料または治療手法と組み合わせる装置に、動作可能に接続される。例えば、患者が呼吸器で治療されている場合に、サブミクロン液滴エアロゾルは、呼吸器を用いてインラインで導入されてもよい。
図1に示されるとおり、方法(100)は、上記の三つのステップ(110,120,130)を含んでいてもよく、これらから本質的になっていてもよく、またはこれらからなっていてもよい。しかし、いくつかの実施形態では、サブミクロン液滴エアロゾルの一部または全部は、微粒化チャンバを出た後にさらに処理される。特に、図1に示されるとおり、サブミクロン液滴エアロゾルの溶媒蒸発(140)を介して、乾燥粒子エアロゾルを形成することができる。溶媒蒸発のいずれかの公知の技術を利用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、サブミクロン液滴エアロゾルの一部または全部は、0℃から120℃の間の温度を有する気体に曝される。いくつかの実施形態では、溶媒蒸発は、凍結乾燥による。例えば、図3に示されるとおり、サブミクロンエアロゾル液滴は、微粒化チャンバから出口(381)を通って輸送されると、これらの液滴は、液滴をまず凍結させた後に昇華および吸着を介して液滴を乾燥させるチャンバ(または一連のチャンバ)(380)に送られ得る。このような技術は、当技術分野でよく理解されている。
本方法のこの段階では、乾燥粒子のエアロゾルが形成されている。乾燥粒子は、サブミクロン構造化および/またはナノ構造化材料であってもよい。いくつかの実施形態では、これで充分であろう。図3に見られるとおり、いくつかの実施形態では、乾燥粒子エアロゾルは、ポートまたは出口(385)を通って、溶媒蒸発に使用されるチャンバ(380)から出てもよい。微粒化チャンバ(310)の後に実行する可能性があることと同様に、いくつかの実施形態では、乾燥粒子エアロゾルの一部または全部が、次いで患者に提供されてもよい。例えば、図3では、マスク(360)が、溶媒蒸発チャンバ(380)に(例えば、管、弁などを介して)動作可能に接続されており、このシステムは、乾燥粒子エアロゾルを(例えば、吸入を介して)患者に投与することを可能にするように構成される。いくつかの実施形態では、微粒化チャンバは、乾燥粒子エアロゾルを、別の材料または治療手法と組み合わせる装置に動作可能に接続される。例えば、患者が呼吸器で治療されている場合に、乾燥粒子エアロゾルは、呼吸器を用いてインラインで導入されてもよい。
図1に示されるとおり、方法(100)は、上記の四つのステップ(110,120,130,140)を含んでいてもよく、これらから本質的になっていてもよく、またはこれらからなっていてもよい。しかし、いくつかの実施形態では、方法(100)はまた、乾燥粒子エアロゾルの一部または全部を粒子捕集装置に通すことによって粉末を形成する第5のステップ(150)を含んでいてもよい。これは図3に見られ、溶媒蒸発チャンバ(380)は、粒子捕集装置(390)の入口または開口部(391)の中に給送される。いくつかの実施形態では、乾燥粉末は、ポンプ(図示せず)を介し、出口または開口部(395)を通って、例えば、貯蔵容器(図示せず)に輸送される。乾燥粉末は、サブミクロン構造化および/またはナノ構造化材料であってもよい。
本開示のシステムが、モジュール構造を有していてもよいこと、そして連続動作状態、バッチ動作状態で動作可能である、または必要に応じて両者の間で変換可能であることは、認識されよう。主な制限要因が、微粒化チャンバに液体を供給する能力となることは、認識されよう。
また、本開示のシステムに可動部分がなく、製造および保守が簡単で低コストであり、その構築に、構成要素が液体または微粒化気体と反応するのを防ぐのに必要なもの以上の特別な材料は必要ないことも、認識されよう。
また、本開示のシステムの製造能力が拡縮可能であり、1mg/hから10kg/hの要求される液滴および/または微粒子材料のほぼいずれにも対応できることも、認識されよう。
開示の液体微粒化プロセスは、液体および微粒化気体が入り、液滴、蒸気、および微粒化気体が出る、微粒化チャンバ周囲の制御体積について、質量保存則および熱力学の第1法則を適用して解析することができる。室温での連続的な断熱過程の定常流を仮定し、両流体の位置エネルギーの変化、蒸発、および液体の運動エネルギーの変化を無視し、ガスジェットの完全な理想膨張を仮定し、抗力を無視すると:eΔp=e+eν [式1]が得られ、ここで、eΔp、eおよびeνはそれぞれ、気体圧力によって供給される比エネルギー、微粒化された液体の表面張力および粘度によって蓄積されるまたは散逸する比エネルギーである。
次元解析を用いて、La=ργd/μ およびN=Δpgjd/γという二つの無次元の群が、液滴直径を決定するうえで中心的な役割を果たすことが成立する。ここで、ρ、γ、μは、液体の密度、表面張力、および動的粘度であり、Δpgj=p-pは、ガスジェットを生成するノズルにわたる圧力降下であり、dは、液滴直径である。液体微粒化の特性時間スケール、例えばガスジェットの供給エネルギーτΔp~(ρ /Δpgj1/2、毛管レイリー崩壊τ~(ρ /γ1/2および液体中の粘性散逸τν~ρ /μを使用し、あらゆる現象の近似を用いることにより、無次元の群は、時間スケール比La~τν /τ およびN~τ /τΔp として表すことができる。一方、エネルギースケールと時間スケールが結びつけられ、eΔp~l /τΔp 、e~l /τ およびeν~l /τν であって、さらにl=dと仮定することができる。したがって、La~e/eνおよびN~eΔp/eまたはLa=k/eνおよびN=kΔp/eであり、ここでkおよびkは比例係数である。後者の二つの表式を式1に代入すると:N=k+kLa -1 [式2]が得られる。
得られた式は、ガスジェットによって提供される比エネルギーと微粒化された液体によって散逸する比エネルギーの間を無次元の形で結びつけ、製造された液滴の直径を決定する。
微粒化における比エネルギー速度の釣り合いは、式(1)の時間微分をとることによって得ることができ:εΔp=ε+εν [式3]である。
液滴直径について上に実行したものと同様の無次元解析と代数操作を採用すると、液滴流量について中心的役割を果たす二つの無次元数
Figure 2023521690000001

および
Figure 2023521690000002

が成立し、ここで
Figure 2023521690000003

は液滴製造速度である。これに対応して、Nl,cν~ε/εν=kε/ενおよびNl,pc~εΔp/ε=kεΔp/εであり、ここで、kおよびkは比例係数である。式3に代入すると:Nl,pc=k+kl,cν -1 [式4]が得られる。
得られた式は、ガスジェットによって供給される比エネルギーの速度と、微粒化された液体によって散逸するものの速度とを無次元の形で結びつけ、製造された液滴の流量を決定する。
上の考察において、使用される命名法は、以下の通り:
Δpは、気体圧力によって供給される比エネルギー;
は、液体の表面張力によって蓄積される、または散逸する比エネルギー;
νは、液体の粘度によって蓄積される、または散逸する比エネルギーであり;
ρは、液体の密度であり;
γは、液体の表面張力であり;
μは、液体の動的粘度であり;
Δpgjは、ガスジェットを生成するノズルにわたる圧力降下;dは、液滴直径であり;pは、ガスジェットを作り出すのに使用される供給気体の圧力として見積もられ;pは、微粒化チャンバ内の周囲圧力として見積もられ;
Figure 2023521690000004

は、液滴製造速度であり;
εΔpは、気体圧力によって供給される比エネルギー速度;εは、液体の表面張力によって蓄積される、または散逸する比エネルギー速度;ενは、液体の粘度によって蓄積される、または散逸する比エネルギー速度であり;
、k、kおよびkは、比例係数であり;
Laは、液滴のラプラス数であって、表面張力および粘度によって散逸するエネルギーの比を表し;
τΔpは、ガスジェットの供給エネルギーの特性時間スケール;τは、毛管レイリー崩壊の特性時間スケール;τνは、液体中の粘性散逸の特性時間スケールであり;
l,cνは、液体表面張力と粘度によって散逸するエネルギー速度の比を表す無次元数であり;
l,pcは、気体から供給されるエネルギー速度と液体表面張力によって散逸するエネルギー速度の比を表す無次元数である。
こうした例は、図4Aおよび図4Bに示される水滴の直径と流量の微粒化図に見ることができる。図4Aでは、液滴直径とガスジェットの圧力を変化させ、図4Bでは、液滴製造速度と液滴直径をΔpgj=2.5 barで変化させた。これらの図上の微粒化領域の中心線は、比例係数を1のオーダーと仮定して、式(2)および(4)から得られた。微粒化領域の下限と上限は、中心線N =1+La -1およびNl,pc =1+Nl,cν -1に対して、10倍の差の無次元数N(図4A)およびNl,pc(図4B)を仮定することによって計算される。
Δpgl=2.5 barの場合に図4Aから、微粒化プロセスでは、40nm~3μmの範囲の直径、および平均液滴直径~300nmの液滴が生成されることが予想されると計算することができる。実験的研究では、算術平均直径は~250nmであり、数を基準にして得られた液滴サイズ分布の上限は~3μmであった一方、最低の測定される液滴直径は、利用したレーザー散乱装置の測定範囲100nm~900μmによって定められた。
計算された平均直径300nmの場合、図4Bからは、10個の液滴/sが得られる一方、実験では10個の液滴/sが測定された。この差は、連続的な微粒化プロセスの理論的仮定に原因があると考えることができると同時に、実際には、液体表面へ上昇する気泡の(ガスジェットによる)周期的な分解がある(図2Bを見られたい)。ガソリン、ディーゼル、およびアルギン酸ナトリウム溶液を含め、他のあらゆる液体の場合の計算も、理論と実験の間でよく一致することが実証された。
最後に、図4AのLa≧1の領域については、微粒化領域における液滴直径の分布が、技術的にそして自然界で生じる液体微粒化プロセスにおいて広く観察されている対数正規則に従うことは、注目に値する。
使用者は好ましくは、図4Aおよび4Bに図示される「微粒化領域」(402,405)内に留まる(すなわち、それぞれ中心のN またはNl,pc 値の0.1から10倍の間であるNまたはNl,pc値を有する)ようにシステムを設計することが望ましい。それらの図において、その領域の中心線(上記の式によって与えられるもの)は、予想される(すなわち平均の)液滴直径および液滴の製造速度(すなわち単位時間あたりに製造される液滴の数)を提供する。
「不充分な微粒化エネルギー」領域(401,404)にある(すなわち、それぞれ中心のN またはNl,pc 値の1/10未満のNまたはNl,pc値を有する)液滴直径は小さすぎて、このプロセスによって製造される可能性は低い。その動作範囲では、このプロセスに供給されて液体表面張力と粘度に打ち勝つだけの充分なエネルギーがない。
「過剰な微粒化エネルギー」領域(403,406)にある(すなわち、それぞれ中心のN またはNl,pc 値の10倍より大きいNまたはNl,pc値を有する)液滴直径は大きすぎて、このプロセスによって製造される可能性は低い。その動作範囲では、プロセスに供給されるエネルギーが大きすぎ、液体表面張力と粘度に打ち勝つのに必要なエネルギーよりもずっと大きい。このような大きな液滴は、最初に液体からつまみ取られると、液体表面張力と粘度よりも過剰な供給エネルギーを用いて、引き続きさらに小さな液滴に分解される。加えて、気相から供給される過剰なエネルギーは、このような場合に考慮されるのが望ましい相互作用流体の運動エネルギー(例えば乱流)およびエンタルピー(例えばジュール-トムソン効果による大幅な温度変化を伴う断熱的なジェット膨張)に、無視できない変化を生じさせる可能性がある。
実施例1
ファージ含有溶液から機能性粒子状製剤を調製している間のバクテリオファージの生存を研究するために、プロセスのあらゆる段階を調査した。製剤化プロセスは、以下の段階:濃縮バクテリオファージ溶菌液を調製すること、バッファ溶液中で溶解液を希釈すること、得られたバクテリオファージ溶液を微粒化して噴霧またはエアロゾル液滴とすること、微粒化された液滴から溶媒を蒸発させ、粒子への液滴の変換を乾燥により誘起させること、および搬送気相から粒子状製造物を捕集すること、を含む。
この実施例では、バクテリオファージ溶液を噴霧またはエアロゾル液滴に微粒化している間のバクテリオファージの生存を研究し、五つの異なる液体微粒化技術:ジェッット噴霧装置(オムロン・コンプエア(Omron compAIR) NE-C801)、超音波噴霧装置(ルミスコープ・ポータブル(Lumiscope Portable) LMS-6700)、振動メッシュ噴霧装置(オムロン・マイクロエア(Omron MicroAir) NE-Ul00)、噴霧ノズル(メインステイズ・アイロニング・スプレー・ボトル(Mainstays Ironing spray bottle))、および本開示のサブミクロン液滴微粒化装置、の比較を行った。各微粒化技術は、採用される物理現象や結果として得られる液滴サイズ分布によって異なる。微粒化されることになる液体として水の場合には、ジェット、超音波、および振動メッシュの噴霧装置は、平均直径3~7μmの液滴を発生させる一方、本開示のサブミクロン液滴微粒化装置は、平均直径~200nmというずっと小さい液滴を製造し、噴霧ノズルは、直径100~700μmの大幅に大きい液滴を発生させる。
2種類のモデルバクテリオファージT4とPlの生存を調査した。バクテリオファージT4は、大腸菌に感染する悪性コリファージであり、感染は、溶菌ライフサイクルを経ることによって生じ、そのサイクルの結果、感染した菌の細胞とその膜が破壊される。バクテリオファージPlは、大腸菌やその他の一部の細菌に感染する温和なコリファージであり、感染は、溶原ライフサイクルを経ることによって生じ、そのサイクルでは、細菌細胞質内の円形のレプリコン(プラスミド)が形成され、宿主細菌が正常に生存と繁殖を続けるが、これは、後の事象(UV照射や特定の化学物質の存在など)の時点で、溶菌サイクルを介した新しいファージの増殖が生じるまで続く。
両溶菌液中のファージの初期濃度は、供給元で測定されているとおり、1010~1011pfu/mLであった。単位「pfu/mL」(ミリリットル当たりのプラーク形成単位)は、公知のプラークアッセイ技術によって測定される、1ミリリットル体積の試料内の感染性粒子の数を示し、形成された各プラークが一つの感染性ウイルス粒子に対応するという仮定に基づく。実験の前に、初期の溶菌液を、自前で調整したTMバッファ(TRIS MgSO4バッファ溶液としても知られ、25℃でpH=7.4)を用いて100倍に希釈した。利用した水は、実験室のEDMミリポア(EDM Millipore) Mili-Q/Q-POD浄水システムにより脱イオン化した。バッファ溶液は、プリムス・ステリライザ(Primus Sterilizer) PSS5-A-MESDでの使用の前にオートクレーブ滅菌した。溶液のpHは、PHM220 メーターラブ・ラジオメータ・アナリティカルpHメータ(MeterLab Radiometer Analytical pH meter)を使用して測定した。
さらなる分析のために、バクテリオファージを含有する製造されたエアロゾルから、発生する液滴を確実かつ安全に捕集するために、三段階の保護レベルを含む実験装置設定を開発した。五つの微粒化装置のうちの一つを、既知の濃度の活性な細菌感染性ファージ粒子を有する調整済みバクテリオファージ溶液で満たした。
図5を参照すると、装置設定(500)を、以下のとおりに理解することができる。微粒化装置(501)は、通気口(560)を有する化学ヒュームフード(550)内に配置される。活性で細菌を感染させるファージ粒子の既知の濃度を有する調整済みバクテリオファージ溶液(503)が、微粒化チャンバ(502)内に配置される。圧縮空気の供給源(505)が、配管(506)を通じて微粒化チャンバ(502)内の管(510)に提供される。圧縮空気の給送は任意選択で、調整装置(507)によって制御されてもよく、そして任意選択で、調整装置の下流に圧力計(508)を含んでいてもよい。圧縮空気は、上記のとおり、空気(515)中に浮遊した液滴のエアロゾルを製造する。その浮遊物を、ホース(525)を介して、HEPAフィルタ(545)を有する捕集チャンバ(540)内に輸送した。捕集チャンバの内部では、エアロゾル流を、フィルタ(531)を有するアルミニウム製円筒容器(530)を含む冷却された液滴トラップ内に誘導したが、この容器は、溶融水氷浴(532)によって少なくとも部分的に取り囲まれていた。冷却された液滴トラップを通過するエアロゾルは冷却され、よってそのエントロピーは減少し、エアロゾル表面積の減少および液滴の合体を促進して、さらに大きな液滴を形成した。重くなった液滴は、液滴トラップの壁面上に沈降し重力のせいで合体して、トラップの底部に液体体積(533)を形成した。図4Aおよび図4Bに見られるグラフに基づいて、異なる空気圧を利用してもよい。各実験の終わりに、液滴トラップ内に蓄積された液体を、さらに保管し分析するためにガラス製バイアルに移した。1回の実験実行の典型的な継続時間は約20分であり、蓄積された液体の質量は通常300~1000mgであった。発生したエアロゾル中の液滴が小さいほど、冷却された液滴トラップ内の液体蓄積速度は小さかった。
微粒化を実行する前に、微粒化装置のチャンバを満たすのに使用したバクテリオファージ含有溶液から捕集する液体試料を、冷却された液滴トラップ内に捕集して、+4℃の冷蔵庫に保存し、ついで分析のためにファージ溶菌液の供給元に返送した。バクテリオファージ試料の微生物学的分析を行い、細菌を感染させるファージの濃度を従来のプラークアッセイ技術(微生物学で用いられる標準的な方法)により決定した。分析は通常、ペトリ皿を使用して実行し、ここで、宿主細胞(我々の研究では大腸菌を使用した)のコンフルエントな単層を、バクテリオファージ(我々の研究ではT4またはPlファージ)に希釈度を変えて感染させ、ファージの増殖が無差別に広がらないように寒天で覆う。固定された細胞単層内の細胞がファージに感染すると、小さなウイルスプラークが形成される。次いで、その細胞を感染させたファージは溶菌を起こし、隣の細胞に感染を広げることにより増殖することになり、隣の細胞内で感染から溶菌のサイクルが反復される。その結果、感染した細胞領域は、視認できるプラーク(未感染の細胞で囲まれた感染領域であり、チーズの穴に類似している)を作り出すことになり、これは、肉眼でまたは光学顕微鏡を用いて観察することができる。プラークアッセイの実行は時間がかかり、分析されているウイルス粒子によっては、プラークが形成されるまで2~10日かかる可能性がある。プラークは通常、手作業で計数し、プレートの調整に使用した希釈係数と組み合わせて使用して、試料単位体積あたりのプラーク形成単位数(pfu/mL)を算出する。形成された各プラークが1つの感染性ファージ粒子に由来したとする仮定に基づいて、「試料単位体積あたりのプラーク形成単位」というパラメータは、分析される試料中の生物学的に活性な感染性ファージの数濃度を表す。
微粒化前の液中に存在する活性ファージ濃度と微粒化装置で発生させた液滴として捕集した値の比を計算し、バクテリオファージ生存係数(ε):ε=αN,f/αN,0を導入することによって、バクテリオファージ生存率を定量化することができ、ここで、αN,0は、微粒化して液滴にする前の液体中の感染性バクテリオファージの数濃度(バクテリオファージの力価)であり、αN,fは、微粒化された液滴から捕集された液体試料中の感染性バクテリオファージの数濃度である。ζ=1-εがバクテリオファージの不活化係数を表すことは注目に値する。
図6および図7は、いくつかの異なる液体微粒化システムについて得られたT4バクテリオファージ生存率の実験結果を示している。バクテリオファージ生存係数を比較すると、使用した様々な液体微粒化装置について、T4ファージの最小生存率は0.24であることが見出されている。平均液滴直径が0.2μmである本開示のサブミクロン液滴微粒化装置の場合、バクテリオファージ生存係数の平均は0.40であり、これは、平均直径3~5μmという約10倍大きい液滴を製造した市販の超音波噴霧装置で見いだされる最小の観察値0.24のほぼ倍である(超音波噴霧装置を用いた反復実験について報告された非現実的な生存係数1.03は、信頼できない数値として棄却したことに留意されたい)。バクテリオファージ生存係数の最大平均値0.62が、噴霧ノズルの場合に観測され、この噴霧ノズルは、平均直径200~600μmの最大液滴も製造する。
バクテリオファージT4の生存率に関する観察結果は、異なる微粒化システムによってファージ含有液体に加えられる様々な度合いの機械的および化学的ストレスによって説明することができる。超音波は、生物学的液体に影響を及ぼすマイクロキャビテーション現象を誘起することが知られており、よって、超音波噴霧はバクテリオファージにとって有害である可能性があり、結果として低い生存率になる。手動で駆動させる噴霧ノズルは、比較的低い機械的ストレスを与え、液体をサブミリメートルサイズの液滴に崩壊させる。これに対応して、噴霧ノズルのバクテリオファージ生存率は比較的高いが、それでも初期の感染性ファージの40%程度が不活化されることを示している。最後に、平均直径0.2μmのサブミクロンサイズ液滴(上述のとおり、これは従来の微粒化方法よって実現されるものよりもずっと小さい)に液体微粒化する本開示のシステムは、超音波噴霧装置と噴霧ノズルの間にあるバクテリオファージ生存率が期待できることを実証している。溶媒の蒸発時間が液滴直径の自乗に比例することを前提にすると、バクテリオファージ含有微粒子材料のエアロゾル製造システムの場合の液滴から粒子への予想変換時間は、本開示のサブミクロン液滴微粒化装置では従来の液体微粒化システムよりも100~100,000倍短くなる。
微粒化された液滴が非常に微細なことに起因して、本開示のサブミクロン液滴微粒化装置は、エアロゾル乾燥誘起粒子形成に室温空気を利用することが可能であり、これは、通常の室温よりもずっと高い温度(噴霧乾燥/凝集/コーティングの場合に>45℃)またはずっと低い温度(液滴を-196℃の飽和液体窒素に曝す場合の噴霧凍結乾燥)のいずれかを用いる従来のシステムとは対照的である。このことと、観察されたファージ生存係数とを考えると、サブミクロン液滴微粒化装置を備えバクテリオファージ含有粒子のエアロゾルを製造する本開示のシステムは、大きな機械化学的ストレスを加える結果として1:1000~1:1,000,000という低いファージ生存率を生じる噴霧乾燥や噴霧凍結乾燥のような既存のシステムよりもずっと高い全体的なバクテリオファージ生存率を有すると予想される。
実施例2
図4Aおよび4Bのグラフを使用して、HOCl-水および過酸化水素の安定な溶液をサブミクロンエアロゾル液滴に変換した。例えば1~5barのΔpgjを用いて、100nmから1μmの間の粒子サイズを実現することができた。さらに高い圧力では、粒子サイズを減少させることができ、さらに低い圧力では、粒子サイズを増大させることができた。
実施例3
図4Aおよび4Bのグラフを用いると、水中に分散させたブデソニドの溶液をサブミクロンのエアロゾル液滴に変換することができると予想される。例えば1~5barのΔpgjを用いて、100nm~1μmの粒子サイズを実現することができた。さらに高い圧力では、粒子サイズを減少させることができ、さらに低い圧力では、粒子サイズを増大させることができた。
実施例4
図4Aおよび4Bのグラフを用いて、大麻油エマルジョンの溶液を、サブミクロンのエアロゾル液滴に変換することができると予想される。例えば1~5barのΔpgjを用いて、~100nmから1μmの間の粒子サイズを実現できた。さらに高い圧力では、粒子サイズを減少させることができ、さらに低い圧力では、粒子サイズを増大させることができた。同じ構成で、粘度が30~60mPa-sの範囲の2種類の異なる市販大麻油溶液(一つは33mg/mLの濃度、一つは100mg/mLの濃度)をサブミクロンのエアロゾル液滴に変換した。これらの溶液は、栄養補助食品として販売されていたので、大麻油溶液は、大麻油抽出物以外に添加成分、例えばオメガ3、オメガ6、オメガ9、ならびにビタミンCおよびEを含有していた。
実施例5
食卓塩(NaCl)の結晶を脱イオン水と45℃で15分間、混合することにより、様々な濃度(例えば、0.5~15%wt)の脱イオン水中の塩化ナトリウムの溶液を調整した。シリカ(SiO)の前駆体を調整する手順は:テトラエトキシシラン(TEOS)、エタノール、脱イオン水、およびHCl(モル比1:3.8:1:5×10-5)を60℃で120分間混合し、次いで、室温で最長43時間の連続攪拌下でエージングした、というものである。チタニア(TiO)粒子の合成には、チタン(IV)テトライソプロポキシド(TIPT)、およびチタン(IV)ブトキシド(TBT)系の前駆体を利用した。TiOのTIPT系前駆体を次の3ステップで調整した:a)TIPTをアセチルアセトン(acac)にゆっくりと加え、15分間混合した;b)酢酸を脱イオン水中に滴下して加え、攪拌した;c)TIPT-acac溶液を酢酸水溶液に滴下して加え、次いで45℃下で20分間攪拌すると、TIPT:acac:酢酸:水=1:1:1:136の最終反応物モル比で黄色透明溶液を得た。TBT系ゾルを、TIPT系前駆体と同様のステップで作製したが、水の代わりにエタノールを使用し、反応物の最終的なモル比はTIPT:acac:酢酸:エタノール=1:1:0.2:6.9であった。
異なる濃度のNaCl水溶液、SiOゾル、2種類のTiOゾルであるチタン(IV)テトライソプロポキシドとチタン(IV)ブトキシドを、記載のとおり調整した。SiOゾルは、最長43時間エージングした。まず、前駆体の液体を、ゲージ圧1.5bar(NaCl-水の溶液、シリカ、およびTBT系ゾルの場合)、およびゲージ圧2.5bar(TIPT系ゾルの場合)の圧力の下で加えられる圧縮空気を用いて微粒化し、合成したナノ粒子を捕集して、走査電子顕微鏡を用いて調べた。TIPT系ゾルの場合にさらに高い微粒化圧力を加えたのは、1.5barゲージの空気圧で得られた他の前駆体と比較して、液滴流量がかなり低かったことに起因する。追加の実験では、微粒化空気圧を1~3barゲージの範囲で変化させた。
塩溶液の場合には、液滴の乾燥に使用した室内空気の温度と相対湿度は、それぞれ~23℃と~30%であった。NaCl粒子の形態の分析により、同じ試料に二つの主要な群の存在が示され:(a)典型的には300~500nmのサイズのくぼんだ立方体状の粒子と、(b)300nmより小さいサイズの球状の粒子があった。典型的な試料では、球状のNaCl粒子の数が立方体粒子の数よりも多いことが見出され、平均粒子サイズは227nmであった。観察された非立方体の形態は、非晶質構造に起因するものと考えられ、こうした構造が得られたのは、結晶格子の形成時間が液滴の乾燥時間より大きい場合に、塩溶液の初期のサブミクロン液滴から急速に水が蒸発したことに起因する。先に開発したモデルを用いると、実験室空気条件下で5重量%のNaCl-水溶液の直径200nmの液滴の乾燥時間を見積もった結果は約40μsであり、≒55nmの最終的な平均粒子径が得られた。さらに一般的には、製造されたエアロゾルのサイズ分布が収まる初期直径20~2000nmの5重量%のNaCl-水滴の場合には、見積もられる特性乾燥時間は0.4~4000μsの間に及ぶ一方で、液滴は、乾燥粒子になる前に約3.5倍収縮する。液滴の乾燥に使用した空気速度の測定値が、~0.1~0.5m/s(層流、Re=300~1600)であることを前提にすると、単一液滴の乾燥速度論の観点から、発生する液滴は、室内空気中を0.04~400μm移動した後に乾燥粒子になると予想されるが、一方で、この装置設定における全体的な粒子滞留時間は、~1~5sであり、これは必要な乾燥時間よりずっと長い。
シリカゾルのエージング時間が23、27.5、32時間の場合に、SiOキセロゲル粒子を合成した。これらの実験では、前駆体微粒化に使用した圧縮空気のゲージ圧は1.5barであり、液滴の乾燥に使用した室内空気の温度と相対湿度は、NaClを用いた先の実験と同様であって、それぞれ~23℃と~30%であった。同じ操作条件で、2.5、9、および43時間のゾルエージング時間の場合には、分離した粒子ではなく、亀裂または不規則な表面の形態を有する連続したシリカ膜が得られた。これらの観察結果は、利用したシリカゾル中の化学反応の進行における異なる段階によって説明することができ、この進行によって、ゾルの特性が時間的に変化し、よって、液滴の乾燥速度論と、溶媒の蒸発した後にゾル液滴が粒子を形成する能力とが直接影響を受ける。球状の形態を有する粒子が得られた。最小のSiOキセロゲル粒子は、平均直径417nmであり、27.5時間エージングさせたゾルの場合に得られたが、このサイズはNaCl粒子の約1.8倍大きい。
チタニアキセロゲルは、チタニアゾルの組成に依存して、粒子と、連続した薄膜との両方が形成されることを示しており、ゾルのエージング時間には依存しない。薄膜中に視認できる亀裂は、高真空モードでのSEM特性評価中に出現した。TBT系前駆体の微粒化に使用した圧縮空気のゲージ圧は1.5barであったが、一方でTIPT系前駆体の場合には、1.5barでの液滴生成の速度がかなり低いことに起因して、2.5barというさらに高いゲージ圧をかけた。液滴の乾燥に使用した室内空気の温度と相対湿度は、それぞれ~23℃と~30%であり、NaClとSiOの粒子合成を用いた実験の場合と同じであった。分析により、最終製造物の滑らかな球状形態と、得られる粒子の平均サイズがTIPT系ゾルからは106nmであることとが明らかにされ、これはこの実施例で測定された最も小さい平均粒子サイズである。
上に考察したNaCl微粒化は、ほとんどの市販の医薬品成分の微粒化に類似のものとすることができることに留意するのが望ましい。少なくともいくつかの実例では、APIは、溶媒中に有効材料(すなわち、小分子)を含有する溶液(水性または油性)として提供してもよい。この小分子は、ここで製造された液滴のサイズよりもずっと小さい。そのため、ここで提供された例と同様の手法を用いて、いずれのAPIをもサブミクロン液滴に微粒化できることが予想される。
実施例6
ガソリン、石油系ディーゼル燃料、および0.1~2%wtのアルギン酸ナトリウム水溶液を使用して、エアロゾル液滴を製造した。空気と二酸化炭素気体を0.5から4barゲージの間の圧力で供給した。三種類の製造された液滴は、いずれもおよそ100から200nmの間の数平均粒子サイズを有している。
当業者は、本明細書に記載された本発明の特定の実施形態に対する多くの均等物を認識することになろうし、またはこれらを、日常的な実験以上のものを使用せずとも確認できよう。そのような均等物は、以下の請求項によって包含されることが意図される。

Claims (15)

  1. 分散された有効な化学物質または生物学的材料を含む液体を提供すること;
    微粒化チャンバ内の前記液体に気体を含ませて気泡を形成し、前記気泡が前記液体の表面まで上昇するようにすること;
    ガスジェットを、管内の開口部を通して前記微粒化チャンバ内の前記気泡の少なくとも一つに向けて誘導することによって、サブミクロン液滴エアロゾルを形成すること;
    任意選択で、前記サブミクロン液滴エアロゾルの溶媒蒸発によって乾燥粒子エアロゾルを形成すること;および
    任意選択で、前記乾燥粒子エアロゾルを粒子捕集装置に通すことによって、サブミクロン構造化またはナノ構造化粒子の粉末を形成すること、
    を含む、液滴のエアロゾル、粒子のエアロゾル、または粉末を作り出す方法。
  2. 前記分散された有効な化学物質または生物学的材料が、バクテリオファージまたは医薬品有効成分(API)を含む、請求項1に記載の方法。
  3. ガスジェットを生じさせるために前記管に供給される気体の圧力が、前記液体の粘度を基準にする、請求項1に記載の方法。
  4. 前記液体の粘度が、水の粘度の5倍から1000倍の間である、請求項1に記載の方法。
  5. 前記溶媒蒸発が、前記液滴エアロゾルを、0℃から120℃の間の温度を有する気体に曝すことを含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記溶媒蒸発ステップが、凍結乾燥を含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記サブミクロン液滴エアロゾルまたは乾燥粒子エアロゾルが、次いで患者に提供される、請求項1に記載の方法。
  8. 前記患者が、呼吸器を用いて治療を受けており、前記サブミクロン液滴エアロゾルまたは乾燥粒子エアロゾルが、前記呼吸器を用いてインラインで導入される、請求項7に記載の方法。
  9. 微粒化チャンバ;
    前記微粒化チャンバ内の管であって、前記管は、液体中に部分的に浸漬されるように構成され、前記管は、前記管の側壁を貫通する複数の開口部を含み、前記複数の開口部は、少なくともいくつかの開口部が、前記液体の表面上の気泡に向けてガスジェットを誘導してサブミクロン液滴エアロゾルを形成するように構成されるよう配置されており、前記液体が、分散された有効な化学物質または生物学的材料を含有する、管;
    任意選択で、前記サブミクロン液滴エアロゾルの溶媒蒸発によって乾燥粒子エアロゾルを形成するように構成される少なくとも一つのチャンバ;および
    任意選択で、前記乾燥粒子エアロゾルから乾燥粒子を捕集するように構成される粒子捕集装置、
    を具備する、液滴のエアロゾル、粒子のエアロゾル、または粉末を作り出すシステム。
  10. 前記分散された有効な化学物質または生物学的材料が、バクテリオファージまたは医薬品有効成分(API)を含む、請求項9に記載のシステム。
  11. 前記ガスジェットの空気圧が、前記液体の粘度を基準にする、請求項9に記載のシステム。
  12. 前記液体の粘度が、水の粘度の5から1000倍である、請求項9に記載のシステム。
  13. 前記サブミクロン液滴エアロゾルを、0℃から120℃の間の温度を有する気体に曝すように、前記少なくとも一つのチャンバが構成される、請求項9に記載のシステム。
  14. 前記サブミクロン液滴エアロゾルを凍結乾燥に供するように、前記少なくとも一つのチャンバが構成される、請求項9に記載のシステム。
  15. 呼吸器を用いてインラインで導入されるように、前記サブミクロン液滴エアロゾルまたは乾燥粒子エアロゾルが構成される、請求項9に記載のシステム。
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