KR102650737B1 - 무균 에어로졸 미스팅 장치 - Google Patents

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Abstract

핸드헬드 미스팅 장치는 음파 발생기, 음파 발생기에 결합된 전원, 액체를 수용하는 적어도 하나의 저장소, 및 적어도 하나의 저장소로부터 음파 발생기에 제거가능하게 결합된 노즐까지 연장되는 도관을 수용하도록 배열 및 구성된, 분배 윈도우를 갖는 하우징을 갖는다. 음파 발생기는 변환기와, 변환기에 결합된 근위 단부, 및 원위 단부를 갖는 긴 혼을 포함하고, 노즐은 혼의 원위 단부에 제거가능하게 결합된다. 따라서, 장치는 노즐 내에 형성된 전달 개방부를 통해 액체를 전달하고, 음파 발생기를 활성화시키는 것은 노즐 내의 액체에 에너지를 공급하여, 분배 윈도우를 통해 전달되는 에어로졸 플룸을 발생시킨다.

Description

무균 에어로졸 미스팅 장치
본 발명은 영구적 음파 발생기 및 교체가능 액체 저장소(reservoir) 및 노즐을 채용한 무균 미스팅 장치(aseptic misting device)에 관한 것이다.
스프레이 및/또는 미스팅 장치는 종종 화장품 및 일반적인 건강 관리 액체를 전달하는 데 사용된다. 저비용 시스템은 비교적 제어되지 않은 용량 및 액적 크기를 제공하도록 액체가 이를 통해 가압되는 어떤 형태의 노즐을 갖는 드로퍼(dropper) 및/또는 스퀴지 보틀(squeeze bottle)을 채용한다.
고가의 시스템은 계량 펌프 및/또는 고가의 에어로졸 형성 구성요소를 채용할 수 있다. 예를 들어, 셰이(Hseih) 등의 미국 제7992800호 및 셰이 등의 미국 특허 출원 공개 제20120318260호는 에어로졸 미스트(aerosol mist)를 발생시키기 위해 압전 및/또는 자기 구동장치에 의해 구동되는 네뷸라이저(nebulizer)를 개시한다.
다른 예는 더 테크놀로지 파트너쉽 피엘씨(The Technology Partnership PLC)의 EP615470B1호; 헤일즈(Hailes) 등의 미국 제7550897호; 및 브라운(Brown) 등의 미국 제7976135호를 포함하며, 이들은 노즐의 외측 면으로부터 액적을 투사하기 위해 트랜스듀서(transducer)를 채용한 액체 투사 장치를 개시한다.
마지막으로, 테라다(Terada) 등의 미국 제6863224호; 야마모토(Yamamoto) 등의 미국 제6901926호; 및 에사키(Esaki) 등의 미국 제8286629호는 초음파 액체 무화 장치를 개시한다.
불행하게도, 이들 고가의 구성요소는 반복되는 사용을 통해 오염될 수 있고 세심한 세정 또는 폐기를 요구할 수 있다.
필요한 것은, 제어된 용량 및 입자/액적 크기 에어로졸 미스트를 전달하기 위한 비교적 저비용의 시스템이다.
놀랍게도, 본 발명자들은 긴 음파 혼(horn)의 단부에 부착된 서브밀리미터-크기의 노즐을 통해 액체를 초음파 무화하는 것이 저장소 내에 수용된 액체가 초음파 혼과 접촉하는 것을 방지함으로써 저가의 무균 무화를 제공한다는 것을 알게 되었다.
일 실시예에서, 핸드헬드 미스팅 장치(handheld misting device)는 음파 발생기, 음파 발생기에 결합된 전원, 액체를 수용하는 적어도 하나의 저장소, 및 적어도 하나의 저장소로부터 음파 발생기에 제거가능하게 결합된 노즐까지 연장되는 도관(conduit)을 수용하도록 배열 및 구성된, 분배 윈도우(dispensing window)를 갖는 하우징을 갖는다. 음파 발생기는 변환기와, 변환기에 결합된 근위 단부(proximal end), 및 원위 단부(distal end)를 갖는 긴 혼을 포함하고, 노즐은 혼의 원위 단부에 제거가능하게 결합된다. 따라서, 장치는 노즐 내에 형성된 전달 개방부를 통해 액체를 전달하고, 음파 발생기를 활성화시키는 것은 노즐 내의 액체에 에너지를 공급하여, 분배 윈도우를 통해 전달되는 에어로졸 플룸(aerosol plume)을 발생시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드헬드 무균 미스팅 장치의 사시도.
도 2는 내부 구성요소를 보여주기 위해 하우징이 제거된, 도 1의 핸드헬드 무균 미스팅 장치의 측면도.
도 3은 내부 구성요소를 보여주기 위해 하우징이 제거된, 도 1 및 도 2의 핸드헬드 무균 미스팅 장치의 일회용 카트리지의 측면도.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 핸드헬드 무균 미스팅 장치에 유용한 다양한 노즐과 리셉터클(receptacle) 조합의 사시도.
도 5는 혼의 원위 단부로 이동할 수 있는 액체의 원하는 않는 미스팅을 방지하기 위한 표면 특징부를 갖는 음파 혼의 원위 단부의 상세 측면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 핸드헬드 무균 미스팅 장치의 요소의 사시도.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 핸드헬드 무균 미스팅 장치의 개략 단면도.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 핸드헬드 무균 미스팅 장치의 개략 단면도.
본 발명은, 비교적 고가의 음파 발생기 및 혼이 미스팅 장치에 의해 분배되는 액체로부터 격리되기 때문에, 종래의 음파 미스팅 장치보다 더 경제적인 핸드헬드 음파 미스팅 장치에 관한 것이다. 따라서, 미스팅 장치는 혼 상의 액체의 상당한 축적 없이 액체가 보충될 수 있다.
장치의 일 형태에서, 액체를 혼으로부터 멀어지는 쪽으로 지향시키도록 배열 및 구성된 시스템에서 도관이 분배될 액체를 혼의 팁(tip)에 전달하여, 혼이 액체에 의해 오염되지 않고, 또한 장치로부터 분배되는 후속 액체가 앞서 분배된 액체에 의해 오염되지 않는다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 액적(본 명세서에서 "미스트" 또는 "플룸"으로 지칭됨)을 포함하는 에어로졸을 형성하는 데 유용한 (음파 발생기(200), 액체 전달 시스템(300), 및 전력 및 제어 시스템(400)을 포함하는) 핸드헬드 미스팅 장치(100)는 하우징(500) 내에 수용된다. 음파 발생기(200)는 변환기(202)와, 변환기(202)에 결합된 근위 단부(206), 및 하우징(500) 내의 개방 분배 윈도우(502)를 통해 보이는, 근위 단부 반대편의 원위 단부(208)를 갖는 긴 혼(204)을 포함한다. 변환기(202)는 와이어(도시되지 않음)와 같은 전기 연결부를 통해 전력 및 제어 시스템(400)에 결합된다.
액체 전달 시스템(300)은 접이식(collapsible) 저장소(302), 도관(304), 적어도 하나의 전달 개방부(308)를 갖는 노즐(306), 및 리니어 모터(310)를 포함한다. 리니어 모터(310)의 피스톤(312)은 저장소(302)의 하부 표면(314)과 접촉하여 액체를 저장소 밖으로 그리고 도관(304) 내로 가압한다. 리니어 모터(310)는 또한 와이어(도시되지 않음)와 같은 적절한 전기 연결부를 통해 전력 및 제어 시스템(400)에 결합된다. 도관(304)은 접이식 저장소(302)로부터 노즐(306)로 액체를 전달하고, 노즐(306)은 긴 혼(204)의 원위 단부(208)에 물리적으로 결합된다. 노즐(306)은 하우징(500) 내의 분배 윈도우(502)를 통해 접이식 저장소(302)로부터 대기로 액체를 분배하도록 배열 및 구성된다. 노즐(306)은 분배 윈도우(502)를 커버(504)로 폐쇄함으로써 보관 동안 보호된다.
전술된 액체 전달 시스템(300)이 접이식 저장소(302) 및 리니어 모터(310)를 포함하지만, 당업자는 다른 시스템이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 접이식 저장소 및 리니어 모터는 저장소로부터 제어된 체적의 액체를 전달하는 문제에 대한 하나의 해법을 제공한다. 대안적인 시스템이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 저장소 및 펌프와 동일한 기능이 다음 중 하나 이상을 통해 산출될 수 있다: 피펫(pipette), 시린지(syringe), 압착가능 백(squeezable bag), 압력 작동식 저장소, 및 심지어 중력 공급.
도 1 내지 도 5의 핸드헬드 미스팅 장치(100)의 작동 비용을 감소시키기 위해, 하우징(500)은 음파 발생기(200), 전력 및 제어 시스템(400), 및 액체 전달 시스템(300)의 리니어 모터(310)를 포함한 구성요소를 수용하는 제1 전기기계 섹션(506)(도 2에 도시됨)과, 접이식 저장소(302), 도관(304), 및 적어도 하나의 전달 개방부(도 4a 내지 도 4c에서 308a, 308b, 308c로서 도시됨)를 갖는 노즐(306)을 수용하는 제2 액체 섹션(508)(도 3에 도시됨)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 액체 섹션(508)은 전기기계 섹션(506)에 견고하게 부착될 수 있는 별개의 제거가능 섹션이다. 대안적으로, 액체 섹션(508)은 교체 접이식 저장소(302), 도관(304), 및 노즐(306)을 수용하도록 배열 및 구성된, 하우징(500) 내의 개방가능 격실(compartment)일 수 있다.
전력 및 제어 시스템(400)은 하우징(500) 내에 배치된 전기 충전 포트(404)에 전기적으로 연결된, 재충전가능 배터리(402)와 같은, 전원을 포함한다. 전력 및 제어 시스템(400)은 온/오프 스위치(406) 및 활성화 스위치(408)(이들 둘 모두 하우징(500) 상에 배치됨)와, 하나 이상의 제어 보드(410)를 또한 포함한다. 전원은 바람직하게는 교체가능하고/하거나 재충전가능하고, 커패시터 또는 더 바람직하게는 배터리와 같은 장치를 포함할 수 있다. 현재 바람직한 실시예에서, 전원(402)은 리튬 폴리머 배터리를 비롯한 리튬계 전지를 제한 없이 포함하는 재충전가능 배터리이다. 내부 전원의 일례는 적어도 약 200 밀리암페어 아워(mAh)의 용량을 갖는 약 3.7 V의 전압을 제공하는 리튬 폴리머 전지이다.
노즐(도 4a 내지 도 4c에서 306a, 306b, 306c로서 도시됨)과 긴 혼(204)의 원위 단부(208) 사이의 상호작용이 도 4a 내지 도 4c에 더 상세히 도시된다. 노즐(306)은 긴 혼(204)의 원위 단부(208) 내에 형성된 리셉터클(210) 내로 견고하게 끼워맞춤된다. 이러한 실질적인 물리적 결합은 노즐(306)이 긴 혼(204)의 원위 단부(208)와 함께 진동하도록 허용하여, 노즐(306)로부터 분배되는 초음파 구동식 미스트를 제공하는 데 사용되는 정상파(standing wave)를 트리거(trigger)한다. 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바람직한 실시예에서, 노즐(306)은 긴 혼(204)의 원위 단부(208)로부터 멀어지는 쪽으로 연장되어, 액체가 원위 단부 상으로 누출되고 그것을 오염시킬 가능성을 감소시킨다.
도 4a에서, 노즐(306a)은 실질적으로 원통형이고, 복수의 전달 개방부(308a)를 포함하고, 긴 혼(204)의 원위 단부(208a)에서 리셉터클(210a) 내로 끼워맞춤된다.
도 4b에서, 노즐(306b)은 절두-원추형 형상을 갖고, 단일의 긴 전달 개방부(308b)를 포함하고, 긴 혼(204)의 원위 단부(208b)에서 리셉터클(210b) 내로 끼워맞춤된다.
도 4c에서, 노즐(306c)은 사다리꼴 단면을 갖고, 실질적으로 직사각형인 전달 개방부(308c)를 포함하고, 긴 혼(204)의 원위 단부(208c)에서 리셉터클(210c) 내로 끼워맞춤된다.
노즐(306) 내의 전달 개방부(들)(308)의 크기, 형상, 수 및 배열은 미스팅 장치(100)에 의해 발생되는 미스트의 플룸을 한정한다. 전달 개방부(들)(308)는 에어로졸 미스트를 전달하도록 치수설정된다. 바람직하게는, 각각의 전달 개방부는 약 200 마이크로미터(μm) 미만, 더 바람직하게는 약 50 내지 약 150 μm의 (개방부를 가로지른) 최대 치수를 갖는다. 바람직한 전달 개방부는 대체로 원형이지만, 당업자는 특별히 요구되는 에어로졸 특성을 달성하기 위해 이를 변경할 수 있다. 전달 개방부의 수는 요구되는 미스팅 유동을 전달하도록 선택된다. 하나의 전달 개방부를 갖는 노즐이 유용한 에어로졸 플룸을 생성하는 것으로 나타났으며, 6개 및 7개의 개방부를 갖는 다른 노즐이 또한 유용한 에어로졸 플룸을 생성하였다. 따라서, 당업자는 1개 내지 10개 초과의 전달 개방부를 선택할 수 있다.
긴 혼(204)의 원위 단부(208)는 그것 상에 배치된 표면 특징부(212)를 가질 수 있는데, 그 표면 특징부는 노즐(306)로부터 멀어지는 쪽으로 그리고 긴 혼(204)의 원위 단부(208)로 이동할 수 있는 임의의 액체로부터의 미스트의 형성을 실질적으로 방지한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이들 표면 특징부(212)는 혼의 축에 대해 예각을 가져, 임의의 음파 운동이 원하지 않는 액체를 노즐(306)로부터 분배되는 액체의 플룸 내로 구동시키는 것을 방지한다.
도 6에 개략적으로 도시된 대안적인 실시예에서, 저장소(302')는 도관(304')을 통해, 예를 들어 중력에 의해서, 개방부(310')를 갖는 노즐(306')에 공급한다. 도 1 내지 도 5의 실시예와 유사하게, 노즐(306')은 음파 발생기(도시되지 않음)의 긴 혼(204')의 원위 단부(208') 내에 형성된 리셉터클(210') 내로 끼워맞춤된다. 음파 발생기를 활성화시키는 것은 노즐(306') 내의 액체에 에너지를 공급하여 액체를 전달 개방부(310')를 통해 구동시켜서 에어로졸 플룸을 발생시킨다. 이 실시예에서, 액체 칼럼의 높이는 사용 동안 그리고/또는 다수의 사용에 걸쳐 상당한 유동 변화를 도입하지 않는 것이 바람직하다.
도 7에 개략적으로 도시된 대안적인 실시예에서, 저장소(1000)는 도관(1006)을 통해, 예를 들어 중력에 의해서, 복수의 개방부(1004)를 갖는 노즐(1002)에 공급한다. 음파 발생기(1010)의 긴 혼(1008)은 저장소(1000)의 기부(base)(1014)에 근접하게 리셉터클(1012) 내로 끼워맞춤되어, 긴 혼(1008)의 원위 단부(1016)가 (전달 개방부(1004) 반대편의) 노즐(1002)의 후방 벽(1018)과 접촉하는 것을 가능하게 한다. 음파 발생기(1010)를 활성화시키는 것은 노즐(1002) 내의 액체에 에너지를 공급하여 액체를 전달 개방부(1004)를 통해 구동시켜서 에어로졸 플룸을 발생시킨다.
도 8에 개략적으로 도시된 다른 대안적인 실시예에서, 저장소(1000')는 도관(1006')을 통해 중력에 의해서 (음파 발생기(1010)의 긴 혼(1008)의 원위 단부와 맞물리도록 치수설정된) 캡(1002')의 형태의 노즐에 공급한다. 한 번 더, 긴 혼(1008)의 원위 단부(1016)는 캡(1002')의 후방 벽(1018')과 접촉한다. 음파 발생기(1010)를 활성화시키는 것은 노즐(1002') 내의 액체에 에너지를 공급하여 액체를 전달 개방부(1004')를 통해 구동시켜서 에어로졸 플룸(1020)을 발생시킨다.
당업자는 본 발명의 핸드헬드 음파 미스팅 장치의 일반적인 조립을 인식할 것이다. 그러나, 다음의 요소들의 상호작용을 고려하는 것이 중요하다. 먼저, 혼의 원위 단부와 노즐은 열 축적을 최소화하고 결과적인 에어로졸 플룸의 제어를 최대화하기 위해 혼으로부터 전달 개방부 반대편에 있는 노즐의 벽으로의 비효율적인 운동 전달에 기인한 에너지 손실을 최소화하도록 단단히 끼워맞춤되어야 한다. 긴 혼이 일반적으로 금속, 바람직하게는 알루미늄 및/또는 티타늄이기 때문에, 노즐은 강성 플라스틱으로부터 제조되어야 한다. 예를 들어, 도 1 내지 도 5의 실시예에서, 노즐은 금속 또는 엔지니어링 플라스틱으로 형성되고, 긴 혼의 원위 단부에서 리셉터클 내로 끼워맞춤되도록 적절한 허용오차 이내에서 기계가공되거나 성형될 수 있다. 유용한 재료들의 비제한적인 목록은 아세탈 수지(예를 들어, 듀폰(등록상표) 엔지니어링 폴리머스(DuPont® Engineering Polymers)로부터 델린(DELRIN)(등록상표) 브랜드로 입수가능함), 폴리에테르 에테르 케톤, 비정질 열가소성 폴리에테르이미드(PEI) 수지(예를 들어, 사빅(SABIC)으로부터 울템(ULTEM)(등록상표) 브랜드로 입수가능함)를 포함한다. 또한, 도 6 내지 도 8의 실시예에서, 노즐은 저장소와 일체로 그리고 동일한 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 노즐은 전술한 재료들 중 하나로부터 형성될 수 있으며, 덜 비싸고/비싸거나 더 용이하게 처리되는 재료로 형성된 저장소 및/또는 도관과 조합될 수 있다.
하우징은 플라스틱 사출 성형 또는 임의의 다른 적합한 기술에 의해 제조될 수 있고, 그것은 바람직하게는 인체공학적이며, 사용자의 손에 편안하게 맞도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 하우징은 최대 약 20 cm, 더 바람직하게는 최대 약 15 cm, 그리고 가장 바람직하게는 최대 약 10 cm의 최대 선형 치수(길이)를 갖는다. 바람직하게는, 길이에 수직인 최대 치수는 8 cm, 더 바람직하게는 5 cm이다.
저장소와 노즐 사이의 도관은 바람직하게는 제조의 용이함을 위해 충분히 가요성이다. 그러나, 저장소로부터 액체를 분배하기 위해 저장소에 압력을 인가함에 따라 도관의 직경이 변하지 않는 것이 바람직하다. 이는 에어로졸 플룸의 응용에서 분배되는 액체의 체적의 제어를 허용한다.
바람직한 실시예에서, 액체 섹션은 노즐이 긴 혼의 원위 단부에 결합가능한 방식으로 전기기계 섹션으로부터 제거가능하다. 예를 들어, (예컨대, 도 3, 또는 도 6 내지 도 8 중 임의의 것의) 액체 섹션은 도 4a 내지 도 4c 등의 노즐이 혼의 리셉터클 내로 활주하도록 배향된 상태로 전기기계 섹션과 활주가능하게 맞물림가능할 수 있다. 대안적으로, 도 8의 실시예의 캡(1002')은 혼의 원위 단부 위에 스냅 끼워맞춤될 수 있다.
본 발명은 현재 제공되는 것보다 더 위생적인 방식으로 약물 및/또는 보습 용액의 에어로졸 플룸을 전달하는 데 유용하다. 에어로졸 플룸의 음파 발생은 20 ㎑ 내지 200 ㎑의 초음파 혼에 대한 실용적인 주파수 범위에 의해 주어진, 약 20 내지 약 60 μm의 액적 크기를 갖는 매우 미세한 미스트를 제공할 수 있다. 위에서 나타낸 바와 같이, 음파 발생기는 전통적인 스퀴지 및 스프레이 보틀보다 고가이기 때문에, 고가이고 재사용가능한 음파 발생기 및 혼을, 상대적으로 저가이고 잠재적으로 폐기가능한 액체 저장소로부터 분리시키는 것이 중요하다. 따라서, 사용시, 도 3에 도시된 것과 같은 교체가능 액체 섹션(508)이 전기기계 섹션(506) 내로 활주가능하게 삽입될 수 있다. 이것의 결과로서, 긴 혼(204)의 원위 단부(208)는 노즐(306)과 맞물린다. 임의의 보호 커버링(예컨대, 커버(504))이 노즐(306)로부터 제거될 수 있고, 미스팅 장치(100)는 에너지를 공급받을 수 있다.
에어로졸 플룸을 생성하기 위해, 활성화 스위치(408)가 눌리고, 리니어 모터(310)가 피스톤(312)을 구동시켜 저장소(314)의 하부 표면 상에 제어된 힘을 전달한다. 이러한 작용은 액체를 도관(304)을 통해 노즐(306) 및 전달 개방부(들)(308)로 가압한다. 이러한 시퀀스는 저장소가 비워질 때까지 반복될 수 있다. 이제-비어 있는 액체 섹션(508)은 제거될 수 있고, 새로운 노즐(306)을 포함하는 새로운 액체 섹션(508)이 삽입된다. 새로운 노즐은 미스팅 장치의 이전 사용의 결과로 오염되지 않는다.
상기의 상세한 설명 및 실시예는 본 명세서에 개시된 본 발명의 완전하고 비제한적인 이해를 돕고자 제공된다. 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 본 발명의 많은 변형 및 실시예가 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 이하에 첨부된 청구범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 핸드헬드 미스팅 장치(handheld misting device)로서,
    a) 변환기와, 상기 변환기에 결합된 근위 단부(proximal end), 및 원위 단부(distal end)를 갖는 긴 혼(horn)을 포함하는 음파 발생기;
    b) 상기 음파 발생기에 결합된 전원;
    c) 액체를 수용하는 적어도 하나의 저장소(reservoir);
    d) 상기 적어도 하나의 저장소로부터 상기 혼의 상기 원위 단부에 제거가능하게 결합된 노즐까지 연장되어, 상기 노즐 내에 형성된 전달 개방부를 통해 상기 액체를 전달하는 도관(conduit)을 수용하도록 배열 및 구성된, 분배 윈도우(dispensing window)를 갖는 하우징을 포함하여서, 상기 음파 발생기를 활성화시키는 것은 상기 노즐 내의 상기 액체에 에너지를 공급하여, 상기 분배 윈도우를 통해 전달되는 에어로졸 플룸(aerosol plume)을 발생시키는, 핸드헬드 미스팅 장치에 있어서,
    상기 혼의 상기 원위 단부는 상기 원위 단부 내에 형성된 리셉터클(receptacle)을 갖고, 상기 노즐은 상기 혼의 상기 원위 단부 내에 형성된 상기 리셉터클 내로 제거가능하게 삽입되는, 핸드헬드 미스팅 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 전기기계 섹션 및 액체 섹션을 포함하는, 핸드헬드 미스팅 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액체 섹션은 상기 전기기계 섹션에 견고하게 부착가능하도록 배열 및 구성되는, 핸드헬드 미스팅 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액체 섹션은 일회용인, 핸드헬드 미스팅 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 액체를 수용하는 상기 적어도 하나의 저장소는 상기 노즐로의 상기 도관을 통한 상기 액체의 전달을 제어하기 위해 리니어 모터에 결합된 접이식(collapsible) 저장소를 포함하는, 핸드헬드 미스팅 장치.
  7. 삭제
  8. 제3항에 있어서, 상기 액체 섹션은 상기 전기기계 섹션과 활주가능하게 맞물리도록 배열 및 구성되는, 핸드헬드 미스팅 장치.
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