Grid-induced aerosol optimization in pMDIs: A multiscale design, simulation, and experimental study
Notice bibliographique
Résumé
Conventional pressurized metered dose inhalers (pMDIs) often face challenges in efficiently delivering therapeutic aerosols for the treatment of pulmonary diseases. This study proposes a novel design enhancement: the integration of a grid screen at the outlet of a standard pMDI actuator, supported by a slender 0.8 mm wire. Two grid configurations were developed and tested: (1) a uniform grid with 5 µm pores, and (2) a non-uniform grid where pore diameters increase from 3 µm at the edges to 8 µm at the center. Both configurations were evaluated on straight and curved substrates, maintaining a consistent solidity fraction of 61 %. Spray dynamics were modeled using a coupled computational framework that combines the volume of fluid (VOF) and discrete phase models (DPM). This hybrid approach effectively captures droplet deformation upon impact with the grid screen, followed by their transition into discrete-phase droplets. The trajectories of the resulting droplets were then tracked through a medium-sized mouth-throat (MT) geometry, specifically, the Virginia Commonwealth University (VCU) model, utilizing a particle data transmission method (PDTM). To validate the simulation results, grid screens were fabricated and experimentally tested using a next-generation impactor (NGI) to quantify MT aerosol deposition. Among the four configurations tested, the non-uniform straight grid exhibited the most significant performance improvement. It achieved approximately a 50 % reduction in plume velocity, resulting in lower spray kinetic energy. Additionally, the mass median diameter (MMD) decreased from 3.0 µm to 1.6 µm, attributed to a dual mechanism of mechanical jet disruption and thermally enhanced evaporation. The corresponding reduction in the Weber (We) number indicated a substantial decrease in splash-prone droplets, thereby promoting droplet characteristics that are favorable for deeper lung deposition. Overall, drug delivery efficiency improved by up to 35 %, with a reasonable agreement between computational and experimental results (RMSE = 9.88 %). Furthermore, durability testing under a high-frequency chronic obstructive pulmonary disease (COPD) rescue-use protocol demonstrated stable grid performance for up to three consecutive days, beyond which routine cleaning is recommended to maintain optimal functionality.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».