Stanovení hygroskopického růstu aerosolových částic za fyziologicky relevantních podmínek

Velikost částic je klíčovým parametrem, který určuje oblast usazování v lidském dýchacím ústrojí. Vdechované částice jsou vystaveny podmínkám vysoké relativní vlhkosti, které vznikají v důsledku neustálého odpařování vody z epitelu dýchacích cest do chladného a suchého vdechovaného vzduchu. Tyto podmínky vedou k přenosu vody ze stěn dýchacích cest přes plynnou fázi na částice, což způsobuje nárůst jejich velikosti a hmotnosti. Tento proces se nazývá hygroskopický růst.

Vyhodnotili jsme hygroskopický nárůst kapalných částic vznikajících při používání spotřebitelských produktů během jejich přenosu z okolního prostředí do lidského dýchacího systému s vysokou relativní vlhkostí. Měření hygroskopického nárůstu přímo v lidských dýchacích cestách není možné kvůli invazivní povaze těchto pokusů. Alternativním řešením je využití matematických modelů. Experimentální data pro ověření údajů získaných pomocí těchto modelů jsou však poměrně omezená. V této studii jsme použili nově vyvinutý mechanistický model zvlhčené ústní dutiny a hrtanu. Vnitřní povrchy modelu byly udržovány vlhké a při tělesné teplotě, což umožňovalo účinné ohřívání a zvlhčování „vdechovaných“ testovacích aerosolů. Abychom prozkoumali přenositelnost poznatků o hygroskopickém růstu získaných za velmi jednoduchých podmínek do reálných scénářů, postupovali jsme ve třech krocích: nejdříve jsme použili monodisperzní aerosoly obsahující propylenglykol a glycerol, což jsou hlavní složky aerosolů generovaných elektronickými cigaretami (EC). Komplexnost aerosolu jsme poté zvýšili přidáním nikotinu, aromatických přísad a organických kyselin (které se často přidávají do EC za účelem úpravy těkavosti nikotinu), přičemž jsme zachovali monodisperzitu aerosolu. Nakonec jsme použili reálné polydisperzní aerosoly generované z (nekomerční) kapaliny obsahující propylenglykol, glycerol, nikotin, aromata a organické kyseliny pomocí komerčně dostupné EC.

Výsledky ukázaly, že hygroskopický růst částic byl ovlivněn především obsahem hlavních složek kapaliny (propylenglykol, glycerol a nikotin). Naproti tomu stopové množství aromatických látek a/nebo kyselin růst částic neovlivnilo. Růstové faktory se zvyšovaly s prodlužující se zdržnou dobou v systému a vyšší relativní vlhkostí. Výsledky naznačují, že růst těchto částic v lidském dýchacím ústrojí by mohl zvýšit jejich usazování v dolních cestách dýchacích.

Tato studie vznikla v rámci spolupráce mezi Výzkumnou skupinou chemie a fyziky aerosolů a společností Philip Morris Products S.A.

• Mašková L., Trávníčková T., Lee T., Schwarz J., Ondráček J., Paříková A., Havlica J., Steiner S., Białek J., Lucci F., Kuczaj A.K., Ždímal V.: Determination of hygroscopic growth of aerosol particles under physiologically relevant conditions. Results Eng. 2026, 30(June 2026), 110167. doi.org/10.1016/j.rineng.2026.110167