Deposition of a Polydisperse Aerosol in the Upper Respiratory Tract
(2020) MAMM05 20201Ergonomics and Aerosol Technology
- Abstract
- Inhaled pharmaceuticals are commonly used in the treatment of respiratory disease. This method of administration has many advantages but also poses a problem with particles being lost before reaching the target site. Particle deposition in airways is mainly an effect of inertial impaction, gravitational settling and diffusion. What mechanism influences a particle the most depends on the particle aerodynamic diameter and its linear velocity through the airways. To understand the influence of these parameters on the particle deposition in upper airways, an experimental method has been developed and tested on three different airway geometries, represented by 3D-printed airway models, at three different volumetric flow rates (15, 30 and 60... (More)
- Inhaled pharmaceuticals are commonly used in the treatment of respiratory disease. This method of administration has many advantages but also poses a problem with particles being lost before reaching the target site. Particle deposition in airways is mainly an effect of inertial impaction, gravitational settling and diffusion. What mechanism influences a particle the most depends on the particle aerodynamic diameter and its linear velocity through the airways. To understand the influence of these parameters on the particle deposition in upper airways, an experimental method has been developed and tested on three different airway geometries, represented by 3D-printed airway models, at three different volumetric flow rates (15, 30 and 60 l/min). Results showed an increase in deposition for increasing flow rates, which was expected as a consequence of increasing inertial impaction. The estimated deposited fraction correlated well to CFD modelling, but generating low variability data turned out to be challenging. This problem could be addressed by further development of the aerosol generation technique, as this factor turned out to have a large effect on the calculated deposited fraction. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Oavsett om du andas genom näsan eller munnen behöver luften färdas en lång väg genom luftstrupen ned till lungorna för att kunna försörja kroppen med syre. I luften finns inte bara det livsviktiga syret och andra gaser, utan även massor av partiklar. En stor del av dessa partiklar kommer att deponeras längs luftens väg mot slutmålet, men små partiklar kan ta sig hela vägen ned till lungan. Just detta är något som utnyttjas i inhalerade mediciner. Genom att andas in en läkemedelsaerosol, små partiklar av aktiva substanser som är lösta i en gas, kan vi enkelt få exempelvis astmamedicinen precis där vi vill ha den - i lungorna!
För att kunna utveckla mer effektiva inhalerade läkemedel, men också för att få reda på mer om hur vi påverkas av... (More) - Oavsett om du andas genom näsan eller munnen behöver luften färdas en lång väg genom luftstrupen ned till lungorna för att kunna försörja kroppen med syre. I luften finns inte bara det livsviktiga syret och andra gaser, utan även massor av partiklar. En stor del av dessa partiklar kommer att deponeras längs luftens väg mot slutmålet, men små partiklar kan ta sig hela vägen ned till lungan. Just detta är något som utnyttjas i inhalerade mediciner. Genom att andas in en läkemedelsaerosol, små partiklar av aktiva substanser som är lösta i en gas, kan vi enkelt få exempelvis astmamedicinen precis där vi vill ha den - i lungorna!
För att kunna utveckla mer effektiva inhalerade läkemedel, men också för att få reda på mer om hur vi påverkas av vår omgivning, behöver vi information om hur partiklar av olika storlekar deponerar i våra luftvägar. Under detta projekt har en mätmetod för att analysera partikeldeposition i 3D-printade modeller av mänskliga luftvägar utvecklats. Projektet består av tre huvuddelar - generering av en stabil aerosol, metodutveckling för att kunna mäta deposition i modeller av luftvägar och slutligen själva depositionsmätningarna.
De slutgiltiga mätningarna tyder på att större andel partiklar kommer att deponeras när flödet genom modellen är högre. Du kan tänka dig att du andas in kraftigt genom munnen - då kommer stora partiklar att krascha rätt in i munhålans och luftstrupens väggar. Förenklat kan man säga att partiklarna kommer med så hög hastighet att de inte lyckas böja av när luftflödet ändrar riktning, och kommer därför aldrig ned i lungorna. Det är just denna effekt vi ser när flödet genom luftvägsmodellen ökar - partiklarna klarar inte av att ändra riktning och deponeras på väggarna istället. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9030703
- author
- Bergman, Fanny LU
- supervisor
- organization
- alternative title
- Design and Evaluation of an Experimental Setup for Measurement of Aerosol Deposition in Mouth-Throat Models
- course
- MAMM05 20201
- year
- 2020
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Aerosol, particle deposition, upper airways, inhalation measurements, polydisperse aerosol generation, mouth-throat model
- language
- English
- id
- 9030703
- date added to LUP
- 2020-10-09 15:56:57
- date last changed
- 2020-10-09 15:56:57
@misc{9030703,
abstract = {{Inhaled pharmaceuticals are commonly used in the treatment of respiratory disease. This method of administration has many advantages but also poses a problem with particles being lost before reaching the target site. Particle deposition in airways is mainly an effect of inertial impaction, gravitational settling and diffusion. What mechanism influences a particle the most depends on the particle aerodynamic diameter and its linear velocity through the airways. To understand the influence of these parameters on the particle deposition in upper airways, an experimental method has been developed and tested on three different airway geometries, represented by 3D-printed airway models, at three different volumetric flow rates (15, 30 and 60 l/min). Results showed an increase in deposition for increasing flow rates, which was expected as a consequence of increasing inertial impaction. The estimated deposited fraction correlated well to CFD modelling, but generating low variability data turned out to be challenging. This problem could be addressed by further development of the aerosol generation technique, as this factor turned out to have a large effect on the calculated deposited fraction.}},
author = {{Bergman, Fanny}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Deposition of a Polydisperse Aerosol in the Upper Respiratory Tract}},
year = {{2020}},
}