(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211219405.5 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 南京大学 地址 210008 江苏省南京市 鼓楼区汉口路 22号 (72)发明人 薛斌　曹毅　沈晓晨　于文婷　 王炜　秦猛　 (74)专利代理 机构 江苏银创律师事务所 32 242 专利代理师 何震花 (51)Int.Cl. G01N 1/28(2006.01) G01N 1/22(2006.01) B33Y 80/00(2015.01) (54)发明名称 一种仿生卷烟抽吸及烟气收集系统及其应 用 (57)摘要 本发明公开了一种仿生卷烟抽吸及烟气收 集系统， 包括3D打印仿生抽吸平台和原位烟气收 集系统； 3D打印仿生抽吸平台为人工肺驱动的弹 性体材质3D打印仿生呼吸道和肺模型； 原位烟气 收集系统为基于静电修饰技术的单颗粒烟气样 品原位采集。 本发明中仿生卷烟抽吸平台及烟气 收集方法， 可以应用于仿生卷烟抽吸测试和卷烟 烟雾颗粒原位采集。 本发明中的仿生卷烟抽吸平 台为人工肺驱动的仿生3D打印弹性体卷烟抽吸 系统。 本发 明中的烟气收集方法为基于静电修饰 技术的单颗粒烟气样品的原位采集 技术。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 115452526 A 2022.12.09 CN 115452526 A 1.一种仿生卷烟抽吸及烟气收集系统， 其特征在于， 包括3D打印仿生抽吸平台和原位 烟气收集系统； 3D打印仿生抽吸平台为人工肺驱动的弹性体材质3D打印仿生呼吸道和肺模 型； 原位烟气收集系统为基于静电修饰技 术的单颗粒烟气样品原位采集。 2.根据权利要求1所述仿生卷烟抽吸及烟气收集系统， 其特征在于， 弹性体材质3D打印 仿生呼吸道和肺模型具有与人体呼吸道系统形状相同的腔 体， 包括口腔， 鼻腔， 器官和肺四 个部分， 按照人体呼吸道和肺构型1： 1构建， 弹性体材质为有机硅弹性体和/或有机硅凝胶； 弹性体材质3D打印仿生呼吸道和肺模 型上设有 人工肺、 雾化加湿装置和测试 ‑反馈系统， 人 工肺用于驱动仿生呼吸道腔体 收缩和舒张， 控制其内部负压和正压； 暖风雾化加湿装置和 测试‑反馈系统， 用于控制腔体内部温度和湿度。 3.根据权利要求2所述仿生卷烟抽吸及烟气收集系统， 其特征在于， 人工肺和暖风雾化 加湿装置与弹性体材质3D打印仿生呼吸道和肺模型 连接部位设有H EPA滤膜和活性炭滤网。 4.根据权利要求1所述仿生卷烟抽吸及烟气收集系统， 其特征在于， 原位烟气收集系统 包括烟气样品采集基板， 设置于弹性体材质3D打印仿生呼吸道和肺模型的口腔、 舌头、 鼻 腔、 咽喉、 气管处； 烟气样品采集基板为表面亲 水和静电修饰硅基板 。 5.根据权利要求4所述仿生卷烟抽吸及烟气收集系统， 其特征在于， 表面亲水和静电修 饰硅基板的制备方法包括如下步骤： 将 硅基板在异丙醇中超声清洗处理， 功 率100W,清洗时 间15分钟； 将硅基板使用氮气吹干之后， 浸泡于铬酸溶液中， 至于恒温箱80℃处理30分钟； 取出硅基板， 使用超纯水冲洗三遍， 并使用氮气吹干； 将基板浸泡于含有1％质量分数的3 ‑ 氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的甲苯溶液中， 浸泡2小时； 取出基板， 使用甲苯和乙醇冲洗三 遍， 在干燥 皿4℃保存备用。 6.一种如权利要1所述仿生卷烟抽吸及烟气收集系统， 其特征在于， 应用于各类卷烟和 加热卷烟抽吸测试和烟气收集。 7.一种如权利要1所述仿生卷烟抽吸及烟气收集系统， 其特征在于， 应用于各类电子烟 抽吸测试和烟气收集。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115452526 A 2一种仿生卷烟抽吸及烟气收集系统及其应用 技术领域 [0001]本发明涉及 新装置和界面修饰领域， 具体来说是涉及一种仿生卷烟抽吸及烟气收 集系统。 背景技术 [0002]我国是世界上最大的卷烟消费市场之一， 目前市场上存在各种类型的卷烟， 年销 售额巨大。 由于烟气 颗粒粒径、 浓度及化学成分会影响烟气感官品质和安全性， 研究卷烟烟 气样品的制备收集方法、 理化 性质检测方法对探讨卷烟的品质和安全性是极为重要的。 [0003]在烟气理化性质的检测过程中， 制 备和收集烟气样品是一个重要的环节。 现阶段 研究者主要通过剑桥滤片收集烟气样品， 其将烟气收集在极狭窄的滤膜上， 主要用于检测 烟气的化学组份。 剑桥滤片上的烟气 颗粒相互覆盖， 不能用来检测粒径分布。 因此研究者们 也采取多重稀释的方法收集烟气样品， 用于检测粒径。 然而烟气浓度较高时， 烟气颗粒容易 发生碰撞、 团聚和凝结， 使颗粒的粒径和分布发生变化， 因此测定过程中的抽吸模式、 烟气 稀释和陈化过程均能影响烟气样品粒径分布的测定结果， 这对烟气样品的制备和收集提出 了更高的要求。 目前， 卷烟或者加热卷烟的抽吸测试方法， 大多数使用简单的剑桥滤片抽 吸， 这些方法能够所使用的抽吸腔 体与真正的人类呼吸道形态相去甚远。 并且， 这些抽吸测 试体系的内外外界环境温度和湿度是不可控的， 也不能模拟抽吸后的呼气过程， 这与正常 的抽烟过程有较大差异， 不能满足评价加热卷烟烟气性质的需求。 所以构建深度仿生的烟 气抽吸和收集系统具有重要意 义。 [0004]基于传统的烟气采集方法， 许多研究报道了卷烟烟颗粒收集和检测方法。 如采用 静电迁移法测定了卷烟的烟气粒径分布； 利用快速粒径谱仪对电加热卷烟烟气的粒径分布 进行了检测， 检测传统卷烟或者电子烟的烟气颗粒大小。 这些检测方法可以给出一个烟气 颗粒粒径的分布， 却不能直观 地观测到烟气 颗粒， 也难以给出烟气 颗粒更多方面的信息， 它 们不能满足评价加热卷烟烟气物理特性、 感官特性及毒理学性质的需求。 其最主要的缺陷 体现在无法原位采集烟气样品， 传统的烟气收集主要为液体过滤收集， 湿润的棉花或者海 绵收集等等， 这些方法收集的烟气样品均为液相分散样品， 在从弥散的固体烟气颗粒转为 液相分散样品过程中， 烟气颗粒 的粒径分布情况和物化性质发生改变， 无法得到一手的烟 气颗粒分散情况和粒径分布。 发明内容 [0005]本发明所要解决的问题是， 针对上述卷烟抽吸系统中的缺点， 即仿生 呼吸道还原 问题和原位烟雾颗粒收集问题， 提出创新解决方案， 构建仿人体呼吸道结构的卷烟抽吸平 台及原位烟气颗粒收集方法。 [0006]为解决上述问题， 本 发明采用的方案如下： 一种仿生卷烟抽吸及烟气收集系统， 其 特征在于， 包括3D打印仿生抽吸平台和原位烟气收集系统； 3D打印仿生抽吸平台为人工肺 驱动的弹性体材质3D打印仿生呼吸道和肺模型； 原 位烟气收集系统为基于静电修饰技术的说　明　书 1/4 页 3 CN 115452526 A 3