ES3059859T3 - An aerosol generator - Google Patents
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Abstract
Un generador de aerosol (100) cuenta con una placa vibratoria (1) con aberturas y un piezoeléctrico anular (2) que provoca el movimiento de la placa vibratoria (1). Un soporte anular (3) sostiene el piezoeléctrico (2) y la placa vibratoria (1). Un primer pin conductor de energía eléctrica (10) se acopla directamente a la superficie superior del piezoeléctrico (2). Un segundo pin conductor de energía eléctrica (11) conduce indirectamente la energía eléctrica a una segunda superficie del piezoeléctrico (2) mediante el contacto con una lengüeta de extensión (103) del soporte (20), también en su cara superior. La lengüeta (103) está recubierta con una película de adhesivo epoxi curado, lo que proporciona una excelente fuerza de agarre entre el pin (11) y el soporte (3). El generador de aerosol (100) evita la necesidad de soldaduras para el contacto eléctrico, y los pines están convenientemente montados en paralelo entre sí, en la misma cara lateral y superior del piezoeléctrico y del soporte. Los pines pueden tener puntas multipunto (50) para un contacto eléctrico particularmente efectivo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Un generador de aerosoles
[0003] Introducción
[0004] Esta invención se refiere a generadores de aerosoles.
[0005] Se conocen generadores de aerosoles del tipo que comprende una membrana con orificios vibratoria, un generador de vibraciones, tal como un elemento piezoeléctrico, y un soporte. En las figuras 1 y 2 se ilustra un generador de aerosoles de este tipo. Una membrana 201 está soportada por una arandela metálica 203 sobre la que hay un elemento piezoeléctrico anular 202. Cuando el elemento piezoeléctrico 202 está excitado eléctricamente, se mueve en una dirección radial como muestra la flecha A. Esto hace que la placa o membrana con orificios se mueva en una dirección vertical como muestra la flecha B. Esto, a su vez, hace que el líquido de la placa con orificios pase a través de los orificios en la membrana 1 y, por tanto, se produce una fina niebla de aerosol en la parte inferior de la membrana 1.
[0006] Para excitar eléctricamente el elemento piezoeléctrico 202, la energía eléctrica debe conducirse hasta este y conectarse a cada lado. Tradicionalmente, esto se hace soldando cables a las superficies conductoras del generador de vibraciones. Los otros extremos de los cables se sueldan a pasadores eléctricos conductores que se sujetan en un alojamiento de nebulizador para recibir el extremo hembra de un cable desmontable. Esta disposición se ilustra en la figura 2, a partir de la cual se verá que hay cuatro conexiones 205, 206, 207 y 208.
[0007] Este método de conexión tiene el inconveniente de que hay que soldar las cuatro conexiones. La soldadura es una operación que requiere mucha mano de obra y no se presta a la automatización.
[0008] El documento US 5435282 (Haber) también describe un nebulizador. En este caso, la membrana está soportada por un alojamiento que tiene un ribete que cae descendente. El elemento piezoeléctrico es un elemento discreto en un lado del alojamiento. Un pasador de contacto entra en contacto con la superficie superior del elemento piezoeléctrico y otros dos pasadores entran en contacto con la parte inferior del alojamiento.
[0009] Los documentos WO01/76762, Los documentos WO01/19437, WO02/36269 (Instrumentarium) describen un nebulizador con una placa de malla para suministrar medicamento atomizado a un paciente. El documento US2003/102877 (Souza) describe un émbolo de sonda y un método de fabricación. El documento US2007/044792 (Ivri) describe un aparato para generar un aerosol con un miembro de soporte para un elemento de aerosolización. El documento US2006/207591 (Gallem) describe un generador de aerosoles con un medio de encapsulación.
[0010] La invención está dirigida a proporcionar un generador de aerosoles mejorado, en el que los contactos soldados se reducen al mínimo o se eliminan, al tiempo que se logra una disposición sencilla de las piezas.
[0011] Sumario de la invención
[0012] La invención proporciona un generador de aerosoles como se establece en la reivindicación 1 anexa a la presente.
[0013] Breve descripción de los dibujos
[0014] La invención se entenderá más claramente a partir de la siguiente descripción de una realización de la misma, proporcionada únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
[0015] las figuras 1A y 1B son vistas en sección transversal esquemáticas de un generador de aerosoles de la técnica anterior y la figura 2 es una vista en perspectiva de la conexión del generador de aerosoles de las figuras 1A y 1B a pasadores eléctricos conductores;
[0016] la figura 3 es una vista en perspectiva despiezada de un generador de aerosoles de acuerdo con la invención; la figura 4 es una vista en sección transversal de un generador de aerosoles de acuerdo con la invención, incluyendo una vista ampliada que ilustra el núcleo con más detalle;
[0017] la figura 5 es una vista en perspectiva que muestra cómo los pasadores hacen contacto sin soldadura para accionar el elemento piezoeléctrico, y la figura 6 muestra la aplicación de adhesivo conductor sobre una arandela de soporte; la figura 7 es una vista en perspectiva de un pasador de resorte;
[0018] la figura 8 es una vista en sección transversal del pasador de la figura 7; y
[0019] la figura 9 es una vista en perspectiva de un pasador de resorte alternativo de acuerdo con la invención.
[0020] Descripción detallada
[0021] Refiriéndose a las figuras 3 a 6 de los dibujos, se ilustra un generador de aerosoles 100 de acuerdo con la invención. El generador de aerosoles comprende un miembro vibratorio tal como una placa con orificios vibratoria 1, un generador
de vibraciones 2 y una arandela de soporte 3. El generador de vibraciones 2 comprende en este caso un elemento piezoeléctrico anular ("elemento piezoeléctrico") 2 que tiene una primera superficie o superior y una segunda superficie o inferior. El elemento piezoeléctrico 2 está soportado por la arandela 3. La placa con orificios 1 está soportada por la arandela de soporte 3. También se proporciona un anillo de soldadura 4.
[0022] Durante el uso, el líquido que se va a aerosolizar se recibe en una primera superficie superior de la placa con orificios 1 y se activa el elemento piezoeléctrico 2. El líquido aerosolizado se genera en la segunda superficie o inferior de la placa con orificios 1 mediante la expulsión de gotas de líquido al activarse el elemento piezoeléctrico 2. Los aberturas en la placa con orificios 1 están dimensionados para aerosolizar el líquido de tal manera que la mayoría de las gotas tengan un tamaño inferior a 6 micrómetros.
[0023] El miembro vibratorio puede ser no plano y, de acuerdo con la invención, tiene una geometría con forma de cúpula. En este caso, la alimentación eléctrica del elemento piezoeléctrico 2 se realiza a través de un primer pasador conductor 10 y un segundo pasador conductor 11. El primer pasador conductor 10 está en contacto directo con la superficie superior del elemento piezoeléctrico 2. El segundo pasador conductor 11 está en contacto eléctrico con la superficie superior de la arandela de soporte 3 a través del adhesivo conductor 20 en una pestaña 103 de la arandela de soporte 3. La arandela 3 y el adhesivo conductor 20 están a su vez en contacto eléctrico con la superficie inferior del elemento piezoeléctrico 2. Esta disposición se ilustra mejor en las figuras 4 a 6.
[0024] La arandela de soporte 3 se engrana a su vez contra una junta tórica inferior 25 que está alojada en una ranura 26 de un alojamiento de soporte 27. La arandela de soporte 3 también se engrana contra una junta tórica superior 28 en la parte superior 29 del alojamiento principal. La arandela 3 se intercala entre la junta tórica superior 28 y la junta tórica inferior 25. Este subconjunto está a su vez intercalado entre el alojamiento superior 29 y el clip de retención inferior 27. La disposición del clip de retención inferior 27 proporcionaba un soporte uniforme alrededor del miembro de soporte 3, contrarrestado por las fuerzas de soporte aplicadas a través de la junta tórica 28 y los pasadores 10 y 11. Esto ayuda a conseguir un funcionamiento constante del generador de aerosoles 100, con menor riesgo de fatiga en el sello entre la placa 1 y la arandela de soporte 2, y una respuesta previsible de la vibración de la placa al accionamiento eléctrico aplicado.
[0025] Para dar cabida a la automatización de la fabricación de bajo coste y, en consecuencia, a una mayor capacidad de fabricación para abastecer las demandas de mayor volumen del mercado, ambos pasadores de resorte 10, 11 son iguales y están colocados en la misma dirección de orientación.
[0026] Al unir el elemento piezoeléctrico 2 a la arandela de soporte 3 usando un medio eléctricamente conductor, el segundo pasador de resorte 11 proporciona comunicación eléctrica a la parte inferior del elemento piezoeléctrico 2 a través de la superficie superior de la arandela 3. El primer pasador de resorte 10 proporciona conducción eléctrica a través de la superficie superior del elemento piezoeléctrico 2.
[0027] En la invención, se usan pasadores de resorte eléctrico 10, 11 para conectar directamente entre el extremo hembra de un cable desmontable y las superficies eléctricas del generador piezoeléctrico 2. No es necesario soldar y el uso de tales pasadores facilita el montaje por medios automáticos.
[0028] Para facilitar mayores capacidades y abastecer las demandas de mayor volumen del mercado, se usa el adhesivo líquido eléctricamente conductor 20 para unir la parte inferior del elemento piezoeléctrico 2 a la arandela 3. Se aplica por medios automáticos. La viscosidad, reología, tasa de aplicación, grosor del reborde, la presión del contacto entre la arandela de soporte y el elemento piezoeléctrico están optimizados para facilitar la aplicación del adhesivo líquido conductor por medios automáticos, tanto en el patrón anular como en forma de almohadilla en la pestaña 103. Tales adhesivos pueden curarse a temperatura normal o pueden requerir una exposición a temperaturas predeterminadas más altas durante un periodo de tiempo preestablecido para formar una unión de adhesión fuerte. La unión de adhesión óptima se logra cuando el adhesivo está curado para proporcionar una condición de resistencia óptima. Los epoxis son particularmente adecuados para esta aplicación y, más particularmente, aquellos con módulos de tracción en el intervalo de 300 a 10000 MPa y más usualmente en el intervalo de 2000 a 7000 MPa. Estos materiales tienen resistencias del orden de 1 miliohmio/cm<2>, pero podrían ser superiores, hasta 100 miliohmio/cm<2>. Las propiedades mecánicas óptimas se logran cuando tales adhesivos se curan en los intervalos de 3 minutos a 175 grados centígrados a 240 minutos a 100 grados centígrados. La dureza típica está en el intervalo de 70 a 85 Shore D (ASTM D2240). El elemento piezoeléctrico 2 puede unirse alternativamente a la arandela 3 mediante soldadura por medios automáticos para proporcionar una trayectoria eléctricamente conductora entre la parte superior de la arandela y la parte inferior del elemento piezoeléctrico 2, sin embargo, esta solución no entra dentro del ámbito de protección de las reivindicaciones.
[0029] Normalmente, el elemento piezoeléctrico 2, cuando se excita eléctricamente, vibra a, aproximadamente, 134 KHz. Esto plantea varios problemas.
[0030] Usando los pasadores de resorte 10 y 11, la conexión eléctrica interfacial entre la superficie de contacto de resorte y
la superficie de la arandela de soporte 3 y el elemento piezoeléctrico 2, estarán en contacto por presión en lugar de estar conectadas mecánicamente como ocurre con las juntas soldadas. Para garantizar un buen contacto eléctrico con los pasadores de presión de resorte mientras el conjunto vibra a 134 KHz, aerosolizar medicamentos en un entorno corrosivo de circuitos de ventilación, la conexión interfacial entre el área de contacto de pasador de resorte y la superficie de la arandela y el elemento piezoeléctrico son críticas. Los nebulizadores que incorporan el generador de aerosoles de la invención deben poder funcionar en una amplia gama de modos de uso. Tales nebulizadores suelen usarse de forma intermitente durante un periodo de 28 días o pueden usarse de forma continua durante un máximo de 7 días.
[0031] Pueden producirse varios mecanismos indeseables, tales como la oxidación, mecanismo de corrosión, corrosión galvánica, vibraciones mecánicas, desgaste por frote que provoque la pérdida de contacto eléctrico en la interfaz. Refiriéndose particularmente a la figura 8, cada pasador 10, 11 comprende un émbolo 30, un resorte 31 y un cilindro 32.
[0032] La fuerza de contacto de resorte ejercida por el pasador de resorte es de aproximadamente entre 1,3 y 3 Newtons, lo que ayuda a reducir el desgaste por frote, ya que hay menos rebote de pasador en la superficie.
[0033] La elección de materiales de pasador de baja resistividad eléctrica, tales como la aleación de berilio-cobre (BeCu), el níquel (Ni) o la aleación de cobre-zinc (CuZn) y el acero inoxidable (SS 303), contribuye a aumentar la conductividad eléctrica. Materiales de cilindro, tales como el cobre, aleaciones de latón-bronce, presentan una buena conductividad eléctrica, así como buena resistencia a la corrosión y resistencia mecánica, y son adecuados para esta aplicación. Recubrimientos metálicos para evitar la oxidación de las superficies interfaciales, tales como oro (Ag) sobre níquel (Ni), también contribuyen a aumentar la conductividad eléctrica. Los revestimientos de 1 a 3 micras de oro sobre 3 micras de capa inferior de níquel son especialmente adecuados. Los materiales de origen de resorte pueden consistir en alambre musical (ASTM A 228) y acero inoxidable 304. Los revestimientos metálicos, tales como 0,05 micras de oro sobre una capa inferior de níquel de 0,05 micras, son especialmente adecuados.
[0034] La "constricción" de la corriente eléctrica en la interfaz eléctrica aumenta la resistencia eléctrica de contacto y puede provocar un aumento indeseado de la temperatura. El área efectiva total de contacto eléctrico debe ser lo mayor posible para ayudar a crear y mantener una calidad aceptable de conexión eléctrica.
[0035] Un cabezal de pasador semiesférico convencional tiene la desventaja de no poder exponer nuevas superficies de contacto efectivas.
[0036] Un cabezal de pasador de contacto de múltiples puntos vibratorio 50 como el ilustrado en la figura 9 tiene la considerable ventaja de poder exponer mecánicamente nuevas áreas para una buena conexión eléctrica, rompiendo por tanto cualquier capa de oxidación que pueda provocar una barrera de aislamiento. El pasador de contacto de múltiples puntos aumenta el área de superficie de contacto eléctrico potencial. El mayor número de puntos de contacto, (que pueden variar en algunas realizaciones de 7 a 14) actúan como un seguro contra fallos, si un contacto se compromete, los demás contactos formarán el contacto eléctrico necesario. Adicionalmente, la adición de los puntos múltiples en lugar de una superficie semiesférica o plana que hace contacto con el pasador de resorte aumenta la fuerza específica en estos puntos interfaciales, reduciendo el potencial de desgaste por frote indeseable y haciendo que los puntos múltiples engranen nuevas micro superficies. La figura 10 muestra otro cabezal de múltiples puntos 60 con siete puntos 61, con un ángulo V intermedio de 55°, dando un ángulo de punto de 62,5°.
[0037] Se ha descubierto que la combinación del pasador conductor de múltiples puntos y la película de adhesivo curado proporciona una fiabilidad de contacto particularmente buena. Los puntos o puntas penetran en la película en mayor medida que en el material subyacente del miembro de soporte 3 (de acero). Esto permite una combinación óptima, en la que el acero del miembro de miembro de soporte proporciona una excelente rigidez para sostener la membrana con orificios 1 y el elemento piezoeléctrico 2, mientras que al mismo tiempo la parte de película 20 del miembro de soporte permite un excelente contacto eléctrico a pesar de la dureza del entorno, en el que el nebulizador puede estar funcionando durante un periodo prolongado.
[0038] De manera adicional, el retenedor y la disposición de sellado también contribuyen a las características anteriores para ayudar a asegurar un funcionamiento fiable. El retenedor 27 y la junta tórica 25 proporcionan un soporte completo y uniforme directamente debajo del elemento piezoeléctrico 2, mientras que la junta tórica 28 de menor diámetro transmite las fuerzas de soporte desde arriba más cerca de la circunferencia de la membrana 1 donde se soporta por el miembro de soporte 3.
[0039] Como la placa con orificios 1 está unida a la arandela de soporte 3 por un medio térmico tal como la soldadura fuerte, las temperaturas elevadas para efectuar una buena unión de junta pueden tener un efecto indeseable sobre cualquier chapado aplicado a la arandela 3, que suele ser acero inoxidable o Hastelloy. No es posible aplicar el chapado posteriormente, ya que es difícil enmascarar la placa con orificios para evitar la entrada de materiales de chapado conductores, tales como plata, oro, níquel o similares en las aberturas.
[0040] Una forma de superar esto es aplicar un adhesivo conductor similar al adhesivo 20 que une el elemento piezoeléctrico 2 a la arandela de soporte 3. Puede aplicarse por medios automáticos como parte del proceso de aplicación para unir el elemento piezoeléctrico 2. No es necesario en la parte superior del elemento piezoeléctrico 2 para mantener la conductividad con el pasador de resorte 10 como tales elementos son típicamente recubiertos de plata.
[0041] Se requiere una corriente y un voltaje particulares para accionar el nebulizador 100 a la frecuencia deseada para generar el rango óptimo de aerosol [tamaño de partícula de 2,5-6,5 µm y caudales entre 0,1 y 2 ml/min] Las tensiones son típicamente de 12 V y el nebulizador se acciona a 128 kHz. El pasador de resorte de múltiples puntas 50 establece un excelente contacto eléctrico con el elemento piezoeléctrico 2 y la arandela 3, logrando un rendimiento uniforme en el que un penacho de aerosol tenga las características deseadas de tamaño de partícula y caudal.
[0042] Como el elemento piezoeléctrico es anular, asegura una vibración radial uniforme, que permite al núcleo trabajar en su modo óptimo de vibración. Esta disposición simétrica permite que la placa con orificios se mueva perpendicularmente al elemento piezoeléctrico de manera uniforme y coherente, con una fuerza uniforme aplicada alrededor de su circunferencia. Es importante destacar que, los pasadores no interfieren con el modo de vibración. Sus resortes actúan como amortiguadores que aseguran que estos conectores eléctricos no tengan un impacto en la frecuencia natural del núcleo. Añaden masa adicional mediante una reacción normal al movimiento del núcleo, absorbiéndose esta reacción normal a través del resorte de pasador de pogo.
[0043] También, se apreciará que la disposición de la invención solo requiere dos postes de sujeción.
[0044] Debido a que el pasador 11 tiene pegamento conductor entre sí mismo y el cuerpo principal de la arandela de soporte 3, se evitan los problemas de frote e intermitencia resultante, y se mejora la conexión eléctrica. El uso de un pegamento conductor reduce la posibilidad de que aumente la resistencia de contacto, que es un indicador conocido de la fatiga de contacto eléctrico. También, el uso de múltiples puntos de contacto 50 aumenta el área de contacto eléctrico potencial.
[0045] El mantenimiento de la conductividad eléctrica durante toda la vida útil del nebulizador se consigue mediante las siguientes características
[0046] ● Fuerzas de contacto de pasador superiores a un 1,3 N a una deflexión de 2,1 mm
[0047] ● Materiales seleccionados con baja resistividad eléctrica
[0048] ● Materiales menos oxidantes chapados sobre superficies de contacto de pasador de resorte
[0049] ● Geometría de cabezal de pasador de resorte seleccionada para proporcionar puntos de conexión de múltiples puntos con la superficie de contacto
[0050] ● Geometría de cabezal de resorte seleccionada para exponer las nuevas superficies a una mejor conexión eléctrica.
[0051] También, se apreciará que la invención se usa en la fabricación de generadores de aerosoles que requieren conexión eléctrica que tienen requisitos exigentes y que se requiere que sean fabricados en grandes volúmenes sin el uso de soldadura manual laboriosa.
[0052] La invención no se limita a las realizaciones anteriormente descritas, con referencia a los dibujos adjuntos, cuya construcción y detalles pueden variar dentro del ámbito de las reivindicaciones. Por ejemplo, puede haber una película de un material tal como el de la película 20 sobre el elemento piezoeléctrico, para el contacto con el primer pasador conductor.
Claims (12)
1. REIVINDICACIONES
1. Un generador de aerosoles (100) que comprende:
un miembro vibratorio (1) que tiene aberturas en su interior;
un elemento generador de vibraciones anular (2), de tal manera que la excitación del elemento generador de vibraciones (2) provoca el movimiento del miembro vibratorio (1), comprendiendo el elemento generador de vibraciones (2) un elemento piezoeléctrico anular (2) que tiene una primera superficie y una segunda superficie, un miembro de soporte anular (3) para el miembro vibratorio (1),
estando el elemento generador de vibraciones (2) montado en el miembro de soporte (3) mediante un adhesivo conductor de electricidad (20);
un primer pasador conductor de energía eléctrica (10) que se engrana con la primera superficie del elemento generador de vibraciones (2); un segundo pasador conductor de energía eléctrica (11) para conducir energía eléctrica a la segunda superficie del elemento generador de vibraciones (2);
en donde los pasadores (10, 11) son sustancialmente paralelos entre sí, extendiéndose en el mismo lado del elemento generador de vibraciones (2) y del miembro de soporte (3), estando los pasadores (10, 11) desplazados lateralmente en un lado del miembro de soporte (3) y del elemento generador de vibraciones (2),
en donde la segunda superficie del elemento generador de vibraciones (2) está montada en el miembro de soporte (3), y el segundo pasador conductor (11) se engrana con el miembro de soporte (3),
un retenedor (27) que soporta un conjunto del miembro de soporte (3), el elemento generador de vibraciones (2) y el miembro vibratorio (1); en donde el retenedor (27) engrana una superficie inferior del miembro de soporte (3) a través de un sello anular (25) y engrana una superficie superior del miembro de soporte (3) a través de un sello anular de contrapeso superior (28);
cada uno de los pasadores conductores (10, 11) comprende un pasador de resorte, comprendiendo cada uno de los pasadores (10, 11) un cilindro (32) y un émbolo (30) que es empujado por un resorte (31) alojado en el cilindro (32), y caracterizados por que,
el miembro vibratorio (1) tiene una geometría de forma de cúpula, y
el sello anular superior (28) es adyacente al borde del miembro vibratorio (1) y tiene una dimensión radial menor que el sello anular inferior (25),
el sello anular inferior (25) entra en contacto con el miembro de soporte (3) en una ubicación por debajo del elemento generador de vibraciones (2), y el sello anular superior (28) entra en contacto con el miembro de soporte (3) lateralmente en el interior del elemento generador de vibraciones (2).
2. Un generador de aerosoles de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer y segundo pasadores conductores (10, 11) son idénticos.
3. Un generador de aerosoles de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la fuerza de contacto de resorte ejercida está en el intervalo de 1,3 N y 3 N.
4. Un generador de aerosoles de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el émbolo (30) del pasador (10, 11) es de un material de baja resistividad eléctrica.
5. Un generador de aerosoles de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el material del émbolo (30) se selecciona de una aleación de berilio-cobre, níquel, aleación de cobre-zinc o acero inoxidable.
6. Un generador de aerosoles de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde una superficie de contacto interfacial de al menos un pasador (10, 11) tiene un revestimiento metáli
interfaciales.
7. Un generador de aerosoles de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el revestimiento comprende un revestimiento inferior y un revestimiento exterior.
8. Un generador de aerosoles de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el revestimiento inferior comprende níquel o plata.
9. Un generador de aerosoles de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el revestimiento exterior comprende oro o níquel.
10. Un generador de aerosoles de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde dicho adhesivo conductor de electricidad (20) comprende un epoxi que tiene un módulo de tracción en el intervalo de 2000 MPa a 7000 Mpa y una resistencia en el intervalo de 1 miliohmnio/cm<2>a 100 miliohmnio/cm<2>.
11. Un generador de aerosoles de acuerdo con la reivindicación 10, en donde dicho adhesivo conductor de electricidad (30) tiene una característica de curado en los intervalos de 3 minutos a 175 °C y 240 minutos a 100 °C.
12. Un generador de aerosoles de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en donde dicho adhesivo conductor de
electricidad (30) tiene una dureza en el intervalo entre 70 y 85 Shore D (ASTM D2240).
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