هنا، نثبت أن رذاذ سائل إلكتروني تجاري بواسطة جهاز رذاذ هوائي عند 200 درجة مئوية يوفر رذاذ منخفض المعادن بمستويات ألدهيد مماثلة لتلك الموجودة في السجائر الإلكترونية الحقيقية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة بحثية
هنا، نثبت أن رذاذ سائل إلكتروني تجاري بواسطة جهاز رذاذ هوائي عند 200 درجة مئوية يوفر رذاذ منخفض المعادن بمستويات ألدهيد مماثلة لتلك الموجودة في السجائر الإلكترونية الحقيقية.
عندما يتم تحويل السائل الإلكتروني إلى السيجارة الإلكترونية لاستنشاقه من قبل المستخدم، يصبح الهباء الجوي ملوثا بمزيج من المواد السامة، بما في ذلك المعادن والألدهيدات. هناك طريقة لتوليد رذاذ السجائر الإلكترونية الذي يحتوي على نسبة عالية من الألدهيد ولكن محتوى معدني منخفض، لكنها ضرورية لفك التأثيرات المستقلة المحتملة مقابل التفاعلات السمية بين الألدهيد والتعرض للمعادن من خلطات السجائر الإلكترونية.
كان هدف هذه الدراسة هو إيجاد طريقة لتوليد الهباء الجوي الغني بالألدهيد من السوائل الإلكترونية التي تفتقر، مع ذلك، إلى التلوث المعدني الكبير الموجود عادة في رذاذ السجائر الإلكترونية. لتسخين السائل الإلكتروني عند درجات حرارة تعزز تكوين الألدهيد (حتى 200 درجة مئوية)، تم تسخين جهاز رذاذ هوائي خارجيا. تم تحويل خليط من خليط البروبيلين النقي من الجليكول/الجلسرين النباتي (PG/VG) والسائل الإلكتروني التجاري إلى رذاذ هوائي. تم تحليل الهباء الجوي للكشف عن سموم معروفة مرتبطة بالسجائر الإلكترونية، بما في ذلك 11 ألديهايدات باستخدام الكروماتوغرافيا السائلة - مطيافية الكتلة المتتالية و9 معادن (Cr، Cu، Fe، Mn، Ni، Pb، Sr، V، Zn) باستخدام مطيافية كتلة البلازما المحثية المرتبطة.
مستويات الألديهايد في الهباء الجوي من المبخر الهوائي وصلت فقط إلى تلك الموجودة في رذاذ السجائر الإلكترونية الحقيقي إذا تم تحويل السائل الإلكتروني التجاري إلى رذاذ عند 200 درجة مئوية. كانت مستويات المعادن في الهباء الجوي من المبخر الهوائي أقل ب 8 مرات على الأقل من رذاذ السجائر الإلكترونية من جهاز "مود" يعمل عند 50 واط Cu، Ni، وPb. كانت مستويات الأنابيب منخفضة بشكل خاص عبر جميع عينات الهباء الجوي، مع بعض المستويات أقل من حد كشف الطريقة (MDL).
تحول رذاذ سائل إلكتروني تجاري بواسطة جهاز رذاذ هوائي عند درجة حرارة 200 درجة مئوية ينتج رذاذا منخفضا في المعدن (خصوصا النيكلي، النحس، الفزيوم)، لكن مستويات الألدهيد تقارن بما هو موجود في رذاذ السجائر الإلكترونية الحقيقي.
في الولايات المتحدة، تعد السجائر الإلكترونية أكثر منتجات التبغ استخداما بين الشباب؛ في عام 2024، أفاد 5.9٪ من الطلاب باستخدامهم السجائر الإلكترونية1. هذا يشكل قلقا صحيا عاما لأن رذاذ السجائر الإلكترونية، الذي يستنشقه مستخدمو السجائر الإلكترونية، يحتوي على مجموعة واسعة من المواد الكيميائية السامة التي، عند الاستنشاق، قدتسبب آثارا صحية سلبية متنوعة. بعض المواد الكيميائية السامة في الهباء الجوي قد لا تنبعث فقط من التركيبة الأصلية للسائل الإلكتروني، بل قد تدخل أيضا أثناء استخدام الجهاز. على سبيل المثال، تتسرب المعادن من ملف التسخين المعدني المستخدم لتحويل السائل الإلكتروني عبر عملية الذوبان والتبخر إلى الهباءالجوي 3. على النقيض من ذلك، تتكون معظم الألدهيدات الموجودة في رذاذ السجائر الإلكترونية من المكونات الأساسية للسوائل الإلكترونية، مثل البروبيلين غليكول (PG) والجلسرين النباتي (VG)، عندما ترتفع درجة حرارة السائل الإلكتروني إلى نقطة غليان السائل الإلكتروني لغرض التهوية4.
وجود المعادن والألدهيدات في رذاذ السجائر الإلكترونية يثير قلقا خاصا لأن العديد منها سام، خاصة للدماغ وأعضاء أخرى. على سبيل المثال، المعادن مثل الرصاص (Pb)، المنغنيز (Mn)، النحاس (Cu)، الحديد (Fe)، النيكل (Ni)، والكروم (Cr) هي مواد سمية عصبية معروفة وجد أنها تتراكم في أدمغة الفئران المعرضة لرذاذ السجائر الإلكترونية، بمستويات وصفت سابقابأنها تسبب تأثيرات سامة عصبية. التعرض العالي للميثانوجين والبكربون، وتحميل زائد الحديد في الدماغ، واختلال توازن النحمار كلها مرتبطة بزيادة خطر التطور و/أو تقدم الأمراض التنكسية العصبية، مثل مرض باركنسون (PD). عادة ما تتضمن هذه السمية العصبية الناتجة عن المعادن آليات خلوية مثل الإجهاد التأكسدي الناتج عن فرط إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلي (ROS)، خلل الميتوكوندريا، تجمع البروتينات، والالتهاب العصبي 6,7,8.
كما تم ربط الألدهيدات الأكروليين والفورمالديهايد بالتنكس العصبي 9,10,11، مما قد يؤدي إلى أمراض عصبية متأخرة مثل باركنسون. كما هو موضح في نموذج فأر باركنسون، يمكن أن يكون تراكم الألدهيد ساما من خلال تعزيز تجمع البروتين12، وقد يكون لدى الأفراد الذين لديهم طفرة في الإنزيم المسؤول عن تحويل الأسيتالديهيد إلى حمض الخليك (ALDH2) خطر أكبر للإصابة بمرض الزهايمر13. على الرغم من أنه معروف أن المعادن والألديهيدات يمكن أن تكون سامة عصبية بشكل فردي، إلا أن هناك معرفة أقل عن تأثيراتها كخلطات، ويبدو من الصعب جدا فك تشابك التأثيرات المستقلة والتفاعلية بين هاتين المجموعتين الكيميائيتين في سياق التعرض لرذاذ السجائر الإلكترونية. لدراسة التأثيرات السمية المرتبطة بالفئة الكيميائية بشكل صحيح، هناك حاجة إلى القدرة على توليد هباء رذاذ محاكى أقل من المعادن مقارنة بالهباء الجوي من سيجارة إلكترونية مرجعية مختارة مع مطابقة مستويات الألدهيد.
هدف هذه الورقة هو إثبات طريقة تقوم بتحويل السائل الإلكتروني إلى رذاذ إلكتروني عند درجة حرارة عالية لتوليد رذاذ غني بالألدهيد، والذي يفتقر إلى تلوث معدني كبير، لتوفير أداة جديدة لمجال السموم لفك تشابك التأثيرات السامة لهذه المواد الكيميائية داخل خلطات السجائر الإلكترونية. لتحقيق هذا الهدف، تجنبنا تحويل السائل الإلكتروني إلى رذاذ باستخدام ملف تسخين معدني، والذي كان سيعمل كمصدر لتلوث المعادن. بدلا من ذلك، استخدمنا مبخرا هوائيا14، يتم تسخينه خارجيا لتعزيز تكوين الألدهيدات من السوائل الإلكترونية. لتقييم نهجنا، قارنا مستويات الألدهيد والمعادن في الهباء الجوي من جهاز التبخير مع تلك الموجودة في سيجارة إلكترونية "مود" استخدمناها لتعريض القوارض لرذاذ السجائر الإلكترونية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعداد المبخر الهوائي
جميع المواد المستخدمة في الدراسة مدرجة في ملف جدول المواد . لتوليد رذاذ إلكتروني محاكى دون استخدام ملف تسخين معدني يطلق المعادن، استخدمنا جهاز تبخير هوائي تجاري. لتحقيق درجات الحرارة العالية اللازمة لتعزيز تكوين الألدهيد، قمنا بتسخين المبخر الهوائي ككامل عن طريق لف شريط التسخين حوله. ولهذا الغرض، قمنا بفك البرغيتين اللذين يثبتان وحدة الهباء الجوي الفعلي على حاملها، بحيث يمكن توجيه شريط التسخين عبر الفجوة الناتجة بدلا من لفها حول الحامل. تم قياس درجة حرارة المبخر الهوائي عن طريق تركيب كاشف درجة حرارة مقاومة البلاتين على سطحه الخارجي، أي أن درجة حرارة السائل الإلكتروني لم تقاس مباشرة. تم تحسين الاتصال الحراري بوضع كمية صغيرة من المعجون الحراري على الكاشف. كانت درجة الحرارة المقاسة تقرأ بواسطة لوحة متحكمات دقيقة، تتحكم في مرحل لتزويد شريط التسخين بقدرة خط 110 فولت إذا كانت درجة الحرارة الفعلية أقل من درجة الحرارة المستهدفة (بين 50 °م و200 °م). يوضح الشكل 1 الإعداد التجريبي.
المواد التي تحتاجها لتشغيل المبخر الهوائي والتي تم توريدها أصلا من قبل المصنع كان يجب استبدالها بمواد أكثر مقاومة للحرارة: 1) تم استبدال أنابيب التغذية السائلة (PTFE بقياس 14) بأنابيب سيليكون عالية الحرارة (1/8" OD)، 2) تم استبدال أقسام أنابيب البولي إيثيلين عالية الوزن الجزيئي (1/4" OD) من خط التصريف السائل الزائد ومصدر الهواء المفلتر بأنابيب بلاستيكية صلبة شديدة الحرارة (1/4" OD).

الشكل 1: مخطط إعداد التجريب. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
تشغيل المبخر الهوائي
تشغيل المبخر الهوائي في وضع إعادة التدوير الافتراضي قد يسبب تراكم المعادن في السائل الإلكتروني المعاد تدويره، وهو السائل الإلكتروني الزائد غير المهووس بالرذاذ الذي يتدفق عبر تصريف السائل الزائد عائدا إلى زجاجة السائل الإلكتروني. لمنع تراكم المعادن المصاحبة في الهباء الجوي المتولد، تم تشغيل المبخر الهوائي في وضع غير إعادة التدوير، حيث يتدفق سائل الفائض الإلكتروني إلى زجاجة نفايات إضافية. يتم ترشيح الهواء المضغوط في المنزل وتجفيفه قبل تزويده بالرذر عبر مصدر هواء مفلتر، يتكون من فلتر مسبق للاندماج، ومرشح تجمع، ومرشح كربون، ومجفف غشائي لإزالة الجسيمات الصلبة، وقطرات الزيت والماء، وبخار الزيت والماء. وفقا للشركة المصنعة، فإن الترشيح النهائي للكربون يزيل 99.99995٪ من الجسيمات > حجم 100 نانومتر.
مجموعة الهباء الجوي
تم استخدام المبخر الهوائي لتوليد الهباء الجوي من محلول PG بنسبة 70٪ فوليوم/30٪ فوليوم VG أو سائل إلكتروني تجاري حقيقي يحتوي على 6٪ نيكوتين استخدمناه في أبحاث سابقة15. تمت مقارنة مستويات الألديهيد والمعادن في الهباء الجوي الناتج عن المبخر الهوائي مع تلك الموجودة في الهباء الجوي الناتج عن السائل الإلكتروني التجاري باستخدام سيجارة إلكترونية مود، أي جهاز قابل للتعديل يمكن إعادة تعبئته بالسائل الإلكتروني ويمكن ضبط قوة تشغيله. مؤخرا، استخدم هذا التعديل للتعرض المزمن للقوارض لجهاز السجائر الإلكترونية الناتجة بقوة 30 واط5. في هذه الدراسة، تم تشغيل الجهاز بقوة إما 30 واط أو 50 واط.
في جميع التجارب، بما في ذلك تلك التي استخدمت المبخر الهوائي وتلك التي استخدمت سيجارة مود الإلكترونية، تم جمع عينات الهباء الجوي على ثلاث نسخ باستخدام الطريقة التي طورها أولميدو وآخرون لتحليلات المعادن والألدهيد اللاحقة. تم تحليل عينات الهباء الجوي لتسعة معادن (Cr، Cu، Fe، Mn، Ni، Pb، Sr، V، Zn) باستخدام مطيافية كتلة البلازما الحثية (ICP-MS) و11 ألديهيدا (أسيتالديهايد، أسيتون، أكرولين، بنزالديهايد، 2-بوتانون، بيوتيرالديهايد، كروتونالديهايد، الفورمالديهايد، هيكسالديهايد، بروبيونالديهايد، خماسي الميكان) بواسطة الكروماتوغرافيا السائلة المزدوجة (LC-MS/MS) (انظر الملف التكميلي 1 والجدول التكميلي 1 والجدول التكميلي 2 للتفاصيل). لم يكن انتقال المعادن المحتمل بين الهباء الجوي المجمع ونظام أنابيب الجمع مصدر قلق، باستثناء الزنك.
مستشعر كهروكيميائي لمسح الألدهيد في الوقت الحقيقي
تم استخدام حساس كهروكيميائي منخفض التكلفة لمقارنة تركيزات الأيروج ألدهيد الناتجة عن سوائل إلكترونية مختلفة عند درجات حرارة مختلفة في الوقت الحقيقي، وبالتالي القدرة على تعديل الظروف التي تفضل توليد الألدهيدات بسرعة أكبر مقارنة بالتحليل غير المتصل بواسطة LC-MS/MS. وفقا للشركة المصنعة، يقيس هذا المستشعر تركيزات الفورمالديهايد بقراءة قصوى تبلغ 5,000 جزء في المليار. يمكن توصيل المستشعر مباشرة بالحاسوب عبر كابل USB، ويمكن عرض تركيزات الفورمالديهايد في الوقت الحقيقي باستخدام برنامج مقدمه من الشركة المصنعة للحساس. مكنتنا هذه القياسات الفورية من تحديد الظروف المثلى لتوليد الألدهيدات باستخدام المبخر الهوائي الخاص بنا. لحماية الحساس من الهباء الجوي، وضع الحساس في صندوق صغير يسمح بتبادل الهواء المحيط عبر غشاء صغير بحجم مسام يغطي ثقبا في الصندوق (مع حجب قطرات الهباء الجوي).
التحليل الإحصائي
تم استخدام مخططات الصندوق لعرض توزيعات تركيزات المعادن والألدهيد المقاسة في الهباء الجوي والسائل الإلكتروني (الشكل 2). للحصول على فكرة عن تركيز الألدهيد والمعادن في عينة الهباء الجوي، قمنا بتجميع البيانات. قمنا بجمع تركيزات المعادن التسعة التي تم قياسها لتحديد تركيز "كلي" للمعدن. وبالمثل، جمعنا تركيزات الألدهايد الأحد عشر المقاس لتحديد تركيز الألدهايد "الكلي". تم إجراء جميع التحليلات الإحصائية باستخدام الإصدار 4.3.3 من برنامج R. تم تحليل الفروقات في تركيزات المعادن عبر هباء الجروح والسوائل الإلكترونية المختلفة بواسطة اختبار t. عندما كانت قيم p أقل من 0.05، اعتبرت الفروقات مختلفة بشكل ملحوظ.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
استكشاف الظروف التي تعزز تكوين الألدهيد
تم توليد الهباء الجوي على أربع مراحل. في البداية، استخدمنا المبخر الهوائي لتوليد رذاذ من محلول PG/VG عند 50 درجة مئوية و100 درجة مئوية، واستخدمنا السيجارة الإلكترونية "مود" لتوليد الهباء الجوي من السائل الإلكتروني التجاري بقوة تشغيل 30 واط و50 واط. كما حددته LC-MS/MS، كانت مستويات الألدهيد الكلية أقل بكثير في الهباء الجوي PG/VG مقارنة بالرذاذ الحقيقي للسجائر الإلكترونية (الشكل 2A).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
كان إجمالي تركيز الألدهايد (11 ألدهيد) للرذاذ الذي ولدناه باستخدام المبخر الهوائي من سائل إلكتروني تجاري عند درجة حرارة 200 درجة مئوية في حدود تلك المقاسة بالهباء الجوي من جهاز Mod يعمل بقوة 30 أو 50 واط. على وجه الخصوص، ظهر الأكروليين بمستويات عالية لوحظت في رذاذ السجائر الإلكترونية الحقيقية. ومع ذلك، لم تتطابق مستويات الفورمالديهايد مع تلك التي لوحظت في رذاذ السجائر الإلكترونية. بشكل عام، مستويات الألدهيدات التي أبلغ عنها في دراستنا، والتي تتراوح من انخفاض ng/g إلى انخفاض ميكروغرام/جم ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
جميع المؤلفين يعلنون عدم وجود تضارب مصالح.
وقد دعم هذا العمل منح NIH R01ES032954 و P30ES009089.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| Agilent 8900 ICPMS | أجيلينت | https://www.agilent.com/en/product/atomic-spectroscopy/inductively-coupled-plasma-mass-spectrometry-icp-ms/icp-ms-instruments/8900-triple-quadrupole-icp-ms؟ | |
| معايير الألديهايد/الكيتون-DNPH | سوبيلكو | ERA-028 | |
| برنامج المحلل | Sciex | الإصدار 1.6.2 | |
| عمود C18 | Kinetex | https://www.phenomenex.com/part?partNo=00D-4475-AN | 1.7 & m |
| رذاذ من نوع التصادم | TSI | الطراز 3076 | |
| السائل الإلكتروني التجاري | بيوندفاب، حديقة بالدوين، كاليفورنيا، الولايات المتحدة | ثعلبة الحوت الشاحبة' س كيس | تم شراؤه بمحتوى نيكوتين 6٪ |
| المستشعر الكهروكيميائي | سينسيريون | SFA30 | |
| أنابيب PTFE ذات درجات حرارة قصوى&nb; | ماكماستر-كار | 5239K12 | أنابيب بلاستيكية صلبة عالية الحرارة للمواد الكيميائية، التفلون والريج شبه الشفاف؛ بلاستيك PTFE بدون خطوط، معرف 3/16" ، 1/4" OD، |
| إمداد الهواء المفلتر | TSI | الطراز 3074B | |
| شريط التدفئة | بريسك هيت | TBIH051-020LD | شريط حراري معزول بعنصر مزدوج، 2 بوصة × نصف بوصة، 156 واط |
| أنابيب سيليكون عالية الحرارة | كويك كون | أنابيب سيليكون نقي، 1/16" معرف، 1/8" OD | |
| مارس 6 | CEM | https://cem.com/mars-6 | |
| لوحة التحكم الدقيق | أردوينو | أردوينو أونو ريف3 | |
| سجائر إلكترونية مود | شركة إيليف للإلكترونيات المحدودة، مدينة شنزن، الصين | iStick Pico Plus، Melo 4S Tank، EC-A 0.3 و Omega؛ coil | |
| متعدد الكميات | Sciex | الإصدار 3.0.3 | |
| NexION 350S ICPMS | بيركين إلمر | نيكسون 350 | |
| حمض النيتريك | فيشر كيميكال | أوبتيما | درجة تحليل العناصر الأثر الفائق |
| كاشف درجة حرارة مقاومة البلاتين&nb; | أدافروت | PT1000 | |
| نظام Qtrao 6500 LC-MS/MS | Sciex | https://sciex.com/products/mass-spectrometers/qtrap-systems/qtrap-6500-system | مطياف الكتلة المزدوج |
| شيمادزو LC | شيمادزو | https://www.shimadzu.com/an/products/liquid-chromatography/index.html |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.