一种单片机操作装置, 用于生成传统卷烟烟雾和电子烟气溶胶中的液体萃取物
2018年1月18日
在这里, 我们描述一个可编程的实验室设备, 可用于创建传统卷烟烟雾和电子香烟气溶胶提取物。这种方法为直接比较传统卷烟和电子卷烟提供了一个有用的工具, 是电子卷烟研究中一个容易进入的切入点。
该程序的总体目标是从电子烟气溶胶中生成液体提取物，用于毒理学测定。这种方法可以帮助回答有关电子烟的重要问题，例如电子烟气雾剂如何影响人体血管细胞？该技术的主要优点是它允许任何单个实验室定制气流和抽吸定时方案，以满足其特定的研究需求。
这项技术的影响延伸到更好地了解使用电子烟的潜在风险，因为它提供了一个可定制的平台，可以在您自己的实验室中生成电子烟气溶胶提取物。这种方法可以深入了解电子烟的风险。它也可以应用于其他产品，例如传统烟草产品或大麻产品。
首先，将 100 毫升 Buchner 烧瓶固定在钢环支架上，并在其中填充 50 克氯化钙作为干燥剂，以创建一个真空阱。接下来，用橡胶通孔塞密封烧瓶。用石蜡膜包裹塞子连接处，然后用移液器穿过孔。
使用乙烯基管，将从顶部延伸的移液器连接到 T 形交叉软管连接器。然后用它将两个撞击器相互连接，并将第二个撞击器的输出连接到 T 形交叉软管连接器。接下来，使用乙烯基管连接第一个撞击器的输入端口，以用作吸入端口。
此外，将 Buchner 培养瓶的侧臂连接到气流调节器的输入端口。并将气流调节器的出口连接到真空泵。然后将 510 螺纹底座放入环形支架夹中，并使用乙烯基管将电磁阀连接到 T 形交叉软管连接器的自由端。
完成后，检查所有接头是否密封，并根据需要使用软管夹和真空润滑脂。首先，将每个电子烟雾化器或储罐放在分析天平上，确定其使用前的质量。使用前和使用后之间的重量差异将决定适当的剂量。
对于商业 3R4F 研究香烟，尼古丁含量为 7 毫克。对于所有其他商业卷烟，尼古丁含量应通过常规分析方法确定。当使用中性红摄取细胞活力测定进行下游分析时，用 4.3 mL 内皮细胞培养基填充初级撞击器的储液槽。
接下来，准备电子烟或传统香烟进行提取。要准备用于提取的传统香烟，请在过滤嘴周围贴上一条透明胶带，并在烟纸与过滤嘴的连接处放置一个易于看到的标记。要准备电子烟，请确保电池充满电，并且雾化器已紧紧拧到电池上。
如果使用电子烟罐，请确保罐中装有适当体积的电子烟液，并将罐拧到 510 螺纹底座上。对于传统香烟，请将其装入吸入口并用软管夹固定。然后打开真空泵。
调整流量计，每分钟拉动 1.65 升，以确保在两秒内抽出 55 毫升。然后打开微控制器，用它在第一口抽烟时点燃香烟。运行泵，直到达到预计的所需浓度。
对于电子烟，首先将其装入吸入口并用软管夹固定。与传统香烟一样，打开真空泵并调整流量计以每分钟拉动 1.65 升，以确保在两秒钟内吸出 55 毫升。运行泵，直到使用预计的所需体积。
然后停止真空，并使用分析天平确定每个电子烟雾化器或罐的使用后质量。将其与使用前的质量进行比较，以确定消耗的总质量。如果消耗的质量不足，请将电子烟放回设备并运行提取更多时间。
每次萃取后，用 70% 乙醇和去离子水冲洗装置的管路和储液槽，以防止样品之间残留。然后短暂运行空设备，让气流有助于干燥管路。如果提取物用于细胞培养，请通过 0.22 微米聚醚砜针式过滤器过滤含有培养基的提取物。
在运行测定前一天，在 100 微升内皮细胞生长培养基中，以每孔 10， 000 个细胞的密度将人脐静脉内皮细胞接种到 96 孔板中。将细胞在 37 摄氏度和 5% CO2 下孵育 24 小时。第二天，用 100 μL 新鲜的内皮细胞培养基代替旧的培养基作为对照，或用 100 μL 含有 500 μmol 消耗尼古丁的内皮细胞生长培养基作为处理组。
用铝箔密封板以保持孔气密，然后将板放回培养箱中 18 至 24 小时。香烟烟雾和电子烟气溶胶的许多成分都是易挥发的，因此用铝箔密封覆盖孔很重要，这样孔才能密封。使用前不久，在细胞培养基中稀释 100 倍中性红储备液 1 至 100 以制备 1 倍中性红染色溶液。
使用前，将中性红染色溶液在 37 摄氏度下孵育至少 30 分钟。一些晶体在孵育过程中沉淀是正常的。为避免将这些晶体涂抹到细胞培养孔上，请将溶液通过 22 微米过滤器。
取出实验培养基，向每个孔中加入 100 μL 中性红色染色溶液。使用过量的染色剂创建至少三个空白孔以进行适当定量。将板孵育 2 至 4 小时，然后去除中性红色染色溶液，并浸入 PBS 中洗涤细胞 3 次。
接下来，涂上中性红色脱色溶液，并在室温下摇动时孵育板至少 10 分钟。完成后，以 540 纳米的吸光度读取板。在人脐静脉内皮细胞暴露于常规香烟烟雾提取物或电子烟气溶胶提取物后的 24 小时内，细胞活力显着降低。
除了细胞活力研究外，如果提取到丙酮中，还可以使用气相色谱质谱法分析提取物本身。使用这种方法，可以确定提取物的许多成分。不要忘记，使用气溶胶或烟雾可能很危险，并且所有提取都应在化学安全罩中进行。
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概览
本文介绍了一种用于制造常规香烟烟雾和电子香烟气溶胶提取物的可编程实验室设备。该方法允许直接比较这两种类型的产品，便于研究电子香烟。
关键研究组成部分
科学领域
- 毒理学
- 公共卫生
- 生物医学研究
背景
- 了解电子香烟气溶胶的影响对公共卫生至关重要。
- 当前的研究缺乏比较烟草产品的标准化方法。
- 可定制的方法可以提高毒理学研究的相关性。
- 本研究旨在填补电子香烟研究方法的空白。
研究目的
- 生成用于毒理学测定的电子香烟气溶胶液体提取物。
- 调查电子香烟气溶胶对人体血管细胞的影响。
- 为实验室提供一个可定制的平台，用于研究电子香烟的风险。
使用的方法
- 用于气溶胶提取的可编程设备。
- 可定制的气流和吸气时间协议。
- 提取物在毒理学测定中的应用。
- 与常规烟草产品的比较分析。
主要结果
- 该方法允许根据具体研究需求定制提取过程。
- 获得的见解可以反映出与电子香烟使用相关的潜在风险。
- 该技术适用于其他产品，包括大麻。
结论
- 该方法增强了对电子香烟风险的理解。
- 它为毒理学和公共卫生研究人员提供了一个有价值的工具。
- 未来的研究可以利用这种方法来探索各种气溶胶产品。
常见问题
Executive Industry Relevance
Standardized, reproducible extraction of cigarette smoke and electronic cigarette aerosol is critical for toxicological evaluation and regulatory science. This programmable device enables direct, quantitative comparisons between conventional and electronic products, supporting risk assessment and translational research. Its customizable protocols address a key gap in assay development and cross-study comparability for biopharma and public health portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hypothesis-driven interrogation of aerosol and smoke toxicity on human cell models.
- Supports mechanistic de-risking by isolating specific exposure variables.
- Facilitates functional validation of toxicological targets relevant to vascular and respiratory biology.
Screening & Assay Development
- Provides standardized extracts for reproducible cell viability and chemical analysis assays.
- Enables quantitative dosing and exposure control for high-confidence screening workflows.
- Supports assay scalability and cross-lab comparability through programmable extraction parameters.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro exposure systems with disease-relevant endpoints for translational toxicology.
- Enables continuity from discovery-stage findings to preclinical risk assessment models.
- Supports biomarker identification by linking chemical composition to cellular outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
This device integrates into the toxicology discovery continuum, from early mechanistic studies to preclinical risk evaluation and regulatory submission support.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on aerosol and smoke effects in controlled cell systems.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative extracts for downstream viability and chemical assays.
- Analytics: Enables precise measurement of exposure variables and chemical constituents for comparative analysis.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to preclinical models by standardizing exposure conditions.
- Enterprise Reuse: Offers a flexible, programmable platform adaptable to various tobacco and cannabis product studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in toxicological outcomes and target validation.
- Operational Value: Enhances reproducibility, standardization, and cross-study comparability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for product safety and regulatory submissions.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of toxicology and public health research initiatives.
Implementation Considerations
- Requires expertise in toxicology, analytical chemistry, and cell-based assay design.
- Needs access to programmable extraction hardware and analytical instrumentation.
- Demands rigorous cross-team standardization of extraction and dosing protocols.
- Adaptable to various product types but may require protocol optimization for each matrix.
- Must be operated in a chemical safety hood due to hazardous aerosol and smoke exposure.
