Sterowane mikrokontrolerem urządzenie do wytwarzania płynnych ekstraktów z konwencjonalnego dymu papierosowego i aerozolu z papierosów elektronicznych
January 18th, 2018
Tutaj opisujemy programowalne urządzenie laboratoryjne, które może być używane do tworzenia ekstraktów konwencjonalnego dymu papierosowego i aerozolu z papierosów elektronicznych. Metoda ta stanowi użyteczne narzędzie do bezpośrednich porównań między tradycyjnymi papierosami a papierosami elektronicznymi i stanowi przystępny punkt wyjścia do badań nad papierosami elektronicznymi.
Ogólnym celem tej procedury jest wygenerowanie płynnych ekstraktów z aerozoli papierosów elektronicznych do wykorzystania w testach toksykologicznych. Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na ważne pytania dotyczące papierosów elektronicznych, takie jak to, jak aerozol z papierosów elektronicznych wpływa na ludzkie komórki naczyniowe? Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona na dostosowanie protokołu przepływu powietrza i czasu zaciągania przez dowolne laboratorium do ich specyficznych potrzeb badawczych.
Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku lepszego zrozumienia potencjalnych zagrożeń związanych z używaniem papierosów elektronicznych, ponieważ zapewnia ona konfigurowalną platformę, która może generować ekstrakty aerozolowe z papierosów elektronicznych we własnym laboratorium. Ta metoda może zapewnić wgląd w ryzyko związane z papierosami elektronicznymi. Może być również stosowany do innych produktów, takich jak konwencjonalne wyroby tytoniowe lub produkty z konopi indyjskich.
Na początek przymocuj 100-mililitrową kolbę Buchnera do stalowego stojaka pierścieniowego i utwórz pułapkę próżniową, wypełniając ją 50 gramami chlorku wapnia, aby służyła jako środek osuszający. Następnie uszczelnić kolbę gumowym korkiem z otworem przelotowym. Owinąć złącze korka folią parafinową i przepuścić pipetę przez otwór.
Za pomocą rurki winylowej podłącz pipetę wystającą z nakładki do złącza węża o przekroju T. Następnie użyj go, aby połączyć ze sobą dwa impingery i podłączyć wyjście drugiego impingera do złącza węża o przekroju T. Następnie użyj rurki winylowej, aby podłączyć port wejściowy pierwszego impingera, który będzie służył jako port inhalacyjny.
Podłącz również ramię boczne kolby Buchnera do portu wejściowego regulatora przepływu powietrza. I podłącz port wyjściowy regulatora przepływu powietrza do pompy próżniowej. Następnie umieść podstawę z gwintem 510 w stojaku pierścieniowym clamp i użyj rurki winylowej, aby podłączyć zawór elektromagnetyczny do wolnego końca złącza węża o przekroju T.
Po zakończeniu sprawdź, czy wszystkie połączenia są szczelne i w razie potrzeby nałóż zaciski na wąż i odkurz smar. Najpierw określ masę każdego kartomizera lub zbiornika do e-papierosów przed ich użyciem, umieszczając je na wadze analitycznej. Różnica masy ciała między stosowaniem przed i po użyciu określi odpowiednie dawkowanie.
W przypadku komercyjnych papierosów badawczych 3R4F zawartość nikotyny wyniesie 7 miligramów. W przypadku wszystkich innych papierosów dostępnych na rynku zawartość nikotyny powinna być oznaczana za pomocą konwencjonalnych metod analitycznych. W przypadku stosowania testu żywotności komórek wychwytu czerwieni obojętnej do dalszej analizy, należy napełnić zbiornik impingera pierwotnego 4,3 mililitra pożywki do hodowli komórek śródbłonka.
Następnie przygotuj elektronicznego papierosa lub konwencjonalnego papierosa do ekstrakcji. Aby przygotować konwencjonalnego papierosa do ekstrakcji, nałóż kawałek przezroczystej taśmy wokół filtra i umieść łatwo widoczny znak w miejscu, w którym bibułka papierosowa łączy się z filtrem. Aby przygotować e-papierosa, upewnij się, że bateria jest dobrze naładowana i że kartomizer jest mocno przykręcony do akumulatora.
Jeśli używasz zbiornika na papierosy elektroniczne, upewnij się, że do zbiornika załadowana jest odpowiednia ilość płynu do papierosów elektronicznych i przykręć zbiornik do podstawy gwintowanej 510. W przypadku tradycyjnego papierosa załaduj go do portu inhalacyjnego i zabezpiecz zaciskiem węża. Następnie włącz pompę próżniową.
Wyreguluj przepływomierz, aby ciągnął 1.65 litra na minutę, aby zapewnić 55-mililitrowe zaciągnięcie w ciągu dwóch sekund. Następnie włącz mikrokontroler i użyj go do zapalenia papierosa przy pierwszym zaciągnięciu. Uruchom pompę, aż zostanie osiągnięte przewidywane pożądane stężenie.
W przypadku e-papierosa zacznij od załadowania go do portu wdechowego i zabezpieczenia za pomocą zacisku węża. Podobnie jak w przypadku konwencjonalnego papierosa, włącz pompę próżniową i wyreguluj przepływomierz, aby pobierał 1,65 litra na minutę, aby zapewnić 55-mililitrowe zaciągnięcie w ciągu dwóch sekund. Uruchom pompę, aż zostanie wykorzystana przewidywana żądana objętość.
Następnie zatrzymaj podciśnienie i określ masę po użyciu każdego kartomizera lub zbiornika do e-papierosów za pomocą wagi analitycznej. Porównaj to z masą przed użyciem, aby określić całkowitą zużytą masę. Jeśli zużyto niewystarczającą masę, włóż elektronicznego papierosa z powrotem do urządzenia i uruchom ekstrakcję na dodatkowy czas.
Po każdej ekstrakcji przepłucz rurki i zbiorniki urządzenia 70% etanolem i wodą dejonizowaną, aby zapobiec przenoszeniu między próbkami. Następnie na krótko uruchom puste urządzenie, aby umożliwić przepływ powietrza, aby pomóc w suszeniu przewodów. Jeśli ekstrakt ma być użyty do hodowli komórkowej, należy przefiltrować ekstrakt zawierający pożywkę przez 0,22-mikronowy filtr strzykawkowy z polieterosulfonu.
Na dzień przed uruchomieniem testu wysiewaj ludzkie komórki śródbłonka żyły pępowinowej na 96-dołkowe płytki po 10 000 komórek na studzienkę w 100 mikrolitrach pożywki do wzrostu komórek śródbłonka. Inkubuj komórki przez 24 godziny w temperaturze 37 stopni Celsjusza i 5% CO2. Następnego dnia zastąp starą pożywkę hodowlaną 100 mikrolitrami świeżej pożywki do hodowli komórek śródbłonka, która ma służyć jako kontrola, lub 100 mikrolitrami pożywki do wzrostu komórek śródbłonka zawierającej 500 mikromoli spożytej nikotyny, która będzie służyć jako grupa leczenia.
Uszczelnij płytkę uszczelką foliową, aby zapewnić szczelność studzienek, a następnie umieść płytkę z powrotem w inkubatorze na 18 do 24 godzin. Wiele składników dymu papierosowego i aerozolu z papierosów elektronicznych jest lotnych, dlatego ważne jest, aby przykryć studzienki uszczelką foliową, aby studzienki były szczelne. Na krótko przed użyciem rozcieńczyć 100x neutralny czerwony roztwór podstawowy od 1 do 100 w pożywce do hodowli komórkowych, aby uzyskać 1x neutralny roztwór do barwienia na czerwono.
Inkubować obojętny roztwór do barwienia na czerwono w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez co najmniej 30 minut przed jego użyciem. To normalne, że niektóre kryształy wytrącają się podczas inkubacji. Aby uniknąć stosowania tych kryształów do dołków hodowli komórkowych, przepuść roztwór przez filtr o średnicy 22 mikronów.
Usunąć eksperymentalną pożywkę hodowlaną i dodać 100 mikrolitrów neutralnego roztworu do barwienia na czerwono do każdej studzienki. Użyj nadmiaru plamy, aby utworzyć co najmniej trzy puste studzienki w celu prawidłowego określenia ilościowego. Inkubować płytkę przez dwie do czterech godzin, następnie usunąć obojętny czerwony roztwór barwiący i umyć komórki trzykrotnie przez zanurzenie w PBS.
Następnie nałóż neutralny czerwony roztwór do usuwania plam i inkubuj płytkę przez co najmniej dziesięć minut w temperaturze pokojowej, wstrząsając. Po zakończeniu odczytaj płytkę przy absorbancji 540 nanometrów. W ciągu 24 godzin od wystawienia ludzkich komórek śródbłonka żyły pępowinowej na konwencjonalny ekstrakt z dymu papierosowego lub ekstrakt w aerozolu z papierosów elektronicznych dochodzi do znacznego zmniejszenia żywotności komórek.
Oprócz badań żywotności komórek, same ekstrakty mogą być analizowane za pomocą spektrometrii mas chromatografii gazowej, jeśli są ekstrahowane do acetonu. Za pomocą tej metody można oznaczyć wiele składników ekstraktu. Nie zapominaj, że praca z aerozolem lub dymem może być niebezpieczna i że wszystkie ekstrakcje powinny być wykonywane w kapturze bezpieczeństwa chemicznego.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten artykuł opisuje programowalne urządzenie laboratoryjne przeznaczone do tworzenia ekstrakcji dymu z konwencjonalnych papierosów i aerozolu z papierosów elektronicznych. Metoda ta pozwala na bezpośrednie porównanie między tymi dwoma rodzajami produktów, ułatwiając badania nad papierosami elektronicznymi.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Toksykologia
- Zdrowie publiczne
- Badania biomedyczne
Tło
- Rozumienie efektów aerozolu z papierosów elektronicznych jest kluczowe dla zdrowia publicznego.
- Bieżące badania nie mają standaryzowanych metod porównywania produktów tytoniowych.
- Metody dostosowywalne mogą zwiększyć istotność badań toksykologicznych.
- Niniejsze badanie ma na celu wypełnienie luki w metodologiach badań nad papierosami elektronicznymi.
Cel badania
- Generowanie ekstrakcji ciekłych z aerozoli papierosów elektronicznych do badań toksykologicznych.
- Badanie wpływu aerozolu z papierosów elektronicznych na ludzkie komórki naczyniowe.
- Dostarczenie platformy dostosowywalnej dla laboratoriów do badania ryzyka związanego z papierosami elektronicznymi.
Stosowane metody
- Programowalne urządzenie do ekstrakcji aerozolu.
- Dostosowywalne protokoły przepływu powietrza i czasu puffu.
- Zastosowanie ekstrakcji w badaniach toksykologicznych.
- Analiza porównawcza z konwencjonalnymi produktami tytoniowymi.
Główne wyniki
- Metoda pozwala na dostosowanie procesów ekstrakcji w oparciu o konkretne potrzeby badań.
- Zdobyte informacje mogą informować o potencjalnych ryzykach związanych z używaniem papierosów elektronicznych.
- Technika ta jest stosowana do innych produktów, w tym konopi.
Wnioski
- Ta metoda poprawia zrozumienie ryzyka związanego z papierosami elektronicznymi.
- Dostarcza cennego narzędzia dla badaczy w dziedzinie toksykologii i zdrowia publicznego.
- Przyszłe badania mogą wykorzystywać tę metodę do badania różnych produktów aerozolowych.
Często zadawane pytania
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.
