Микроконтроллер работает устройство для генерации жидких экстрактов из обычных сигарет курить и электронных сигарет аэрозоля
Summary
Здесь мы описываем программируемый лабораторный прибор, который может использоваться для создания экстракты обычных сигарет курить и электронных сигарет аэрозоля. Этот метод предоставляет полезный инструмент для прямых сравнений между обычные сигареты и электронные сигареты и является доступной точки входа в электронных сигарет исследований.
Abstract
Электронные сигареты являются наиболее популярные виды табачной продукции среди среднего и школьников и наиболее популярных альтернативной табачной продукции среди взрослых. Высокое качество, воспроизводимости исследований о последствиях использования электронных сигарет имеет важное значение для понимания возникающих проблем общественного здравоохранения и выработке доказательств на основе политики регулирования. Хотя все большее число документов обсуждать электронные сигареты, существует мало согласованности в методах различных групп и очень мало консенсуса по результатам. Здесь мы описываем программируемый лабораторный прибор, который может использоваться для создания экстракты обычных сигарет курить и электронных сигарет аэрозоля. Этот протокол детали инструкции по сборке и эксплуатации сказал устройства и демонстрирует использование созданного экстракт в двух образцов приложений: в пробирке жизнеспособности assay клетки и газовой хроматографии масс спектрометрии. Этот метод предоставляет средство для прямых сравнений между обычные сигареты и электронные сигареты и является доступной точки входа в электронных сигарет исследований.
Introduction
Несмотря на концентрированные усилия организаций здравоохранения продуктов табака остается ведущей причиной предотвратимой смертности во всем мире, причем большинство этих смертей, приписываемых сигарет для некурящих1. С момента выхода на рынок в 2003 году, электронные сигареты растет в популярности среди пользователей продуктов табака. В настоящее время электронные сигареты являются наиболее популярной альтернативой обычных сигарет среди взрослых американцев (~ 5%)2 и наиболее популярные системы доставки никотина среди среднего (~ 5.3%) и школьников (~ 16%)3. Если нынешние тенденции сохранятся, электронные сигареты можно ожидать заменить обычные сигареты для будущих поколений. Однако последствия использования электронных сигарет для здоровья остаются неясными.
Исследования на электронные сигареты не начинал всерьез до тех пор, пока электронная сигарета популярность резко возросла в 20133,4. С того времени целый ряд различных моделей были использованы для решения вопроса об их токсичности. Однако результаты многих исследований противоречивые, и хотя кажется, что электронные сигареты являются как правило менее токсичен, чем обычные сигареты, существует не нынешний консенсус на последствия для здоровья электронная сигарета использовать5, 6 , 7. наши предыдущие исследования показывают, что электронные сигареты являются значительно менее токсичен для сосудистого эндотелия, чем обычные сигареты, несмотря на их способность вызывать повреждение ДНК и индукции окислительного стресса и клеток смерть8 . Однако дополнительные исследования необходимо прежде, чем мы можем сделать твердые выводы о последствиях для здоровья использования электронных сигарет.
Как обычные сигареты являются ведущей причиной болезней сосудистой9, существует растущий интерес к сосудистого здоровья риска электронная сигарета использовать10,,1112. С целью изучения воздействия электронных сигарет на сердечно-сосудистой системы, нашей лаборатории разработан микроконтроллер работает для некурящих/vaping устройства (рис. 1)8. Этот прибор способен генерировать жидких экстрактов либо обычных сигарет курить или электронная сигарета аэрозоля в водном или органических растворителях. Как поток воздуха контролируется сочетание регулируемый регулятор потока и времени программы PBASIC, устройство может использоваться для создания экстрактов согласно любое количество пользовательских протоколов. Здесь мы подробно, сборке и эксплуатации этого устройства, а также два потенциальных применений: в пробирке оценки жизнеспособности клеток и газовая хроматография, масс спектрометрии.
Рисунок 1: устройство для некурящих/Vaping. Схема физической Ассамблее для некурящих/vaping устройства в сигарет/сигарет как электронные сигареты (e-cig) конфигурации (A) и бак электронная сигарета конфигурации (B). Ключевых компонентов: 1) ингаляции порт; 2) Основная коллекция Импинджера; 3) переполнения Импинджера; 4) Buchner Склянка вакуума ловушки; 5) нормально открытый электромагнитный клапан; 6) BS1 микроконтроллер; 7) Регулятор потока воздуха; 8) 510 резьбовые электронная сигарета танк базы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Protocol
Representative Results
Discussion
Наиболее важных элементов этого протокола являются обеспечение того, что устройство является чистым в начале и окончания каждого добычи, и обеспечение того, чтобы все уплотнения так что воздушный поток остается последовательной. Если устройство не очищены, существует риск переноса на…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают помощи д-р Роберт Dotson Tulane университета Департамента клеточной и молекулярной биологии за его помощь в редактировании рукописи и д-р Джеймс Bollinger Тулейнский университет Кафедра химии за его помощь с протокол дизайн масс-спектрометрии. Далее авторы признают Tulane университета Департамента клеточной и молекулярной биологии и Тулейнский университет Кафедра химии для их поддержки и использования пространства и оборудования. Эта работа была поддержана стипендии исследований табак продукта регулирования науки к. Андерсон из Tulane университета школа науки и техники.
Materials
| 12 V AC/DC Wall Mount Adaptor | Digi-Key | T1099-P5P-ND | |
| 2.2 Ohm Resistors | Digi-Key | A105635-ND | Used in tandem to generate the 4.4 Ohm resistance in Figure 2A |
| 330 Ohm Resistors | Digi-Key | 330QBK-ND | |
| 510 Threaded Base | NJoy | N/A | Recovered by dismantalling a second generation NJoy electronic cigarette |
| Acetic Acid, Glacial | Sigma-Aldritch | A6283 | |
| Acetone (Chromatography Grade) | Sigma-Aldritch | 34850 | |
| Basic Stamp Project Board | Digi-Key | 27112-ND | This board contains the BS1 Microcontroller, serial adaptor, power switch, and a barrel pin connector for the AC/DC Wall Mount Adaptor |
| Basic Stamp USB to Serial Adapter | Digi-Key | 28030-ND | An optional component to allow the BS1 serial adaptor to communicate through USB |
| Buchner Flask (Vacuum Flask) 250 mL | VWR | 10545-854 | |
| Clear Tape | 3M | S-9783 | |
| Clear Vinyl Tubing, 3/8" ID | Watts | 443064 | |
| EGM-2 Endothelial Cell Culture Medium | Lonza | CC-3162 | |
| Ethanol | Pharmco-Aaper | 111000200 | |
| Flow Regulator | Dwyer | VFA-23-BV | |
| Gas Chromatograph | Varian | 450-GC | |
| Glass Syringe, 10 mL | Sigma-Aldritch | Z314552 | |
| Glass Syringe, 10 µL | Hamilton | 80300 | |
| High Vacuum Silicon Grease | Dow Corning | 146355D | |
| Hose Clamp | Precision Brand | 35125 | |
| Human Umbilical Vein Endothelial Cells | ATCC | PCS-100-013 | |
| Mass Spectrometer | Varian | 300-MS | |
| Midget Impinger | Chemglass | CG-1820-01 | |
| Neutral Red | Sigma-Aldritch | N4638 | |
| Paraffin Film | 3M | PM-992 | |
| Plate Seal Roller | BioRad | MSR0001 | |
| Plate Seal; Foil | Thermo | 276014 | |
| Ring Stand 20" | American Educational Products | 7-G15-A | |
| Solenoid Valve (normally open) | US Solid | USS2-00081 | |
| Solid State Relay | Digi-Key | CLA279-ND | |
| Stand Clamp | Eisco | CH0688 | |
| Syringe Filter, PES, 0.22 um | Millipore | SLGP033RS | |
| Syringe, 10 mL | BD Syringe | 309604 | |
| Through Hole Stopper, Size 6 | VWR | 59581-287 | |
| Vacuum Pump | KNF Neuberger | N86KTP |
References
- World Health Organization. . WHO Report on the Global Tobacco Epidemic, 2011. , (2011).
- Weaver, S. R., Majeed, B. A., Pechacek, T. F., Nyman, A. L., Gregory, K. R., Eriksen, M. P. Use of electronic nicotine delivery systems and other tobacco products among USA adults, 2014: results from a national survey. Int. J. Public Health. 61 (2), 177-188 (2016).
- Singh, T., et al. Tobacco Use Among Middle and High School Students – United States, 2011–2015. MMWR Morb. Mortal. Wkly. Rep. 65 (14), 361-367 (2016).
- Corey, C. G., Ambrose, B. K., Apelberg, B. J., King, B. A. Flavored Tobacco Product Use Among Middle and High School Students–United States, 2014. MMWR Morb. Mortal. Wkly. Rep. 64 (38), 1066-1070 (2015).
- Pisinger, C., Døssing, M. A systematic review of health effects of electronic cigarettes. Prev. Med. 69, 248-260 (2014).
- Callahan-Lyon, P. Electronic cigarettes: human health effects. Tob. Control. 23 (Suppl 2), ii36-ii40 (2014).
- Dinakar, C., O’Connor, G. T. The Health Effects of Electronic Cigarettes. N. Engl. J. Med. 375 (14), 1372-1381 (2016).
- Anderson, C., Majeste, A., Hanus, J., Wang, S. E-cigarette aerosol exposure induces reactive oxygen species, DNA damage, and cell death in vascular endothelial cells. Toxicol. Sci. Off. J. Soc. Toxicol. , (2016).
- U.S. Department of Health and Human Services. . The Health Consequences of Smoking: 50 Years of Progress. A Report of the Surgeon General. , (2014).
- Farsalinos, K., et al. Comparison of the Cytotoxic Potential of Cigarette Smoke and Electronic Cigarette Vapour Extract on Cultured Myocardial Cells. Int. J. Environ. Res. Public. Health. 10 (10), 5146-5162 (2013).
- Schweitzer, K. S., et al. Endothelial disruptive proinflammatory effects of nicotine and e-cigarette vapor exposures. Am. J. Physiol. – Lung Cell. Mol. Physiol. 309 (2), L175-L187 (2015).
- Putzhammer, R., et al. Vapours of US and EU Market Leader Electronic Cigarette Brands and Liquids Are Cytotoxic for Human Vascular Endothelial Cells. PLOS ONE. 11 (6), e0157337 (2016).
- Crooks, I., Dillon, D. M., Scott, J. K., Ballantyne, M., Meredith, C. The effect of long term storage on tobacco smoke particulate matter in in vitro genotoxicity and cytotoxicity assays. Regul. Toxicol. Pharmacol. 65 (2), 196-200 (2013).
- Roemer, E., et al. Mainstream Smoke Chemistry and in Vitro and In Vivo Toxicity of the Reference Cigarettes 3R4F and 2R4F. Beitr. Zur Tab. Contrib. Tob. Res. 25 (1), (2014).
- International Organization for Standards. . ISO 3088:2012 Routine analytical cigarette smoking machine – Definitions and standard conditions. , (2012).
- World Health Organization. . Standard Operating Procedure for Intense Smoking of Cigarettes. , (2012).
- Brown, C. J., Cheng, J. M. Electronic cigarettes: product characterisation and design considerations. Tob. Control. 23 (Suppl 2), ii4-ii10 (2014).
- Cooperation Centre for Scientific Research Relative to Tobacco. . CRM No. 81 – Routine Analytical Machine for E-Cigarette Aerosol Generation and Collection – Definitions and Standard Conditions. , (2015).
- Thorne, D., Adamson, J. A review of in vitro cigarette smoke exposure systems. Exp. Toxicol. Pathol. 65 (7-8), 1183-1193 (2013).
- Klus, H., Boenke-Nimphius, B., Müller, L. Cigarette Mainstream Smoke: The Evolution of Methods and Devices for Generation, Exposure and Collection. Beitr. Zur Tab. Contrib. Tob. Res. 27 (4), (2016).
- Baker, R. The Development and Significance of Standards for Smoking-Machine Methodology. Beitr. Zur Tab. Contrib. Tob. Res. 20 (1), (2014).
- Thorne, D., Crooks, I., Hollings, M., Seymour, A., Meredith, C., Gaca, M. The mutagenic assessment of an electronic-cigarette and reference cigarette smoke using the Ames assay in strains TA98 and TA100. Mutat. Res. Toxicol. Environ. Mutagen. 812, 29-38 (2016).
- Thorne, D., Larard, S., Baxter, A., Meredith, C., Gaҫa, M. The comparative in vitro assessment of e-cigarette and cigarette smoke aerosols using the γH2AX assay and applied dose measurements. Toxicol. Lett. 265, 170-178 (2017).
- Herrington, J. S., Myers, C. Electronic cigarette solutions and resultant aerosol profiles. J. Chromatogr. A. 1418, 192-199 (2015).
- Yu, V., et al. Electronic cigarettes induce DNA strand breaks and cell death independently of nicotine in cell lines. Oral Oncol. 52, 58-65 (2016).
- Ji, E. H., et al. Characterization of Electronic Cigarette Aerosol and Its Induction of Oxidative Stress Response in Oral Keratinocytes. PLOS ONE. 11 (5), e0154447 (2016).
- Morgan, D. L., et al. Chemical Reactivity and Respiratory Toxicity of the -Diketone Flavoring Agents: 2,3-Butanedione, 2,3-Pentanedione, and 2,3-Hexanedione. Toxicol. Pathol. 44 (5), 763-783 (2016).
- Cooperation Centre for Scientific Research Relative to Tobacco. . CRM No. 84 – Determination of Glycerin, Propylene Glycol, Water, and Nicotine in the Aerosol of E-Cigarettes by Gas Chromatographic Analysis. , (2017).
