Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Bioengineering

מיקרו-בקר המופעל התקן לדור של נוזלי תמציות קונבנציונאלי סיגריה סיגריה עשן ואלקטרוניקה תרסיס

doi: 10.3791/56709 Published: January 18, 2018

Summary

כאן, אנו מתארים את התקן מעבדה לתכנות יכול לשמש ליצירת תמציות של תרסיס עשן ואלקטרוניקה סיגריה סיגריה קונבנציונלי. שיטה זו מספקת כלי שימושי עבור ביצוע ההשוואה הישירה בין סיגריות קונבנציונאלי סיגריות אלקטרוניות, הוא נקודת כניסה נגישה לתוך המחקר סיגריה אלקטרונית.

Abstract

סיגריות אלקטרוניות מוצר טבק הפופולרי ביותר בקרב הביניים, התיכונים והם מוצר טבק חלופי הפופולרי ביותר בקרב מבוגרים. באיכות גבוהה, לשחזור מחקר על ההשלכות של שימוש סיגריה אלקטרונית היא חיונית להבנה המתעוררים בריאות הציבור חששות ובעיצוב ראיות מבוסס מדיניות רגולטורית. בעוד מספר גדל והולך של ניירות לדון סיגריות אלקטרוניות, יש מעט עקביות בשיטות על-פני קבוצות והסכמה מעט מאוד על תוצאות. כאן, אנו מתארים את התקן מעבדה לתכנות יכול לשמש ליצירת תמציות של תרסיס עשן ואלקטרוניקה סיגריה סיגריה קונבנציונלי. פרוטוקול זה מפרט הנחיות הרכבה והפעלה של התקן האמור, מדגים את השימוש תמצית שנוצרו ביישומים דוגמת שני: במבחנה תא הכדאיות assay, ו גז כרומטוגרפיה-ספקטרומטריית. שיטה זו מספקת כלי להכנת ההשוואה הישירה בין סיגריות קונבנציונאלי סיגריות אלקטרוניות, ויש נקודת כניסה נגישה לתוך המחקר סיגריה אלקטרונית.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

למרות מאמץ מרוכז על ידי ארגוני בריאות, השימוש בטבק המוצר עדיין הגורם המוביל למוות למניעה ברחבי העולם, עם רוב מקרי המוות המיוחס עישון סיגריה1. מאז כניסה לשוק בשנת 2003, סיגריות אלקטרוניות יש כבר גדל הפופולריות בקרב משתמשי המוצר טבק. נכון לעכשיו, סיגריות אלקטרוניות הם החלופה הכי פופולרי המקובלת סיגריות בקרב מבוגרים אמריקאי (~ 5%)2 לבין מערכת משלוח ניקוטין הפופולרי ביותר בין התיכון (~ 5.3%) והתיכונים (~ 16%)3. אם המגמה הנוכחית תמשיך, סיגריות אלקטרוניות צפוי להחליף סיגריות קונבנציונליים עבור הדורות הבאים. עם זאת, ההשלכות בריאות של סיגריה אלקטרונית שימוש נותרו בלתי ברורים.

מחקר על סיגריות אלקטרוניות לא התחיל ברצינות עד סיגריה אלקטרונית הפופולריות גדלה במהירות 20133,4. מאז, יש כבר מועסקים מספר מודלים שונים כדי לענות על השאלה הרעילות שלהם. עם זאת, תוצאות מחקרים רבים אינן סותרות, ולהשתמש בזמן נראה כי סיגריות אלקטרוניות הם בדרך כלל פחות רעיל מסיגריות הקונבנציונלית יש אין הסכמה הנוכחי על ההשלכות בריאות של סיגריה אלקטרונית5, 6 , 7. מחקרים קודמים שלנו מצביע על כך סיגריות אלקטרוניות הן באופן משמעותי פחות רעיל אנדותל כלי הדם מסיגריות קונבנציונאלי, למרות יכולתם לגרום נזק לדנ א ו של אינדוקציה של סטרס חמצוני ומוות תא8 . עם זאת, מחקר נוסף הכרחי לפני שאנחנו יכולים להסיק מסקנות המשרד על התוצאות תקינות השימוש סיגריה אלקטרונית.

כמו סיגריות קונבנציונליים הם הסיבה המובילה של מחלת כלי דם למניעה9, יש עניין הולך וגובר בסיכון לבריאות כלי הדם של סיגריה אלקטרונית השתמש10,11,12. על מנת לחקור את ההשפעות של סיגריות אלקטרוניות על מערכת כלי הדם, המעבדה שלנו פיתחה מכשיר עישון/vaping (איור 1) מיקרו-בקר פעלו8. מכשיר זה הוא מסוגל לייצר תמציות נוזלי או תרסיס סיגריה אלקטרונית או עשן הסיגריה המקובלת בממיסים אורגניים או מימית. כמו זרימת אוויר נשלטת על ידי השילוב של הרגולטור זרימת אוויר מתכוונן עם תוכנית תזמון PBASIC, המכשיר יכול לשמש כדי להפיק תמציות לפי מספר כלשהו של המשתמש הגדיר פרוטוקולים. כאן אנו מפרטים את הרכבה והפעלה של התקן זה, כמו גם שני יישומים פוטנציאליים: במבחנה הערכת הכדאיות תא, גז-כרומטוגרפיה-ספקטרומטריית.

Figure 1
איור 1: מכשיר עישון/Vaping. מפרטים טכניים עבור הרכבה פיזית של המכשיר ללא עישון/vaping את הסיגריה/הסיגריה כמו סיגריה אלקטרונית (e-סיגריה) תצורה (A) והן את תצורת סיגריה אלקטרונית של טנק (B). רכיב המפתח: 1) שאיפת יציאה; 2) אוסף ראשי impinger; 3) impinger גלישה; 4) בוכנר flask ואקום ההשמנה; 5) כלל פותח ברז חשמלי; 6) מיקרו BS1; 7) הרגולטור זרימת אוויר; 8) 510 השחיל סיגריה אלקטרונית טאנק לבסיס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. הרכבה של המכשיר

  1. לאבטח 100 מ ל בוכנר שתייה צידניות (איור 1, #4) כדי טבעת פלדה לעמוד ולא ליצור מלכודת ואקום על-ידי ממלא אותו עם 50 גר' סידן כלורי לשמש חומר? סופג לחות. לאטום את הבקבוק עם פקק גומי דרך חור, לעטוף את הצומת בסימפטומים ולא במחלה עצמה עם סרט פרפין, ולהפעיל פיפטה דרך החור.
  2. באמצעות צינורות ויניל, לחבר את פיפטה המשתרעת הפקק כדי מחבר הצינור לצומת t.
  3. באמצעות צינורות ויניל, להתחבר אחד לשני את impinger שני (איור 1, #2 & #3) וחבר את הפלט של impinger השני המחבר צינור לצומת t.
  4. באמצעות צינורות ויניל, התחבר יציאת קלט של impinger הראשונה כדי לשמש יציאת אינהלציה (איור 1, #1).
  5. באמצעות צינורות ויניל, לחבר את הזרוע בצד של הבקבוק בוכנר יציאת קלט של הרגולטור זרימת האוויר (איור 1, #7) ואת היציאה של הרגולטורים זרימת אוויר משאבת ואקום.
  6. להרכיב את המעגל לפי איור2 א.
  7. להעלות את התוכנית PBASIC SVL.bs1 (איור 2B, זמין גם ב- https://github.com/ChastainAnderson/SVL) מיקרו-בקר BS1 (איור 1, #6) באמצעות מתאם טורי והתוכנה של היצרן.
  8. המקום 510 הליכי הבסיס (איור 1 #8) טבעת לעמוד קלאמפ.
  9. באמצעות צינורות ויניל, לחבר את ברז חשמלי (איור 1, #5) עד הסוף חינם של המחבר צינור לצומת t.
    הערה: המכשיר אמור להיות הושלמה והיא מוכנה לפעולה, לבדוק את כל המפרקים כדי לוודא כי הם אוויר חזק, להחיל hose מלחציים ושומנים ואקום לפי הצורך.

Figure 2
איור 2: חשמל מפרטים טכניים וקוד PBASIC. איור 2A מציג את הסכמה חשמל להרכבת המעגל החשמלי הדרושים להפעיל את שניהם פתוחים בדרך כלל ברז חשמלי את ומופעל סליל חימום כפתור סיגריות אלקטרוניות (דרך 510 משורשרות אלקטרונית סיגריות מיכל הבסיס). הפרמטרים חשמל סליל חימום (p: כוח; R: התנגדות; ו i: הנוכחי) מוקרנים ואני צריך לאמת מדעית עם אסיפה פוסט multimeter. איור 2B מציג PBASIC תזמון התוכנית הדרושה כדי לשלוט המעגל ב 2A איור (זמין גם ב- https://github.com/ChastainAnderson/SVL). הקבועים תזמון SVT & טכנולוגייה (מס ' 5 & #6) ביחידות של ms, מוגדרים לספק מועד ההפעלה של 2 שניות של זמן ההשבתה של 28 ס' אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

2. לטעום אחסון והכנה

  1. לאחסן כל סיגריה אלקטרונית קונבנציונאלי נפתחה דוגמאות בחושך בשקיות פלסטיק אטום בטמפרטורת החדר.
  2. לאחר שנפתח, אחסן דגימות בשקיות פלסטיק אטום-ºC 4, עם מגבת נייר סופג לחות עודפת.
  3. מראש equilibrate כל דוגמאות ב תיבת הלחות טמפרטורת החדר-~ 60% לחות לפחות 30 דקות לפני השימוש.

3. כללי הפעולה של סיגריה סיגריה אלקטרונית/עשן תרסיס החילוץ התקן

  1. לקבוע את המסה של כל סיגריה אלקטרוני cartomizer/מיכל pre-vaping באמצעות איזון האנליטי. ההבדל במשקל vaping קדם/פוסט פוסט ישמש לקביעת המינון המתאים.
    הערה: סיגריות הפניה 3R4F היא כי מכילים 0.7 מ ג ניקוטין, התוכן ניקוטין של מותגים מסחריים סיגריות יכול להיקבע על ידי שיטות אנליטיות קונבנציונאלי13.
  2. עבור יישום דוגמה 1, למלא המאגר של impinger ראשי מ 4.3 ל תא אנדותל תרבות בינוני. עבור יישום דוגמה 2, למלא המאגר 5 מ של אצטון.
  3. . תכינו את סיגריה אלקטרונית או סיגריה קונבנציונליים עבור החילוץ:
    1. אם משתמש סיגריה קונבנציונאלי, להחיל נייר-דבק ברורה סביב המסנן ולשים סימן גלויים בקלות איפה הנייר סיגריה מצטרף המסנן.
    2. אם משתמש סיגריה כמו סיגריה אלקטרוני, ודא שהסוללה טעונה היטב cartomizer דפק בחוזקה אל הסוללה.
    3. אם משתמש טנק סיגריה אלקטרונית, ודא כי אמצעי אחסון המתאים של סיגריה אלקטרונית נוזל נטען במיכל ולהתעסק למיכל על גבי הבסיס משורשרות 510.
  4. הוסף את קצה הסיגריה רגיל או אלקטרוני ליציאת אינהלציה (איור 1, #1) ולאבטח עם מהדק צינור.
  5. הפעל את משאבת ואקום.
  6. התאם את מד זרימה למשוך 1.65 L לדקה כדי להבטיח שאיפה 55 mL במשך 2 שניות.
  7. הפעל את מיקרו-בקר. אם משתמש סיגריה קונבנציונאלי, להדליק את הסיגריה על והגראס הראשון.
  8. ריצה עד מוקרן הרצוי ריכוז (בחלקים לכל מיליון או % משקל/נפח) מושגת.
  9. לקבוע את המסה של cartomizer/טנק אחד סיגריה אלקטרוני לאחר אידוי באמצעות איזון האנליטי. להשוות בין מדידה זו למדידה נלקח בשלב 3.1 כדי לקבוע את הסכום מסה נצרך. חשב את ריכוז המסה נצרך/הנפח של הממס. השתמש את ריכוז מולרי של ניקוטין נצרך כדי לנרמל בין מוצרים.
    1. אם מסה לא מספיקות היה נצרך, להחזיר את הסיגריה האלקטרונית על המכשיר, צורכים יותר.
    2. אם מסה מספיקה או עודף היה נצרך, המשך.

4. סינון ואחסון

  1. אם תמצית שישמש עבור תרבית תאים, לסנן דרך מסנן מזרק של PES 0.22 מיקרומטר.
  2. השתמש תמציות מיד או לאחסן ב-80 ºC. במסגרת ההכנה אנדרסון, et al. 8, סיגריה אלקטרונית תרסיס הודגם להיות יציבה במשך לפחות שבועיים, היציבות של סיגריות עד שתי שנים הוקם על ידי נוכלים, et al. 13.

5. ניקוי המכשיר

  1. לאחר כל החילוץ, לשטוף את הצנרת, מאגרים של המכשיר עם אתנול 70% מים יונים כדי למנוע לשאת מעבר בין דגימות.
  2. לאחר השטיפה, בקצרה להפעיל את המכשיר ריק כדי לאפשר זרימת אוויר לסייע הייבוש של הקווים.

6. דוגמה ליישום 1: ספיגת אדום ניטרלי תא הכדאיות Assay

  1. מבצע החילוץ לעיל לתוך מ 4.3 ל תא אנדותל הצמיחה בינונית.
  2. יום אחד מראש, זרע תאי אנדותל יפתור לוחות טוב 96-צפיפות של עונה 1 פרק 104 תאים וולין µL 100 של תאי אנדותל הצמיחה בינונית.
  3. מתייחסים לתאים על-ידי החלפת המדיום הישן של התרבות תאי אנדותל או µL 100 תאי אנדותל טרי בינוני תרבות לשמש פקד או µL 75 של מדיום הגידול תא אנדותל מעורבב עם 25 µL של תמצית ריכוז הניקוטין 2 מ מ נצרך (1.4 מ ג לצרוך ניקוטין לתוך מ 4.3 ל תא אנדותל הצמיחה בינונית) עבור ריכוז סופי של מיקרומטר 500 כדי לשמש לטיפול.
  4. כמו רבים מן המרכיבים של תרסיס הסיגריות עשן ואלקטרוניקה שתי סיגריות הם נדיפים, השתמש גושפנקה רדיד כדי לשמור את הבארות אטום.
  5. דגירה לוח 18 – 24 h-CO 37 ° C ו-5%2.
  6. הכן אדום ניטרלי מכתים פתרון:
    1. ליצור 100 x נייטרלי אדום מניות פתרון על ידי המסת 33 מ ג של צבע אדום ניטרלי לתוך 10 מ"ל של תמיסת מלח במאגר.
    2. זמן קצר לפני השימוש, לדלל 100 x פתרון המניה בטחונות במדיום התרבות תאים ליצירת 1 x אדום ניטרלי מכתים פתרון.
    3. דגירה אדום ניטרלי מכתים פתרון ב 37 מעלות צלזיוס במשך לפחות 30 דקות לפני השימוש, לשימוש מיידי.
      הערה: זה נורמלי עבור גבישים מסוימים לזרז בתקופת הדגירה. צריך לקחת כדי למנוע החלה גבישים אלו על הבארות התרבות תאים. אם יש צורך, מסנן מיקרומטר.22 ניתן להשתמש כדי לסנן את המניות אדום ניטרלי והפתרונות מכתימים.
  7. להסיר את תמצית ולהוסיף 100 µL של אדום ניטרלי מכתים פתרון לכל טוב, שימוש עודף כדי ליצור לפחות משלוש בארות ריק על כימות נאותה.
  8. דגירה לצלחת-2 – 4 h-CO 37 ° C ו-5%2.
  9. הסר אדום ניטרלי מכתים פתרון ולשטוף 3 x על ידי ועלייתו PBS.
  10. החלת אדום ניטרלי מבטל את כתם פתרון (יונים 50% מים, 49% אתנול, 1% חומצת חומץ).
  11. דגירה לפחות 10 דקות בטמפרטורת החדר ברעידות.
  12. לקרוא את ספיגת-540 nm.
  13. ניתוח נתונים על-ידי חיסור את הערך הממוצע של הבארות ריק, נורמליזציה לממוצע של הערך טוב שליטה מנוכי ריקה.

7. לדוגמה יישום 2: גז כרומטוגרפיה ספקטרומטר מסה

  1. מבצע חילוץ כמו מעל ל 5 מ של אצטון.
  2. הפעל את ההתקן כדי להשיג ריכוז סופי של חלקים ~ 100 מיליון (משקל נוזל נצרך/נפח של אצטון) הדוגמית שלכם.
  3. באמצעות מזרק זכוכית דיוק, להזריק 1 µL לתוך מזרק מכשיר GC-MS. להזריק ב 250 מעלות צלזיוס עם 1:20 לפצל יחס ספקטרומטר שמוצאים בשילוב/פאול למערך עם עמודה צ-5 עם פרוטוקול תנור הבאים: 1 דקות ב 50 מעלות צלזיוס; כבש 10 ° C/דקה עד 140 ° C; כבש 20 ° C/דקה עד 300 ° C והחזק למשך 10 דקות.
  4. התאמה וכתוצאה מכך המוני ספקטרה לספריית היעד כדי לזהות רכיבים תרסיס.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

תוך 24 שעות מרגע החשיפה של יפתור תאי אנדותל תמצית סיגריות קונבנציונאלי (ס) או תרסיס סיגריה אלקטרונית לחלץ (EAE), שם הוא משמעותי (שליטה לעומת של ביה ס P < 0.001; שליטה לעומת EAE P < 0.01; n = 6) צמצום תא הכדאיות (איור 3 א). תמציות נוצרו עם פרופיל והמתנשף של 2, 2 שניות, פחזניות 55 מ ל לדקה, מנורמל בהתבסס על ריכוז מולרי של ניקוטין הנצרכים על-ידי ההתקן. חשיפה 500 מיקרומטר לצרוך ניקוטין מקבילות של ביה ס מפחיתה באופן דרמטי את התאים קיימא כדי ± 11.06 0.28% מכלל שליטה, ומקטין חשיפה מקבילות ניקוטין מיקרומטר נצרך 500 EAE התאים קיימא ± 86.65 4.60% השליטה.

איור 3B מדגים ההפרדה התנודתיות המבוסס על מרכיבים סיגריה אלקטרונית של סיגריה אלקטרונית מסחרי על ידי גז כרומטוגרפיה. הרכיבים אותרו ואז באמצעות ספקטרומטר מסה פאול. רכיבים מזוהה, לפי סדר התנודתיות, כוללים: פרופילן גליקול, אצטיל propionyl, chlorobutanol, גליצרול, ניקוטין ו- 3-nitropthalic חומצה. אלה רק פרופילן גליקול, גליצרול ו ניקוטין פורסמו על תווית המוצר1.

Figure 3
איור 3: לטעום יישומים: התא הכדאיות GC-. גברת איור 3 א מציג התוצאות של assay ספיגת אדום ניטרלי שבוצעה בתאי אנדותל יפתור חשוף מיקרומטר 500 לצרוך ניקוטין מקבילות או קונבנציונלי עשן סיגריות כתוצאה מסיגריה הפניה למחקר 3R4F (ס) או סיגריה אלקטרונית תרסיס של סיגריה אלקטרונית זמינים מסחרית (EAE). ברים אכזריים + /-סטיית תקן. מבחן t אינטראקצית, משמעות נקבע על ידי שני זנב, ואת התוצאות הצביעו על ידי כוכביות: * * P < 0.01; P < 0.001; n = 6. איור 3B מציג את התוצאות של שמוצאים של סיגריה אלקטרונית תרסיס solubilized של אצטון. פסגות מייצגים תרכובות בודדים מסודרות לפי זמן השמירה (התנודתיות), זוהו על ידי פאול ספקטרומטר מסה. 1) פרופילן גליקול; 2) אצטיל propionyl; 3) chlorobutanol; 4) גליצרול; 5) ניקוטין; 6) 3-nitropthalic חומצה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

האלמנטים הקריטיים ביותר של פרוטוקול זה הם הבטחת שהמכשיר הוא נקי בתחילת וסיום כל החילוץ, ולהבטיח כי כל החותמות נשמרים כל כך את זרימת האוויר נשאר עקבי. אם ההתקן לא נוקה כראוי, יש סיכון של נושאים בין הדגימות. בנוסף, אם המכשיר הוא נשאר מלוכלך לתקופה ממושכת של זמן דחוס תרסיס יבש הממס יכולה לחסום את המערכת. שים לב כי זה נורמלי עבור שם להיות טיפה ללחץ כאשר כשאסיים לעשן סיגריה המקובלת, את זרימת האוויר מטר צריך להיות מותאם לספק את זרימת האוויר הרצוי במהלך אצלם, לא כל עוד המכשיר מושך אוויר החדר. תכונה מרכזית של שיטה זו הוא היכולת להתאים לשמור על קשר עם התקדמות הטכנולוגיה סיגריה אלקטרונית. למשל, סיגריות אלקטרוניות רבים מחייבים לחצן הפעלה הקש סליל חימום. התקן זה ישירות משלבת את סליל חימום לתוך מעגל הבקרה (איור 2 א) מחקה לחיצה על לחצן במרווחי זמן המשתמש מתוכנת. המגבלות העיקרי של שיטה זו נובעים המחסור מאופיין היטב נהלי לשימוש סיגריה אלקטרונית. בעוד אנחנו יכולים להשתמש של מחקר הפניה סיגריה14 ו-15,פרוטוקולים16 סיגריות קונבנציונאלי, הם בסך הכל התאמת שיטות אלה סיגריות אלקטרוניות ואנו לא יכול להבטיח שזה הולם מודלים התנהגות המשתמש סיגריה אלקטרונית. בנוסף, פרוטוקול זה מייצר תמצית במדיום נוזלי. אמנם זה מתאים מסוימים סוגי תאים, כגון תאי אנדותל, סוגי תאים אחרים, כגון תאים דרכי הנשימה, אולי כדאי להילמד דרך חשיפה ישירה תרסיס סיגריה אלקטרונית.

הטבע של התקן זה מאפשר לו להיות מעודכן נהלי חדשים מפותחים. מספר נקודות של השינוי מציגים עצמם העלולה לאפשר עבור התקן כדי להתאימו שאלות ספציפיות. סיגריות אלקטרוניות החדשים מקיפים מגוון בהספק גבוה יותר מאשר הדגמים קודמות של סיגריות אלקטרוניות17. ב התרשים המוצג באיור2 א, שני resistor סמוך סליל חימום סליל חימום עצמו יכול להיות מוחלפים עבור רכיבים עם ערכי התנגדות שונה (או אפילו משתנה ההתנגדות) כדי לווסת את הכוח הסופי נעשה שימוש כדי aerosolize את הנוזל סיגריה אלקטרונית. ניתן לחשב כוח התיאורטית הסופית atomizer ב המשוואות קונבנציונליים חשמל:

Equation 1אוEquation 2
איפה p: כוח; V: מתח; R: התנגדות; זרם i:...

גם שם הוא לא מקובל בהרחבה בינלאומי סטנדרטי לשימוש סיגריה אלקטרונית, קבוצות שונות ייתכן שתרצה להעסיק פרמטרים שונים ופרופילים והמתנשף. סיגריה אלקטרונית נפוצות רגיל הוא CORESTA CRM8118, אבל כמה קבוצות להמשיך להשתמש גרסאות של פרוטוקולים עישון סיגריות קונבנציונלי כגון ISO 3088:201215 ומי TobLabNet סופ 116. בנוסף, מעבדות רבות להמשיך להשתמש משטרים מסוימים המעבדה ו/או מוסד. במקרה זה, אנחנו מועסקים פרופיל עלים גל מרובע המורכב 2, שתי שניות, פחזניות 55 מ לדקה; עם זאת, הטבע מודולרית, ניתן לתיכנות של המכשיר מאפשר לו להיות מותאם פרופילים והמתנשף אחרים לפי הצורך. נפח נשיפה ניתן לשנות ישירות על-ידי התאמת מד זרימת אוויר. זמן הפעלה סליל חימום וזמן עלים יכולים להשתנות על-ידי שינוי הקבועים SVT וטכנולוגייה בתוכנית SVL.bs1 (איור 2B, #5 & #6). אם מישהו היה רוצה לבטל לסנכרן את והמתנשף וזמן הפעלה, זה יכול להיעשות על-ידי פיצול הקבועים SVT וטכנולוגייה, למשל SVT1 המייצג את הזמן בין ההפעלה של מעגל חימום המעגל שסתום, SVT2 ייצוג הזמן בין ההפעלה של מעגל שסתום איון של מעגל חימום, ו- SVT3 המייצג את הזמן בין איון של המעגל חימום איון של המעגל שסתום כנ עבור טכנולוגייה. בעוד בבסיס הליכי 510 נפוצה רבים טנק סיגריות אלקטרוניות, זה לא אוניברסלי. . הרבה בסיס הברגה שונה אם המשתמש דורש. אם פרופיל גל מרובע אינו רצוי, להחליף את מד זרימת אוויר או ברז חשמלי עם מרכיב programable רציפים לעצב את הפרופיל גל.

סיגריה אלקטרונית מחקר מתקדם, הזמינות, הנגישות של סיגריה אלקטרונית עישון התקנים נשאר משוכה. מכונות עישון סיגריות היה חלק בלתי נפרד של מחקר של מוצר טבק מוקדם כ 1843, היום יש מגוון רחב של מכונות זמינים מסחרית עישון סיגריות קונבנציונאלי19,20. ישנם מרובים הוקמה נהלי עישון סיגריות קונבנציונאלי21. עם זאת, התקנים רבים של עישון סיגריות קונבנציונאלי הוכיח מסוגל במדויק עישון סיגריות אלקטרונית עקב הבדלים בין סיגריות אלקטרונית קונבנציונאלי הבדלים בתוך סיגריה אלקטרונית מותגים ודגמים, עיצוב כגון: קוטר, דרישות PSI, והצורך חיישן או לחצן מבוסס הפעלה17. כיום יש heterogenous מסחרי שדה של מכונות עישון סיגריה אלקטרונית הכוללת התקני כולל התקנים שנועדו תרסיס ישירה החילוץ, כמו גם חשיפה ממשק נוזלי אוויר (כגון Borgwalt22 ו- Vitrocell 22,23). למרות הזמינות של אפשרויות מסחריות, קבוצות רבות, להמשיך להשתמש בהתקנים מפוברק בתוך מעבדה משלהם עבור תרסיס החילוץ 10,11,12,24, 25 , 26. המניעים של זה הן מגוונות. במקרים מסוימים, מבקשים החוקרים מודל טוב יותר התנהגות אנושית10. אחרים מנסים לשמור על המשכיות עם מחקרים שפורסמו בעבר של עשן סיגריות12. עדיין אחרים ישירות מצטטים אי הנגישות של חלופות מסחריות כמו מניע עבור מעבדות ייצור24. התקנים אלה לקחת צורות רבות ולהשתמש, במקרים רבים, פרוטוקולים ספציפיים מעבדה. למרבה הצער, מנגנונים, יעילות, ויכולות של התקנים ופרוטוקולים אלו הם לעיתים קרובות מדווח.

הראשון של שני היישומים לדוגמה שהוצגו לעיל (איור 3 א) מדגים את ההשפעות של תרסיס עשן ואלקטרוניקה סיגריה סיגריה המקובלת על תאי אנדותל הכדאיות. כמו עישון סיגריות קונבנציונאלי הוכח כדי לגרום מוות, חוסר תפקוד תאי אנדותל9, סביר משערים את הסיגריה האלקטרונית תרסיס תהיה השפעה דומה. כדי לבדוק את זה, אנחנו חשופים לתאי אנדותל יפתור ניקוטין רמות המקבילה של תמצית סיגריות קונבנציונאלי או תרסיס סיגריה אלקטרונית לחלץ במשך 24 שעות ביממה. בעוד שני תרסיס עשן ואלקטרוניקה סיגריה סיגריה המקובלת לגרום הפחתה משמעותית מבחינה סטטיסטית תא הכדאיות, גודל האפקט של ההפחתה תרסיס המושרה סיגריה אלקטרונית היא ~ 13% תוך הפחתת לאחר קונבנציונלי עשן סיגריות חשיפה סיומו 90%. בעוד זה תומך ברעיון כי סיגריות אלקטרוניות הן פחות מזיק למערכת כלי הדם מסיגריות קונבנציונאלי, הם עדיין לא בטוחים. השני מבין שני היישומים לדוגמה שהוצגו לעיל (איור 3B) מדגים את תרסיס סיגריה אלקטרונית חילוץ לתוך הממס האורגני יכולים להיות מופרדים למרכיביו וניתח באמצעות ספקטרומטר מסה. הרשימה רכיב שנוצרה מספק מידע אודות הדיוק של תיוג במוצרים סיגריה אלקטרונית, מדגיש רכיבים מזיקים מסוימים כגון אצטיל propionyl (2, 3-pentanedione)27. בעוד הרכיבים מזוהה בניסוי זה וועדת, כימות יכול להתבצע על ידי טכניקות אנליטיות שגרתיות כמו אלה המוצגים CORESTA CRM8428.

כאן, אנחנו הציגו מכשיר מעבדה לתכנות מייצר נוזלי לחלץ מן בתרסיס סיגריה אלקטרונית או עשן הסיגריה קונבנציונלי. מכשיר זה יכול להכיל מערך מגוון של עיצובים מוצר (כמו מותגים מסחריים מובילים של סיגריה אלקטרונית), תהליך החילוץ יכול להיות מותאם אישית משתמש מפרטים. במקרה ספציפי זה, הראו את השימוש תמצית שנוצר ב- assay הכדאיות תאי אנדותל; עם זאת, תמציות שנוצר על ידי המכשיר הזה יכול להיות מיושם לכל סוג של תא בודד האוכלוסייה וכן תרבות משותפת, explant או מודל אחר במבחנה . תמציות אלה תואמים מספר רחב של מבחני ביולוגי בשימוש תכוף כולל זיהוי מינים חמצן תגובתי, מבחני התפשטות תא מכתים חיסונית קונבנציונלי. יתר על כן, היכולת לפרק את ההרכב של תמצית סיגריה אלקטרונית באמצעות גז-כרומטוגרפיה-ספקטרומטריית מספקת נקודת התחלה ללימודי מפורט של רכיבים בודדים תרסיס. באופן כללי, מכשיר זה מספק נקודת כניסה נגישה למחקר סיגריה אלקטרונית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

תכנית העמיתים מחקר מדעי רגולטוריות מוצר טבק מנוהל על ידי תטיסרבינואב ממומן על ידי הלקוח Altria שירותי רגולציה.

Acknowledgments

המחברים להכיר את הסיוע של ד ר רוברט דוטסון של המחלקה באוניברסיטת טולאן של התא, ביולוגיה מולקולרית על סיועו בעריכת כתב היד, ד ר ג'יימס בולינג'ר של טולאן אוניברסיטת המחלקה לכימיה על עזרתו עם עיצוב פרוטוקול ספקטרומטר מסה. המחברים נוספת להכיר החוג באוניברסיטת טולאן של התא, ביולוגיה מולקולרית ו טולאן באוניברסיטה במחלקה לכימיה על תמיכתם ועל השימוש של שטח וציוד. עבודה זו נתמכה על ידי טבק המוצר רגולטוריות מדע מחקר לאגודה כדי ג אנדרסון מ הספר טולאן האוניברסיטה למדעים והנדסה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. World Health Organization. WHO Report on the Global Tobacco Epidemic, 2011. Italy. (2011).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Pisinger, C., Døssing, M. A systematic review of health effects of electronic cigarettes. Prev. Med. 69, 248-260 (2014).
  6. Callahan-Lyon, P. Electronic cigarettes: human health effects. Tob. Control. 23, (Suppl 2), ii36-ii40 (2014).
  7. Dinakar, C., O'Connor, G. T. The Health Effects of Electronic Cigarettes. N. Engl. J. Med. 375, (14), 1372-1381 (2016).
  8. 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).
  9. U.S. Department of Health and Human Services. The Health Consequences of Smoking: 50 Years of Progress. A Report of the Surgeon General. Atlanta, GA. U.S. Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion, Office on Smoking and Health (2014).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. International Organization for Standards. ISO 3088:2012 Routine analytical cigarette smoking machine – Definitions and standard conditions. (2012).
  16. World Health Organization. Standard Operating Procedure for Intense Smoking of Cigarettes. (2012).
  17. Brown, C. J., Cheng, J. M. Electronic cigarettes: product characterisation and design considerations. Tob. Control. 23, (Suppl 2), ii4-ii10 (2014).
  18. 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).
  19. Thorne, D., Adamson, J. A review of in vitro cigarette smoke exposure systems. Exp. Toxicol. Pathol. 65, (7-8), 1183-1193 (2013).
  20. 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).
  21. Baker, R. The Development and Significance of Standards for Smoking-Machine Methodology. Beitr. Zur Tab. Contrib. Tob. Res. 20, (1), (2014).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Herrington, J. S., Myers, C. Electronic cigarette solutions and resultant aerosol profiles. J. Chromatogr. A. 1418, 192-199 (2015).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
מיקרו-בקר המופעל התקן לדור של נוזלי תמציות קונבנציונאלי סיגריה סיגריה עשן ואלקטרוניקה תרסיס
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Anderson, C. A., Bokota, R. E., Majeste, A. E., Murfee, W. L., Wang, S. A Microcontroller Operated Device for the Generation of Liquid Extracts from Conventional Cigarette Smoke and Electronic Cigarette Aerosol. J. Vis. Exp. (131), e56709, doi:10.3791/56709 (2018).More

Anderson, C. A., Bokota, R. E., Majeste, A. E., Murfee, W. L., Wang, S. A Microcontroller Operated Device for the Generation of Liquid Extracts from Conventional Cigarette Smoke and Electronic Cigarette Aerosol. J. Vis. Exp. (131), e56709, doi:10.3791/56709 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter