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Bioengineering

एक Microcontroller पारंपरिक सिगरेट का धुआं और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल से तरल निष्कर्षों की पीढ़ी के लिए उपकरण संचालित

doi: 10.3791/56709 Published: January 18, 2018

Summary

यहां, हम एक प्रोग्राम प्रयोगशाला उपकरण है कि पारंपरिक सिगरेट का धुआं और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल के अर्क बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है का वर्णन । इस विधि पारंपरिक सिगरेट और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के बीच प्रत्यक्ष तुलना करने के लिए एक उपयोगी उपकरण प्रदान करता है, और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट अनुसंधान में एक सुलभ प्रवेश बिंदु है ।

Abstract

इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट मध्य और उच्च schoolers के बीच सबसे लोकप्रिय तंबाकू उत्पाद है और वयस्कों के बीच सबसे लोकप्रिय वैकल्पिक तंबाकू उत्पाद हैं । उच्च गुणवत्ता, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के उपयोग के परिणामों पर प्रतिलिपि अनुसंधान उभरते सार्वजनिक स्वास्थ्य चिंताओं को समझने और क्राफ्टिंग सबूत आधारित विनियामक नीति के लिए आवश्यक है । जबकि कागज की बढ़ती संख्या इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट पर चर्चा, समूहों में तरीकों में थोड़ा स्थिरता और परिणामों पर बहुत कम आम सहमति है । यहां, हम एक प्रोग्राम प्रयोगशाला उपकरण है कि पारंपरिक सिगरेट का धुआं और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल के अर्क बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है का वर्णन । इस प्रोटोकॉल विवरण विधानसभा और ऑपरेशन के लिए निर्देश कहा कि डिवाइस, और दो नमूना अनुप्रयोगों में उत्पन्न निकालने के उपयोग को दर्शाता है: एक इन विट्रो सेल व्यवहार्यता परख और गैस-क्रोमैटोग्राफी मास-स्पेक्ट्रोमेट्री. इस विधि पारंपरिक सिगरेट और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के बीच प्रत्यक्ष तुलना करने के लिए एक उपकरण प्रदान करता है, और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट अनुसंधान में एक सुलभ प्रवेश बिंदु है ।

Introduction

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स्वास्थ्य संगठनों द्वारा एक केंद्रित प्रयास के बावजूद, तंबाकू उत्पाद का उपयोग रोके मौत का प्रमुख कारण दुनिया भर में रहता है, इन मौतों के बहुमत के साथ सिगरेट धूंरपान करने के लिए जिंमेदार ठहराया1। २००३ में बाजार में प्रवेश करने के बाद से, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट तंबाकू उत्पाद उपयोगकर्ताओं के बीच लोकप्रियता में बढ़ रहा है । वर्तमान में, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट अमेरिकी वयस्कों के बीच पारंपरिक सिगरेट के लिए सबसे लोकप्रिय विकल्प है (~ 5%)2 और बीच में सबसे लोकप्रिय निकोटीन वितरण प्रणाली (~ ५.३%) और उच्च schoolers (~ 16%)3। यदि वर्तमान रुझान जारी रखने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के लिए भविष्य की पीढ़ियों के लिए पारंपरिक सिगरेट की जगह की उंमीद कर सकते हैं । हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट का उपयोग के स्वास्थ्य के परिणाम अस्पष्ट रहते हैं ।

इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट पर अनुसंधान बयाना में शुरू नहीं किया जब तक इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट लोकप्रियता तेजी से २०१३3,4में वृद्धि हुई । उस समय के बाद से, विभिंन मॉडलों के एक नंबर के लिए उनके विषाक्तता के सवाल का पता कार्यरत किया गया है । हालांकि, कई अध्ययनों के परिणाम परस्पर विरोधी हैं, और जब यह लगता है कि इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट आम तौर पर पारंपरिक सिगरेट से कम विषाक्त कर रहे है वहां इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के स्वास्थ्य के परिणामों पर कोई वर्तमान आम सहमति का उपयोग करें5, , 7. हमारे पिछले अनुसंधान इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट काफी कम पारंपरिक सिगरेट की तुलना में संवहनी endothelium को विषाक्त कर रहे हैं, उनके डीएनए नुकसान और oxidative तनाव और सेल मौत 8 की प्रेरण पैदा करने की क्षमता के बावजूद . हालांकि, अधिक अनुसंधान आवश्यक है इससे पहले कि हम इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट का उपयोग के स्वास्थ्य के परिणामों के बारे में फर्म निष्कर्ष आकर्षित कर सकते हैं ।

के रूप में पारंपरिक सिगरेट निवारक संवहनी रोग9के एक प्रमुख कारण हैं, वहां इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट का उपयोग करें10,11,12के संवहनी स्वास्थ्य जोखिम में एक बढ़ती रुचि है । आदेश में संवहनी प्रणाली पर इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए, हमारी प्रयोगशाला एक microcontroller संचालित धूंरपान/vaping डिवाइस (चित्रा 1)8विकसित की है । इस उपकरण या तो जलीय या कार्बनिक सॉल्वैंट्स में पारंपरिक सिगरेट का धुआं या इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल के तरल अर्क पैदा करने में सक्षम है । airflow एक समायोज्य हवा प्रवाह नियामक और एक PBASIC समय कार्यक्रम के संयोजन के द्वारा नियंत्रित किया जाता है के रूप में, डिवाइस उपयोगकर्ता परिभाषित प्रोटोकॉल के किसी भी संख्या के अनुसार अर्क उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । यहां हम विस्तार विधानसभा और इस उपकरण के संचालन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से दो संभावित अनुप्रयोगों: इन विट्रो सेल व्यवहार्यता मूल्यांकन और गैस-क्रोमैटोग्राफी मास-स्पेक्ट्रोमेट्री ।

Figure 1
चित्रा 1: धूंरपान/Vaping डिवाइस दोनों सिगरेट/इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट (ई-cig) विंयास (एक) और टैंक इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट विंयास (बी) में धूंरपान/vaping डिवाइस के भौतिक विधानसभा के लिए योजनाबद्ध । घटक कुंजी: 1) साँस लेना बंदरगाह; 2) प्राथमिक संग्रह pinger; 3) ओवरफ़्लो pinger; ४) Buchner कुप्पी वैक्यूम जाल; 5) आम तौर पर खुला solenoid वाल्व; ६) BS1 microcontroller; 7) वायु प्रवाह नियामक; 8) ५१० लड़ी पिरोया इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट टैंक बेस । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Protocol

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1. डिवाइस की असेंबली

  1. एक स्टील रिंग स्टैंड के लिए एक १०० मिलीलीटर Buchner कुप्पी (चित्रा 1, #4) सुरक्षित और एक जलशुष्कक के रूप में सेवा करने के लिए कैल्शियम क्लोराइड के ५० ग्राम के साथ इसे भरने के द्वारा एक वैक्यूम जाल बनाने । छेद डाट के माध्यम से एक रबर के साथ कुप्पी सील, आयल फिल्म के साथ डाट जंक्शन लपेटो, और छेद के माध्यम से एक पिपेट चलाते हैं ।
  2. vinyl टयूबिंग का उपयोग करना, एक टी-चौराहे नली संबंधक को डाट से विस्तार पिपेट कनेक्ट ।
  3. vinyl टयूबिंग का उपयोग करना, एक दूसरे के लिए दो pinger (चित्रा 1, #2 और #3) कनेक्ट और टी-चौराहे नली संबंधक के लिए दूसरा pinger के उत्पादन से कनेक्ट ।
  4. vinyl टयूबिंग का उपयोग करना, पहले pinger के इनपुट बंदरगाह के लिए एक साँस लेना बंदरगाह के रूप में सेवा कनेक्ट (चित्रा 1, #1) ।
  5. vinyl टयूबिंग का उपयोग करना, एक airflow नियामक के इनपुट बंदरगाह के लिए Buchner कुप्पी के पक्ष हाथ कनेक्ट (चित्रा 1, #7) और airflow नियामक के निकास बंदरगाह एक वैक्यूम पंप करने के लिए ।
  6. चित्रा 2aमें योजनाबद्ध के अनुसार सर्किट इकट्ठा ।
  7. एक धारावाहिक अनुकूलक और निर्माता सॉफ्टवेयर के माध्यम से bs1 microcontroller (चित्रा 1, #6) के लिए PBASIC कार्यक्रम SVL. bs1 (चित्रा 2 बी, भी https://github.com/ChastainAnderson/SVL पर उपलब्ध) अपलोड करें ।
  8. ५१० थ्रेडेड आधार (आरेख 1 #8) को रिंग स्टैंड दबाना में रखें ।
  9. vinyl टयूबिंग का उपयोग करना, solenoid वाल्व कनेक्ट (चित्रा 1, #5) टी चौराहे नली संबंधक के मुक्त अंत करने के लिए ।
    नोट: डिवाइस पूरी तरह से और ऑपरेशन के लिए तैयार होना चाहिए, सभी जोड़ों की जांच सुनिश्चित करें कि वे हवा तंग कर रहे है और नली clamps और वैक्यूम तेल की जरूरत के रूप में लागू होते हैं ।

Figure 2
चित्रा 2: विद्युत योजनाबद्ध और PBASIC कोड. चित्रा 2a बिजली के सर्किट के लिए आवश्यक दोनों आम तौर पर खुला solenoid वाल्व और बटन के हीटिंग का तार सक्रिय इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट (५१० लड़ी पिरोया इलेक्ट्रॉनिक के माध्यम से) को निष्क्रिय करने के लिए विद्युत योजनाबद्ध प्रदर्शित करता है सिगरेट टैंक बेस) । ताप का तार के विद्युत मापदंडों (पी: पावर; आर: प्रतिरोध; और मैं: वर्तमान) और पेश कर रहे है empirically एक मीटर पोस्ट विधानसभा के साथ सत्यापित किया जाना चाहिए । चित्रा बी + चित्रा 2a में सर्किट को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक PBASIC समय कार्यक्रम प्रदर्शित करता है (https://github.com/ChastainAnderson/SVL पर भी उपलब्ध है). समय स्थिरांक स्वत् & IPT (#5 और #6) ms की इकाइयों में हैं और 2 सेकंड का सक्रियण समय और 28 s का डाउनटाइम प्रदान करने के लिए सेट हैं. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें.

2. नमूना भंडारण और तैयारी

  1. कमरे के तापमान पर वाटरप्रूफ प्लास्टिक बैग्स में अंधेरे में सभी खुले हुए पारंपरिक और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के नमूनों को स्टोर करें ।
  2. एक बार खोला, 4 º सी पर वाटरप्रूफ प्लास्टिक बैग में नमूनों की दुकान, एक कागज तौलिया के साथ अतिरिक्त नमी को अवशोषित करने के लिए ।
  3. प्री-equilibrate एक कमरे के तापमान आर्द्रता में सभी नमूनों पर ~ ६०% आर्द्रता के लिए उपयोग करने से पहले कम से 30 मिनट के लिए ।

3. सिगरेट का धुआं/इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल निष्कर्षण उपकरण के सामांय ऑपरेशन

  1. प्रत्येक ई सिगरेट cartomizer के द्रव्यमान का निर्धारण/टैंक पूर्व vaping एक विश्लेषणात्मक संतुलन का उपयोग कर । प्री/पोस्ट-पोस्ट vaping वेट में अंतर उचित खुराक का निर्धारण करने के लिए किया जाएगा.
    नोट: 3R4F संदर्भ सिगरेट को शामिल करने के लिए ग्रहण कर रहे हैं ०.७ निकोटीन की मिलीग्राम, और वाणिज्यिक सिगरेट ब्रांडों की निकोटीन सामग्री पारंपरिक विश्लेषणात्मक तरीकों द्वारा निर्धारित किया जा सकता है13.
  2. नमूना आवेदन 1 के लिए, endothelial सेल संस्कृति माध्यम के ४.३ मिलीलीटर के साथ प्राथमिक pinger के जलाशय भरें । नमूना आवेदन 2 के लिए, एसीटोन के 5 मिलीलीटर के साथ जलाशय भरें ।
  3. इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट या निष्कर्षण के लिए पारंपरिक सिगरेट की तैयारी:
    1. यदि एक पारंपरिक सिगरेट का उपयोग कर, फिल्टर के आसपास स्पष्ट टेप का एक टुकड़ा लागू करते है और एक आसानी से दिखाई छाप जहां सिगरेट कागज फिल्टर में मिलती है डाल दिया ।
    2. अगर ई सिगरेट की तरह एक सिगरेट का उपयोग कर, सुनिश्चित करें कि बैटरी अच्छी तरह से चार्ज किया जाता है और cartomizer कसकर बैटरी को खराब कर दिया ।
    3. यदि एक इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट टैंक का उपयोग कर, सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट तरल का एक उचित मात्रा टैंक में भरी हुई है और ५१० लड़ी पिरोया आधार पर टैंक पेंच है ।
  4. सांस लेना बंदरगाह में पारंपरिक या इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट की नोक डालें (चित्रा 1, #1) और एक नली दबाना के साथ सुरक्षित ।
  5. वैक्यूम पंप चालू करें ।
  6. 2 सेकंड से अधिक ५५ मिलीलीटर पफ सुनिश्चित करने के लिए १.६५ L/मिनट खींचने के लिए प्रवाह मीटर को समायोजित करें ।
  7. microcontroller को चालू करें । अगर एक पारंपरिक सिगरेट का प्रयोग, पहले कश पर सिगरेट प्रकाश ।
  8. भागो अनुमानित वांछित एकाग्रता तक (भागों में प्रति मिलियन या% वजन/
  9. एक विश्लेषणात्मक संतुलन का उपयोग कर वाष्पीकरण के बाद प्रत्येक ई-सिगरेट cartomizer के द्रव्यमान का निर्धारण/ कुल द्रव्यमान खपत निर्धारित करने के लिए चरण ३.१ में किए गए माप के लिए इस माप की तुलना करें । भस्म द्रव्यमान की एकाग्रता की गणना/ उत्पादों के बीच सामान्य करने के लिए भस्म निकोटीन की दाढ़ एकाग्रता का प्रयोग करें.
    1. एक अपर्याप्त द्रव्यमान का सेवन किया गया था, तो डिवाइस के लिए इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट वापसी और आगे की खपत ।
    2. यदि पर्याप्त या अधिक द्रव्यमान का सेवन किया गया तो आगे बढ़ें ।

4. निस्पंदन और भंडारण

  1. अगर निकालने के लिए सेल संस्कृति के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है, एक ०.२२ µm पी इ एस सिरिंज फिल्टर के माध्यम से फिल्टर.
  2. अर्क तुरंत उपयोग करें या स्टोर पर-८० º सी । एंडरसन, एट अल के लिए तैयारी के भाग के रूप में । 8, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल का प्रदर्शन किया गया करने के लिए दो साल तक के लिए स्थिर हो, और सिगरेट के धुएं की स्थिरता को बदमाशों द्वारा स्थापित किया गया है, एट अल । 13.

5. उपकरण क्लीनिंग

  1. प्रत्येक निष्कर्षण के बाद, ७०% इथेनॉल और पानी के साथ उपकरणों की टयूबिंग और जलाशयों कुल्ला को रोकने के नमूने के बीच ले ।
  2. धोने के बाद, airflow लाइनों के सुखाने की सहायता करने के लिए अनुमति देने के लिए खाली डिवाइस संक्षेप में चलाते हैं ।

6. नमूना आवेदन 1: तटस्थ लाल गजब सेल व्यवहार्यता परख

  1. endothelial सेल विकास माध्यम के ४.३ मिलीलीटर में ऊपर के रूप में निकालने का प्रदर्शन ।
  2. एक दिन पहले, बीज मानव नाल नस endothelial कोशिकाओं में ९६ अच्छी तरह से एक घनत्व पर प्लेटें 1 x 104 कोशिकाओं/wellin १०० µ एल के endothelial सेल विकास माध्यम ।
  3. पुराने endothelial सेल संस्कृति माध्यम की जगह के साथ या तो १०० µ एल ताजा endothelial सेल संस्कृति माध्यम के एक नियंत्रण या ७५ µ एल के रूप में सेवा करने के लिए कोशिकाओं का इलाज एक 2 मिमी के 25 endothelial एल के साथ मिश्रित µ सेल विकास मध्यम का उपभोग निकोटीन एकाग्रता निकालें (१.४ mg ४.३ मिलीलीटर endothelial सेल विकास माध्यम में निकोटीन भस्म) ५०० µ एम के अंतिम एकाग्रता के लिए उपचार के रूप में काम करते हैं ।
  4. सिगरेट का धुआं और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल दोनों के घटकों के रूप में अस्थिर कर रहे हैं, एक पंनी सील का उपयोग करने के लिए कुओं वाटरप्रूफ रखें ।
  5. ३७ ° c और 5% CO2पर थाली 18-24 एच मशीन ।
  6. तटस्थ लाल दाग समाधान तैयार करें:
    1. एक 100x तटस्थ लाल को भंग करके शेयर समाधान बनाएं बफ़र्ड नमक समाधान के 10 मिलीलीटर में तटस्थ लाल रंग के ३३ मिलीग्राम ।
    2. शीघ्र ही उपयोग करने से पहले, सेल संस्कृति माध्यम में 100x स्टॉक समाधान 1:100 पतला 1x तटस्थ लाल धुंधला समाधान बनाने के लिए ।
    3. का उपयोग करें और तुरंत उपयोग करने से पहले कम से कम 30 मिनट के लिए ३७ ° c पर तटस्थ लाल धुंधला समाधान की मशीन ।
      नोट: यह कुछ क्रिस्टल के लिए सामांय है के लिए गर्मी के दौरान तेजी । देखभाल सेल संस्कृति कुओं के लिए इन क्रिस्टल लगाने से बचने के लिए लिया जाना चाहिए । यदि आवश्यक हो, एक .22 µm फिल्टर तटस्थ लाल स्टॉक और धुंधला समाधान फिल्टर करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
  7. निकालने निकालें और प्रति अच्छी तरह से तटस्थ लाल दाग समाधान के १०० µ एल जोड़ने के लिए, अधिक उपयोग के लिए उचित ठहराव के लिए कम से कम तीन खाली कुओं बनाने के लिए ।
  8. ३७ ° c और 5% CO2पर 2-4 घंटे में थाली मशीन ।
  9. तटस्थ लाल दाग समाधान निकालें और पंजाब में डुबकी द्वारा 3x धो लो ।
  10. लागू तटस्थ लाल de-दाग समाधान (५०% जल, ४९% इथेनॉल, 1% एसिटिक एसिड) ।
  11. मिलाते के साथ कमरे के तापमान पर कम से कम 10 मिनट की मशीन ।
  12. ५४० एनएम में अवशोषक पढ़ें ।
  13. खाली कुओं के औसत मूल्य को घटाकर और खाली समायोजित नियंत्रण के औसत के लिए सामान्य रूप से मान से डेटा का विश्लेषण करें.

7. नमूना आवेदन 2: गैस क्रोमैटोग्राफी मास स्पेक्ट्रोमेट्री

  1. एसीटोन के 5 मिलीलीटर में ऊपर के रूप में निष्कर्षण प्रदर्शन ।
  2. उपकरण चलाने के लिए एक अंतिम एकाग्रता प्राप्त करने के लिए ~ १०० भागों प्रति मिलियन (वजन के ई-तरल भस्म/एसीटोन की मात्रा) अपने नमूने के ।
  3. एक परिशुद्धता ग्लास सिरिंज का उपयोग करना, एक GC-MS डिवाइस के इंजेक्टर में 1 µ एल इंजेक्षन. एक युग्मित गैस chromatograph/quadrupole स्पेक्ट्रोमीटर प्रणाली में एक 1:20 विभाजन अनुपात के साथ २५० डिग्री सेल्सियस पर इंजेक्षन निम्नलिखित ओवन प्रोटोकॉल के साथ एक ZB-5 कॉलम के साथ सुसज्जित: ५० डिग्री सेल्सियस पर 1 मिनट; रैंप 10 ° c/१४० ° c के लिए मिनट; रैंप 20 ° c/३०० ° c के लिए मिनट और 10 मिनट के लिए पकड़ो ।
  4. परिणामस्वरूप मास स्पेक्ट्रा के लिए लक्ष्य पुस्तकालय एयरोसोल घटकों की पहचान करने के लिए ।

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Representative Results

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मानव नाल नस endothelial कोशिकाओं के जोखिम के 24 घंटे के भीतर या तो पारंपरिक सिगरेट धूंरपान निकालने के लिए (सीएसई) या इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल निकालने (EAE), वहां एक महत्वपूर्ण है (नियंत्रण बनाम सीएसई पी < 0.001; नियंत्रण बनाम EAE पी < 0.01; n = 6) कोशिका व्यवहार्यता में कमी (चित्र 3ए) । अर्क 2 के एक puffing प्रोफ़ाइल के साथ उत्पंन किया गया, 2 दूसरा, ५५ एमएल puffs प्रति मिनट और सामान्यीकृत डिवाइस द्वारा भस्म निकोटीन के दाढ़ एकाग्रता के आधार पर । ५०० करने के लिए जोखिम µ एम की खपत निकोटीन के समकक्ष सीएसई नाटकीय रूप से नियंत्रण के ११.०६ ± ०.२८% करने के लिए व्यवहार्य कोशिकाओं को कम कर देता है, और ५०० के लिए जोखिम µ एम भस्म निकोटीन EAE के समकक्ष नियंत्रण के ८६.६५ ± ४.६०% करने के लिए व्यवहार्य कोशिकाओं को कम कर देता है ।

चित्र बी गैस क्रोमैटोग्राफी द्वारा एक वाणिज्यिक इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट से इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट घटकों की अस्थिरता आधारित जुदाई दर्शाता है । घटक तो quadrupole मास स्पेक्ट्रोमेट्री के माध्यम से पहचाने गए । पहचाने गए घटक, अस्थिरता के क्रम में, शामिल हैं: propylene ग्लाइकोल, एसिटाइल propionyl, chlorobutanol, ग्लिसरॉल, निकोटीन, और 3-nitropthalic एसिड । इनमें से केवल propylene ग्लाइकोल, ग्लिसरॉल, और निकोटीन उत्पाद लेबल1पर प्रकट किया गया था ।

Figure 3
चित्र 3: नमूना अनुप्रयोग: सेल व्यवहार्यता और GC-MS. चित्रा 3 ए के परिणाम प्रदर्शित करता है एक तटस्थ लाल ऊपर परख मानव नाल नस endothelial कोशिकाओं पर प्रदर्शन किया ५०० µ एम को उजागर एक 3R4F अनुसंधान संदर्भ सिगरेट (सीएसई) से या तो पारंपरिक सिगरेट का धुआं निकोटीन समकक्ष भस्म या इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट (EAE) से । सलाखों के मतलब है +/ दो पुच्छ, ख़राब, t-परीक्षण और तारांकनों द्वारा इंगित किए गए परिणामों द्वारा निर्धारित माहात्म्य: * * P < 0.01; P < 0.001; n = 6. चित्र बी एसीटोन में इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल solubilized के एक गैस chromatograph के परिणाम प्रदर्शित करता है । चोटियों प्रतिधारण समय (अस्थिरता) द्वारा आदेश दिया व्यक्तिगत यौगिकों का प्रतिनिधित्व करते हैं और quadrupole जन स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा की पहचान की गई. १) propylene ग्लाइकोल; २) एसिटाइल propionyl; ३) chlorobutanol; ४) ग्लिसरॉल; 5) निकोटीन; ६) ३-nitropthalic अम्ल. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

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इस प्रोटोकॉल के सबसे महत्वपूर्ण तत्वों डिवाइस सुनिश्चित कर रहे है शुरू में साफ है और प्रत्येक निष्कर्षण के समाप्त, और यह सुनिश्चित करना है कि सभी जवानों बनाए रखा ताकि हवा के प्रवाह के अनुरूप रहता है । डिवाइस ठीक से साफ नहीं है, तो नमूने के बीच ले जाने का खतरा है । इसके अतिरिक्त, यदि डिवाइस समय की एक विस्तारित अवधि के लिए अशुद्ध छोड़ दिया है गाढ़ा एयरोसोल और सूखे विलायक प्रणाली ब्लॉक कर सकते हैं । ध्यान दें कि यह वहां के लिए सामांय है एक दबाव ड्रॉप जब एक पारंपरिक सिगरेट puffing और airflow मीटर कश के दौरान वांछित airflow प्रदान करने के लिए समायोजित किया जाना चाहिए नहीं है, जबकि डिवाइस कमरे हवा खींच रहा है । इस पद्धति की एक प्रमुख विशेषता इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट प्रौद्योगिकी की उंनति के साथ रखने के लिए अनुकूलित करने की क्षमता है । उदाहरण के लिए, कई इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट हीटिंग कुंडल के बटन प्रेस सक्रियण की आवश्यकता होती है । इस उपकरण को सीधे नियंत्रण सर्किट (चित्रा 2a) में हीटिंग कुंडल शामिल है) उपयोगकर्ता क्रमादेशित अंतराल पर एक बटन प्रेस नकल उतार । इस विधि की प्राथमिक सीमाओं इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट का उपयोग करने के लिए अच्छी तरह से चरित्र मानक संचालन प्रक्रियाओं की कमी से उठता है । जब तक हम एक शोध संदर्भ सिगरेट का उपयोग कर सकते है14 और अंतरराष्ट्रीय प्रोटोकॉल15,16 पारंपरिक सिगरेट के लिए, हम केवल इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के लिए इन तरीकों के अनुकूल है और गारंटी नहीं दे सकता है कि यह उचित मॉडल इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट उपयोगकर्ता व्यवहार । इसके अतिरिक्त, इस प्रोटोकॉल एक तरल माध्यम में निकालने का उत्पादन । हालांकि यह कुछ प्रकार के सेल के लिए उपयुक्त है, जैसे endothelial कोशिकाओं, अंय सेल प्रकार, जैसे airway कोशिकाओं, बेहतर इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल के लिए प्रत्यक्ष जोखिम के माध्यम से अध्ययन किया जा सकता है ।

इस डिवाइस की प्रकृति नए मानक ऑपरेटिंग प्रक्रियाओं विकसित कर रहे हैं के रूप में इसे अद्यतन करने की अनुमति देता है. संशोधन के कई अंक खुद मौजूद है कि डिवाइस विशिष्ट प्रश्नों के अनुरूप होने के लिए अनुमति दे सकता है । नए इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट17के पहले मॉडलों की तुलना में वाट क्षमता के एक उच्च श्रेणी शामिल हैं । चित्रा 2aमें प्रस्तुत योजनाबद्ध में, दोनों हीटिंग का तार और हीटिंग का तार करने के लिए आसंन ही अलग प्रतिरोध मूल्यों के साथ घटकों के लिए बदली जा सकता है (या भी चर प्रतिरोध) के लिए इस्तेमाल किया अंतिम शक्ति मिलाना इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट तरल aerosolize । पिचकारी में अंतिम सैद्धांतिक शक्ति परंपरागत सत्ता समीकरणों के साथ गणना की जा सकती है:

Equation 1याEquation 2
जहां P: Power; V: वोल्टेज; आर: प्रतिरोध; और मैं: वर्तमान ।

के रूप में इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के उपयोग के लिए कोई मोटे तौर पर स्वीकार किए जाते है अंतरराष्ट्रीय मानक संचालन प्रक्रिया है, और विभिंन समूहों के लिए विभिंन मापदंडों और puffing प्रोफाइल रोजगार चाहते हो सकता है । एक आम इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट मानक है CORESTA CRM8118, हालांकि कुछ समूहों के लिए आईएसओ 3088:201215 और जो TobLabNet 116शराबी के रूप में पारंपरिक सिगरेट धूंरपान प्रोटोकॉल के संशोधित संस्करण का उपयोग जारी है । इसके अतिरिक्त, कई प्रयोगशालाओं के लिए प्रयोगशाला और/या संस्था विशिष्ट सरकारों का उपयोग जारी है । इस उदाहरण में, हम एक वर्ग वेव पफ 2, 2 सेकंड, ५५ एमएल puffs प्रति मिनट से मिलकर प्रोफ़ाइल कार्यरत; हालांकि, इस उपकरण के मॉड्यूलर, प्रोग्राम प्रकृति यह जरूरत के रूप में अंय puffing प्रोफाइल के लिए अनुकूलित किया जा करने के लिए अनुमति देता है । कश मात्रा सीधे हवा का प्रवाह मीटर का समायोजन करके बदला जा सकता है । कश समय और हीटिंग का तार सक्रियण समय प्रोग्राम SVL. bs1 (चित्र b, #5 और #6) में स्वत् और IPT स्थिरांकों को परिवर्तित करके बदला जा सकता है । यदि एक को de-puffing समय और सक्रियकरण समय सिंक्रनाइज़ करना चाहते थे, यह स्वत् और IPT स्थिरांकों के बंटवारे के द्वारा किया जा सकता है, जैसे स्वत्1 हीटिंग सर्किट और वाल्व सर्किट के सक्रियकरण के बीच समय का प्रतिनिधित्व, स्वत्2 वाल्व सर्किट और हीटिंग सर्किट की निष्क्रियता के सक्रियकरण के बीच समय का प्रतिनिधित्व, और स्वत्3 हीटिंग सर्किट की निष्क्रियता और वाल्व सर्किट की निष्क्रियता के बीच समय का प्रतिनिधित्व, और इसी तरह IPT के लिए । जबकि ५१० लड़ी पिरोया आधार कई टैंक इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट में आम है, यह सार्वभौमिक नहीं है । उपयोगकर्ता की आवश्यकता है, तो एक अलग थ्रेडेड आधार प्रतिस्थापित किया जा सकता है । यदि एक वर्ग तरंग प्रोफ़ाइल वांछित नहीं है, या तो हवा का प्रवाह मीटर या एक सतत प्रोग्राम घटक के साथ solenoid वाल्व की जगह के लिए वेव प्रोफ़ाइल आकृति ।

इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट अनुसंधान की प्रगति के रूप में, उपलब्धता और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट धूंरपान उपकरणों की पहुंच एक बाधा बनी हुई है । सिगरेट धूंरपान मशीनें तंबाकू उत्पाद अनुसंधान का एक अभिंन अंग के रूप में १८४३ के रूप में जल्दी है और आज वहां पारंपरिक सिगरेट19,20के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध धूंरपान मशीनों की एक किस्म है रहे हैं । वहां रहे है कई पारंपरिक सिगरेट धूंरपान के लिए स्थापित मानक संचालन प्रक्रियाओं21। हालांकि, कई पारंपरिक सिगरेट धूंरपान उपकरणों सही इलेक्ट्रॉनिक इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट ब्रांडों और मॉडलों के भीतर पारंपरिक और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट और मतभेदों के बीच डिजाइन मतभेदों की वजह से सिगरेट धूंरपान करने में असमर्थ साबित कर दिया, जैसे: व्यास, साई आवश्यकताओं, और सेंसर या बटन आधारित सक्रियण17के लिए की जरूरत है । वर्तमान में इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट धूंरपान मशीनों के एक heterogenous वाणिज्यिक क्षेत्र है कि सीधे एयरोसोल निष्कर्षण के रूप में के रूप में अच्छी तरह से हवा तरल इंटरफेस जोखिम के लिए डिजाइन उपकरणों सहित उपकरण शामिल है (जैसे Borgwalt22 और Vitrocell 22,23). वाणिज्यिक विकल्प की उपलब्धता के बावजूद, कई समूहों, एयरोसोल निष्कर्षण के लिए अपनी प्रयोगशाला के भीतर गढ़े उपकरणों का उपयोग करने के लिए जारी रखें 10,11,12,24, 25 , 26. इसके लिए प्रेरणाएं विविध हैं । कुछ मामलों में, शोधकर्ताओं ने बेहतर मॉडल मानव व्यवहार की तलाश10. दूसरों को सिगरेट का धुआं12के पहले प्रकाशित अध्ययन के साथ निरंतरता बनाए रखने का प्रयास कर रहे हैं । अभी भी दूसरों को सीधे प्रयोगशाला निर्माण24में के लिए एक प्रेरणा के रूप में वाणिज्यिक विकल्प की पहुंच का हवाला देते हैं । इन उपकरणों कई रूपों ले और कई मामलों में, प्रयोगशाला विशिष्ट प्रोटोकॉल का उपयोग करें । दुर्भाग्य से, तंत्र, प्रभावकारिता, और इन उपकरणों और प्रोटोकॉल की क्षमताओं अक्सर के तहत सूचित कर रहे हैं ।

दो नमूना ऊपर प्रस्तुत आवेदनों की पहली (आंकड़ा 3ए) endothelial सेल व्यवहार्यता पर पारंपरिक सिगरेट का धुआं और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल के प्रभाव को दर्शाता है । के रूप में पारंपरिक सिगरेट का धुआं endothelial कोशिका मृत्यु और9रोग के कारण प्रदर्शन किया गया है, यह परिकल्पना कि इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल एक समान प्रभाव होगा उचित है । इस परीक्षण के लिए, हम मानव गर्भनाल endothelial कोशिकाओं को उजागर करने के लिए या तो पारंपरिक सिगरेट का धुआं निकालने या इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल निकालने के बराबर के स्तर 24 एच । जबकि दोनों पारंपरिक सिगरेट का धुआं और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल कोशिका व्यवहार्यता में सांख्यिकीय महत्वपूर्ण कटौती का कारण, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल के प्रभाव आकार में कमी प्रेरित है ~ 13% जबकि कमी के बाद पारंपरिक सिगरेट का धुआं एक्सपोजर ९०% के पास । हालांकि इस विचार का समर्थन करता है कि इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट कम पारंपरिक सिगरेट से संवहनी प्रणाली के लिए हानिकारक हैं, वे अभी भी सुरक्षित नहीं हैं । दो नमूना ऊपर प्रस्तुत आवेदनों की दूसरी (चित्र बी) दर्शाता है कि इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल कार्बनिक विलायक में निकाले अपने घटकों में अलग किया जा सकता है और जन स्पेक्ट्रोमेट्री के माध्यम से विश्लेषण । उत्पंन घटक सूची इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट उत्पादों में लेबलिंग की सटीकता के बारे में जानकारी प्रदान करता है, और एसिटाइल propionyl (2, 3-pentanedione) के रूप में कुछ संभावित हानिकारक घटकों पर प्रकाश डाला गया27। हालांकि इस प्रयोग में पहचाने गए घटक मात्रा नहीं थे, ठहराव पारंपरिक विश्लेषणात्मक तकनीकों द्वारा इस तरह के CORESTA में प्रस्तुत उन लोगों के रूप में किया जा सकता है CRM8428

यहां, हम एक प्रोग्राम प्रयोगशाला पारंपरिक सिगरेट का धुआं या इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल से तरल निकालें पैदा करने में सक्षम उपकरण प्रस्तुत किया है । इस उपकरण (जैसे इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट के अग्रणी वाणिज्यिक ब्रांडों के रूप में) उत्पाद डिजाइन की एक विविध सरणी को समायोजित कर सकते है और निष्कर्षण प्रक्रिया उपयोगकर्ता विनिर्देशों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है । इस विशिष्ट उदाहरण में, हम एक endothelial सेल व्यवहार्यता परख में उत्पंन निकालने के उपयोग का प्रदर्शन किया है; हालांकि, इस उपकरण द्वारा उत्पंन अर्क एकल सेल जनसंख्या के किसी भी प्रकार के रूप में के रूप में अच्छी तरह से सह संस्कृति, explant, या अंय इन विट्रो मॉडल के लिए लागू किया जा सकता है । ये अर्क अक्सर प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों का पता लगाने, सेल प्रसार परख, और पारंपरिक bliss-धुंधला सहित जैविक परख इस्तेमाल की एक विस्तृत संख्या के साथ संगत कर रहे हैं । इसके अलावा, के लिए नीचे गैस के माध्यम से इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट निकालने की संरचना को तोड़ने की क्षमता-क्रोमैटोग्राफी मास-स्पेक्ट्रोमेट्री व्यक्तिगत एयरोसोल घटकों के विस्तृत अध्ययन के लिए एक प्रारंभिक बिंदु प्रदान करता है । कुल मिलाकर, इस उपकरण इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट अनुसंधान के लिए एक सुलभ प्रवेश बिंदु प्रदान करता है ।

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Disclosures

तंबाकू उत्पाद विनियामक विज्ञान अनुसंधान फैलोशिप कार्यक्रम Tulane विश्वविद्यालय द्वारा प्रशासित Altria ग्राहक सेवा विनियामक मामलों द्वारा वित्त पोषित है ।

Acknowledgments

लेखकों ने पांडुलिपि के संपादन में उनकी सहायता के लिए Tulane विश्वविद्यालय के सेल और आणविक जीव विज्ञान विभाग के डॉ रॉबर्ट Dotson की सहायता स्वीकार की और उनकी सहायता के लिए Tulane विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान विभाग के डॉ जेम्स बोलिंगर मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रोटोकॉल डिजाइन के साथ । लेखक और उनके समर्थन और अंतरिक्ष और उपकरणों के उपयोग के लिए Tulane विश्वविद्यालय सेल और आणविक जीवविज्ञान और Tulane विश्वविद्यालय रसायन विज्ञान विभाग के विभाग स्वीकार करते हैं । यह काम Tulane यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ साइंस एंड इंजीनियरिंग से सी. एंडरसन को तंबाकू उत्पाद नियामक साइंस रिसर्च फेलोशिप ने समर्थन दिया था ।

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

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References

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एक Microcontroller पारंपरिक सिगरेट का धुआं और इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट एयरोसोल से तरल निष्कर्षों की पीढ़ी के लिए उपकरण संचालित
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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).

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