Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Bioengineering

Микроконтроллер работает устройство для генерации жидких экстрактов из обычных сигарет курить и электронных сигарет аэрозоля

doi: 10.3791/56709 Published: January 18, 2018

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

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

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.

Figure 1
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.

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. Ассамблея устройства

  1. Безопасный 100 мл Buchner колбу (рис. 1, #4) к стальное кольцо стоять и создать вакуум ловушку, заполнив его с 50 г хлорида кальция в качестве осушитель. Уплотнение колбу с резиновой пробкой через отверстие, завернуть пробку пересечения с парафином фильм и запустить пипеткой через отверстие.
  2. Используя виниловые трубки, подключите пипетки, простирающейся от пробку на т-образном пересечении шланга.
  3. Используя виниловые трубки, соединиться друг с другом два Импинджера (рис. 1, #2 и #3) и соедините выход второго Импинджера к разъему шланг т-образном пересечении.
  4. Используя виниловые трубки, подключите порт ввода первого Импинджера служить порт ингаляции (рис. 1, #1).
  5. Используя виниловые трубки, подключите сторону руку настой по Buchner к порт ввода воздуха регулятора (рис. 1, #7) и порт выхода регулятора воздуха для вакуумного насоса.
  6. Соберите цепь по схеме на рисунке 2A.
  7. Загрузите программу PBASIC SVL.bs1 (рис. 2B, также доступны на https://github.com/ChastainAnderson/SVL) к микроконтроллеру BS1 (рис. 1, #6) с помощью последовательный адаптер и программное обеспечение производителя.
  8. Место 510 резьбовые база (рис. 1 #8) в кольце стоять зажим.
  9. Используя виниловые трубки, подключите к свободный конец шланга т-образном пересечении электромагнитный клапан (рис. 1, #5).
    Примечание: Устройство должно быть полным и готов к эксплуатации, проверьте все соединения, чтобы убедиться, что они являются герметичность и применяются хомуты и вакуумные смазка при необходимости.

Figure 2
Рисунок 2: электрические схемы и PBASIC код. Рисунок 2A отображает электрические схемы для монтажа электрической цепи, необходимо активировать нормально открытый электромагнитный клапан и отопление катушки кнопки активации электронных сигарет (через 510 резьбовые электронных сигарета танк база). Электрические параметры Отопление катушки (P: мощность; R: сопротивления; и ток I:) прогнозируется и должны быть проверены эмпирически с мультиметр пост Ассамблеи. Рисунок 2B отображает программу PBASIC сроков, необходимых для контроля цепи в рисунок 2A (также доступно в https://github.com/ChastainAnderson/SVL). Константы времени СВТ и IPT (#5 и #6) в единицах ms и установлены для обеспечения активации время 2 секунды и простоя 28 s. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

2. образец хранения и подготовки

  1. Храните все образцы закрытой обычных и электронных сигарет в темноте в герметичные пластиковые мешки при комнатной температуре.
  2. После вскрытия Храните образцы в герметичные пластиковые мешки на 4 ° c, чтобы поглощать избыточную влагу бумажным полотенцем.
  3. Предварительно сбалансировать все образцы в комнатной температуре хьюмидор в ~ 60% влажности для по крайней мере 30 минут до использования.

3. Общие операции сигаретного дыма/электронная сигарета аэрозоля извлечения устройства

  1. Определите массу каждого e сигареты Картомайзер/танк pre-vaping с помощью аналитического баланса. Разница в весе pre/после после vaping будет использоваться для определения соответствующей дозировки.
    Примечание: предполагается, что 3R4F ссылка сигареты содержат 0,7 мг никотина, и содержание никотина сигареты коммерческих брендов могут определяться обычные аналитические методы13.
  2. Для образца приложения 1 Заполните резервуар первичного Импинджера с 4.3 мл эндотелиальных клеток питательной среды. Для образца приложения 2 Заполните резервуар с 5 мл ацетона.
  3. Подготовка электронных сигарет или обычных сигарет для извлечения:
    1. При использовании обычных сигарет, применить кусок прозрачной клейкой ленты вокруг фильтра и положить легко видимый знак, где папиросной бумаги присоединяется к фильтр.
    2. При использовании сигареты как e сигареты, убедитесь также зарядки и Картомайзер плотно привинчен к аккумуляторной батарее.
    3. При использовании электронных сигарет танк, убедитесь, что соответствующий объем жидкости для электронных сигарет загружается в баке и винт танк на базе 510 резьбовые.
  4. Вставьте наконечник обычных или электронных сигарет в порт ингаляции (рис. 1, #1) и закрепите зажим шланга.
  5. Включите вакуумный насос.
  6. Отрегулируйте расходомер тянуть 1,65 Л/мин для обеспечения 55 мл слоеного более 2 секунд.
  7. Включите микроконтроллера. При использовании обычных сигарет, легкие сигареты на первой слойка.
  8. Запуск до прогнозируемых желаемой концентрации (в частях на миллион или % вес/объем) достигается.
  9. Определите массу каждый Картомайзер/танк e сигареты после испарения, используя аналитический баланс. Сравните этот измерения для измерения, сделанной в шаге 3.1 для определения общей массы потребляемых. Рассчитайте концентрацию потребляемого масса/объем растворителя. Используйте Молярная концентрация потребления никотина для нормализации между продуктами.
    1. Если потребляется недостаточно массы, вернуть устройство электронных сигарет и потребляют далее.
    2. Если потребляется достаточное или избыток массы, продолжить.

4. фильтрации и хранения

  1. Если экстракт должна использоваться для культуры клеток, процеживают через шприц фильтр PES 0,22 мкм.
  2. Используйте экстракты сразу или хранить при температуре-80 °. В рамках подготовки к Андерсон, и др. 8, электронная сигарета аэрозоля был продемонстрирован быть стабильным в течение двух недель, и стабильности сигаретного дыма на срок до двух лет был создан мошенников, и др. 13.

5. Очистка устройства

  1. После каждого извлечения промойте трубы и водохранилищ устройства с 70% этанола и обессоленной воды, чтобы предотвратить переносить между выборками.
  2. После ополаскивания, кратко запустить пустое устройство для воздуха для оказания помощи сушки линий.

6. пример приложения 1: Нейтральный красный поглощение жизнеспособности Assay клетки

  1. Выполнения извлечения как указано выше в 4.3 мл средний рост эндотелиальных клеток.
  2. Один день до, семян эндотелиальных клеток человека пупочную вену в 96 хорошо пластины на плотности 1 х 104 клетки/wellin 100 мкл средний рост эндотелиальных клеток.
  3. Лечить клетки, заменив старый эндотелиальных клеток питательной среды либо 100 мкл свежие эндотелиальных клеток питательной среды в качестве элемента управления или 75 мкл среднего роста эндотелиальных клеток, смешанного с 25 мкл концентрированного экстракта концентрации никотина потребляется 2 мм (1,4 мг потребления никотина в 4.3 мл средний рост эндотелиальных клеток) для окончательного концентрации 500 мкм в качестве лечения.
  4. Как многие из компонентов обеих аэрозоля дыма и электронные сигареты сигареты изменчивы, используйте печать фольгой держать скважин герметичной.
  5. Инкубировать пластину 18 – 24 часа при 37 ° C и 5% CO2.
  6. Подготовьте нейтральный красное окрашивание раствора:
    1. Создание 100 x нейтральных красный акций решения путем растворения 33 мг нейтрального красного красителя в 10 мл буфферезированный раствор соли.
    2. Незадолго до использования разбавляют 100 x Стоковый раствор 1: 100 в ячейке питательной среды для создания 1 x нейтрального красного окрашивания раствора.
    3. Инкубируйте нейтральных красное окрашивание раствора при 37 ° C для по крайней мере 30 минут до использования и использования немедленно.
      Примечание: Это нормально для некоторых кристаллов, чтобы осадок во время инкубации. Следует позаботиться о том, чтобы избежать применения этих кристаллов к скважинам культуры клеток. При необходимости,.22 мкм фильтр может использоваться для фильтрации нейтральным красным фондовых и окрашивание решения.
  7. Удаление экстракт и 100 мкл нейтральных красное окрашивание раствора в хорошо, использование избыточного для создания по крайней мере три пустые скважин для надлежащей количественной оценки.
  8. Инкубируйте пластину на 2-4 ч при 37 ° C и 5% CO2.
  9. Удаление нейтрального красного окрашивания раствора и промыть 3 x погружение в PBS.
  10. Применение нейтрального Красного де пятно решение (50% деионизированная вода, 49% этанола, 1% уксусной кислоты).
  11. Инкубируйте по крайней мере 10 мин при комнатной температуре при встряхивании.
  12. Читайте поглощения на 540 Нм.
  13. Анализ данных путем вычитания из среднее значение пустой скважин и нормализации в среднем хорошо значение пустой скорректированные управления.

7. пример приложения 2: газовая хроматография, масс-спектрометрия

  1. Выполняйте извлечение как выше в 5 мл ацетона.
  2. Запуск устройства для достижения конечной концентрации ~ 100 частей на миллион (вес объема e жидкость потребляется/ацетон) вашего образца.
  3. С помощью шприца точности стекла, inject 1 мкл в инжектор устройство GC-MS. Залить на 250 ° C с 1:20 разделить система спаренных газовый хроматограф/квадрупольного спектрометр с ZB-5 столбец с следующий протокол печь соотношение: 1 мин при 50 ° C; рампа 10 ° C/мин до 140 ° C; рампа 20 ° C/мин до 300 ° C и удерживайте в течение 10 мин.
  4. Матч результате массового спектры для целевой библиотеки для идентификации компонентов аэрозоля.

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

В течение 24 часов облучения человека пупочную вену эндотелиальных клеток для обычных сигаретный дым экстракт (CSE) или электронная сигарета аэрозоля экстракт (EAE), существует значительная (управления против CSE P < 0,001; управления против ЕАЕ P < 0,01; n = 6) снижение жизнеспособности клеток (рис. 3A). Экстракты были созданы с Пыхтящий профиль 2, 2 секунды, пуфы 55 мл в минуту и нормализации на основе Молярная концентрация никотина, потребляемой устройством. Воздействия 500 мкм потребления никотина эквиваленты CSE резко снижает жизнеспособных клеток 11.06 0,28% ± контроля, и подверженности 500 мкм потребления никотина эквиваленты ЕАЕ уменьшает жизнеспособных клеток к 86.65 ± 4,60% контроля.

Рисунок 3B демонстрирует нестабильности на основе разделения компонентов электронных сигарет от коммерческих электронных сигарет, газовая хроматография. Затем компоненты были определены через квадрупольного масс-спектрометрии. Определенные компоненты, в порядке нестабильности, включают в себя: пропиленгликоль, ацетил propionyl, Хлорбутанол, глицерин, никотин и 3-nitropthalic кислоты. Этих только пропиленгликоль, глицерол, и никотин были раскрыты на этикетке продукта1.

Figure 3
Рисунок 3: примеры приложений: сотовый жизнеспособность и GC-г-жа Рисунок 3A отображает результаты нейтрального Красного поглощение пробирного над человека пупочную вену эндотелиальные клетки подвергаются 500 мкм потребления никотина эквивалентов либо обычных сигаретный дым от сигареты справочных исследований 3R4F (CSE) или Электронная сигарета аэрозоля от коммерчески доступных электронных сигарет (EAE). Адвокатские сословия означает + / стандартное отклонение. Значение определяется двумя хвостами, непарные, т тест, и результаты обозначается звездочками: ** P < 0,01; P < 0,001; n = 6. Рисунок 3B отображает результаты газовый хроматограф электронная сигарета аэрозоля, солюбилизирован в ацетоне. Вершины представляют индивидуальных соединений по времени удержания (волатильность) и были определены квадрупольного масс-спектрометрии. 1) пропиленгликоля; 2) ацетил propionyl; 3) Хлорбутанол; 4) глицерина; 5) никотина; 6) 3-nitropthalic кислоты. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

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

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 над между выборками. Кроме того если устройство осталось нечистых для длительного периода времени конденсированного аэрозоля и сушеные растворителя может блокировать систему. Обратите внимание, что это нормально для там быть падение давления, когда пыхтя обычных сигарет и воздуха метр следует скорректировать чтобы обеспечить требуемый воздушный поток во время слоеные, не в то время, как устройство является потянув воздух комнаты. Ключевой особенностью этого метода является возможность быть адаптированы в ногу с развитием технологий электронных сигарет. Например многие электронные сигареты требуют активации нажмите кнопку Отопление катушки. Это устройство непосредственно включает в себя отопление катушки в цепи управления (рисунок 2A) имитирует нажатие кнопки, заданное пользователем интервалы. Основная ограничения данного метода возникают из-за отсутствия хорошо характеризуется стандартных оперативных процедур для использования электронных сигарет. Хотя мы можем использовать исследования ссылки сигарет14 и15,международных протоколов16 для обычных сигарет, мы просто адаптируются эти методы для электронных сигарет и не может гарантировать, что оно надлежащим образом поведение пользователей модели электронных сигарет. Кроме того этот протокол производит экстракт в жидкой среде. Хотя это уместно для некоторых типов клеток, таких как эндотелиальные клетки, другие типы клеток, таких как клетки дыхательных путей, может быть лучше изучена путем прямого воздействия аэрозолей электронная сигарета.

Характер этого устройства позволяет обновляться по мере новые стандартные оперативные процедуры разрабатываются. Несколько точек изменения представляют себя, которые могут позволить для устройства необходимо адаптировать к конкретным вопросам. Новые электронные сигареты охватывают более высокий диапазон мощности, чем ранние модели электронных сигарет17. Схематично представлена на рисунке 2Aоба резистора рядом с нагревательной спирали и отопление катушки, сам может местами для компонентов с значения различных сопротивления (или даже переменные сопротивления) чтобы модулировать окончательный мощности используется для aerosolize электронная сигарета жидкости. Окончательный Теоретическая мощность в Атомайзер может быть рассчитана с обычными власти уравнений:

Equation 1илиEquation 2
где P: мощность; V: напряжения; R: сопротивления; и I: тока.

Как есть нет общепринятых международных Стандартная операционная процедура для использования электронных сигарет, и различные группы, возможно, пожелает использовать различные параметры и Пыхтящий профили. Общая электронная сигарета стандарт-CORESTA CRM8118, хотя некоторые группы продолжают использовать измененные версии обычных сигарет для некурящих протоколов, таких как ISO 3088:201215 и кто TobLabNet СОП 116. Кроме того многие лаборатории по-прежнему использовать лаборатории и/или учреждение специальных режимов. В этом случае мы используем профиль слоеного меандр, состоящий из 2, 2 секунды, пуфы 55 мл в минуту; Однако Модульная, программируемый характер устройства позволяет ему быть адаптированы к другим Пыхтящий профили, при необходимости. Слойка тома могут быть изменены непосредственно, регулируя расходомера воздуха. Слойка время и отопление катушки время активации может быть изменено путем изменения СВТ и IPT константы в программе SVL.bs1 (рис. 2B, #5 и #6). Если один де синхронизировать Пыхтящий время и время активации, это можно сделать путем разделения СВТ и IPT константы, например SVT1 , представляющее время между активации контура отопления и цепи клапана, SVT2 представляющий время между активация цепи клапана и инактивации отопительного контура и СВТ3 представляющие время между инактивации контуре отопления и инактивации цепи клапана, а также для IPT. 510 резьбовые база общих во время многих электронных сигарет танк, он не является универсальным. По-разному резьбовые база может быть заменен, если от пользователя не требуется. Если квадратные волны профиля нежелательно, замените расходомера воздуха или электромагнитный клапан с непрерывной программируемый компонент перестроить волны профиля.

Как электронная сигарета исследования прогрессирует, наличие и доступность электронных сигарет курить устройств остается препятствием. Сигарета для некурящих машины были неотъемлемой частью табачного исследования продукта уже в 1843 и сегодня существует множество коммерчески доступных для некурящих машин для обычных сигарет19,20. Существует несколько установленных стандартных оперативных процедур для обычных сигарет для некурящих21. Однако многие обычные сигареты для некурящих устройства оказались неспособны точно курить электронные сигареты из-за дизайна различия между обычной и электронной сигареты и различия в рамках электронных сигарет марки и модели, такие как: диаметр, PSI требования и необходимость датчика или кнопку на основе активации17. В настоящее время есть разнородные коммерческих поле Электронная сигарета для некурящих машин, включает устройства, включая устройства, предназначенные для извлечения прямой аэрозолей, а также воздействия жидкого интерфейс воздуха (например, Borgwalt22 и Vitrocell 22,23). Несмотря на наличие коммерческих вариантов многие группы, по-прежнему использовать устройства, изготовленные в пределах их собственной лаборатории для аэрозольных добычи 10,11,12,24, 25 , 26. мотивы для этого разнообразны. В некоторых случаях исследователи стремятся лучше модели человеческого поведения10. Другие пытаются сохранить преемственность с ранее опубликованных исследований сигаретный дым12. Все еще другие непосредственно ссылаются на недоступность коммерческих альтернатив как мотивация для лабораторных изготовление24. Эти устройства принимать различные формы и, во многих случаях, использовать конкретные протоколы лаборатории. К сожалению механизмы, эффективность и возможности этих устройств и протоколов являются часто занижены.

Первый из двух образцов приложений, представленных выше (Рисунок 3А) демонстрирует воздействие обычных сигарет курить и электронных сигарет аэрозоля на жизнеспособность эндотелиальных клеток. Как было продемонстрировано обычных сигаретного дыма вызывают эндотелиальных клеток смерть и дисфункции9, это разумно для предполагают, что электронная сигарета аэрозоля будет иметь аналогичный эффект. Чтобы проверить это, мы подвергаемся эндотелиальных клеток человека пупочную вену к никотину, эквивалентных уровней обычных сигаретный дым экстракт или электронная сигарета аэрозоля экстракт за 24 ч. Хотя оба аэрозоля дыма и электронные сигареты обычные сигареты вызывают статистически значимое снижение в жизнеспособность клеток, Размер эффекта снижения аэрозоля индуцированной электронная сигарета является ~ 13%, тогда как сокращение после обычных сигаретный дым экспозиции приближается к 90%. Хотя это поддерживает идею о том, что электронные сигареты являются менее вредными для сердечно-сосудистой системы, чем обычные сигареты, они до сих пор не безопасно. Второй из двух образцов приложений, представленных выше (рис. 3B) демонстрирует, что электронная сигарета аэрозоля в органических растворителей могут быть разделены на его компоненты и проанализированы через масс-спектрометрии. Список компонентов, созданный предоставляет сведения о точности маркировки продукции электронных сигарет и освещаются некоторые потенциально вредных компонентов, таких как ацетил propionyl (2,3-pentanedione)27. В то время как компоненты, указанные в этом эксперименте не были количественно, количественная оценка может осуществляться обычных аналитических методов, таких как те, которые представлены в CORESTA CRM8428.

Здесь мы представили программируемый Лаборатория устройство, способное генерировать жидкого экстракта из обычных сигарет курить или электронные сигареты аэрозоля. Это устройство может вместить разнообразных образцов продукции (например, ведущих коммерческих брендов электронной сигареты) и процесс извлечения могут быть настроены для пользователя характеристики. В данном конкретном случае мы продемонстрировали использование созданного экстракт в assay жизнеспособности эндотелиальных клеток; Однако экстракты, порожденных это устройство может применяться к любому типу одноклеточного населения, а также Сопредседатель культуры, экспланта или другой модели в пробирке . Эти экстракты совместимы с широким количество часто используемых биологических анализов, включая реактивнооксигенных видов обнаружения, анализов распространения клеток и обычных иммуно окрашивание. Кроме того способность разрушать состав экстракта электронных сигарет через масс спектрометрии газовой хроматографии предоставляет отправной точкой для детального изучения отдельных аэрозольные компоненты. В целом это устройство обеспечивает доступной отправной точкой для исследования электронных сигарет.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Программа табака продукта регулирования науки исследовательских стипендий, ведении Тулейнский университет финансируется Altria клиента служб регулирования дел.

Acknowledgments

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

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).
Микроконтроллер работает устройство для генерации жидких экстрактов из обычных сигарет курить и электронных сигарет аэрозоля
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