Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Bioengineering

Sıvı özleri geleneksel sigara duman ve elektronik sigara Aerosol gelen nesil için aygıt mikroişlemci işletilen

doi: 10.3791/56709 Published: January 18, 2018

Summary

Burada, geleneksel sigara duman ve elektronik sigara aerosol özleri oluşturmak için kullanılan bir programlanabilir laboratuvar cihaz açıklayın. Bu yöntem geleneksel sigara ve elektronik sigara arasında doğrudan karşılaştırmalar yapmak için yararlı bir araç sağlar ve elektronik sigara araştırma içine erişilebilir giriş noktasıdır.

Abstract

Elektronik sigara orta ve yüksek okul arasında en popüler tütün ürünüdür ve yetişkinler arasında en popüler alternatif tütün ürünüdür. Yüksek kalite, tekrarlanabilir araştırma sonuçları elektronik sigara kullanımının kamu sağlık sorunları ortaya çıkan ve kanıt işçiliği düzenleyici İlkesi temelinde anlamak için önemlidir. Kağıtları, giderek artan sayıda elektronik sigara komisyonda görüşürken, işte küçük tutarlılık yöntemleri grupları ve sonuçları üzerinde çok az fikir birliği arasında. Burada, geleneksel sigara duman ve elektronik sigara aerosol özleri oluşturmak için kullanılan bir programlanabilir laboratuvar cihaz açıklayın. Bu protokol, ve ve detayları yönergeleri derleme ve işletme dedi aygıt için oluşturulan hulâsa iki örnek uygulamalar içinde kullanımını gösterir: bir vitro hücre canlılığı tahlil ve Gaz Kromatografi Kütle spektrometresi. Bu yöntem geleneksel sigara ve elektronik sigara arasında doğrudan karşılaştırmalar yapmak için bir araç sağlar ve elektronik sigara araştırma içine erişilebilir giriş noktasıdır.

Introduction

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

Sağlık kuruluşları tarafından yoğun bir çaba rağmen Sigara İçilmeyen1' e atfedilen bu ölümlerin çoğunluğu ile dünya çapında, önlenebilir ölüm önde gelen nedenidir tütün ürün kullanımı kalır. 2003'te pazara girme beri elektronik sigara tütün ürünü kullanıcıları arasında popülaritesi artıyor. Şu anda, elektronik sigara geleneksel sigara arasında Amerikan gençlerinin (~ %5)2 ve orta (% ~ 5.3) ve yüksek okul (~ %16)3arasında en popüler nikotin teslim sistemi için en popüler bir alternatif vardır. Eğer mevcut eğilimler devam, elektronik sigara geleneksel sigara gelecek nesiller için değiştirmek için beklenebilir. Ancak, elektronik sigara kullanımının sağlık sonuçları belirsiz kalır.

Elektronik sigara popülerlik hızla 20133,4' te arttı kadar elektronik sigara araştırmaya ciddi olarak başlatılmadı. O zamandan beri farklı modeller bir dizi onların toksisite soru adresi için istihdam edilmiştir. Ancak, birçok çalışma sonuçlarını çakışıyor ve elektronik sigara genellikle orada geleneksel sigara daha az toksik gibi görünüyor olsa da elektronik sigara sağlık sonuçları geçerli hiçbir birliğine kullanın5, 6 , 7. elektronik sigara damar endotel önemli ölçüde daha az toksik kıyasla, DNA hasarı ve oksidatif stres ve hücre ölüm8 indüksiyon neden yeteneklerini rağmen önceki araştırma gösterir . Ancak, elektronik sigara kullanımının sağlık sonuçları hakkında kesin sonuçlar sürükleyebilirsin önce daha fazla araştırma gereklidir.

Geleneksel sigara önlenebilir damar hastalığı9önde gelen nedenidir gibi işte elektronik sigara vasküler sağlık riski artan bir ilgi10,11,12kullanın. Damar sistemi elektronik sigara etkilerini incelemek amacıyla işletilen Mikrodenetleyici yasaktır/vaping aygıt (şekil 1)8laboratuarımıza geliştirdi. Sulu ya da organik çözücüler ya da geleneksel sigara duman ya da elektronik sigara sprey sıvı özleri üretme yeteneğine sahip bir cihazdır. Hava akımı bir ayarlanabilir hava akışı Regülatörü ve bir PBASIC zamanlama programı kombinasyonu tarafından kontrol edilir gibi cihazın özleri herhangi bir dizi kullanıcı tanımlı protokolü göre oluşturmak için kullanılabilir. Burada biz ayrıntılı olarak montaj ve işletme bu cihaz aynı zamanda iki potansiyel uygulamalar: vitro hücre canlılığı değerlendirme ve Gaz Kromatografi Kütle spektrometresi.

Figure 1
Şekil 1: yasaktır/Vaping cihaz. Şematik yasaktır/vaping aygıt içinde sigara/sigara elektronik sigara (e-cig) yapılandırma(a)gibi ve tank elektronik sigara yapılandırma (B) fiziksel Meclisi. Bileşen anahtarı: 1) inhalasyon bağlantı noktası; 2) birincil koleksiyonu darbe ölçer; 3) taşma darbe ölçer; 4) Buchner şişesi vakum tuzak; 5) normalde açık solenoid Vana; 6) BS1 Mikrodenetleyici; 7) hava akım regülatörü; 8) 510 elektronik sigara tank baz akıtılan. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

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. cihazın montajı

  1. 100 Buchner şişesi (şekil 1, #4) çelik yüzük için stand ve Kalsiyum klorür bir kurutucu hizmet etmek için 50 g ile doldurarak bir vakum bindirme oluşturma mL güvenli. Şişeye bir kauçuk ile delikli tıpa ile mühür, stoper kavşak parafin film ile sarın ve bir pipet delikten çalıştırın.
  2. Vinil tüp kullanarak, pipet tıpa t-kavşak hortum bağlayıcıyı uzanan bağlayın.
  3. Vinil tüp kullanarak, iki darbe ölçer (şekil 1, #2 ve #3) birbirine bağlanmak ve ikinci Darbe ölçer çıkışını t-kavşak hortum konektörüne bağlayın.
  4. Vinil tüp kullanarak, inhalasyon bağlantı noktası (şekil 1, #1) olarak hizmet etmek için ilk darbe ölçer giriş bağlayınız.
  5. Vinil tüp, kullanarak bağlan Buchner şişeye yan kol bir hava akımı regülatörü (şekil 1, #7) giriş portuna ve bir vakum pompası hava akımı Regülatöre çıkış bağlantı noktası.
  6. Devre şeması şekil 2Aiçinde göre bir araya getirin.
  7. BS1 mikroişlemci (şekil 1, #6) için PBASIC program SVL.bs1 (şekil 2B, https://github.com/ChastainAnderson/SVL da mevcuttur) seri bir adaptör ve üretici yazılımı aracılığıyla yüklemek.
  8. Yer 510 dişli Bankası (şekil 1 #8) bir halka ayağa kelepçe.
  9. Vinil tüp kullanarak, solenoid valfi (şekil 1, #5) t-kavşak hortum bağlayıcı ücretsiz ucunu bağlayın.
    Not: Cihazın tam ve işlem için hazır, onlar sıkı hava vardır ve hortum kelepçeleri ve gerektiği gibi vakum gres uygulayın emin olmak için tüm eklemleri kontrol.

Figure 2
Şekil 2: Elektrik şematik ve PBASIC kod. Şekil 2A görüntüler normalde açık solenoid Vana etkinleştirmek için gereken elektrik devresi montaj için elektrik şematik ve Isıtma bobin düğmesinin elektronik sigara aktif (510 dişli elektronik Sigara tank temel). Elektrik parametreleri Isıtma bobin (P: güç; R: direnç; ve ı: akım) tahmin ediliyor ve ampirik bir multimetre sonrası derleme ile doğrulanmış olmalıdır. Şekil 2B şekil 2A (Ayrıca https://github.com/ChastainAnderson/SVL kullanılabilir) devrede kontrol için gerekli PBASIC zamanlama programı görüntüler. Zamanlama sabitler SVT & IPT (#5 & #6) ms birimleridir ve bir etkinleştirme süresinin 2 saniye ve 28 devre dışı kaldığında sağlamak için küme s. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

2. örnek depolama ve hazırlama

  1. Tüm açılmamış geleneksel ve elektronik sigara örnekleri karanlık oda sıcaklığında hava geçirmez plastik torbalarda saklayın.
  2. Bir kez açıldı, örnekleri, 4 ºC, aşırı nem absorbe kağıt havlu ile hava geçirmez plastik torbalarda saklayın.
  3. Oda sıcaklığında humidor ~ %60 nem, tüm örnekleri için en az 30 dakika kullanmak için önceden önceden equilibrate.

3. genel işleyişi sigara duman/elektronik sigara Aerosol ayıklama aygıtı

  1. Her e-sigara cartomizer/tank pre-vaping bir analitik denge kullanarak kitle belirlemek. Öncesi/sonrası sonrası vaping ağırlık farkı uygun dozaj belirlemek için kullanılır.
    Not: 3R4F başvuru sigara 0.7 mg nikotin içeren varsayılır ve ticari sigara markaları nikotin içeriğini geleneksel analitik yöntemleri13tarafından belirlenebilir.
  2. Örnek uygulama 1 için birincil darbe ölçer rezervuarı endotel hücre kültür orta 4.3 mL ile doldurulması. Örnek uygulama 2 için aseton ile 5 mL rezervuar doldurun.
  3. Elektronik sigara veya geleneksel sigara çıkarılması için hazırlayın:
    1. Geleneksel sigara kullanıyorsanız, filtre etrafında net bant parçası uygulamak ve sigara kağıdı filtre ile birleştiği kolayca görünür bir işareti koymak.
    2. Bir sigara gibi e-sigara kullanıyorsanız, pil de doludur ve cartomizer sıkı bir şekilde pil için vidalı emin olun.
    3. Bir elektronik sigara tankı kullanıyorsanız, uygun bir elektronik sigara sıvı hacmi içinde belgili tanımlık tank yüklendiğinden emin olun ve tank 510 dişli Bankası üzerine vida.
  4. Geleneksel ya da elektronik sigara ucu (şekil 1, #1) inhalasyon portuna takın ve bir hortum kelepçesi ile güvenli.
  5. Vakum pompası açmak.
  6. Debimetre 1.65 M/dakika 2 saniye içinde 55 mL puf sağlamak için çekmek için ayarlayın.
  7. Mikrodenetleyici üzerinde açın. Geleneksel sigara kullanıyorsanız, ilk puf üzerinde sigara yak.
  8. Öngörülen kadar çalışma istenilen konsantrasyonu (parçalar milyon veya % başına ağırlık/hacim) elde edilir.
  9. Her e-sigara cartomizer/tank kitle sonra buharlaşma bir analitik denge kullanarak belirleyin. Bu ölçüm kitle tüketilen toplam belirlemek için adım 3.1 geçen ölçüme karşılaştırın. Tüketilen kütle/solvent hacmi konsantrasyonu hesaplayın. Tüketilen nikotin molar konsantrasyonu ürünler arasında normalleştirmek için kullanın.
    1. Yetersiz bir kütle tüketilen varsa, aygıta elektronik sigara dönüp daha fazla tüketmek.
    2. Yeterli veya aşırı kitle tüketilen, devam edin.

4. filtrasyon ve depolama

  1. Özü hücre kültürü için kullanılmak üzere, 0,22 µm PES şırınga filtre ile filtre.
  2. Özler hemen kullanın veya-80 ºC saklayabilirsiniz. Anderson, et al. hazırlıkları kapsamında 8, elektronik sigara aerosol en az iki hafta boyunca istikrarlı olması için gösterilmiştir ve iki yıla kadar dumanı kararlılığını Crooks, et al. kurulmuş olup 13.

5. cihaz Temizleme

  1. Her çıkarma sonra tüp durulama ve rezervuar % 70 etanol ve önlemek için deiyonize su ile cihazın örnekleri arasında taşımak.
  2. Durulama, kısaca kurutma hatları yardımcı olmak için hava akımı sağlamak için boş aygıtı çalıştırmak takip.

6. örnek uygulama 1: Nötr kırmızı alımını hücre canlılığı tahlil

  1. Özü endotel hücre büyüme ortamının 4.3 mL içine yukarıdaki gibi gerçekleştirin.
  2. Bir gün önce insan göbek damar endotel hücreleri, 1 x 104 hücreleri wellin/100 µL endotel hücre büyüme ortamının yoğunluğu 96 iyi tabak içine tohum.
  3. Ya 100 µL bir denetim olarak hizmet etmek için taze endotel hücre kültür ortamının veya 75 µL endotel hücre büyüme orta 2 mM tüketilen nikotin konsantrasyon özü (1,4 mg 25 µL ile karışık ile eski endotel hücre kültür orta değiştirerek hücreleri tedavi nikotin 4.3 mL endotel hücre büyüme orta tüketilen) için tedavi olarak hizmet etmek için 500 µM son bir konsantrasyon.
  4. Her iki sigara duman ve elektronik sigara aerosol bileşenlerin çoğu uçucu olduğundan, bir folyo mühür kuyuları hava geçirmez tutmak için kullanın.
  5. 18-24 h plaka kuluçkaya 37 ° C ve % 5 CO2.
  6. Tarafsız kırmızı çözüm boyama hazırlayın:
    1. 33 mg 10 mL tamponlu tuz çözeltisi içine tarafsız kırmızı boya çözülerek 100 x nötr kırmızı hisse senedi çözüm oluşturun.
    2. Kısa bir süre önce kullanma, 1 x nötr kırmızı çözüm boyama oluşturmak için hücre kültürü ortamında hisse senedi çözüm 1: 100 x 100 oranında seyreltin.
    3. Tarafsız kırmızı çözüm en az 30 dk önce kullanım ve kullanım için 37 ° C'de hemen boyama kuluçkaya.
      Not: Bazı kristaller kuluçka sırasında çökelti normaldir. Bu kristaller hücre kültür wells uygulamaktan kaçının için özen gösterilmelidir. Gerekirse, bir 22'lik µm filtre tarafsız kırmızı stok ve boyama çözümleri filtre uygulamak için kullanılabilir.
  7. Özü kaldırın ve tarafsız kırmızı çözüm de, en az üç boş kuyular için uygun miktar oluşturmak için aşırı kullanım başına boyama 100 µL ekleyin.
  8. 2-4 h 37 ° C ve % 5 CO2plaka kuluçkaya.
  9. Tarafsız kırmızı çözüm boyama kaldırmak ve 3 x tarafından PBS batma yıkayın.
  10. Tarafsız kırmızı geçerli çözüm (%50 deiyonize su, % 49 etanol, % 1 Asetik asit) de-leke.
  11. En az 10 dk sallayarak ile oda sıcaklığında kuluçkaya.
  12. 540 Absorbans okumak nm.
  13. Boş wells ortalama değeri çıkarılarak ve boş ayarlanan kontrol iyi değeri ortalama normalleştirme tarafından veri analiz.

7. örnek uygulama 2: Gaz Kromatografi Kütle spektrometresi

  1. Çıkarma olarak yukarıda içine 5 mL aseton gerçekleştirin.
  2. ~ 100 parça son bir konsantrasyon ulaşmak için aygıtı çalıştırmak milyon (e-sıvı tüketilen/hacmi aseton ağırlığını), örnek.
  3. Hassas cam şırınga kullanarak, 1 µL GC-MS aygıtı enjektör enjekte. 1:20 oranı ZB-5 sütun aşağıdaki fırın protokolü ile donatılmış bir eşleşmiş gaz Kromatograf/quadrupole Spektrometre sistemi içine split ile 250 ° C'de enjekte: 1 min 50 ° c; 10 ° C/140 ° C min rampa; 20 ° C/min 300 ° C için rampa ve 10 dakikadır tutun.
  4. Aerosol bileşenlerini tanımlamak için hedef kitaplığı için elde edilen kitle spectra aynı.

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

24 saat içinde insan Umbilikal ven maruz kalma geleneksel sigara dumanı özü (CSE) veya elektronik sigara aerosol endotel hücreleri (EAE) özü, önemli bir şey (ÖAM P vs denetimi < 0,001 EAE P vs denetimi; < 0,01; n = 6) hücre canlılığı (şekil 3A) azalma. Özler 2, 2 saniye, dakika başına 55 mL puffs şişirme bir profil ile oluşturulan ve nikotin aygıt tarafından tüketilen temel alınarak molar konsantrasyonu normalleştirilmiş. Pozlama 500 tüketilen µM nikotin eşdeğerlerine ÖAM'in dramatik hücrelerin denetiminin 11.06 ± %0,28 azaltır. ve 500 tüketilen µM nikotin EAE karşılıkları maruz hücrelerin denetiminin 86.65 ± %4,60 azaltır.

Şekil 3B bir ticari elektronik sigara elektronik sigara bileşenlerinin temel volatilite ayrılması Gaz Kromatografi tarafından gösterilmiştir. Bileşenleri sonra quadrupole kütle spektrometresi ile tespit edilmiştir. Volatilite, sırayla tanımlanan bileşenler içerir: propilen glikol, asetil propionyl, chlorobutanol, gliserol, nikotin ve 3-nitropthalic asit. Bu tek propilen glikol gliserol ve nikotin ürün etiketi1tarihinde açıklanması.

Figure 3
Şekil 3: örnek uygulamalar: hücre canlılığı ve GC-Bayan 3A yolunu görüntüler bir nötr kırmızı alımını tahlil sonuçlarını gerçekleştirilen insan göbek damar endotel hücreleri için 500 µM maruz üzerinde tüketilen 3R4F araştırma başvuru sigara (CSE) itibaren ya geleneksel sigara dumanı karşılıkları nikotin veya elektronik sigara aerosol piyasada bulunan elektronik sigara (EAE) üzerinden. Barlar standart sapma +/-kötüsün. İki kuyruklu, tarafından belirlenen önemi unpaired, t-Testi ve sonuçları gösterilen yıldız tarafından: ** P < 0,01; P < 0,001; n = 6. Şekil 3B elektronik sigara aerosol aseton içinde çözündürüldükten bir gaz Kromatograf sonuçlarını görüntüler. Bireysel bileşenleri sipariş bekletme saat (volatilite) tarafından temsil ve quadrupole kütle spektrometresi tarafından tespit edilmiştir. 1) propilen glikol; 2) asetil propionyl; 3) chlorobutanol; 4) gliserol; 5) nikotin; 6) 3-nitropthalic asit. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

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

Bu iletişim kuralı en kritik unsurları cihaz temiz başında olduğunu kontrol ettikten ve her çıkarımı bitirmek ve tüm mühürler kadar korunmasını sağlamak bu hava akımı tutarlı kalır. Aygıt düzgün temizlenir değil ise, taşıma riski üzerinde örnekleri arasında. Ayrıca, cihazın zaman sıkıştırılmış aerosol uzun bir süre için kirli yaptı ve kurutulmuş solvent sistem engelleyebilirsiniz. Orada geleneksel sigara ve hava akımı şişirme bir basınç düşüşü olmak metre cihazı Oda havası çekerek değil iken puf sırasında istenilen hava akımı sağlamak için ayarlanması gereken için normal olduğunu unutmayın. Bu yöntemin önemli bir özellik olarak adapte edilmesine elektronik sigara teknolojinin ilerlemesi ile yetişmek için yeteneğidir. Örneğin, birçok elektronik sigara ısıtma bobin düğmesine basın aktivasyonu gerektirir. Bu cihaz doğrudan düğme sıkıştırma programlanmış kullanıcı aralıklarla taklit Isıtma bobin içine kontrol devre (şekil 2A) içerir. Birincil sınırlamalar bu yöntemin de karakterize standart işletim yordamlar elektronik sigara kullanım için eksikliği ortaya. Biz geleneksel sigara almak için bir araştırma başvuru sigara14 ve uluslararası iletişim kuralları15,16 kullanabilir, biz sadece elektronik sigara Bu yöntemlere adapte ve bunun uygun şekilde garanti edemez elektronik sigara kullanıcı davranış modelleri. Ayrıca, bu iletişim kuralı bir sıvı ortamda özü üretir. Bu uygun olsa da belirli hücre tipleri, endotel hücreleri, hava yolu hücreleri gibi diğer hücre türleri gibi daha iyi aracılığıyla elektronik sigara aerosol doğrudan maruz okudu.

Bu aygıt doğası yeni standart işletim yordamlar geliştirilen olarak güncelleştirilmesini sağlar. Birkaç puan değişiklik olabilir uyarlanmış için özel sorular aygıtın izin verebilir kendilerini. Daha yeni elektronik sigara elektronik sigara17önceki modellere kıyasla daha yüksek bir aralığı vat miktarı kapsamaktadır. Şekil 2Asunulan şematik her iki direnç Isıtma bobin ve Isıtma bobin bitişik bileşenleri farklı direnç değerleri (veya hatta değişken direnç) kullanılan son güç modüle için için takas elektronik sigara sıvı yaymakolduğunu. Atomizer son teorik iktidarda geleneksel güç denklemler ile hesaplanabilir:

Equation 1veyaEquation 2
nerede P: güç; V: Gerilim; R: direnç; ve ı: akım.

Olarak hiçbir genel olarak kabul edilen uluslararası standart çalışma prosedürü için elektronik sigara kullanma ve farklı gruplara farklı parametreleri ve Şişirme profilleri istihdam isteyebilirsiniz. Standart bir ortak elektronik sigara CORESTA CRM8118, olsa da bazı gruplar ISO 3088:201215 ve kim TobLabNet SOP 116gibi geleneksel Sigara İçilmeyen protokolleri değiştirilmiş sürümlerini kullanmaya devam edebilirsiniz. Ayrıca, birçok laboratuvarları laboratuvar ve/veya kurum özel rejimler kullanmaya devam edebilirsiniz. Bu durumda, 2, 2 saniye, dakika başına 55 mL puffs oluşan bir kare dalga puf profil çalıştırmaya başladık; Ancak, aygıt modüler, programlanabilir doğası şişirme diğer profiller için gerektiği şekilde adapte sağlar. Puff birim doğrudan hava AKIS METRESI ayarlayarak değiştirebilirsiniz. Puff zaman ve Isıtma bobin etkinleştirme süresi SVL.bs1 (şekil 2B, #5 & #6) programında SVT ve IPT sabitler değiştirerek değiştirilebilir. Bir de-şişirme ve harekete geçirmek zaman eşitlemek istediğiniz için olsaydı, bu SVT ve IPT sabitleri, örneğin SVT1 Isıtma devresi aktivasyonu ve Vana devre, SVT2 arasındaki süreyi temsil eden bölerek yapılabilir Vana devre aktivasyonu ve Isıtma devresi ve SVT3 IPT için Isıtma devresi inactivation ve inactivation Vana devre ve aynı şekilde arasındaki süreyi temsil eden inactivation arasındaki süreyi temsil eden. 510 dişli Bankası birçok tank elektronik sigara içinde yaygın olmakla birlikte, evrensel değildir. Kullanıcı gerektiriyorsa, farklı dişli bir temel yedek olabilir. Bir kare dalga profil istenmiyorsa, hava AKIS METRESI ya solenoid Vana dalga profili yeniden şekillendirmek için bir sürekli ayarlanabilir bileşeni ile değiştirir.

Elektronik sigara Araştırma ilerledikçe, kullanılabilirlik ve erişilebilirlik elektronik sigara cihazlar sigara bir engel olarak kalır. Sigara İçilmeyen makineleri 1843 tütün ürün araştırma erken ayrılmaz bir parçası olmuştur ve bugün piyasada bulunan yasaktır makineleri geleneksel sigara19,20için çeşitli vardır. Geleneksel Sigara İçilmeyen21birden çok kurulan standart işletim yordamlar vardır. Ancak, birçok geleneksel Sigara İçilmeyen aygıt doğru bir şekilde geleneksel ve elektronik sigara ve elektronik sigara markaları ve modelleri içinde farklılıklar tasarım farklılıkları nedeniyle elektronik sigara sigara aciz olduğunu kanıtladı, gibi: çapı, PSI gereksinimleri ve sensör veya düğme için ihtiyaç tabanlı etkinleştirme17. Şu anda aygıt doğrudan aerosol ayıklama aynı zamanda hava sıvı arayüzü pozlama (örneğin, Borgwalt22 ve Vitrocell için tasarlanan aygıt dahil içerir bir hànzú ticari alan Elektronik Sigara İçilmeyen makinelerin yoktur 22,23). Seçeneklerin kullanılabilirliği, ticari rağmen birçok grup, aerosol ayıklama 10,11,12,24, için kendi laboratuvar içinde fabrikasyon aygıtları kullanmaya devam 25 , 26. bunun için motivasyonları çeşitlidir. Bazı durumlarda, araştırmacılar daha iyi modeli insan davranışlarının10' a aramak. Diğerleri sigara dumanı12önceden yayınlanmış çalışmaları ile sürekliliğini sağlamak çalışıyorsunuz. Hala diğerleri doğrudan tecimsel seçimli erişilememesi laboratuvar imalat24için bir motivasyon olarak alıntı. Bu cihazlar birçok biçimlerde ve birçok durumda, laboratuvar belirli iletişim kuralları kullanırlar. Ne yazık ki, mekanizmaları, etkinlik ve bu aygıt ve iletişim kuralı özelliklerini genelde altında-raporlanır.

İlk iki örnek uygulamalar (şekil 3A) sunulan geleneksel sigara duman ve elektronik sigara aerosol endotel hücre canlılığı üzerine etkisi gösterir. Geleneksel sigara dumanı endotel hücre ölüm ve fonksiyon bozukluğu9neden olduğu kanıtlanmıştır makul olduğu bu elektronik sigara hipotez için aerosol benzer bir etkiye sahip olacaktır. Bu test etmek için biz insan göbek damar endotel hücreleri nikotin geleneksel sigara dumanı özü veya elektronik sigara aerosol eşdeğer düzeyde 24 h için ayıklamak için maruz. Her iki geleneksel sigara duman ve elektronik sigara aerosol neden istatistiksel olarak önemli indirimler hücre canlılığı, elektronik sigara indüklenen aerosol azaltma etkisi boyutunu azaltma sonra ise % ~ 13 iken geleneksel Sigara dumanı pozlama % 90 yaklaşıyor. Bu elektronik sigara geleneksel sigara daha damar sistemi daha az zararlı olduğu fikrini desteklerken, hala güvende. İki örnek uygulamalar (şekil 3B) sunulan ikinci organik çözücü hulâsa o elektronik sigara aerosol onun bileşenlerine ayrılmış ve kütle spektrometresi ile analiz göstermektedir. Oluşturulan bileşen listesi elektronik sigara ürünlerinde etiketleme doğruluğu hakkında bilgi sağlar ve asetil propionyl (2, 3-pentanedione)27gibi zararlı olabilecek belirli bileşenleri vurgular. Bu deneyde tanımlanan bileşenleri sayısal değil, miktar bu CORESTA CRM8428yılında sunulan gibi geleneksel analitik teknikler tarafından gerçekleştirilemez.

Burada, biz geleneksel sigara duman ya da elektronik sigara sprey sıvı ayıklamak üretme yeteneğine sahip bir programlanabilir laboratuvar cihaz sundu. Bu aygıt (gibi önde gelen ticari markaların elektronik sigara) ürün tasarımları çeşitli bir dizi hizmet verebilir ve ayıklama işlemi kullanıcı özelliklerine göre özelleştirilebilir. Bu özel durumda, oluşturulan hulâsa bir endotel hücre canlılığı tahlil içinde kullanımı göstermiştir; Ancak, bu aygıt tarafından oluşturulan özleri tek hücre nüfus yanı sıra ortak kültür, explant veya diğer vitro modeli herhangi bir türü için uygulanabilir. Bu özler Reaktif oksijen türleri algılama, hücre proliferasyon deneyleri ve geleneksel immün boyama gibi sık kullanılan biyolojik deneyleri geniş bir sayı ile uyumludur. Ayrıca, elektronik sigara özü Gaz Kromatografi Kütle spektrometresi ile kompozisyon bölmek için yeteneği bireysel aerosol bileşenleri ayrıntılı çalışmalar için bir başlangıç noktası sağlar. Genel olarak, bu aygıt elektronik sigara araştırma için erişilebilir giriş noktası sağlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Tulane Üniversitesi tarafından yönetilen tütün ürünü yasal bilim araştırma bursu programı Altria müşteri hizmetleri düzenleyici işleri tarafından finanse edilmektedir.

Acknowledgments

Yazarlar Dr Robert Dotson Tulane Üniversitesi bölümü hücre ve moleküler biyoloji el yazması düzenleme'onun yardım ve Dr James Bollinger, Tulane Üniversitesi Kimya bölümü onun yardım için yardım kabul Kütle spektrometresi protokol tasarımı ile. Yazarlar ayrıca, Tulane Üniversitesi bölümü hücre ve moleküler biyoloji ve kimya Tulane Üniversitesi bölümü verdikleri destek ve uzay ve ekipman kullanımı için kabul. Bu eser Tulane Üniversitesi Okulu bilim ve mühendislik C. Anderson için bir tütün ürünü yasal bilim araştırma bursu tarafından desteklenmiştir.

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).
Sıvı özleri geleneksel sigara duman ve elektronik sigara Aerosol gelen nesil için aygıt mikroişlemci işletilen
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