Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Generatie van elektronische sigaret aërosol door een apparaat van de derde-generatie-Machine-Vaping: toepassing op toxicologisch onderzoek

Published: August 25, 2018 doi: 10.3791/58095
Automatic Translation
1, 1, 2, 2, 3, 3, 1
1Department of Comparative Biomedical Sciences, School of Veterinary Medicine, Louisiana State University, 2Department of Environmental Sciences, College of the Coast & Environment, Louisiana State University, 3SCIREQ Scientific Respiratory Equipment Inc.

Summary

Elektronische sigaret (e-cig) gebruikers zijn toeneemt wereldwijd. Weinig, echter is bekend over de effecten op de gezondheid geïnduceerd door geïnhaleerde e-cig aërosolen. Dit artikel beschrijft een e-cig aërosol generatie techniek geschikt voor dierlijke blootstellingen en latere toxicologische studies. Dergelijke protocollen moeten experimenteel reproduceerbaar en gestandaardiseerde e-cig blootstelling systemen opzetten.

Abstract

Electronic-sigaret (e-cig) apparaten maken gebruik van warmte te produceren een inhaleerbare aërosol uit een vloeistof (e-liquid) bestaat voornamelijk uit bevochtigingsmiddelen, nicotine en smaakstof chemicaliën. Het aërosol geproduceerd bestaat uit fijn en ultrafijn deeltjes, en potentieel nicotine en aldehyden, die schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid kan zijn. E-cig gebruikers inhaleren van deze spuitbussen en met de derde-generatie e-cig apparaten, controle ontwerpkenmerken (weerstand, spanning) naast de keuze van de e-liquids en de puffende profiel. Dit zijn de belangrijkste factoren die de toxiciteit van de geïnhaleerde aërosolen aanzienlijk kunnen beïnvloeden. E-sigaret onderzoek, wel uitdagende en complexe vooral te wijten aan het ontbreken van gestandaardiseerde evaluaties en de vele soorten e-cig modellen en merken, evenals e-liquid smaken en oplosmiddelen die beschikbaar op de markt zijn. Deze overwegingen benadrukken de dringende noodzaak tot harmonisatie van de e-cig onderzoeksprotocol, beginnend met e-cig aërosol generatie en karakterisering technieken. De huidige studie concentreert zich op deze uitdaging met een beschrijving van een gedetailleerde stapsgewijze e-cig aërosol generatie techniek met specifieke experimentele parameters die worden verondersteld te zijn realistisch en vertegenwoordiger van levensechte blootstellingsscenario's. De methodologie is verdeeld in vier secties: voorbereiding, blootstelling, post-exposure analyse, plus reiniging en onderhoud van het apparaat. Representatieve resultaten van het gebruik van twee soorten e-vloeistof en verschillende spanningen zijn gepresenteerd in termen van de massaconcentratie, korrelgrootteverdeling, chemische samenstelling en cotinine niveaus in muizen. Deze gegevens tonen de veelzijdigheid van de e-cig blootstelling systeem gebruikt, afgezien van de waarde voor toxicologisch onderzoek, omdat het zorgt voor een breed scala van computergestuurde blootstellingsscenario's, met inbegrip van geautomatiseerde representatieve vaping topografie profielen.

Introduction

Veiligheid in verband met het gebruik van elektronische sigaretten (e-cigs) is een kwestie van actieve debat in de wetenschappelijke gemeenschap. Aan de ene kant adverteren fabrikanten en handelaren de potentiële voordelen van e-cigs als een product van de vermindering van de schade voor huidige rokers, als gevolg van de opheffing van vele schadelijke stoffen aanwezig in conventionele sigaretten, terwijl de volksgezondheid besluit beleidsmakers zijn bezorgd over het ontbreken van gegevens op lange termijn de volksgezondheid posities1,2. E-CIGS dienen ten minste twee verschillende doeleinden, 1) als een vervangend voertuig voor levering van nicotine en 2) als een rookvrije stopzetting apparaat3. Volgens de Centers for Disease Control and Prevention (CDC), in 2014, meer dan 9 miljoen volwassen Amerikanen gebruikt e-cigs op een regelmatige basis. Vanaf 2013 tot 2014, e-cig gebruik onder middelbare scholieren steeg met meer dan 300%4. Gezien het toenemende gebruik van e-cigs onder jongeren zo goed zoals in volwassenen1,2,4, en rekening houdend met de populaire, nog onbewezen, beweringen over e-cigs als een veiliger alternatief van roken, belangrijke wetenschappelijke vraagstukken moeten worden aangepakt om te bepalen of e-cig gebruik potentiële risico's voor de gezondheid van de mens kleeft, met name die van de ademhalingswegen1,2. Hoewel e-cigs eerst op de markt in de VS in 2007, slechts zeer gebracht werden beperkte studies hebben is uitgevoerd over de gevolgen van de e-cig aërosol posities in vitro en longkanker structuur, de functie en de algehele gezondheid5,6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11. Daarom, in vitro, in vivo en epidemiologische gegevens zijn van essentieel belang om mede te werken openbaar beleid en verordeningen in verband met de consumptie van e-cigs. Productie van betrouwbare en reproduceerbare wetenschappelijk bewijs ter zake van opkomende eerst vereist echter de oprichting van gestandaardiseerde e-cig puffende regimes en de generatie van reproduceerbare blootstelling omgevingen in laboratorium-instellingen die zijn reflecterende voor menselijke consumptie.

Derde generatie e-cig apparaten, beschikbaar op de markt, zijn samengesteld uit ten minste één verwarming spoel (verstuiver) plus een lithiumbatterij. De e-cig apparaatcontroller van macht kan opereren op verschillende spanningen. Deze e-cig apparaten hebben ook een reservoir, composteringsactiviteit waarin de e-sigaret vloeistof (e-liquid) wordt ingebracht. De e-liquid, ook bekend als e-juice, bestaat voornamelijk uit water, nicotine, smaken en drager-oplosmiddelen (bevochtigingsmiddelen), vaak propyleen glycol (PG) en plantaardige glycerine (VG). Sindsdien, volgens de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA), e-liquids zijn samengesteld uit een mengsel van "over het algemeen beschouwd als veilig" (GRAS) levensmiddelenadditief smaakstoffen chemicaliën en bevochtigingsmiddelen, plus nicotine, zij kunnen worden beschouwd als veilig in voedsel. Echter wanneer deze vloeibare formuleringen vaped via de e-cig-apparaat zijn, worden ze verwarmd door de atomizer, die de fysisch-chemische eigenschappen van de e-liquid wordt gewijzigd, en produceert een aërosol of damp met carbonylverbindingen, meer in het bijzonder aldehyde 12,13verbindingen. Deze aldehyden worden gevormd door de Thermische afbraak en oxidatie van glycolen, die ook de vorming van hydroxyl radicalen14,15,16,17opleveren. Deze aldehyden die in het e-cig aërosol aanwezig zijn wanneer vaped onder specifieke voorwaarden13, formaldehyde, aceetaldehyde, acetol, acroleïne, glycidol en Butaandion bevatten, die allemaal is bekend dat er krachtige negatieve effecten op de menselijke gezondheid, met formaldehyde wordt een bewezen menselijk carcinogeen15,16,17. Bovendien, e-cig aërosol ook bestaat uit fijne (250-950 nm)18,19 en ultrafijn (44-97 nm)20 deeltjes, waarvan bekend is dat het veroorzaken van pulmonaire toxiciteit door ontstekingen en oxidatieve stress mechanismen 17. op basis van de samenstelling van de e-liquid, dwz., het percentage van afzonderlijke componenten aanwezig in de formulering, evenals de spanning toegepast op de e-cig-apparaat, die invloed op de temperatuur vape gewend de e-liquid, het totaal zwevende deeltjes (TPM) concentratie van het aërosol zal variëren, en leiden tot verschillende niveaus van deeltjes, evenals de concentraties van aldehyden, waarvan is aangetoond dat ze worden geproduceerd onder specifieke vaping voorwaarden19,21 . Deze aerosolen worden ingeademd door de e-cig-gebruikers, die de spanning van hun e-cig-apparaat besturen. Selectie van de spanning is gebaseerd op de persoonlijke voorkeuren van nicotine levering tarief, aërosol productie en brandende sensatie12. Het is dus absoluut noodzakelijk om de kenmerken van deze spuitbussen beter te begrijpen zodat er wetenschappelijk bewijs voor adequate regelgeving met betrekking tot e-sigaret en e-liquid productie en consumptie beleid.

In het kader van wetenschappelijk onderzoek, er zijn diverse problemen die moeten worden aangepakt aan 1 gerelateerde) de verschillende e-cig apparaatconfiguraties en opties van de werking van welke e-cig gebruikers kiezen kunnen; 2) het ontbreken van gestandaardiseerde representatieve menselijke vaping topografie profielen worden gebruikt in experimentele instellingen22. Dit onderstreept de dringende noodzaak tot harmonisatie van de e-cig onderzoeksprotocol, beginnend met e-cig aërosol generatie en karakterisering technieken22. De huidige studie concentreert zich op deze uitdaging met een beschrijving van een gedetailleerde stapsgewijze e-cig aërosol generatie techniek, met specifieke experimentele parameters beschouwd als realistisch en vertegenwoordiger van levensechte blootstellingsscenario's. Deze studie heeft ook tot doel voor de evaluatie van de invloed van spanning op de e-cig aërosol van TPM concentratie, zoals die worden gegenereerd met behulp van een apparaat van de derde generatie vaping geïntegreerd in een commerciële computergestuurde blootstelling systeem geconfigureerd voor muizen gehele lichaam inhalatie studies. De beschrijving van deze experimentele protocol, met inbegrip van de opwekking en de karakterisering van e-cig aërosolen, kan bijdragen tot de totstandbrenging van de vertegenwoordiger van de puffende regimes gestandaardiseerde e-cig in een laboratorium instellen voor latere toxicologische studies.

Protocol

Muizen waren gehuisvest en verwerkt in overeenstemming met de NIH-gids voor de verzorging en het gebruik van proefdieren. Alle procedures en protocollen waarbij muizen zijn door de Louisiana State University institutionele Animal Care en gebruik Comité goedgekeurd. De onderstaande beschrijving is specifiek voor de apparatuur die wordt gebruikt, zoals deze is opgegeven in de tabel van materialen/uitrusting. Alle aanvoer van lucht was HEPA-gefilterd.

1. voorbereiding

  1. Studie & apparatuur
    1. Verkrijgen van de nodige goedkeuringen (bv., IACUC) en trainingen voor de studie.
    2. Set-up de apparatuur op een goed geventileerde plaats en vertrouwd te raken met de werking ervan.
  2. Gravimetrische metingen
    1. Weeg een schoon nieuw 25 mm filter. Record van het gewicht. Plaats de filter in een cassette.
    2. Plaats de cassette met de filter, in overeenstemming met een persoonlijke bemonsteringspomp bevinden en een debietmeter voldoende om te testen voor een stroom van 1 L/min (LPM).
  3. Elektronische sigaret apparaat
    1. Schroef de verstuiver in de tank base (Figuur 1).
      Opmerking: De verstuivers met spoelen met weerstanden op 0,15, 0,5 of 1,5 Ω zijn beschikbaar.
    2. Kritieke stap: Voeg een paar druppels (2 tot en met 3) van de e-sigaret vloeistof in de atomizer om ervoor te zorgen dat de katoen is verzadigd en niet tot een droge branden (Figuur 2 leiden zal).
    3. Steek de mouw van de tank in de tank. Schroef vervolgens de basis met de verstuiver tank in de tank mouw (Figuur 1).
    4. Schroef de geassembleerde tank op de e-cig-eenheid. Zorg ervoor dat de tank opening naar boven zijn gericht en de cover zet in plaats op de top van de tank (Figuur 1).
    5. De e-cig eenheid gezet door zijn base-plaat door het draaien van de kelderen arm van het magneetventiel. Wanneer in plaats, draaien weer op zijn plaats zodat het kan worden uitgelijnd met de trigger-knop op de e-cig-eenheid.
    6. Sluit het uiteinde van de e-cig-eenheid aan het onderste gedeelte van de condensator via een twee-weg klep gehechtheid en een stuk van de buizen (Figuur 3).
    7. Ervoor zorgen dat het bovenste uiteinde van de condensor correct is aangesloten op het genereren van systeem en aërosol blootstelling kamer via goede slang aërosol.
    8. Kritieke stap: Controleer of de aerosol concentratie meetinstrument in plaats bij de uitgang van de kamer van de blootstelling aërosol.
    9. Kritieke stap: Verwijder het klepje van de tank en het vullen van de tank met 10 mL e-sigaret vloeistof. Vervang de tank cover.
      Opmerking: Dit volume is voldoende voor een 2-h blootstellingsperiode.

2. blootstelling

  1. Software verbinding
    1. Op de dag van het experiment, zet de computer. Vergeet niet om ook turn ON de aerosol concentratie meetinstrument door handmatig op de power-knop te drukken.
    2. Start de operationele software. Klik op experimenten-sessie. Selecteer de juiste studie. Kies de sjabloon voor de e-cig-experiment.
    3. In het nieuwe Experiment venster, typ een naam voor de experimentele sessie. Typ in het Experiment van het venster Eigenschappen in de initialen van de operator in het vak operator. Klik op OK.
  2. Kanaal kalibratie
    1. Volg de stappen in de wizard kalibratie om de aërosol-generatiesysteem adequaat te kalibreren.
      1. Stap 1: Klik op volgende op het kanaal kalibratievenster nadat u hebt bevestigd dat er een vinkje in het vak aerosol concentratie meting instrument (MicroDust Pro) is.
      2. Stap 2: In toepassing waarde venster, klik op volgende. Stap 3: Voer het doel waarde Input als 0 g/m3. Stap 4: Plaats de T-vormige kalibratie invoegen in de sleuf te vullen het kalibratieproces en druk op volgende om naar het volgende venster.
      3. Voer de waarde lezen op de aerosol concentratie meetinstrument. Druk op Next na het invoeren van deze waarde. Controleer de kalibratie resultatenvenster en klik op volgende.
    2. Laatste stap: In Complete kalibratievenster, klikt u op Voltooien. Testen voor het systeem stromen testen, in het testvenster, pompen 1 en 2 (Raadpleeg de gebruikershandleiding).
    3. Bevestigen-"Zou u willen opnemen continu data?", klikt u op Ja. Bevestigen-"Zou u willen beginnen met het standaardprofiel?", klikt u op Ja.
  3. Elektronische sigaret aërosol blootstelling
    1. Als u een inhalatie in vivo onderzoek doet, plaats de muizen in de gehele lichaam blootstelling kamer (s) op dit moment.
    2. Onmiddellijk naar het venster profielen en klik met de rechtermuisknop op het gewenste profiel, scroll naar beneden tot taak starten te starten een bias stroom van verse lucht in het blootstelling kamer (s).
    3. Als u klaar bent om de e-cig aërosol generatie en experiment van de blootstelling, met de rechtermuisknop op het gewenste profiel in het venster profielen, scroll naar beneden naar de taak Start en klik met de linkermuisknop om te selecteren (Figuur 4).
    4. Kritieke stap: de concentratie gemeten door de aerosol concentratie meetinstrument wordt geregistreerd. De concentratie moet > 0 mg / m3.
      Opmerking: Het apparaat werkingsprincipe is gebaseerd op optische detectie en wordt gebruikt in dit systeem om te zorgen voor een kwalitatieve evaluatie in real time van de niveaus van blootstelling in de zaal.
    5. Zorg ervoor dat e-liquid is beschikbaar in de tank tijdens de gehele duur van de blootstelling.
    6. Om te stoppen met het experiment na het bereiken van de gewenste blootstellingsduur, klik met de rechtermuisknop op het profiel en scroll naar beneden naar het stoppen van profiel, Klik met de linkermuisknop om te selecteren. Zorg ervoor dat de bias stroom wordt gestart onmiddellijk na de voltooiing van het profiel van de blootstelling.
    7. Verwijderen van de onderwerpen (dieren) van de kamer van de blootstelling en deze terugsturen naar hun huisvesting cage en kamer.

3. post-exposure analyse

  1. Aan het einde van de experimentele sessie, sluiten de besturingssysteemsoftware en zet uit de spuitbus apparaat voor de meting van de concentratie.
  2. De cassette met de filter van de pomp los en neem de tijd wanneer het werd verwijderd. Plaats van het filter in een exsiccator en laat het filter te drogen voor ten minste 48 uur (bij voorkeur 96 uur). Vervolgens het filter met de geaccumuleerde e-cig aërosol deeltjes wegen en het gewicht.
  3. Bereken de totale deeltjes (TPM) concentratie in termen van massa per bladerdeeg23.
    1. Record de massa verzameld op het filter. Berekenen van het totale volume tijdens de periode van de blootstelling met behulp van de duur van de bemonstering en het pompdebiet bemonsterd.
    2. Verdeel de massa op het filter geïnd door de hoeveelheid lucht.
      Opmerking: TPM concentratie wordt uitgedrukt in gewicht per volume-eenheden. Verdeel de TPM concentratie door het totale aantal soezen gegenereerd door het profiel van de e-sigaret gebruikt.

4. reiniging en onderhoud

  1. De e-vloeistof uit de tank e-cig uitstorten en de condensor met behulp van de bijgevoegde spuit leeg. Zorg ervoor dat de verstuiver spoel niet tijdens het experiment brandde. Wijzig de verstuiver spoel na elk experiment.
  2. Reinig de pompen na elk experiment. Loskoppelen van de hoofden van de pomp en verwijder de connectoren en kleppen. Veeg overtollige e-liquid of gecumuleerde vocht met een wattenstaafje of weefsel.
  3. Reinig het gehele lichaam blootstelling kamers. Volg de instructies van de fabrikant en verkorte e-liquid verwijderen uit alle oppervlakken.
    Opmerking: Het wordt aanbevolen om te voorkomen dat het gebruik van alcohol, omdat het leiden onherstelbare schade tot kan.

Representative Results

Tabel 1 toont de kenmerken van het milieu van blootstelling in een 5-L gehele lichaam kamer na e-cig aërosol generatie. Deze gegevens zijn de resultaten van een sessie van 2 uur blootstelling met alleen de vervoerder oplosmiddelen e-liquid basis, dwz., 50/50 verhouding tussen PG en VG in de afwezigheid van smaakstoffen of nicotine. Het aërosol werd geproduceerd door een apparaat van de derde generatie accu-aangedreven e-sigaret met een 0.5 Ω weerstand. Een totaal van zeven e-cig spanningen werden getest met een profiel van de topografie van 70 mL bladerdeeg volume, 3-s bladerdeeg duur en 1-min intervallen. Zoals verwacht, de voortschrijdende e-cig spanning leidt tot hogere TPM concentraties van aërosol in de zaal van de blootstelling, zoals gemeld met de gravimetrisch berekende massa (mg) per gebruikt bladerdeeg. Echter, de veranderingen in de concentratie van de TPM een enigszins sigmoïdale patroon volgen over het spanningsbereik studeerde. De relatie tussen het voltage en de concentratie van de TPM is in eerste instantie lineair van 1,8 tot 3,2 V, en geeft een exponentiële sprong met een latere plateau tussen 3.2 tot 4.8 V.

Figuur 5 toont de resultaten van een fysische karakterisering van de e-cig aërosolen binnen de gehele lichaam blootstelling kamer. Deeltje nummer concentratie en grootteverdeling werden gemeten onder uiteenlopende experimentele omstandigheden met behulp van een scanner motiliteit deeltje sizer. Een breed scala van massa en aantal concentraties, evenals deeltje grootte distributies, meestal samengesteld uit fijn en ultrafijn deeltjes, kan worden bereikt met behulp van verschillende vooraf gedefinieerde of door de gebruiker gedefinieerde geautomatiseerde puffende profielen die kunnen worden aangepast of gewijzigd via de software (Figuur 6), evenals de e-cig apparaat ontwerpopties (dwz., verstuiver spoel weerstand of batterij spanning). Deze resultaten wijzen op de veelzijdigheid van de blootstelling systeem gebruikt om te simuleren, in een experimentele omgeving, een breed scala aan mogelijke menselijke e-cig topografie profielen.

Als voorbeeld, een experimentele e-cig blootstelling omgeving is gemaakt op basis van actuele informatie met betrekking tot e-cig consumenten persoonlijke voorkeuren en was vervolgens gekenmerkt (tabel 2). Hier, de e-cig apparaat was uitgerust met een coil atomizer van 0.5 Ω en geëxploiteerd op 3.2 V. Het profiel van de topografie gebruikt bestond uit een bladerdeeg 55 mL volume, 3-s bladerdeeg duur en 30-s intervallen terwijl de e-liquid getest de drager-oplosmiddelen opgenomen (dwz., PG en VG op een 50/50 verhouding), alleen en in combinatie met 36 mg/mL nicotine en kaneel smaak (Tabel 2). Over een blootstellingsperiode van 2 uur, dit profiel blootstelling trekt een groter aantal soezen en zorgt voor een hoger totaalvolume te bemonsteren in vergelijking met de eerder werknemer 70 mL, 1 trekje per min Profiel (13,200 mL versus 8.400 mL, respectievelijk). Bijgevolg, een kleinere gemiddelde deeltjesmassa per bladerdeeg wordt verkregen onder deze topografie profiel voor een dezelfde spanning en soortgelijke voeding (tabellen 1, 2). De resultaten lijken erop te wijzen dat de aanwezigheid van nicotine en kaneel smaak in de e-vloeistof kan een negatief effect hebben op de deeltjesmassa per bladerdeeg. Echter, het verschil tussen de twee experimentele omstandigheden haalde niet het niveau van de statistische significantie.

De resultaten van een chemische analyse van het e-cig aërosol gegenereerd met het profiel van de laatste topografie (55-mL bladerdeeg volume, 3-s bladerdeeg duur en 30-s intervallen) zijn weergegeven in tabel 3 en Figuur 7. Een totaal van 82 soesjes van e-cig aërosol gegenereerd onder 3.2 V met een e-liquid bestaat uit 50/50 verhouding tussen PG en VG, 36 mg/mL nicotine, en kaneel smaak werden bemonsterd op silica gebaseerde filters die werden vervolgens gebruikt voor de chemische karakterisatie van de e-sigaret emissie door GC/MS-technieken. In dit voorbeeld werd direct na de condensor verzameld. Uit het onderzoek bleek dat, naast nicotine en cinnamaldehyde die waren verwacht, andere verbindingen, zoals acroleïne, catechol en benzothiazool werden geïdentificeerd in de e-cig aërosol. Deze chemicaliën ademhalings irriterende stoffen zijn bekend en de complexiteit van de aërosol samenstelling weergeven zodra de e-liquid wordt verwarmd en aërosol.

Naast e-cig aërosol fysisch-chemische karakterisering is de e-cig generator en blootstelling systeem werkzaam ook geschikt voor dierlijke posities. Zoals geïllustreerd in Figuur 8, de concentratie van serum cotinine, een belangrijke metaboliet van nicotine, kan worden gebruikt om te controleren of bevestigen van blootstelling aan e-cig aërosol van nicotine-bevattende e-liquids in muizen. De muizen blootgesteld aan e-cig aërosol weergegeven in het huidige voorbeeld, een aanzienlijke toename van hun serumconcentratie cotinine.

Figure 1
Figuur 1. E-cig generator gedeconstrueerd weergave. Afbeelding toont de verschillende elementen samenstellen van de generator van de e-sigaret (e-cig eenheid tank base, verstuiver, tank, tank mouw, slang adapter).

Figure 2
Figuur 2. E-cig generator verstuiver. Beeld van waar we e-sigaret vloeistof in de atomizer.

Figure 3
Figuur 3. E-cig totaalbeeld. Afbeelding toont geassembleerde e-cig generator met de uitbreiding, met inbegrip van de condensor.

Figure 4
Figuur 4. E-cig generator besturingssoftware. Afbeelding toont de selectie van vaping profiel op de software. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5. Representatieve fysische karakterisering van e-cig aërosolen geproduceerd door een derde generatie e-cig-generator in een kamer van 5 L geeft aan (A) het effect van de e-cig apparaat vermogen (6-40 W) op de blootstellingsvoorwaarden die kunnen worden gegenereerd en (B) dat e-cig aërosolen samengesteld uit fijn & ultrafijne deeltjes. Deeltje nummer concentratie en grootte distributie gemeten met behulp van een scanner mobiliteit deeltje sizer. Blootstelling parameters: verstuiver van weerstand 0,5 Ω en spanning, variërend van 1,8 tot 4,8 V; vaping onder een topografie-Profiel van beide 3 s bladerdeeg duur, 70 mL bladerdeeg volume elke 60 s of 3 s bladerdeeg duur, 55 mL bladerdeeg volume elke 30 s; op een 50/50 verhouding bestaat met behulp van een e-liquid uit PG en VG. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6. Geautomatiseerde puffend profielen kan worden gemaakt, aangepast of gewijzigd via de software. Beelden toont één stap van de Wizard voor het maken van profiel dat wordt gebruikt voor het invoeren van belangrijke vaping topografie factoren, met inbegrip van bladerdeeg volume, bladerdeeg duur, bladerdeeg interval en bladerdeeg profiel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7. Spectrum van GC/MS resultaten voor de e-cig aërosol. Zoals beschreven in tabel 3, e-cig aërosol werd geproduceerd met behulp van het apparaat van de e-sigaret met een 0.5 Ω coil atomizer vastgesteldop 3.2 V vaping onder een topografie-Profiel van 55 mL bladerdeeg volume, 3 s bladerdeeg duur en 30 s intervallen met een e-liquid bestaat uit 50/50 verhouding tussen PG en VG , 36 mg/mL nicotine en kaneel smaak. Een monster van 82 soezen e-cig aerosol was verzameld rechts na de condensor op een silica gebaseerde filter, die vervolgens werd gebruikt voor chemische analyse met gaschromatografie - massaspectrometrie (GC/MS) technieken. (A) hele spectrum; (B) Zoom in. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 8
Figuur 8. Schematische van e-cig blootstelling systeem voor dierstudies. Het gehele lichaam e-cig aërosol inademing systeem (A) is geschikt voor dierlijke vorderingen, met cotinine niveaus in e-cig blootgesteld mannelijke BALB/C muizen (B) die vergelijkbaar met de niveaus van blootstelling van de mainstream sigarettenrook zijn. Lucht groep cotinine niveaus 0.3-1.2 ng/mL. N = 6 per groep, *p < 0.05. Muis/rat cotinine ELISA. Blootstelling parameters: verstuiver van weerstand en batterij spanning ingesteld op 1,5 Ω en 4.2 V, respectievelijk; vaping onder een topografie-Profiel van 3 s bladerdeeg duur, en een 55 mL bladerdeeg volume elke 30 s; met behulp van een e-liquid bestaat uit 36 mg/mL nicotine, kaneel smaak en een 50/50 verhouding PG/VG. Muizen werden blootgesteld aan een concentratie van de TPM van 0,12 ± 0.09 mg/bladerdeeg e-cig aerosol voor 2U/dag voor 28 dagen, terwijl besturingselementen werden blootgesteld aan gefilterd-lucht. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

E-cig Voltage (V) E-cig vermogen (W) Massa per bladerdeeg (mg) Kamer Kamer temperatuur (oC)
Relatieve vochtigheid (%)
1.8 6.3 ± 0,3 0,005 ± 0.004 46.0 ± 3.3 23.7 ± 0,6
2.3 8.8 ± 0,1 0.009 ± 0.005 27.8 ± 9.1 24.0 ± 0,6
2,55 10.6 ± 0,2 0.021 ± 0,008 53.2 ± 1,2 23.2 ± 0,2
2.8 12.4 ± 0,3 0.061 ± 0.073 51.3 ± 1.1 24.2 ± 0,6
3.2 15.8 ± 0,6 0.065 ± 0.013 56,6 ± 2,3 23.1 ± 0,2
3.7 23.3 ± 0,6 0.741 ± 0.417 51,2 ± 5.5 23.6 ± 0,5
4.8 40.4 ± 1,3 0.823 ± 0.198 25,4 ± 7,7 23.7 ± 0,5

Tabel 1. E-cig apparaat parameters getest en blootstellingsomstandigheden in een kamer van 5 L blootstelling met een 0.5 Ω coil atomizer. Topografie profiel voor de blootstelling van een 2 h: 70 mL bladerdeeg volume, 3 s bladerdeeg duur en 1 min intervallen, met behulp van slechts drager oplosmiddelen e-liquid basis, dwz., 50/50 verhouding PG en VG. Alle spanningen werden getest in drievoud (n = 3). Gegevens worden uitgedrukt als gemiddelde ± standaardafwijking (SD).

E-cig Voltage (V) E-cig vermogen (W) E-Liquid nicotine (mg/mL) Smaak van de E-Liquid Massa per bladerdeeg (mg) Kamer Kamer temperatuur (oC)
Relatieve vochtigheid (%)
3.2 16.6 ± 0,2 0 Geen 0.273 ± 0,184 47.4 ± 3,9 23.6 ± 0,2
3.2 15.9 ± 1,3 36 Kaneel 0.102 ± 0.078 59.6 ± 3.1 22.7 ± 0,2

Tabel 2. E-cig apparaat parameters getest en blootstellingsomstandigheden in een kamer van 5 L blootstelling met een 0.5 Ω coil atomizer. Topografie profiel voor de blootstelling van een 2 h: 55 mL bladerdeeg volume, 3 s bladerdeeg duur en 30 s intervallen, 1) alleen vervoerder oplosmiddelen e-liquid base gebruiken, dwz., 50/50 verhouding PG en VG, en 2) e-liquid base + nicotine (36 mg/mL) en kaneel smaakstof. De twee e-liquids werden getest in drievoud (n = 3). Gegevens worden uitgedrukt als bedoel ± SD.

Lijst van stoffen in e-cig aërosol
2-propenal (Acroleïne)
7-Pentatriacontene
10-Octadecenal
Benzothiazool
Catechol
Cinnamaldehyde
Ethoxy azijnzuur
Nicotine
Vanilline

Tabel 3. Niet-uitputtende lijst van stoffen gevonden in de e-cig aërosol. E-cig aërosol werd geproduceerd met behulp van de e-cig-apparaat met een 0.5 Ω coil atomizer vastgesteldop 3.2 V vaping onder een topografie-Profiel van 55 mL bladerdeeg volume, 3 s bladerdeeg duur en 30 s intervallen met een e-liquid bestaat uit 50/50 verhouding tussen PG en VG , 36 mg/mL nicotine en kaneel smaak. Een monster van 82 soezen e-cig aerosol was verzameld rechts na de condensor op een silica gebaseerde filter, die vervolgens werd gebruikt voor chemische analyse met gaschromatografie - massaspectrometrie (GC/MS) technieken.

Discussion

Een grote onbeantwoorde vraag is of langdurige blootstelling aan e-cig aërosol resulteert in pulmonaire toxiciteit. Bovendien is de algemene veiligheid van e-cigs met betrekking tot de gezondheid van de mens nog steeds een kwestie van controverse. In augustus 2016, de Amerikaanse FDA uitgebreid de regelgevende instantie op alle tabaksproducten, met inbegrip van e-cigs. E-CIG onderzoek, wel uitdagende en complexe verschuldigde meestal aan 1) het ontbreken van gestandaardiseerde evaluaties; 2) de grote verscheidenheid aan e-cig apparaten (~ 2.800 verschillende modellen van 466 geïdentificeerde merken)24; 3) meer dan 7.700 unieke e-liquid smaken24; 4) de verschillende mogelijke combinaties van bevochtiger ratio's. Gezien de complexiteit van het veld, het is essentieel om de uitdaging en deugdelijk wetenschappelijk bewijs, dat zorgvuldige overwegingen aan de experimentele omstandigheden te genereren en reproduceerbare processen werkzaam zijn. In de huidige studie, werd de klemtoon gelegd op de beschrijving van een e-cig aërosol generatie techniek waarmee onderzoekers te verkrijgen van unieke datasets aan realistische en uitgebreide e-cig aërosol blootstelling-gerelateerde effect continuüm gerelateerde kunt. Deze kunnen van tijdige relevantie voor adres e-cig-gerelateerde veiligheid of toxiciteit vragen voor de vaststelling van verordeningen over e-cig ontwerpkenmerken die potentieel een rechtstreekse invloed op het volksgezondheidsbeleid hebben kunnen.

In dit artikel, werden zinvolle blootstelling omgevingen gegenereerd met behulp van een computergestuurde systeem kunnen integreren van de nieuwste generatie e-cig apparaten, alsmede rekening houdend met de vooraf gedefinieerde of door de gebruiker gedefinieerde profielen voor automatische puffende en set operationele voorwaarden (bv., constante stroom bron, standaard waarden of weerstand, spanning, temperatuur). Deze geautomatiseerde puffende profielen bevatten de standaardvoorwaarden: 55 mL bladerdeeg volume, 3 s bladerdeeg duur 30 s bladerdeeg interval en plein bladerdeeg profiel, uit de "Routine analytische machine voor e-sigaret aërosol generatie en collectie – definities en standaard voorwaarden"geboden door de Coresta aanbevolen methode (CRM) N ° 8125 (tabel 2). Aangezien het systeem gebruikt, verschillende geautomatiseerde puffende profielen genereren kan, het is ook in overeenstemming met ISO 20768 (damp producten – Routine analytische vaping machine – definities en standaardvoorwaarden)26 puffende regeling eisen. Als verwacht, e-cig puffende regime standaardvoorwaarden contrast met die van ISO 330827, waarin de standaardvoorwaarden voor het roken van sigaretten machines (35 mL bladerdeeg volume, 2 s bladerdeeg duur 60 s bladerdeeg interval en bell bladerdeeg profiel). Deze verschillen tussen de sigaret roken patronen en e-cig vaping patronen onder gebruikers zijn gevestigde28. In de huidige studie, voorbeelden en verstrekte gegevens Toon dat aërosolen gegenereerd op basis van dit systeem en een derde generatie e-cig apparaat met Voltages regelbaar hoge concentraties van de TPM produceren, bereiken tot 0.27 en 0.82 mg per 55 en 70 mL bladerdeeg, respectievelijk. E-cig aërosolen op deze concentraties werden verzameld rechts na de blootstelling kamer (tabel 1-2, Figuur 5). De resultaten blijkt ook dat er meer dan een 160-fold verschil in de deeltjesmassa per bladerdeeg geproduceerd met voltages variërend van 1,8 tot 4,8 V (tabel 1). Deze spanningsbereik is kenmerkend voor de operationele instellingen van e-cig apparaten op de Amerikaanse markt, die voorzien in de toepassing van spanning, variërend van 2,9 tot 5,2 V29. De resultaten zijn ook in overeenstemming met eerder gepubliceerde gegevens18,21 waar hoge niveaus van TPM verzameld bij de uitlaat van de e-cig generator voor soortgelijke topografie profielen (1.4 tot 5.8 mg/bladerdeeg) werden gemeld. Kritische stappen binnen het protocol omvatten het toevoegen van een paar druppels van de e-liquid naar de verstuiver voorafgaand aan elke zitting van de blootstelling om ervoor te zorgen een) dat geen droge branden wordt geproduceerd; b) e-liquid is beschikbaar in de tank tijdens de gehele duur van de blootstelling; en controleer of het e-cig aërosol zoals verwacht door regelmatig lezingen op de concentratie van de real-time meting apparaat is gegenereerd. Het is reeds lang gevestigd dat e-cig gebruikers proberen te vermijden droge soezen, die zich in droge branden voorwaarden voordoen. Deze vaping voorwaarde is gerelateerd aan de vorming van hoge niveaus van aldehyden, zoals formaldehyde, een bekend carcinogeen en respiratoire toxische13,30. Daarom is van cruciaal belang ervoor te zorgen dat deze aandoening tijdens de risico's wordt vermeden. Ten slotte, in termen van blootstelling van de nicotine, muizen blootgesteld aan e-cig aërosol van een 36 mg/mL nicotine-bevattende vloeistof, e-liquid voor 2 uur per dag voor 28 dagen (niveaus van 0,12 mg/bladerdeeg) gepresenteerd serum cotinine concentraties van 91 ng/mL (Figuur 8); een niveau dat vergelijkbaar is met die van sigaret rokers (> 100 ng/mL)31,32,33, die zelfs lager is dan die van de reguliere e-cig gebruikers (mediane speeksel cotinine van 252 ng/mL)34. In een studie van de topografie vaping werd gemeld dat 235 het maximum aantal soezen per dag genomen door e-cig gebruikers35,36 was. Dit is zeer vergelijkbaar met onze blootstelling profiel produceren 1 trekje elke 30-sec voor 2 uur per dag (totaal van 240 soezen). Dus, dit vaping topografie profiel modellen e-cig gebruikers dagelijkse bladerdeeg consumptie en gedrag.

In het afgelopen decennium, e-cig apparaten geëvolueerd van eerste generatie sigaret-achtige, eenmalig gebruik, lage-aangedreven apparaten, aan de tweede generatie verwisselbare en hervulbare tank stijl apparaten, en nu aan de derde generatie tank-stijl apparaten met aanpasbare beschikt over24 voor de 1) de verstuiver spoel weerstand: het element die verantwoordelijk is voor het verwarmen van de e-liquid en 2) de macht controller, die een) kan werken op verschillende spanningen, b) is van invloed op de temperatuur van het verwarmingselement en c) bepaalt of de kooktemperatuur van de oplossing wordt bereikt24,37. Tijdens het gebruik van de e-sigaret, de e-liquid wordt meestal verwarmd bij 200 ° C of meer38, en het is in de spuitbus-vorm die de bestanddelen daarvan met biologische matrices samenwerken. De karakterisering van de e-cig aërosol is daarom essentieel. E-liquids oplosmiddelen verschillen in volatiliteit, zodanig dat oplossingen bestaat voornamelijk uit PG (70%), die minder visceus en verdampen bij een lagere temperatuur37, produceren van aërosolen met relatief kleinere deeltjes die de gebruikerservaring 'keel-hit vergroten' 20. aan de andere kant, VG gebaseerde e-liquids aerosolize bij hogere temperaturen37 en produceren van aërosolen met relatief grotere deeltjes die uit een gebruiker ervaring, verhoogt de smaak en de hoeveelheid damp gegenereerd5, 17,39. Dus, het is eerder vastgesteld dat de verhouding PG/VG van de e-liquid de grootteverdeling van de deeltjes aanwezig in de e-cig aërosol19,20 beïnvloedt. Zoals afgebeeld in Figuur 5, met behulp van een e-liquid bestaat uit een 50/50 verhouding PG/VG, e-cig aërosolen met een gemiddelde diameter van ~ 100 nm werden verkregen. Deze resultaten zijn in hetzelfde bereik als die gerapporteerd door Baassiri, et al.. 20. Dit suggereert dat de parameters van de blootstelling, met inbegrip van de e-cig operationele instellingen (weerstand, spanning en kracht) en puffend profiel, naast de e-liquid basis, de fysieke kenmerken van de aërosolen geproduceerd kunnen beïnvloeden. Bovendien, de nicotine concentratie en smaakstof chemische stoffen toegevoegd aan de e-liquid basis kunnen ook potentieel beïnvloeden de e-cig aërosol fysisch-chemische eigenschappen. Het werd eerder aangetoond dat een e-liquid die is minder viskeuze een aërosol samengesteld voor fijnere deeltjes produceert, wat resulteert in een minder dichte damp, een lagere concentratie van TPM17oplevert. Met behulp van dezelfde verhouding PG/VG voor beide e-vloeistoffen getest, verscheen de e-liquid met 36 mg/mL nicotine en kaneel smaakstof chemische, hetgeen impliceert dat er meer verdund dan de e-liquid base alleen (PG/VG nicotine + kaneel smaak versus PG/VG alleen), minder viskeuze dan de e-liquid uitsluitend uit PG en VG bestaat. Het schijnbare verschil in viscositeit tussen de twee e-liquids kan verklaren de ongelijkheid in de massa per bladerdeeg verkregen onder gelijke e-cig vaping instellingen (tabel 2). Lagere TPM kan echter niet correleren met minder schadelijke aërosol, aangezien de korrelgrootteverdeling en de chemische karakterisatie van het aërosol moeten ook worden overwogen. Inderdaad, de Thermische afbraak van VG- en de chemische interacties van de componenten van de e-liquid produceren uitstoot van schadelijke aldehyden, met inbegrip van formaldehyde en aceetaldehyde, bekend om zijn krachtige bedreigingen voor de gezondheid van de mens15,17 ,40. Zoals vermeld in tabel 3, bleek de chemische analyse van het e-cig aërosol geproduceerd hier dat het ook acroleïne, monochlorophenol, catechol en benzothiazool bevatte. Alle zijn bekende ademhalings irriterende stoffen, terwijl catechol is daarnaast geclassificeerd als mogelijk carcinogeen voor de mens (groep 2B) volgens het Internationaal Agentschap voor onderzoek op kanker (IARC)41,42,43 . Dit wordt toegevoegd aan de effecten die aan de chemie van de smaakstof agent opgenomen in de e-liquid gerelateerde. Bijvoorbeeld hebben cinnamaldehyde en Butaandion, twee van de smaak en Extract Manufacturers Association hoge prioriteit smaakstof chemicaliën voor respiratoire gevaar, bij inhalatie door werknemers, aangetoond dat afbreuk doen aan longfunctie en veroorzaken onomkeerbare Long schade ( BRONCHIOLITIS obliterans, namelijk 'popcorn lung')44. Cinnamaldehyde heeft aangetoond dat zeer cytotoxisch in vitro45,46,47 en is erg populair in e-liquids48. In de huidige studie, de aanwezigheid van cinnamaldehyde aangetroffen in de e-cig aërosol uit de kaneel smaak e-vloeistof (tabel 3 en Figuur 7). Globaal, dit toont de noodzaak om te analyseren e-cig aërosolen voor zowel fysieke en chemische kenmerken.

Zoals hierboven vermeld, kunnen de blootstelling techniek beschreven hier uiterst veelzijdig zijn. Het kan zorgen voor de wijzigingen van de puffende regime (via de software), van de operationele functies van het apparaat van de e-sigaret of zelfs van het soort blootstelling kamer (neus-only en hele lichaam) (via de hardware). Dit biedt alle flexibiliteit aan te passen of aanpassen van de experimentele omstandigheden aan de behoefte van elke onderzoeksproject de onderzoeker. Oplossen van problemen met deze techniek omvat het ervoor te zorgen dat de verbindingen tussen de e-cig condensor, de buizen, de pompen en de kamers zijn voldoende beveiligd en dat alle kamers zijn goed verzegeld (voor meer gedetailleerde informatie raadpleeg gebruikershandleiding). Zoals opgemerkt en getest in deze studie, kan een aantal factoren beïnvloeden e-cig aërosol productie en samenstelling22. Deze factoren worden geassocieerd met de verhoudingen en de bestanddelen van de e-liquid formulering, die invloed op de chemische component van het aërosol, evenals de geselecteerde e-cig apparaat kenmerken en werking instellingen die invloed hebben op de voorwaarden van de verwarming gebruikt om te aerosolize van de e-liquid, en dus de samenstelling, alsmede de fysieke component van het aërosol. E-liquids zijn samengesteld uit GRAS levensmiddelenadditieven, echter hun veiligheid na verwarming en aerosolization is niet vastgesteld. Belangrijkst, e-cig gebruikers inhaleren van deze spuitbussen en controle over de puffende profiel, alsmede de keuze van zowel e-liquid en de operationele instellingen (weerstand en spanning) van hun e-cig-apparaten. Dit zijn belangrijke factoren die kan beduidend beïnvloeden de e-cig aërosol emissies en moeten daarom worden zorgvuldig gecontroleerd en gerapporteerd in experimenteel onderzoek.

Als meest experimentele methoden heeft de huidige e-cig blootstelling techniek voordelen en beperkingen. Terwijl veelzijdig en geschikt voor toxicologisch onderzoek, is het ook bekend dat muizen neus-Ontluchters zijn en dat hele lichaam posities tevens toestemming voor dermale en orale absorptie naast de inademing van de blootstelling verlenen mogen. De voor- en nadelen van het gebruik van gehele lichaam en neus-only inademing posities zijn beschreven uitgebreid elders49,,50. Terwijl dit is een alleen-neus posities nauwer de inspiratie/vervaldatum patronen die gelden voor het vervoer en de afzetting van deeltjes in de luchtwegen nabootsen, deze wijze van blootstelling is meer belastend voor de dieren en is niet geschikt voor de langdurige inademing studies met groot aantal dieren49. Bovendien, de studies die ten opzichte van gehele lichaam en neus-only posities bij knaagdieren blootgesteld door inhalatie aan de dezelfde veroorzaken dezelfde voorwaarden blootstelling (TiO2 nanodeeltjes, sigarettenrook) vond geen statistische verschil tussen degenen die twee modi van blootstelling voor longkanker deeltjes depositie en50,51van de reacties van de longen. Aangezien de effecten veroorzaakt door chronische blootstelling aan e-cig aërosol grotendeels niet-gedocumenteerde en onder-onderzocht zijn, is de e-cig blootstelling systeem zoals beschreven in dit manuscript handig voor het overbruggen van de kenniskloof van deze. Ook is de derde generatie machine-vaping apparaat dat wordt gebruikt in deze studie gericht in een horizontale configuratie. Er is een mogelijkheid dat de richting van de inrichting een effect op de productie van het aërosol hebben kan; echter tot de beste van onze kennis, voor derde generatie e-cig apparaten, is de oriëntatie-variabele niet getest eerder. De horizontale oriëntatie is de voorkeurspositie voor beginnende gebruikers van e-cig. Dit helpt bevorderen beter wicking en minimaliseert de risico's van e-vloeistof lekt. Dus, de horizontale afdrukstand is vertegenwoordiger van vaping gedrag van populaties van e-cig gebruikers en door andere onderzoek groepen21is gebruikt. Het is ook belangrijk op te merken dat de macht en tevens afgebeeld op het e-cig-apparaat kan enigszins afwijken van de werkelijke kracht geleverd aan het apparaat22,52, en dat daarom ook kan zijn aan te raden om te meten de vermogenswaarden van de levering extern of gebruik van een vaste voeding voor een constante aanvoer van energie.

Er is een substantiële onderzoeks- en kenniskloof voor biomarkers voor toxiciteit gekoppeld aan langdurige blootstelling aan e-cig aërosolen. Deze blootstelling systeem is een stap voorwaarts op dit gebied doordat de onderzoekers om te bepalen van de effecten van langdurige blootstelling van de inhalatie van dieren tot aërosol e-sigaret vloeistof. Andere bestaande e-cig blootstelling methoden hebben ook de mogelijkheid voor het onderzoeken van het effect van puffend regime en het functioneren van de instellingen van de e-cig apparaten op toxicologische eindpunten19,20,22,53 . Deze blootstelling systemen zal helpen wetenschappelijke bewijzen voor toekomstige verordeningen op nieuwe alternatieve tabaksproducten. Uiteindelijk, goed uitgevoerd en geschikt toxicologisch onderzoek zal helpen de beleidsmakers, zorgaanbieders en de 9 miljoen Amerikanen die4gebruikers e-sigaret zijn beter te informeren. Bovenal moeten blootstelling systemen die niet te levensechte vaping scenario's reproduceren worden vermeden. E-liquids zijn meestal verwarmd bij 200 ° C of meer temperaturen38 in een e-cig-apparaat, daarom moeten scenario's waar de e-liquid is gewoon nebulized, of opgewarmd tot 37 ° C en vervolgens nebulized8, niet worden beschouwd als representatief zijn voor de gebruikers van de e-sigaret consumptie. Momenteel, e-cig consumenten kunnen potentieel schadelijke e-cig aërosol samenstellende niveaus bereiken met behulp van de ontwerpfuncties van derde generatie e-cig apparaten waarmee voor de aanpassing van de voorwaarden van de kenmerkende verwarming via wijzigingen in van de verstuiver spoel weerstand en de accuspanning. Daarom, meer experimentele studies zijn nodig om te bepalen van de gezondheid gevolgen gerelateerd aan chronische inhalatie blootstelling aan e-cig aërosolen. Dit begint door de oprichting van reproduceerbaar zijn en gestandaardiseerde e-cig blootstelling systemen25,26. Dus, hebben een veelzijdige e-cig blootstelling systeem dat voorziet in een breed scala van blootstellingsscenario's, met inbegrip van geautomatiseerde representatieve vaping topografie profielen, is een aanwinst voor de uitvoering van experimentele studies.

Disclosures

JM en AR zijn werkzaam bij SCIREQ wetenschappelijke respiratoire apparatuur Inc, een commerciële entiteit die betrokken zijn bij de onderwerpen gerelateerd aan de inhoud van dit artikel. SCIREQ Inc. is een bedrijf van de technologieën emka.

Acknowledgments

Dit project werd gesteund door een subsidie van de gouverneur van Louisiana biotechnologie initiatief GBI-BOR #013 (AP), alsmede door de Louisiana State University, start-up middelen (AN) van de faculteit van de School voor diergeneeskunde.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
inExpose complete solution - for electronic cigarette aerosol delivery to a 5L whole-body chamber, including eVic-VTC Mini (e-cig device, Joyetech) SCIREQ Scientific Respiratory Equipment Inc.
flexiWare software  SCIREQ Scientific Respiratory Equipment Inc. FW8
Computer Dell Core 2 Duo
Tygon  Tygon R-3603 
MicroDust Pro Cassella 176000A
Personal sampling pump Sensidyne Gilian BDX II
Glass fiber filter Millipore AP4002500
Sampling cassette Made in house
Flow meter TSI Inc. 4100 series
Electronic cigarette liquid (e-juice) Local vape shop
Scanning mobility particle sizer TSI Inc. 3080
Microbalance  Sartorius  MC5 Micro Balance 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Baeza-Loya, S., et al. Perceptions about e-cigarette safety may lead to e-smoking during pregnancy. Bulletin of the Menninger Clinic. 78 (3), 243-252 (2014).
  2. Kahr, M. K., et al. A qualitative assessment of the perceived risks of electronic cigarette and hookah use in pregnancy. BMC Public Health. 15, 1273 (2015).
  3. Mark, K. S., Farquhar, B., Chisolm, M. S., Coleman-Cowger, V. H., Terplan, M. Knowledge, Attitudes, and Practice of Electronic Cigarette Use Among Pregnant Women. Journal of Addiction Medicine. 9 (4), 266-272 (2015).
  4. Centers for Disease Control and Prevention. E-cigarette use triples among middle and high school students in just one year. , Available from: http://www.cdc.gov/media/releases/2015/p0416-e-cigarette-use.html (2015).
  5. Larcombe, A. N., Janka, M. A., Mullins, B. J., Berry, L. J., Bredin, A., Franklin, P. J. The effects of electronic cigarette aerosol exposure on inflammation and lung function in mice. American Journal of Physiology Lung Cell Molecular Physiology. 313 (1), L67-L79 (2017).
  6. Neilson, L., Mankus, C., Thorne, D., Jackson, G., DeBay, J., Meredith, C. Development of an in vitro cytotoxicity model for aerosol exposure using 3D reconstructed human airway tissue; application for assessment of e-cigarette aerosol. Toxicology In Vitro. 29 (7), 1952-1962 (2015).
  7. Leigh, N. J., Lawton, R. I., Hershberger, P. A., Goniewicz, M. L. Flavourings significantly affect inhalation toxicity of aerosol generated from electronic nicotine delivery systems (ENDS). Tobacco Control. 25 (Suppl 2), ii81-ii87 (2016).
  8. Garcia-Arcos, I., et al. Chronic electronic cigarette exposure in mice induces features of COPD in a nicotine-dependent manner. Thorax. 71 (12), 1119-1129 (2016).
  9. Vardavas, C. I., Anagnostopoulos, N., Kougias, M., Evangelopoulou, V., Connolly, G. N., Behrakis, P. K. Short-term pulmonary effects of using an electronic cigarette: impact on respiratory flow resistance, impedance, and exhaled nitric oxide. Chest. 141 (6), 1400-1406 (2012).
  10. Pichelstorfer, L., Hofmann, W., Winkler-Heil, R., Yurteri, C. U., McAughey, J. Simulation of aerosol dynamics and deposition of combustible and electronic cigarette aerosols in the human respiratory tract. Journal of Aerosol Science. 99, 125-132 (2016).
  11. Sosnowski, T. R., Kramek-Romanowska, K. Predicted deposition of e-cigarette aerosol in the human lungs. Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 29 (3), 299-309 (2016).
  12. Kosmider, L., et al. Carbonyl compounds in electronic cigarette vapors: effects of nicotine solvent and battery output voltage. Nicotine & Tobacco Research. 16 (10), 1319-1326 (2014).
  13. Farsalinos, K. E., Voudris, V., Poulas, K. E-cigarettes generate high levels of aldehydes only in 'dry puff' conditions. Addiction. 110 (8), 1352-1356 (2015).
  14. Geiss, O., Bianchi, I., Barahona, F., Barrero-Moreno, J. Characterization of mainstream and passive vapours emmited by selected electronic cigarettes. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 218 (1), 169-180 (2015).
  15. Geiss, O., Bianchi, I., Barrero-Moreno, J. Correlation of volatile carbonyl yields emitted by e-cigarettes with the temperature of the heating coil and the perceived sensorial quality of the generated vapours. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 219 (3), 268-277 (2016).
  16. Flora, J. W., et al. Method for the Determination of Carbonyl Compounds in E-Cigarette Aerosols. Journal of Chromatographic Science. 55 (2), 142-148 (2017).
  17. Sleiman, M., et al. Emissions from Electronic Cigarettes: Key Parameters Affecting the Release of Harmful Chemicals. Environmental Science & Technology. 50 (17), 9644-9651 (2016).
  18. Ingebrethsen, B. J., Cole, S. K., Alderman, S. L. Electronic cigarette aerosol particle size distribution measurements. Inhalation Toxicology. 24 (14), 976-984 (2012).
  19. Pouchez, J., et al. Impact of power level and refill liquid composition on the aerosol output and particle size distribution generated by a new-generation e-cigarette device. Aerosol Science & Technology. 52 (4), 359-369 (2018).
  20. Baassiri, M., et al. Clouds and "throat hit": effects of liquid composition on nicotine emissions and physical characteristics of electronic cigarette aerosols. Aerosol Science & Technology. 51 (11), 1231-1239 (2017).
  21. Gillman, I. G., Kistler, K. A., Stewart, E. W., Paolantonio, A. R. Effect of variable power levels on the yield of total aerosol mass and formation of aldehydes in e-cigarette aerosols. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 75, 58-65 (2016).
  22. Soulet, S., Pairaud, C., Lalo, H. A novel vaping machine dedicated to fully controlling the generation of e-cigarette emissions. International Journal of Environmental Research and Public Health. 14 (10), 1225 (2017).
  23. SKC. Air sampling basic. Step by step guide. An introduction to air sampling. , SKC Limited. Available from: http://www.skcltd.com/images/pdfs/224-G1_Issue_E_Basic_Step_By_Step_Guide.pdf (2018).
  24. Zhu, S. H., et al. Four hundred and sixty brands of e-cigarettes and counting: implications for product regulation. Tobacco Control. 23 (Suppl 3), iii3-iii9 (2014).
  25. Centre de Cooperation pour les Recherches Scientifiques Relative au Tabac (CORESTA). CORESTA Recommended Method No81. Routine analytical machine for e-cigarette aerosol generation and collection - definitions and standard conditions. , Available from: https://www.coresta.org/sites/default/files/technical_documents/main/CRM_81.pdf (2015).
  26. International Organization for Standardization (ISO). ISO/FDIS 20768. Vapour products - Routine analytical vaping machine - Definitions and standard conditions. , Available from: https://www.iso.org/standard/69019.html (2018).
  27. International Organization for Standardization (ISO). ISO 3308:2000(E). Routine analytical cigarette-smoking machine - Definitions and standard conditions. , Available from: https://www.iso.org/standard/28325.html (2018).
  28. St-Helen, G., Ross, K. C., Dempsey, D. A., Havel, C. M., Jacob, P., Benowitz, N. L. Nicotine delivery and vaping behavior during ad libitum e-cigarette access. Tobacco Regulatory Science. 2 (4), 363-376 (2016).
  29. Talih, S., et al. Effects of user puff topography, device voltage, and liquid nicotine concentration on electronic cigarette nicotine yield: measurements and model predictions. Nicotine & Tobacco Research. 17 (2), 150-157 (2015).
  30. Korzun, T., et al. E-cigarette airflow rate modulates toxicant profiles and can lead to concerning levels of solvent consumption. ACS Omega. 3 (1), 30-36 (2018).
  31. Benowitz, N. L., Bernert, J. T., Caraballo, R. S., Holiday, D. b, Wang, J. Optimal serum cotinine levels for distinguishing cigarette smokers and nonsmokers within different racial/ethnic groups in the Unites States between 1999 and 2004. American Journal of Epidemiology. 169 (2), 236-248 (2009).
  32. Sussan, T. E., et al. Exposure to electronic cigarettes impairs pulmonary anti-bacterial and anti-viral defenses in a mouse model. PLoS One. 10 (2), e0116861 (2015).
  33. Flouris, A. D., et al. Acute impact of active and passive electronic cigarette smoking on serum cotinine and lung function. Inhalation Toxicology. 25 (2), 91-101 (2013).
  34. Etter, J. F. A longitudinal study of cotinine in long-term daily users of e-cigarettes. Drug and Alcohol Dependence. 160, 218-221 (2016).
  35. Dawkins, L., Turner, J., Roberts, A., Soar, K. 'Vaping' profiles and preferences: an online survey of electronic cigarette users. Addiction. 108 (6), 1115-1125 (2013).
  36. Logue, J. M., et al. Emissions from Electronic Cigarettes: Assessing Vapers' Intake of Toxic Compounds, Secondhand Exposures, and the Associated Health Impacts. Environmental Science & Technology. 51 (16), 9271-9279 (2017).
  37. Talih, S., et al. Transport phenomena governing nicotine emissions from electronic cigarettes: model formulation and experimental investigation. Aerosol Science & Technology. 51 (1), 1-11 (2017).
  38. Canistro, D., et al. E-cigarettes induce toxicological effects that can raise the cancer risk. Scientific Report. 7, 2028 (2017).
  39. Chen, Z., Zeng, D. D. Mining online e-liquid reviews for opinion polarities about e-liquid features. BMC Public Health. 17, 633 (2017).
  40. Dinakar, C., O'Connor, G. T. The health effects of electronic cigarettes. New England Journal of Medicine. 375 (14), 1372-1381 (2016).
  41. Schweigert, N., Zehnder, A. J. B., Eggen, R. I. L. Chemical properties of catechols and their molecular modes of toxic action in cells, from microorganisms to mammals. Environmental Microbiology. 3 (2), 81-91 (2001).
  42. Ginsberg, G., Toal, B., Kurland, T. Benzothiazole toxicity assessment in support of synthetic turf field human health risk assessment. Journal of Toxicology and Environmental Health Part A. 74 (17), 1175-1183 (2011).
  43. Moghe, A., et al. Molecular mechanisms of axrolein toxicity: relevance to human disease. Toxicological Sciences. 143 (2), 242-255 (2015).
  44. Kreiss, K., Gomaa, A., Kullman, G., Fedan, K., Simoes, E. J., Enright, P. L. Clinical bronchiolitis obliterans in workers at a microwave-popcorn plant. New England Journal of Medicine. 347 (5), 330-338 (2002).
  45. Bahl, V., Lin, S., Xu, N., Davis, B., Wang, Y. H., Talbot, P. Comparison of electronic cigarette refill fluid cytotoxicity using embryonic and adult models. Reproductive Toxicology. 34 (4), 529-537 (2012).
  46. Gerloff, J., et al. Inflammatory Response and Barrier Dysfunction by Different e-Cigarette Flavoring Chemicals Identified by Gas Chromatography-Mass Spectrometry in e-Liquids and e-Vapors on Human Lung Epithelial Cells and Fibroblasts. Applied In Vitro Toxicology. 3 (1), 28-40 (2017).
  47. Clapp, P. W., et al. Flavored e-cigarette liquids and cinnamaldehyde impair respiratory innate immune cell function. American Journal of Physiology Lung Cell Molecular Physiology. 313 (2), L278-L292 (2017).
  48. Behar, R. Z., et al. Distribution, quantification and toxicity of cinnamaldehyde in electronic cigarette refill fluids and aerosols. Tobacco Control. 25, ii94-ii102 (2016).
  49. Pauluhn, J. Overview of inhalation exposure techniques: strengths and weaknesses. Experimental and Toxicologic Pathology. 57 (Suppl 1), 111-128 (2005).
  50. Oyabu, T., et al. Comparison between whole-body inhalation and nose-only inhalation on the deposition and health effects of nanoparticles. Environmental Health and Preventive. 21 (1), 42-48 (2016).
  51. Bond, J. A., Chen, B. T., Griffith, W. C., Mauderly, J. L. Inhaled cigarette smoke induces the formation of DNA adducts in lungs of rats. Toxicology and Applied Pharmacology. 99 (1), 161-172 (1989).
  52. Rudy, A. K., Leventhal, A. M., Goldenson, N. I., Eissenberg, T. Assessing electronic cigarette effects and regulatory impact: challenges with user self-reported device power. Drug and Alcohol Dependence. 179, 337-340 (2017).
  53. Lee, H. W., et al. E-cigarette smoke damages DNA and reduces repair activity in mouse lung, heart, and bladder as well as in human lung and bladder cells. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). , 201718185 (2018).

Tags

Chemie kwestie 138 elektronische sigaret (e-cig) derde generatie machine-vaping apparaat damp aërosolen generatie en karakterisering inhalatie in vivo blootstelling systeem spanning weerstand vermogen
Generatie van elektronische sigaret aërosol door een apparaat van de derde-generatie-Machine-Vaping: toepassing op toxicologisch onderzoek
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Noël, A., Verret, C. M., Hasan, … More

Noël, A., Verret, C. M., Hasan, F., Lomnicki, S., Morse, J., Robichaud, A., Penn, A. L. Generation of Electronic Cigarette Aerosol by a Third-Generation Machine-Vaping Device: Application to Toxicological Studies. J. Vis. Exp. (138), e58095, doi:10.3791/58095 (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