Burada, ticari bir e-sıvının pnömatik atomizatör ile 200 °C'de aerosolizasyonun, gerçek dünyadaki elektronik sigara aerosollerinde bulunan aldehit seviyelerine sahip metal olarak indirgenmiş bir aerosol sağladığını ortaya koyuyoruz.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Araştırma makalesi
Burada, ticari bir e-sıvının pnömatik atomizatör ile 200 °C'de aerosolizasyonun, gerçek dünyadaki elektronik sigara aerosollerinde bulunan aldehit seviyelerine sahip metal olarak indirgenmiş bir aerosol sağladığını ortaya koyuyoruz.
E-sıvı, kullanıcı tarafından solunması için e-sigaraya aerosol edildiğinde, aerosol metaller ve aldehitler dahil toksikan karışımıyla kontamine olur. Yüksek aldehit ancak düşük metal içeriğiyle elektronik sigara aerosol üretmek için bir yöntem eksiktir; ancak e-sigara aerosol karışımlarından aldehit ve metal maruziyetinin potansiyel bağımsız etkileri ile toksikolojik etkileşimlerini çözmek için gereklidir.
Bu çalışmanın amacı, genellikle elektronik sigara aerosolünde bulunan büyük metal kontaminasyonundan yoksun olan e-sıvılardan aldehit açısından zengin aerosoller üretmek için bir yöntem oluşturmaktır. Aldehit oluşumunu teşvik eden sıcaklıklarda (200 °C'ye kadar) e-sıvıyı aerosolize etmek için pnömatik bir atomizör dışarıdan ısıtıldı. Hem saf propilen glikol/bitkisel gliserin (PG/VG) karışımı hem de ticari bir e-sıvı aerosol edilmiştir. Aerosoller, sıvı kromatografi-tandem kütle spektrometrisi kullanılarak 11 aldehit ve endüktif olarak bağlanmış plazma kütle spektrometrisi kullanılarak 9 metal (Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sr, V, Zn) dahil olmak üzere bilinen e-sigara ilişkili toksikanlar için analiz edildi.
Pnömatik atomizatordan çıkan aerosollerdeki aldehit seviyeleri, ticari e-sıvı 200 °C'de aerosolize edildiğinde gerçek bir elektronik sigara aerosolundaki seviyelere ulaşmıştır. Pnömatik atomizerden çıkan aerosollerdeki metal seviyeleri, 50 W ile çalışan "Mod" cihazından elde edilen e-sigara aerosolundaki aerosollere göre en az 8 kat daha düşüktü. Tüm aerosol örneklerinde Cu, Ni ve Pb seviyeleri özellikle düşüktü, bazı seviyeler yöntem tespit sınırının (MDL) altında bulunuyordu.
Ticari bir e-sıvının pnömatik atomizatör tarafından 200 °C'de aerosolize edilmesi, metal seviyeleri düşük (özellikle Ni, Cu, Pb) olan aerosol üretir, ancak gerçek dünyadaki elektronik sigara aerosolündeki aldehit seviyelerine benzer bir seviyeye sahiptir.
ABD'de e-sigaralar gençler arasında en yaygın kullanılan tütün ürünüdür; 2024 yılında öğrencilerin %5,9'u elektronik sigarakullandığını bildirdi 1. Bu bir halk sağlığı endişesidir çünkü elektronik sigara kullanıcıları tarafından solunan elektronik sigara aerozolleri, solulduklarında çeşitli olumsuz sağlık etkileri yaratabilecek geniş bir yelpazede toksik kimyasallariçerir 2. Aerosollerdeki bazı toksik kimyasallar sadece orijinal e-sıvı formülasyonundan kaynaklanmakla kalmayabilir, aynı zamanda cihaz kullanımı sırasında da dahil olabilir. Örneğin, metaller, e-sıvıyı aerosolize etmek için kullanılan metalik ısıtma bobininden aerosol 3'e çözünme ve buharlaşma yoluylasızar. Buna karşılık, elektronik sigara aerosolünde bulunan aldehitlerin çoğu, e-sıvıların temel bileşenleri, propilen glikol (PG) ve bitkisel gliserin (VG) ile e-sıvının sıcaklığı aerosolleşme amacıyla e-sıvının kaynama noktasınaçıkarıldığında oluşur 4.
Elektronik sigara aerozolünde metal ve aldehitlerin varlığı özellikle endişe doğurur çünkü bunların birkaçı özellikle beyin ve diğer organlar için toksiktir. Örneğin, kurşun (Pb), manganez (Mn), bakır (Cu), demir (Fe), nikel (Ni) ve krom (Cr) metalleri, e-sigara aerosolüne maruz kalan farelerin beyinlerinde daha önce nörotoksik etkilere yol açtığı belirtilen seviyelerde biriktiği bilinen nörotoksikanlardır5. Yüksek Mn ve Pb maruziyeti, beyinde Fe aşırı yüklenmesi ve Cu dengesizliği, Parkinson hastalığı (PD) gibi nörodejeneratif hastalıkların gelişimi ve/veya ilerlemesi için daha yüksek riskle ilişkilendirilmiştir. Bu metal kaynaklı nörotoksisite genellikle reaktif oksijen türlerinin (ROS) aşırı üretiminden kaynaklanan oksidatif stres, mitokondriyal işlev bozukluğu, protein toplanması ve nöroinflamasyon gibi hücreselmekanizmaları içerir 6,7,8.
Aldehitler akrolein ve formaldehit ayrıcanörodejenerasyon 9,10,11 ile ilişkilendirilmiştir; bu da PD gibi geç başlangıçlı nörolojik hastalıklara yol açabilir. Bir PD fare modelinde gösterildiği gibi, aldehit birikimi protein agregasyonunu teşvik ederektoksik olabilir 12 ve asetaldehitin asetik asite (ALDH2) dönüşmesinden sorumlu enzimde mutasyona sahip bireylerde Alzheimer hastalığı riski daha yüksek olabilir13. Metaller ve aldehitlerin bireysel olarak nörotoksik olabileceği bilinse de, karışım olarak etkileri hakkında daha az bilgi vardır ve bu iki kimyasal grubun bağımsız ve etkileşim etkilerini e-sigara aerosol maruziyeti bağlamında çözmek oldukça zor görünmektedir. Kimyasal sınıfa bağlı toksikolojik etkileri doğru şekilde incelemek için, seçilmiş referans e-sigaradan elde edilen aerosollere kıyasla metal olarak indirgenmiş simüle edilmiş aerosoller üretme yeteneği gereklidir ve aldehit seviyelerine uyabilir.
Bu makalenin amacı, elektronik sigaradaki gibi, e-sıvıyı yüksek sıcaklıkta aerosol olarak aerosolize ederek aldehit açısından zengin bir aerosol üreten ve toksikoloji alanına bu kimyasalların e-sigara aerosol karışımlarındaki toksik etkilerini çözmek için yeni bir araç sağlamaktır. Bu hedefe ulaşmak için, metal kirliliği kaynağı olarak işlev gören metalik ısıtma bobini kullanarak e-sıvıyı aerosol haline getirmeden kaçındık. Bunun yerine, e-sıvılardan aldehit oluşumunu teşvik etmek için dışarıdan ısıtılan bir pnömatikatomizer 14 kullandık. Yaklaşımımızı değerlendirmek için, atomizerden çıkan aerosollerdeki aldehit ve metal seviyelerini, kemirgenleri e-sigara aerosolüne maruz bırakmak için kullandığımız "Mod" elektronik sigarasıyla karşılaştırdık.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Pnömatik atomizerin kurulumu
Çalışmada kullanılan tüm materyaller Materyaller Tablosu dosyasında listelenmiştir. Metalik ısıtma bobini kullanmadan simüle edilmiş elektronik sigara aerosolunu üretmek için ticari bir pnömatik atomizör kullandık. Aldehit oluşumunu teşvik etmek için gereken yüksek sıcaklıklara ulaşmak için, pnömatik atomizatoru ısıtma bandı sararak tamamını ısıttık. Bu amaçla, aerosol ünitesini standına sabitleyen iki vidayı gevşettik; böylece ısıtma bandı standın etrafına sarmak yerine oluşan boşluktan geçebiliyordu. Pnömatik atomizatorun sıcaklığı, dış yüzeyine platin dirençli sıcaklık dedektörü takarak ölçüldü; yani e-sıvının sıcaklığı doğrudan ölçülmedi. Termal bağlantı, dedektöre az miktarda termal macun uygulanarak iyileştirildi. Ölçülen sıcaklık, gerçek sıcaklık hedef sıcaklıktan (50 °C ile 200 °C arasında) küçükse ısıtma bantına 110 V hat gücü sağlayan bir röle kontrol eden bir mikrokontrolör kartı tarafından okunuyordu. Şekil 1 , deneysel düzeni göstermektedir.
Pnömatik atomizeri çalıştırmak için gereken ve üretici tarafından orijinal olarak temin edilen boru malzemeleri, daha sıcaklığa dayanıklı malzemelerle değiştirilmek zorundaydı: 1) sıvı besleme borusu (14 kalibre PTFE) yüksek sıcaklık silikon boru (1/8" OD) ile değiştirildi, 2) fazla sıvı tahliye hattı ve filtrelenmiş hava akışının yüksek moleküler ağırlıklı polietilen boru bölümleri (1/4" OD) aşırı sıcaklıkta sert plastik borular (1/4" OD) ile değiştirildi.

Şekil 1: Deneysel kurulumun diyagramı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Pnömatik atomizerin çalıştırılması
Pnömatik atomizatorun varsayılan sirkülasyon modunda çalıştırılması, fazla sıvının içinden e-sıvı şişesine akan aşırı aerosol olmayan e-sıvıda metal birikmesine neden olabilir. Üretilen aerosolde ilişkili metal birikimini önlemek için, pnömatik atomizer geri sirkülasyon olmayan modda çalıştırıldı; bu modda fazla e-sıvı ek bir atık şişesine akar. Ev basınçlı havası, atomizatora filtrelenmiş hava beslemesinden önce filtrelenmiş ve kurutulmuştur; bu hava kaynağı, birleşen ön filtre, koalezasyon filtresi, karbon filtresi ve membran kurutucudan oluşur; bu hava katı partikülleri, yağ ve su damlalarını, yağ ve su buharını gidermek için hazırlanır. Üreticiye göre, nihai karbon filtreleme 100 nm boyuttaki partiküllerin %99,999995 > ortadan kaldırıyor.
Aerosol koleksiyonu
Pnömatik atomizer, önceki araştırmalarımızda kullandığımız %70 hacim PG/%30 hacim VG çözeltisi veya %6 nikotin içeriğine sahip ticari gerçek bir e-sıvıdan aerosol üretmekiçin kullanılmıştır 15. Pnömatik atomizer tarafından üretilen aerosollerin aldehit ve metal seviyeleri, Mod e-sigara kullanılarak ticari e-sıvıdan üretilen aerosollerdeki seviyelerle karşılaştırıldı; yani e-sıvı ile doldurulabilen ve çalışma gücü ayarlanabilen değiştirilebilir bir cihaz. Son zamanlarda, bu Mod, kemirgenlerin 30 W5 ile üretilen elektronik sigara aerosole kronik maruziyeti için kullanıldı. Bu çalışmada cihaz 30 W veya 50 W güç çıkışında çalıştırıldı.
Pnömatik atomizer ve Mod elektronik sigara ile yapılan tüm deneylerde, aerosol örnekleri Olmedo ve ark.16 tarafından geliştirilen yöntemle üç kat olarak toplandı; sonraki metal ve aldehit analizleri yapıldı. Aerosol örnekleri, indüktif olarak bağlanmış plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS) ve 11 aldehit (asetaldehit, aseton, akrolein, benzaldehit, 2-butanon, butiraldehit, krotonaldehit, formaldehit, heksaldehit, propionaldehit, pentanal) kullanılarak sıvı kromatografi tandem kütle spektrometrisi (LC-MS/MS) kullanılarak analiz edildi ( bkz. Ek Dosya 1 ve Ek Tablo 1 ve Ek Tablo 2 detaylar için). Toplanan aerosol ile toplama boru sistemi arasındaki potansiyel metal transferi endişe konusu değildi, sadece Zn hariç.
Gerçek zamanlı aldehit araştırması için elektrokimyasal sensör
Farklı e-sıvılardan farklı sıcaklıklarda üretilen aerosol aldehit konsantrasyonlarını gerçek zamanlı olarak karşılaştırmak için düşük maliyetli bir elektrokimyasal sensör kullanıldı ve böylece aldehit oluşumunu destekleyen koşulları, LC-MS/MS ile yapılan çevrimdışı analizlere kıyasla daha hızlı ayarlayabildi. Üreticiye göre, bu sensör formaldehit konsantrasyonlarını maksimum 5.000 ppb olarak ölçüyor. Sensör, USB kablosu üzerinden doğrudan bilgisayara bağlanabiliyor ve sensör üreticisi tarafından sağlanan yazılım kullanılarak formaldehit konsantrasyonları gerçek zamanlı olarak görüntülenebiliyordu. Bu gerçek zamanlı ölçümler, pnömatik atomizerimizle aldehit üretmek için optimal koşulları belirlememizi sağladı. Sensörü aerosolden korumak için, sensör küçük bir kutuya yerleştirilmişti; bu kutuda bir delik kaplayan (aerosol damlalarını engellerken) küçük gözenek büyüklüğündeki bir zardan ortam havasının geçişini sağlıyordu.
İstatistiksel analiz
Ölçülen metal ve aldehit konsantrasyonlarının aerosol ve e-sıvı dağılımlarını görselleştirmek için kutu grafikleri kullanılmıştır (Şekil 2). Bir aerosol örneğinin genel aldehit ve metal konsantrasyonunu anlamak için verileri topladık. Ölçülen dokuz metalin konsantrasyonlarını özetleyerek "toplam" bir metal konsantrasyonu belirledik. Benzer şekilde, ölçülen on bir aldehitin konsantrasyonlarını topladık ve "toplam" aldehit konsantrasyonunu belirledik. Tüm istatistiksel analizler R yazılımının 4.3.3 sürümü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Farklı aerosoller ve e-sıvılar arasındaki metal konsantrasyonlarındaki farklar t-testi ile analiz edildi. p-değerleri 0.05'ten az olduğunda, farklar anlamlı şekilde farklı olarak kabul edildi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Aldehit oluşumunu teşvik eden koşulların araştırılması
Aerosoller dört aşamada üretiliyordu. Başlangıçta, PG/VG çözeltisinden 50 °C ve 100 °C sıcaklıklarda aerosol üretmek için pnömatik atomizeri kullandık ve "Mod" elektronik sigarasını kullanarak ticari e-sıvıdan aerosol ürettik, 30 W ve 50 W çalışma gücünde. LC-MS/MS tarafından belirlendiği üzere, PG/VG aerosollerinde toplam aldehit seviyeleri gerçek dünyadaki elektronik sigara aerosollerine göre çok daha düşüktü (<...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Ticari e-sıvıdan pnömatik atomizerle 200 °C sıcaklıkta ürettiğimiz toplam aldehit konsantrasyonu (11 aldehit), 30 veya 50 W ile çalışan bir Mod cihazından elde edilen aerosol konsantrasyonu kadardı. Özellikle, akrolein gerçek dünyadaki e-sigara aerosollerinde gözlemlenen yüksek seviyelerde meydana geldi. Ancak, formaldehit seviyeleri, elektronik sigara aerosollerinde gözlemlenenlerle eşleşmemiştir. Genel olarak, çalışmamızda bildirilen aldehit seviyeleri, düşük ng/g ile düşük μg/g aeroso...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tüm yazarlar çıkar çatışması belirtmemektedir.
Bu çalışma, NIH hibeleri R01ES032954 ve P30ES009089 tarafından desteklendi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Agilent 8900 ICPMS | Agilent | https://www.agilent.com/en/product/atomic-spectroscopy/inductively-coupled-plasma-mass-spectrometry-icp-ms/icp-ms-instruments/8900-triple-quadrupole-icp-ms? | |
| Aldehit/Keton-DNPH standartları | Supelco | ERA-028 | |
| Analist yazılımı | Sciex | version 1.6.2 | |
| C18 sütunu | Kinetex | https://www.phenomenex.com/part?partNo=00D-4475-AN | 1.7 & mikro; m |
| Çarpışma tipi atomizer | TSI | Model 3076 | |
| Ticari e-sıvı | Beyondvape, Baldwin Park, Kaliforniya, ABD | Solgun Balina Sürgüsünü s Öpücük | %6 nikotin içeriğiyle satın alındı |
| Elektrokimyasal sensör | Sensirion | SFA30 | |
| Aşırı sıcaklıklı PTFE boru ve nbsp; | McMaster-Carr | 5239K12 | Kimyasallar için aşırı sıcaklıkta sert plastik borular, yarı şeffaf Teflon® PTFE Plastik Çizgisiz, 3/16" ID, 1/4" OD, |
| Filtrelenmiş hava tedamini | TSI | Model 3074B | |
| Isıtma bantı | BriskHeat | TBIH051-020LD | Çift elemanlı, kumaş yalıtımlı ısı bant, 2 inç x 1/2 inç, 156 watt |
| Yüksek sıcaklık silikon boru ve nbsp; | Quickun | Saf Silikon Borular, 1/16" ID, 1/8" OD | |
| Mars 6 | CEM | https://cem.com/mars-6 | |
| Mikrodenetleyici kartı | Arduino | Arduino Uno Rev3 | |
| Mod e-sigara | Eleaf Electronics Co., Ltd., Shenzhen Şehri, Çin | iStick Pico Plus, Melo 4S Tank, EC-A 0.3 ve Omega; coil | |
| Multiquant | Sciex | version 3.0.3 | |
| NexION 350S ICPMS | Perkin Elmer | NexION 350S | |
| Nitrik asit | Fisher Chemical | Optima | Ultra İz Elemental Analiz derecesi |
| Platin dirençli sıcaklık dedektörü | Adafruit | PT1000 | |
| Qtrao 6500 LC-MS/MS Sistemi | Sciex | https://sciex.com/products/mass-spectrometers/qtrap-systems/qtrap-6500-system | Tandem kütle spektrometresi |
| Shimadzu LC | Shimadzu | https://www.shimadzu.com/an/products/liquid-chromatography/index.html |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.