第三世代機 Vaping デバイスによる電子タバコ エアロゾルの生成: 毒性学的研究への応用

Chemistry
 

Summary

電子タバコ (電子セエグ) ユーザーが世界的に増加しています。少し、しかし、電子セエグ吸入エアロゾルによる健康への影響について知られています。動物の暴露とその後の毒性学的研究に適した電子セエグ エアロゾル生成手法について説明します。そのようなプロトコルは、実験的再現性と標準化された電子 cig の露出システムを確立する必要があります。

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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).

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Abstract

電子タバコ (電子セエグ) デバイスは、主に保湿剤、ニコチン、および香料から成る液体 (e-液体) から吸入エアロゾルを生成するのに熱を使用します。罰金と超微細粒子と潜在的ニコチンとアルデヒド、人間の健康に有害なこともある、粒子が含まれます。電子セエグ ユーザーがこれらのエアロゾルを吸い込むし、電子セエグ デバイスの第 3 世代、e-液体およびたばこを吸うプロファイルの選択に加えてデザイン機能 (抵抗と電圧) を制御します。これらは、吸入エアロゾルの毒性に大きな影響を及ぼす重要な要因です。電子セエグ研究は、困難で複雑な電子セエグ モデル、ブランド、電子液体の風味、市場に出回っている溶剤の多くの品種、標準化された評価の不在のために主にただし、です。これらの考慮事項は、電子セエグ研究プロトコル、電子セエグ エアロゾルの生成とキャラクタリゼーション技術とを調和させるための緊急の必要性を強調表示します。現在の研究は現実的で実際的なばく露シナリオの代表と考えられている特定の実験的パラメーターの詳細なステップバイ ステップ電子セエグ エアロゾル生成技術を記述することでこの課題に焦点を当てます。方法論は 4 つのセクションに分かれています: 準備, 暴露、暴露後解析プラス クリーニングとデバイスのメンテナンス。様々 な電圧と電子液体の 2 種類を使用してから代表的な結果は、質量濃度、粒度分布、化学組成およびマウスでコチニン レベルの面で掲載されています。これらのデータは、自動代表 vaping 地形プロファイルを含むコンピューター制御の暴露シナリオの広い範囲の毒性学的研究のために値は別を使用する電子セエグ露出システムの汎用性を示しています。

Introduction

電子タバコ (電子 cigs 系) の使用に関する安全性は、科学界での活発な議論の問題です。1 つの手、製造業者や商人の害削減製品として公衆衛生政策意思決定しながら、従来のタバコに多くの有害物質の除去のため、現在の喫煙者のための電子 cigs 系の潜在的な利点を宣伝する.データを長期的な人間の健康のエクスポー ジャー1,2の不在を心配され。1) ニコチンの配信の代替車両として、2) 喫煙停止デバイス3として、E-cigs は少なくとも 2 つの明確な目的を提供します。疾病予防 (CDC) 2014 年センターによると以上 900 万の成人のアメリカ人は、定期的に電子 cigs 系を使用しました。2014 年、2013 年から、高校生電子セエグ使用は 300% 以上増加4。大人1,2,4と同様に、電子 cigs 系について普及した、けれども、根拠のない主張を考慮しても若者の間で電子 cigs 系の上昇の使用をより安全な喫煙の代替手段として、与えられた主要な科学的な質問に対処する必要があります。電子セエグ使用が人間の健康に潜在的なリスクをもたらすかどうかを決定する呼吸器系1,2の特にそれ。ただし、電子 cigs 系最初も製品化された米国で 2007 年に非常に限られた研究を行ったうちの電子セエグ エアロゾルのエクスポー ジャーの in vitro効果と肺の構造・機能・健康5,6,7,8,9,10,11します。 したがって、体外体内および疫学的なデータは公共政策や電子 cigs 系の消費関連の規制を確立するために必須。ただし、この新興分野で信頼性が高く、再現性のある科学的な証拠の生産は標準化された電子 cig たばこを吸う体制の確立と、実験室環境で再現可能な露出環境の生成に最初必要です。人間の消費の反射。

市場で利用可能な第三世代電子セエグ デバイスは少なくとも 1 つの加熱コイル (アトマイザー) のリチウム電池プラスで構成されます。電子セエグ デバイスの電源コント ローラーは、様々 な電圧で動作可能です。これらの電子セエグ デバイスまた電子セエグ液体 (e-液体) の導入に、貯水池があります。電子液体、またとして知られている電子ジュースはニコチン、味、そしてキャリアの溶剤 (保湿剤)、しばしばプロピレング リコール (PG)、植物性グリセリン (英領バージン諸島)、水主で構成されます。以来、米国食品医薬品局 (FDA) によると e-液体から成る「一般的に安全とみなされる」の混合物 (フォアグラ) 食品添加物香料化学物質と保湿剤、ニコチン、見なされる食品で同様に安全です。ただし、これらの液状製剤は電子セエグ デバイスを介して vaped、彼らは電子液体の物理化学特性を変更し、エアロゾルまたはカルボニル化合物、具体的にはアルデヒドを含む蒸気を生成するアトマイザーによって加熱します。12,13を化合物します。これらのアルデヒド類は、熱分解とも水酸基ラジカル14,15,16,17の形成をもたらすグリコールの酸化によって形成されます。電子セエグ エアロゾルに含まれるこれらのアルデヒドを人間の健康の強力な負の影響を持つすべての知られているときに特定の条件13、下 vaped はホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトールアセチル、アクロレイン、グリシドール、ジアセチルなど実績のある人間の発癌物質15,16,17をされているホルムアルデヒド。また、電子セエグ エアロゾルも罰金 (250-950 nm)18,19の構成は、超微粒子 (44-97 nm)20粒子は、炎症や酸化ストレスのメカニズムを介して肺毒性を引き起こすことが知られています。17. e-液体、すなわち組成に基づく.、電子液体、合計アークに使用温度に影響を与える電子セエグ デバイスへの電圧と同様に、定式化に存在する個々 のコンポーネントの割合エアロゾルの粒子状物質 (TPM) 濃度の粒子のさまざまなレベルだけでなく、特定 vaping 条件1921の下で生産される示されているアルデヒド類の濃度の結果し、異なります、.これらのエアロゾルは、彼らの電子セエグ デバイスの電圧を制御する電子セエグ ユーザーが吸入されます。電圧の選択は、ニコチン配信レート、エアロゾルが生成される、および燃焼の感覚12の個人的な好みに基づいています。したがって、電子セエグ、電子液体の製造と消費のポリシーを適切な規制の科学的根拠を提供するためにこれらのエアロゾルの特性を理解することが不可欠です。

科学研究のコンテキストに対処する必要があります 1 に関連するいくつかの問題がある) 様々 な電子セエグ デバイス構成および操作オプションの電子セエグからユーザーを選択できます。2) 実験設定22で使用される標準化された代表的な人間 vaping 地形プロファイルの欠如。これは、電子 cig の研究プロトコル、電子セエグ エアロゾルの生成とキャラクタリゼーション技術22で始まるを調和させるための緊急の必要性を強調表示します。現在の研究は現実的な実際的なばく露シナリオの代表と見なされます特定の実験的パラメーターの詳細なステップバイ ステップ電子セエグ エアロゾル生成技術を記述することでこの課題に焦点を当てください。マウス全身吸入用に構成された商業コンピューター制御露出システムに統合された第三世代 vaping デバイスを使用して生成されたものとして、本研究はまた電圧の電子セエグ エアロゾルの TPM 濃度に及ぼす影響を評価を目指す研究。生成と電子セエグ エアロゾルのキャラクタリゼーションを含むこの実験的プロトコルの説明が標準化された電子 cig たばこを吸う体制以降の設定研究室で代表の確立に貢献できる毒性研究。

Protocol

マウスが収容され、ケアと実験動物の使用のための NIH ガイド アコードで取り扱い。すべての手順とマウスを含むプロトコルは、ルイジアナ州立大学機関動物のケアおよび使用委員会によって承認されました。以下の説明は、使用機器に固有の材料/機器のテーブルで指定されました。すべての空気の供給は、HEPA フィルターだった。

1. 準備

  1. 研究用機器
    1. 必要な承認を取得 (e.g。、IACUC)、研究のための研修。
    2. セットアップに十分に換気装置とその操作に慣れます。
  2. 重量測定
    1. きれいな新しい 25 ミリメートル フィルターの重量を量る。体重を記録します。カセットにフィルターを配置します。
    2. 個人サンプリング ポンプ ・流量計 1 リットル/分 (LPM) の流れをテストする適切なフィルターと、カセットを配置します。
  3. 電子タバコは、デバイス
    1. 水槽の底 (図 1) にアトマイザーをねじ込みます。
      メモ: 0.15 の抵抗とコイルを含む噴霧器、0.5、1.5 Ω ができます。
    2. 重要なステップ: 綿が飽和して乾燥燃焼 (図 2) は作成されませんようにアトマイザーに電子セエグ液体を数滴 (2、3) を追加。
    3. タンクにタンクのスリーブを挿入します。その後、タンク スリーブ (図 1) にアトマイザーで基本のタンクをネジします。
    4. 電子セエグ ユニットに組み立てタンクをネジします。タンクの開口部は上向きとタンク (図 1) の上に場所にカバーを置くことを確認します。
    5. 電磁弁の急落のアームを回転させることによりそのベース プレートに電子セエグ ユニットを配置します。場所ときに、電子セエグ ユニットをトリガー ボタンで調整が可能、元の場所に回転します。
    6. 二方弁の添付ファイルと (図 3) をチューブの部分を介してコンデンサーの下の部分に電子セエグ単位の端を接続します。
    7. コンデンサーの上部の端はシステムとエアロゾル暴露チャンバーを介して適切なチューブを生成するエアロゾルに正しく接続されていることを確認します。
    8. 重要なステップ: エアロゾル濃度測定器がエーロゾル暴露チャンバーの出口の場所であることを確認します。
    9. 重要なステップ: タンク カバーを取り外し、電子セエグ液 10 mL でタンクを満たします。タンクのカバーを取り付けます。
      注: このボリュームは、2 h の暴露期間十分です。

2. 露出

  1. ソフトウェアの接続
    1. 実験の日、コンピューターをオンに。手動で電源ボタンを押しても onエアロゾル濃度測定器を忘れずに。
    2. オペレーティング ソフトウェアを起動します。実験セッションをクリックします。適切な研究を選択します。電子セエグ実験用のテンプレートを選択します。
    3. 新しい実験ウィンドウで実験的セッションの名前を入力します。実験の [プロパティ] ウィンドウで、[演算子] ボックスで演算子イニシャルを入力します。[Ok]をクリックします。
  2. チャンネルのキャリブレーション
    1. 適切なエアロゾル生成システムを校正するために校正ウィザードの手順に従います。
      1. ステップ 1: クリックしてのエアロゾル濃度測定器 (MicroDust Pro) ボックスにチェック マークがあることを確認した後チャンネル校正ウィンドウ。
      2. ステップ 2: 適用値ウィンドウで次へをクリックします。ステップ 3: 0 g/m3として目標値入力を入力します。ステップ 4: T 字の場所校正校正プロセスを完了し、次のウィンドウを取得するキーを押しますスロット挿入
      3. エアロゾル濃度の測定器の読み値を入力します。この値を入力したら次へを押します。校正結果ウィンドウを確認し、[次へ] をクリックします。
    2. 最終のステップ: 校正の完了] ウィンドウで完了をクリックします。システム フロー テストのテスト] ウィンドウでポンプ 1 と 2 (ユーザー マニュアルを参照してください) をテストします。
    3. 確認 –「か? 継続的なデータの記録を開始する」、[はい] をクリックします。確認-「か既定プロファイルを開始する」、はいをクリックしますします。
  3. 電子タバコ エーロゾル暴露
    1. 体内吸入研究を行う場合は、この時点で全身暴露 chamber(s) にマウスを置きます。
    2. プロファイル ウィンドウにすぐに行くと目的のプロファイルを右クリックし、露出 chamber(s) 内部の新鮮な空気のバイアス フローを開始するタスクを開始をスクロールします。
    3. 電子セエグ エアロゾル生成および曝露実験を開始する準備ができたら、「プロファイル」ウィンドウで目的のプロファイルを右クリックし、タスクを開始スクロールし、左クリック (図 4) を選択しますします。
    4. 重要なステップ: エアロゾル濃度の測定器で測定する濃度を記録。濃度が > 0 mg/m3であります。
      メモ: デバイスの動作原理は光検出に基づいており、商工会議所の露出レベルのリアルタイムで定性的な評価を提供するために、このシステムで使用されます。
    5. その電子液体が露出の全体の持続期間のタンクにて利用可能なを確認します。
    6. 希望の暴露期間に達した後実験を停止するには、プロファイルを右クリックして、プロファイルを停止までスクロールし、選択を左クリックします。露出プロファイルの完了の直後にバイアス フローを開始することを確認します。
    7. 暴露チャンバーから科目 (動物) を削除し、住宅ケージや部屋に戻ります。

3. 暴露後分析

  1. 実験的セッションの終わりには、ソフトウェアを閉じ、 OFFエアロゾル濃度測定装置。
  2. ポンプからフィルター カセットをデタッチして、削除された時間を記録します。乾燥器でフィルターを置き、少なくとも 48 時間 (できれば 96 h) 乾燥フィルターを許可します。蓄積された電子セエグ エアロゾル粒子フィルターの重量を量るし、重量を記録します。
  3. パフ23あたりの質量面で合計粒子状物質 (TPM) 濃度を計算します。
    1. レコードの質量は、フィルターに蓄積。サンプリング期間とポンプ流量を使用して暴露期間中にサンプリングされた総量を計算します。
    2. フィルターの空気の量によって収集された質量を分割します。
      メモ: TPM 濃度は体積の単位あたりの重量で表されます。TPM 濃度をパフ使用電子セエグ プロファイルによって生成された数の合計で割ります。

4. クリーニングとメンテナンス

  1. 電子セエグ タンクから電子液体を注ぐし、空に添付のシリンジを用いたコンデンサー。アトマイザーのコイルが実験中に燃焼しなかったことを確認します。実験後のアトマイザーのコイルを変更します。
  2. 実験後、ポンプをきれい。ポンプのヘッドを外し、コネクタを外し、バルブ。綿棒またはティッシュを使用して余分な電子液体または蓄積された水分を拭き取ってください。
  3. 全身暴露室をきれいに。製造元の指示に従って、すべての表面からすべての凝縮の e-液体を取り外します。
    注: それは不可逆的な損傷を引き起こす可能性があります、アルコールの使用を避けるためにそれをお勧めします。

Representative Results

表 1は、次の電子セエグ エアロゾル生成 5 L 全身室内暴露環境の特性を示します。これらのデータはのみ、キャリア溶剤 e 液ベース、すなわちと 2 h 露出セッションの結果。、香料やニコチンの不在で PG と VG の 50/50 の比率。エアロゾルは、0.5 Ω 抵抗を持つ第三世代電池式電子セエグ デバイスによって製作されました。7 電子セエグ電圧の合計は 70 mL パフ ボリューム、3 のパフ期間、および 1 分間隔の地形プロファイルでテストされました。予想通り、使用、重量測定法により計算される質量 (mg) で報告されたパフごと暴露チャンバー内のエアロゾル濃度の高い TPM につながる電子セエグ電圧を増加します。ただし、TPM 濃度変化研究電圧範囲でややシグモイド パターンに従います。TPM 濃度と電圧の関係は 3.2 V、1.8 から最初は線形および 3.2 に 4.8 V の間とそれに続く高原指数のジャンプが表示されます。

全身暴露チャンバー内電子セエグ エアロゾルの物理的特性評価の結果を図 5に示します。粒子数濃度と粒径分布を走査型運動粒子寸法測定器を使用して様々 な実験条件下で測定しました。幅広い質量と番号の濃度と粒径分布、罰金と超微細粒子のほとんどで構成されては、プロファイルを使用してさまざまな定義済みまたはユーザー定義自動たばこを吸う調整することができますまたは経由でを変更可能します。電子セエグ デバイス設計オプションと同様、ソフトウェア (図 6)、(すなわち。、アトマイザーのコイル抵抗やバッテリー電圧)。これらの結果は、実験の設定では、可能な限り人間の電子セエグ地形プロファイルの広い範囲で、シミュレートするために使用する露光システムの汎用性を強調表示します。

例として実験的電子セエグ露出環境電子セエグ消費者の好みに関する現在の情報に基づいて作成された、その後は (表 2) を特徴とします。ここでは、電子セエグ デバイスは、0.5 Ω のコイルのアトマイザーが装備されていた 3.2 V で稼動しています。使用される地形プロファイル テスト e-液体含まれてキャリア溶剤 55 mL パフ ボリューム、3 のパフ期間、30 の間隔から成って (すなわち、PG と VG 50/50 の比率で) だけで、36 mg/mL ニコチンとシナモン風味の組み合わせで。(表 2)。2 h 暴露期間この露出プロファイルはパフの大きい数を描画し、以前採用 70 mL 分プロファイルごと 1 パフと比較してサンプリングするより高い総量は、(13,200 mL 8,400 mL 対それぞれ)。その結果、同じ電圧と同様電源 (テーブル 1 2) この地形プロファイルでパフあたり平均粒子質量の小さいを得た.結果は、ニコチン、電子液体でシナモンの風味の存在感はパフあたり粒子の質量に悪影響を及ぼすあるを示すようです。ただし、2 つの実験条件の違いは統計的有意性のレベルに達しなかった。

後者の地形プロファイル (55 mL パフ ボリューム、3 のパフ期間および 30 の間隔) で生成された電子セエグ エアロゾルの化学分析の結果は表 3および図 7のとおりです。生成未満 3.2 V 電子液体の電子セエグ エアロゾルの 82 のパフの合計から成る PG と VG、36 mg/mL ニコチンの 50/50 の比率とその後電子 cig の化学特性のために使用されたシリカ系のフィルターにサンプリングされたシナモン風味GC/MS 技術による放出。このサンプルは、コンデンサー後右に収集されました。分析の結果、ニコチンおよび期待された桂皮アルデヒド、アクロレイン、カテコール、ベンゾチアゾールなど他の化合物は電子セエグ エアロゾルで識別されました。これらの化学物質は呼吸刺激が知られている、電子液体が加熱し、吸入エアロゾル成分の複雑さを示します。

電子セエグ エアロゾル物理化学的特性に加え、電子セエグ装置システムを採用も動物のエクスポー ジャーの最適です。監視やニコチンを含むから電子セエグ エアロゾルへの曝露を確認、ニコチンの主な代謝物を使用ことができます図 8、血清コチニン濃度で示すようマウスで e 液体。現在の例では、電子セエグ エアロゾルにさらされるマウスは血清コチニン濃度の大幅な増加を表示されます。

Figure 1
図 1。電子セエグ発電機解体ビュー 。イメージは、電子セエグ ジェネレーター (電子セエグ ユニット、タンク基地、アトマイザー、タンク、タンク スリーブ、チューブ アダプター) を構成するさまざまな要素を示しています。

Figure 2
図 2。電子セエグ ジェネレーター アトマイザー 。アトマイザーに電子セエグ液体を置く場所のイメージ。

Figure 3
図 3。電子セエグ全体を表示します。画像では、拡張子、コンデンサーを含む組み立てられた電子セエグ ジェネレーターを示しています。

Figure 4
図 4。オペレーティング ソフトウェア電子セエグ ジェネレーター 。イメージは、ソフトウェアに vaping プロファイルの選択を示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 5
図 5。5 L の商工会議所で第三世代電子セエグ ジェネレーターによって生成された電子セエグ エアロゾルの代表的な物理特性を示します (A) 生成できる露出条件の電子セエグ デバイス電源 (6-40 W) と (B) の電子セエグ エアロゾルの影響は、微細・超微細粒子から構成されています。走査型モビリティ粒径の粒子数濃度と粒径分布に測定。露出パラメーター: 噴霧器の抵抗 0.5 Ω と電圧 4.8 V 1.8 からさまざまないずれかの 3 s パフ期間、70 mL パフ ボリュームの地形プロファイル下 vaping 毎 60 秒または 3 s パフ期間、55 mL パフスリーブ ボリュームごとの 30 s;PG と VG の 50/50 の比率で構成される電子液体を使用します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 6
図 6。自動パフィング プロファイル作成することができます、調整または経由でソフトウェアを変更します。画像は、パフ ボリューム、パフ期間、パフの間隔、およびパフ プロファイルを含むキー vaping 地形要因を入力に使用するプロファイルの作成ウィザードの 1 つのステップを示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 7
図 7。GC/MS のスペクトルは、電子セエグ エアロゾルの結果します。電子セエグ エアロゾルが 55 mL パフ ボリューム、3 s パフ期間および電子液体の PG と VG の 50/50 比の構成で 30 秒間隔の地形プロファイルで 3.2 V vaping で設定 0.5 Ω コイル アトマイザー電子セエグ デバイスを使って生成された表 3で説明した、、36 mg/mL ニコチンとシナモン風味。電子セエグ エアロゾルの 82 のパフのサンプルがあったその後ガスクロマトグラフィー - 質量分析法 (GC/MS) 技術による化学分析用石英系のフィルターにコンデンサーの後右収集されました。(A) 全体のスペクトル;(B) ズーム インチこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 8
図 8。動物の研究のための電子セエグ露出システムの概略図。全身電子セエグ エアロゾル吸入システム (A) は動物のエクスポー ジャーに適している、コチニン レベル電子セエグさらさ男性 BALB/C マウス (B) たばこの主流煙の露出のレベルに匹敵します。空気グループ コチニン レベル 0.3 1.2 ng/mL です。N = *p < 0.05、グループごとの 6。マウス ・ ラットのコチニン ELISA。露出パラメーター: 噴霧器の 1.5 Ω で設定されて抵抗と電池電圧と 4.2 V、それぞれ;3 s パフ期間の地形プロファイルと 55 mL vaping パフスリーブ ボリュームごとの 30 s;ニコチン、シナモン味と PG/VG 比率を 50/50 の 36 mg/mL 電子液体を使用で構成されます。マウスは、0.12 ± の TPM 濃度にさらされた 0.09 mg/2 h/日 28 日、コントロールは、フィルター処理された空気にさらされた中の電子セエグ エアロゾルのパフ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

電子セエグ電圧 (V) 電子セエグ消費電力 (W) パフ (mg) あたりの質量 商工会議所 チャンバー内温度 (oC)
相対湿度 (%)
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

テーブル 1。テスト電子セエグ デバイス パラメーターと 0.5 Ω コイル アトマイザー 5 L 曝露装置の曝露条件。2 h の露出のための地形プロファイル: 70 mL パフスリーブ ボリューム、3 s パフ期間およびだけキャリア溶剤 e 液ベース、すなわちを使用して、1 分間隔。、50/50 比 PG と VG。すべての電圧は、3 通でテストした (n = 3)。データは、平均 ± 標準偏差 (SD) として表されます。

電子セエグ電圧 (V) 電子セエグ消費電力 (W) 電子液体ニコチン (mg/mL) 電子液体風味 パフ (mg) あたりの質量 商工会議所 チャンバー内温度 (oC)
相対湿度 (%)
3.2 16.6 ± 0.2 0 どれも 0.273 ± 0.184 47.4 ± 3.9 23.6 ± 0.2
3.2 15.9 ± 1.3 36 シナモン 0.102 ± 0.078 59.6 ± 3.1 22.7 ± 0.2

表 2。テスト電子セエグ デバイス パラメーターと 0.5 Ω コイル アトマイザー 5 L 曝露装置の曝露条件。2 h の露出のための地形プロファイル: 55 mL パフ ボリューム、3 s パフ期間および 30 秒間隔、1) だけキャリア溶剤 e 液ベース、すなわちを使用します。、50/50 比 PG と VG、2) 電子液体ベース + ニコチン (36 mg/mL) とシナモン風味。3 通で 2 つの e-液体でテストした (n = 3)。データは ± SD. を意味として表されます。

電子セエグ エアロゾル中の化合物の一覧
2 ‐ プロペナール (アクロレイン)
7 Pentatriacontene
10 Octadecenal
ベンゾチアゾール
カテコール
桂皮アルデヒド
エトキシ酢酸
ニコチン
バニリン

表 3。化合物の非完全なリストは、電子セエグ エアロゾル。電子セエグ エアロゾルは、PG と VG の 50/50 の比率から成る電子液体で 55 mL パフ ボリューム、3 s パフ期間および 30 秒間隔の地形プロファイルで 3.2 V vaping で設定 0.5 Ω コイル アトマイザー電子セエグ デバイスを使用して製作されました、36 mg/mL ニコチンとシナモン風味。電子セエグ エアロゾルの 82 のパフのサンプルがあったその後ガスクロマトグラフィー - 質量分析法 (GC/MS) 技術による化学分析用石英系のフィルターにコンデンサーの後右収集されました。

Discussion

主要な未解決の問題は、かどうか電子セエグ エアロゾルへの長期露出は肺毒性の結果です。さらに、人間の健康に関する電子 cigs 系の一般的な安全性はまだ論争の問題であります。、2016 年 8 月には、米国 FDA は、電子 cigs 系を含め、すべてのたばこ製品の規制権限を拡大しました。E-cig 研究は、挑戦的で、主に 1 による複雑な) 標準化されたアセスメントの不在2) さまざまな電子セエグ デバイス (2,800 〜 466 特定ブランドから異なるモデル)24;3) 以上 7,700 独特な電子液体味24;4)、保湿剤の比率の様々 な組み合わせ。フィールドの複雑さを考えると、それは不可欠であり、課題に直面し、健全な科学的証拠、実験条件にその注意を生成するために、再現可能なプロセスを採用します。本研究では、フォーカスは、現実的かつ包括的な e-セエグ エアロゾル関連の露出の効果の continuums に関連する一意のデータ セットを取得するを有効にすることができます電子セエグ エアロゾル生成技術の説明に置かれました。これらは、アドレス電子 cig 関連の安全性や毒性質問潜在的公衆衛生政策に直接的な影響を持つことができます電子セエグ設計特微の規則の確立のためにタイムリーな関連性のすることができます。

本稿で意味のある露出環境は、定義済みまたはユーザー定義の自動化されたたばこを吸うプロファイルと動作セットを可能し同様、最新世代の電子セエグ デバイスを統合することができるコンピューター制御システムを使用して生成されました。条件 (e.g。 定数、電源ソース、抵抗、電圧、または温度の標準値)。これらの自動化されたたばこを吸うプロファイルは、標準的な条件を含める: 55 mL パフ ボリューム、3 s パフ期間、30 s パフ間隔、および正方形のパフ」ルーチン分析マシンから電子タバコ エアロゾル生成およびコレクション – の定義と標準のプロファイル条件は"Coresta 推奨メソッド (CRM) N 81 °25 (表 2) によって提供されます。以来、使用しているシステムは、様々 な自動化されたたばこを吸うプロファイルを生成できますが、それも ISO に準拠 (蒸気製品-ルーチン分析 vaping マシン-定義と標準条件) 2076826噴き出し体制要件。予想される、電子セエグ噴き出し政権標準条件対照として ISO 3308 から27、タバコ喫煙マシン (35 mL パフ ボリューム 2 s パフ期間 60 s パフ間隔、ベル パフ プロファイル) の標準的な条件を定義するもの。ユーザーの間でタバコ喫煙パターンおよび電子セエグ vaping のこれらの違いは、よく確立された28です。本研究では、例と提供されるデータをこのシステムと調節可能な電圧を第三世代電子セエグ デバイスから生成されたエアロゾルが TPM の高濃度を作り出すことでそれぞれ 0.27 と 55 と 70 mL パフ当たり 0.82 mg まで到達。これらの濃度における電子セエグ エアロゾルは、曝露装置を用いた (表 1-2図 5) 後右収集されました。結果はまたパフあたり粒子の質量で 160-fold 違いがしたよりも多くがあることを示す電圧 4.8 V 1.8 (表 1) から変化します。この電圧は、電圧が 5.2 V292.9 からまでのアプリケーションを可能にする米国市場での電子セエグ デバイスの動作設定の特徴です。結果は、また以前発行したデータ18,21と一貫性のある電子セエグ ジェネレーターの出口で収集された TPM の高レベルは同様の地形プロファイル (5.8 mg/パフに 1.4) に報告されました。プロトコルの中で重要なステップは、電子液体を数滴を追加するように各露出のセッションの前にアトマイザーに、)、乾燥書き込みは生成されません。b) 電子-液体は暴露; の全体の持続期間の間タンクで利用可能リアルタイム濃度測定装置に通常測定することによって期待どおりに電子セエグ エアロゾルが生成されることを確認してください。電子セエグ ユーザーが乾燥燃焼状態で発生する乾燥のパフを回避しようとしたことは周知します。この vaping 条件は、アルデヒド類、ホルムアルデヒド、既知の発癌物質、呼吸器毒性物質13,30などの高レベルの形成に関連です。したがって、暴露中にこの状態を避けることを確保することは重要です。最後に、ニコチン露出の面でマウスにさらされる電子セエグ エアロゾル 36 mg/mL ニコチンを含む電子-液体から 1 日 2 時間の 28 日 (0.12 mg/パフのレベル) 提示血清コチニン濃度 91 ng/mL (図 8)。タバコ喫煙者 (> 100 ng/mL)31,32,33, 電子セエグ正規ユーザー (252 ng/mL の中央唾液コチニン)34よりも低い数値であるようなレベル。235 がプッと電子セエグ ユーザー35,36で撮影日の最大数 vaping 地形研究で報告されました。これは生産 1 パフ 1 日 (240 パフの合計) 2 時間ごとの 30 秒の露出プロファイルに非常に似ています。したがって、この vaping 地形プロファイルは、電子セエグ ユーザー毎日パフの消費量と動作をモデル化します。

過去 10 年間電子セエグ デバイス第一世代、タバコのような使い捨てのローパワー デバイスからで進化した第二世代リムーバブルと詰め替えタンク スタイルのデバイスと今とカスタマイズ可能な第三世代戦車スタイル デバイス24 1) アトマイザーのコイルの抵抗を備えて: ヒーター電子液体、2) 電源コント ローラー、責任の要素を) 様々 な電圧で動作することができます b) 加熱要素の温度に影響し、c) 決定かどうか24,37ソリューションの沸点に達する。電子セエグ使用中に電子-液体に通常 200 ° C または大きい38, 加熱し、その成分が生物学的マトリックスと対話するエアゾール形式でです。したがって、電子セエグ エアロゾルの特性は不可欠です。E-液体溶剤揮発性の異なるソリューションで構成される主に PG (70%) より少なく粘性であることなど低い温度37で蒸発、'喉ヒット' ユーザーエクスペリエンスを高める比較的小さい粒子エアロゾルを生成20します一方、VG ベースの e-液体高い温度37イアントと、風味が向上ユーザーの経験から比較的大きな粒子のエアロゾルを生成と生成される蒸気の量、5、。 17,39。このように、電子セエグ エアロゾル19,20の粒子のサイズ分布を電子液体の PG/VG 比に影響は以前確立します。図 5に示すとおり、50/50 PG/VG 比, 平均直径の電子セエグ エアロゾルから成る電子液体を用いた ~ 100 nm が得られました。これらの結果は、Baassiri、によって報告されたものと同じ範囲で20. 電子液体ベースに加えて電子 cig のオペレーティング (抵抗・電圧・電力) の設定とプロファイルを膨化を含む露出パラメーター生成エアロゾルの物理的特性に影響ことが示唆されました。また、ニコチン濃度と香料の e-液体ベースに追加もできます潜在的影響を与える電子セエグ エアロゾル物理化学的性質。以前、粘性が低く電子液体が低い TPM 濃度17を降伏、密度の低い蒸気でその結果、細かい粒子で構成されるエアロゾルを生成することが示されました。同じ PG/VG 比率を使用すると、テスト両方の e-液体用、ニコチンおよびシナモン香料化学、電子液体ベースだけよりもより希薄であることを意味 (PG/VG + ニコチン + PG/VG だけで対シナモン風味) の電子液体含む 36 mg/mL 以下が登場粘性の e-液体のみで構成される PG と VG より。2 つの e-液体の粘度の明白な違いは、等しい電子セエグの下で得られたパフあたりの質量で格差を説明するかもしれない vaping 設定 (表 2)。ただし、低い TPM は以下の有害なエアロゾルと相関が粒度分布およびエアロゾルの化学特性も考慮する必要がありますので。確かに、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、人間健康15,17 に強力な脅威知られているを含む、有害なアルデヒド類の排出量を生成する英領バージン諸島の熱分解と e-液体成分の化学的相互作用 ,40。前述の表 3に、ここに作り出される電子セエグ エアロゾルの化学分析は、アクロレイン、monochlorophenol、カテコール、ベンゾチアゾールをまた含んでいること明らかにしました。カテコールはさらに癌 (IARC)41,42,43 の研究の国際機関によると人間 (グループ 2 b) におそらく発がん性に分類しながら、呼吸刺激をすべて知られています。.これは、組み込まれて電子液体香料の化学に関連する効果を追加します。たとえば、桂皮アルデヒド、ジアセチル、呼吸の危険性、労働者によって吸い込まれるときの味と抽出工業会優先度の高い香料化学物質の 2 つは、肺機能を低下させると発生する不可逆的な肺損傷 (に示されています。閉塞性細気管支炎、すなわち 'ポップコーン肺')44。桂皮アルデヒド高い細胞毒性の in vitro45,46,47に示されている、電子液体48で非常に人気です。現在の研究では、シナモン風味電子-液体 (表 3および図 7) から電子セエグ エアロゾルの桂皮アルデヒドの存在が確認されました。全体的にみて、これは、両方の物理的および化学的特性の電子セエグ エアロゾルを分析する必要性を示しています。

前述のように、ここで説明した露光技術が非常に多彩なことができます。営業機能電子セエグ デバイスまたは暴露チャンバー (鼻のみと全身) (を介してハードウェア) の種類の (を介してソフトウェア)、噴き出しの政体の変更を許可できます。これは、適応または各研究プロジェクトの必要性の実験条件を調整するすべての柔軟性を備えた調査官を提供します。この手法をトラブルシューティング電子セエグ コンデンサー、管、ポンプ、部屋間の接続を保護して (詳細についてはユーザー マニュアルを参照してください)、すべての部屋がきちんと密封されることも含まれます。述べたように、本研究でテスト、さまざまな要因を電子セエグ エアゾール生産と組成22影響します。これらの要因は比率と選択した電子セエグ デバイス特性と同様に、エアロゾルの化学成分に影響を与える電子液体の定式化および加熱条件に影響を与える操作の設定の成分に関連付けられてイアントの e-液体従って組成とエアロゾルの物理的なコンポーネントに使用されます。食品添加物、ただし、次の加熱安全性から成る電子液体、エアロゾル化が確立されていません。最も重要なは、電子セエグ ユーザーはこれらのエアロゾルを吸入し、噴き出しプロファイルとして電子液体とその電子セエグ デバイスの動作設定 (抵抗と電圧) の両方を選択を制御します。実験的研究の電子セエグ エアロゾルの排出量に大きな影響を与えるとする必要がありますしたがって慎重に制御し、報告する重要な要因です。

最も実験的方法として現在の電子セエグ露光技術には利点と制限。一方、汎用性と毒性学的研究に適して、マウスは鼻一休み、吸入曝露経路に加えて経皮、経口吸収の全身曝露はできるも呼ばれます。利点と全身と鼻だけ吸入暴露がされているを使用しての欠点は、49,50で説明広範囲の場所。鼻専用のエクスポー ジャーより密接に輸送・上気道における粒子の沈着を支配するインスピレーション/有効期限のパターンを模倣中、露出のこのモードは動物に多くのストレス、長期吸入には不十分です。研究動物49の大規模な番号を使用します。また、齧歯動物 (TiO2ナノ微粒子、タバコの煙) 同じ露出条件で同じ毒性物質吸入で全身と鼻だけ露光を比較研究にはこれらの統計の違いは見つかりません肺沈着と肺応答50,51の露出の 2 つのモード。電子セエグ エアロゾルへの慢性暴露による効果は主文書化の下で調査したので、本稿で説明した電子セエグ露光システムはこの知識のギャップを埋めるに便利。また、この研究で使用される第三世代機 vaping デバイスは構成で水平指向します。デバイスの向きがエアゾール生産に影響を与えることができる可能性があります。ただし、電子セエグ第 3 世代デバイスは、我々 の知識の限り方向変数がテストされていません以前。水平方向は、電子 cig の初心者ユーザーのための優先順位です。これは良い吸湿発散性を促進することができます、e 液漏れのリスクを最小限に抑えられます。したがって、水平方向は電子セエグ ユーザーの集団の vaping 行動の代表である、他の研究グループ21によって使用されています。実際電源デバイスの22,52に電子セエグ デバイスに表示される電力は多少異なることと、そのためもあります電源供給値を測定することをお勧めしても欠かせません外部からひも状の電源を使用して、エネルギーの安定供給のためや。

十分な調査と電子セエグ エアロゾルへの長期暴露に関連する毒性のバイオ マーカーは知識の差があります。この露光システムは、電子セエグ噴霧液に動物の長期吸入曝露の影響を決定するための捜査を許可することでこの分野で一歩を表します。他の既存の電子セエグ露出方法も政権を吹きかけるとオペレーティング毒性エンドポイント19,20,22,53 上の電子セエグ デバイスの設定の影響を調査するため能力があります。.これらの露出システムは、新しい代替タバコ製品の将来の規制のための科学的な証拠を提供するに役立ちます。最終的には、よく行った、適切な毒性学的研究は、政策立案者、医療従事者および、電子セエグ ユーザー4900 万のアメリカ人より通知を助けます。最も重要なは、実際生活 vaping シナリオを再現しない露光装置を避けるべきであります。電子液体、通常 200 ° C または大きい温度38電子セエグ デバイスで加熱すると、したがって、シナリオ、電子液体噴霧は単にまたは 37 ° C に温めてあり、噴霧8、見なすべきでない電子セエグ ユーザーの代表として消費。現在、電子セエグ消費者がレベルに達する有害電子セエグ エアロゾル成分アトマイザーのコイルの変化特徴的な加熱条件の調整を可能にする第三世代電子セエグ デバイスのデザイン機能を使用して抵抗と電池電圧。したがって、電子セエグ エアゾールは健康効果関連慢性吸入暴露を決定する実験的な研究が必要です。これは、再現性と標準化された電子 cig の露出システム25,26を確立することによって開始します。したがって、代表 vaping 地形プロファイルを自動を含むばく露シナリオの広い範囲は、汎用性の高い電子セエグ露出システムを持つことは、実験的研究の実施に資産です。

Disclosures

JM と AR は SCIREQ 科学呼吸器装置株式会社は、この記事の内容に関連するトピックに関連する商業的実体で働いていた。SCIREQ 株式会社は、emka 技術会社です。

Acknowledgments

このプロジェクトは、ルイジアナ州知事のバイオ テクノロジー イニシアティブ GBI BOR #013 からグラント (ap 通信)、ルイジアナ州立大学、医学部獣医学部設立基金 (AN) にサポートされていた。

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 

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