Yöntemler
Ticari reaktifler
Infasurf ® (lot: 112.809.225) ONY Inc.'den (Amherst, NY) cömert bir hediye oldu. Bu çalışmalarda kullanılan tüm organik çözücüler Fisher Scientific'ten (Hampton, NH) satın alınmıştır. Tüm deneyler için kullanılan arıtılmış su, bir ELGA PURELAB Classic su arıtıcısından (High Wycombe, UK) elde edildi ve 18.2 MΩ.cm'lik bir dirençle kullanıldı. Unflavored, hem de berry ve nane aromalı e-sigaralar (tümü% 2.4 nikotin içeriğinde) Blu'dan (Charlotte, NC) satın alınmıştır. Geleneksel araştırma sigaraları (1R6F), Kentucky Üniversitesi Tütün Ürünleri Merkezi'nden (Lexington, KY) satın alındı. Katran yakalamak için kullanılan cam elyaf filtreler EMD Millipore'dan (Billerica, MA) satın alınmıştır. Nikotin, izopren ve asetaldehitin tümü Fisher Scientific'ten satın alınmıştır.

Tansiyometrik çalışmalar
Arayüz deneyleri, bir KSV NIMA Langmuir-Blodgett (LB) teknesi (Biolin Scientific, Finlandiya) kullanılarak gerçekleştirildi. Bu düzenek bir Langmuir oluk (364 mm x 75 mm x 4 mm, etkin yüzey alanı = 243 cm ile donatılmış 2 , 20 mm x 56 mm x 60 mm olan, hidrofobik politetrafloroetilen (PTFE) oluşan, alt faz hacmi = 180 ml) iyi daldırma. Oluk ayrıca, simetrik sıkıştırma ve yüzeyin genişlemesini sağlayan iki Delrin bariyeri ile donatıldı. Tüm çalışmalar için saf su, alt faz olarak kullanıldı. Gözlemlerimiz ve diğerleri tarafından bildirilenler [ 17 ], tampon yerine su kullanılmasının Infasurf®'un yüzey basıncı izoterminde tespit edilebilir değişikliklere neden olmadığını göstermektedir.

Yüzey basıncı izoterm ölçümleri için, oluk içine saf su döküldü ve oda sıcaklığında (24 ± 1 ° C) dengelenmesi için 10 dakika verildi. Yüzey gerilimi, saf suyun yüzey gerilimi olarak 72.8 ± 0.3 mN / m değerinde bir platin Wilhelmy plakası (genişlik: 19.62 mm, yükseklik: 38 mm, kalınlık: 0.10 mm) kullanılarak gerçek zamanlı olarak ölçülmüştür. Infasurf yana ® örnekler tuzlu su içinde yüzey aktif madde süspansiyonlar, tensiometric deneyler için ekstre edilmesi gereken numuneler olarak hazırlandı. Bu, Zhang ve meslektaşlarının yöntemleri kullanılarak başarıldı [ 25 ]. Kısaca, Infasurf ® lipitler Bligh ve Dyer [yöntemleriyle ekstre edildi 26], lipitler daha sonra azot gazı altında kurutulmuş ve 1 g / L konsantrasyonunda kloroform içinde çözülmüştür. Elde edilen çözeltinin yaklaşık 30 mcL'si, iqos heets cesitleri 20 mN / m'lik bir başlangıç ​​yüzey basıncına ulaşılana kadar bir Hamilton mikro-şırınga (Hamilton şirketi, Reno, NV) kullanılarak hava-su arayüzünde yayıldı. Organik çözücünün buharlaşması için yirmi dakika verilmiştir. Yüzey aktif madde filmlerinin yüzey basıncı daha sonra gerçek zamanlı olarak kaydedilirken, yüzey Delrin engelleri kullanılarak sıkıştırıldı. Ekshalasyon sırasındaki akciğerlerdeki hızlı sıkışmayı taklit etmek için cihazda mevcut en yüksek bariyer hızı olan 270 mm / dk'lık bir bariyer hızı kullanılmıştır. Yüzey basıncı, saf suyun yüzey gerilimi, lipitler eklendikten sonra cihaz tarafından ölçülen yüzey geriliminden çıkarılarak hesaplandı.

Elektronik veya konvansiyonel sigaralarla yapılan deneyler için, subfazın oluk içine yayılmasından önce, alt fazda farklı hacimlerde sigara dumanı veya e-sigara buharı kabarcıklandırılmıştır. Bu amaç için, sigaralar 150 mL'lik bir şırıngaya bağlanmış, daha sonra bir vakum oluşturmak ve dumanı ya da buharı toplamak için geri çekilmiştir, daha sonra kapalı bir beherin içine alt fazda kabarcıklanmışlardır. Bu prosedür kullanılarak, bir konvansiyonel (1R6F) sigaranın tamamen "içilmesi" için altı çizicinin (toplam 900 mL) çizilmesi gerekiyordu. Bu hacim, hem geleneksel sigaralar hem de e-sigaralar için en yüksek doz olarak kullanıldı. Doz etkilerini incelemek için 90 mL ve 9 mL'lik iki düşük duman veya buhar hacmi de kullanılmıştır. Kontrol deneyleri için duman yerine 900 mL temiz hava kullanıldı. Nikotin, asetaldehit ile yapılan deneyler, ve izopren, benzer şekilde gerçekleştirildi, ancak her bir kimyasal, sürfaktan ilave edilmeden önce alt faza enjekte edildi. Enjekte edilen kimyasalların miktarı, Aspire Spryte Elektronik Sigara Kentucky Üniversitesi Tütün Ürünleri Merkezi Merkezi tarafından sağlanan analiz belgesinde belirtildiği gibi bir 1R6F sigara dumanında bildirilen miktara eşdeğerdir: nikotin için 721 ± 107 ,g, asetaldehit için 522 ± 69 μg, ve izopren için 320 ± 101 μg.

Katranla yapılan deneyler için, yanan araştırma sigaralarından çıkan partikül madde, bir filtre pedi üzerinde toplandı. Bu amaçla, basit, ısmarlama bir deneysel kurulum yapıldı (Şekil 1a ). Kısaca, bir cam elyaf filtre (EMD Millipore, Model: iqos fiyat AP1504700, gözenek ebadı = 1 um, partikül tutma = 0,2-0,6 )m) ebatta kesildi ve 50 mL'lik bir konik tüpün kapağına yerleştirildi. Daha sonra, bir sigara yakıldı ve kapağa boru yoluyla bağlandı. Tüpün yan tarafına bir şırınga bağlandı ve şırınganın pistonu, sigara içmeyi taklit etmek için çekildi. Duman, filtreden geçirilerek, katı parçacıkların filtre üzerinde sıkışmasıyla sonuçlandı. Filtrede katran varlığı işlemden sonra görülebilirdi (Şekil 1b). Tüm sigara filtreye doğru "içildiğinde", cam elyaf filtre pedi cımbızla çıkarıldı. Filtre pedi daha sonra 50 mL'lik bir beher içine yerleştirildi ve katranı çıkarmak için filtreye 1 mL aseton ilave edildi. Filtre daha sonra çıkarıldı ve tar / aseton karışımı, 200 mL'lik bir cam şişeye ilave edildi, 180 mL deiyonize su ile dolduruldu ve katranı alt faza eşit şekilde dağıtmak için çalkalandı. Bu alt faz daha sonra Langmuir oluğuna döküldü ve izotermler yukarıda açıklandığı gibi kaydedildi. E-sigara buharı, sigara dumanı, duman bileşenleri (katran dahil) ve kontrollerle yapılan tüm tansiyometrik deneyler üç kopya halinde gerçekleştirildi.

Şekil 1
Şekil 1
Filtrelerde duman partiküllerinin (katran) tutulması için ısmarlama bir kurulum kullanıldı. a Kurulum şeması ve b b ) Duman partiküllerinin tutulmasından önce (solda) ve sonra cam elyaf filtreler arasındaki karşılaştırma (sağda)

Tam boy görüntü
Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) için katı substrat üzerinde yüzey aktif madde biriktirme
Langmuir-Blodgett biriktirme, AFM görüntüleme için katı substratlar üzerine lipit mono tabakaları biriktirmek için kullanıldı. Bu deneyler için, bir hidrofilik kaplama, cam (VMR ® , Randor, PA) ile alt-tabaka olarak kullanılmıştır, 0.13 mm ve 32 mm bir çapa kalınlığında borosilikat yapılmıştır. Kapak camı aseton, etanol ve saf su kullanılarak yıkandı ve her deneyden önce dikkatlice kurutuldu. Yıkama ve kuruttuktan sonra, kapak camı kepçe numune tutucusuna yerleştirildi ve kapak camı alt faza zorlukla değdiğinde kepçe pozisyonu sıfırlandı. Kepçe, alt faza tamamen dalıncaya kadar indirilmiştir. Infasurf ®çözelti daha sonra alt faza yayıldı. İstenen yüzey basıncı değerlerinde (20 mN / m, 30 mN / m, 40 mN / m ve 50 mN / m), cam yüzey aktif cisminin birikmesine izin vermek için 1 mm / dak hızla çekildi. Filmler bariyerler yüzey basıncını sabit tutarken. Aynı prosedür, e-sigara buharı ve sigara dumanı ile yapılan deneyler için de yapıldı, bunun haricinde, yüzey aktif cisminin ilavesinden önce alt fazda buhar veya duman fokurdatıldı. Sigara dumanı ile yapılan deneyler için, bu numuneler 50 mN / m'lik bir yüzey basıncına erişemediğinden 20 mN / m, 30 mN / m ve 40 mN / m'de çökeltme yapılmıştır. Her yüzey basıncı için kontrol, e-sigara buharı ve sigara dumanı açısından 2 ila 3 numune incelendi. Her numunede, yüzey alanı tipik olarak 4-5 lokasyonda büyük taramalarla izlendi. Tüm konumlar benzer yüzey özellikleri gösterdiyse, daha küçük ek bir yüksek çözünürlüklü tarama yapıldı. Küçük yüksek çözünürlüklü taramalar üzerinde analiz yapıldı ve daha büyük taramalardan ikisini çalıştırarak iki kez kontrol edildi.

AFM prosedürü ve görüntü analizi
Sigara dumanına ve e-sigara buharına maruz kalmadan önce ve sonra sürfaktan yanal yapısı, bir akustik odadaki pasif ve aktif izolasyon aşamaları vasıtasıyla ortamdan izole edilen AFM Agilent 5500LS ile incelendi. AFM taramaları, uç veya yüzey çarpmalarının olumsuz etkilerini en aza indiren AC veya kılavuz modu kullanılarak gerçekleştirildi. Uzatılmış uçtan yüzeye temasın, lipitlerin uçta yapışmasına neden olduğu, bunun sonucunda yüzeydeki diğer lipidleri bağlayıp sürükleyeceği ve tarama verilerini çarpıttığı gösterilmiştir. Tüm görüntüleme için 75 kHz Silikon uç (k = 2.7 N / m) kullanılmıştır. 10 µm 2 ' de çoklu ön AFM taraması alındıNumune homojenliği ve kalitesini sağlamak için her numune üzerindeki alanları tarayın. Bu görüntüler, taramalar düşük çözünürlükte alındığı için rapor edilmedi. Numune homojenliği ve kalitesi onaylandıktan sonra, her bir numune için 2 μm 2 tarama alanının yüksek çözünürlüklü taramaları alındı ​​ve kaydedildi. Tüm görüntüler, açık kaynaklı bir analiz yazılımı olan Gwyddion ® kullanılarak işlendi .

Ham AFM verilerinin işlenmesinden sonra, sistematik hataları ortadan kaldırmak için her numune için tam olarak aynı şekilde yürütülen iki işlem seti vardı. İlk işlem, ham verileri AFM analizinde yaygın bir uygulama olan yüksek kaliteli topolojik görüntülere çevirmekti. İkincisi, yüzey lipit oluşumlarının istatistiksel analizi için verileri daha fazla işlemektir. Topolojik AFM görüntüleri aşağıdaki işlemle üretildi. İlk olarak, ham veriler, örnek eğimini kaldıran doğrusal düzlem çıkarma yoluyla seviyelendirildi. Bunu, dördüncü dereceden bir polinom arka plan uyumu ve çıkarma takip etti, bu da tarama kafasının hareketinden kaynaklanan doğrusal olmama nedenini ortadan kaldırıyor. Daha sonra, tarama sırasındaki herhangi bir kaymayı hesaba katan 4. dereceden bir polinom sıra hizalaması yapıldı. Son olarak, yatay izler / konturlar genişlik kullanılarak işaretlendi, uzunluk ve kök ortalama kare eşik değerleri. Bu izler işaretlendikten sonra, verileri düzeltmek için bir Laplace dönüşümü uygulanmıştır. Bu son adım, taramalar sırasında sisteme bağlanan herhangi bir rastgele ses veya titreşimi ifade eder. Bu işlem sonrası adımlar, tüm yapay ve sistematik hataların ham verilerden kaldırılmasını sağlar. Düzeltilen veriler daha sonra görüntü dosyaları olarak kaydedildi.

istatistiksel analiz
Maksimum yüzey basıncı değerlerinin ve AFM mikro yapılarının yükseklik ve yüzey alanı kapsamı arasındaki farkların karşılaştırılması, GraphPad Prism yazılım paketi (La Jolla, CA, ABD) kullanılarak eşleştirilmemiş t-testi kullanılarak yapıldı. AFM ham verilerinde istatistiksel analiz Gwyddion ® yazılım paketi kullanılarak yapıldı. Bu analizler, sipariş edilen alanların veya çok katmanlıların neden olduğu tahılların yüksekliğini ve bu yapıların kapsadığı yüzey alanını karşılaştırmak için yapıldı. İlk olarak, iqos Heets cesitleri (ucuziqosheets.pro) tanecikler, segmentasyon, eşik ve havza tekniklerinin bir kombinasyonu ile işaretlenmiştir. Bu üç teknikten elde edilen sonuçların kesişimi nihai taneyi tanımlarken, tanelerin tespiti ile işaretlenmeyen diğer tüm veriler kaldırılmıştır. Ardından, Gwyddion ®tahılların yüksekliğini ve yüzey alanını bulmak için yazılım kullanıldı. Tüm deneyler için veriler ortalama ± standart sapma olarak rapor edildi ve sonuçlar P  ≤ 0.05'te anlamlı kabul edildi .