Несмотря на сравнительно долгую историю производства, побочные эффекты электронных сигарет остаются неясными. За счет отсутствия в жидкости для них смол и тяжелых металлов производители позиционируют подобные устройства как менее вредную альтернативу обычным сигаретам. Тем не менее, прошлые работы показали, что распространение вапорайзеров не снижает число никотин-зависимых, а ароматические вещества могут повышать токсичность пара. Так, при пиролизе последний расщепляется на альдегиды, подавляющие экспрессию генов слизистой носа и, как следствие, иммунный ответ. При этом дешевых и доступных систем, позволяющих проводить анализ генотоксичности пара, не существует.
В 2012–2016 годах американские химики создали и испытали прототипы одноразовых микрожидкостных массивов для автоматизированного скрининга токсичности разных препаратов. Они представляют собой электрохимические или электрохемилюминесцентные сенсоры на бумажной или углеродной основе. В случае последних в расположенные на поверхности датчика лунки помещают ДНК и человеческие ферменты метаболизма, которые при смешивании с целевым веществом продуцируют новые, часто генотоксичные метаболиты. При выработке токсинов образцы испускают свечение, фиксируемое с помощью CCD-матрицы. В новой работе авторы создали более сложную многоразовую систему.
Для разработки нового датчика ученые использовали настольный 3D-принтер. Путем стереолитографии они напечатали микрожидкостный массив с тремя камерами из акриловой смолы, которые с помощью микронасосов подавали раствор в три микроканала. Оттуда целевая жидкость поступала в лунки (по семь в каждом из трех рядов) на пирографитовом сенсоре. Наличие генотоксичных метаболитов регистрировала CCD-камера. Система работала автоматически: активность трех микронасосов обеспечивал 8-битный микроконтроллер с литий-ионным аккумулятором. В лунках культивировали человеческую ДНК и поливинилпирролидон рутения (RuPVP) — источник ферментов микросом печени.
Датчик испытывали на 20, 60 или 100 «затяжках» обычными (с фильтром и без) и электронными сигаретами (с никотин-содержащей и безникотиновой жидкостью), которые собирались посредством ингаляционного устройства. Каждый канал оценивали в зависимости от реакции на определенные соединения, в частности, полиароматические углеводороды, бензпирен, нитрозамины NNK и NNN — основные канцерогены, характерные для табачного дыма. Дополнительно сенсор проверили на сточных водах. Результаты показали, что обработка экстрактами вызывала значимые дозозависимые повреждения ДНК. Причем хемилюминесценция образцов после никотин-содержащего пара превышала показатель сигарет с фильтром.
Последующий анализ подтвердил, что повреждения ДНК, к которым привела обработка никотин-содержащим паром, по меньшей мере идентичны эффектам сигарет без фильтра. С ростом числа «затяжек» (от 60, что соответствует трем сигаретам) негативное воздействие таких вапорайзеров оказалось больше, чем у обычных сигарет. При этом сигареты без фильтра приводили к выработке в 1,8 раза большего числа генотоксичных метаболитов, чем электронные сигареты без никотина и сигареты с фильтром. Опасность сточных вод зависела от степени очистки. Так, генотоксический потенциал неочищенных образцов в десять раз превышал показатель полностью и в 2,4 раза — частично регенерированной воды.
По словам авторов, полученные данные дополняют информацию о потенциальных рисках, связанных с никотин-содержащими жидкостями вапорайзеров. Также работа демонстрирует новый недорогой и быстрый метод химического анализа препаратов. Печать датчика обошлась ученым в 80 центов и заняла меньше часа. Каждый анализ потребовал всего пять минут.
Статья опубликована в журнале ACS Sensors.
Ранее ученые выяснили, что электронные сигареты нового поколения, в том числе безникотиновые, в среднем выделяют больше альдегидов, чем прошлых.
Наука
Денис Стригун
