據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）Aydogan Ozcan教授研究團隊在Scientific Reports上報道了通過現(xiàn)場便攜式設備（稱為c-Air）實現(xiàn)了對呼出的電子煙（electronic cigarettes，e-cigs）氣溶膠直接進行揮發(fā)性測量，該便攜式設備是一種基于深度學習的無透鏡全息顯微鏡裝置。

c-Air設備和電子煙商店中進行氣溶膠揮發(fā)性測量的現(xiàn)場實驗

電子煙在最近幾年得到了廣泛使用，從不吸煙的青少年和年輕人成為主要的消費群體。這些小型手持設備通常會蒸發(fā)電子煙液（e-liquids），其中含有溶解在丙二醇（PG）和植物甘油（VG）（PG和VG的體積比不同）中的尼古丁和調(diào)味劑。使用電子煙會產(chǎn)生一團快速蒸發(fā)的顆粒。吸入這些顆?？赡軐】诞a(chǎn)生不利影響，基于此引發(fā)了大量研究。實驗室研究表明，釋放的氣溶膠顆粒濃度、大小和質(zhì)量分布以及化學成分與電子煙液的類型、蒸發(fā)器的額定功率以及環(huán)境因素（如室溫和濕度）有關。早期的研究還通過使用不同的方法測量顆粒的揮發(fā)性來量化電子煙排放的動態(tài)變化。先前基于c-Air的研究是在實驗室環(huán)境中進行的（非人體直接“吸”電子煙），結果表明電子煙顆粒的揮發(fā)性隨著電子煙液的化學成分而變化，例如PG和VG的體積比以及電子煙液中的尼古丁含量。

除了這些基于實驗室的實驗之外，還有幾項其他的研究集中于電子煙商店內(nèi)呼出的電子煙氣溶膠。電子煙商店是銷售和消費電子煙的零售場所。與專注于從電子煙設備直接排放的氣溶膠的實驗室研究不同，在電子煙商店中研究的電子煙氣溶膠是通過人體肺部呼出的顆粒（也稱為二手電子煙氣溶膠）。與實驗室研究相比，由于受到人體本身吸電子煙、吸的電子煙種類不同，以及室內(nèi)存在不均勻的空氣等因素的影響，導致電子煙氣溶膠在電子煙商店中的動力學研究要復雜得多。此外，控制較少的環(huán)境變量，如室溫和濕度，會給這些氣溶膠的動力學研究增加其他復雜因素。為了更好地了解電子煙的動力學行為，這些實驗可以在定期監(jiān)測這些環(huán)境變量的情況下進行。

為了對電子煙氣溶膠進行分析，美國加州大學洛杉磯分校的研究人員在一家電子煙商店進行了一系列現(xiàn)場實驗。在四天的實驗中，他們定期對室內(nèi)空氣進行采樣，采樣間隔約為16分鐘，并用c-Air收集呼出的顆粒。除了電子煙商店內(nèi)使用的c-Air設備外，還配置了一臺空氣動力學粒徑譜儀（Aerodynamic Particle Sizer，APS），每2分鐘取樣一次，以對電子煙商店內(nèi)的粒度分布進行單獨測量。通過c-Air記錄收集到的顆粒的延時在線全息圖，并使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡重建，從而生成顆粒的相位恢復顯微圖像。

檢測到的每種氣溶膠揮發(fā)性的計算：從原始全息圖到體積衰減率

在電子煙商店為期四天的c-Air實驗中，研究人員總共進行了115次不同的測量，同時APS以每2分鐘采樣一次的速度對空氣進行采樣。為了揭示所有收集到的顆粒的動態(tài)變化（每次c-Air測量的顆粒通常有數(shù)百到數(shù)千個），研究人員計算了每次測量的平均體積衰減率。體積衰減率量化了顆粒的蒸發(fā)速度，因此，體積衰減率越高，表明蒸發(fā)速度越快，揮發(fā)性越高。通過c-Air實驗量化的揮發(fā)性動力學研究表明，在室內(nèi)吸電子煙增加了空氣中揮發(fā)性和半揮發(fā)性顆粒的百分比。

在不同的實驗日，平均體積衰減率和揮發(fā)性氣溶膠百分比的變化

在電子煙商店內(nèi)采樣的揮發(fā)性、半揮發(fā)性和非揮發(fā)性顆粒的體積變化

這項研究的一些局限性可能會影響其普遍應用。首先，在現(xiàn)場測試過程中，二手電子煙氣溶膠的化學成分仍然未知（包括未知、隨機的消費者/蒸汽），并且沒有測量/控制室溫和濕度等環(huán)境變量。其次，研究人員使用的設備（APS和c-Air）被放置在不同的空間位置。如果沒有足夠的通風，這兩個設備的測量結果可能無法完全比較。第三，由于使用c-Air設備的采樣是手動控制的，所以電子煙和測量之間的時間間隔是可變的。最后，液滴和采樣基板之間的相互作用仍然不受控制。采樣墊內(nèi)的液體擴散可能會對揮發(fā)性的判斷產(chǎn)生一些不確定性。c-Air設備的進一步改進和更多受控實驗（不影響測量系統(tǒng)的成本效益和現(xiàn)場便攜性）可用于提供有關室內(nèi)使用電子煙的更有價值的信息。研究人員報道的方法和結果可以進一步指導關于室內(nèi)電子煙氣溶膠揮發(fā)性特征的研究。

論文信息：
?etinta?, E., Luo, Y., Nguyen, C. et al. Characterization of exhaled e-cigarette aerosols in a vape shop using a field-portable holographic on-chip microscope. Sci Rep 12, 3175 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41598-022-07150-2