يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

كامل الجسم جسيمات متناهية الصغر الهباء التعرض بالاستنشاق

15.5K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/50263

⸱

مايو 7, 2013

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physiology and Pharmacology, School of Medicine, West Virginia University , 2Center for Cardiovascular and Respiratory Sciences, West Virginia University , 3National Institute for Occupational Safety and Health

في هذه المقالة

ملخص

شيد A جسيمات متناهية الصغر الهباء الجوي مرفق التعرض استنشاق كامل الجسم لثاني أكسيد التيتانيوم نانو الحجم (تيو 2) دراسات علم السموم الاستنشاق. ويوفر هذا النظام نانو تيو 2 اجواء اختبار الهباء الجوي أن يكون لديك: 1) تركيز ثابت الشامل؛ 2) تكوين متجانسة خالية من الملوثات، و 3) توزيع حجم الجسيمات مستقرة خلال توليد الهباء الجوي.

الملخص

استنشاق هو الطريق الأكثر احتمالا لتعرض الأفراد العاملين مع aerosolizable المهندسة مواد النانو (ENM). لتنفيذ بشكل صحيح دراسات علم السموم استنشاق جسيمات متناهية الصغر، والهباء الجوي في السكن غرفة حيوانات التجارب يجب أن يكون: 1) تركيز ثابت الحفاظ على المستوى المطلوب للفترة التعرض بأكملها؛ 2) تكوين متجانسة خالية من الملوثات، و 3) مستقرة توزيع حجم بمتوسط ​​قطر هندسية <200 نانومتر، وانحراف معياري σ هندسية ز <2.5 5. توليد الهباء التي تحتوي على جزيئات تحد كبير بسبب النانوية بسهولة التكتل. ويرجع إلى حد كبير إلى القوات المشتركة بين الجسيمات قوية جدا وتشكيل الهياكل كسورية كبيرة في عشرات أو مئات من ميكرون في الحجم 6، التي يصعب أن تفككت هذه. عدة مولدات الهباء الجوي المشتركة، بما في ذلك الغمامات، المهود المميعة، المضخة فنتوري وتغذية الغبار رايت، ونحنإعادة اختبارها، ولكن أيا منها لم يكن قادرا على إنتاج الهباء الجوي جسيمات متناهية الصغر التي تلبي جميع المعايير 5.

كانت ملفقة A الهباء الجوي جسيمات متناهية الصغر نظام التعرض استنشاق كامل الجسم والتحقق من صحتها والاستفادة منها للنانو تيو 2 دراسات علم السموم الاستنشاق. مكونات أساسية: 1) رواية نانو تيو 2 الهباء الجوي مولد؛ 2) 0.5 م 3 كامل الجسم استنشاق غرفة التعرض؛ و 3) رصد ونظام التحكم. تم تسليم النانو تيو 2 الهباء الجوي الناتجة عن الصب الجاف نانو تيو 2 مساحيق (قطر الابتدائية من 21 نانومتر، والجزء الأكبر كثافة 3.8 جم / سم 3) في غرفة التعرض بمعدل تدفق 90 LPM (10.8 التغيرات الجوية / ساعة) . تم قياس حجم الجسيمات التوزيع والشامل ملامح تركيز مستمر مع الجسيمات التنقل المسح الضوئي بحجم (SMPS)، وانخفاض في ضغط المسبار الكهربائية (ELPI). تم التحقق من تركيز كتلة الهباء الجوي (C) gravimetrically (ملغم / م 3). كتلة (M) من الجزيئات التي تم جمعها كما تم تحديد M = (M-M آخر قبل)، حيث M قبل وبعد M هي الجماهير للمرشح قبل وبعد أخذ العينات (ملغ). تم حساب تركيز الشامل، C = M / (Q * T)، حيث س يتم أخذ العينات معدل التدفق (م 3 / دقيقة)، و t هو الوقت أخذ العينات (دقيقة). غرفة الضغط، ودرجة الحرارة، والرطوبة النسبية (RH)، O 2 و CO 2 تركيزات تم رصدها ومراقبتها بشكل مستمر. وقد تم تحليل النانو تيو 2 الهباء التي تم جمعها على مرشحات Nuclepore مع المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والتشتت الأشعة السينية (EDX) تحليل الطاقة.

في ملخص، ونحن التقرير أن الهباء الجوي نانو الجسيمات المتولدة وتسليمها إلى دائرة التعرض لدينا: 1) تركيز كتلة ثابت؛ 2) تكوين متجانسة خالية من الملوثات، 3) مستقرة توزيعات حجم الجسيمات مع aerody العد متوسطقطر namic من 157 نانومتر خلال توليد الهباء الجوي. هذا النظام بشكل موثوق ومتكرر تخلق أجواء الاختبار التي تحاكي المهني، التعرض الهباء الجوي ENM البيئية أو المحلية.

البروتوكول

يتم وصف جسيمات متناهية الصغر التعرض إجراءات التشغيل خطوة بخطوة استنشاق كامل الجسم على النحو التالي.

ملاحظة: 1) الخطوات 1 و 3 ينبغي أن يؤديها في غطاء الدخان، 2) يجب أن مشغلي ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة (الكمامات والنظارات الواقية والقفازات المطاطية).

1. تكييف تيو 2 البودرة الجافة جسيمات متناهية الصغر

  1. وضع نانو تيو 2 المساحيق في وعاء غير شفاف.
  2. ترك غطاء حاوية مفتوحة.
  3. وضع الحاوية في مجفف تجف لمدة 24 ساعة على الأقل للتكييف.

2. الاحماء الحصول على البيانات ونظام التحكم، SMPS وELPI وجميع المحولات

  1. بدوره على الرصد الجوي ونظام الحصول على البيانات ومفاتيح السلطة لSMPS رصد الهباء الجوي (TSI شركة، شورفيو، MN) وELPI (Dekati، تامبيري، فنلندا)، وأنظمة تدفئة تصل لمدة 1 ساعة على الأقل.
  2. بدوره على السلطةمفاتيح في جميع محولات الطاقة لتدفئة لهم حتى لا يقل عن 1 ساعة.

3. تحميل تيو 2 البودرة الجافة جسيمات متناهية الصغر في مولدات الهباء

  1. فتح قبعات اسطوانة على مولدات الهباء الجوي، واستبدال مرشحات في مولدات الهباء الجوي. ملاحظة: واحد مولد الهباء الجوي لديه اسطوانة واحدة. عدد مولدات الهباء الجوي لاستخدامها يعتمد على تركيز كتلة المطلوب من الجزيئات في غرفة التعرض.
  2. تزن ~ 4 ز نانو تيو 2 مساحيق وتحميلها في كل اسطوانة.
  3. استبدال قبعات الاسطوانة.
  4. جميع المناطق تشتبه في تيو 2 تلوث ينبغي محو الرطب.

4. ربط مولدات الهباء إلى دائرة التعرض للاستنشاق

  1. ربط جميع منافذ للمولدات الهباء الجوي عن طريق مشعب إلى فاصل الإعصار الذي هو في مدخل الدائرة التعرض للاستنشاق (TSE أنظمة شركة محدودة، باد هامبورغ، ألمانيا).
  2. ربط أنابيب الهواء المضغوط لوالموزعات فنتوري في مولدات الهباء الجوي.

5. ربط رصد الهواء ومداخل أخذ العينات الهباء إلى الدائرة التعرض للاستنشاق

  1. ربط درجة الحرارة والرطوبة النسبية (RH)، الضغط، O 2 & CO 2 أجهزة الاستشعار التي توفرها أنظمة بورصة طوكيو لاختبار منافذ رصد الغلاف الجوي على غرفة التعرض للاستنشاق.
  2. ربط مدخل لdilutor الهباء الجوي إلى أحد منافذ أخذ العينات الهباء الجوي على غرفة التعرض للاستنشاق، ثم قم بتوصيل منفذ لها إلى مدخل من ELPI.
  3. الاتصال SMPS إلى أحد منافذ أخذ العينات الهباء الجوي على غرفة التعرض للاستنشاق.
  4. ربط مدخل لرصد تركيز الجسيمات (نظم TSE) إلى واحدة من منافذ أخذ العينات الهباء الجوي على غرفة التعرض.
  5. تزن السليكوون الغشاء فلتر (P / N 66149، بال كوربوريشن، آن أربور، ميشيغان) وتحميل فلتر إلى حامل مرشح الفولاذ المقاوم للصدأ (المنتجات في توكس، موريارتي NM).
  6. ربط مدخلغير القابل للصدأ الصلب حامل مرشح مع مرشح سبق وزنه إلى واحد من منافذ أخذ العينات الهباء الجوي على غرفة التعرض للاستنشاق، والاتصال منفذ لها إلى مضخة أخذ العينات.

6. تفعيل نظم الحصول على البيانات

  1. تنشيط ELPI البرمجيات الحصول على البيانات، ELPIVI، تحقق إعداد معلمات، وبدوره على مضخة تدفق لل~ 5 دقائق ثم صفر ELPI. سجل تركيز قبل التعرض.
  2. تفعيل SMPS البرمجيات الحصول على البيانات. سجل تركيز قبل التعرض.
  3. برنامج تنشيط، DACO (نظم TSE)، لرصد ومراقبة معدل تدفق الهواء ودرجة الحرارة والضغط غرفة RH، ودرجة الحرارة وRH، O 2 و CO 2.

7. تحميل حيوانات التجارب في غرفة التعرض للاستنشاق

  1. وزن حيوانات التجارب.
  2. بمناسبة حيوانات التجارب والأقفاص بحيث يمكن وضع هذه الحيوانات مرة أخرى في نفس الأقفاص بعد التعرض إذا نيدائرة التنمية الاقتصادية.
  3. فتح باب غرفة التعرض للاستنشاق، وتحميل حيوانات التجارب في أقفاص سلكية.
  4. ويمكن توفير المياه للحيوانات.
  5. إغلاق وتأمين باب غرفة التعرض للاستنشاق.
  6. نلاحظ في كثير من الأحيان الحيوانات من خلال النوافذ مراقبة غرفة التعرض لعلامات الضيق. ينبغي تخفيف الحيوانات ويتصرف بشكل طبيعي. وقف التعرض إذا السريعة / صعوبة في التنفس، ويلاحظ ظهور غير طبيعي، تشوهات الوضعي أو الجمود. إزالة الحيوانات، إعادتها إلى أقفاصها الأصلي، اتصل طبيب بيطري حضور و / أو الشروع المناسبة رعاية الحيوان المؤسسية واستخدام إجراءات اللجنة.

ملاحظة: يجب أن مشغلي ارتداء معدات الوقاية الشخصية عند تنفيذ الخطوات 8.7، 8.8 و 8.17.

8. تعريض الحيوانات الصغيرة إلى الهباء جسيمات متناهية الصغر

  1. بدوره على مضخة فراغ العادم من غرفة التعرض للاستنشاق.
  2. تشغيل برامج الحصول على البيانات، DACO، إلى: أ) تزويد الهواء الجاف تصفيتها إلى الدائرة التعرض، ب) مراقبة الضغط في غرفة التعرض، وج) جمع البيانات من البيئة التعرض، مثل الضغط ودرجة الحرارة، RH، O 2 و CO 2.
  3. إنشاء ضغط سلبي طفيف (نقطة مجموعة = -0.2 م بار) في غرفة الضغط.
  4. بدوره على مولدات الهباء الجوي.
  5. تشغيل ELPI وSMPS برنامج الحصول على البيانات لرصد مستمر حجم الجسيمات وتركيز كتلة النسبي في غرفة التعرض للاستنشاق.
  6. عندما يكون تركيز الهباء الجوي هو مستقر، أي وصلت بيان التركيز على ELPI رصد الهضبة (عادة: هذا يستغرق 20 دقيقة بعد مولدات الهباء الجوي في العملية)، انشئت في الوقت أخذ العينات (على سبيل المثال، 1 ساعة) وبدوره على أخذ العينات الهباء الجوي مضخة لجمع عينة تمثيلية من الجسيمات النانوية مع المرشحات.
  7. بمجرد حلول وقت أخذ العينات، وإزالة مرشحات وسد SAmpling الموانئ مع السدادات المطاطية لمنع مواد الاختبار من الهروب من غرفة التعرض.
  8. تزن المرشحات، وحساب تركيز كتلة الوسط في قاعة التعرض كما هو موضح أعلاه.
  9. إذا كان متوسط ​​تركيز هو خارج تركيز المستهدفة، وضبط تدفق الهواء يدويا في المولدات لضمان تحقيق تركيز المستهدفة.
  10. حساب ترسب الجسيمات في الرئتين الحيوان D = C X V م كتك F R، حيث D = الجرعة، C = تركيز كتلة الوسط من مواد الاختبار، V = M حجم دقيقة، T = مدة التعرض، وF r = الجزء من المواد أن يتم إيداع أو استيعابها.
  11. استبدال مرشحات في حملة مرشح مع نظيفة والمرشحات، وقبل مرجح، ثم كرر الخطوات من 8.6 و 8.8.
  12. استنادا إلى تركيز كتلة الحقيقي في غرفة وترسب الجسيمات التعرض المستهدفة في الرئتين الحيوان، تقدير إكسب المتبقيةالوقت osure كما، ر تبقى = (D استهدفت-D) / (C X V متر x F ص)، حيث تظل T = تبقى مدة التعرض، D = استهدفت الجرعة المستهدفة، C = متوسط ​​تركيز كتلة من مادة الاختبار، V م = حجم دقيقة، F r = الجزء من المواد التي تودع أو استيعابها.
  13. إيقاف المولد الهباء الجوي عندما يتم التوصل ر تبقى.
  14. قبل إزالة الحيوانات من غرفة التعرض، بمسح الدائرة التعرض للاستنشاق مع الهواء تصفيتها حتى تركيز الجسيمات هو مبين في الشاشة، على مقربة من تركيز الجسيمات قبل التعرض في الغرفة.
  15. إيقاف تشغيل غرفة العادم مضخة فراغ.
  16. وقف برنامج الحصول على البيانات، DACO.
  17. بعد التعرض، ومراقبة الحيوانات للتحقق من التنفس الطبيعي والسلوك، وثيقة أن أي مضاعفات دراسة أخرى السابقينIST. إذا لاحظ تصريف الأنف، ضيق في التنفس أو أي مضاعفات الرفق بالحيوان أخرى، اتصل طبيب بيطري حضور و / أو الشروع المناسبة رعاية الحيوان المؤسسية واستخدام إجراءات اللجنة.
  18. وقف ELPI وSMPS البرمجيات الحصول على البيانات.

9. إنشاء تقرير الاختبار

وتشمل 9.1 شروط الاختبار

  1. وصف لنظام توليد الهباء الجوي والمعلمات التشغيلية المستخدمة في هذا الاختبار.
  2. وصف الجهاز التعرض بما في ذلك التصميم، نوع، الأبعاد والمعلمات التشغيلية المستخدمة أثناء التعرض.
  3. معدات لقياس درجة الحرارة، والرطوبة، وحجم الجسيمات، والتركيز الفعلي.
  4. العلاج من الهواء العادم وطريقة الإسكان الحيوانات في غرفة الاختبار عند استخدامها.

وتشمل 9.2 بيانات الغلاف الجوي التعرض

  1. معدلات تدفق الهواء من خلال أجهزة الاستنشاق.
  2. درجة الحرارة والرطوبة منالهواء.
  3. تركيز الفعلي (التحليل أو الجاذبية) في المنطقة أخذ العينات الهباء الجوي التي تقع بالقرب من أقفاص الحيوانات.
  4. توزيع حجم الجسيمات، ويحسب متوسط ​​عدد الإطارات الهوائية والانحراف المعياري هندسية.
  5. شرح لماذا التركيز غرفة المرجوة و / أو حجم الجسيمات لا يمكن أن يتحقق (إن وجد)، والجهود المتخذة للامتثال مع هذه الجوانب من المبادئ التوجيهية.

9.3 أخرى

  1. ينبغي الحفاظ على الضغط السلبي قليلا في غرفة منشأة استنشاق المحتوية على منع مواد الاختبار من الهروب مختبر استنشاق التعرض.
  2. تنظيف الغرفة التعرض اليومي للقضاء على تأثيرات النفايات الحيوانية.
  3. يجب تنظيف ELPI، SMPS وغيرها من الصكوك ومعايرة استنادا إلى أدلة المستخدم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

ينطوي على دراسة استنشاق عادة الحفاظ على حيوانات التجارب في بيئة اختبار معروفة وثابتة في حين تعريض حيوانات التجارب إلى تركيز محدد من مادة الاختبار 8،9. يظهر جسيمات متناهية الصغر نظام التعرض استنشاق كامل الجسم في الشكل 1. تم تشغيل غرفة كامل الجسم على أساس تدفق الحيوية حيث كان هناك تدفق مستمر 90 LPM من الهواء من خلال غرفة. قدمت هذا تدفق الهواء 10.8 التغيرات الجوية / ساعة وهو ما يتجاوز الحد الأدنى لعدد من التبادلات الهواء (10.0) المطلوبة من قبل وكالة حم...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

لقد جمعنا وصفها هنا في كامل الجسم جسيمات متناهية الصغر الهباء الجوي نظام التعرض للاستنشاق. تم التحقق من صحة وظائف النظام مع دولة من بين الفن جسيمات متناهية الصغر الهباء الجوي تقنيات التوصيف. مع جسيمات متناهية الصغر نظام توليد الهباء الجوي الرواية، وهذا النظام يمكن استنشاق توفير تتميز بشكل جيد، التي تسيطر عليها وموحدة جسيمات متناهية الصغر الهباء الجوي اختبار الغلاف الجوي مع درجة حرارة ثابتة نسبيا، والرطوبة، وتدفق الهواء، ومحتوى الأكسجين لحيوانات التجارب. تعرض النظام هو الأكثر كفاءة...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

النتائج والاستنتاجات الواردة في هذا التقرير هي آراء أصحابها ولا تمثل بالضرورة وجهات نظر المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية. وعلى ذكر أي أسماء الشركات أو المنتجات لا ينطوي على تأييد NIOSH، كما أنه لا يعني أن المنتجات البديلة غير متوفرة، أو غير قادرة على أن تكون بديلا بعد التقييم المناسب.

شكر وتقدير

قائمة الاعترافات ومصادر التمويل.

NIH-ES015022 وES018274 (ترن)

اتفاق NSF-التعاوني 1003907 (VCM)

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
نظام التعرض للاستنشاقTSE Systems GmbH ، باد هومبورغ ، ألمانيا
نظام مراقبة الهواءTSE Systems GmbH ، باد هومبورغ ، ألمانيا
ثاني أكسيد التيتانيوم Aeroxide P25Evonik ، ألمانيا
مقياس جسيمات التنقل المسح الضوئي-3936L75TSI Inc. ، Shoreview ، MN
Electric Pressure Impactor ، قياسي 10 LPMديكاتي ، تامبيري ، فنلندا
Ultra Micro Balance ، XP2UMETTLER TOLEDO ، سويسرا
المجهر الإلكتروني المسح الضوئي للانبعاث الميداني-S-4800هيتاشي ، اليابان
تحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة برينستون جاما تك ، روكي هيل ، نيوجيرسي
مرشحات البولي كربونات النوكليبورية واتمان ، كلينتون ، بنسلفانيا
غشاء PTFE بال ، آن أربور ، ميشيغان
مرشحات شركة

المراجع

  1. Bide, R. W., Armour, S. J., Yee, E. Allometric respiration/body mass data for animals to be used for estimates of inhalation toxicity to young adult humans. J. Appl. Toxicol. 20 (4), 273-290 (2000).
  2. Guyton, A. C. Analysis of respiratory patterns in laboratory animals. Am. J. Physiol. 150, 70-77 (1947).
  3. Knuckles, T. L., Yi, J., Frazer, D. G., Leonard, H. D., Chen, B. T., Castranova, V., Nurkiewicz, T. R. Nanoparticle inhalation alters systemic arteriolar vasoreactivity through sympathetic and cyclooxygenase-mediated pathways. Nanotoxicology. , 1-12 (2011).
  4. Pauluhn, J., Mohr, U. Repeated 4-week inhalation exposure of rats: effect of low-, intermediate, and high-humidity chamber atmosphere. Exp. Toxic Pathol. , 178-187 (1999).
  5. Schmoll, L. H., Elzey, S., Grassian, V. H., O'Shaughnessy, P. T. Nanoparticle aerosol generation methods from bulk powders for inhalation exposure studies. Nanotoxicology. 3, 265-275 (2009).
  6. To, D., Yin, X., Sundaresan, S., Dave, R. N. Deagglomeration of nano-particle aggregates via rapid expansion of high pressure suspensions. AIChE J. 55 (11), 2756-3032 (2009).
  7. U.S. Environmental Protection Agency (US EPA). Health effects test guidelines: OPPTS., 870.1300. Acute inhalation toxicity. EPA. , 712-C-98-193(1998).
  8. Wong, B. A. Automated feedback control of an inhalation exposure system with discrete sampling intervals: testing, performance, and modeling. Inhal. Toxicol. 15, 729-743 (2003).
  9. Wong, B. A. Inhalation Exposure Systems: Design, Methods and Operation. Toxicologic Pathology. 35, 3-14 (2007).
  10. Nanoparticle Aerosol Generator. US patent. , 13/317, 472 (2011).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

كامل الجسم جسيمات متناهية الصغر الهباء التعرض بالاستنشاق
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.