Name: 全身纳米气溶胶吸入暴露 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-05-07T12:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 11 s
Description: 了解全身纳米气溶胶吸入暴露技术，用于纳米二氧化钛毒理学研究。该方法通过新型气溶胶发生器生成稳定均一的纳米颗粒气溶胶，模拟职业与环境暴露场景，为吸入毒性评估提供可靠实验平台。

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列出致谢和资助来源。
	 NIH-ES015022 和 ES018274（TRN）
	美国国家科学基金会合作协定 1003907（VCM）

全身纳米颗粒吸入暴露的逐步操作流程如下所述。
注意：1）步骤1和3应在通风橱中进行；2）操作人员必须佩戴适当的个人防护装备（呼吸器、护目镜和橡胶手套）。
1. TiO的预处理2 纳米颗粒干粉
<ol>
	<li>将纳米TiO2粉末置于不透明容器中。</li>
	<li>保持容器盖子打开。</li>
	<li>将容器放入干燥干燥器中，至少放置24小时进行预处理。</li>
</ol>
2. 预热数据采集与控制系统、SMPS、ELPI及所有传感器
<ol>
	<li>打开空气监测和数据采集系统，以及气溶胶监测仪器SMPS（TSI Inc., Shoreview, MN）和ELPI（Dekati, Tampere, Finland）的电源开关，并预热系统至少1小时。</li>
	<li>打开所有传感器的电源开关，并预热至少1小时。</li>
</ol>
3. 将TiO2纳米颗粒干粉装入气溶胶发生器
<ol>
	<li>打开气溶胶发生器的筒盖，更换气溶胶发生器中的滤膜。注意：每个气溶胶发生器包含一个筒体。所需使用的气溶胶发生器数量取决于暴露舱内颗粒物的目标质量浓度。</li>
	<li>称取约 4 g 纳米 TiO2 粉末，并将其装入每个筒体中。</li>
	<li>重新安装筒盖。</li>
	<li>所有可能受到 TiO2 污染的区域均应使用湿布擦拭。</li>
</ol>
4. 将气溶胶发生器连接至吸入暴露室
<ol>
	<li>通过一个歧管将所有气溶胶发生器的出口连接至旋风分离器，旋风分离器位于吸入暴露室（TSE Systems GmbH，德国巴特洪堡）的入口处。</li>
	<li>将压缩空气管路连接至气溶胶发生器中的文丘里分散器。</li>
</ol>
5. 将空气监测和气溶胶采样入口连接到吸入暴露舱
<ol>
	<li>将 TSE Systems 公司提供的温度与相对湿度（RH）、压力、O2 和 CO2 传感器连接至吸入暴露舱的测试气氛监测端口。</li>
	<li>将气溶胶稀释器的入口连接至吸入暴露舱的一个气溶胶采样端口，然后将其出口连接至 ELPI 的入口。</li>
	<li>将 SMPS 连接至吸入暴露舱的一个气溶胶采样端口。</li>
	<li>将颗粒物浓度监测仪（TSE Systems）的入口连接至暴露舱的一个气溶胶采样端口。</li>
	<li>称量聚四氟乙烯（PTFE）膜滤膜（货号 66149，Pall 公司，美国密歇根州安娜堡），并将滤膜装入不锈钢滤膜夹具中（In-Tox 产品，美国新墨西哥州莫里亚蒂）。</li>
	<li>将装有预称重滤膜的不锈钢滤膜夹具入口连接至吸入暴露舱的一个气溶胶采样端口，并将其出口连接至采样泵。</li>
</ol>
6. 启动数据采集系统
<ol>
	<li>启动ELPI数据采集软件ELPIVI，检查设置参数，开启冲洗泵约5分钟，然后对ELPI进行归零校准。记录暴露前浓度。</li>
	<li>启动SMPS数据采集软件。记录暴露前浓度。</li>
	<li>启动软件Daco（TSE Systems），用于监测和控制气流流速、温度和相对湿度，以及反应室的压力、温度与相对湿度、O2和CO2。</li>
</ol>
7. 将实验动物装入吸入暴露室
<ol>
	<li>称量实验动物。</li>
	<li>标记实验动物及其笼具，以便在需要时可将动物放回原来的笼子中。</li>
	<li>打开吸入暴露室的门，将实验动物放入金属网笼中。</li>
	<li>可为动物提供饮水。</li>
	<li>关闭并固定吸入暴露室的门。</li>
	<li>通过暴露室的观察窗定期观察动物是否出现痛苦迹象。动物应保持放松并表现正常。若观察到呼吸急促或困难、外观异常、姿势异常或不动等情况，应立即停止暴露，取出动物并将其放回原有笼具，联系主管兽医和/或启动相应的机构动物护理与使用委员会程序。</li>
</ol>
注意： 操作人员在执行步骤 8.7、8.8 和 8.17 时必须佩戴个人防护装备。
8. 小型动物暴露于纳米颗粒气溶胶
<ol>
	<li>打开吸入暴露室的排气真空泵。</li>
	<li>运行数据采集软件， Daco，用于：a) 为暴露室提供过滤干燥的空气，b) 控制暴露室内的压力，以及 c) 采集暴露环境的数据，如压力、温度、相对湿度（RH）、O₂2 和 CO2.</li>
	<li>在腔室压力中建立轻微负压（设定值 = -0.2 mbar）。</li>
	<li>打开气溶胶发生器。</li>
	<li>运行ELPI和SMPS数据采集软件，以持续监测吸入暴露舱内颗粒物的粒径及相对质量浓度。</li>
	<li>当气溶胶浓度稳定时， 即 ELPI监测仪上的浓度曲线达到平台期（通常在气溶胶发生器运行20分钟后），设置采样时间（例如1小时），然后开启气溶胶采样泵，通过滤膜收集具有代表性的纳米颗粒样品。</li>
	<li>达到采样时间后，取出滤膜，并用橡胶塞堵住采样口，以防止测试材料从暴露室中逸出。</li>
	<li>称量滤膜，并按照上述方法计算暴露舱内的平均质量浓度。</li>
	<li>如果平均浓度偏离目标浓度，需手动调节发生器中的气流，以确保达到目标浓度。</li>
	<li>计算颗粒物在动物肺部的沉积量 D = C × Vm x t x Fr，其中 D 剂量 C = 测试物质的平均质量浓度， Vm分钟通气量, t = 曝光持续时间，以及 Fr = 被沉积或吸收的物质比例.</li>
	<li>将滤膜盒中的滤膜更换为洁净的、预先称重的滤膜，并重复步骤 8.6 和 8.8。</li>
	<li>根据暴露室中的实际质量浓度及动物肺部的目标颗粒沉积量，估算剩余暴露时间如下： t保持 = (D靶向的 - D) / (C x Vm x Fr），其中 t保持 = 保持曝光时间， D靶向的 = 靶向剂量, C = 测试物质的平均质量浓度， Vm 分钟通气量， Fr = 被沉积或吸收的物质比例。</li>
	<li>关闭气溶胶发生器 t保持 达到。</li>
	<li>在将动物从暴露舱中移出之前，用过滤空气冲洗吸入暴露舱，直至监测仪显示的颗粒物浓度接近暴露前舱内的颗粒物浓度。</li>
	<li>关闭腔室排气真空泵。</li>
	<li>停止数据采集软件 Daco.</li>
	<li>暴露后，观察动物以确认呼吸和行为正常，并记录无其他研究相关并发症。若观察到鼻部分泌物、呼吸困难或任何其他动物福利相关并发症，应联系驻场兽医和/或启动相应的机构动物护理与使用委员会程序。</li>
	<li>停止 ELPI 和 SMPS 数据采集软件。</li>
</ol>
9. 生成测试报告
9.1 测试条件包括
<ol>
	<li>本试验所用气溶胶发生系统的描述及其操作参数。</li>
	<li>暴露装置的描述，包括设计、类型、尺寸以及暴露过程中使用的工作参数。</li>
	<li>用于测量温度、湿度、粒径和实际浓度的设备。</li>
	<li>废气处理方式，以及在使用时动物在试验舱内的饲养方法。</li>
</ol>
9.2 暴露气氛数据包括
<ol>
	<li>吸入设备中的气流流速。</li>
	<li>空气的温度和湿度。</li>
	<li>靠近动物笼具的气溶胶采样区域中的实际（分析或重量法）浓度。</li>
	<li>颗粒物粒径分布，以及计算所得的计数中值空气动力学直径和几何标准偏差。</li>
	<li>说明为何未能达到目标舱室浓度和/或颗粒大小（如适用），以及为符合指南中这些方面要求所采取的措施。</li>
</ol>
9.3 其他
<ol>
	<li>应保持含有吸入设施的房间内为轻微负压，以防止测试物质逸出吸入暴露实验室。</li>
	<li>每日清洁暴露室，以消除动物排泄物的影响。</li>
	<li>ELPI、SMPS 及其他仪器应根据用户手册进行清洁和校准。</li>
</ol>

<ol><li>Bide, R. W., Armour, S. J., Yee, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Allometric+respiration%2Fbody+mass+data+for+animals+to+be+used+for+estimates+of+inhalation+toxicity+to+young+adult+humans%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Toxicol%22%5BJournal%5D)">Allometric respiration/body mass data for animals to be used for estimates of inhalation toxicity to young adult humans.</a> J. Appl. Toxicol. 20 (4), 273-290 (2000).</li>
<li>Guyton, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+respiratory+patterns+in+laboratory+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Analysis of respiratory patterns in laboratory animals.</a> Am. J. Physiol. 150, 70-77 (1947).</li>
<li>Knuckles, T. L., Yi, J., Frazer, D. G., Leonard, H. D., Chen, B. T., Castranova, V., Nurkiewicz, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticle+inhalation+alters+systemic+arteriolar+vasoreactivity+through+sympathetic+and+cyclooxygenase-mediated+pathways%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotoxicology%22%5BJournal%5D)">Nanoparticle inhalation alters systemic arteriolar vasoreactivity through sympathetic and cyclooxygenase-mediated pathways.</a> Nanotoxicology. , 1-12 (2011).</li>
<li>Pauluhn, J., Mohr, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repeated+4-week+inhalation+exposure+of+rats%3A+effect+of+low-%2C+intermediate%2C+and+high-humidity+chamber+atmosphere%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Toxic+Pathol%22%5BJournal%5D)">Repeated 4-week inhalation exposure of rats: effect of low-, intermediate, and high-humidity chamber atmosphere.</a> Exp. Toxic Pathol. , 178-187 (1999).</li>
<li>Schmoll, L. H., Elzey, S., Grassian, V. H., O'Shaughnessy, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticle+aerosol+generation+methods+from+bulk+powders+for+inhalation+exposure+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotoxicology%22%5BJournal%5D)">Nanoparticle aerosol generation methods from bulk powders for inhalation exposure studies.</a> Nanotoxicology. 3, 265-275 (2009).</li>
<li>To, D., Yin, X., Sundaresan, S., Dave, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deagglomeration+of+nano-particle+aggregates+via+rapid+expansion+of+high+pressure+suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22AIChE+J%22%5BJournal%5D)">Deagglomeration of nano-particle aggregates via rapid expansion of high pressure suspensions.</a> AIChE J. 55 (11), 2756-3032 (2009).</li>
<li>U.S. Environmental Protection Agency (US EPA). Health effects test guidelines: OPPTS., 870.1300. Acute inhalation toxicity. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22EPA%22">EPA</a>. , 712-C-98-193(1998).</li>
<li>Wong, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+feedback+control+of+an+inhalation+exposure+system+with+discrete+sampling+intervals%3A+testing%2C+performance%2C+and+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Inhal.+Toxicol%22%5BJournal%5D)">Automated feedback control of an inhalation exposure system with discrete sampling intervals: testing, performance, and modeling.</a> Inhal. Toxicol. 15, 729-743 (2003).</li>
<li>Wong, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inhalation+Exposure+Systems%3A+Design%2C+Methods+and+Operation%5BTitle%5D)+AND+%22Toxicologic+Pathology%22%5BJournal%5D)">Inhalation Exposure Systems: Design, Methods and Operation.</a> Toxicologic Pathology. 35, 3-14 (2007).</li>
<li>Nanoparticle Aerosol Generator. US patent. , 13/317, 472 (2011).</li>
</ol>

本报告中的发现和结论仅代表作者观点，并不代表国家职业安全与健康研究所的立场。提及任何公司名称或产品，并不意味着美国国家职业安全卫生研究所（NIOSH）对此表示认可，也不表示其他替代产品不可获得，或在经过适当评估后无法替代。

本文构建并描述了一套整体暴露式纳米颗粒气溶胶吸入暴露系统。该系统的功能已通过先进的纳米颗粒气溶胶表征技术进行了验证。借助一种新型的纳米颗粒气溶胶发生系统，该吸入暴露系统可为实验动物提供温度、湿度、气流和氧气含量相对稳定且受控的、特性明确且均匀的纳米颗粒气溶胶测试环境。该暴露系统特别适用于需要大量动物或长期暴露的实验研究。在此大型整体暴露舱中，实验动物可自由活动，舒适度较高，热应激被降至最低。该暴露系统的主要局限性在于实验动物完全处于暴露舱的气溶胶环境中，可能同时存在经口和经皮等其他暴露途径。此外，在整体暴露系统中，由于进气流量较大，需要消耗较大量的原始材料。例如，在本系统中，暴露舱体积为0.5 m3时，进气流量为90 LPM；而12通道的仅头部暴露吸入暴露系统的进气流量仅为12 LPM。因此，在规划吸入暴露实验时，必须考虑原始材料的成本及其可获得性。

<table><tbody><tr><td>吸入暴露系统</td><td>TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Germany</td><td></td><td></td></tr><tr><td>空气监测系统</td><td>TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Germany</td><td></td><td></td></tr><tr><td>二氧化钛 Aeroxide P25</td><td>Evonik, Germany</td><td></td><td></td></tr><tr><td>扫描迁移率粒径谱仪-3936L75</td><td>TSI Inc., Shoreview, MN</td><td></td><td></td></tr><tr><td>低压电撞击器，标准 10 LPM</td><td>Dekati, Tampere, Finland</td><td></td><td></td></tr><tr><td>超微量天平，XP2U</td><td>METTLER TOLEDO, Switzerland</td><td></td><td></td></tr><tr><td>场发射扫描电子显微镜-S-4800</td><td>Hitachi, Japan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>能量色散X射线分析</td><td>Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, N.J.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nuclepore 聚碳酸酯滤膜</td><td>Whatman, Clinton, PA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PTFE 膜滤器</td><td>Pall corporation, Ann Arbor, Michigan</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

全身纳米颗粒气溶胶吸入暴露

Whole-Body Nanoparticle Aerosol Inhalation Exposures

对于操作可气溶胶化工程纳米材料（ENM）的人员而言，吸入是最可能的暴露途径。为了正确开展纳米颗粒吸入毒理学研究，容纳实验动物的暴露舱内的气溶胶必须满足以下条件：1）在整个暴露期间，浓度保持稳定并维持在目标水平；2）成分均匀，不含污染物；3）粒径分布稳定，几何平均直径&lt; 200 nm，几何标准偏差 σg &lt; 2.5 5。由于纳米颗粒极易发生团聚，生成含纳米颗粒的气溶胶极具挑战性。这主要是因为颗粒间作用力极强，并会形成尺寸达数十甚至数百微米的大型分形结构6，难以将其分散。研究人员已测试了多种常见的气溶胶发生器，包括雾化器、流化床、文丘里抽吸器和Wright粉尘进样器；然而，这些装置均无法产生满足上述所有标准的纳米颗粒气溶胶5。
一种全身性纳米颗粒气溶胶吸入暴露系统被设计、验证并用于纳米TiO₂2 吸入毒理学研究。关键组分：1）新型纳米TiO₂2 气溶胶发生器；2）0.5 m3 全身吸入暴露舱；以及3）监测与控制系统。Nano-TiO2 由块状干燥纳米二氧化钛产生的气溶胶2 粉末（一次粒径为21 nm，振实密度为3.8 g/cm³）3) 以90 LPM（每小时10.8次空气交换）的流速送入暴露室。使用扫描电迁移粒径谱仪（SMPS）和电气低压冲击器（ELPI）连续测量颗粒物粒径分布和质量浓度谱。气溶胶质量浓度（C) 通过重量法验证（mg/m3）。质量（M所收集颗粒的质量被确定为 M = (M后- M预处理），其中 M预处理 和 M术后 采样前后滤膜的质量mg）。质量浓度计算公式为 C = M/(Q*t)， 其中 Q 采样流速（m3/分钟), 和 t 为采样时间（分钟）。腔室压力、温度、相对湿度（RH）、O2 和 CO2 浓度被持续监测和控制。纳米TiO₂2 使用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线（EDX）分析采集在Nuclepore滤膜上的气溶胶。
综上所述，我们报道了生成并输送至暴露室的纳米颗粒气溶胶具有以下特性：1）稳定的质量浓度；2）均匀且无污染物的组分；3）稳定的粒径分布，在气溶胶生成过程中计数中值空气动力学直径为157 nm。该系统能够可靠且可重复地创建模拟职业、环境或家庭中暴露于工程纳米材料（ENM）气溶胶的测试环境。

吸入暴露研究通常涉及将实验动物置于已知且恒定的测试环境中，并使其暴露于特定浓度的测试物质中8,9。全身体吸入纳米颗粒暴露系统如图1所示。全身体暴露室在动态气流条件下运行，室内保持90 LPM的持续气流。该气流提供每小时10.8次空气交换，超过美国环境保护署（Environmental Protection Agency）对急性吸入暴露所要求的最低空气交换次数（10.0）7。进气端采用三级空气过滤系统，包括聚结过滤器、高效聚结过滤器和活性炭过滤器（Atlas Copco，瑞典），以去除空气中的水分、灰尘、油蒸气以及（碳氢化合物）气味。另设一套三级空气过滤系统，包括前置纸质过滤器、活性炭过滤器和高效微粒空气（HEPA）过滤器，用于保护排气质量流量控制器。根据西弗吉尼亚大学的要求，排气真空泵出口处采用由TSE Systems设计的四级空气过滤系统。暴露室可容纳8个由TSE Systems提供的不锈钢丝材质动物笼。暴露室内同时暴露的实验动物最大数量为16只大鼠或64只小鼠。实验动物总体积不超过暴露室容积的5%，以确保测试气氛的稳定性，此要求符合美国<...

为开展纳米级二氧化钛（TiO2）吸入毒理学研究，建立了一套全身暴露的纳米颗粒气溶胶吸入暴露系统。该系统可提供满足以下条件的纳米TiO2气溶胶测试环境：1）质量浓度稳定；2）组分均匀且无污染物；3）在气溶胶生成过程中粒径分布保持稳定。

吸入是从事可气溶胶化工程纳米材料（ENM）相关工作的人员最可能的暴露途径。为正确开展纳米颗粒物……

以下实验的总体目标是建立一个用于纳米级二氧化钛吸入毒理学研究的全身纳米颗粒气溶胶暴露设施。首先，使用一种新型的纳米颗粒气溶胶发生器产生纳米颗粒气溶胶；然后，将这些纳米颗粒气溶胶输送至全身吸入暴露舱，以创建模拟职业环境或家庭中工程纳米材料气溶胶暴露的测试环境。接下来，将实验动物暴露于特性明确的纳米二氧化钛气溶胶中，并监测和控制测试环境，以实现预定的颗粒物沉积量。在肺部获得的结果表明，生成并输送至暴露舱的纳米颗粒气溶胶具有稳定的质量浓度、均匀的组分、无污染物且粒径分布稳定。该系统能够可靠且可重复地创建模拟职业环境或家庭中工程纳米材料气溶胶暴露的测试环境。该方法的可视化演示至关重要，因为纳米颗粒气溶胶的生成与表征技术极难掌握，且目前尚无正式的操作手册。此外，诸如我们所研制的纳米颗粒气溶胶发生器等专门设计的仪器，包含多个必须精确控制的变量，才能成功生成气溶胶并对其进行实时表征。本次演示将由我的研究项目成员、研究助理教授Dr. Jing Hay以及首席研究助理Beacon的Mr. Carol McBride共同完成。在进行吸入研究前至少一天开始对二氧化钛纳米颗粒粉末进行预处理。使用适当的个人防护装备，并在通风橱中操作。将200克纳米颗粒粉末放入不透明容器中，并保持容器盖敞开。接下来将容器置于干燥器中，至少干燥24小时，并在实验前至少1小时进行平衡。开启空气监测和数据采集系统。气溶胶监测SMPS。同时打开电源使ELPI启动，让这些系统在通风橱内预热，并穿戴好个人防护装备。打开气溶胶发生器的气瓶盖，更换滤膜。接着，称取约四克经预处理的纳米颗粒粉末，并将其装入一个气瓶中。对每个圆柱体重复上述步骤。完成后，将气溶胶发生器的圆柱盖重新装上，并擦拭所有可能受到纳米粉末污染的区域。将气溶胶发生器移至暴露室。通过一个集流管将气溶胶发生器的所有出口连接至旋风分离器，旋风分离器位于吸入暴露室的入口处。接着，将压缩空气管路连接至气溶胶发生器中的文丘里分散器。首先，将温度、相对湿度、压力、氧气和二氧化碳传感器连接到吸入暴露舱的大气监测端口。然后，将气溶胶稀释器的入口连接到吸入暴露舱的一个气溶胶采样端口，并将其出口连接到电动低压冲击器的入口。接下来，将s和PS连接至一个气溶胶采样口。同时，将颗粒物浓度监测仪的进样口连接至另一个独立的气溶胶采样口。此时，取一个已称重并装入不锈钢滤膜 holder 中的A-P-T-F-E膜滤膜。将滤膜支架的入口连接到吸入暴露舱的一个气溶胶采样口，并将其出口连接至采样泵。现在启动ELPI数据采集软件并检查设置参数。接着打开ELPI真空泵的电源。在此归零后，使用 LPI 测定暴露前浓度。启动 SMPS 数据采集软件并记录暴露前浓度。同时启动用于监测和控制暴露舱环境的软件。称重实验动物后，对动物及其笼具进行标记，以便在需要时将其放回相同的笼子中；打开吸入暴露室的门，将实验动物装入带电线的笼具中。可为动物提供水，然后关闭并固定吸入暴露室的门。经常通过染毒室的观察窗观察动物状态。第一步是打开吸入暴露室的排气真空泵。使用控制与数据采集软件向暴露室供应经过滤的干燥空气，并建立略低于大气压的负压环境，设定压力值为负0.2毫巴。该软件还应收集暴露环境中的压力、温度、相对湿度以及氧气和二氧化碳水平的数据。现在启动气溶胶发生器，当气溶胶浓度稳定后，运行ELPI和SMPS数据采集软件，以持续监测吸入暴露室内的颗粒物粒径及相对质量浓度。在约20分钟内，设置采样时间并启动气溶胶采样泵，以采集具有代表性的纳米颗粒样品。当达到设定的采样时间后，佩戴个人防护装备，取出滤膜，并用橡胶塞堵住采样口，以防止测试材料从暴露舱中逸出。称量滤膜并计算暴露舱内的平均质量浓度。如果平均浓度偏离目标值，需手动调节气溶胶发生器的气流，以确保达到目标浓度。利用这些信息计算颗粒物在动物肺部的沉积量。剂量等于平均质量浓度乘以每分钟通气量，再乘以暴露时间，再乘以沉积或吸收的物质比例。请在滤膜夹中清洁预称重的滤膜。将组件放回暴露室。输入新的采样时间，并再次开启采样泵。采样时间结束时，取出滤膜并封闭采样口。称量滤膜并计算平均质量浓度。确定动物剩余的暴露时间。根据靶向颗粒沉积量及所收集的信息，剩余暴露时间等于靶向剂量与实测剂量之差，再除以平均质量浓度、每分钟通气量以及沉积或吸收的物质比例。当时间到达后，关闭气溶胶发生器。用过滤空气冲洗吸入暴露室，直至颗粒物浓度读数接近暴露前室内的本底浓度。此时关闭暴露室的排气真空泵，并停止控制与数据采集软件。将实验动物从暴露室中取出，送回饲养设施。频繁观察动物，确保实验动物处于舒适状态。关闭其余软件和设备，如本图所示的腔室压力变化。实验过程中，腔室压力随时间被监测并维持在轻微负压状态，以尽量减少测试物质泄漏到实验室环境中。图中红色曲线表示入口流速，黑色曲线表示出口流速，均为随时间变化的函数。流速差异产生了所需的负压。整个体腔以动态气流方式运行，腔内空气持续流动，流速约为每分钟90升。这提供了超过美国环境保护局对急性吸入暴露研究每小时所需的最小换气次数。该图显示了实验期间温度和相对湿度的控制情况。氧气和二氧化碳浓度也如图所示进行了监测。氧气浓度稳定在约21%，二氧化碳浓度稳定在580 ppm。使用ELPI测量颗粒物粒径。左侧为四小时暴露期间颗粒物粒径随时间的变化。右侧为计数值。如图所示，中值空气动力学直径 D 等于 157 纳米。颗粒物粒径使用 SMPS 测定。以下是四小时吸入暴露期间实时质量浓度的一个示例。最终，测定了29次独立的四小时吸入暴露的气溶胶质量浓度，其中目标浓度为每立方米六毫克，以红色标示。该图表明，该系统可为急性吸入暴露提供稳定且可重复的二氧化钛测试气溶胶环境。一旦掌握，若暴露时间为四小时，则该技术可在八小时内完成。在进行此操作时，重要的是要始终正确监测和表征所有测试环境。切勿忘记，操作纳米材料可能具有极高危险性，应采取工程控制等预防措施。进行此操作时，应始终采取特殊的操作规范和个人防护装备。

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Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

全身纳米气溶胶吸入暴露

本文介绍了一种实验方案，用于研究产品在摩擦和环境风化作用下颗粒物的气溶胶化过程。文中展示了以气溶胶形式释放的工程纳米材料的排放结果，并详细描述了特定的实验装置。...

研究产品在磨损和环境风化条件下颗粒气溶胶化的实验方案

我们设计并开发了一种高效的纳米粉末气溶胶化装置及操作方案。该系统能够长时间生成具有稳定粒子数量浓度和粒径分布的纳米颗粒气溶胶，且仅需少量测试材料（最少200...

一种从纳米粉末产生稳定纳米颗粒气溶胶的系统

本文所述的吸入装置能够生成、采样表征，并在啮齿类动物肺部均匀沉积药物气溶胶。这使得能够在临床前评估沉积于肺部的药物剂量的有效性和安全性，为临床吸入药物开发提供关键数据。...

使用鼻部暴露系统向小鼠递送药物的干粉与雾化气溶胶吸入

全球使用电子烟（e-cig）的人数正在增加。然而，关于吸入电子烟气溶胶所引起的健康影响，目前知之甚少。本文介绍一种适用于动物暴露及后续毒理学研究的电子烟气溶胶生成技术。建立可实验重复且标准化的电子烟暴露系统，需要此类实验方案。...

使用第三代电子烟机产生电子烟气溶胶：在毒理学研究中的应用

本文介绍了一种通过气管内滴注聚丙烯酸酯/纳米二氧化硅在大鼠体内构建胸腔积液模型的实验方案。...

大鼠经气管滴注聚丙烯酸酯/纳米二氧化硅诱导胸腔积液模型

设计并验证了一种可同时在四个不同暴露浓度下进行吸入毒性测试的仅鼻暴露吸入毒性舱，该装置已针对各浓度暴露端口的流场均匀性及交叉污染进行了验证。本文介绍了一项确认该设计舱体适用于吸入毒性测试的实验方案。...

开发一种可提供四种纳米颗粒暴露浓度的单鼻吸入毒性试验舱

在此，我们介绍一种用于进行便携式细胞气溶胶暴露并检测细胞反应的实验方案。该方法采用在气液界面培养的细胞，以模拟 体内...

一种新型便携式 体外 气溶胶采样暴露盒

我们介绍一种稳定、可转移且具有预测性的体外暴露系统，通过在气液界面（ALI）暴露培养的人肺细胞，用于筛选和监测空气颗粒物的急性肺部细胞毒性。...

在气液界面暴露培养的人肺细胞评估空气颗粒物的急性吸入毒性

本文介绍了一种从人外周血中分离单核细胞，并将其分化为巨噬细胞和树突状细胞，进而与上皮细胞共同组装成多细胞人肺模型的实验方案。该研究比较了由新鲜分离或冻存后解冻的单核细胞分化而来的免疫细胞所构成的共培养体系，在受到促炎刺激后的生物学反应。...

由上皮细胞和原代免疫细胞组成的用于危害评估的多细胞人类肺泡模型

本文描述了一种体外支气管模型的细胞培养及暴露方法，可用于对颗粒物进行真实、重复的吸入暴露，以开展毒性测试。...

一种用于毒性测试中真实、重复吸入空气颗粒物暴露的气液界面支气管上皮模型

开发用于测试气化大麻馏分的临床前吸入模型

了解全身纳米气溶胶吸入暴露技术，用于纳米二氧化钛毒理学研究。该方法通过新型气溶胶发生器生成稳定均一的纳米颗粒气溶胶，模拟职业与环境暴露场景，为吸入毒性评估提供可靠实验平台。

全身纳米颗粒气溶胶吸入暴露

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