Name: 提供纳米颗粒四种曝光浓度的单鼻子吸入毒性试验室的研制 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-18T12:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 7 s
Description: 了解符合OECD指南的单鼻吸入毒性测试室的设计与验证方法。该多浓度暴露室可同时测试四种浓度，具有良好的气流均匀性和低交叉污染特性，为小型研究机构提供经济高效的吸入毒理学研究工具。

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本研究由韩国产业通商资源部通过韩国产业技术评价院资助，项目编号为10052901，项目名称为“商用高可用性纳米材料吸入毒性检测系统的开发”。 &amp;#38; 能源

1. 数值分析方法
<ol>
	<li>根据图1和表114中描述的几何形状，对腔室内部的流场进行分析。 
	注意：根据几何形状对流场进行数值分析，可预测气溶胶的流动，并将其评估为可测试的装置。</li>
	<li>设计腔室为4层×12列，共48个端口，其核心分为内塔和外塔，如图1B所示。 
	注意：每层设有12个暴露端口，用于放置实验动物。应满足经合组织（OECD）指南文件（GD）396中提出的建议。</li>
	<li>对于单浓度暴露，将混合板置于内塔顶部，以混合测试物质并确保各层之间的浓度均匀；对于多浓度暴露，通过分隔盘将内塔分为四层，以实现不同暴露浓度的分离。 
	注意：混合板</li>
</ol>
2. 实验评估的准备
<ol>
	<li>腔室
	<ol>
		<li>将腔室分为三个部分：进气口、鞘气层和排气口，如示意图所示（图2）。 
		注：进气口是气溶胶流入内腔的位置，鞘气层是内外塔之间用于额外气流通过的空间。</li>
		<li>将气溶胶（或测试物质）输送至内塔及实验动物，而动物呼出的含有过量气溶胶的气体则随鞘气一起通过排气口排出。 
		注：动物固定装置处于封闭且空置状态。</li>
		<li>使用鼓风机和变频器保持腔室内压力恒定，因为内腔静压由鞘气气流控制。</li>
		<li>设计设备以测量单浓度暴露情况下位于鼻部暴露腔前端混合腔中测试气溶胶（或物质）浓度的均匀性。 
		注：可通过粒子数浓度和粒径分布评估测试气溶胶的均匀性。对于气体和蒸气，各腔室浓度样本与平均腔室浓度的偏差不得超过±10%；对于液体或固体气溶胶，偏差不得超过±20%4,5,6,7,8。因此，当测试粒子浓度不稳定时，可将气溶胶气流通过排气扇旁路排出。</li>
		<li>检查是否存在泄漏，通过确认系统在±500 Pa条件下保持密闭30分钟，以验证试验的可靠性并确保安全性。 
		注：可通过皂泡法检测泄漏。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>环境控制与监测
	<ol>
		<li>在用户界面的控制设置中，将气溶胶（单浓度/多浓度）和鞘气的总进气流量分别设定为48 L/min或44 L/min（单浓度或多浓度）以及20 L/min，并将腔室内压力恒定维持在−100 Pa。</li>
		<li>将温度和湿度分别维持在23 °C和45%。使用加湿器控制暴露空气的湿度。</li>
		<li>在恒温恒湿受控环境中进行实验，以符合OECD吸入毒性试验指南4,6,7,8的要求。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>气流均匀性测量
	<ol>
		<li>通过由质量流量控制器（MFC）控制的、配备HEPA过滤器的洁净空气供应系统，向吸入腔输送48 L/min的洁净空气。 
		注：洁净空气需经HEPA过滤器过滤后获得。</li>
		<li>在单浓度暴露情况下，利用混合腔使气流达到稳定。</li>
		<li>在多浓度暴露情况下，将供气喷嘴连接至一个端口，用于注入新鲜对照空气或测试气溶胶（或物质）。</li>
		<li>使用质量流量计测量每个端口的气流速度。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>粒子发生
	<ol>
		<li>使用五喷嘴雾化器生成NaCl纳米粒子，以评估吸入腔的设计性能。 
		注：使用0.1%wt的NaCl溶液生成NaCl纳米粒子。</li>
		<li>调节MFC以控制NaCl气溶胶混合空气的产量，在单浓度暴露时为48 L/min，在多浓度暴露时每四个阶段为12 L/min。 
		注：每个鼻部暴露腔的每个端口接收1 L/min的气流（即：48端口/鼻部暴露腔（四阶段）；48端口/四阶段；12端口/阶段）。</li>
		<li>在旁路中供应洁净空气用于稀释。 
		注：NaCl纳米粒子的计数中值直径和几何标准偏差分别维持在76 nm和1.4以内。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>粒子均匀性测量
	<ol>
		<li>使用由差分迁移率分析仪（DMA）和冷凝粒子计数器（CPC）组成的扫描迁移率粒径谱仪（SMPS），测量从注射喷嘴释放出的NaCl纳米粒子的粒径分布。</li>
		<li>使用Am气溶胶中和器去除粒子的静电荷，减少粒子在腔壁上的沉积，从而提高测量效率18。</li>
		<li>保持DMA中气溶胶与鞘气的流量比为1:10，使气溶胶和鞘气的流量分别维持在1 L/min和10 L/min。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 流速均匀性测试
<ol>
	<li>多浓度暴露
	<ol>
		<li>通过气溶胶入口以 11 L/min 的流速通入洁净空气，设定注射喷嘴的流速。为四个阶段中的每一个阶段选择 11 个喷嘴端口。</li>
		<li>连接流量计至选定的喷嘴，测量流速。</li>
		<li>重复步骤 3.1.2 三次，以验证可重复性。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>单浓度暴露
	<ol>
		<li>通过气溶胶入口以 48 L/min 的流速通入洁净空气，设定注射喷嘴的流速。从 48 个端口中随机选择 24 个喷嘴端口。测量三次以验证可重复性。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 颗粒均匀性测试
<ol>
	<li>多浓度暴露
	<ol>
		<li>通过气溶胶入口以11 L/min的流速输送生成的颗粒，设定喷嘴的粒径分布（按第2节所述操作）。</li>
		<li>从四个阶段中随机选取六个喷嘴端口；重复测量3次，以验证可重复性。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>单浓度暴露
	<ol>
		<li>通过气溶胶入口以20 L/min的流速输送生成的颗粒，同时以28 L/min的流速通入洁净空气，总流速为48 L/min，从而设定喷嘴的粒径分布（如2.4和2.5节所述）。</li>
		<li>从四个阶段中随机选取六个喷嘴端口。</li>
		<li>测量颗粒浓度，将SMPS连接至所选喷嘴。</li>
		<li>重复步骤4.2.3三次，以验证可重复性。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 交叉污染测试
<ol>
	<li>在多浓度暴露情况下设置三个阶段。</li>
	<li>将两个装有不同溶液浓度的发生器和一条洁净空气管路分别连接至三个阶段。</li>
	<li>通过气溶胶入口以11 L/min的流速输送生成的颗粒物和洁净空气（如2.4和2.5所述），设定喷嘴的粒径分布。</li>
	<li>从所有三个阶段中随机选择一个端口喷嘴。</li>
	<li>测量颗粒物浓度，将SMPS连接至所选端口。</li>
	<li>重复步骤5.5共15次，以验证可重复性。</li>
</ol>

<ol><li>Phalen, R. F. Methods in Inhalation Toxicology. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPhalen%2C+RF+%22Inhalation+Exposure+Methods%22">Inhalation Exposure Methods</a>. Phalen, R. F. , CRC Press. Boca Raton, FL. 69-84 (1997).</li>
<li>Moss, O. R., James, R. A., Asgharian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+exhaled+air+on+inhalation+exposure+delivered+through+a+directed-flow+nose-only+exposure+system%5BTitle%5D)+AND+%22Inhalation+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Influence of exhaled air on inhalation exposure delivered through a directed-flow nose-only exposure system.</a> Inhalation Toxicology. 18, 45-51 (2006).</li>
<li>White, F. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWhite%2C+FM+%22Fluid+Mechanics%22">Fluid Mechanics</a>. , McGraw-Hill. New York, NY. (2004).</li>
<li>OECD TG 403. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22OECD+guideline+of+the+testing+of+chemicals+403%3A+Acute+inhalation+toxicity+testing%22">OECD guideline of the testing of chemicals 403: Acute inhalation toxicity testing</a>. , OECD. Paris, France. (2009).</li>
<li>OECD TG 436. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22OECD+guideline+of+the+testing+of+chemicals+436%3A+Acute+inhalation+toxicity+-+Acute+Toxic+Class+Method%22">OECD guideline of the testing of chemicals 436: Acute inhalation toxicity - Acute Toxic Class Method</a>. , OECD. Paris, France. (2009).</li>
<li>OECD GD 39. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Series+on+testing+and+assessment+Number+39%3A+Guidance+document+on+acute+Inhalation+toxicity+testing%22">Series on testing and assessment Number 39: Guidance document on acute Inhalation toxicity testing</a>. , OECD. Paris, France. (2009).</li>
<li>OECD TG 412. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22OECD+guideline+of+the+testing+of+chemicals+412%3A+Subacute+inhalation+toxicity+testing%22">OECD guideline of the testing of chemicals 412: Subacute inhalation toxicity testing</a>. , OECD. Paris, France. (2018).</li>
<li>OECD TG 413. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22OECD+guideline+of+the+testing+of+chemicals+413%3A+Subchronic+inhalation+toxicity+testing%22">OECD guideline of the testing of chemicals 413: Subchronic inhalation toxicity testing</a>. , OECD. Paris, France. (2018).</li>
<li>Cannon, W. C., Blanton, E. F., McDonald, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+flow-past+chamber%3A+an+improved+nose-only+exposure+system+for+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22American+Industrial+Hygiene+Association+Journal%22%5BJournal%5D)">The flow-past chamber: an improved nose-only exposure system for rodents.</a> American Industrial Hygiene Association Journal. 44, 923-928 (1983).</li>
<li>Oldham, M. J., Phalen, R. F., Robinson, R. J., Kleinman, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+a+portable+whole-body+mouse+exposure+system%5BTitle%5D)+AND+%22Inhalation+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Performance of a portable whole-body mouse exposure system.</a> Inhalation Toxicology. 16, 657-662 (2004).</li>
<li>Oldham, M. J., Phalen, R. F., Budiman, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+Predicted+and+Experimentally+Measured+Aerosol+Deposition+Efficiency+in+BALB%2FC+Mice+in+a+New+Nose-Only+Exposure+System%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Comparison of Predicted and Experimentally Measured Aerosol Deposition Efficiency in BALB/C Mice in a New Nose-Only Exposure System.</a> Aerosol Science and Technology. 43, 970-997 (2009).</li>
<li>Tuttle, R. S., Sosna, W. A., Daniels, D. E., Hamilton, S. B., Lednicky, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+assembly%2C+and+validation+of+a+nose-only+inhalation+exposure+system+for+studies+of+aerosolized+viable+influenza+H5N1virus+in+ferrets%5BTitle%5D)+AND+%22Virology+Journal%22%5BJournal%5D)">Design, assembly, and validation of a nose-only inhalation exposure system for studies of aerosolized viable influenza H5N1virus in ferrets.</a> Virology Journal. 7, 135(2010).</li>
<li>Jeon, K., Yu, I. J., Ahn, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+newly+developed+nose-only+inhalation+exposure+chamber+for+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Inhalation+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Evaluation of newly developed nose-only inhalation exposure chamber for nanoparticles.</a> Inhalation Toxicology. 24 (9), 550-556 (2012).</li>
<li>Ji, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twenty-Eight-Day+Inhalation+Toxicity+Study+of+Silver+Nanoparticles+in+Sprague-Dawley+Rats%5BTitle%5D)+AND+%22Inhalation+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Twenty-Eight-Day Inhalation Toxicity Study of Silver Nanoparticles in Sprague-Dawley Rats.</a> Inhalation Toxicology. 19, 857-871 (2007).</li>
<li>Ostraat, M. L., Swain, K. A., Krajewski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SiO2+Aerosol+Nanoparticle+Reactor+for+Occupational+Health+and+Safety+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Occupational+and+Environmental+Hygiene%22%5BJournal%5D)">SiO2 Aerosol Nanoparticle Reactor for Occupational Health and Safety Studies.</a> Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 5, 390-398 (2008).</li>
<li>Pauluhn, J., Thiel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+approach+to+validation+of+directed-flow+nose-only+inhalation+chambers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Toxicology%22%5BJournal%5D)">A simple approach to validation of directed-flow nose-only inhalation chambers.</a> Journal of Applied Toxicology. 27, 160-167 (2007).</li>
<li>Aitken, R. J., Creely, K. S., Tran, C. L. Nanoparticles: An occupational hygiene review, Research Report 274. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.hse.gov.uk/research/rrpdf/rr274.pdf">http://www.hse.gov.uk/research/rrpdf/rr274.pdf</a> (2004).</li>
<li>Hansen, S. Charging of aerosol particles - An investigation of the possibility of using Americium-241 for SMPS chargers. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8950313">http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8950313</a> (2018).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

目前，吸入毒性测试是评估人类呼吸系统吸入的气溶胶材料（颗粒物和纤维）、蒸气和气体的最佳方法14,15。吸入暴露方法有两种：全身体暴露和仅鼻部暴露。然而，仅鼻部暴露系统可最大限度减少通过皮肤和眼睛等非吸入途径的暴露，并允许使用极少量的受试物质进行测试，因此被经济合作与发展组织（OECD）吸入毒性测试指南推荐为首选暴露方法，适用于急性4,6、亚急性7和亚慢性8毒性测试。
标准的吸入毒性实验系统需要四个染毒室（新鲜空气对照组以及低、中、高三个浓度组），因此该操作成本较高、占用空间大，并且需要配备试验物质发生系统和环境控制系统。然而，本文介绍的多浓度吸入染毒室在未来可为小型研究机构提供更为经济的解决方案。该多浓度吸入染毒室基于单浓度染毒室，通过数值分析方法设计和开...

吸入毒性测试是评估化学物质、颗粒物、纤维和纳米材料风险的最可靠方法1,2,3。因此，当化学物质、颗粒物、纤维和纳米材料的暴露途径为吸入时，大多数监管机构均要求提交吸入毒性测试数据4,5,6,7,8。目前，吸入毒性系统主要有两种类型：全身体暴露系统和仅鼻部暴露系统。标准的吸入毒性测试系统，无论是全身体暴露还是仅鼻部暴露，均需至少四个暴露舱，用于使大鼠和小鼠暴露于四种不同浓度下，即新鲜空气对照组以及低、中、高三个浓度组7,8。经济合作与发展组织（OECD）的测试指南建议，所选的目标浓度应能够识别出靶器官，并显示出明确的浓度-反应关系7,8。高浓度水平应产生明显的毒性效应，但不应导致动物死亡或出现可能致死或妨碍对结果进行有意义评估的持续性症状7,8。在满足颗粒物粒径分布标准的前提下，可达到气溶胶的最大可实现浓度或高浓度水平。中等浓度水平应合理设置，以在低浓度与高浓度之间产生毒性效应的梯度变化7,8。低浓度水平最好为未观察到有害效应浓度（NOAEC），应几乎不产生或完全不产生毒性迹象7,8。全身体暴露舱使动物在金属网笼中处于无束缚状态进行暴露，而仅鼻部暴露舱则使动物在受限的管状装置中处于束缚状态进行暴露。这种束缚可防止气溶胶从动物周围泄漏而造成损失。由于全身体暴露舱体积较大，需要使用大量测试样品才能对实验动物进行暴露；而仅鼻部暴露系统中的管状束缚会限制动物活动，可能导致不适或窒息。尽管如此，监管用的OECD吸入毒性测试指南更推荐使用仅鼻部吸入暴露系统4,5,6,7,8。
然而，容纳四腔室系统（无论是全身暴露式还是仅鼻部暴露式）成本高昂、占用空间大，且需要内置空气净化与循环系统。此外，四腔室系统还可能需要独立的受试物发生装置，以使动物暴露于目标浓度，以及独立的检测设备来监测受试物浓度。因此，由于标准吸入毒性试验需要大量投入，在小型研究机构中亟需开发一种更便捷、经济的全身或仅鼻部暴露系统。在设计吸入暴露室时，通常还采用计算流体动力学（CFD）建模，以实现颗粒物、气体或蒸气分布的均匀性9,10,11,12,13。已有研究通过数值分析对小鼠全身暴露室进行评估，并结合实验结果进行了验证10。例如，已利用CFD对气流和颗粒物运动轨迹进行建模，并在全身暴露室的九个区域测量了颗粒物分布的均匀性10。此外，也已通过CFD数值分析对仅鼻部暴露室进行了评估13。随后，通过将数值分析结果与使用纳米颗粒的实验研究进行比较，进一步完成了对仅鼻部暴露室的评估13。
本研究介绍了一种仅暴露实验动物鼻部的吸入暴露舱系统，该系统可在同一暴露舱内使动物接触四种不同浓度的气溶胶。该系统首先通过计算流体动力学（CFD）和数值分析进行设计，随后利用纳米级氯化钠颗粒开展实验研究，以验证暴露舱内气流的均匀性及交叉污染情况。研究结果表明，该仅暴露鼻部的暴露舱能够实现四种不同浓度的同时暴露，适用于小规模学术机构和科研单位的动物暴露实验。数值分析的设置与实验条件保持一致：在单浓度暴露条件下，内层塔的气溶胶流量设定为48 L/min，外层塔的鞘气流量设定为20 L/min；在多浓度暴露条件下，每一级内层塔入口的气溶胶流量均为11 L/min。出口压差维持在-100 Pa，以确保排气顺畅并防止泄漏。假设动物固定装置处于封闭且空置状态。

<table><tbody><tr><td>FLUENT V.17.2&amp;nbsp;</td><td>ANSYS</td><td></td><td>软件</td></tr><tr><td>质量流量计 (MFM)</td><td>TSI</td><td>4043</td><td></td></tr><tr><td>SMPS（扫描迁移粒径谱仪）</td><td>Grimm&amp;nbsp;</td><td>SMPS+C</td><td></td></tr><tr><td>五喷嘴雾化器&amp;nbsp;</td><td>HCTM</td><td>5JA-1000</td><td></td></tr><tr><td>质量流量控制器 (MFC)</td><td>Horiba</td><td>S48-32</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles

基于计算流体动力学的数值分析，设计并验证了一种具有四种不同暴露浓度的单鼻暴露吸入毒性试验舱，用于评估各浓度组暴露端口之间的流场均匀性及交叉污染情况。将设计的流场数值与水平和垂直位置上各暴露端口的实际测量值进行比较。为此，采用纳米级氯化钠颗粒作为测试颗粒，将其引入吸入舱内，以评估各浓度组之间舱室的交叉污染情况及浓度维持能力。结果表明，所设计的多浓度吸入毒性试验舱可用于动物吸入毒性试验，且各浓度组之间无交叉污染。此外，该多浓度吸入毒性试验舱亦可转换为单浓度吸入试验舱。通过气体、有机蒸气或非纳米级颗粒的进一步测试，将有助于验证该试验舱在其他测试物质吸入试验中的适用性。

实验装置
图1展示了基于本方案第2节的单鼻吸入暴露系统示意图，包括带有质量流量控制器（MFC）的气溶胶发生器、单鼻暴露腔、用于监测空气质量的颗粒物测量仪器、控制器和排气模块。
数值分析设计
图2展示了用于多浓度暴露（图2A）和单浓度暴露（图2B）的仅鼻部吸入暴露舱的结构示意图。对照用的新鲜空气进气口位于顶部，而低、中、高浓度进气口如图2A</str...

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。

基于计算流体动力学的数值分析，一种具有四种不同暴露浓度的仅鼻吸入式毒性暴露舱是……

我们提出了一种符合经济合作与发展组织（OECD）关于单浓度和多浓度暴露吸入毒性测试指南的试验方案。该多浓度吸入暴露舱可同时测试多达四个暴露浓度，对于小型研究机构而言更具经济性。开始单浓度暴露舱测试时，应先将暴露舱密封，并分别在正500帕和负500帕的表压下各保持30分钟，检查是否存在泄漏。然后，将洁净空气的温度设置为23摄氏度，相对湿度设置为45%。以每分钟48升和20升的流量，分别向气溶胶入口和鞘气管路通入洁净空气。将排风压差设置为负100帕斯卡。待流动稳定后，从每一层中随机选取三个端口测量流速，以确认流动均匀。流速应约为每分钟1升。重复测量两次。接下来，停止气流，将质量分数为0.1%的氯化钠溶液加入气溶胶发生系统。以洁净空气为载气，以每分钟20升的流量开始气溶胶发生。用每分钟28升的洁净空气稀释气溶胶。建立粒径测量系统，并从腔室的每一级中随机选取三个端口。对每个选定端口的粒径分布进行三次测量。开始设置多浓度腔室时，应检查其是否存在泄漏，并将洁净空气供应设置为23摄氏度和45%相对湿度。将排气设置为维持负100帕斯卡的压差。然后，将洁净空气源连接至顶部舱室的接口，并以每分钟11升的流速开始向舱室内通入洁净空气。待气流稳定后，在顶部舱室每个可用接口处分别测量三次气流速度。对其他三个隔室重复此过程。然后，将质量分数为0.1%的氯化钠溶液加入气溶胶发生器中。设置气溶胶稀释系统，以产生流速为11升/分钟的气溶胶气流。将气溶胶入口连接至顶部隔室，等待气流稳定后，从该隔室中随机选取六个端口。使用粒径测量系统在每个端口处重复测量三次粒径分布。对每个隔室重复此过程。完成后，用洁净空气冲洗各舱室30分钟。然后，将洁净空气进气口连接至顶部舱室，并以每分钟11升的流速通入洁净空气。将气溶胶稀释系统设置为低浓度和高浓度气溶胶流，流速均为每分钟11升。将低浓度气流管路连接至第二高隔间，高浓度气流管路连接至底部隔间。等待10分钟，使气流稳定。随后，从三个隔间中各随机选取一个端口，对每个选定端口分别测量气溶胶浓度15次，以检测是否存在交叉污染。单浓度和多浓度暴露室在每个水平层面均表现出良好的气流均匀性。归一化气流值接近系统建模过程中计算所得的数值。在单浓度暴露室中，垂直方向的气流均匀性也表现良好。多浓度舱每个隔室仅有一层端口，因此无法进行直接的垂直均匀性测量。两种舱体内的颗粒浓度在水平方向上均具有均匀性，而单浓度舱在垂直方向上也具有均匀性。多浓度舱不同隔室中的气溶胶浓度在15次测量中表现出较小的差异，表明隔室之间交叉污染极小。在整个实验过程中，尤其是在进行实验性交叉污染测试的性能评估时，检查结果的可重复性至关重要。通过将实验结果与腔室系统的计算流体动力学模拟进行比较，可以进一步扩展性能评估测试。

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科研

JoVE Journal

Engineering

工程

提供纳米颗粒四种曝光浓度的单鼻子吸入毒性试验室的研制

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。...

全身纳米颗粒气溶胶吸入暴露

本方案旨在演示细胞培养物暴露于吸入性有毒化学物质的方法。将分化后的气液 界面（ALI）培养的气道上皮细胞暴露于有毒气体（如氯气）中，可为气道暴露提供一种独特的模型。本文描述了氯气暴露对上皮细胞气液 界面培养体系以及心肌细胞浸没培养体系的影响。体外暴露系统可实现重要的机制性研究，用于评估相关通路，进而推动新型治疗药物的开发。...

体外细胞培养模型用于吸入性有毒化学物检测

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

采用包含冷凝粒子计数器、光学粒子计数器以及用于收集滤膜样品以进行显微镜分析的采样口的腔室系统来测试纳米颗粒的释放。该腔室系统可有效用于纳米材料释放的测试，获得可重复且一致的数据范围。...

使用腔室系统检测含纳米材料复合物中纳米颗粒的释放

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

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

了解符合OECD指南的单鼻吸入毒性测试室的设计与验证方法。该多浓度暴露室可同时测试四种浓度，具有良好的气流均匀性和低交叉污染特性，为小型研究机构提供经济高效的吸入毒理学研究工具。

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

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