كامل الجسم جسيمات متناهية الصغر الهباء التعرض بالاستنشاق

Summary

شيد A جسيمات متناهية الصغر الهباء الجوي مرفق التعرض استنشاق كامل الجسم لثاني أكسيد التيتانيوم نانو الحجم (تيو

Abstract

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.

Protocol

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.

Representative Results

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 حماية البيئة في الولايات المتحدة عن التعرض استنشاق حاد ^7. تم استخدام نظام الهواء 3 مرحلة التصفية، بما في ذلك مرشح ائتلافه، والكفاءة العالية ائتلافه فلتر وفلتر الكربون النشط (أطلس كوبكو، السويد)، على مدخل الهواء لإزالة أبخرة الماء والغبار والنفط و(الهيدروكربونية) الروائح. نظام الهواء 3 مرحلة التصفية بما في ذلك تصفية ما قبل الورق، مرشح الفحم وفاي HEPAوقد استخدم lter لحماية العادم تحكم تدفق الشامل. لكل طلب جامعة فرجينيا الغربية، وكان يستخدم نظام الهواء 4 مراحل فلتر صمم من قبل أنظمة بورصة طوكيو في مخرج مضخة فراغ العادم. الدائرة التعرض لديه القدرة من السكن 8 أقفاص الحيوانات التي كانت مصنوعة من أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ والتي توفرها أنظمة بورصة طوكيو. الحد الأقصى لعدد حيوانات التجارب منغمسين في الغلاف الجوي في غرفة التعرض هو 16 الجرذان، أو 64 الفئران. لا يتجاوز الحجم الكلي للحيوانات التجارب 5٪ من حجم الدائرة لضمان استقرار جو الاختبار، وهو مطلوب من قبل وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة عن التعرض استنشاق حاد ^7.

تم تصميم مولد الهباء الجوي جسيمات متناهية الصغر واختبارها ^3،10. وهو يتألف من اسطوانة تهتز مميعة (5) مع يربك (4)، وتهتز فنتوري المفرق (6) وفاصل الإعصار، كما هو مبين في الشكل 2. هزاز (10) تعلق على cylindإيه (5) وتنتج الاهتزازات الميكانيكية. مرشح (2) يجلس على الفولاذ المقاوم للصدأ موزع الهواء (1) في الاسطوانة. مسحوق جاف جسيمات متناهية الصغر (3) ليكون مساند رذاذ على التصفية. وفنتوري المفرق (6) موصولة إلى منفذ الخروج على الجزء العلوي من الاسطوانة. وفنتوري المفرق لديه انقباض في أنبوب. ويمكن لطائرة الهواء عالية السرعة التي تهب على انقباض في فنتوري المفرق يخلق فراغا في الأسطوانة، الذي يوجه الهواء النقي والجاف في الاسطوانة من الموانئ تغذية الهواء على الغايات القريبة والبعيدة على حد سواء من خلال الكربون المنشط وHEPA مرشح (9). يتم توصيل فنتوري المفرق مخرج إلى مدخل فاصل الإعصار (7). يتم توصيل مخرج فاصل الإعصار إلى مدخل للغرفة التعرض. في هذا النظام الجيل الهباء الجوي، وتهتز التدفقات القص والانحشار متعددة تستخدم لتفريق تكتلات أكبر، فواصل الجسيمات متعددة تستخدم لإزالة الكتل الكبيرة، والتخفيفات متعددة تستخدم لتقليل إعادة التكتل من الجسيمات. يمكن التحكم في حجم الجسيمات وتركيز كبير من قبل يدويا ضبط الاهتزازات ومعدلات تدفق الهواء من خلال طبقة مسحوق جاف عبر الصمامات (8) و (11).

تيو ₂ الهباء الجوي الناتجة عن نانو تيو ₂ الصب الجاف مسحوق (Aeroxide تيو ₂ P25، ايفونيك، ألمانيا) كانت مخففة وتسليمها إلى دائرة التعرض للاستنشاق في 90 LPM. تم رصد الأجواء اختبار مع ELPI وضبطها يدويا لضمان التعرض متسقة والمعروفة لكل مجموعة حيوانات التجارب. وبالإضافة إلى ذلك، مجموعة الشام تتكون من نفس العدد من حيوانات التجارب وينبغي دائما أن تدرج في الدراسة. سوف يتعرض لحيوانات التجارب تحكم لتنظيف الهواء تصفيتها بدلا من جزيئات الهباء الجوي والنتائج من هذه المجموعة الشام ستستخدم لتقييم الآثار البيولوجية للجسيمات متناهية الصغر الهباء الجوي الاختبار على حيوانات التجارب.

1. الضغط غرفة

SS = "jove_content"> وراقب ضغط الدائرة مع محول الضغط. واستمر الضغط قليلا سلبي (-0.2 ± 0.01 م بار) داخل الغرفة، كما هو مبين في الشكل (3)، من خلال السيطرة على مدخل القاعة ومعدلات تدفق الهواء مخرج لمنع التسرب من مادة الاختبار في المختبر المحيطة بها. من الناحية المثالية غرفة تحتوي على غرفة استنشاق ينبغي أن يكون في الضغط السلبي قليلا.

2. وتدفق الهواء الأسعار ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية

وقد سيطر على معدلات تدفق الهواء مدخل والعادم بواسطة وحدات تحكم تدفق الشامل. كما هو مبين في الشكل (4)، وكان معدل تدفق الهواء مدخل 89.9 ± 0.3 LPM، وكان معدل تدفق الهواء العادم 111.9 ± 0.9 LPM. تم رصد درجة الحرارة والرطوبة النسبية مع درجة الحرارة ومحول RH والتي تسيطر على 22.6 ± 0.4 ° C و 6.9 ± 0.6٪ من خلال التحكم في درجة حرارة الهواء في الغرف ومع humidifهيئة الإنصاف والمصالحة، كما هو مبين في الشكل 5. وفقا لPauluhn ومور التحقيقات تحت الرطوبة النسبية بين 3 و 80٪، التسامح مع الفئران إما جو الرطوبة دون أي آثار محددة ^4.

3. غرفة O ₂ و CO ₂ تركيزات

تم رصد O ₂ و CO ₂ تركيزات باستمرار مع O ₂ ومحللات الغاز CO _2. كما هو مبين في الشكل (6)، وكان O ₂ مستقرا عند 20.79 ± 0.03٪، وكان تركيز CO ₂ 580 ± 25 جزء في المليون.

4. توصيف الهباء الجوي

الهباء الجوي المستخدمة في دراسات الاستنشاق تتميز عادة في الوقت الحقيقي من قبل اثنين من المعلمات التي تصف دالة التوزيع حجم ومعلمة التركيز. تم سحب استمرار تدفق الغلاف الجوي اختبار من المناطق فقط فوق أقفاص الحيوانات في الدائرة من خلال عينةسطر إلى أداة التحليل.

4.1 حجم الجسيمات التوزيع

7A الرقم هو توزيع حجم الجسيمات قياس مع معيار 10 ELPI LPM. العد متوسط ​​قطرها الأيروديناميكي من الجزيئات هو 157 نانومتر. 7B الرقم هو توزيع حجم الجسيمات قياس مع TSI SMPS 3936L75. العد متوسط ​​قطرها التنقل من الجسيمات هو 145 نانومتر مع انحراف معياري قدره 2.3 هندسية. ويبين الشكل 7C التغيير حجم الجسيمات خلال دراسات التعرض للاستنشاق. حجم الجسيمات مستقرة نسبيا خلال الفترة التعرض كله.

4.2 تركيز الهباء

تم رصد بيان التركيز الشامل في الوقت الحقيقي للنانو تيو ₂ الجزيئات في مناطق فقط فوق أقفاص مع ELPI. هو تركيز الجسيمات خلال 4 ساعة / يوم استنشاق الشكل 8A. خلالالتعرض للاستنشاق، تم قياس تركيزات الفعلية باستخدام طرق الجاذبية، وقد أخذت 3-4 القياسات، لحساب الجرعة المستنشقة. تم جمع الجزيئات مع 47 مم المرشحات الغشائية PTFE. تم استخدام توازن دقيق XP2U (متلر توليدو، سويسرا) لوزن الحشو.

تم تحديد التباين خلال تعاملات اليوم وبين يوم نانو تيو ₂ التركيز في غرفة التعرض استنشاق استنادا إلى التركيزات الجاذبية من 29 فرد 4 ساعة / يوم التعرض بالاستنشاق (تركيز استهدفت = 6.0 ملغ / م ^3). تم حساب متوسط ​​تركيز كل تخلل تعاملات اليوم وانحرافه المعياري النسبي (RSD) يعتمد على 3 أو 4 قياسات الجاذبية خلال أن التعرض استنشاق 4 ساعة، كما هو موضح في الشكل 8B. تركيز تخلل تعاملات اليوم لديه وسيلة من 5،3-6،6 ملغ / م ³ مع RSD بين 0.02 و 0.17. تم حساب متوسط ​​تركيز بين يوم وRSD التي تقوم على 29 فرد يعني INTRتركيزات الجاذبية في اليوم. متوسط ​​تركيز بين يوم هو 6.0 ملغ / م ³ مع RSD من 0.06. وأشارت إلى أن نظامنا يمكن أن توفر نانو تيو أجواء مستقرة وقابلة للتكرار الاختبار ₂ لاستنشاق التعرض الحاد.

4.3 مورفولوجيا الهباء الجوي والتركيب العنصري

الهياكل والتراكيب الكيميائية للجزيئات بالغة الأهمية في دراسات علم السموم. تم جمع عينات تيو ₂ على 47 ملم Nuclepore مرشحات البولي (هتما، كلينتون، PA). وقطعت المرشحات إلى أربعة أقسام متساوية؛ وقد شنت قسمين على بذرة الألومنيوم مع معجون الفضة (الفضة الغروية السائل، علوم المجهر الإلكتروني، هاتفيلد، PA). وأودعت كان ينظر تيو ₂ الجسيمات باستخدام هيتاشي 4800 الانبعاثات مجال المسح الضوئي المجهر الالكتروني (FESEM، هيتاشي، اليابان)، وتحليلها أيضا باستخدام الطاقة التشتت تحليل الأشعة السينية (SEM-EDX؛ برينستون غاما التكنولوجيا، روكي هيل، NJ) في 20 كيلو. 2 عينات الهباء الجوي، والرقم 10 هو لطيف تيو ₂ عينات الهباء الجوي. تم فحص أكثر من مائة الجسيمات مع SEM-EDX لضمان أن الجسيمات على مرشح وكانت تتألف حقا من التيتانيوم والأوكسجين، مما يدل على تيو ₂ الجسيمات. في الشكل 10، والكربون هو من مرشح والذهب / البلاديوم هو من الطلاء. استنادا إلى نتائج SEM-EDX، وتألفت كل الجسيمات فحص من التيتانيوم والأوكسجين فقط، مما يدل على أنهم كانوا حقا تيو ₂ الجسيمات.

5. التوحيد التوزيع

الحفاظ على المعايير البيئية المناسبة داخل غرفة غير كافية إذا كان تركيز مركب اختبار ويختلف من موقع إلى آخر ^3. تم قياس تركيزات جسيمات متناهية الصغر في أربعة مواقع مختلفة في مناطق فقط فوق الأقفاص في غرفة التعرض.

وقد تم قياس كتلة الجسيمات في مكان، M _أنا، gravimetrically مع أخذ العينات مرشح والصغرى التوازن. كتلة متوسط ​​من الجسيمات عينات هو

الانحراف النسبي للتركيز كتلة في مكان أنا من متوسط ​​تركيز هو

الحد الأقصى الانحراف النسبي للتركيزات في مواقع مختلفة للقياس من متوسط ​​تركيز هو <6٪. هذا هو في حدود التسامح لحساب المجموعة.

6. يحسب ترسب الجسيمات في الرئتين الحيوان إذا كان هذا الحيوان هو استنشاق تركيز معروف من جو الاختبار خلال فترة التعرض وامتصاص أو أودعت هو معروف جزء، وكمية من مادة الاختبار المودعة ويمكن حساب:

حيث D = الجرعة، C = تركيز مادة الاختبار، V = _M حجم دقيقة، T = مدة التعرض، وF _{r =} الجزء من المواد التي تودع أو استيعابها.

، يمكن تقدير متوسط ​​قيم حجم دقيقة V _متر من كتلة الجسم باستخدام التجريبية متسارعا التحجيم ^1،2 الصيغ. على سبيل المثال، على افتراض الفئران لديها تهوية دقيقة V _م = 200 مل / دقيقة، تركيز التعرض C = 6.2 ملغ / م ^3، ومدة التعرض T = 4 الموارد البشرية، جزء من ترسب المواد F _R = 0.1، ثم ترسب الرئة يحسب D = 30 ميكروغرام.

الشكل 1. مرفق استنشاق التعرض 1 = غرفة التعرض؛ 2 = منخفض كهرباء المسبار الضغط؛ 3 = الهباء مولد؛ 4 = الضوئي التنقل بحجم الجسيمات.

الشكل 2. الرسم التخطيطي من TiO2 النانو مولد الهباء الجوي 1 = موزع الهواء؛ 2 = مرشح؛ 3 = تيو ₂ مسحوق جاف؛ 4 = يربك؛ 5 = اسطوانة؛ 6 = فنتوري المفرق؛ 7 = فاصل الإعصار؛ 8 = صمام (تمييع الهواء) ؛ 9 = فحم ومرشح HEPA؛ 10 = هزاز؛ 11 = صمام (الهواء من خلال مسحوق جاف).

ogether.within الصفحات = "دائما">
الشكل (3). واستمر الضغط غرفة. ضغط سلبي قليلا في غرفة في -0.2 م بار (ضغط المستهدفة). بمجرد الضغط هو الضغط قبالة المستهدفة (طفرات)، ونظام التحكم في ضبط الضغط إلى الضغط المستهدفة.

الشكل 4. غرفة مدخل ومخرج معدلات تدفق الهواء. متوسط ​​مدخل معدل تدفق الهواء = 89.9 LPM، والعادم معدل تدفق الهواء = 111.9 LPM للحفاظ على الضغط السلبي قليلا في الغرفة.

الشكل 5. غرفة درجة حرارة ورطوبة نسبية. متوسط ​​درجة الحرارة erature = 22.6 ± 0.4 درجة مئوية، في حين أن RH هي 6.9 ± 0.6٪.

الشكل (6). غرفة O ₂ و CO _2. وO ₂ هو 20.79٪، وCO ₂ هو 580 جزء في المليون.

الرقم 7. . تيو ₂ توزيع حجم الهباء الجوي A) ELPI، عد قطرها الأيروديناميكي متوسط ​​D _ف = 157 نانومتر؛ B) SMPS، عد متوسط ​​قطرها التنقل D _ز = 145 نانومتر مع انحراف معياري σ هندسية _غرام من 2.3 C) حجم الجسيمات مقابل الوقت. من ELPI. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

إعادة 8A "SRC =" / files/ftp_upload/50263/50263fig8A.jpg "/>
الرقم 8A. 4 الموارد البشرية تيو ₂ تركيز كتلة الهباء الجوي.

8B الشكل. تيو ₂ تركيزات كتلة الهباء الجوي من 29 فرد 4 استنشاق ساعة.

الشكل 9. الميكروسكوب SEM من تيو ₂ الهباء الجوي. A) توزيع الجسيمات النموذجية على 47 ملم التصفية. B) السهم الأحمر، 1.78 ميكرون. C) السهم الأصفر، 159 نانومتر. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

50263fig10.jpg "/>
الشكل 10. طائفة من تيو ₂ عينة الهباء الجوي. الكربون هو من مرشح والذهب / البلاديوم هو من الطلاء. استنادا إلى نتائج SEM-EDX، وتألفت كل الجسيمات فحص من التيتانيوم والأوكسجين فقط، مما يدل على أنهم كانوا حقا تيو ₂ الجسيمات.

Discussion

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 لأعداد كبيرة من الحيوانات، أو دراسات على المدى الطويل. في هذه القاعة الكبيرة كامل الجسم، حيوانات التجارب هي غير المقيد، ومريحة ويتم التقليل من الإجهاد الحراري. فإن القيود الرئيسية من التعرض هو أن حيوانات التجارب مغمورة في الغلاف الجوي في غرفة التعرض. يمكن أن يحدث سبل تعرض أخرى مثل التعرض عن طريق الفم والجلد. أيضا، في نظام كامل الجسم، مطلوب كمية كبيرة من المواد السائبة becauSE من أكبر معدل تدفق مدخل. على سبيل المثال، في هذا النظام مع م غرفة التعرض 0.5 ^3، ومعدل تدفق الهواء الداخل هو 90 LPM، في حين أن الأنف فقط نظام التعرض للاستنشاق 12 ميناء، ومعدل تدفق الهواء الداخل هو 12 LPM. ولذلك، يجب النظر في التكلفة وتوافر المواد السائبة عند التخطيط دراسات التعرض للاستنشاق.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Inhalation exposure system	TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Germany
Air monitoring system	TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Germany
Titanium dioxide Aeroxide P25	Evonik, Germany
Scanning mobility particle sizer-3936L75	TSI Inc., Shoreview, MN
Electric low pressure impactor, Standard 10 LPM	Dekati, Tampere, Finland
Ultra Micro Balance, XP2U	METTLER TOLEDO, Switzerland
Field Emission Scanning Electron Microscope-S-4800	Hitachi, Japan
Energy dispersive X-ray analysis	Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, N.J.
Nuclepore polycarbonate filters	Whatman, Clinton, PA
PTFE membrane filters	Pall corporation, Ann Arbor, Michigan