Whole-Body Nanoparticle Aerosol Inademing blootstellingen

Summary

Een hele lichaam aërosol inhalatie blootstelling faciliteit nanodeeltjes werd gebouwd voor nano-sized titaandioxide (TiO

Abstract

Inademing is de meest waarschijnlijke blootstellingsroute voor mensen werken met aerosolizable gemanipuleerde nano-materialen (ENM). Aan nanodeeltjes inhalatie toxicologisch onderzoek goed uit te voeren, de aërosolen in een kamer waar de proefdieren moeten: 1) een constante concentratie gehandhaafd op een gewenst niveau voor de gehele periode de blootstelling; 2) een homogene samenstelling vrij van verontreinigingen, en 3) een stabiele grootteverdeling met een geometrische gemiddelde diameter van <200 nm en een geometrische standaardafwijking σ _g <2.5 ^5. Het genereren van aërosolen met nanodeeltjes is heel uitdagend, omdat nanodeeltjes gemakkelijk agglomeraat. Dit is grotendeels te wijten aan sterke krachten tussen de deeltjes en de vorming van grote fractalstructuren in tientallen of honderden micron ^6, die moeilijk te worden opgebroken worden. Een aantal gemeenschappelijke aërosols, waaronder vernevelaars, wervelbedden, Venturi afzuigers en de Wright stof voer, weopnieuw getest, maar niemand was in staat om nanodeeltjes aërosolen die aan alle criteria voldoen ⁵ produceren.

Een hele lichaam aërosol inhalatie blootstelling systeem nanodeeltjes werd gefabriceerd, gevalideerd en gebruikt voor _nano-TiO2 inhalatie toxicologische studies. Kritische componenten: 1) nieuwe _nano-TiO2 Aërosolgenerator; 2) 0,5 m ³ whole-body exposure kamer inademing, en 3) de monitor en controlesysteem. _Nano-TiO2 aërosolen gegenereerd bulk droge _nano-TiO2 poeder (primaire diameter van 21 nm, stortdichtheid van 3,8 g / cm ³⁾ werden in de blootstellingskamer bij een stroomsnelheid van 90 LPM (10,8 luchtverversing / hr) . Deeltjesgrootteverdeling en massaconcentratie profielen werden continu gemeten met een scanning mobiliteit deeltje Sizer (SMPS), en een elektrische lage druk impactor (ELPI). De aërosolmassa concentratie (C) werd gravimetrisch geverifieerd (mg / m ^3). De massa (M) Van de verzamelde deeltjes werd bepaald als M = (M _{na pre} M), waarbij M en M _{pre Post} zijn massa van het filter vóór en na de monstername (mg). De massaconcentratie werd berekend als C = M / (Q * t), waarbij Q bemonstering debiet ^(m3 / min), en t de bemonsteringstijd (minuut). De kamerdruk, temperatuur, relatieve vochtigheid (RH), _O2 en _CO2 concentraties werden gecontroleerd en continu gecontroleerd. _Nano-TiO2 aërosolen op Nuclepore filters opgevangen werden geanalyseerd met een scanning elektronenmicroscoop (SEM) en energie-dispersieve X-stralen (EDX) analyses.

Samengevat, melden wij dat de nano-deeltjes aërosolen opgewekt en geleverd aan onze belichtingskamer hebben: 1) steady massaconcentratie; 2) homogene samenstelling vrij van verontreinigingen; 3) stabiele deeltjesgrootteverdelingen met een count-mediaan aerodynamische diameter van 157 nm tijdens aërosol generatie. Dit systeem betrouwbaar en herhaaldelijk testen creëert sferen die beroeps, ENM aerosol milieu of woning te simuleren.

Protocol

De nanodeeltjes inademing stap voor stap werkwijzen hele lichaam worden beschreven als volgt.

Opmerking: 1) de stappen 1 en 3 moeten worden uitgevoerd in een zuurkast, 2) de marktdeelnemer moet de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen te dragen (maskers, brillen en handschoenen).

1. Conditioning TiO ₂ Nanoparticle Dry Poeders

1. Plaats _nano-TiO2 poeder in een ondoorzichtig container.
2. Laat het deksel open is.
3. Plaats de container op een droge exsiccator gedurende ten minste 24 uur voor de conditionering.

2. Warming-up Data Acquisition and Control System, SMPS en ELPI en All transducers

1. Schakel de monitoring van de lucht-en data-acquisitiesysteem en power schakelaars voor aerosol bewaking SMPS (TSI Inc, Shoreview, MN) en ELPI (Dekati, Tampere, Finland), en warm de systemen gedurende ten minste 1 uur.
2. Schakel de stroom inschakelaars in alle omzetters om ze op te warmen gedurende ten minste 1 uur.

3. Laden _TiO2 nanodeeltjes droge poeders in aërosols

1. Open de cilinder doppen op de aërosols, en vervang de filters in de aërosols. Opmerking: Een aerosol generator heeft een cilinder. Het aantal aërosols worden gebruikt afhankelijk van de gewenste massaconcentratie van de deeltjes in blootstellingskamer.
2. Weeg ~ 4 g _nano-TiO2 poeders en laad ze in elke cilinder.
3. Vervang de cilinder kappen.
4. Alle gebieden vermoeden van TiO ₂ besmetting moeten worden nat afgeveegd.

4. Aansluiten Aerosol Generators om Inademing Blootstelling Chamber

1. Sluit de uitgangen van de aërosols via een verdeelstuk naar een cycloon die aan de inlaat van de blootstellingskamer inhalatie (TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Duitsland).
2. Sluit perslucht slang aande Venturi verspreidingen in de aërosols.

5. Aansluiten Air Monitoring en Aerosol Sampling inlaten aan de Inademing Blootstelling Kamer

1. Sluit temperatuur & relatieve vochtigheid (RV), druk, O ₂ en CO _2-sensoren door TSE-systemen geleverd aan de controle poorten sfeer te testen op de blootstelling kamer inademing.
2. Sluit de inlaat van een aerosol dilutor een van de aerosol bemonsteringsopeningen op blootstellingskamer inademing en sluit de uitlaat naar de inlaat van de ELPI.
3. Sluit SMPS een van de aerosol bemonsteringsopeningen op blootstellingskamer inademing.
4. Sluit inlaat van een deeltjesconcentratie monitor (TSE Systems) aan een van de aerosol monstertrekpoorten de blootstellingskamer.
5. Weeg PTFE membraanfilter (P / N 66149, Pall Corporation, Ann Arbor, Michigan) en laad filter in een roestvrij stalen filterhouder (In-Tox producten, Moriarty NM).
6. Sluit de inlaat vande roestvrij stalen filterhouder met een vooraf gewogen filter om een ​​van de aerosol bemonsteringsopeningen op blootstellingskamer inademing en sluit de uitlaat een aanzuigpomp.

6. Activeer Data Acquisition Systems

1. Activeren ELPI data-acquisitie software, ELPIVI, check setup parameters, en zet de spoelpomp voor ~ 5 min. en vervolgens nul de ELPI. Concentratie Record pre-exposure.
2. Activeer SMPS data-acquisitie software. Concentratie Record pre-exposure.
3. Activeren software, Daco (TSE Systems), voor het bewaken en besturen van luchtdebiet, temperatuur en RV ruimte druk, temperatuur en relatieve vochtigheid, O ₂ en CO _2.

7. Laden Proefdieren in de Inademing Blootstelling Kamer

1. Weeg de proefdieren.
2. Markeer de proefdieren en kooien, zodat de dieren terug in dezelfde kooien kan worden gezet na de opname als needed.
3. Open de deur van de blootstelling kamer inademing, en laadt proefdieren in de bedrade kooien.
4. Water kan komen voor dieren.
5. Sluiten en zet de deur van de blootstelling kamer inademing.
6. Vaak observeren dieren door de belichtingskamer observatievensters voor tekenen van nood. Dieren moet worden versoepeld en gedragen normaal. Stop de blootstelling bij snelle / moeilijke ademhaling, zijn abnormale verschijning, posturale afwijkingen of immobiliteit waargenomen. Verwijder de dieren, breng ze terug naar hun oorspronkelijke kooien, contact met behandelende dierenarts en / of initiëren geschikte Institutional Animal Care en gebruik Comite procedures.

Opmerking: Exploitanten moeten persoonlijke beschermingsmiddelen dragen als u de stappen 8.7, 8.8 en 8.17.

8. Blootstellen Kleine dieren te Nanoparticle Aerosols

1. Zet de uitlaat vacuümpomp van de blootstelling kamer inademing.
2. Voer data acquisitie software, Daco om: a) leveren gefilterde droge lucht in de blootstellingskamer, b) regelen de druk in de blootstellingskamer, en c) het verzamelen van de gegevens van de blootstelling milieu, zoals druk, temperatuur, relatieve vochtigheid, O ₂ en _CO2.
3. Instelling van een licht negatieve druk (setpoint = -0,2 mbar) in de kamer druk.
4. Schakel de aërosols.
5. Run ELPI en SMPS data-acquisitie software om voortdurend te controleren deeltjesgrootte en relatieve massa concentratie in de blootstellingskamer inademing.
6. Wanneer de aerosol concentratie stabiel is, dat wil zeggen de concentratie profiel op ELPI beeldscherm bereikt plateau (Normaal: dit duurt 20 minuten na de aërosols in gebruik zijn), het opzetten van de sampling tijd (bijvoorbeeld 1 uur) en zet de spuitbus bemonstering pompen om representatieve steekproef verzamelen van nanodeeltjes met filters.
7. Zodra de sample tijd is bereikt, verwijder de filters en de stekker van de sampling poorten met rubberen pluggen om testmateriaal te verhinderen te ontsnappen aan de blootstelling kamer.
8. Weeg de filters, en berekent het gemiddelde massaconcentratie in de blootstellingskamer zoals hierboven beschreven.
9. Als de gemiddelde concentratie van de gerichte concentratie, handmatig de luchttoevoer in te stellen in de generatoren te zorgen voor de gerichte concentratie wordt bereikt.
10. Bereken depositie van deeltjes in de dierlijke longen als D = C x V _m XTX F _r, waarbij D = Dosis, C = gemiddelde massa concentratie van testmateriaal, V _m = minuut volume, t = duur van de blootstelling, en F _r = fractie van het materiaal die wordt afgezet of geabsorbeerd.
11. Vervang de filters in de filterhouders met schone, pre-gewogen filters, en herhaal de stappen 8.6 en 8.8.
12. Op basis van de werkelijke massaconcentratie in de belichtingskamer en gerichte depositie van deeltjes in de dierlijke longen, een schatting van de resterende expComposure tijd, t _blijven = (D _gerichte-D) / (C x V _m x F _r), waarbij t _blijven = blijven blootstellingsduur, D _gerichte = gerichte dosis, C = gemiddelde massa concentratie van testmateriaal, V _m = Minuutvolume, F _r = fractie materiaal die wordt afgezet of geabsorbeerd.
13. Schakel de aërosolgenerator wanneer t _blijven is bereikt.
14. Voor het verwijderen van de dieren uit de blootstelling kamer, spoelen de belichtingskamer inademing met de gefilterde lucht totdat de deeltjes concentratie aangegeven in de monitor dicht bij de pre-exposure deeltjes concentratie in de kamer.
15. Schakel de kamer uitlaat vacuümpomp.
16. Stop data-acquisitie software, Daco.
17. Na blootstelling, dieren observeren om normale ademhaling en het gedrag controleren, en document dat geen andere studie complicaties exist. Als loopneus, ademhalingsproblemen of andere complicaties welzijn van dieren in acht worden genomen, contact met behandelende dierenarts en / of initiëren geschikte Institutional Animal Care en gebruik Comite procedures.
18. Stop ELPI en SMPS data-acquisitie software.

9. Het creëren van Test Report

9.1 Test voorwaarden omvatten

1. Beschrijving van de aërosol-systeem en de operationele parameters die in deze test.
2. Beschrijving van het apparaat blootstelling met inbegrip van ontwerp, type, afmetingen en de operationele parameters die worden gebruikt tijdens de belichting.
3. Apparatuur voor het meten van temperatuur, vochtigheid, deeltjesgrootte en feitelijke concentratie.
4. Behandeling van de afgevoerde lucht en de wijze van huisvesting van de dieren in de testkamer bij gebruik.

9.2 Blootstelling sfeer gegevens bevatten

1. Luchtstroom door de inhalatieapparatuur apparatuur.
2. Temperatuur en vochtigheid vande lucht.
3. Werkelijke (analytisch of gravimetrische)-concentratie in de aerosol bemonsteringszone die in de buurt van het dier kooien.
4. Deeltjesgrootteverdeling en berekend tellen mediane aerodynamische diameter en de geometrische standaarddeviatie.
5. Verklaring waarom de gewenste kamer concentratie en / of deeltjesgrootte kon niet worden bereikt (indien van toepassing), en de inspanningen genomen om te voldoen aan deze aspecten van de richtlijnen.

9.3 Andere

1. Licht negatieve druk in de kamer bevattend inhalatie faciliteit moet worden gehandhaafd om testmaterialen kunnen ontsnappen blootstelling lab inademing.
2. Maak dagelijks blootstellingskamer de invloeden van het dierlijk afval te elimineren.
3. ELPI, SMPS en andere instrumenten moeten worden gereinigd en gekalibreerd op basis van de gebruiksaanwijzingen.

Representative Results

Een studie inademing meestal gaat het handhaven van een proefdier in een bekende en constante testomgeving terwijl het blootstellen van het proefdier naar een gedefinieerde concentratie van een testmateriaal ^8,9. De nanodeeltjes inademing belichtingssysteem hele lichaam wordt getoond in figuur 1. Het hele lichaam kamer werd geopereerd aan een dynamische stroom basis waar er was een 90 LPM continue luchtstroom door de kamer. Deze luchtstroom verstrekt 10,8 luchtwisselingen / uur waarop het minimum aantal luchtwisselingen (10.0) vereist door de US Environmental Protection Agency voor de acute inhalatie blootstelling ⁷ overschrijdt. Een 3-traps luchtfiltersysteem, waaronder een coalescentiefilter, een hoge efficiëntie coalescentiefilter en een actief koolfilter (Atlas Copco, Zweden), werd gebruikt op inlaatlucht voor het verwijderen van water, stof en oliedampen en (koolwaterstof) geuren. Een 3-traps luchtfiltersysteem met een pre-papieren filter, een koolstoffilter en een HEPA filter werd gebruikt om uitlaatgasmassadebietsignaal controller beschermen. Per aanvraag Universiteit West-Virginia, werd een 4-traps luchtfiltersysteem ontworpen door TSE-Systems gebruikt bij de uitlaat van de uitlaat vacuümpomp. Blootstellingskamer heeft een capaciteit van behuizing 8 dierenkooien die waren gemaakt van roestvrij staaldraad en TSE Systems geleverd. Het maximum aantal proefdieren ondergedompeld in de sfeer van de blootstelling kamer is 16 ratten, of 64 muizen. Het totale volume van de proefdieren niet meer dan 5% van het volume van de kamer om de stabiliteit van een test atmosfeer, die wordt vereist door de US Environmental Protection Agency voor de acute inhalatie blootstelling ⁷ te garanderen.

Een nanodeeltje aërosolgenerator is ontworpen en getest ^3,10. Het bestaat uit een trillende wervelbed cilinder (5) met een schot (4), een vibrerende Venturi verspreider (6) en een cycloonafscheider, zoals weergegeven in figuur 2. A vibrator (10) gekoppeld aan de cylindER (5) produceert mechanische trillingen. Een filter (2) zit op de roestvrijstalen luchtverdeler (1) in de cilinder. Nanodeeltjes droog poeder (3) te zijn aerosolized rust op het filter. De Venturi verstrooier (6) verbonden met de uitlaatopening aan de bovenzijde van de cilinder. De Venturi disperser heeft een vernauwing in een pijp. Een hoge-snelheid luchtstraal blaast over de vernauwing in de venturi dispergeerinrichting kan een vacuüm in de cilinder, die de schone en droge lucht in de cilinder trekken van de luchttoevoer poorten op beide proximale en distale uiteinden door een geactiveerd koolstof en HEPA creëren filter (9). De Venturi verstrooier uitlaat verbonden met de inlaat van een cycloon (7). De uitlaat van de cycloon is verbonden met de inlaat van de blootstellingskamer. In dit aërosol generatie systeem, vibrerende shear stromen en meerdere verstoppingen worden gebruikt om grotere agglomeraten, meerdere deeltjesscheiders gebruikt om de grote agglomeraten te verwijderen, en meerdere verdunningen gebruikt om te minimaliseren verspreidenre-agglomeratie van de deeltjes. De deeltjesgrootte en massaconcentratie kan worden gecontroleerd door het handmatig aanpassen van de trillingen en luchtstroom door middel van droog poeder laag via kleppen (8) en (11).

TiO ₂ spuitbussen gegenereerd op basis van _nano-TiO2 bulk droog poeder (Aeroxide TiO ₂ P25, Evonik, Duitsland) werden verdund en geleverd aan de blootstelling kamer inhalatie bij 90 LPM. De test sferen werden gecontroleerd met de ELPI en handmatig worden aangepast om een ​​consistente en bekende blootstelling voor elk proefdier groep te verzekeren. Bovendien moet een sham groep, bestaande uit hetzelfde aantal proefdieren altijd opgenomen in de studie. De controle proefdieren worden blootgesteld aan gefilterde lucht in plaats van aërosoldeeltjes en de resultaten van deze sham groep zou worden gebruikt om de biologische effecten van de test nanoparticle aerosol beoordelen op proefdieren reinigen.

1. Kamer Pressure

figuur 3, werd gehandhaafd door het regelen van de inlaat-en uitlaat luchtdebieten lekkage van de teststof in de omringende laboratorium voorkomen. Idealiter de ruimte waarin de belichtingskamer inhalatie moet worden op een licht negatieve druk.

2. De Air Flow tarieven, temperatuur en relatieve vochtigheid

De inlaat en uitlaat luchtdebieten werden gecontroleerd door mass flow controllers. Zoals getoond in figuur 4, de binnenkomende lucht was 89,9 ± 0,3 LPM en afzuigdebiet was 111,9 ± 0,9 LPM. De temperatuur en relatieve vochtigheid werden gevolgd met een temperatuur-en RV transducer en geregeld op 22,6 ± 0,4 ° C en 6,9 ± 0,6% door het regelen van de ruimtetemperatuur en van een Humidifier, zoals getoond in figuur 5. Volgens Pauluhn & Mohr onderzoeken onder de relatieve luchtvochtigheid tussen de 3 en 80%, ratten getolereerd ofwel luchtvochtigheid sfeer zonder enige specifieke effecten ^4.

3. Chamber O ₂ en CO ₂ concentraties

De O ₂ en CO _{2-concentraties} werden continu bewaakt met een O ₂ en CO ₂ gas analysers. Zoals getoond in figuur 6, _O2 stabiel op 20.79 ± 0.03%, en _CO2 concentratie was 580 ± 25 ppm.

4. Aërosolkarakterisering

Een aerosol voor inhalatie studies wordt vaak gekenmerkt real time door twee parameters die de grootteverdeling functie en een parameter concentratie beschrijven. Een continue stroom van deze atmosfeer werd getrokken van de zones boven de dierenverblijven in de kamer via een steekproeflijn naar het analyse-instrument.

4.1 Deeltjesgrootteverdeling

Figuur 7A is de deeltjesgrootteverdeling gemeten met een standaard 10 LPM ELPI. De telling mediane aerodynamische diameter van de deeltjes is 157 nm. Figuur 7B is de verdeling van de deeltjesgrootte gemeten met TSI 3936L75 SMPS. Het aantal gemiddelde mobiliteit van de deeltjes is 145 nm met een geometrische standaarddeviatie van 2,3. Figuur 7C toont de deeltjesgrootte veranderen tijdens de inademing studies. De deeltjesgrootte is relatief stabiel gedurende de gehele periode belichting.

4.2 Aerosol Concentratie

De real-time massaconcentratie profiel van de _nano-TiO2 deeltjes werd gevolgd in de zones boven de kooien met een ELPI. Figuur 8A is de deeltjesconcentratie tijdens een 4 uur / dag inademing. Gedurendede belichting inhalatie worden de feitelijke concentraties werden gemeten met gravimetrische methoden werden 3-4 metingen, berekend geïnhaleerde dosis. De deeltjes werden opgevangen met 47 mm PTFE membraanfilters. A XP2U microbalans (Mettler Toledo, Zwitserland) werd gebruikt om de vulstoffen wegen.

De intra-dag en inter-dag variabiliteit van nano-TiO _{2-concentratie} in de blootstellingskamer inademing werden bepaald op basis van gravimetrische concentraties van 29 afzonderlijke 4 uur / dag inhalatie blootstelling (gerichte concentratie = 6,0 mg / m ^3). Elke intra-day gemiddelde concentratie en de relatieve standaarddeviatie (RSD) werden berekend op basis van 3 of 4 gravimetrische metingen gedurende die 4 uur inhalatie, zoals getoond in figuur 8B. De intra-day concentratie heeft een gemiddelde van 5,3-6,6 mg / m ³ met RSD tussen 0.02 en 0.17. De gemiddelde inter-dag concentratie en de RSD werden berekend op basis van 29 individuele gemiddelde intrper dag gravimetrische concentraties. De inter-daagse concentratie gemiddelde is 6,0 mg / m ³ met een RSD van 0,06. Zij gaf aan dat ons systeem stabiel en reproduceerbaar _{nano-TiO2-test} atmosferen kan bieden voor acute inhalatie blootstelling.

4.3 Aerosol morfologie en Elemental Samenstelling

Structuren en chemische samenstelling van de deeltjes zijn cruciaal in toxicologische studies. TiO ₂ monsters werden verzameld op 47-mm Nuclepore polycarbonaat filters (Whatman, Clinton, PA). De filters werden gesneden in vier gelijke delen; twee secties werden op aluminium stompjes gemonteerd met zilveren plak (Colloïdaal zilver vloeistof, Electron Microscopy Sciences, Hatfield, PA). De afgezette _TiO2 deeltjes werden bekeken met behulp van een Hitachi 4800 veldemissie scanning elektronenmicroscoop (FESEM, Hitachi, Japan), en ook geanalyseerd met energie-dispersieve röntgenanalyse (SEM-EDX, Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, NJ) en 20 keV. 2 aërosolmonsters, en Figuur 10 is een spectrum van de TiO ₂ aërosolmonsters. Meer dan honderd deeltjes werden onderzocht met SEM-EDX zodat deeltjes op het filter werkelijk bestonden uit titanium en zuurstof, een indicatie van _TiO2 deeltjes. In figuur 10, de koolstof uit het filter en het goud / palladium van de buitenlaag. Op basis van de SEM-EDX resultaten alle onderzochte deeltjes bestond uit titanium en slechts zuurstof, waaruit blijkt dat ze echt _TiO2 deeltjes.

5. Uniformiteit van de Distributie

Het handhaven van de juiste milieu-parameters binnen de kamer onvoldoende is als de concentratie van de te onderzoeken verbinding varieert van plaats tot plaats ^3. De nanodeeltjes concentraties werden gemeten op vier verschillende plaatsen in de zones boven de kooien in de blootstellingskamer.

Massa van de deeltjes op een locatie, M _i, werd gravimetrisch gemeten met filter bemonstering en een micro-balans. De gemiddelde massa van de bemonsterde deeltjes is

De relatieve afwijking van de massaconcentratie op locatie i van de gemiddelde concentratie is

De maximale relatieve afwijking van de concentraties op verschillende meetlocaties van de gemiddelde concentratie is <6%. Dit is binnen de tolerantiegrenzen voor de berekening groep.

6. Berekende depositie van deeltjes in Animal Longen Wanneer het dier is het inademen van een bekende concentratie van de test sfeer tijdens de blootstellingsperiode en de opname of gestort fractie bekend is, kan de hoeveelheid gestort testmateriaal worden berekend:

waarbij D = dosis, C = concentratie van testmateriaal, _Vm = minuutvolume, t = blootstellingsduur en F _r = fractie materiaal die wordt afgezet of geabsorbeerd.

Gemiddelde waarden voor de minuut volume, kan V _m worden geschat op basis van de lichaamsmassa met empirische allometrische scaling formules ^1,2. Bijvoorbeeld, uitgaande van een rat heeft een minuutventilatie V _m =, C blootstellingsduur 200 ml / min blootstellingsconcentratie = 6,2 mg / m ^3, t =4 uur, fractie van het materiaal depositie _Fr = 0,1, dan is de berekende longdepositie D = 30 ug.

Figuur 1. Inademen Exposure Facility 1 = Exposure kamer;. 2 = Electric druk impactor laag; 3 = Aerosol generator; 4 = Scannen mobiliteit deeltje sizer.

Figuur 2. Schematische weergave van nano-TiO2 aërosolgenerator 1 = luchtverdeler;. 2 = filter; 3 = TiO ₂ droog poeder; 4 = baffle; 5 = cilinder; 6 = Venturi disperser; 7 = cycloonscheider; 8 = klep (verdunningslucht) ; 9 = houtskool & HEPA filter; 10 = vibrator; 11 = ventiel (lucht door droog poeder).

Figuur 3. Kamerdruk. Een enigszins negatieve druk in de kamer werd op -0,2 mbar (gerichte druk). Zodra de druk van de beoogde druk (aren) het regelsysteem aangepast de druk terug naar de beoogde druk.

Figuur 4. Kamer-en uitlaat luchtdebieten. Mean binnenkomende lucht = 89,9 LPM en afvoerluchtdebiet = 111,9 LPM een licht negatieve druk in de kamer te houden.

Figuur 5. Kamer temperatuur en RV. De gemiddelde temp door temperatuurschommelingen = 22,6 ± 0,4 ° C, terwijl de RV is 6,9 ± 0,6%.

Figuur 6. Chamber O ₂ en CO _2. De O ₂ is 20.79%, en CO ₂ is 580 ppm.

Figuur 7. . TiO ₂ aerosol grootteverdeling A) ELPI, tel mediaan van de aërodynamische diameter D _p = 157 nm; B) SMPS, tel mediane mobiliteit diameter D _g = 145 nm met een geometrische standaardafwijking σ _g 2.3 C) Korrelgrootte vs tijd. van ELPI. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

re 8A "src =" / files/ftp_upload/50263/50263fig8A.jpg "/>
Figuur 8A. 4 hr TiO ₂ aërosolmassa concentratie.

Figuur 8B. TiO ₂ aërosolmassa concentraties van 29-individuele 4 uur blootstelling bij inademing.

Figuur 9. SEM microfoto van TiO ₂ aerosol. A) Typische deeltjesverdeling op 47 mm filter. B) Rode pijl, 1,78 micrometer. C) Gele pijl, 159 nm. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

50263fig10.jpg "/>
Figuur 10. Een spectrum van monster te TiO _2. De koolstof uit het filter en de goud / palladium van de buitenlaag. Op basis van de SEM-EDX resultaten alle onderzochte deeltjes bestond uit titanium en slechts zuurstof, waaruit blijkt dat ze echt _TiO2 deeltjes.

Discussion

We hebben samengesteld en hier in een hele lichaam nanodeeltje aërosol inhalatie blootstelling systeem beschreven. Het systeem functionaliteit is gevalideerd met state-of-the-art nanodeeltjes aërosolkarakterisering technieken. Met een nieuwe nanodeeltjes aërosol generatie systeem, kan deze blootstelling systeem inhalatie van een goed gekarakteriseerd, gecontroleerde en uniforme nanodeeltjes aërosoltest sfeer te bieden met een relatief constante temperatuur, vochtigheid, luchtstroom, en het zuurstofgehalte voor proefdieren. Het belichtingssysteem is het meest efficiënt voor grote aantallen dieren, of lange termijn studies. In deze grote hele lichaam kamer, proefdieren zijn ongeremd, comfortabel en hittestress wordt geminimaliseerd. De belangrijkste beperking van de blootstelling is dat de proefdieren worden ondergedompeld in de atmosfeer in de blootstellingskamer. Andere manieren van blootstelling, zoals orale en dermale blootstelling kunnen optreden. Ook, in het hele lichaam systeem is veel bulkmateriaal vereist because van grotere inlaat debiet. Bijvoorbeeld, in dit systeem met een m ³ belichtingskamer 0.5, de inlaatlucht debiet is 90 LPM, terwijl voor een 12-port neus alleen-belichtingssysteem inademing, de inlaatlucht debiet is 12 LPM. Daarom moeten de kosten en de beschikbaarheid van materialen in bulk worden overwogen bij de planning van blootstelling via inademing studies.

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