Waiting
Procesando inicio de sesión ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

नाक-केवल साँस लेना विषाक्तता परीक्षण कक्ष है कि नैनो के चार जोखिम सांद्रता-कणों के आकार प्रदान करता है का विकास

Published: March 18, 2019 doi: 10.3791/58725
Automatic Translation
1,2, 2, 2, 1, 2
1Department of Environmental Engineering, Inha University, 2HCTM Co. Ltd

Summary

एक नाक-केवल साँस लेना विषाक्तता चार अलग जोखिम सांद्रता पर साँस लेना विषाक्तता परीक्षण में सक्षम चैंबर डिजाइन और प्रवाह क्षेत्र एकरूपता और प्रत्येक एकाग्रता के लिए जोखिम बंदरगाहों के बीच पार संदूषण के लिए मान्य किया गया था. यहां, हम एक प्रोटोकॉल की पुष्टि करने के लिए कि डिजाइन कक्ष साँस लेना विषाक्तता परीक्षण के लिए प्रभावी है मौजूद.

Abstract

कंप्यूटरीकृत द्रव गतिशीलता के आधार पर एक संख्यात्मक विश्लेषण का उपयोग करना, एक नाक केवल साँस लेना विषाक्तता चैंबर चार अलग जोखिम सांद्रता के साथ डिजाइन और प्रवाह क्षेत्र एकरूपता और क्रॉस-संदूषण प्रत्येक के लिए जोखिम बंदरगाहों के बीच के लिए मान्य है एकाग्रता. डिज़ाइन किए गए प्रवाह फ़ील्ड मानों की तुलना क्षैतिज और अनुलंब रूप से स्थित एक्सपोज़र पोर्ट्स से मापा गया मानों से की जाती है । इस प्रयोजन के लिए, नैनो सोडियम क्लोराइड कणों परीक्षण कणों के रूप में उत्पन्न कर रहे हैं और सांस लेने के चैंबर के लिए शुरू की, प्रत्येक एकाग्रता समूह के लिए कक्षों के बीच क्रॉस-संदूषण और एकाग्रता रखरखाव का मूल्यांकन करने के लिए. परिणामों से संकेत मिलता है कि डिजाइन multiconcentration सांस लेना चैंबर एकाग्रता समूहों के बीच पार संदूषण के बिना पशु साँस लेना विषाक्तता परीक्षण में इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अलावा, डिजाइन multiconcentration साँस लेना विषाक्तता चैंबर भी एक एकल एकाग्रता साँस लेने के चैंबर में परिवर्तित किया जा सकता है. गैस, कार्बनिक वाष्प, या गैर नैनोस्केल कणों के साथ आगे परीक्षण अंय परीक्षण लेख के साँस लेना परीक्षण में चैंबर के उपयोग को सुनिश्चित करेगा ।

Introduction

साँस लेना विषाक्तता परीक्षण रासायनिक एजेंटों, कणों, फाइबर, और नैनो1,2,3के जोखिम का आकलन करने के लिए सबसे विश्वसनीय तरीका है. इस प्रकार, ज्यादातर नियामक एजेंसियों साँस लेना विषाक्तता परीक्षण डेटा के प्रस्तुत जब रसायनों, कणों, फाइबर के लिए जोखिम की आवश्यकता है, और नैनो साँस लेना के माध्यम से है4,5,6,7 ,8. वर्तमान में, साँस लेना विषाक्तता प्रणाली के दो प्रकार हैं: पूरे शरीर और नाक केवल एक्सपोजर सिस्टम. एक मानक साँस लेना विषाक्तता परीक्षण प्रणाली, या तो पूरे शरीर या नाक-केवल, कम से चार कक्षों चूहों और चूहों के रूप में चार अलग सांद्रता करने के लिए जानवरों को बेनकाब करने के लिए की आवश्यकता है, अर्थात् ताजा हवा नियंत्रण और कम, उदारवादी, और उच्च सांद्रता7 , 8. आर्थिक सहयोग और विकास के लिए संगठन (ओईसीडी) परीक्षण के दिशा निर्देशों का सुझाव है कि चयनित लक्ष्य एकाग्रता लक्ष्य अंग (ओं की पहचान की अनुमति चाहिए) और एक स्पष्ट एकाग्रता प्रतिक्रिया का प्रदर्शन7 ,8. उच्च एकाग्रता स्तर विषाक्तता का एक स्पष्ट स्तर पर परिणाम होना चाहिए, लेकिन मृत्यु दर या लगातार संकेत है कि मौत के लिए नेतृत्व या परिणाम7,8के एक सार्थक मूल्यांकन को रोकने के लिए हो सकता है । अधिकतम प्राप्त करने योग्य स्तर या एयरोसौलों की उच्च एकाग्रता कण आकार वितरण मानक बैठक के दौरान पहुंचा जा सकता है । मध्यम एकाग्रता स्तर (s) कम और उच्च सांद्रता7,8के बीच विषाक्त प्रभाव का एक वर्गीकरण का उत्पादन करने के लिए दूरी होना चाहिए । कम एकाग्रता स्तर, जो एक noaec (नहीं मनाया-प्रतिकूल प्रभाव एकाग्रता) होगा, कम या नहीं विषाक्तता का कोई संकेत का उत्पादन करना चाहिए7,8. पूरे शरीर के चैंबर वायर्ड पिंजरों में एक अनियंत्रित हालत में पशुओं को उजागर करता है, जबकि नाक ही चैंबर सीमित ट्यूब में एक प्रतिबंधित हालत में एक जानवर को उजागर करता है । संयम पशु के चारों ओर रिसाव द्वारा एयरोसोल के नुकसान को रोकता है । पूरे शरीर के चैंबर की उच्च मात्रा के कारण, यह परीक्षण लेख की एक बड़ी संख्या के लिए प्रयोगात्मक जानवरों को उजागर करने की आवश्यकता है, जबकि नाक में ट्यूब के संयम ही जोखिम प्रणाली पशु आंदोलन बाधा और असुविधा या घुटन का कारण हो सकता है । फिर भी, नियामक ओईसीडी साँस लेना विषाक्तता परीक्षण के दिशा निर्देशों नाक के उपयोग को पसंद करते हैं-केवल साँस लेना सिस्टम4,5,6,7,8.

हालांकि, एक चार-चैंबर प्रणाली मिलनसार, या तो पूरे शरीर या नाक-केवल, महंगा है, अंतरिक्ष लेने, और एक में निर्मित हवा की सफाई और परिसंचरण प्रणाली की आवश्यकता है । इसके अलावा, एक चार चैंबर प्रणाली भी अलग परीक्षण लेख जनरेटर की आवश्यकता के लिए वांछित सांद्रता जानवरों को बेनकाब कर सकते हैं, और एक अलग माप उपकरण परीक्षण लेख सांद्रता की निगरानी के लिए । इसलिए, के बाद से मानक साँस लेना विषाक्तता परीक्षण महत्वपूर्ण निवेश शामिल है, एक अधिक सुविधाजनक और किफायती पूरे शरीर या नाक केवल जोखिम प्रणाली छोटे अनुसंधान सुविधाओं में उपयोग के लिए विकसित करने की जरूरत है. जब एक साँस लेने के चैंबर डिजाइनिंग, कंप्यूटेशनल द्रव गतिशीलता (cfd) मॉडलिंग भी अक्सर कण, गैस, या वाष्प एकरूपता प्राप्त करने के लिए प्रयोग किया जाता है9,10,11,12,13 . प्रयोगात्मक परिणामों द्वारा संख्यात्मक विश्लेषण और सत्यापन द्वारा मूल्यांकन पहले से ही10चूहों के लिए पूरे शरीर एक्सपोजर चैंबर के लिए किया गया है. उदाहरण के लिए, वायु प्रवाह और कण प्रक्षेपवक्र cfd का उपयोग कर मॉडलिंग किया गया है, और कण वितरण की एकरूपता पूरे शरीर चैंबर10के नौ भागों में मापा गया है । इसके अलावा, नाक-केवल चैंबर द्वारा संख्यात्मक विश्लेषण द्वारा मूल्यांकन किया गया है CFD13. उसके बाद, नाक के लिए मूल्यांकन केवल एक्सपोजर चैंबर एक प्रयोगात्मक अध्ययन के साथ संख्यात्मक विश्लेषण परिणामों की तुलना द्वारा किया गया था नैनोकणों13का उपयोग कर ।

यह अध्ययन नाक केवल साँस का चैंबर प्रणाली है कि एक कक्ष में चार अलग सांद्रता के लिए प्रयोगात्मक जानवरों का पर्दाफाश कर सकते हैं प्रस्तुत करता है । शुरू में cfd और एक संख्यात्मक विश्लेषण का उपयोग कर बनाया गया है, प्रस्तावित प्रणाली तो एक प्रायोगिक नेनो सोडियम क्लोराइड कणों का उपयोग कर एकरूपता और पार संदूषण मांय अध्ययन के साथ तुलना में है । यहां प्रस्तुत परिणाम से संकेत मिलता है कि प्रस्तुत नाक केवल चैंबर है कि चार अलग सांद्रता के लिए पशुओं को बेनकाब कर सकते है छोटे पैमाने पर शैक्षिक और अनुसंधान सुविधाओं में पशु जोखिम अध्ययन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । संख्यात्मक विश्लेषण, प्रयोग सेटिंग के समान तरीके से निम्नानुसार सेट किया जाता है. एकल एकाग्रता जोखिम के लिए, भीतरी टॉवर के लिए एयरोसोल प्रवाह ४८ L/मिनट के लिए सेट किया गया है और बाहरी टॉवर के लिए म्यान प्रवाह 20 L/मिनट के लिए सेट किया गया है । multiconcentration जोखिम के लिए, भीतरी टॉवर इनपुट के लिए एयरोसोल प्रवाह प्रत्येक चरण के लिए 11 L/ आउटलेट अंतर दबाव में रहता है-१०० Pa एक चिकनी निकास प्रवाह को बनाए रखने और रिसाव को रोकने के लिए । मान लें कि पशु धारक बंद हैं और खाली हैं ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. संख्यात्मक विश्लेषण विधियां

  1. ज्यामितीय आकृति के अनुसार कक्ष के अंदर प्रवाह क्षेत्र के विश्लेषण को निष्पादित करें, जैसा कि चित्र 1 और सारणी 114में वर्णित है ।
    नोट: ज्यामितीय आकार के अनुसार प्रवाह क्षेत्र का एक संख्यात्मक विश्लेषण एयरोसोल के प्रवाह की भविष्यवाणी की है और यह एक testable डिवाइस के रूप में मूल्यांकन करता है ।
  2. 4 चरणों x 12 कॉलम, कुल में ४८ बंदरगाहों, जहां कोर एक भीतरी और बाहरी टॉवर में बांटा गया है, के रूप में चित्रा 1bमें वर्णित के साथ चैंबर डिजाइन ।
    नोट: प्रत्येक चरण में प्रयोगात्मक जानवरों को रखने के लिए 12 जोखिम बंदरगाहों है । ओईसीडी मार्गदर्शन दस्तावेज़ (GD) ३९6द्वारा सुझाए गए अनुशंसा को संतुष्ट ।
  3. एकल एकाग्रता जोखिम के लिए, आंतरिक टॉवर के शीर्ष पर मिश्रण थाली जगह परीक्षण सामग्री मिश्रण और चरणों में एक समान एकाग्रता सुनिश्चित करने के लिए । multiconcentration जोखिम के लिए, एक जुदाई डिस्क द्वारा चार चरणों और जोखिम सांद्रता में भीतरी टॉवर अलग ।
    नोट: मिश्रण प्लेट

2. प्रायोगिक मूल्यांकन की तैयारी

  1. कक्ष
    1. कक्ष को तीन भागों में विभाजित करें: इनलेट, म्यान और निकास, जैसा कि योजनाबद्ध आरेख में दिखाया गया है (चित्र 2) ।
      नोट: इनलेट है जहां एयरोसोल भीतरी कक्ष में बहती है, और म्यान अतिरिक्त हवा के प्रवाह के लिए भीतरी और बाहरी टावरों के बीच की जगह है ।
    2. भीतरी टॉवर और प्रयोगात्मक जानवरों के लिए एयरोसोल (या परीक्षण लेख) की आपूर्ति, जबकि पशुओं कि अधिशेष एयरोसोल शामिल से बाहर निकलने के माध्यम से म्यान हवा के साथ निकास के माध्यम से बाहर बहती है ।
      नोट: पशु धारक बंद व खाली पड़े हैं ।
    3. चैंबर लगातार एक धौंकनी और पलटनेवाला का उपयोग कर के भीतरी दबाव रखें, के रूप में भीतरी बलात् दबाव म्यान हवा के प्रवाह द्वारा नियंत्रित किया जाता है ।
    4. डिजाइन उपकरण की एकरूपता को मापने के लिए परीक्षण एयरोसोल (या लेख) मिश्रण कक्ष में नाक के सामने स्थित एक एकाग्रता जोखिम के मामले में केवल एक्सपोजर चैंबर में एकाग्रता ।
      नोट: परीक्षण एयरोसोल की एकरूपता इसके कण संख्या एकाग्रता और आकार वितरण द्वारा मूल्यांकन किया जा सकता है । व्यक्तिगत चैंबर एकाग्रता के नमूनों से कोई अधिक ± 10% गैसों और वाष्प के लिए मतलब चैंबर एकाग्रता से विचलित करना चाहिए, और तरल या ठोस एयरोसौलों के लिए ± 20% से अधिक नहीं द्वारा4,5,6,7 ,8. इस प्रकार, जब परीक्षण कणों लगातार नहीं कर रहे हैं, एयरोसोल प्रवाह निकास प्रशंसक के माध्यम से दरकिनार किया जा सकता है ।
    5. रिसाव के लिए जांच की विश्वसनीयता सत्यापित करने के लिए और ± ५०० Pa है कि 30 मिनट के लिए बनाए रखा है के साथ एक बंद प्रणाली की पुष्टि द्वारा सुरक्षा सुनिश्चित करते हैं ।
      नोट: रिसाव साबुन bubbling द्वारा जांच की जा सकती है ।
  2. पर्यावरणीय नियंत्रण और निगरानी
    1. एरोसोल (एकल/बहु) और म्यान वायु की कुल अंतर्वाह दर क्रमश: ४८ L/मिनट या ४४ L/मिनट (एकल या बहु, क्रमशः) और 20 L/मिनट पर निर्धारित करें और उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस की नियंत्रण सेटिंग्स में चैंबर स्थिरांक को − १०० Pa के भीतर दबाव रखें ।
    2. तापमान और आर्द्रता क्रमशः 23 डिग्री सेल्सियस और ४५% पर बनाए रखें । जोखिम हवा की नमी को नियंत्रित करने के लिए एक humidifier का उपयोग करें ।
    3. एक isothermal-isohumidity नियंत्रित वातावरण में एक प्रयोग के लिए ओईसीडी साँस लेना विषाक्तता दिशानिर्देश4,6,7,8के साथ पालन करने के लिए बाहर ले ।
  3. प्रवाह एकरूपता मापन
    1. एक जन प्रवाह नियंत्रक (MFC) द्वारा नियंत्रित एक HEPA फिल्टर सहित स्वच्छ हवा की आपूर्ति के माध्यम से साँस लेने के चैंबर के लिए ४८ L/
      नोट: स्वच्छ हवा यह एक HEPA फिल्टर के साथ छानने के बाद किया जाता है ।
    2. एकल एकाग्रता जोखिम के मामले में मिश्रण चैंबर का उपयोग कर प्रवाह को स्थिर.
    3. एक बंदरगाह है कि ताजा नियंत्रण हवा या परीक्षण एयरोसोल (या लेख) multiconcentration जोखिम के मामले में इंजेक्शन के लिए एक आपूर्ति नोक देते हैं ।
    4. एक जन प्रवाह मीटर का उपयोग कर बंदरगाह प्रति प्रवाह वेग को मापने ।
  4. कण जनन
    1. एक पांच जेट पिचकारी का उपयोग कर साँस लेना चैंबर डिजाइन का मूल्यांकन करने के लिए NaCl नैनोकणों उत्पन्न.
      नोट: एक 0.1% wt NaCl समाधान का उपयोग करने के लिए NaCl नैनोकणों उत्पंन करते हैं ।
    2. एमएफसी को विनियमित करने के लिए एक एकाग्रता में NaCl एयरोसोल मिश्रित हवा के ४८ L/मिनट पर और प्रत्येक चार चरणों में multiconcentration में NaCl एयरोसोल-मिश्रित हवा के 12 L/मिनट पर उत्पादन की राशि को नियंत्रित करने के लिए ।
      नोट: नाक-केवल चैम्बर के प्रत्येक बंदरगाह 1 L/min (यानी, ४८ बंदरगाह/नाक-केवल चैंबर (चार चरण), ४८ बंदरगाहों/चार चरण, 12 बंदरगाहों/
    3. बाईपास में कमजोर पड़ने के लिए स्वच्छ हवा की आपूर्ति ।
      नोट: गणना औसत व्यास और NaCl नैनोकणों के ज्यामितीय मानक विचलन क्रमशः ७६ एनएम और १.४ बनाए रखने के भीतर हैं ।
  5. कण एकरूपता मापन
    1. एक अंतर गतिशीलता विश्लेषक (डीएमए) और एक संघनन कण काउंटर (सीपीसी) से बना एक स्कैनिंग गतिशीलता कण sizer (SMPS) का उपयोग कर इंजेक्शन नलिका से उत्सर्जित NaCl नैनोकणों के कण आकार वितरण को मापने ।
    2. कणों के स्थैतिक आवेश को दूर करने और दीवारों पर कण-जमाव को कम करने के लिए एक एएम एयरोसोल न्यूट्रीलाइजर का प्रयोग करें, जिससे मापन क्षमता18में सुधार हो ।
    3. एयरोसोल प्रवाह दर और म्यान वायु प्रवाह दर को 1 L/min और 10 L/मिनट पर रखने के लिए 1:10 पर DMA की एयरोसोल और म्यान वायु प्रवाह दर का अनुपात बनाए रखें ।

3. फ्लो एकरूपता टेस्ट

  1. बहु-सांद्रण जोखिम
    1. एयरोसोल इनलेट के माध्यम से 11 एल/मिनट में स्वच्छ हवा की आपूर्ति द्वारा इंजेक्शन नलिका के प्रवाह वेग सेट करें । प्रत्येक चार चरणों के लिए 11 बंदरगाह नलिका का चयन करें ।
    2. फ्लो मीटर चयनित नोक करने के लिए कनेक्ट करने के लिए प्रवाह की दर को मापने ।
    3. दोहराएं चरण 3.1.2 3x reproducibility सत्यापित करने के लिए ।
  2. एकल सांद्रण एक्सपोज़र
    1. एयरोसोल इनलेट के माध्यम से ४८ L/min पर स्वच्छ हवा की आपूर्ति द्वारा इंजेक्शन नलिका के प्रवाह वेग सेट करें । ४८ बंदरगाहों के बीच बेतरतीब ढंग से 24 बंदरगाह नलिका का चयन करें । उपाय 3x reproducibility सत्यापित करने के लिए ।

4. कण एकरूपता टेस्ट

  1. बहुसांद्रण जोखिम
    1. ऐरोसोल इनलेट के माध्यम से 11 L/min पर उत्पन्न कणों की आपूर्ति द्वारा इंजेक्शन नलिका के कण आकार वितरण सेट करें (यह खंड 2 में वर्णित के रूप में) ।
    2. बेतरतीब ढंग से चार चरणों के बीच छह बंदरगाह नलिका का चयन; उपाय 3x reproducibility सत्यापित करने के लिए ।
  2. एकल सांद्रण एक्सपोज़र
    1. 20 L/min पर उत्पन्न कणों की आपूर्ति द्वारा इंजेक्शन नलिका के कण आकार वितरण सेट करें और 28 L/min पर स्वच्छ हवा, एयरोसोल इनलेट (२.४ और २.५ में वर्णित के रूप में) के माध्यम से कुल ४८ L/
    2. बेतरतीब ढंग से चार चरणों के बीच छह बंदरगाह नलिका का चयन करें ।
    3. कण एकाग्रता का उपाय, SMPS चयनित नोक करने के लिए कनेक्ट करने के लिए.
    4. reproducibility सत्यापित करने के लिए 4.2.3 3x चरण दोहराएं ।

5. क्रॉस-संदूषण परीक्षण

  1. multiconcentration जोखिम के मामले में तीन चरणों सेट करें ।
  2. अलग समाधान सांद्रता और तीन संबंधित चरणों के लिए एक स्वच्छ हवा लाइन के साथ दो जनरेटर कनेक्ट करें ।
  3. एयरोसोल इनलेट के माध्यम से 11 L/min पर उत्पन्न कणों और स्वच्छ हवा की आपूर्ति द्वारा इंजेक्शन नलिका के कण आकार वितरण सेट (के रूप में २.४ और २.५ में वर्णित) ।
  4. सभी तीन चरणों से बेतरतीब ढंग से एक बंदरगाह नोक का चयन किया ।
  5. कण एकाग्रता को मापने, SMPS चयनित पोर्ट से कनेक्ट करने के लिए ।
  6. दोहराएं चरण ५.५ 15x reproducibility सत्यापित करने के लिए ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

प्रायोगिक समुच्चय

चित्रा 1 के आधार पर हवा की गुणवत्ता, नियंत्रक, और निकास मॉड्यूल की निगरानी के लिए एक mfc, नाक केवल चैंबर, और कण माप साधन के साथ एक कण जनरेटर सहित एक नाक-केवल साँस लेना चैंबर प्रणाली, के एक योजनाबद्ध आरेख से पता चलता है प्रोटोकॉल की धारा 2 ।

संख्यात्मक विश् लेषण अभिकल्प

चित्रा 2 multiconcentration जोखिम (चित्रा 2a) और एकल एकाग्रता जोखिम (चित्रा 2a) के लिए नाक की ज्यामिति केवल साँस लेने के चैंबर से पता चलता है । नियंत्रण ताजा हवा बंदरगाहों शीर्ष पर स्थित हैं, जबकि कम, मध्यम, और उच्च एकाग्रता बंदरगाहों चित्रा 2A, प्रोटोकॉल की धारा 1 पर आधारित में दिखाए जाते हैं ।

ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज टॉवर में मल्टी और सिंगल-सांद्रण एक्सपोजर के लिए फ्लो फील्ड क्रमश चित्रा 3 और चित्रा 4में दर्शाया गया है । multiconcentration चैंबर चार प्रवाह क्षेत्रों है, जबकि एकल एकाग्रता चैंबर एक प्रवाह क्षेत्र है (चित्रा 3 ए, बी). एकल एकाग्रता चैंबर के मामले में, ऊपर से नीचे तक प्रवाह समान रूप से नाक में फैलाया-केवल बंदरगाहों (चित्र 4ए), जबकि multiconcentration चैंबर प्रत्येक के लिए परीक्षण लेख के विभिन्न सांद्रता देने के लिए बनाया गया है नाक की अवस्था-केवल बंदरगाहों एक बंदरगाह का उपयोग कर भीतरी टॉवर के बीच में स्थित हवा इंजेक्शन नलिका से एक प्रवाह की आपूर्ति द्वारा (चित्रा 4B) ।

चित्रा 5 प्रत्येक चरण में जोखिम एकाग्रता के लिए प्रवाह क्षेत्र से पता चलता है और प्रत्येक चरण (चित्रा 5), प्रोटोकॉल की धारा 1 के आधार पर के बीच पार संदूषण से बचने के लिए बनाया गया है.

संख्यात्मक विश्लेषण अभिकल्प का प्रायोगिक मूल्यांकन

प्रवाह एकरूपता 12 क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर चरणों में स्थित बंदरगाहों का उपयोग कर मूल्यांकन किया गया था । संख्यात्मक रूप से डिजाइन प्रवाह 12 बंदरगाहों के माध्यम से प्रयोगात्मक मापा प्रवाह के समान था एकल एकाग्रता चैंबर और multiconcentration चैंबर में क्षैतिज स्थित (चित्रा 6A, बी और तालिका 2). इसके अलावा, संख्यात्मक रूप से डिजाइन प्रवाह लगभग 12 बंदरगाहों के माध्यम से प्रयोगात्मक मापा प्रवाह के रूप में ही था एकल एकाग्रता चैंबर में खड़ी (चित्रा 7 और तालिका 3), प्रोटोकॉल की धारा 3 के आधार पर ।

कण एकाग्रता छह बेतरतीब ढंग से चयनित बंदरगाहों चरणों के लिए क्षैतिज स्थित का उपयोग कर मापा गया था और एकल एकाग्रता चैंबर में समान सांद्रता दिखाया (चित्रा 8A और तालिका 4) और multiconcentration कक्ष ( चित्र 8B और तालिका 4) । कण एकाग्रता भी चार चरणों के लिए खड़ी स्थित छह बेतरतीब ढंग से चयनित बंदरगाहों का उपयोग कर मापा गया था और एकल एकाग्रता चैंबर में समान सांद्रता दिखाया (चित्रा 9 और तालिका 4), की धारा 4 के आधार पर प्रोटोकॉल.

क्रॉस-संदूषण नियंत्रण और कम और उच्च सांद्रता में सोडियम क्लोराइड कण एकाग्रता को मापने के द्वारा जाँच की गई थी । परिणामों ने प्रत्येक चरण के लिए एक्सपोज़र पोर्ट्स से अच्छी तरह से बनाए गए एकाग्रता स्तर (चित्र 10 और तालिका 6) को दिखाया, जो प्रोटोकॉल की धारा 5 पर आधारित है ।

Figure 1
चित्रा 1: नाक की योजनाबद्ध-केवल साँस लेना विषाक्तता परीक्षण कक्ष. यह पांच क्षेत्रों में विभाजित है (उत्पादन, एक्सपोजर चैंबर, माप, निगरानी & नियंत्रण, और निकास मॉड्यूल), और उत्पादन में परिवर्तन कर सकते हैं, एक्सपोजर के प्रकार के अनुसार प्रदर्शन चैंबर । (क) एकल सांद्रण एक्सपोजर । (ख) बहुसांद्रण एक्सपोजर । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: नाक की ज्यामिति-केवल साँस लेना विषाक्तता परीक्षण कक्ष. (क) एकल सांद्रण एक्सपोजर । (ख) बहुसांद्रण एक्सपोजर । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: कार्यक्षेत्र इनर टॉवर के प्रवाह क्षेत्र । (क) एकल सांद्रण एक्सपोजर । (ख) बहुसांद्रण एक्सपोजर । रंगीन पट्टी प्रवाह क्षेत्र को इंगित करता है (मीटर में/ कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: क्षैतिज भीतरी टॉवर के प्रवाह क्षेत्र । (क) एकल सांद्रण एक्सपोजर । (ख) बहुसांद्रण एक्सपोजर । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: multiconcentration चैंबर क्रॉस-संदूषण के लिए फ्लो फील्ड । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्र 6: क्षैतिज प्रवाह एकरूपता की तुलना । त्रुटि पट्टियां SD का प्रतिनिधित्व करती हैं. (A) एकल-सांद्रण एक्सपोज़र । (ख) बहुसांद्रण एक्सपोजर । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7: ऊर्ध्वाधर प्रवाह एकरूपता की तुलना । त्रुटि पट्टियां SD का प्रतिनिधित्व करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 8
चित्र 8: क्षैतिज सांद्रता एकरूपता की तुलना । त्रुटि पट्टियां SD का प्रतिनिधित्व करती हैं.(A) एकल-सांद्रण एक्सपोज़र । (ख) बहुसांद्रण एक्सपोजर । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 9
चित्र 9: अनुलंब सांद्रता एकरूपता की तुलना । त्रुटि पट्टियां SD का प्रतिनिधित्व करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 10
चित्र 10: क्रॉस-संदूषण परीक्षण के परिणाम । त्रुटि पट्टियां SD का प्रतिनिधित्व करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

एकल खुराक मल्टी डोज
आयाम ६० मिमी ६० मिमी
ट्यूब के उद्घाटन 6 एमएम 6 एमएम
आपूर्ति प्रवाह दर पूरी तरह से ४८ LPM 11 LPM प्रत्येक चरण
आपूर्ति प्रवाह दर प्रत्येक पोर्ट 1 LPM 1 LPM
आपूर्ति वेग प्रत्येक पोर्ट ०.५९ मी/ ०.५९ मी/
निष्कर्षण प्रवाह दर ४८ LPM 4 चरणों में ४४ LPM

तालिका 1: परीक्षण स्थिति ।

मंच एकल सांद्रण बहु सांद्रण
औसत प्रवाह मानक विचलन औसत प्रवाह मानक विचलन
1 ०.९० ०.०३ ०.९७ ०.०६
2 ०.९४ ०.०३ ०.९८ ०.०६
3 १.०८ ०.०२ ०.९८ ०.०६
4 १.०९ ०.०३ ०.९८ ०.०६

तालिका 2: क्षैतिज प्रवाह एकरूपता की तुलना ।

मंच एकल सांद्रण
औसत प्रवाह मानक विचलन
1 १.०० ०.०१
2 १.०० ०.०१
3 १.०० ०.०२
4 १.०० ०.०२
5 १.०० ०.०१
6 १.०० ०.०२
7 १.०० ०.०२
8 १.०० ०.०१
9 १.०० ०.०२
10 १.०० ०.०१
11 १.०१ ०.०१
12 १.०० ०.०२

तालिका 3: अनुलंब प्रवाह एकरूपता की तुलना ।

मंच एकल सांद्रण बहु सांद्रण
औसत सांद्रण मानक विचलन औसत सांद्रण मानक विचलन
1 ०.९८ ०.०४ १.०४ ०.०१
2 १.०२ ०.०३ ०.९८ ०.०१
3 १.०० ०.०४ १.०१ ०.०१
4 १.०० ०.०३ ०.९८ ०.०१

तालिका 4: क्षैतिज सांद्रता एकरूपता की तुलना ।

मंच एकल सांद्रण
औसत सांद्रण मानक विचलन
1 ०.९९ ०.०५
2 १.०२ ०.०२
3 ०.९९ ०.०३
4 १.०० ०.०५
5 १.०१ ०.०३
6 ०.९९ ०.०४

तालिका 5: अनुलंब सांद्रता एकरूपता की तुलना ।

मंच एकल सांद्रण
औसत सांद्रण मानक विचलन
1 (उच्च) ८,८२३,८३८ ३२२,८८२
2 (कम) २,१००,००२ ९४,९२२
3 (ताजी हवा) 0 0

तालिका 6: क्रॉस-संदूषण परीक्षण के परिणाम ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

साँस लेना विषाक्तता परीक्षण वर्तमान में aerosolized सामग्री (कणों और फाइबर), वाष्प, और मानव श्वसन प्रणाली14,15द्वारा साँस गैसों के मूल्यांकन के लिए सबसे अच्छा तरीका है. वहाँ दो साँस लेना जोखिम तरीके हैं: पूरे शरीर और नाक केवल. हालांकि, एक नाक ही प्रणाली इस तरह के त्वचा और आंखों के रूप में nonइनहेलर मार्गों, द्वारा जोखिम को कम करता है, और परीक्षण लेख की ंयूनतम मात्रा के साथ परीक्षण की अनुमति देता है, यह पसंदीदा जोखिम विधि ओईसीडी साँस लेना विषाक्तता परीक्षण के दिशा निर्देशों द्वारा अनुशंसित बनाने: एक्यूट4,6, अर्धजीर्ण7, और अर्धजीर्ण8।

एक मानक साँस लेना विषाक्तता प्रणाली चार एकाग्रता कक्षों की आवश्यकता है (ताजा हवा नियंत्रण और कम, मध्यम, और उच्च सांद्रता). इस प्रकार, आपरेशन महंगा है, अंतरिक्ष लेने, और परीक्षण लेख पीढ़ी और पर्यावरण नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता है । तथापि, इस पत्र में प्रस्तुत बहु-सांद्रण अभिश्वसन कक्ष भविष्य में छोटे अनुसंधान संस्थानों द्वारा उपयोग के लिए अधिक किफायती है । एकल एकाग्रता साँस लेने के चैंबर के आधार पर, प्रस्तावित multiconcentration साँस का कक्ष डिजाइन और विकसित किया गया था एक संख्यात्मक विश्लेषण का उपयोग कर13. परिणामस्वरूप multiconcentration चैंबर एक ताजा हवा नियंत्रण सहित चार जोखिम सांद्रता, प्रदान कर सकते हैं । प्रत्येक जोखिम बंदरगाह के लिए प्रवाह दर उपयुक्त है, के रूप में Pauluhn और Thiel16द्वारा सुझाव दिया, के लिए निर्देशित प्रवाह, नाक केवल साँस लेने के कक्षों ।

मौजूदा सत्यापन प्रक्रिया के अनुसार प्रस्तावित CFD और संख्यात्मक रूप से डिजाइन की गई प्रणाली को मान्य करने के लिए, एक्सपोज़र पोर्ट फ्लो फील्ड्स को प्रत्येक एकाग्रता चरण के लिए क्षैतिज और लंबवत मापा गया था, साथ ही कण संख्या सांद्रता क्रॉस-संदूषण, जो एक महत्वपूर्ण कदम है (प्रोटोकॉल की धारा 5 में वर्णित) का मूल्यांकन करने के लिए, और एकाग्रता परीक्षण एयरोसोल सोडियम क्लोराइड का उपयोग कर रखरखाव । डिजाइन multiconcentration जोखिम प्रणाली प्रत्येक एकाग्रता चरण से जोखिम बंदरगाहों के लिए एक समान प्रवाह क्षेत्र दिखाया, एकाग्रता बंदरगाहों के बीच कोई क्रॉस-संदूषण, और लगातार एकाग्रता रखरखाव. इस प्रकार, प्रस्तावित प्रणाली साँस लेना विषाक्तता परीक्षण और अध्ययन करने के इच्छुक छोटी अनुसंधान सुविधाओं के उपयोग के लिए प्रभावी हो सकता है. के बाद से nanoparticle व्यवहार (प्रसार द्वारा बयान) हवा में बहुत गैस या वाष्प17के समान है, चैंबर गैस और कार्बनिक वाष्प सांस लेना परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । एक कार्बनिक वाष्प के साथ चैंबर परीक्षण की योजना बनाई है, और गैर नैनोस्केल कणों निकट भविष्य में परीक्षण किया जाएगा ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस शोध को औद्योगिक प्रौद्योगिकी नवाचार कार्यक्रम (१००५२९०१) द्वारा समर्थित किया गया था, जो कोरियाई द्वारा औद्योगिक प्रौद्योगिकी के कोरिया मूल्यांकन संस्थान के माध्यम से, वाणिज्य में अत्यधिक प्रयोग करने योग्य nanomaterial साँस लेना विषाक्तता परीक्षण प्रणाली का विकास व्यापार, उद्योग & ऊर्जा मंत्रालय ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
FLUENT V.17.2  ANSYS Software
mass flow meter (MFM) TSI 4043
SMPS (scanning mobility particle sizer) Grimm  SMPS+C
5-Jet atomizer  HCTM 5JA-1000
Mass flow controller (MFC) Horiba S48-32

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

इंजीनियरिंग अंक १४५ साँस लेना विषाक्तता परीक्षण नाक केवल एक्सपोजर चैंबर multiconcentration कंप्यूटरीकृत द्रव गतिशीलता संख्यात्मक विश्लेषण
नाक-केवल साँस लेना विषाक्तता परीक्षण कक्ष है कि नैनो के चार जोखिम सांद्रता-कणों के आकार प्रदान करता है का विकास
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Yi, J. S., Jeon, K. S., Kim, H. J.,… More

Yi, J. S., Jeon, K. S., Kim, H. J., Jeon, K. J., Yu, I. J. Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles. J. Vis. Exp. (145), e58725, doi:10.3791/58725 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter