Tüm-Vücut Nanopartikül Aerosol Solunum Etkilenmeler

Summary

Bir bütün vücut nanoparçacık aerosol inhalasyon maruz tesisi (TiO nano boyutlu titanyum dioksit için inşa edilmiştir

Abstract

Soluma aerosolizable (ENM) nano-malzemeler mühendislik ile çalışan bireyler için en olası maruz yoldur. Düzgün nanoparçacık inhalasyon toksikoloji çalışmaları gerçekleştirmek için, bir oda konut aerosoller deney hayvanları olmalıdır: 1) sabit bir konsantrasyon maruz kalınan tüm riski dönem için istenilen düzeyde tutulur, 2) homojen bir yabancı maddelerden arındırılmış kompozisyon ve 3) istikrarlı bir Bir geometrik ortalama çap <200 nm ve geometrik standart sapma ile boyut dağılımı _g <2,5 ⁵ σ. Kolayca aglomera nanopartiküller çünkü nanopartiküller içeren aerosollerin üretimi oldukça zordur. Bu çok güçlü bir parçacık arası güçler, on ya da kırık edilmesi zor büyüklüğü ⁶ mikron, yüzlerce büyük fraktal yapılarının oluşumunu büyük ölçüde bağlıdır. Nebülizörleri, akışkan yatak, Venturi aspiratör ve Wright toz yem dahil olmak üzere birçok ortak aerosol jeneratörleri,, bizyeniden test, ancak hiçbiri kriterleri ⁵ karşılamak nanoparçacık aerosoller üretmek başardık.

Bir bütün vücut nanoparçacık aerosol inhalasyon maruz sistemi, fabrikasyon onaylanmış ve _nano-TiO2 inhalasyon toksikoloji çalışmaları için kullanılmıştır. Kritik bileşenleri: 1) yeni _nano-TiO2 aerosol jeneratör, 2) 0,5 m ³ tüm vücut solunması odası ve 3) monitör ve kontrol sistemi. Kuru yükler _nano-TiO2 tozlar (yığın yoğunluğu 3.8 g / cm ³ 21 nm birincil çapı,) üretilen _Nano-TiO2 aerosoller 90 LPM bir akış hızı (10.8 hava değişiklikleri / saat) maruz kalma odasına teslim edildi . Partikül boyut dağılımı ve kütle konsantrasyon profilleri tarama hareketlilik parçacık büyüklük (SMPS), ve elektrikli düşük basınç darbe (ELPI) ile sürekli olarak ölçüldü. Aerosol kütle konsantrasyonu (C) (mg / m ³⁾ gravimetrik olarak doğrulandı. Kitle (M) Toplanan partiküllerin _ön M ve M, örnekleme _sonrası (mg) önce ve sonra filtrenin kitleler M = _(M-sonrası M _öncesi) olarak belirlenmiştir. Kitle konsantrasyonu olarak hesaplanmıştır C = M Q debi (m ³ / dak) örnekleme edilir / (Q * t), ve t örnekleme süresi (dakika) 'dir. Odacık basıncı, sıcaklık, bağıl nem (BN), _O2 ve _CO2 konsantrasyonları sürekli olarak izlenip kontrol edilmiştir. Nuclepore filtreleri toplanan _Nano-TiO2 aerosoller bir taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını (EDX) analizi ile analiz edilmiştir.

Özet olarak, nano-parçacık aerosoller oluştuğunda ve maruz kalma odasına teslim olduğunu bildirmektedir: 1) sabit kütle konsantrasyonu, 2) homojen kompozisyon yabancı maddelerden arındırılmış, 3) bir sayısı-medyan aerodinamik ile istikrarlı tane boyutu dağılımlarıaerosol üretimi sırasında 157 nm namik çapı. Bu sistem güvenilir ve sürekli mesleki, çevresel veya yerli ENM aerosol maruz simüle testi atmosfer oluşturur.

Protocol

Tüm vücut nanoparçacık inhalasyon maruz adım adım çalışma prosedürleri aşağıda açıklanmıştır.

Not: 1) 1. ve 3. adımları bir davlumbaz yapılmalıdır, 2) operatörleri (solunum, gözlük ve lastik eldiven) uygun kişisel koruyucu donanım giymelidir.

1. Klima _TiO2 Nanopartikül Kuru Tozlar

1. Bir saydam olmayan kapta _nano-TiO2 tozlar yerleştirin.
2. Kabın kapağı açık bırakın.
3. Klima için en az 24 saat boyunca kuru bir desikatör içinde kap yerleştirin.

2. Veri Toplama ve Kontrol Sistemi, AGK ve ELPI ve Tüm Dönüştürücüler Isınma

1. Hava izleme ve veri toplama sistemi ve aerosol izleme SMPS (TSI Inc, Shoreview, MN) ve ELPI (Dekati, Tampere, Finlandiya) için güç anahtarları açın ve en az 1 saat süreyle sistemleri ısınmak.
2. Gücü açınTüm dönüştürücüler anahtarları, en az 1 saat boyunca onları ısıtmak için.

3. Aerosol Jeneratörler içine _TiO2 Nanopartikül Kuru Tozlar Yükleniyor

1. Aerosol jeneratörleri üzerinde silindir kapakları açın ve aerosol jeneratörleri de filtreleri değiştirin. Not: Bir aerosol jeneratör bir silindir vardır. Kullanılmak üzere aerosol jeneratörleri sayısı maruz odası içinde bulunan parçacıkların istenen kütle konsantrasyonuna bağlıdır.
2. ~ 4 g _nano-TiO2 tozlar tartılır ve her silindir yükleyin.
3. Silindir kapaklarını değiştirin.
4. Tüm alanlarda _TiO2 kontaminasyon şüphesi ıslak silinmelidir.

4. Soluma Pozlama Odası Aerosol Jeneratörler bağlanması

1. Inhalasyon maruz odası (TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Almanya) girişine de bir siklon ayırıcı bir manifoldu ile aerosol jeneratörleri tüm çıkışları bağlayın.
2. Basınçlı hava hortumu bağlayınaerosol jeneratörleri de Venturi dağıtıcılar.

5. Soluma Pozlama Odası'na Hava İzleme ve Aerosol Örnekleme Girişleri bağlanması

1. Sıcaklık ve bağıl nem (RH), basınç, inhalasyon maruz odası üzerinde atmosfer izleme portları test etmek için TSE Systems tarafından sağlanan O ₂ ve CO ₂ sensörleri bağlayın.
2. Inhalasyon maruz odası üzerinde aerosol örnekleme bağlantı noktalarından birine bir aerosol seyreltici girişine bağlayın ve sonra ELPI girişine kendi çıkış bağlayın.
3. Inhalasyon maruz odası üzerinde aerosol örnekleme bağlantı noktalarından birine SMPS bağlayın.
4. Maruz odası üzerinde aerosol örnekleme bağlantı noktalarından birine bir partikül konsantrasyonu monitör (TSE Sistemleri) girişine bağlayın.
5. PTFE membran filtre (P / N 66149, Pall şirket, Ann Arbor, Michigan) tartılır ve bir paslanmaz çelik filtre tutucu (In-Tox ürünleri, Moriarty NM) içine filtre yükleyin.
6. Girişine iletişimebir örnekleme pompası için bir inhalasyon maruz odası üzerinde aerosol örnekleme bağlantı noktalarından birine filtre önceden tartılmış ve bağlantı kendi çıkış ile paslanmaz çelik filtre tutucu.

6. Veri Toplama Sistemleri etkinleştirin

1. Etkinleştir ELPI veri toplama yazılımı, ELPIVI, kurulum parametrelerini kontrol edin ve 5 dakika ~ için gömme pompa açın ve sonra ELPI sıfır. Kayıt öncesi maruz kalma konsantrasyonu.
2. SMPS veri toplama yazılımı etkinleştirin. Kayıt öncesi maruz kalma konsantrasyonu.
3. Etkinleştir yazılım, Daco (TSE Sistemleri), hava akış hızı, sıcaklık ve nem odası basıncı izleme ve kontrol için, sıcaklık ve RH, O ₂ ve CO _2.

7. Soluma Pozlama Odası içine Deney Hayvanları Yükleniyor

1. Deney hayvanları tartılır.
2. Hayvanlar maruz kaldıktan sonra, aynı tekrar kafeslerine konabilir böylece deney hayvanları ve kafesler işaretleyin nee eğerded.
3. Inhalasyon maruz odasının kapısını açın ve kablolu kafes içine deney hayvanları yükleyin.
4. Su hayvanlar için temin edilebilir.
5. Inhalasyon maruz odasının kapağını kapatın ve güvenli.
6. Sıkça sıkıntı belirtileri için poz odası gözlem pencerelerden hayvanlar gözlemlemek. Hayvanlar rahat ve normal çalışmıyor olmalıdır. Hızlı / nefes yorucu ise pozlama durdurun, anormal görünüm, postural anormallikler veya hareketsizlik gözlenmektedir. , Hayvanlar çıkarın orijinal kafesleri için iade, katılan veteriner ve / temas veya uygun Kurumsal Hayvan Bakım başlatmak ve Komite işlemleri kullanın.

Not: adımları 8.7, 8.8 ve 8.17 gerçekleştirirken Operatörler kişisel koruyucu ekipman giymelidir.

8. Nanopartikül Aerosoller Küçük Hayvanlar maruz

1. Inhalasyon maruz odasının egzoz vakum pompası açın.
2. Için veri toplama yazılımı, Daco, çalıştırın: bir, basınç, sıcaklık, nem, O gibi poz çevre verileri,) maruz kalma odasındaki basınç kontrol b), pozlama odasına filtre kuru hava tedarik, ve c) toplamak ₂ ve CO _2.
3. Oda basıncında hafif negatif basınç (ayar noktası = -0.2 mbar) oluşturulması.
4. Aerosol jeneratörleri açın.
5. Sürekli solunması odasında partikül büyüklüğü ve bağıl kütle konsantrasyonu izlemek için ELPI ve SMPS veri toplama yazılımı çalıştırın.
6. Aerosol konsantrasyonu stabil olduğunda, ELPI monitörde konsantrasyon profili (Normalde: aerosol jeneratörleri operasyonda olduktan sonra bu 20 dakika sürer) plato ulaştı yani (örneğin, 1 saat) örnekleme zaman kurmak, ve aerosol örnekleme açın filtrelerle nanopartiküller temsilcisi örnek toplamak için pompa.
7. Örnekleme zaman ulaşıldığında, filtreleri kaldırabilirsiniz ve sa takınmaruz odası kaçan test materyalleri önlemek için kauçuk fişleri ile port mpling.
8. Filtreleri tartılır, ve yukarıda tarif edildiği gibi maruz odasındaki ortalama kitle konsantrasyonunun hesaplanması.
9. Ortalama konsantrasyon, hedef konsantrasyonu ise, manuel olarak hedef değere ulaşılana sağlamak için jeneratör akımı ayarlayın.
10. D = C x V _m XTX F _r, burada D = Doz, C testi malzemenin = ortalama kütle konsantrasyonu, V _m = dakika hacmi, t = maruziyet süresi ve F _r = fraksiyonu malzemesi olarak hayvan akciğerlerde partikül birikimi hesaplayın Bu çökelmiş ya da absorbe edilir.
11. Temiz, ön ağırlıklı filtreleri ile filtre sahipleri filtreler ve adımları tekrarlayın 8.6 ve 8.8 değiştirin.
12. Hayvan akciğerlerde pozlama odası ve hedeflenen partikül birikimi gerçek kütle konsantrasyonu dayanarak, kalan exp tahmin, t _kalır gibi osure zaman = (D _hedef-D) / (C x V _m x F _r) t _kalır = maruziyet süresi kalır, D _hedef = hedef doz, C = test malzemesi kütle konsantrasyonu, V _m ortalama = Dakika hacmi, F _r yatırılır veya emilir malzeme = kesir.
13. _Kalır t ulaşıldığında aerosol jeneratörü kapatın.
14. Monitörün de belirtilen partikül konsantrasyonu odasında önceden maruz partikül konsantrasyonuna yakın oluncaya kadar maruz odasından hayvanlar çıkarmadan önce, filtrelenmiş hava ile solunması odası yıkayın.
15. Oda egzoz vakum pompası kapatın.
16. Veri toplama yazılımı, Daco durdurun.
17. Maruz kaldıktan sonra normal solunum ve davranış doğrulamak için hayvanları gözlemlemek, ve belge başka hiçbir çalışma komplikasyon eskiist. Burun akıntısı, solunum sıkıntısı veya başka bir hayvan refahı komplikasyonlar gözlenir ise, katılan veteriner ve / temas veya uygun Kurumsal Hayvan Bakım başlatmak ve Komite işlemleri kullanın.
18. ELPI ve SMPS veri toplama yazılımı durdurun.

9. Test Raporu Oluşturma

9.1 Test koşulları dahil

1. Bu testte kullanılan aerosol üretim sistemi ve çalışma parametrelerinin tanımlanması.
2. Pozlama sırasında kullanılan tasarım, tip, boyutlar ve çalışma parametreleri de dahil olmak üzere maruz kalma aparatı açıklaması.
3. Ölçüm sıcaklık, nem, partikül boyutu ve gerçek konsantrasyon için donatım.
4. Atık hava ve kullanıldığında, test odasının içinde hayvanların konut yöntemi tedavisi.

9.2 Pozlama atmosfer veri içerir

1. Inhalasyon ekipman doğru hava akışı oranları.
2. Sıcaklık ve nemhava.
3. Hayvan kafesleri yakın aerosol örnekleme bölgesinde Gerçek (analitik veya gravimetrik) konsantrasyonu.
4. Tane boyut dağılımı, ve hesaplanan sayısı ortalama aerodinamik çapı ve geometrik standart sapma.
5. Neden istenen odası konsantrasyonu ve / veya partikül boyutu açıklanması ve (varsa) elde edilemedi ve çabaları kurallar bu yönleri ile uyum için alınan.

Diğer 9.3

1. Oda içeren inhalasyon tesiste biraz negatif basınç solunması laboratuvar kaçan test materyalleri önlemek için muhafaza edilmelidir.
2. Hayvan atıkların etkilerini ortadan kaldırmak için her gün maruz odası temizleyin.
3. ELPI, SMPS ve diğer enstrümanlar temizlenmiş ve kullanım kılavuzları dayalı kalibre edilmelidir.

Representative Results

Bir solunması çalışma tipik olarak bir test malzemesi ^8,9 arasında tanımlanmış bir yoğunlukta için deneysel bir hayvan teşhir ederken bir bilinen ve sabit bir test ortamında, bir deney hayvanı korumak içerir. Tüm vücut nanoparçacık solunması sistemi Şekil 1 'de gösterilmiştir. Odası ile hava 90 LPM sürekli bir akış var nerede tüm vücut odası dinamik bir akış olarak ameliyat edildi. Bu hava akımı akut inhalasyon pozlama ⁷ için ABD Çevre Koruma Ajansı tarafından gerekli hava değişimi en az sayıda (10,0) aşıyor 10.8 hava değişimi / saat sağladı. Bir birleştirme filtre, filtre ve aktif karbon filtre (Atlas Copco, İsveç) birleştirici bir yüksek verimlilik içeren 3 aşamalı hava filtresi sistemi, su, toz ve yağ buharları ve (hidrokarbon) kokuların giderilmesi için giriş hava kullanıldı. Bir ön kağıt filtre, bir karbon filtre ve HEPA fi içeren 3 aşamalı hava filtresi sistemiltre egzoz kütle akış kontrol cihazı korumak için kullanılmıştır. Batı Virginia Üniversitesi isteği, TSE Systems tarafından tasarlanmış 4 kademeli hava filtre sistemi egzoz vakum pompasının çıkışındaki kullanılmıştır. Pozlama odası paslanmaz çelik telden yapılmış ve TSE Systems tarafından temin edilmiştir konut 8 hayvan kafesleri kapasitesine sahiptir. Maruz hücresi içerisindeki atmosfer, batırma deney hayvanları arasında fareler en fazla 16 ya da 64 fare. Deney hayvanlarının toplam hacmi, akut solunum maruz ⁷ ABD Çevre Koruma Ajansı tarafından gerekli bir test ortamı, stabilitesini sağlamak için odasının hacminin% 5'i aşmaz.

Bir nanoparçacık aerosol jeneratörü tasarlanmış ve ^3,10 test edildi. Şekil 2'de gösterildiği gibi, bir bölme (4), bir titreşimli Venturi dağıtıcı (6) ile bir siklon ayırıcısı olan titreşimli bir akışkan yataklı bir silindirin (5) oluşur. Bir vibratör (10) cylind bağlanmışER (5) mekanik titreşimler oluşturur. Bir filtre (2) silindir paslanmaz çelik hava dağıtıcısı (1) üzerine oturur. Nanoparçacık kuru toz (3) filtre üzerinde aerosol aittir olmak. Venturi dağıtıcı (6), silindir üst çıkış noktasına bağlanmış. Venturi dağıtıcı bir boru içinde bir daralma sahiptir. Venturi dağıtıcı içinde daralma esen bir yüksek hızlı bir hava püskürmesi bir aktive edilmiş karbon ve HEPA ile proksimal ve distal her iki ucunda da hava besleme portları ikinci silindirin içine temiz ve kuru hava çekmek silindir içinde bir vakum oluşturmak filtre (9). Venturi dağıtıcı çıkışı, bir siklon ayırıcı (7) girişine bağlanır. Siklon ayırıcısının çıkışına maruz odasının girişine bağlanır. Bu aerosol üretim sisteminde, akım kesme ve birden fazla gömük titreşimli büyük topakların, büyük topakların kaldırmak için kullanılan birden fazla parçacık ayırıcıları ve minimize etmek için kullanılan birden fazla seyreltme dağıtmak için kullanılmaktadırpartiküllerin yeniden aglomerasyonu. Parçacık Boyutu ve kütle konsantrasyonu elle valf (8) ve (11) ile kuru toz katmanı sayesinde titreşim ve hava akış oranlarının ayarlanması ile kontrol edilebilir.

Toplu kuru toz (Aeroxide _TiO2 P25, Evonik, Almanya) 90 LPM de seyreltilmiş ve inhalasyon maruz odasına teslim edildi _nano-TiO2 elde _TiO2 aerosoller. Test ortamlar ELPI ile izlenen ve her deney hayvan grubu için tutarlı ve bilinen poz sağlamak için elle ayarlandı. Buna ek olarak, deney hayvanlarının aynı sayıda oluşan bir sahte grup her zaman çalışmaya dahil edilmelidir. Kontrol deney hayvanları deney hayvanları üzerinde test nanoparçacık aerosol biyolojik etkilerini değerlendirmek için kullanılacak yerine bu sahte gruptan aerosol parçacıkları ve sonuçların filtre temiz hava maruz kalacağı.

1. Oda Basınç

Şekil 3'te gösterildiği gibi oda içinde hafifçe negatif bir basınç (-0.2 ± 0.01 mbar), çevredeki laboratuar test maddesinin içine sızmasını önlemek için odasının giriş ve çıkış hava akış hızı kontrol etme yoluyla muhafaza edilmiştir. İdeal solunması odasının bulunduğu oda biraz negatif basınç olmalıdır.

2. Hava Akış Oranları, Sıcaklık ve Bağıl Nem

Giriş ve egzoz hava debileri kütle akış kontrol ile kontrol altına alındı. Şekil 4'te gösterildiği gibi, giriş hava akış oranı 0.3 ± LPM 89.9 idi, ve egzoz hava akışı 111.9 ± 0.9 idi LPM. Sıcaklık ve bağıl nem bir sıcaklık ve bağıl nem dönüştürücü ile izlenen ve 22.6 de kontrol altına alındı ​​± 0.4 ° C ve 6.9 ± oda hava sıcaklığı kontrol ederek ve bir gösterilmeyen nem ile% 0.6Şekil 5'te gösterildiği gibi ier. Bağıl nem% 3 ila 80 altında Pauluhn & Mohr araştırmalara göre, fareler herhangi bir etkisi ⁴ olmadan nem atmosfer ya tolere.

3. Oda O ₂ ve CO ₂ konsantrasyonları

O ₂ ve CO ₂ konsantrasyonları O ₂ ve CO ₂ gazı analiz ile sürekli takip edildi. Şekil 6'da gösterildiği gibi, O ₂ ± 20.79 az% 0.03 stabildi ve _CO2 konsantrasyonu 580 ± 25 ppm idi.

4. Aerosol Karakterizasyonu

Inhalasyon çalışmalar için kullanılan bir aerosol yaygın boyut dağılımı fonksiyonu ve bir konsantrasyon parametre tanımlayan iki parametreler tarafından gerçek zamanlı olarak karakterize edilir. Test ortamı sürekli bir akım sadece odasındaki hayvanın kafes üzerindeki bölgelerin bir örnek yoluyla çekildianaliz cihazı doğrultusunda.

4.1 Partikül Boyut Dağılımı

Şekil 7A, bir standart 10 LPM ELPI ile ölçülen partikül büyüklüğü dağılımıdır. Parçacıkların sayısı medyan aerodinamik çapı 157 nm'dir. Şekil 7B, TSI 3936L75 SMPS ile ölçülen partikül büyüklüğü dağılımıdır. Parçacıkların ortalama sayısı hareket çapı 2.3 arasında bir geometrik standart sapma ile 145 nm arasındadır. Şekil 7C, solunması çalışmaları sırasında parçacık boyutu değişimi Şekil. Parçacık boyutu bütün uygulama süresince nispeten stabildir.

4.2 Aerosol Konsantrasyon

_Nano-TiO2 parçacıkların gerçek zamanlı kitle konsantrasyonunun sadece ELPI Kafeslerin yukarıda bölgeleri içinde izlenmiştir. Şekil 8A, bir 4 saat / gün inhalasyon maruz kalma sırasında parçacık yoğunlaşmasıdır. Sırasındasolunması, gerçek konsantrasyon gravimetrik yöntemler kullanılarak ölçüldü, 3-4 ölçüm inhale dozun hesaplanması için alınmıştır. Parçacıklar 47 mm PTFE membran filtresi ile toplanmıştır. Bir mikro XP2U (Mettler Toledo, İsviçre) dolgu tartmak için kullanılmıştır.

Solunması odasında _nano-TiO2 konsantrasyonunun gün içi ve günler arası değişkenlik 29 bireysel 4 saat / gün inhalasyon pozlama (hedef konsantrasyonu = 6.0 mg / m ³⁾ gravimetrik konsantrasyonları göre belirlenmiştir. Her gün içi ortalama konsantrasyon ve bağıl standart sapma (RSD) Şekil 8B gösterilen 4 saat solunması sırasında 3 veya 4 gravimetrik ölçümlere göre hesaplandı. Gün içi konsantrasyonu 0.02 ve 0.17 arasında MSB ile 5,3-6,6 mg / m ³ bir ortalama vardır. Ortalama arası günlük konsantrasyon ve RSD 29 bireysel ortalama intr dayalı hesaplanmıştırBir günlük gravimetrik konsantrasyonları. Günler arası ortalama konsantrasyonu 0.06 bir MSB ile 6.0 mg / m ^{3 'tür.} Bizim sistemi akut inhalasyon pozlama için istikrarlı ve tekrarlanabilir _nano-TiO2 testi ortamlar sağlayabilir belirtti.

4.3 Aerosol Morfoloji ve Elemental Kompozisyon

Yapıları ve parçacıkların kimyasal bileşimleri toksikoloji çalışmalarında önemlidir. _TiO2 örnekleri 47-mm Nuclepore polikarbonat filtreler (Whatman, Clinton, PA) üzerine toplanmıştır. Filtreler dört eşit bölüme kesildi; iki bölüm gümüş macun (Kolloidal gümüş sıvı, Elektron Mikroskobu Bilimler, Hatfield, PA) ile alüminyum taslakları üzerine monte edildi. De; _TiO2 parçacıkları taramalı elektron mikroskobu, bir Hitachi 4800 alan emisyon (FESEM, Hitachi, Japonya) kullanılarak izlenebilir, ve aynı zamanda enerji dağılımlı X-ışını analizi (Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, NJ SEM-EDX) kullanılarak analiz edildi yatırılır 20 keV. TiO2 aerosol örneklerinin SEM mikrografikleridir, ve Şekil 10, _TiO2 aerosol örnekler için spektrumudur. Yüzden fazla parçacıkları filtre parçacıkların gerçekten _TiO2 parçacıkların bir göstergesi, titanyum ve oksijenden oluşan edildi sağlamak için SEM-EDX ile incelendi. Şekil 10'da, karbon filtreden ve altın / paladyum kaplama yapıldı. SEM-EDX sonuçlara göre, incelenen tüm parçacıklar gerçekten _TiO2 parçacıklar olduğunu göstererek, titanyum ve sadece oksijen oluşuyordu.

5. Dağıtım tekdüzelik

Test bileşiğinin konsantrasyonu yerden başka bir yere ³ arasında değişir ise bu, odanın içindeki uygun çevresel parametrelerini koruduğunu yetersizdir. Nanoparçacık konsantrasyonları sadece maruz odasındaki kafes üzerindeki bölgelerde dört farklı yerde ölçüldü.

Bir yerde, M _i, de parçacıkların kütle filtre örnekleme ve bir mikro-denge ile gravimetrik olarak ölçüldü. Örneklenen parçacıkların ortalama kütlesi

Ortalama konsantrasyon sağladığı konum i de kütle konsantrasyon göreceli sapmasıdır

Ortalama konsantrasyonu farklı ölçüm yerlerde konsantrasyonlarının maksimum bağıl sapma <% 6'dır. Bu grup hesaplama için tolerans limitleri içindedir.

6. Hayvan Akciğerler hesaplanan Parçacık Biriktirme Hayvan maruziyet süresi ve alımı esnasında test ortamı, bilinen bir konsantrasyonda teneffüs veya fraksiyon bilinen yatırılması durumunda, yatırılan test malzemesi miktarı hesaplanabilir:

burada D = Doz, C testi malzeme = konsantrasyonu, V _m = dakika hacmi, t = maruziyet süresi ve F _r yatırılır veya emilir malzeme = kesir.

Dakika hacmi için ortalama değerleri, V _m ampirik allometrik ölçeklendirme formüller ^1,2 kullanarak vücut kitle tahmin edilebilir. Örneğin, bir sıçan varsayarak bir dakika havalandırma V _m = 200 ml / dak, maruz kalma konsantrasyonu C = 6.2 mg / m ^3, maruziyet süresi t = sahiptir4 saat, madde birikimi F _R fraksiyonu = 0.1, hesaplanan akciğer birikim D = 30 g.

Şekil 1. Soluma Pozlama Tesis 1 = Pozlama odası;. 2 = Elektrik düşük basınç darbe, 3 = Aerosol jeneratör, 4 = Tarama hareketlilik parçacık büyüklük.

Şekil 2. Nano-TiO2 aerosol jeneratör şematik 1 = hava dağıtıcısı;. 2 = filtre; 3 = _TiO2 kuru toz, 4 = bölme; 5 = silindir; 6 = Venturi dağıtıcı; 7 = siklon ayırıcı; 8 = valf (seyreltme hava) , 9 = kömür ve HEPA filtre; 10 = vibratör; 11 = valfi (kuru toz ile hava).

Şekil 3,. Odacık basıncı. Odası içerisinde hafif negatif basınç -0.2 'de muhafaza edilmiştir mbar (hedeflenen basıncı). Basıncın, hedeflenen basıncı (ani) kapandıktan sonra, kontrol sistemi, geri hedeflenen basınca basınç ayarlandı.

Şekil 4. Oda giriş ve çıkış hava debileri. Giriş hava debisi ortalama = 89.9 LPM ve egzoz hava akış oranı = odasında biraz negatif basınç korumak için 111.9 LPM.

Şekil 5,. Oda sıcaklık ve RH. Ortalama sıcaklığı erature = 22.6 ± 0.4 ° C, RH 6.9 ± 0.6% iken.

6 Şekil. Oda O ₂ ve CO _2. O ₂ 20.79% ve CO ₂ 580 ppm'dir.

Şekil 7. . _TiO2 aerosol boyut dağılımı A) ELPI, ortalama aerodinamik çapı saymak D _p = 157 nm;. B) SMPS, D _g geometrik standart sapma 2.3 _g σ ile = 145 nm C) Parçacık büyüklüğü vs zaman ortalama hareketlilik çapı saymak ELPI gelen. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .

yeniden 8A "src =" / files/ftp_upload/50263/50263fig8A.jpg "/>
8A Şekil. 4 saat _TiO2 aerosol kütle konsantrasyonu.

Şekil 8B. 29-bireysel 4 saat inhalasyon maruz _TiO2 aerosol kütle konsantrasyonları.

9 Şekil. _TiO2 aerosol SEM. Filtre 47 mm A) Tipik parçacık dağılımı. B) Kırmızı ok, 1.78 mikron. C) Sarı ok, 159 nm. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .

50263fig10.jpg "/>
10 Şekil. _TiO2 aerosol numunenin spektrumu. Karbon filtreden ve altın / paladyum kaplama yapıldı. SEM-EDX sonuçlara göre, incelenen tüm parçacıklar gerçekten _TiO2 parçacıklar olduğunu göstererek, titanyum ve sadece oksijen oluşuyordu.

Discussion

Biz monte ve tüm vücut nanoparçacık aerosol inhalasyon maruz sistemi burada tarif var. Sistem işlevselliğini state-of-the-art nanoparçacık aerosol karakterizasyon teknikleri ile doğrulandı. Bir roman nanoparçacık aerosol üretim sistemi ile bu solunması sistemi nispeten tutarlı sıcaklık, nem, hava akımı, ve deney hayvanları için oksijen içeriği ile iyi karakterize, kontrollü ve düzgün nanoparçacık aerosol testi atmosfer sağlayabilir. Pozlama sistemi hayvanlar, ya da uzun vadeli çalışmalar çok sayıda için en etkilidir. Bu büyük tüm vücut odasında, deney hayvanlarında, sınırsız rahat ve ısı stresi en aza indirilmiştir vardır. Maruziyet büyük sınırlama Deney hayvanları maruz hücresi içerisindeki atmosfer, daldırılır olmasıdır. Bu sözlü ve dermal maruz kalma gibi maruz kalma diğer yolları oluşabilir. Ayrıca, tüm-vücut sisteminde, dökme malzemenin büyük miktarda becau gerekmektedirbüyük veriş akış oranının se. 12-port burun-sadece inhalasyon maruz sistemi için, giriş hava debisi 12 LPM iken Örneğin, 0,5 m ³ maruz odası ile bu sistemde, giriş hava debisi, 90 LPM olduğunu. Solunması çalışmalar planlanırken Bu nedenle, toplu malzeme maliyeti ve yer durumu göz önünde bulundurulmalıdır.

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