Summary
Een alleen-neus inademing toxiciteit kamer geschikt voor het testen van de inhalatietoxiciteit bij vier verschillende blootstellingsconcentraties werd ontworpen en gevalideerd voor stroom veld uniformiteit en versleping tussen de havens van de blootstelling voor elke concentratie. Hier presenteren we een protocol om te bevestigen dat de ontworpen kamer effectief voor het testen van de toxiciteit van de inhalatie is.
Abstract
Met behulp van een numerieke analyse gebaseerd op geautomatiseerde vloeistofdynamica, is een alleen-neus inademing toxiciteit kamer met vier verschillende blootstellingsconcentraties ontworpen en gevalideerd voor stroom veld uniformiteit en versleping tussen de havens van de blootstelling voor elk concentratie. De veldwaarden ontworpen stroom worden vergeleken met de gemeten waarden uit blootstelling havens gelegen horizontaal en verticaal. Voor dit doel, zijn de nanoschaal natriumchloride deeltjes gegenereerd als test deeltjes en ingevoerd om de inademing zaal om te evalueren van de kruisbesmetting en concentratie onderhoud onder de kamers, voor elke concentratie-groep. De resultaten wijzen erop dat de zaal ontworpen multiconcentration inademing in dierlijke inhalatietoxiciteit testen zonder kruisbesmetting tussen concentratie groepen kan worden gebruikt. De zaal van de toxiciteit ontworpen multiconcentration inademing kan bovendien ook worden geconverteerd naar een single-concentratie inademing kamer. Verdere testen met gas, organische damp of niet-nanoschaal deeltjes, zorgt het gebruik van de kamer bij het testen van de inhalatie van andere test-artikelen.
Introduction
Inademing toxiciteitstests, is de meest betrouwbare methode voor de beoordeling van de risico's van chemische agentia, deeltjes, vezels en nanomaterialen1,2,3. Dus, meest regelgevende agentschappen vereisen de indiening van de inhalatietoxiciteit testgegevens wanneer de blootstelling aan chemische stoffen, deeltjes, vezels en nanomaterialen via inhalatie4,5,6,7 is ,8. Momenteel zijn er twee soorten inademing toxiciteit systemen: gehele lichaam en neus-only blootstelling systemen. Een standaard inademing toxiciteit testsysteem, zoals het hele lichaam of alleen-neus, vereist ten minste vier holtes bloot dieren zoals ratten en muizen aan vier verschillende concentraties, namelijk de controle van de frisse lucht en laag, normaal en hoge concentraties7 , 8. de organisatie voor economische samenwerking en ontwikkeling (OESO) test richtsnoeren suggereren dat de concentratie van de geselecteerde doel mag de identificatie van de target organ(s) en aantoning van een duidelijke concentratie antistofrespons7 ,8. De hoge concentratie moet leiden tot een duidelijke toxiciteit maar niet leiden tot sterfte of persistente tekenen die kunnen leiden tot de dood of een zinvolle evaluatie van de resultaten7,8te voorkomen. De maximaal haalbare niveau of hoge concentratie van de aërosolen kan worden bereikt met inachtneming van de deeltjes-grootte distributie-standaard. De gematigde concentratie niveau (s) moet worden verdeeld om te produceren een gradatie van toxische effecten tussen die van de lage en hoge concentraties7,8. Het niveau van lage concentratie, dat zou bij voorkeur een NOAEC (neen-observed-adverse-effect concentratie), moet produceren weinig of geen teken van toxiciteit7,8. De zaal van het gehele lichaam blootstelt dieren in een ongebreidelde voorwaarde in bekabelde kooien, terwijl de neus-alleen kamer een dier in een ingetogen staat in de afgesloten buis bloot. De terughoudendheid voorkomt verlies van aërosol door lekkage rond het dier. Wegens het hoge volume van de kamer van het gehele lichaam vereist het een groot aantal test artikelen worden blootgesteld aan proefdieren, terwijl de terughoudendheid van de tube in de neus-alleen blootstelling systeem dierlijke verkeer belemmert en ongemak of verstikking kan veroorzaken. Toch, de regelgevende OESO inademing toxiciteit testrichtsnoeren liever het gebruik van alleen-neus inademing systemen4,5,6,7,8.
Opvang van een vier-kamer-systeem, zoals het hele lichaam of alleen-neus, is echter duur, ruimte-consumeren, en vereist een ingebouwde lucht reinigen en circulatie systeem. Bovendien, een vier-kamer-systeem kunt ook vereisen aparte test artikel generatoren om dieren naar de gewenste concentraties, en een aparte meting apparaat om te controleren de testconcentraties artikel bloot te stellen. Daarom, aangezien standaard inademing toxiciteitstests aanzienlijke investeringen impliceert, handiger en zuinig gehele lichaam of slechts een neus blootstelling moet een systeem worden ontwikkeld voor gebruik in kleine onderzoeksfaciliteiten. Als u een inhalatie kamer ontwerpt, computational fluid dynamics (CFD) modelleren wordt ook vaak gebruikt om deeltje, gas of damp uniformiteit9,10,11,12,13 . Evaluatie door numerieke analyses en validatie door de experimentele resultaten is al verricht voor de gehele lichaam blootstelling kamer voor muizen10. Bijvoorbeeld, de lucht stroom en deeltje traject hebben zijn gemodelleerd met behulp van CFD, en de eenvormigheid van de deeltjesgrootte distributie is gemeten in negen delen van het gehele lichaam kamer10. Ook is de neus-alleen kamer geëvalueerd door numerieke analyse door CFD13. Na dat, werd evaluatie van de blootstelling van de neus-alleen kamer uitgevoerd door het vergelijken van de resultaten van de numerieke analyse met een experimentele studie met behulp van nanodeeltjes13.
Deze studie geeft een alleen-neus inademing kamer systeem dat proefdieren aan vier verschillende concentraties in één kamer blootstellen kan. In eerste instantie ontworpen met behulp van CFD en een numerieke analyse, wordt het voorgestelde systeem vervolgens vergeleken met een experimentele studie met behulp van nanoschaal natriumchloride deeltjes om de uniformiteit en kruisbesmetting te valideren. De resultaten die hier gepresenteerd aangeven dat de gepresenteerde neus-alleen kamer die dieren naar vier verschillende concentraties blootstellen kan kan worden gebruikt voor dierlijke blootstelling studies in kleinschalige academische en onderzoeksfaciliteiten. De numerieke analyse is als volgt ingesteld op dezelfde manier als de instelling van het experiment. Voor single-concentratie blootstelling, de aërosol-stroom naar de innerlijke toren is ingesteld op 48 L/min en de stroom van de schede naar de buitenste toren is ingesteld op 20 L/min. Voor de blootstelling van het multiconcentration is de aërosol-stroom naar de innerlijke toren ingang 11 L/min voor iedere fase. Het drukverschil uitlaat houdt op-100 Pa om een gladde gasstroom en lekkage te voorkomen. Stel de dierlijke houders zijn gesloten en leeg.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. numerieke analyse methoden
- Voert de analyse van het veld van de stroom in de kamer volgens de meetkundige vorm, zoals beschreven in Figuur 1 en tabel 114.
Opmerking: Een numerieke analyse van het veld van de stroom naar de geometrische vorm voorspelt de stroom van het aërosol en evalueert het als een testbare apparaat. - Ontwerp de kamer met 4 etappes x 12 kolommen, 48 poorten in totaal, waarbij de kern is verdeeld in een binnenste en buitenste toren, als in figuur 1B beschreven.
Opmerking: Elke fase heeft 12 poorten van de blootstelling voor het plaatsen van de proefdieren. Voldoen aan de aanbeveling die is voorgesteld door de OESO Guidance Document (GD) 39-6. - Voor de blootstelling van de single-concentratie, plaatst u de mengen plaat aan de bovenkant van de innerlijke toren te mengen van het testmateriaal en te zorgen voor een uniforme concentratie in de stadia. Voor multiconcentration blootstelling, scheiden de innerlijke toren in vier etappes en blootstellingsconcentraties door een scheiding-schijf.
Opmerking: De mengen plaat
2. voorbereiding van de experimentele evaluatie
-
Kamer
- De kamer opdelen in drie delen: de inlaat, schede en uitlaat, zoals aangegeven in het schematische diagram (Figuur 2).
Opmerking: De inlaat is waar het aërosol mondt uit in de binnenkamer, en de schede is de ruimte tussen de binnenste en buitenste torens voor extra luchtstroom. - Aanbod de aërosol (of test artikel) aan de innerlijke toren en proefdieren, terwijl de uitademing van de dieren die overtollige aërosol bevat uit de uitlaat samen met de lucht van de schede stroomt.
Opmerking: De dierlijke houders zijn gesloten en leeg. - Houd de innerlijke druk van de constante van de kamer met een ventilator en een omvormer, zoals de innerlijke plenum druk wordt gecontroleerd door de luchtstroom van de schede.
- Het ontwerp van apparatuur voor het meten van de uniformiteit van de test aërosol (of artikel) concentratie in de mengkamer gelegen tegenover de kamer alleen-neus blootstelling in het geval van één-concentratie blootstelling.
Opmerking: De uniformiteit van het aërosol test kan worden geëvalueerd door de deeltje nummer concentratie en grootte distributie. Individuele kamer concentratie monsters moeten afwijken van de gemiddelde kamer concentratie niet meer dan ±10% voor gassen en dampen, en niet meer dan ±20% voor vloeibare of vaste aërosolen4,5,6,7 ,8. Dus wanneer de test deeltjes niet constant, kan de aërosol-stroom worden omzeild via de uitlaat-fan. - Controleren op lekkages om te controleren van de betrouwbaarheid van de test en veiligheid door het bevestigen van een gesloten systeem met ±500 Pa die wordt bijgehouden voor 30 min.
Opmerking: De lekkage kan worden gecontroleerd door zeep borrelen.
- De kamer opdelen in drie delen: de inlaat, schede en uitlaat, zoals aangegeven in het schematische diagram (Figuur 2).
-
Milieu controle en toezicht
- Instellen van het percentage van de totale premie-inkomen van het aërosol (single/multi) en schede lucht bij 48 L/min of 44 L/min (één of meerdere, respectievelijk) en 20 L/min, respectievelijk, en houden de innerlijke druk van de kamer constant op −100 Pa in de instellingen van het besturingselement voor de gebruikersinterface.
- Handhaven van de temperatuur en de vochtigheid bij 23 ° C en 45%, respectievelijk. Gebruik een luchtbevochtiger aan de controle van de vochtigheid van de lucht van de blootstelling.
- Uitvoeren van een experiment in een isotherm-isohumidity-gecontroleerde omgeving om te voldoen aan de OESO inademing toxiciteit richtsnoeren4,6,7,8.
-
Uniformiteit Stroommeting
- Leveren de schone lucht van de 48 L/min naar de vergaderzaal inademing via een aanvoer van schone lucht, met inbegrip van een HEPA-filter gecontroleerd door een massale Stroomregelaar (MFC).
Opmerking: De schone lucht is gemaakt na het filteren met een HEPA-filter. - Het stabiliseren van de stroom met behulp van de mengkamer in het geval van één-concentratie blootstelling.
- Hechten een mondstuk levering aan één poort die injecteert verse controle lucht of de test aërosol (of artikel) in het geval van multiconcentration blootstelling.
- Meet de stroomsnelheid per poort met behulp van een mass flow meter.
- Leveren de schone lucht van de 48 L/min naar de vergaderzaal inademing via een aanvoer van schone lucht, met inbegrip van een HEPA-filter gecontroleerd door een massale Stroomregelaar (MFC).
-
Deeltje generatie
- Genereren van NaCl nanodeeltjes met behulp van een vijf-jet verstuiver te evalueren van het ontwerp van de kamer inademing.
Opmerking: Gebruik een 0.1%wt NaCl-oplossing voor het genereren van de NaCl-nanodeeltjes. - Regelen van het MFC om te bepalen welke van de produktie op 48 L/min van de NaCl-aërosol gemengd lucht in de één concentratie en op 12 L/min van de NaCl aërosol-gemengde lucht in de multiconcentration elke vier fasen.
Opmerking: Elke poort van de neus-alleen kamer ontvangt 1 L/min (dat wil zeggen, 48 poorten/neus-alleen kamer (vier-fase) 48 poorten/vier-fase; 12 poorten/fase). - Het verstrekken van schone lucht voor verdunning in de bypass.
Opmerking: De graaf mediaan van de diameter en de geometrische standaardafwijking van NaCl nanodeeltjes liggen op 76 nm en 1.4 behouden, respectievelijk.
- Genereren van NaCl nanodeeltjes met behulp van een vijf-jet verstuiver te evalueren van het ontwerp van de kamer inademing.
-
Deeltje uniformiteit meting
- Het meten van de korrelgrootteverdeling van de NaCl nanodeeltjes uitgestoten uit de spuitstukken van de injectie met behulp van een scanner mobiliteit deeltje sizer (SMPS) uit een differentiële mobiliteit analyzer (DMA) en een condensatie deeltjes teller (CPC bestaat).
- Gebruik een Am aërosol neutralizer verwijdert de statische lading van de deeltjes en de afzetting van deeltjes op de muren, waardoor de meting efficiëntie18.
- Handhaven van de verhouding van het aërosol en schede lucht debiet van de DMA op 1:10 op te houden de aërosol debiet en schede lucht debiet 1 L/min en 10 L/min, respectievelijk.
3. flow uniformiteit test
-
Multi concentratie blootstelling
- De stroomsnelheid van de spuitopeningen van de injectie door het verstrekken van schone lucht op 11 L/min. door de inlaat van de spuitbus instellen Selecteer 11 haven sproeiers voor elk van de vier fasen.
- Meet de stroomsnelheid te verbinden met de stroomsnelheidsmeter de geselecteerde mondstuk.
- Herhaal stap 3.1.2 3 x om te controleren of de reproduceerbaarheid.
-
Single-concentratie blootstelling
- De stroomsnelheid van de spuitopeningen van de injectie door het verstrekken van schone lucht op 48 L/min. door de inlaat van de spuitbus instellen Willekeurig selecteren 24 poort sproeiers onder de 48 poorten. Meten 3 x om te controleren of de reproduceerbaarheid.
4. deeltje uniformiteit test
-
Multiconcentration blootstelling
- Stel de korrelgrootteverdeling van de spuitopeningen van de injectie door het verstrekken van de gegenereerde deeltjes op 11 L/min. door de inlaat van de aërosol (do dit als in punt 2 beschreven).
- Willekeurig geselecteerd uit alle zes poort sproeiers onder de vier fasen; meten 3 x om te controleren of de reproduceerbaarheid.
-
Single-concentratie blootstelling
- Stel de korrelgrootteverdeling van de spuitopeningen van de injectie door de levering van de gegenereerde deeltjes op 20 L/min en schone lucht op 28 L/min, tot een totaal van 48 L/min. door de inlaat van de aërosol (zoals beschreven in 2.4 en 2.5).
- Willekeurig zes poort sproeiers onder de vier stadia.
- Het meten van de concentratie van het deeltje, te verbinden met de exploitanten met AMM de geselecteerde mondstuk.
- Herhaal stap 4.2.3 3 x om te controleren of de reproduceerbaarheid.
5. kruisbesmetting test
- Set drie fasen in het geval van multiconcentration blootstelling.
- Sluit twee generatoren met andere oplossing concentraties en een schone lucht lijn naar de respectieve drie fasen.
- Stel de korrelgrootteverdeling van de spuitopeningen van de injectie door de levering van de gegenereerde deeltjes en voor schone lucht op 11 L/min. door de inlaat van de aërosol (zoals beschreven in 2.4 en 2.5).
- Willekeurig één poort mondstuk uit alle drie fasen.
- Het meten van de concentratie van het deeltje, te verbinden met de exploitanten met AMM de geselecteerde poort.
- Herhaal stap 5.5 15 x om te controleren of de reproduceerbaarheid.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Experimentele opstelling
Figuur 1 toont een schematisch diagram van een neus-alleen inademing kamer systeem, met inbegrip van de generator van een deeltje met een MFC, dit is een alleen-neus kamer en deeltje meetinstrument voor het toezicht op de luchtkwaliteit, controller en uitlaat module, gebaseerd op Afdeling 2 van het protocol.
Numerical analysis ontwerp
Figuur 2 toont de geometrie van de neus-alleen inademing kamer voor multiconcentration blootstelling (figuur 2A) en single-concentratie blootstelling (figuur 2B). De beheerpoorten van frisse lucht bevinden zich op de top, terwijl de lage - matig- en high-concentratie poorten worden weergegeven in figuur 2A, op basis van sectie 1 van het protocol.
Het veld flow voor multi - en single-concentratie blootstelling in de verticale en horizontale toren wordt weergegeven in Figuur 3 en Figuur 4, respectievelijk. De multiconcentration kamer heeft vier velden van de stroom, terwijl de single-concentratie kamer één stroom veld (figuur 3AB). In het geval van de kamer single-concentratie, is de stroom van boven naar beneden gelijkmatig verspreid in de neus-alleen poorten (figuur 4A), terwijl de multiconcentration kamer is ontworpen om verschillende concentraties van de test-artikel op elk fase van neus-alleen poorten door het verstrekken van een stroom van de injectie uitblaasmonden gelegen in het midden van de innerlijke toren via één poort (figuur 4B).
Figuur 5 ziet u het veld van de stroom voor de concentratie van de blootstelling in elk stadium en is ontworpen om te voorkomen dat kruisverontreiniging tussen elke fase (Figuur 5), op basis van sectie 1 van het protocol.
Experimentele evaluatie van Numeriese Analise ontwerp
De uniformiteit van de stroom werd beoordeeld met behulp van de 12 havens gelegen horizontaal en verticaal de fasen. De numeriek ontworpen stroom was vergelijkbaar met de experimenteel gemeten stroom door de 12 havens gelegen horizontaal in de zaal van de single-concentratie en multiconcentration kamer (figuur 6AB en tabel 2). Bovendien, de numeriek ontworpen stroom was bijna hetzelfde als de experimenteel gemeten stroom door de 12 havens gelegen verticaal in de single-concentratie zaal (Figuur 7 en tabel 3), op basis van hoofdstuk 3 van het protocol.
De concentratie van de deeltjes werd gemeten met behulp van zes willekeurig geselecteerde poorten gelegen horizontaal naar de fases en toonde identiek concentraties in de single-concentratie kamer (figuur 8A en tabel 4) en de multiconcentration kamer ( 8B van de figuur en tabel 4). De concentratie van de deeltjes werd ook gemeten met behulp van zes willekeurig geselecteerde poorten gelegen verticaal aan de vier fasen en toonde identiek concentraties in de zaal van de single-concentratie (Figuur 9 en tabel 4), gebaseerd op punt 4 van de Protocol.
De kruisbesmetting werd gecontroleerd door het meten van de concentratie deeltjes natriumchloride in het besturingselement en lage en hoge concentraties. De resultaten toonden goed onderhouden concentratieniveaus vanuit de havens van blootstelling voor elk stadium (Figuur 10 en 6 van de tabel), op basis van punt 5 van het protocol.
Figuur 1: schematische van de neus-alleen inademing toxiciteit testkamer. Het is verdeeld in vijf gebieden (generatie, blootstelling kamer, meting, bewaking & controle en uitlaat module) en de generatie, blootstelling kamer naargelang het soort blootstelling kunt wijzigen. (A) Single-concentratie blootstelling. (B) Multiconcentration blootstelling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: geometrie van de neus-alleen inademing toxiciteit testkamer. (A) Single-concentratie blootstelling. (B) Multiconcentration blootstelling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: Flow gebied van de verticale innerlijke toren. (A) Single-concentratie blootstelling. (B) Multiconcentration blootstelling. De gekleurde balk geeft aan het stroom-veld (in meter per seconde). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: Flow gebied van de horizontale innerlijke toren. (A) Single-concentratie blootstelling. (B) Multiconcentration blootstelling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: Flow veld voor multiconcentration kamer kruisbesmetting. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6: vergelijking van de horizontale stroming uniformiteit. De foutbalken vertegenwoordigen SD. (A) Single-concentratie blootstelling. (B) Multiconcentration blootstelling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7: vergelijking van de verticale flow uniformiteit. De foutbalken vertegenwoordigen SD. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 8: vergelijking van de horizontale concentratie uniformiteit. De foutbalken vertegenwoordigen SD.()A) Single-concentratie blootstelling. (B) Multiconcentration blootstelling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 9: vergelijking van de verticale mediaconcentratie-uniformiteit. De foutbalken vertegenwoordigen SD. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 10: resultaten van de test van kruisbesmetting De foutbalken vertegenwoordigen SD. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
| Eenmalige toediening | Multi dosis | |
| Dimensie | 60 mm | 60 mm |
| Openingen van de buis | 6 mm | 6 mm |
| Totaal debiet leveren | 48 LPM | 11 LPM elke fase |
| Debiet elke Toevoerpoort | 1 LPM | 1 LPM |
| Snelheid elke Toevoerpoort | 0.59 m/s | 0.59 m/s |
| Extractie debiet | 48 LPM | 44 LPM in de 4 etappes |
Tabel 1: Testvoorwaarde.
| Stadium | Één concentratie | Multi concentratie | ||
| Gemiddelde stroom | Standaarddeviatie | Gemiddelde stroom | Standaarddeviatie | |
| 1 | 0.90 | 0.03 | 0.97 | 0,06 |
| 2 | 0.94 | 0.03 | 0.98 | 0,06 |
| 3 | 1.08 | 0.02 | 0.98 | 0,06 |
| 4 | 1.09 | 0.03 | 0.98 | 0,06 |
Tabel 2: Vergelijking van de horizontale stroming uniformiteit.
| Stadium | Één concentratie | |
| Gemiddelde stroom | Standaarddeviatie | |
| 1 | 1,00 | 0,01 |
| 2 | 1,00 | 0,01 |
| 3 | 1,00 | 0.02 |
| 4 | 1,00 | 0.02 |
| 5 | 1,00 | 0,01 |
| 6 | 1,00 | 0.02 |
| 7 | 1,00 | 0.02 |
| 8 | 1,00 | 0,01 |
| 9 | 1,00 | 0.02 |
| 10 | 1,00 | 0,01 |
| 11 | 1.01 | 0,01 |
| 12 | 1,00 | 0.02 |
Tabel 3: Vergelijking van de verticale flow uniformiteit.
| Stadium | Één concentratie | Multi concentratie | ||
| Gemiddelde concentratie | Standaarddeviatie | Gemiddelde concentratie | Standaarddeviatie | |
| 1 | 0.98 | 0.04 | 1.04 | 0,01 |
| 2 | 1.02 | 0.03 | 0.98 | 0,01 |
| 3 | 1,00 | 0.04 | 1.01 | 0,01 |
| 4 | 1,00 | 0.03 | 0.98 | 0,01 |
Tabel 4: Vergelijking van de horizontale concentratie uniformiteit.
| Stadium | Één concentratie | |
| Gemiddelde concentratie | Standaarddeviatie | |
| 1 | 0.99 | 0,05 |
| 2 | 1.02 | 0.02 |
| 3 | 0.99 | 0.03 |
| 4 | 1,00 | 0,05 |
| 5 | 1.01 | 0.03 |
| 6 | 0.99 | 0.04 |
Tabel 5: Vergelijking van de verticale mediaconcentratie-uniformiteit.
| Stadium | Één concentratie | |
| Gemiddelde concentratie | Standaarddeviatie | |
| 1 (hoog) | 8,823,838 | 322,882 |
| 2 (Low) | 2,100,002 | 94,922 |
| 3 (verse lucht) | 0 | 0 |
Tabel 6: Resultaten van de test van kruisbesmetting.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Inademing toxiciteitstests is momenteel de beste methode voor het uitrekenen van aërosol materialen (deeltjes en vezels), dampen en gassen ingeademd door de menselijke ademhalingswegen14,15. Er zijn twee methoden van inhalatie blootstelling: gehele lichaam en neus-only. Echter een neus-only systeem minimaliseert blootstelling door noninhalation routes, zoals de huid en ogen, en laat testen met minimale hoeveelheden van het test-artikel, waardoor het de voorkeur blootstelling methode aanbevolen door de OESO inademing toxiciteit testen richtsnoeren: acute4,6, subacute7en subchronische8.
Een standaard inademing toxiciteit systeem vereist vier holtes van de concentratie (frisse luchtverkeerscontrole en laag, normaal en hoge concentraties). Dus, de werking is duur, ruimte verbruikt en vereist test artikel generatie en milieu controlesystemen. De kamer van de multiconcentration inademing gepresenteerd in dit document is echter in de toekomst zuiniger voor gebruik door kleine onderzoeksinstituten. Op basis van het single-concentratie inademing kamer, de kamer van de voorgestelde multiconcentration inhalatie werd ontworpen en ontwikkeld met behulp van een numerieke analyse13. De resulterende multiconcentration vergaderzaal bieden vier blootstellingsconcentraties, met inbegrip van een controle van de frisse lucht. Het debiet op elke blootstelling poort is geschikt, zoals voorgesteld door Pauluhn en Thiel16, voor regie-stroom, dit is een alleen-neus inademing kamers.
Om te controleren de voorgestelde CFD en numeriek ontworpen systeem overeenkomstig de bestaande verificatieprocedure, werden de velden blootstelling poort flow gemeten horizontaal en verticaal voor elk stadium van de concentratie, samen met het nummer van het deeltje concentraties te evalueren van kruisbesmetting, dat een cruciale stap (beschreven in sectie 5 van het protocol), en het gebruik van de onderhoud van de concentratie is test aërosol natriumchloride. De ontworpen multiconcentration blootstelling systeem toonde een uniforme stroming veld voor de belichting poorten van elke fase van de concentratie, geen kruisbesmetting tussen de concentratie poorten en consistente concentratie onderhoud. Dus, zou het voorgestelde systeem effectief voor gebruik door kleine onderzoeksfaciliteiten verlangend te voeren inademing toxiciteit en studies. Aangezien nanoparticle gedrag (afzetting door diffusie) in de lucht zeer vergelijkbaar is met gas of damp17, kon de zaal worden gebruikt voor gas en organische damp inademen testen. Testen van de zaal met een organische damp is gepland, en de niet-nanoschaal deeltjes in de nabije toekomst zullen worden getest.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit onderzoek werd gesteund door de industriële technologie innovatie programma (10052901), ontwikkeling van hogelijk bruikbare nanomateriaal inhalatietoxiciteit testsysteem in de handel, door middel van het Korea evaluatie Institute of Industrial Technology door de Koreaanse Ministerie van handel, industrie en energie.
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 |
References
- Phalen, R. F. Methods in Inhalation Toxicology. Inhalation Exposure Methods. Phalen, R. F. , CRC Press. Boca Raton, FL. 69-84 (1997).
- 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).
- White, F. M. Fluid Mechanics. , McGraw-Hill. New York, NY. (2004).
- OECD TG 403. OECD guideline of the testing of chemicals 403: Acute inhalation toxicity testing. , OECD. Paris, France. (2009).
- OECD TG 436. OECD guideline of the testing of chemicals 436: Acute inhalation toxicity - Acute Toxic Class Method. , OECD. Paris, France. (2009).
- OECD GD 39. Series on testing and assessment Number 39: Guidance document on acute Inhalation toxicity testing. , OECD. Paris, France. (2009).
- OECD TG 412. OECD guideline of the testing of chemicals 412: Subacute inhalation toxicity testing. , OECD. Paris, France. (2018).
- OECD TG 413. OECD guideline of the testing of chemicals 413: Subchronic inhalation toxicity testing. , OECD. Paris, France. (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ji, J. H., et al. Twenty-Eight-Day Inhalation Toxicity Study of Silver Nanoparticles in Sprague-Dawley Rats. Inhalation Toxicology. 19, 857-871 (2007).
- 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).
- Pauluhn, J., Thiel, A. A simple approach to validation of directed-flow nose-only inhalation chambers. Journal of Applied Toxicology. 27, 160-167 (2007).
- 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).
- 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).
