הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

כיווני שאיפת תרסיס Nanoparticle כל הגוף

15.5K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/50263

⸱

7 במאי 2013

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physiology and Pharmacology, School of Medicine, West Virginia University , 2Center for Cardiovascular and Respiratory Sciences, West Virginia University , 3National Institute for Occupational Safety and Health

במאמר זה

סיכום

מתקן משאיפת תרסיס nanoparticle כל גוף חשיפה נבנה עבור תחמוצת טיטניום בגודל ננו (טיו 2) מחקרי רעלים אינהלציה. מערכת זו מספקת ננו טיו 2 אטמוספרות תרסיסי בדיקה שיש להם: 1) ריכוז יציב המוני; 2) הרכב הומוגני ללא מזהמים; ו3) התפלגות גודל חלקיקים יציב במהלך הדור בתרסיס.

תקציר

שאיפה היא הדרך הסבירה ביותר לחשיפה לאנשים שעובדים עם aerosolizable ההנדסה חומרים ננו (ENM). כדי לבצע כראוי מחקרי רעלים משאיפת nanoparticle, את תרסיסים בחדר דיור בניסויים בעכברים חייבים להיות: 1) שמרה על ריכוז יציב ברמה רצויה לתקופת החשיפה כולה, 2) הרכב הומוגני ללא מזהמים; ו3) יציבים התפלגות גודל בקוטר ממוצע גיאומטרי <200 ננומטר וסטיית תקן σ גיאומטרי גרם <2.5 5. הדור של אירוסולים המכילים חלקיקים הוא די מאתגר, כי חלקיקי קלות מצבר. זה נובע במידה רבה לכוחות בין חלקיקים חזקים מאוד וההיווצרות של מבנים פרקטלית גדולים בעשרות או מאות מיקרונים בגודל 6, שהן קשה להיות שבור. כמה גנרטורים תרסיסים נפוצים, כולל nebulizers, מיטות מרחפות, התקן ליניקה ונטורי ולהאכיל אבק רייט, אנחנונבדק מחדש, עם זאת, אף לא אחד הצליחו לייצר אירוסולים nanoparticle אשר לספק את כל הקריטריונים 5.

מערכת משאיפת תרסיס nanoparticle כל גוף חשיפה הייתה מפוברקת, תוקף ומנוצלת ל2 מחקרי רעלים משאיפת ננו טיו. מרכיבים קריטיים: 1) ננו טיו גנרטור רומן אירוסול 2: 2) 0.5 מ '3 כל גוף תא חשיפת משאיפת: 3) מערכת בקרה וניטור. אירוסולים ננו טיו 2 שנוצרו בין 2 אבקות ננו טיו יבשות בתפזורת (בקוטר של 21 ננומטר עיקרי, צפיפות בצובר של 3.8 גר '/ ס"מ 3) נמסרו לתא החשיפה בשיעור של 90 LPM זרימה (10.8 אוויר שינויים / hr) . פרופילי ריכוז חלקיקים בגודל הפצה ומסה נמדדו ברציפות עם ניידות חלקיק סייזר סריקה (SMPS), וimpactor לחץ נמוך חשמלי (ELPI). ריכוז מסת אירוסול (C) אומת gravimetrically (מ"ג / מ '3). המסה (M) של החלקיקים שנאספו נקבע כM = (M M-הודעה מראש), שבו לפני ואחרי M M הם המוני המסנן לפני ואחרי הדגימה (מ"ג). ריכוז המסה חושב כC = M / (Q * t), שבו ש הוא דגימת קצב הסעה (מ '3 / דקות), ולא הוא זמן הדגימה (דקות). הלחץ קאמרי, הטמפרטורה, הלחות יחסית (RH), O 2 וריכוזי CO 2 היו במעקב ובשליטה ברציפות. אירוסולים ננו טיו 2 נאספו במסנני Nuclepore נותחו עם מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) וניתוח רנטגן נפיצה אנרגיה (edx).

לסיכום, אנו מדווחים כי אירוסולים ננו חלקיקים שנוצרו ומועברים לתא החשיפה שלנו יש: 1) ריכוז מסה יציב, 2) הרכב הומוגני ללא מזהמים; 3) הפצות חלקיקים בגודל יציבים עם aerody ספירת חציוןקוטר של 157 ננומטר NAMIC במהלך דור אירוסול. מערכת זו אמינה ושוב ושוב יוצרת אטמוספרות מבחן המדמות חשיפות תרסיסי ENM מקומיים או סביבתיות, תעסוקתיות.

פרוטוקול

נהלי כל גוף nanoparticle משאיפת חשיפת צעד אחר צעד ההפעלה מתוארים באופן הבא.

הערה: 1) על שלבי 1 ו 3 יש לבצע במנדף, 2) מפעילים חייבים ללבוש ציוד מגן אישי מתאים (הנשמה, משקפי מגן וכפפות גומי).

1. 2 אבקות Nanoparticle יבשות טיו מיזוג

  1. הנח אבקות ננו טיו 2 במכל לא שקוף.
  2. להשאיר את מכסה המכל פתוח.
  3. הנח את המכל בייבוש יבש במשך לפחות 24 שעות למיזוג.

2. מתחמם קליטת נתונים ומערכת בקרה, SMPS וELPI וכל מתמרים

  1. הפעל את מערכת נתוני רכישה ומתגי הפעלה SMPS ניטור אירוסול (TSI Inc, Shoreview, מינסוטה) וELPI (Dekati, טמפרה, פינלנד) ניטור והאוויר, ולחמם את המערכות לשעה לפחות 1.
  2. הפעל את כוחמתגים בכל מתמרים לחמם אותם במשך שעה לפחות 1.

3. טעינת טיו 2 אבקות יבשות Nanoparticle לגנרטורים תרסיס

  1. פתח את כובעי הצילינדר בגנרטורים בתרסיס, ולהחליף את המסננים בגנרטורים בתרסיס. הערה: יש גנרטור אירוסול צילינדר אחד אחד. מספר מחוללי אירוסול כדי לשמש תלוי בריכוז המסה הרצוי של החלקיקים בתא חשיפה.
  2. שוקל ~ 4 אבקות גרם ננו טיו 2 ולטעון אותם בכל צילינדר.
  3. החזר את מכסי הצילינדרים.
  4. כל התחומים חושדים זיהום טיו 2 צריכים להימחק רטוב.

4. חיבור גנרטורים תרסיס ללשכת איפת חשיפה

  1. לחבר את כל השקעים של גנרטורים בתרסיס דרך סעפת למפריד ציקלון שנמצא בכניסה של חדר חשיפת משאיפת (TSE מערכות GmbH, באד הומבורג, גרמניה).
  2. חבר צינור אוויר דחוס כדיאת מפזרי נטורי בגנרטורים בתרסיס.

5. חיבור ניטור אוויר וכניסות דגימת תרסיס ללשכת איפת החשיפה

  1. חבר טמפרטורה ולחות היחסית (RH), לחץ, חיישני O 2 & CO 2 המסופקים על ידי מערכות TSE לבדוק יציאות ניטור אווירה בתא חשיפת השאיפה.
  2. חבר את הכניסה של dilutor אירוסול לאחת מיציאות דגימת התרסיסים על תא חשיפת השאיפה, ולאחר מכן חבר לשקע הכניסה לשל ELPI.
  3. חבר SMPS לאחת מיציאות דגימת התרסיסים בתא חשיפת השאיפה.
  4. חבר המפרצון של מוניטור ריכוז חלקיקים (TSE מערכות) לאחת מיציאות דגימת התרסיסים על תא החשיפה.
  5. שוקל PTFE קרום מסנן (P / N 66,149, מל התאגיד, אן ארבור, מישיגן) ולטעון את המסנן לבעל מסנן נירוסטה (מוצרים ב- tox, מוריארטי NM).
  6. חבר את הכניסה שלבעל מסנן נירוסטה עם מראש שקל מסנן לאחת מיציאות דגימת התרסיסים בתא חשיפת השאיפה, ולחבר את השקע שלו למשאבת דגימה.

6. הפעל נתונים רכישת מערכות

  1. תוכנת הפעלת ELPI נתונים רכישה, ELPIVI, לבדוק פרמטרים הגדרה, ולהפעיל את המשאבה לסומק ~ 5 דקות ולאחר מכן לאפס ELPI. ריכוז חשיפה טרום שיא.
  2. להפעיל את תוכנת רכישת נתונים SMPS. ריכוז חשיפה טרום שיא.
  3. תוכנת הפעלה, Daco (TSE מערכות), למעקב ולבקרת שיעור זרימת אוויר, טמפרטורה ולחץ תא לחות יחסית, טמפרטורה ולחות יחסית, O 2 ו-CO 2.

7. טעינת חיות ניסוי ללשכת איפת החשיפה

  1. לשקול את חיות ניסוי.
  2. סמן את החיות וכלובים ניסיוניות, כך שניתן לשים את בעלי החיים בחזרה באותם כלובים לאחר החשיפה אם ביתטוליפ אין.
  3. פתח את הדלת של חדר חשיפת השאיפה, ולטעון חיות ניסוי לכלובים קווית.
  4. מים עשויים להיות מסופקים לבעלי חיים.
  5. לסגור ולאבטח את הדלת של תא חשיפת השאיפה.
  6. לעתים קרובות להתבונן בעלי חיים באמצעות החשיפה הקאמרית תצפית החלונות לסימני מצוקה. בעלי חיים צריכים להיות רגועים ומתנהגים כרגיל. עצור את החשיפה אם מהיר / נשימה מאומצת, מראה חריג, ליקויים יציבה או חוסר תנועה הם נצפו. הסר את החיות, להחזיר אותם לכלוביהם המקוריים, פנה לוטרינר המטפל ו / או ליזום טיפול בבעלי חיים מוסדיים מתאימים והשתמש בנהלי הוועדה.

הערה: מפעילים חייבים ללבוש ציוד מגן אישי בעת ביצוע צעדים 8.7, 8.8 ו 8.17.

8. חשיפה לבעלי חיים קטנים תרסיסי Nanoparticle

  1. הפעל את משאבת ואקום הפליטה של ​​תא חשיפת השאיפה.
  2. הפעל את תוכנת רכישת נתונים, Daco, כדי: א) לספק אוויר יבש מסונן לתא החשיפה, ב) שליטה על הלחץ בתא החשיפה, וג) לאסוף את הנתונים של סביבת החשיפה, כגון לחץ, טמפרטורה, לחות יחסית, O 2 ו-CO 2.
  3. להקים לחץ שלילי במקצת (נקודה להגדיר = -0.2 mbar) בלחץ קאמרי.
  4. הפעל את הגנרטורים בתרסיס.
  5. הפעל ELPI ותוכנת רכישת נתונים SMPS לפקח גודל חלקיקים וריכוז מסה יחסי בתא חשיפת משאיפת ברציפות.
  6. כאשר ריכוז האירוסולים הוא יציב, כלומר את פרופיל הריכוז בELPI לפקח הגיע רמה (בדרך כלל: זה לוקח 20 דקות לאחר שמחוללי אירוסול הם במבצע), להגדיר את זמן הדגימה (לדוגמה, שעה 1) והפעל את דגימת אירוסול לשאוב כדי לאסוף מדגם מייצג של חלקיקים עם מסננים.
  7. ברגע שהוא הגיע בזמן הדגימה, הסר את המסננים וחבר sampling יציאות עם פקקי גומי למניעת חומרי בדיקת בריחה מתא החשיפה.
  8. לשקול את המסננים, ולחשב את ריכוז המסה הממוצע בתא החשיפה כפי שתואר לעיל.
  9. אם הריכוז הממוצע הוא מעל הריכוז ממוקד, באופן ידני לכוון את זרימת האוויר בגנרטורים כדי להבטיח הריכוז ממוקד להשגת.
  10. חישוב חלקיק תצהיר של ריאות מן החי כמו D = C = משך חשיפה מהותי * V מ 'XTX F R, כאשר D = מנה, C = ריכוז ממוצע מסה של חומר בדיקה, V = נפח מ' רגע, לא, ו-F R = שבריר שיופקד או נספג.
  11. להחליף את המסננים בבעלי המסנן עם מסננים נקיים, מראש משוקללים, וחזור על שלבי 8.6 ו -8.8.
  12. בהתבסס על ריכוז המסה האמיתי בתא החשיפה וממוקד בתצהיר חלקיק בתוך הריאות מן החי, מעריך Exp שנותרזמן osure כ, לא יישארו = (ד ממוקד-D) / (C * V מ 'x F R), שבו לא יישאר = יישאר משך חשיפה, D = ממוקד מינון ממוקד, C = אומר ריכוז מסה של חומר בדיקה, V מ' = נפח דקות, F R = חלק קטן מחומר שהופקד או נספג.
  13. כבה את הגנרטור אירוסול כאשר לא נשארים הוא הגיע.
  14. לפני הסרת החיות מתא החשיפה, שטוף את תא חשיפת משאיפת עם האוויר המסונן עד לריכוז החלקיקים שצוין במסך הוא קרוב לריכוז חלקיקי חשיפה טרום בתא.
  15. כבה את משאבת ואקום הפליטה הקאמרית.
  16. תפסיק תוכנת רכישת נתונים, Daco.
  17. לאחר חשיפה, להתבונן בעלי חיים כדי לוודא נשימה והתנהגות נורמלית, ומסמך שלא לשעבר סיבוכי מחקר אחריםist. אם נזלת, מצוקה נשימתית או סיבוכים כלשהם רווחת בעלי חיים אחרים הם נצפו, פנו לוטרינר המטפל ו / או ליזום טיפול בבעלי חיים מוסדיים מתאימים והשתמש בנהלי הוועדה.
  18. תפסיק ELPI ותוכנת רכישת נתונים SMPS.

9. יצירת דוח בדיקה

9.1 תנאי בדיקה כוללים

  1. תיאור של מערכת ייצור התרסיסים והפרמטרים התפעוליים שלה בשימוש בבדיקה זו.
  2. תיאור של מנגנון החשיפה כולל עיצוב, סוג, ממדים והפרמטרים התפעוליים שלה נעשו שימוש במהלך החשיפה.
  3. מכשור למדידת טמפרטורה, לחות, גודל חלקיקים, וריכוז בפועל.
  4. טיפול באוויר פליטה והשיטה של ​​דיור בעלי החיים בחדר הבדיקה בעת שימוש.

9.2 נתונים אווירת חשיפה כוללים

  1. שיעורי זרימת אוויר דרך ציוד השאיפה.
  2. טמפרטורה ולחות שלהאוויר.
  3. ריכוז (אנליטי או gravimetric) בפועל באזור דגימת אירוסול שנמצא ליד כלובי החיות.
  4. התפלגות גודל חלקיקים, ומחושב קוטר אווירודינמי חציון ספירה וסטיית תקן גיאומטרי.
  5. הסבר מדוע ריכוז התא הרצוי ו / או גודל חלקיקים אינו יכול להיות מושגת (אם רלוונטי), ואת המאמצים נלקחו כדי לעמוד בהיבטים של ההנחיות אלה.

9.3 אחרים

  1. לחץ שלילי במקצת במתקן המכיל משאיפת החדר צריך להישמר כדי למנוע מחומרי בדיקת המעבדה בריחת חשיפת שאיפה.
  2. נקה את תא החשיפה יומי לחסל את ההשפעות של פסולת בעלי החיים.
  3. ELPI, SMPS ומכשירים אחרים יש לנקות וכיול המבוססים על המדריכים למשתמש.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מחקר איפת חשיפה כרוכה בדרך כלל שמירה על בעלי חיים בניסוייים סביבת בדיקה ידועה וקבועה תוך חשיפת בעלי החיים הניסיוניים לריכוז מוגדר של חומר בדיקת 8,9. מערכת חשיפת משאיפת nanoparticle כל הגוף מוצגת באיור 1. החדר כל הגוף הופעל על בסיס תזרים דינמי שבו הייתה זרימה רציפה 90 LPM של אוויר דרך החדר. זרימת אוויר זה סיפק 10.8 אוויר שינויים / שעה שעולה על המספר המינימאלי של החלפות אוויר (10.0) הנדרש על ידי סוכנות להגנת הסביבה בארה"ב לחשיפות משאיפת חריפ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

יש לנו התאספנו ומתוארים כאן במערכת כל גוף nanoparticle אירוסול משאיפת חשיפה. פונקציונליות המערכת קבלו תוקף עם שיטות אפיון תרסיסי nanoparticle מדינה-of-the-art. עם מערכת דור אירוסול nanoparticle רומן, מערכת חשיפת איפה זה יכול לספק, אווירת מבחן אירוסול nanoparticle מבוקרת ואחידה מאופיינת היטב עם טמפרטורה עקבית יחסית, לחות, זרימת אוויר, ותכולת חמצן לחיות ניסוי. מערכת החשיפה היא יעילה ביותר למספר גדול של בעלי חיים, או ללימודים לטווח ארוכים. בחדר כל הגוף הגדול הזה, חיות ניסוי הן חסרת מ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

הממצאים והמסקנות בדו"ח זה הם אלה של הכותבים ואינם מייצגים בהכרח את עמדתה של המכון הלאומי לבטיחות ובריאות תעסוקתית. כל האזכור של שמות חברות או מוצרים אינו מעיד על אישור על ידי NIOSH, וגם אינו מרמז שמוצרים חלופיים אינם זמינים, או שאינם מסוגלים להיות תחליף לאחר ההערכה מתאימה.

תודות

תודות רשימה ומקורות מימון.

NIH-ES015022 וES018274 (טורנירים)

הסכם NSF-1003907 שיתופי (VCM)

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מערכת חשיפה לאינהלציהTSE Systems GmbH, באד הומבורג, גרמניה
מערכת ניטור אווירTSE Systems GmbH, באד הומבורג, גרמניה
טיטניום דו חמצני Aeroxide P25Evonik, גרמניה
סיזר חלקיקי ניידות סריקה-3936L75TSI Inc., Shoreview, MN
אימפקטור חשמלי בלחץ נמוך, סטנדרטי 10 LPMדקטי, טמפרה, פינלנד
אולטרה מיקרו איזון, XP2Uמטלר טולדו, שוויץ
מיקרוסקופ אלקטרונים לסריקת פליטת שדה - S-4800היטאצ'י, יפן
ניתוח קרני רנטגן מפזר אנרגיה פרינסטון גמא-טק, רוקי היל, ניו ג'רזי
מסנני פוליקרבונט גרעיניים ווטמן, קלינטון, הרשות הפלסטינית
מסנני ממברנה PTFE תאגיד פאל, אן ארבור, מישיגן

מקורות

  1. Bide, R. W., Armour, S. J., Yee, E. Allometric respiration/body mass data for animals to be used for estimates of inhalation toxicity to young adult humans. J. Appl. Toxicol. 20 (4), 273-290 (2000).
  2. Guyton, A. C. Analysis of respiratory patterns in laboratory animals. Am. J. Physiol. 150, 70-77 (1947).
  3. Knuckles, T. L., Yi, J., Frazer, D. G., Leonard, H. D., Chen, B. T., Castranova, V., Nurkiewicz, T. R. Nanoparticle inhalation alters systemic arteriolar vasoreactivity through sympathetic and cyclooxygenase-mediated pathways. Nanotoxicology. , 1-12 (2011).
  4. Pauluhn, J., Mohr, U. Repeated 4-week inhalation exposure of rats: effect of low-, intermediate, and high-humidity chamber atmosphere. Exp. Toxic Pathol. , 178-187 (1999).
  5. Schmoll, L. H., Elzey, S., Grassian, V. H., O'Shaughnessy, P. T. Nanoparticle aerosol generation methods from bulk powders for inhalation exposure studies. Nanotoxicology. 3, 265-275 (2009).
  6. To, D., Yin, X., Sundaresan, S., Dave, R. N. Deagglomeration of nano-particle aggregates via rapid expansion of high pressure suspensions. AIChE J. 55 (11), 2756-3032 (2009).
  7. U.S. Environmental Protection Agency (US EPA). Health effects test guidelines: OPPTS., 870.1300. Acute inhalation toxicity. EPA. , 712-C-98-193(1998).
  8. Wong, B. A. Automated feedback control of an inhalation exposure system with discrete sampling intervals: testing, performance, and modeling. Inhal. Toxicol. 15, 729-743 (2003).
  9. Wong, B. A. Inhalation Exposure Systems: Design, Methods and Operation. Toxicologic Pathology. 35, 3-14 (2007).
  10. Nanoparticle Aerosol Generator. US patent. , 13/317, 472 (2011).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

Nano TiO2Scanning Mobility Particle Sizer
כיווני שאיפת תרסיס Nanoparticle כל הגוף
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.