Whole-Body nanopartículas exposición por inhalación de aerosoles

Summary

Una instalación de la exposición por inhalación de aerosoles de nanopartículas de todo el cuerpo se construye para el dióxido de titanio de tamaño nanométrico (TiO

Abstract

La inhalación es la ruta de exposición más probable para las personas que trabajan con aerosolizable ingeniería nanomateriales (ENM). Para llevar a cabo correctamente las nanopartículas estudios de toxicología de inhalación, los aerosoles en una carcasa de cámara de los animales de experimentación deben tener: 1) una concentración constante mantenida a un nivel deseado para todo el período de exposición; 2) una composición homogénea libre de contaminantes, y 3) un establo distribución de tamaño con un diámetro medio geométrico <200 nm y una desviación geométrica estándar σ _g <2,5 ^5. La generación de aerosoles que contienen nanopartículas es todo un reto porque las nanopartículas fácilmente aglomerado. Esto se debe en gran parte a las fuerzas entre las partículas muy fuertes y la formación de grandes estructuras fractales en decenas o cientos de micras de tamaño ^6, que son difíciles de ser roto. Varios generadores de aerosoles comunes, como los nebulizadores, lechos fluidizados, aspiradores Venturi y la alimentación de polvo Wright, quevolver a prueba, sin embargo, ninguno fue capaz de producir aerosoles de nanopartículas que satisfacen todos los criterios ^5.

Un sistema de exposición a la inhalación de aerosoles de nanopartículas de todo el cuerpo se fabricó, validada y utilizada para la _nano-TiO2 estudios de toxicología de inhalación. Los componentes fundamentales: 1) la novela _nano-TiO2 generador aerosol, 2) 0,5 m ³ de todo el cuerpo-cámara de inhalación, y 3) del monitor y el sistema de control. Nano-TiO ₂ aerosoles generados a partir de polvos secos ₂ nano-TiO granel (diámetro principal de 21 nm, la densidad aparente de 3,8 g / cm ³⁾ se dieron en la cámara de exposición a un caudal de 90 LPM (10,8 cambios de aire / hora) . Perfiles de concentración y distribución de masa del tamaño de partícula se midieron continuamente con un medidor de la movilidad de las partículas de escaneado (SMPS), y un impactador de baja presión eléctrica (ELPI). La concentración de masa de aerosol (C) se verificó por gravimetría (mg / m ^3). La masa (M) De las partículas recogidas se determinó como M = (M _{poste de pre-M),} donde M _pre y _post M son masas del filtro antes y después del muestreo (mg). La concentración en masa se ​​calcula como C = M / (Q * t), donde Q es el muestreo de caudal (m ³ / min), y t es el tiempo de muestreo (minutos). La cámara de presión, temperatura, humedad relativa (HR), O ₂ y CO ₂ concentraciones fueron monitoreados y controlados continuamente. Nano-TiO ₂ aerosoles captados en filtros Nuclepore se analizaron con un microscopio electrónico de barrido (SEM) y el análisis dispersivo de rayos X (EDX) de energía.

En resumen, nos informan de que los aerosoles de nanopartículas generada y entregada a nuestra cámara de exposición que: 1) la concentración de masa constante, 2) la composición homogénea libre de contaminantes, y 3) la distribución de tamaño de partículas estables con un aerody recuento mediodiámetro námica de 157 nm durante la generación de aerosoles. Este sistema crea de forma fiable y en varias ocasiones atmósferas de prueba que simulan, exposiciones aerosol ENM ambientales o nacionales ocupacionales.

Protocol

Los procedimientos de operación de todo el cuerpo por inhalación de nanopartículas de exposición paso a paso se describen a continuación.

Nota: 1) los pasos 1 y 3 deben realizarse en una campana extractora, 2) los operadores deben llevar equipo de protección personal adecuado (respiradores, gafas protectoras y guantes de goma).

1. Acondicionado de nanopartículas de _TiO2 en polvo seco

1. Coloque polvos _nano-TiO2 en un envase no transparente.
2. Deje la tapa del recipiente abierto.
3. Coloque el recipiente en el desecador se seque por lo menos 24 horas para el acondicionamiento.

2. El calentamiento de Adquisición de Datos y Control, SMPS y ELPI y todos los transductores

1. Encienda el monitoreo del aire y el sistema de adquisición de datos y conmutadores de potencia para SMPS control aerosol (TSI Inc., Shoreview, MN) y ELPI (Dekati, Tampere, Finlandia), y calentar los sistemas durante al menos 1 hora.
2. Encienda la alimentacióninterruptores en todos los transductores para calentarlos durante al menos 1 hora.

3. Carga de nanopartículas de _TiO2 en polvo seco en generadores de aerosoles

1. Abra las tapas de cilindros de los generadores de aerosoles, y reemplazar los filtros de los generadores de aerosoles. Nota: Un generador de aerosol tiene un cilindro. El número de generadores de aerosoles a utilizar depende de la concentración de masa deseada de las partículas en la cámara de la exposición.
2. Pesar ~ 4 g de polvos _nano-TiO2 y cargarlos en cada cilindro.
3. Reemplace las tapas de cilindros.
4. Todas las zonas sospechosas de contaminación _TiO2 debe limpiarse mojado.

4. Conexión de generadores de aerosoles a la Cámara de exposición Inhalación

1. Conectar todas las salidas de los generadores de aerosoles a través de un colector a un separador de ciclón que está en la entrada de la cámara de la exposición por inhalación (TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Alemania).
2. Conecte el tubo de aire comprimido paralos dispersores de Venturi en los generadores de aerosoles.

5. Conexión de Monitoreo del Aire y sumideros de muestreo de aerosoles a la Cámara de exposición Inhalación

1. Conecte la temperatura y la humedad relativa (HR), la presión de O ₂ y CO ₂ sensores suministrados por el TSE Systems para probar los puertos de vigilancia atmosférica en la cámara de la exposición por inhalación.
2. Conectar la entrada de un dispositivo de dilución de aerosol a uno de los puertos de toma de muestras de aerosol en la cámara de exposición a la inhalación, y a continuación, conectar su salida a la entrada de la ELPI.
3. Conectar SMPS a uno de los puertos de toma de muestras de aerosol en la cámara de la exposición por inhalación.
4. Conectar la entrada de un monitor de concentración de partículas (TSE Systems) a uno de los puertos de toma de muestras de aerosol en la cámara de exposición.
5. Pesar PTFE filtro de membrana (P / N 66149, Pall Corporation, Ann Arbor, Michigan) y cargar el filtro en un soporte de filtro de acero inoxidable (productos A-Tox, Moriarty NM).
6. Conectar la entrada deel soporte del filtro de acero inoxidable con un pre-filtro de pesado a uno de los puertos de toma de muestras de aerosol en la cámara de exposición a la inhalación, y conectar su salida a una bomba de muestreo.

6. Activar los sistemas de adquisición de datos

1. Activar el software de adquisición de datos ELPI, ELPIVI, compruebe los parámetros de configuración, y encienda la bomba de lavado de ~ 5 minutos y luego se cero la ELPI. La concentración previa a la exposición Record.
2. Activar el software de adquisición de datos SMPS. La concentración previa a la exposición Record.
3. Software Activate, Daco (TSE Systems), para supervisar y controlar el caudal de aire, la temperatura y presión de la cámara de humedad relativa, temperatura y humedad relativa, O ₂ y CO _2.

7. Carga de los animales de experimentación en la cámara de exposición Inhalación

1. Pesar los animales de experimentación.
2. Marque los animales de experimentación y jaulas para que los animales pueden volver a colocarse en las mismas jaulas después de la exposición si needed.
3. Abra la puerta de la cámara de inhalación, y cargar los animales de experimentación en las jaulas de cable.
4. El agua puede ser proporcionada para los animales.
5. Cierre y asegure la puerta de la cámara de la exposición por inhalación.
6. Observe con frecuencia los animales a través de las ventanas de observación de la cámara de exposición a las señales de peligro. Los animales deben estar relajados y comportarse normalmente. Acabar con la exposición si la rápida / dificultad para respirar, la apariencia anormal, alteraciones posturales o inmovilidad se observan. Quite los animales, devolverlos a sus jaulas originales, póngase en contacto con asistencia veterinaria y / o iniciar adecuada Cuidado de Animales institucional y el empleo los procedimientos del Comité.

Nota: Los operadores deben llevar equipo de protección personal al realizar los pasos 8.7, 8.8 y 8.17.

8. La exposición de Pequeños Animales de aerosoles de nanopartículas

1. Encienda la bomba de vacío de escape de la cámara de la exposición por inhalación.
2. Ejecutar el software de adquisición de datos, Daco, a: a) suministrar aire seco filtrado a la cámara de exposición, b) controlar la presión en la cámara de exposición, y c) recoger los datos de la exposición del medio ambiente, tales como la presión, temperatura, humedad relativa, O ₂ y CO _2.
3. Establecer una presión ligeramente negativa (punto = -0,2 mbar) en la cámara de presión.
4. Encienda los generadores de aerosoles.
5. Ejecutar ELPI y el software de adquisición de datos SMPS para monitorear continuamente tamaño de partícula y la concentración de masa relativa en la cámara de la exposición por inhalación.
6. Cuando la concentración de aerosol es estable, es decir, el perfil de concentración en ELPI pantalla alcanzó meseta (Normalmente, esta toma 20 minutos después de los generadores de aerosoles están en operación), creado en el tiempo de muestreo (por ejemplo, 1 hora) y encienda el muestreo de aerosoles la bomba para recoger muestra representativa de las nanopartículas con filtros.
7. Una vez alcanzado el tiempo de muestreo, quite los filtros y conectar la sampling puertos con tapones de goma para evitar que los materiales de prueba se escape de la cámara de exposición.
8. Pesar los filtros, y calcular la concentración media de la masa en la cámara de exposición como se describió anteriormente.
9. Si la concentración media es de la concentración específica, ajustar manualmente el flujo de aire en los generadores para asegurar que se alcanza la concentración objetivo.
10. Calcular la deposición de partículas en los pulmones de animales como D = C x V _m xtx F _r, donde D = dosis, C = concentración de masa media de material de ensayo, V _m = volumen minuto, t = duración de la exposición, y F _r = fracción de materiales que se deposita o se absorbe.
11. Vuelva a colocar los filtros en los portafiltros con filtros limpios, pre-ponderados y repita los pasos 8.6 y 8.8.
12. Sobre la base de la concentración en masa real de la cámara de la exposición y la deposición de partículas específica en los pulmones de animales, estimar la exp restantetiempo osure como, t _permanecen = (D _dirigido-D) / (C x V x F _{r m),} donde _permanecen siendo t = duración de la exposición, D = dosis específica _dirigida, C = concentración media de masa de material de prueba, V _m = Volumen minuto, F _r = fracción de material que se deposita o se absorbe.
13. Apague el generador de aerosol cuando t _quedan se alcanza.
14. Antes de retirar los animales de la cámara de exposición, enjuagar la cámara de la exposición por inhalación con el aire filtrado hasta que la concentración de partículas se indica en el monitor está cerca de la concentración de partículas antes de la exposición en la cámara.
15. Apague la bomba de vacío de escape cámara.
16. Detener software de adquisición de datos, Daco.
17. Después de la exposición, observar a los animales para comprobar la respiración y el comportamiento normal, y el documento que ninguna otra complicación estudio exist. Si se observa secreción nasal, dificultad respiratoria u otras complicaciones de bienestar animal, póngase en contacto con asistencia veterinaria y / o iniciar su caso de Cuidado de Animales institucional y el empleo los procedimientos del Comité.
18. Detener ELPI y software de adquisición de datos SMPS.

9. Creación de informe de prueba

9.1 Condiciones de ensayo incluyen

1. Descripción del sistema de generación de aerosol y sus parámetros de funcionamiento utilizado en esta prueba.
2. Descripción del dispositivo de exposición, incluidos diseño, tipo, dimensiones y sus parámetros de funcionamiento durante la exposición.
3. Equipo para la medición de temperatura, humedad, tamaño de partícula, y la concentración real.
4. Tratamiento del aire de salida y el método de albergar a los animales en la cámara de ensayo utilizado.

9.2 datos de la atmósfera de exposición incluyen

1. Las tasas de flujo de aire a través del dispositivo de inhalación.
2. Temperatura y humedad deel aire.
3. Concentración real (analítica o gravimétrico) en la zona de muestreo de aerosoles que está cerca de las jaulas de los animales.
4. Distribución de tamaño de partículas, y el recuento calculado diámetro aerodinámico mediano y la desviación estándar geométrica.
5. Explicación de por qué la concentración en la cámara deseada y / o tamaño de las partículas no se puede lograr (si es aplicable), y los esfuerzos realizados para cumplir con estos aspectos de las directrices.

9.3 Otros

1. Un poco de presión negativa en las instalaciones de inhalación que contiene habitación se debe mantener para evitar que los materiales de prueba se escape laboratorio de la exposición por inhalación.
2. Limpiar la cámara de exposición diaria para eliminar las influencias de los residuos de origen animal.
3. ELPI, SMPS y otros instrumentos deben ser limpiados y calibrados en base a los manuales de usuario.

Representative Results

Un estudio de la exposición por inhalación típicamente implica el mantenimiento de un animal experimental en un entorno de prueba conocido y constante, mientras que la exposición del animal de experimentación a una concentración definida de un material de ensayo ^8,9. El sistema de exposición a la inhalación de nanopartículas de todo el cuerpo se muestra en la Figura 1. La cámara de todo el cuerpo se gestionará en régimen de flujo dinámico, donde hubo un flujo continuo de 90 LPM de aire a través de la cámara. Este flujo de aire suministrado 10.8 cambios de aire / hora que supera el número mínimo de cambios de aire (10.0) requerido por la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. para la exposición por inhalación aguda ^7. Un sistema de filtro de aire 3-etapa, que incluye un filtro de coalescencia, una alta eficiencia de filtro coalescente y un filtro de carbón activo (Atlas Copco, Suecia), se utilizó en la entrada de aire para la eliminación de agua, el polvo y los vapores de aceite y (hidrocarburo) olores. Un sistema de filtro de aire de 3 etapas que incluye un filtro pre-papel, un filtro de carbón y una fi HEPAltro se utiliza para proteger el controlador de flujo másico de escape. Por solicitud de la Universidad de West Virginia, se utilizó un sistema de filtro de aire de 4 etapas diseñado por EET Sistemas en la salida de la bomba de vacío de escape. La cámara de exposición tiene una capacidad de 8 viviendas jaulas de los animales que fueron hechas de alambre de acero inoxidable y suministrados por TSE Systems. El número máximo de animales de experimentación inmersos en la atmósfera en la cámara de exposición es de 16 ratas, ratones o 64. El volumen total de los animales de experimentación no exceda del 5% del volumen de la cámara para asegurar la estabilidad de una atmósfera de ensayo, que se requiere por la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. para la exposición por inhalación aguda ^7.

Un generador de aerosoles de nanopartículas fue diseñado y probado ^3,10. Se compone de un cilindro de lecho fluidizado vibrante (5) con un deflector (4), una vibración Venturi dispersor (6) y un separador de ciclón, como se muestra en la Figura 2. Un vibrador (10) unido a la CILINDROer (5) produce vibraciones mecánicas. Un filtro (2) se sienta en el distribuidor de aire de acero inoxidable (1) en el cilindro. Polvo seco de nanopartículas (3) para ser restos de aerosol sobre el filtro. El Venturi dispersor (6) conectado al puerto de salida en la parte superior del cilindro. El Venturi dispersor tiene una constricción en un tubo. Un chorro de aire de alta velocidad que sopla a través de la constricción Venturi en el dispersor puede crear un vacío en el cilindro, que atraen el aire limpio y seco en el cilindro a partir de los puertos de alimentación de aire en los extremos tanto proximal y distal a través de un carbono activado y HEPA filtro (9). La salida dispersor de Venturi está conectado a la entrada de un separador de ciclón (7). La salida del separador de ciclón está conectada a la entrada de la cámara de exposición. En este sistema de generación de aerosol, vibrando los flujos de cizallamiento y múltiples inclusiones se utilizan para dispersar aglomerados más grandes, múltiples separadores de partículas utilizadas para eliminar los aglomerados de gran tamaño, y múltiples diluciones utilizadas para minimizarre-aglomeración de las partículas. El tamaño de partícula y la concentración de masa pueden ser controlados manualmente mediante el ajuste de las vibraciones y las tasas de flujo de aire a través de la capa de polvo seco a través de válvulas (8) y (11).

TiO ₂ aerosoles generados a partir de _nano-TiO2 seca a granel en polvo (Aeroxide _TiO2 P25, Evonik, Alemania) se diluyeron y entregado a la cámara de la exposición por inhalación a 90 LPM. Las atmósferas de prueba fueron monitorizados con el ELPI y ajustadas manualmente para asegurar una exposición constante y conocida para cada grupo de animales experimentales. Además, un grupo de tratamiento simulado que consiste en el mismo número de animales de experimentación siempre debe ser incluido en el estudio. Los animales de experimentación de control estarán expuestos a limpiar aire filtrado en lugar de partículas de aerosol y los resultados de este grupo de tratamiento simulado se utiliza para evaluar los efectos biológicos de la nanopartícula aerosol de prueba en los animales de experimentación.

1. Presión de la cámara

la Figura 3, mediante el control de la entrada de la cámara y las tasas de flujo de aire de salida para evitar la fuga de la sustancia de ensayo en el laboratorio circundante. Lo ideal sería que la habitación que contiene la cámara de la exposición por inhalación debe estar a una presión ligeramente negativa.

2. El flujo de aire de Cambio, Temperatura y Humedad Relativa

Las tasas de flujo de aire de entrada y de escape fueron controlados por controladores de flujo másico. Como se muestra en la Figura 4, la tasa de flujo de aire de entrada fue de 89.9 ± 0.3 LPM, y la tasa de flujo de aire de escape era 111,9 ± 0,9 LPM. La temperatura y la humedad relativa fueron monitorizados con un transductor de temperatura y de humedad relativa y controlados a 22,6 ± 0,4 ° C y 6,9 ± 0,6% mediante el control de la temperatura del aire ambiente y con un HumidifIER, como se muestra en la Figura 5. De acuerdo con las investigaciones Pauluhn y de Mohr bajo la humedad relativa entre el 3 y el 80%, ratas toleraron bien humedad de la atmósfera sin ningún tipo de efectos específicos ^4.

3. Cámara de O ₂ y CO ₂ concentraciones

El O ₂ y CO ₂ concentraciones fueron de control permanente con O ₂ y un co analizadores de gas _2. Como se muestra en la Figura 6, O ₂ era estable a 20,79 ± 0,03%, y la concentración de CO ₂ fue de 580 ± 25 ppm.

4. Caracterización Aerosol

Un aerosol utilizada para los estudios de inhalación se caracteriza comúnmente en tiempo real por dos parámetros que describen la función de distribución de tamaño y un parámetro de concentración. Un flujo continuo de la atmósfera de ensayo fue retirado de las zonas justo por encima de las jaulas de los animales en la cámara a través de una muestraline en el instrumento de análisis.

4.1 Tamaño de partícula Distribución

La Figura 7A es la distribución del tamaño de partícula medido con un ELPI LPM estándar 10. El recuento de diámetro aerodinámico medio de las partículas es de 157 nm. Figura 7B es la distribución del tamaño de partícula medido con ETI 3936L75 SMPS. La mediana del recuento de diámetro de movilidad de las partículas es de 145 nm con una desviación estándar geométrica de 2,3. La Figura 7C muestra el cambio de tamaño de partícula durante los estudios de exposición a la inhalación. El tamaño de partícula es relativamente estable durante todo el período de exposición.

4.2 Aerosol Concentración

El perfil de concentración de masa en tiempo real de los ₂ nano-partículas de TiO se monitorizó en las zonas justo por encima de las jaulas con un ELPI. Figura 8A es la concentración de partículas durante un 4 hr / exposición por inhalación días. Durantela exposición a la inhalación, las concentraciones reales se midieron utilizando métodos gravimétricos, se tomaron tres y cincuenta y siete mediciones, para el cálculo de la dosis inhalada. Las partículas se recogieron con 47 mm de filtros de membrana de PTFE. Un XP2U microbalanza (Mettler Toledo, Suiza) fue usado para pesar los materiales de relleno.

La variabilidad intra-día y entre días de la concentración de _nano-TiO2 en la cámara de la exposición por inhalación se determinaron sobre la base de concentraciones gravimétricas de 29 4 hr exposición por inhalación / día individuales (concentración específica = 6,0 mg / m ^3). Cada concentración media intra-día y su desviación estándar relativa (RSD) se calcularon sobre la base de 3 o 4 mediciones gravimétricas que la exposición por inhalación durante 4 h, como se muestra en la Figura 8B. La concentración intra-día tiene una media de 5,3 a 6.6 mg / m ³ con RSD entre 0,02 y 0,17. La concentración entre los días media y su RSD se calcularon sobre la base de 29 intr medio individualconcentraciones gravimétricas a-día. La concentración media entre el día es de 6,0 mg / m ³ con una RSD de 0,06. Indicó que nuestro sistema puede proporcionar _nano-TiO2 atmósferas de ensayo estables y reproducible para la exposición por inhalación aguda.

4.3 Morfología aerosol y composición elemental

Estructuras y composiciones químicas de las partículas son críticos en los estudios de toxicología. TiO ₂ muestras se recogieron en 47-mm filtros de policarbonato Nuclepore (Whatman, Clinton, PA). Los filtros se cortaron en cuatro secciones iguales; dos secciones fueron montadas en los trozos de aluminio con pasta de plata (líquido coloidal de plata, Microscopía Electrónica de Ciencias, Hatfield, PA). El depositan partículas de _TiO2 fueron vistos usando un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo Hitachi 4800 (FESEM, Hitachi, Japón), y analizados mediante análisis de energía dispersiva de rayos X (SEM-EDX, Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, NJ) a 20 keV. 2 muestras de aerosoles, y la Figura 10 es un espectro de las ₂ muestras de aerosoles TiO. Más de un centenar de partículas fueron examinados con el SEM-EDX para asegurar que las partículas en el filtro fueron verdaderamente compuestos de titanio y oxígeno, una indicación de partículas de TiO _2. En la Figura 10, el carbono es desde el filtro y el oro / paladio es a partir del revestimiento. Basándose en los resultados SEM-EDX, todas las partículas examinadas consistieron de titanio y sólo oxígeno, lo que demuestra que eran verdaderamente partículas de TiO _2.

5. Uniformidad de Distribución

El mantenimiento de los parámetros ambientales apropiadas dentro de la cámara es insuficiente si la concentración de compuesto de ensayo varía de un lugar a ^3. Las concentraciones de nanopartículas se midieron en cuatro lugares diferentes en las zonas justo por encima de las jaulas en la cámara de exposición.

Masa de las partículas en una ubicación, M _i, se midió gravimétricamente con filtro de muestreo y un micro-equilibrio. El peso medio de las partículas de la muestra es

La desviación relativa de la concentración de masa en la posición i de la concentración media es

La máxima desviación relativa de las concentraciones en diferentes lugares de medición de la concentración media es <6%. Esto está dentro de los límites de tolerancia para el cálculo del grupo.

6. Calculado depósito de partículas en los pulmones de animales Si el animal es la inhalación de una concentración conocida de la atmósfera de ensayo durante el período de exposición y la absorción o depositado fracción se conoce, la cantidad de material depositado prueba se puede calcular:

donde D = dosis, C = concentración del material de ensayo, V _m = volumen minuto, t = duración de la exposición, y F _r = fracción de material que se deposita o se absorbe.

Los valores medios para el volumen minuto, V _m pueden estimarse a partir de masa corporal utilizando fórmulas empíricas escalado alométrico ^1,2. Por ejemplo, suponiendo que una rata tiene una ventilación por minuto V _m = 200 ml / min, la concentración de exposición C = 6,2 mg / m ^3, t = duración de la exposición4 horas, la fracción de la deposición de material F _r = 0,1, entonces el depósito pulmonar calculada D = 30 g.

Figura 1. Fondo inhalación de exposición 1 = cámara de exposición;. 2 = impactador eléctrico de baja presión, 3 = generador de aerosol; 4 = Escaneado medidor de partículas movilidad.

Figura 2. Diagrama esquemático de nano-TiO2 generador de aerosol 1 = distribuidor de aire;. 2 = filtro; 3 = _TiO2 en polvo seco, 4 = deflector; 5 = cilindro; 6 = Venturi dispersor; 7 = separador ciclónico; 8 = válvula (aire de dilución) ; 9 = carbón y filtro HEPA; 10 = vibrador; 11 = Válvula (aire a través de polvo seco).

Figura 3. Se mantuvo la presión Cámara. Una presión ligeramente negativa en la cámara a -0,2 mbar (presión dirigida). Una vez que la presión está fuera de la presión específica (picos), el sistema de control ajusta la presión de nuevo a la presión específica.

La Figura 4. Cámara de entrada y las tasas de flujo de aire de salida. Media velocidad de flujo del aire de entrada = 89,9 LPM, y la tasa de flujo de aire de escape = 111.9 LPM para mantener una presión ligeramente negativa en la cámara.

Figura 5. Cámara de temperatura y humedad relativa. La temperatura media tura = 22,6 ± 0,4 ° C, mientras que la humedad relativa es de 6,9 ​​± 0,6%.

La Figura 6. Cámara de O ₂ y CO _2. El O ₂ es 20,79%, y el _CO2 es de 580 ppm.

Figura 7. . TiO ₂ distribución de tamaño de aerosol A) ELPI, contar diámetro aerodinámico mediano de D _p = 157 nm; B) SMPS, cuentan mediana de diámetro de movilidad D _g = 145 nm con una desviación estándar geométrica σ _g de 2,3 C) Tamaño de partícula en función del tiempo. de ELPI. Haz clic aquí para ver más grande la figura .

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La Figura 8A. 4 hr _TiO2 concentración de masa de aerosol.

La Figura 8B. _TiO2 concentraciones de masa de aerosol de inhalación 29 hr-individual 4.

La Figura 9. Micrografías SEM de _TiO2 aerosol. A) de distribución de partícula típica en el filtro 47 mm. B) Red de flecha, 1,78 m. C) flecha amarilla, 159 nm. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

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La Figura 10. Un espectro de TiO ₂ muestra de aerosol. El carbono es desde el filtro y el oro / paladio es a partir del revestimiento. Basándose en los resultados SEM-EDX, todas las partículas examinadas consistieron de titanio y sólo oxígeno, lo que demuestra que eran verdaderamente partículas de TiO _2.

Discussion

Nos hemos reunido y descrito aquí, en un sistema de exposición de todo el cuerpo por inhalación de aerosoles de nanopartículas. La funcionalidad del sistema se validó con técnicas de caracterización de aerosoles de nanopartículas estado-of-the-art. Con un nuevo sistema de generación de aerosol de nanopartículas, este sistema de exposición a la inhalación se puede proporcionar un bien caracterizado, atmósfera de ensayo de aerosol de nanopartículas controlada y uniforme con la temperatura relativamente constante, humedad, flujo de aire, y el contenido de oxígeno de los animales experimentales. El sistema de exposición es más eficiente para un gran número de animales, o estudios a largo plazo. En esta cámara de cuerpo grande, los animales de experimentación se desenfrena, cómodo y el estrés por calor se reduce al mínimo. La principal limitación de la exposición es que los animales de experimentación se sumergen en la atmósfera en la cámara de exposición. Pueden ocurrir otras vías de administración, tales como la exposición oral y dérmica. Además, en el sistema de todo el cuerpo, se requiere gran cantidad de material a granel because de mayor caudal de entrada. Por ejemplo, en este sistema con una cámara de exposición de ³ m de 0,5, la tasa de flujo de aire de entrada es de 90 LPM, mientras que para una nariz de sólo sistema de exposición de inhalación de 12 puertos, la tasa de flujo de aire de entrada es de 12 LPM. Por lo tanto, el costo y la disponibilidad de materiales a granel se deben considerar en la planificación de los estudios de exposición por inhalación.

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