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방법 논문

전신 나노 입자 에어로졸 흡입 노출

15.5K 조회수

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DOI:

10.3791/50263

⸱

2013년 5월 7일

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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

이 논문에서

요약

전신 나노 입자 에어로졸 흡입 노출 시설은 (산화 티타늄 나노 크기의 이산화 티탄을 위해 건설되었다 2) 흡입 독성 연구. 이 시스템은 나노 산화 티타늄을 제공합니다 2 에어로졸 시험 대기 : 1) 안정 질량 농도 2) 균일 한 조성 오염 물질, 에어로졸 생성하는 동안 3) 안정적인 입자 크기 분포.

초록

흡입 aerosolizable이 (ENM) 나노 재료 설계 작업을 개인에 대한 가장 가능성이 높은 노출 경로입니다. 제대로 나노 입자의 흡입 독성 연구를 수행하기 위해 챔버 하우징 에어로졸 실험 동물이 필요합니다 1) 정상 농도가 전체 노출 기간 동안 원하는 수준으로 유지 2) 동질 오염 물질 조성, 3) 안정적 기하 평균 직경 <200 nm의 기하학적 표준 편차의 크기 분포는 g <2.5, σ. 쉽게 응집 나노 입자 때문에 나노 입자를 포함하는 에어로졸의 생성은 매우 도전이다. 이것은 매우 강력한 입자 간 힘과 수십 나눌 수하기 어려운 크기 6 미크론의 수백 큰 프랙탈 구조의 형성에 크게 때문입니다. 분무기, 유동층, 벤 흡인기와 라이트 먼지 피드 등의 몇 가지 일반적인 에어로졸 발생기, 우리다시 테스트를하지만, 아무도는 모든 표준에게 5를 만족 나노 입자 에어로졸을 생성 할 수 없었다.

전신 나노 입자 에어로졸 흡입 노출 시스템은 조작 검증 및 나노 광촉매 흡입 독성 연구에 활용 하였다. 중요한 구성 요소 : 1) 새로운 나노 광촉매 에어로졸 발생기 2) 0.5 m 3 전신 흡입 노출 챔버, 3) 감시 제어 시스템. 대량 건조 나노 광촉매 분말 (밀도 3.8 g / cm 3 21 ㎚의 기본 직경)에서 생성 된 나노 광촉매 에어로졸은 90 LPM의 유량 (10.8 공기 변화 / HR)에 노출 챔버로 전달 된 . 입자 크기 분포와 질량 농도 프로파일을 스캔 이동성 입자 선별기 (SMPS) 및 전기 저압 충격기 (ELPI)를 연속적으로 측정 하였다. 에어로졸 질량 농도 (C)는 (㎎ / m 3) 중량 측정 확인 하였다. 질량 (M) 수집 된 입자는 M 사전 및 M 포스트 샘플링 (MG) ​​전후 필터의 질량입니다 M = (M 포스트-M 프리)로 측정 하였다. 질량 농도는 다음과 같이 계산 C = M Q는 유량 (m 3 / 분) 샘플링 / (Q * T), 그리고 t는 샘플링 시간 (분)입니다. 챔버 압력, 온도, 상대 습도 (RH), O 2와 CO 2 농도 모니터링하고 지속적으로 조절 하였다. Nuclepore 필터에 수집 된 나노 광촉매 에어로졸은 주사 전자 현미경 (SEM)과 에너지 분산 X-선 (EDX) 분석을 분석 하였다.

요약하면, 우리는 나노 입자 에어로졸 생성하고 노출 챔버에 전달 것을보고 : 1) 안정 질량 농도 2) 균일 한 조성 오염 물질 3) 카운트 평균 aerody 안정된 입자 크기 분포를에어로졸 생성하는 동안 157 나노 미터의 역학적 직경. 이 시스템은 안정적이고 반복적 직업, 환경 또는 국내 ENM 에어로졸 노출을 모의 시험 분위기를 만듭니다.

프로토콜

전신 나노 입자의 흡입 노출 단계별 운영 절차는 다음과 같이 설명되어 있습니다.

주 : 1) 1 단계와 3 흄 후드에서 수행되어야한다 2) 연산자 (호흡, 고글, 고무 장갑) 적절한 개인 보호 장비를 착용해야합니다.

1. 에어컨 광촉매 나노 입자 건조 분말

  1. 불투명 한 용기에 나노 광촉매 분말을 넣습니다.
  2. 용기 뚜껑을 열어 둡니다.
  3. 에어컨 적어도 24 시간 동안 건조 데시 케이 터에 컨테이너를 배치합니다.

2. 데이터 수집 및 제어 시스템, SMPS 및 ELPI 및 모든 트랜스 듀서 워밍업

  1. 공기 모니터링 및 데이터 수집 시스템 및 에어로졸 모니터링 SMPS (TSI 주식 회사, 쇼어, MN) 및 ELPI (Dekati, 탐 페레, 핀란드)의 전원 스위치를 끄고, 최소 1 시간 동안 시스템을 따뜻하게.
  2. 전원을 켭니다모든 트랜스 듀서 스위치는 적어도 1 시간 동안 그들을 따뜻하게.

3. 에어로졸 발생기에 광촉매 나노 입자 건조 분말을로드

  1. 에어로졸 발생기에 실린더 캡을 열고, 에어로졸 발전기 필터를 교체합니다. 참고 : 하나의 에어로졸 발생기는 하나의 실린더가있다. 사용되는 에어로졸 발생기의 수는 노출 챔버에서 입자의 원하는 질량 농도에 따라 달라집니다.
  2. ~ 4g 나노 광촉매 분말의 무게를 각 실린더에 그들을로드합니다.
  3. 실린더 캡을 교체합니다.
  4. 모든 분야 광촉매 오염의 의심이 젖은 삭제해야합니다.

4. 흡입 노출 챔버에 에어로졸 발생기를 연결

  1. 흡입 노출 챔버 (TSE 시스템 GmbH에, 나쁜 Homburg, 독일)의 입구에있는 사이클론 분리기 매니 폴드를 통해 에어로졸 발생기의 모든 콘센트를 연결합니다.
  2. 압축 공기 배관에 연결에어로졸 발전기 벤 투리 분산기.

5. 흡입 노출 챔버에 공기 모니터링 및 에어로졸 샘플링 인렛 연결

  1. 온도 및 상대 습도 (RH), 압력, 흡입 노출 챔버에서 분위기 모니터링 포트를 테스트하는 TSE 시스템에서 제공 O 2 및 CO 2 센서를 연결합니다.
  2. 흡입 노출 챔버에서 에어로졸 샘플링 포트 중 하나에 에어로졸 dilutor의 입구를 연결 한 다음 ELPI의 입구에 해당 콘센트에 연결합니다.
  3. 흡입 노출 챔버에서 에어로졸 샘플링 포트 중 하나에 SMPS를 연결합니다.
  4. 노출 챔버에서 에어로졸 샘플링 포트 중 하나에 입자 농도 모니터 (TSE 시스템)의 입구를 연결합니다.
  5. PTFE 멤브레인 필터 (P / N 66149, 폴 법인, 앤 아버, 미시간)의 무게와 스테인레스 스틸 필터 홀더 (중 - 독극물 제품, 모리아 티 NM)에 필터를로드합니다.
  6. 의 입구에 연결샘플링 펌프 흡입 노출 챔버에서 에어로졸 샘플링 포트 중 하나에 필터를 미리 무게를 측정하고, 연결의 콘센트 스테인레스 스틸 필터 홀더.

6. 데이터 수집 시스템을 활성화

  1. 활성화 ELPI 데이터 수집 소프트웨어 ELPIVI는 설정 매개 변수를 확인하고 5 분 ~를위한 세척 펌프의 전원을 켠 다음, ELPI을 제로. 기록 전 노출 농도.
  2. SMPS 데이터 수집 소프트웨어를 활성화합니다. 기록 전 노출 농도.
  3. 활성화 소프트웨어, DACO (TSE 시스템), 공기 유량, 온도 및 상대 습도 챔버 압력을 모니터링 및 제어, 온도와 RH, O 2와 CO 2.

7. 흡입 노출 챔버에 실험 동물을로드

  1. 실험 동물의 무게.
  2. 동물이 노출 된 후 같은 새장에 다시 넣을 수 있도록 실험 동물 케이지를 표시하면 니DED.
  3. 흡입 노출 챔버의 문을 열고 유선 케이지에 실험 동물을로드합니다.
  4. 물은 동물을 제공 할 수 있습니다.
  5. 흡입 노출 챔버의 문을 닫고 고정합니다.
  6. 자주 고통의 흔적이 노출 챔버 관찰 창을 통해 동물을 관찰합니다. 동물을 끌어 일반적으로 행동해야한다. 신속한 / 호흡을 고심한 흔적이있는 경우, 노출을 중단, 비정상적인 모양, 자세 이상 또는 부동이 관찰된다. , 동물을 제거 원래 케이지에 반환 참석 수의사 및 / 문의하거나 해당 기관 애니멀 케어를 시작하고위원회의 절차를 사용합니다.

참고 : 단계 8.7, 8.8 및 8.17을 수행 할 때 연산자 개인 보호 장비를 착용해야합니다.

8. 나노 입자 에어로졸에 작은 동물에 노출

  1. 흡입 노출 챔버의 배기 진공 펌프를 켭니다.
  2. 의 데이터 수집 소프트웨어, DACO를 실행 : 같은 압력, 온도, 상대 습도, ​​O 등의 노출 환경의 데이터를) 노출 챔버에서 압력을 조절) B, 노출 챔버 필터 건조한 공기를 공급하고, C)의 수집 2와 CO 2.
  3. 챔버 압력에서 약간 부정적인 압력 (설정 점 = -0.2 밀리바) 설정합니다.
  4. 에어로졸 발생기의 전원을 켭니다.
  5. 지속적으로 흡입 노출 챔버에서 입자의 크기 및 상대 질량 농도를 모니터링하는 ELPI 및 SMPS 데이터 수집 소프트웨어를 실행합니다.
  6. 에어로졸 농도가 안정되면, ELPI 모니터에 집중 프로필 (일반적으로 : 에어로졸 발전기가 가동 된 뒤에 20 분 정도 소요) 고원에 도달 즉, (예를 들어, 1 시간) 샘플링 시간을 설정하고, 에어로졸 샘플링 설정 필터 나노 입자의 대표 샘플을 수집하는 펌프.
  7. 샘플링 시간에 도달하면 필터를 제거하고 SA를 연결노출 챔버에서 탈출 시험 물질을 방지하기 위해 고무 플러그와 포트를 mpling.
  8. 필터를 달아 위에서 설명한대로 노출 챔버의 평균 질량 농도를 계산한다.
  9. 평균 농도가 목표 농도가 꺼져있는 경우, 수동으로 목표 농도가 달성되도록하기 위해 발전기의 공기 흐름을 조절합니다.
  10. D = C X V m XTX F R, 여기서 D = 용량, C 시험 재료의 평균 질량 농도, V m = 분, 양, t = 노출 기간, F의 R = 분수 소재로 동물의 폐에 입자 증착을 계산 그는 입금 또는 흡수된다.
  11. 깨끗하고 사전 가중 필터를 필터 홀더에 필터 단계를 반복 8.6 및 8.8을 대체합니다.
  12. 동물의 폐에 노출 챔버와 대상 입자의 증착 실제 질량 농도에 따라, 나머지 경험치를 추정, t는 남아 osure 시간 = (D 대상-D) / (C X V m X F R) t이 남아 = 노출 시간 유지, D 대상 = 대상 량, C = 시험 물질의 질량 농도, V m을 의미 = 분당 호흡량, F R 입금하거나 흡수 재료의 비율.
  13. 남아 t에 도달 할 때 에어로졸 발생기의 전원을 끕니다.
  14. 모니터에 표시된 입자 농도는 챔버의 사전 노출 입자 농도에 가까운 때까지 노출 챔버에서 동물을 제거하기 전에, 여과 된 공기와 함께 흡입 노출 챔버를 세척하십시오.
  15. 챔버 배기 진공 펌프를 끕니다.
  16. 데이터 수집 소프트웨어 DACO를 중지합니다.
  17. 노출 된 후 정상 호흡과 동작을 확인하기 위해 동물을 관찰하고 문서화하는 것이 다른 연구 합병증 예 없음IST. 콧물, 호흡 곤란이나 다른 동물 복지 합병증이 관찰되는 경우, 참석 수의사 및 / 문의하거나 해당 기관 애니멀 케어를 시작하고위원회의 절차를 사용합니다.
  18. ELPI 및 SMPS 데이터 수집 소프트웨어를 중지합니다.

9. 시험 보고서 만들기

9.1 시험 조건은 다음과 같습니다

  1. 이 테스트에 사용 된 에어로졸 생성 시스템과 작동 매개 변수에 대한 설명입니다.
  2. 노출 동안 사용 디자인, 유형, 크기 및 운영 매개 변수를 포함 노광 장치의 설명입니다.
  3. 측정 온도, 습도, 입자 크기 및 실제 농도 장비.
  4. 배기 공기와 사용하면 테스트 챔버에서 동물을 유숙하는 방법의 치료.

9.2 노출 분위기 데이터를 포함

  1. 흡입 장치를 통해 공기 흐름 속도.
  2. 온도 및 습도공기.
  3. 동물 케이지 근처 에어로졸 샘플링 영역의 실제 (분석 또는 중량) 농도.
  4. 입자 크기 분포 및 계산 횟수 평균 공기 역학적 직경과 기하 표준 편차.
  5. 왜 원하는 챔버 농도 및 / 또는 입자 크기에 관해서 설명 (해당되는 경우)을 달성 할 수 있고, 노력은 지침의 이러한 측면을 준수하는 데 걸리는.

기타 9.3

  1. 방 포함하는 흡입 시설에서 약간 부정적인 압력은 흡입 노출 실험실을 탈출 시험 자료를 방지하기 위해 유지되어야한다.
  2. 동물 폐기물의 영향을 제거하기 위해 매일 노출 챔버를 청소합니다.
  3. ELPI, SMPS 및 기타 악기 세척 및 사용자 매뉴얼에 따라 조정해야한다.

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결과

흡입 노출 연구는 일반적으로 시험 물질 8,9의 정의 농도로 실험 동물을 노출하면서 알려진 지속적인 테스트 환경에서 실험 동물을 유지하는 포함한다. 전신 나노 입자의 흡입 노출 시스템은 그림 1에 표시됩니다. 챔버를 통해 공기의 90 LPM 연속 흐름이 어디​​에 있었 전신 챔버는 동적 흐름을 기준으로 운영되었다. 이 공기 흐름 급성 흡입 노출 7 미국 환경 보호국 (Environmental Protection Agency)에 필요한 공기 교환의 최소 수 (10.0)를 초과 10.8 공기 변화 / 시간을 제공했다. 레싱 필터, 필터와 활성탄 필터 (아트라스 콥코, 스웨덴) 병합 높은 효율 등 3 단계 공기 정화 시스템, 물, 먼지 및 기름 증기 및 (탄화수소) 냄새 제거를 위해 입구 공기에 사용되었다. 미리 종이 필터, 숯 필터와 HEPA Fi를 포함하여 3 단계 공기 정화 시스템LTER는 배기 가스 질량 유량 컨트롤러를 보호...

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토론

우리는 조립 전신 나노 입자 에어로졸 흡입 노출 시스템에 여기에 설명했다. 시스템 기능은 최첨단 나노 입자 에어로졸 특성화 기술을 검증 하였다. 새로운 나노 입자 에어로졸 생성 시스템으로,이 흡입 노출 시스템은 비교적 일관된 온도, 습도, 공기 흐름, 실험 동물을위한 산소 함량과 잘 특징, 제어 및 균일 한 나노 입자 에어로졸 시험 분위기를 제공 할 수 있습니다. 노출 시스템은 동물, 또는 장기 연구의 큰 숫자에 가장 효율적입니다. 이 대형 전신 실에서 실험 동물은 억제 편안하고 열 응력을 최소화 할 수 있습니다. 노출의 주요 한계는 실험 동물이 노출 챔버에서 분위기에 몰입하는 것입니다. 경구 및 피부 노출로 노출의 다른 경로가 발생할 수 있습니다. 또한, 전신 시스템에 대량 자료 많은 양의 becau 필요합니다큰 유입 유량의 남동쪽. 12 포트 코 전용 흡입 노출 시스템, 입구 공기 유량 12 LPM 동안 예를 들어, 0.5 m 3 노출 챔버이 시스템에 유입 공기의 유량은 90 LPM입니다. 흡입 노출 연...

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공개 사항

이 보고서의 결과 및 결론은 저자의 견해이며, 반드시 산업 안전 보건 국립 연구소의 관점과 관련이 없습니다. 어떤 회사 이름 또는 제품을 언급 NIOSH에 의해 승인을 의미하지 않으며, 다른 제품에 사용할 수없는, 또는 적절한 평가 후 대체 할 수없는 것이 그것을 의미하는 것은 아닙니다.

감사의 글

목록 승인 및 자금 조달.

NIH-ES015022 및 ES018274 (TRN)

NSF-협력 협정 1,003,907 (VCM)

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
흡입 노출 시스템TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Germany
공기 모니터링 시스템TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Germany
산화티타늄 에어록사이드 P25Evonik, 독일
스캐닝 이동성 입자 sizer-3936L75TSI Inc., Shoreview, MN
전기 저압 임팩터, 표준 10 LPMDekati, Tampere, Finland
Ultra Micro Balance, XP2UMETTLER TOLEDO, 스위스
전계 방출 주사 전자 현미경-S-4800Hitachi, 일본
에너지 분산 형 X 선 분석 Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, N.J.
핵 기공 폴리 카보네이트 필터 Whatman, 클린턴, PA
PTFE 멤브레인 필터 Pall Corporation, Ann Arbor, Michigan
이

참고문헌

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