Whole-Body Nanoparticle Aerosol inhaleringsstudier

Summary

En hel-kropp nanopartikler aerosol innånding eksponering anlegget ble bygget for nano-sized titandioksid (TiO

Abstract

Innånding er den mest sannsynlige eksponering rute for personer som arbeider med aerosolizable konstruert nano-materialer (ENM). Til riktig utføre nanopartikkel inhalasjon toksikologiske studier aerosolene i en kammerhuset de eksperimentelle dyrene må ha: 1) en jevn konsentrasjon opprettholdes på et ønsket nivå for hele eksponeringsperiode, 2) en homogen blanding fri for forurensninger, og 3) en stabil størrelse fordeling med et geometrisk gjennomsnitt diameter <200 nm og en geometrisk standardavvik σ _g <2,5 ^5. Generering av aerosoler som inneholder nanopartikler er ganske utfordrende fordi nanopartikler lett klumpe. Dette skyldes i stor grad meget sterke inter-partikkel krefter og dannelse av store fraktal strukturer i titalls eller hundrevis av mikron i størrelse ^6, som er vanskelig å bli brutt opp. Flere vanlige aerosol generatorer, inkludert nebulizers, fluidized senger, Venturi sugepumper og Wright støv fôr, vire testet, men ingen var i stand til å produsere nanopartikler aerosoler som tilfredsstiller alle kriteriene ^5.

En hel-kropp nanopartikler aerosol innånding eksponering systemet ble fabrikkert, validert og benyttet til _nano-TiO2 innånding toksikologiske studier. Kritiske komponenter: 1) romanen _nano-TiO2 aerosol generator, 2) 0,5 m ³ hele kroppen inhalasjonseksponering kammer, og 3) overvåke og kontrollere systemet. _Nano-TiO2 aerosoler frembrakt fra bulk tørre _nano-TiO2 pulvere (primær diameter på 21 nm, bulk-tetthet på 3,8 g / cm ³⁾ ble levert inn i eksponeringskammeret ved en strømnings-hastighet på 90 liter per minutt (10,8 luftskifter / time) . Partikkelstørrelsesfordeling og massekonsentrasjonen profiler som ble målt kontinuerlig med en skanning mobilitet partikkel sizer (SMPS), og en elektrisk lavtrykks nedslaget (ELPI). Aerosolen massekonsentrasjonen (c) ble bekreftet gravimetrisk (mg / m ^3). Massen (M) Av de innsamlede partiklene ble bestemt som M = (M _post-pre M), hvor M og M _{pre innlegget} er masser av filteret før og etter prøvetaking, (mg). Massekonsentrasjonen ble beregnet som C = M / (Q * t), hvor Q er sampling strømningshastighet (m ³ / min), og t er den samplingstid (minutt). Kammeret trykk, temperatur, relativ fuktighet (RH), ₂ O og CO _{2-konsentrasjoner} ble overvåket og kontrollert kontinuerlig. _Nano-TiO2 aerosoler samlet på Nuclepore filtre ble analysert med en scanning elektronmikroskop (SEM) og energi dispersive X-ray (EDX) analyse.

I sammendraget, rapporterer vi at nano-partikkel aerosoler generert og levert til vår eksponering kammeret har: 1) jevn masse konsentrasjon, 2) homogen sammensetning fri for forurensninger, 3) stabile partikkelstørrelsesfordelingen med en telling-median aerodyNamic diameter på 157 nm i løpet av aerosol generasjon. Dette systemet pålitelig og gjentatte ganger skaper test atmosfærer som simulerer tjenestepensjon, miljømessige eller innenlands ENM aerosol eksponeringer.

Protocol

De hele kroppen nanopartikler inhalasjonseksponering trinn-for-trinn operasjonsprosedyrer er beskrevet som følger.

Merk: 1) trinn 1 og 3 bør utføres i et avtrekksskap, 2) operatører må bruke egnet personlig verneutstyr (åndedrettsvern, vernebriller og gummihansker).

En. Condition _TiO2 nanopartikler tørt pulver

1. Plasser _nano-TiO2 pulver i en ikke-transparent beholder.
2. Forlate beholderen lokket åpent.
3. Plasser beholderen i en tørr eksikator i minst 24 timer for kondisjonering.

2. Varmer opp Data Acquisition and Control System, SMPS og ELPI og Alle Givere

1. Slå på lufta overvåking og datainnsamling system og strømbrytere for aerosol overvåking SMPS (TSI Inc., Shoreview, MN) og ELPI (Dekati, Tampere, Finland), og varme systemene opp i minst 1 time.
2. Slå på strømmenbrytere i alle givere for å varme dem opp i minst 1 time.

3. Laster _TiO2 nanopartikler tørt pulver inn Aerosol generatorer

1. Åpne sylinder caps på aerosol generatorer, og skift ut filtrene i aerosol generatorer. Merk: En aerosol generator har en sylinder. Antallet aerosolbeholdere som skal brukes avhenger av den ønskede massekonsentrasjon av partiklene i eksponer-ingskammeret.
2. Vei ~ 4 g _nano-TiO2 pulver og legg dem i hver sylinder.
3. Skift sylinder caps.
4. Alle områder mistenker av _TiO2 forurensning bør vått tørkes.

4. Koble Aerosol generatorer til Innånding Eksponering Chamber

1. Koble alle uttak av aerosol generatorer via en manifold til en syklon separator som er på innløpet til inhalasjon kammer (TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Tyskland).
2. Koble trykkluft slangen tilVenturi dispersers i aerosol generatorer.

5. Koble Air Overvåking og Aerosol Prøvetaking innløpene til Innånding Eksponering Chamber

1. Koble temperatur og relativ luftfuktighet (RH), trykk, O ₂ og CO ₂ sensorer levert av TSE Systems for å teste atmosfære overvåking havner på inhalasjonseksponering kammeret.
2. Koble innløpet av en aerosol fortynnende til en av aerosol prøvepunkter på inhalasjonseksponering kammer, og deretter koble sin utløpet til innløpet av ELPI.
3. Koble SMPS til en av aerosol prøvepunkter på inhalasjonseksponering kammeret.
4. Koble innløpet av en partikkelkonsentrasjon skjerm (TSE Systems) til en av de aerosol prøvepunkter på eksponer-ingskammeret.
5. Vei PTFE-membranfilter (P / N 66149, Pall Corporation, Ann Arbor, Michigan) og laste inn filteret i en rustfri stål filterholder (In-Tox produkter, Moriarty nM).
6. Koble innløpetdet rustfrie filterholder med en forhånds-veid filter til en av de aerosol prøvepunkter på inhalering eksponer-ingskammeret, og koble dens utløp til en prøvetakingspumpe.

6. Aktiver Datainnsamling Systems

1. Aktiver ELPI datainnsamling programvare, ELPIVI, sjekk oppsettparametre, og slå på flush pumpe for ~ 5 min og deretter nullstille ELPI. Record pre-exposure konsentrasjon.
2. Aktiver SMPS datainnsamling programvare. Record pre-exposure konsentrasjon.
3. Aktiver programvare, Daco (TSE Systems), for overvåking og kontroll av luftmengde, temperatur og RH kammer trykk, temperatur og RH, ₂ O og CO _2.

7. Legge forsøksdyr i Innånding Eksponering Chamber

1. Veie forsøksdyr.
2. Marker forsøksdyr og merder slik at dyrene kan settes tilbake i samme bur etter eksponering hvis needed.
3. Åpne døren til inhalasjon kammer, og laste forsøksdyr inn i kablet bur.
4. Vann kan være anordnet for dyr.
5. Lukk og lås døren til inhalasjon kammeret.
6. Ofte observere dyrene gjennom eksponering kammer observasjon vinduer for tegn på stress. Dyr skal være avslappet og oppfører seg normalt. Stopp påvirkning ved hurtig / anstrengt pust, er unormalt utseende, postural misdannelser eller immobilitet observert. Fjern dyrene, returnere dem til deres opprinnelige bur, ta kontakt med veterinær og / eller iverksette passende Institutional Animal Care og bruk komité prosedyrer.

Merk: Operatører må bruke personlig verneutstyr når du utfører trinn 8.7, 8.8 og 8.17.

8. Utsette små dyr til nanopartikler Aerosoler

1. Slå på eksos vakuumpumpe av inhalasjon kammeret.
2. Løpe datainnsamling programvare, Daco, til: a) tilføre filtrert tørr luft til eksponer-ingskammeret, b) kontrollere trykket i eksponer-ingskammeret, og c) samle inn dataene til eksponering miljøet, slik som trykk, temperatur, relativ fuktighet, O ₂ og CO _2.
3. Etablere et litt negativt trykk (sett punkt = -0,2 mbar) i kammeret.
4. Slå på aerosol generatorer.
5. Løpe ELPI og SMPS datainnsamling programvare for å kontinuerlig overvåke partikkelstørrelse og relativ massekonsentrasjon i inhalering eksponeringskammeret.
6. Når aerosol konsentrasjon er stabil, dvs. konsentrasjonen profil på ELPI monitor nådd platå (Normalt: dette tar 20 min etter at aerosol generatorer er i drift), sette opp prøvetaking tid (for eksempel en time) og slå på aerosol prøvetaking pumpe for å samle representativt utvalg av nanopartikler med filtre.
7. Når prøvetaking er nådd, fjerne filtrene og sett SAmpling porter med gummiplugger å hindre prøvemateriale fra rømmer eksponering kammeret.
8. Veie filtrene, og beregne middelverdien massekonsentrasjon i eksponer-ingskammeret, som beskrevet ovenfor.
9. Dersom den gjennomsnittlige konsentrasjonen er av målrettet konsentrasjon, manuelt justere luftstrømmen i generatorene for å sikre målrettet konsentrasjon er oppnådd.
10. Beregn partikkel deponering i animalske lunger som D = C X v _m xtx S _R, hvor D = dose, C = midlere massekonsentrasjon av testmateriale, V _m = minutters volum, t = eksponering varighet, og F _r = fraksjon av materialet som avsettes eller absorbert.
11. Bytt filtrene i filterholderne med rene, pre-vektet filtre, og gjenta trinn 8,6 og 8,8.
12. Basert på den virkelige massekonsentrasjon i eksponer-ingskammeret, og målrettet partikkel deponering i animalske lunger, estimere den gjenværende exposure tid som, t _forbli = (D _{målrettede-D)} / (C-V x _m x S _R), hvor t = _forbli forbli eksponering varighet, D _målrettet = målrettet dosering, C = midlere massekonsentrasjon av testmateriale, V _m = Minutters volum, F _r = fraksjon av materiale som avsettes eller absorbert.
13. Slå av aerosolgenerator når t _{er igjen} er nådd.
14. Før fjerning av dyrene fra eksponeringskammeret og syl inhalasjon kammeret med den filtrerte luft til partikkelkonsentrasjonen angitt i skjermen er nær den pre-eksponering partikkelkonsentrasjonen i kammeret.
15. Slå av kammer eksos vakuumpumpe.
16. Stopp datainnsamling programvare, Daco.
17. Etter eksponering, observere dyrene for å verifisere normal respirasjon og atferd, og dokumentere at ingen annen studie komplikasjoner exist. Hvis rennende nese, pustevansker eller andre dyrevelferd komplikasjoner er observert, kan du kontakte veterinær og / eller iverksette passende Institutional Animal Care og bruk komité prosedyrer.
18. Stopp ELPI og SMPS datainnsamling programvare.

9. Opprette Test Report

9.1 Test forholdene omfatter

1. Beskrivelse av den aerosol-system og dets driftsparametere anvendt i denne test.
2. Beskrivelse av eksponeringen apparater inkludert design, type, dimensjoner og dens rammebetingelser brukt under eksponeringen.
3. Utstyr for måling av temperatur, fuktighet, partikkelstørrelse, og virkelige konsentrasjonen.
4. Behandling av utblåsningsluften og metoden for boliger dyrene i testkammeret ved bruk.

9.2 Eksponering atmosfære data inkluderer

1. Luftmengde gjennom innånding utstyr.
2. Temperatur og fuktighetluften.
3. Faktisk (analytisk eller gravimetrisk) konsentrasjonen i aerosol prøvetaking sone som er i nærheten av dyr merdene.
4. Kornstørrelsesfordeling, og beregnet telling median aerodynamisk diameter og geometrisk standardavvik.
5. Forklaring på hvorfor den ønskede kammer konsentrasjon og / eller partikkelstørrelse kan ikke oppnås (hvis aktuelt), og innsatsen for å overholde disse aspektene av retningslinjene.

9.3 Annen

1. Litt undertrykk i rommet som inneholder innånding anlegget bør opprettholdes for å hindre at prøvemateriale fra rømmer inhalasjonseksponering lab.
2. Rengjør eksponeringskammeret daglig for å eliminere påvirkning av dyret avfall.
3. ELPI, SMPS og andre instrumenter skal rengjøres og kalibreres basert på brukermanualer.

Representative Results

En inhalasjonseksponering undersøkelse involverer vanligvis å opprettholde et forsøksdyr, i en kjent og konstant test miljø og samtidig utsette den eksperimentelle dyr til en definert konsentrasjon av et testmateriale ^8,9. Den helkropps nanopartikkel inhalasjonseksponering systemet er vist i figur 1.. Den helkropps kammer ble operert på en dynamisk strømning basis hvor det var en 90 LPM kontinuerlig strøm av luft gjennom kammeret. Denne luften tilført 10,8 luftvekslinger / time som overstiger det minimum antall luftvekslinger (10,0) som kreves av US Environmental Protection Agency for akutte inhaleringsstudier ^7. En tre-trinns luftfilter systemet, inklusive et koaleserende filter, en høy virkningsgrad koaleserende filter og et aktivt kullfilter (Atlas Copco, Sverige), ble benyttet på suge luft for fjerning av vann, støv-og oljedamp og (hydrokarbon) lukt. En 3-trinns luftfilter system med et pre-papir filter, et kullfilter og et HEPA filter ble brukt til å beskytte eksos massestrømmen kontrolleren. Per West Virginia University anmodning, ble en 4-trinns luftfilter system designet av TSE Systems brukes ved uttak av eksos vakuumpumpe. Eksponeringen kammeret har en kapasitet på boliger åtte dyr merdene som var laget av rustfritt stål wire og levert av TSE Systems. Det maksimale antall forsøksdyr nedsenket i atmosfæren i eksponer-ingskammeret er 16 rotter, eller 64 mus. Det totale volumet av de eksperimentelle dyrene ikke overstiger 5% av volumet av kammeret for å sikre stabiliteten til en test-atmosfæren, noe som er nødvendig ved US Environmental Protection Agency for akutte inhaleringsstudier ^7.

En nanopartikler aerosol generator er designet og testet ^3,10. Den består av en vibrerende fluidisert sylinder (5) med en klaff (4), en vibrerende Venturi dispergeringsinnretning (6) og en syklonseparator, som vist i figur 2.. En vibrator (10) festet til sylindereneh (5) produserer mekaniske vibrasjoner. Et filter (2) befinner seg ved rustfritt stål luftfordeler (1) i sylinderen. Nanopartikkel tørt pulver (3) for å være aerosoliserte hviler på filteret. Venturi dispergeringsinnretning (6) forbundet til utløpsåpningen på toppen av sylinderen. Venturi dispergeringsinnretning har en innsnevring i et rør. En høy hastighet Luftstrålen blåser over innsnevringen i Venturi dispergeringsinnretning kan skape et vakuum i sylinderen, noe som trekker den ren og tørr luft inn i sylinderen fra den for tilføring av luft-portene på de både proksimale og distale endene gjennom et aktivert karbon og HEPA filter (9). Venturi dispergeringsinnretning utløp er forbundet med innløpet til en syklonseparator (7). Utløpet på syklonseparatoren er forbundet med innløpet av eksponeringskammeret. I denne aerosol-system, er vibrerende skjærstrømninger og flere forstoppelser benyttes for å dispergere større agglomerater, flere partikkel separatorer som brukes til å fjerne de store agglomerater, og flere fortynninger brukes til å minimerere-agglomerering av partiklene. Partikkelstørrelsen og massekonsentrasjonen kan kontrolleres ved å justere vibrasjoner og luftmengder gjennom tørr pulversjiktet via ventilene (8) og (11).

TIO ₂ aerosoler generert fra _nano-TiO2 bulk tørt pulver (Aeroxide TiO ₂ P25, Evonik, Tyskland) ble fortynnet og levert til inhalasjon kammer ved 90 LPM. Forsøksmaterialene atmosfærer ble overvåket med ELPI og justert manuelt for å sikre en konsekvent og kjente eksponering for hver eksperimentelle gruppe dyr. I tillegg bør en ska gruppen som består av samme antall forsøksdyr alltid være inkludert i studien. Kontrollen forsøksdyr vil bli utsatt for ren filtrert luft i stedet for aerosolpartikler og resultatene fra dette sham gruppe ville bli brukt for å evaluere de biologiske effektene av testen nanopartikkel aerosol på forsøksdyr.

En. Chamber Pressure

figur 3, ble opprettholdt gjennom å kontrollere kammeret innløps-og utløpsluften strømningshastigheter for å hindre lekkasje av testsubstansen til det omgivende laboratoriet. Ideelt den rommet hvor inhalasjon kammeret bør være på et svakt undertrykk.

2. Den luftmengder, temperatur og relativ luftfuktighet

Innløps-og eksos luftmengder ble kontrollert av masse kontrollerne. Som vist i figur 4, var den inngående luft strømningshastighet 89,9 ± 0,3 liter per minutt, og utløpsluftstrømmen hastigheten var 111,9 ± 0,9 LPM. Temperaturen og den relative fuktighet ble overvåket med en temperatur og RF transduseren og kontrolleres ved 22,6 ± 0,4 ° og 6,9 ± 0,6% ved å kontrollere romluften temperatur og med en humidifier, som vist i figur 5.. Ifølge Pauluhn & Mohr undersøkelser under relativ luftfuktighet mellom 3 og 80%, tolerert rotter enten fuktighet atmosfære uten noen spesifikke effekter ^fire.

3. Chamber O ₂ og CO _{2-konsentrasjoner}

O ₂ og CO _{2-konsentrasjoner} ble overvåket kontinuerlig med O ₂ og et CO _2-gass analysatorer. Som vist i Figur 6, ble ₂ O stabilt på 20,79 ± 0,03%, og _{CO2-konsentrasjonen} var 580 ± 25 ppm.

4. Aerosol karakterisering

En aerosol som brukes for inhaleringsstudier er vanligvis karakterisert ved sanntid av to parametre som beskriver størrelsesfordelingen funksjon og en konsentrasjon parameter. En kontinuerlig strøm av test-atmosfæren ble trukket fra sonene bare over dyret merder i kammeret gjennom en prøvelinje til analyseinstrumentet.

4.1 Partikkelstørrelsesfordeling

Figur 7A er partikkelstørrelsesfordelingen målt med et standard 10 LPM ELPI. Tellingen median aerodynamisk diameter av partiklene er 157 nm. Figur 7B er partikkelstørrelsesfordelingen målt med TSI 3936L75 SMPS. Tellingen median mobilitet diameter av partiklene er 145 nm med et geometrisk standardavvik på 2,3. Figur 7C viser partikkelstørrelsesfordelingen endres i inhalasjonseksponering studier. Partikkelstørrelsen er relativt stabilt i hele eksponeringsperiode.

4.2 aerosolkonsentrasjonen

The real-time massekonsentrasjonen profil av _nano-TiO2 partikler ble overvåket i sonene like over burene med en ELPI. Figur 8A er partikkelkonsentrasjonen i løpet av en 4 t / dag inhalasjon. Underinhaleringen eksponeringen, den faktiske konsentrasjoner ble målt ved hjelp av gravimetriske metoder, ble 3-4 målinger tatt, for beregning av inhalert dose. Partiklene ble samlet inn med 47 mm PTFE membran filtre. En XP2U mikrovekt (Mettler Toledo, Sveits) ble brukt til å veie fyllstoff.

Den intra-day og inter-dag-variasjon av _nano-TiO2 konsentrasjonen i inhalasjonseksponering kammeret ble fastsatt basert på gravimetriske konsentrasjoner av 29 individuelle 4 hr / Dag inhaleringsstudier (målrettet konsentrasjon = 6,0 mg / m ^3). Hver intra-dagers midlere konsentrasjon og dens relative standard avvik (RSD), ble beregnet basert på 3 eller 4 gravimetriske målinger i løpet av den fire timers eksponering inhalering, som vist i figur 8B. Den intra-day konsentrasjonen har et gjennomsnitt på 5.3 til 6.6 mg / m ³ med RSD mellom 0,02 og 0,17. Den midlere inter-dagers konsentrasjon og dens RSD ble beregnet basert på 29 individuelle midlere intren-dagers gravimetriske konsentrasjoner. Den inter-dagers gjennomsnittlig konsentrasjon er 6,0 mg / m ³ med en RSD på 0,06. Det indikerte at vårt system kan gi stabile og reproduserbare _nano-TiO2 test atmosfærer for akutte inhaleringsstudier.

4.3 Aerosol Morfologi og Elemental Sammensetning

Strukturer og kjemiske sammensetning av partikler er kritiske i toksikologiske studier. TIO _to prøver ble samlet inn på 47 mm-Nuclepore polykarbonatfiltre (Whatman, Clinton, PA). Filtrene ble kuttet i fire like store deler, to deler ble montert på aluminium stubber med sølv lim (kolloidalt sølv væske, elektronmikroskopi Sciences, Hatfield, PA). Det deponerte _TiO2 partikler ble sett ved hjelp av en Hitachi 4800 felt utslipp scanning elektronmikroskop (FESEM, Hitachi, Japan), og også analysert ved hjelp av energi dispersive X-ray analyse (SEM-EDX; Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, NJ) på 20 keV. TiO2 aerosol prøver, og Figur 10 er et spektrum for _TiO2 aerosol prøver. Mer enn hundre partikler ble undersøkt med SEM-EDX for å sikre at partiklene på filteret ble virkelig sammensatt av titan og oksygen, en indikasjon på _TiO2 partikler. I figur 10, er karbonet fra filteret og gull / palladium er fra belegget. Basert på SEM-EDX resultater, besto alle partiklene undersøkt av titan og oksygen bare, som viser at de var virkelig _TiO2 partikler.

5. Ensartethet Distribusjon

Å opprettholde de riktige miljømessige parametere inne i kammeret er tilstrekkelig dersom konsentrasjonen av testforbindelse varierer fra sted til sted ^3.. Den nanopartikkel-konsentrasjoner ble målt ved fire forskjellige steder i sonene like over merdene i eksponer-ingskammeret.

Massen av partikler på et sted, M _i, ble målt gravimetrisk med filter prøvetaking og en mikro-balanse. Den midlere vekt av de samplede partiklene er

Den relative avvik av massekonsentrasjon ved plassering i den midlere konsentrasjon er

Den maksimale relative avvik av konsentrasjonene på forskjellige målesteder fra den midlere konsentrasjon er <6%. Dette er innenfor toleransegrensene for gruppen beregning.

6. Beregnet Particle Nedfall i Animal Lungs Hvis dyret blir inhalering en kjent konsentrasjon av test-atmosfære i løpet av eksponering for og opptak eller deponert fraksjon er kjent, kan mengden av deponert materiale test beregnes:

hvor D = dose, C = konsentrasjon av testmateriale, V _m = minutters volum, t = eksponering varighet, og F _r = fraksjon av materiale som avsettes eller absorbert.

Gjennomsnittsverdier for minutt volum, kan V _m anslås ut fra kroppsmasseindeks ved hjelp av empirisk allometriske skalering formler ^1,2. For eksempel, forutsatt en rotte har et minutt ventilasjon V _m = 200 ml / min, eksponeringskonsentrasjon C = 6,2 mg / m ^3, eksponering varighet t =4 timer, fraksjon av materialet deponering K _r = 0,1, og så den beregnede lunge avleiring D = 30 ug.

Figur 1. Innånding Eksponering Facility 1 = Eksponering kammer;. 2 = Elektrisk lavtrykk nedslaget, 3 = Aerosol generator, 4 = Skanning mobilitet partikkel sizer.

Figur 2. Skisse av nano-TiO2 aerosol generator 1 = luftfordeler;. 2 = filter, 3 = _TiO2 tørt pulver, 4 = baffel, 5 = sylinder; 6 = Venturi disperser, 7 = syklonseparator; 8 = ventil (falsk luft) , 9 = trekull og HEPA filter, 10 = vibrator, 11 = ventil (luft gjennom tørt pulver).

Figur 3. Kammertrykk. Svakt negativ trykket i kammeret ble holdt ved -0,2 mbar (målrettet trykk). Når trykket er av den målrettede trykk (pigger), styringen justeres trykket tilbake til den målrettede trykk.

Figur 4. Kammer innløp og utløp luftmengder. Mean innløp luftmengde = 89,9 liter per minutt, og eksos luftmengde = 111,9 LPM å opprettholde et litt negativt trykk i kammeret.

Figur 5. Chamber temperatur og RH. Gjennomsnittlig temp litteraturen = 22,6 ± 0,4 ° C, mens RH er 6,9 ± 0,6%.

Figur 6. Chamber O ₂ og CO _2. Den O ₂ er 20,79%, og CO ₂ er 580 ppm.

Figur 7. . _TiO2 aerosol størrelsesfordelingen A) ELPI, telle median aerodynamisk diameter D _p = 157 nm, B) SMPS, telle median mobilitet diameter D _g = 145 nm med en geometrisk standardavvik σ _g på 2,3 C) Particle size vs tid. fra ELPI. Klikk her for å se større figur .

re 8A "src =" / files/ftp_upload/50263/50263fig8A.jpg "/>
Figur 8A. 4 hr _TiO2 aerosol masse konsentrasjon.

Figur 8B. TIO ₂ aerosol massekonsentrasjonene av 29-individuell 4 timers eksponering ved innånding.

Figur 9. SEM mikrografer av _TiO2 aerosol. A) Typisk partikkel distribusjon på 47 mm filter. B) Red Arrow, 1,78 mikrometer. C) Gul pil, 159 nm. Klikk her for å se større figur .

50263fig10.jpg "/>
Figur 10. Et spektrum av _TiO2 aerosol prøven. Karbonet fra filteret og gull / palladium er fra belegget. Basert på SEM-EDX resultater, besto alle partiklene undersøkt av titan og oksygen bare, som viser at de var virkelig _TiO2 partikler.

Discussion

Vi har samlet og beskrevet her i en hel-kropp nanopartikler aerosol innånding eksponering system. Systemets funksjonalitet ble validert med state-of-the-art nanopartikler aerosol karakterisering teknikker. Med en roman nanopartikler aerosol generasjons system, kan dette inhalasjonseksponering systemet gi en godt karakterisert, kontrollert og ensartet nanopartikler aerosol test atmosfære med relativt jevn temperatur, fuktighet, luftstrøm, og oksygeninnhold for forsøksdyr. Eksponeringen system er mest effektive for et stort antall dyr, eller langtidsstudier. I denne store hele kroppen kammer, forsøksdyr er uhemmet, komfortable og varme stress er minimert. Den største begrensningen av eksponeringen er at de eksperimentelle dyrene er nedsenket i atmosfæren i eksponer-ingskammeret. Andre eksponeringsveier som oral og dermal eksponering kan forekomme. Også i hele kroppen system, blir store mengder av bulkmateriale kreves because av større innløp flow rate. For eksempel, i dette systemet med en 0,5 m ³ eksponering kammer, er innløpet luftmengde 90 liter per minutt, mens en 12-port nese-only inhalasjonseksponering system, er innløpet luftmengde 12 LPM. Derfor må kostnader og tilgjengelighet av bulk materialer skal vurderes ved planlegging inhalasjonseksponering studier.

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