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방법 논문

나노 크기의 입자의 4 개의 노출 농도 제공 하는 코 전용 흡입 독성 시험 챔버의 개발

5.9K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/58725

⸱

2019년 3월 18일

 ,  ,  ,  , 
1Department of Environmental Engineering, Inha University, 2HCTM Co. Ltd

이 논문에서

요약

4 개의 다른 노출 농도에서 흡입 독성 테스트 수 코 전용 흡입 독성 챔버 설계와 흐름 필드 균일성과 각 농도 대 한 노출 포트 간의 교차 오염에 대 한 검증. 여기, 선물이 설계 챔버 흡입 독성 시험에 대 한 효과적인 인지 확인 하는 프로토콜.

초록

전산된 유체 역학에 따라 수치 분석을 사용 하 여, 4 개의 다른 노출 농도와 코 전용 흡입 독성 챔버 설계 및 각 흐름 필드 균일성 및 노출 포트 중 교차 오염에 대 한 유효성 검사 농도입니다. 설계 흐름 필드 값은 가로 세로로 위치 노출 포트에서 측정된 된 값과 비교 됩니다. 이 목적을 위해 나노 염화 나트륨 입자 테스트 입자로 생성 하 고 각 농도 그룹에 대 한 챔버 중 교차 오염 및 농도 유지를 평가 하기 위해 흡입 약 실에 소개. 결과 디자인된 multiconcentration 흡입 챔버 동물 흡입 독성 농도 그룹 간의 교차 오염 없이 테스트에 사용할 수 있음을 나타냅니다. 또한, 설계 된 multiconcentration 흡입 독성 챔버 단일 농도 흡입 약 실에도 변환할 수 있습니다. 가스, 유기 증기, 또는 비 나노 입자 추가 테스트 다른 테스트 기사의 흡입 테스트 챔버를 사용 하 여를 확인 합니다.

서론

흡입 독성 시험 하는 것은 화학, 입자, 섬유, 나노 소재1,2,3의 위험을 평가 하기 위한 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다. 따라서, 대부분의 규제 기관 흡입 독성 화학 물질, 입자, 섬유, 그리고 나노 소재에 대 한 노출을 통해 흡입4,,56,7 때 테스트 데이터의 제출 요구 ,8. 현재, 흡입 독성 시스템의 두 가지 유형이 있다: 전신 및 코 전용 노출 시스템. 표준 흡입 독성 테스트 시스템, 전신 또는 코 전용 노출 쥐와 4 개의 다른 농도, 즉 신선한 공기 제어 및 낮은, 중간, 그리고 높은 농도7 쥐 같은 동물을 적어도 4 개의 챔버를 필요 , 8. 경제 협력 및 개발 기구 (OECD) 테스트 지침 제안 선택 된 대상 집중 대상 organ(s)의 식별 및 명확한 농도 응답7의 데모를 허용 해야 합니다에 대 한 조직 ,8. 높은 농도 수준 독성의 명확한 수준이 해야 하지만 사망률 또는 사망으로 이어질 수 있습니다 또는 결과7,8의 의미 있는 평가 방지 하는 영구적인 표시를 발생 하지. 최대 달성 수준 또는 높은 농도 연 무질의 입자 크기 분포 표준 회의 하는 동안 도달할 수 있습니다. 중간 농도 수준 낮고 높은 농도7,8의 사이 독성 효과의 그라디언트를 생산 하기 위해 간격을 한다. NOAEC (no-관찰--부작용 농도) 선호 것, 낮은 농도 수준 독성7,8의 거의 비슷하게 표시를 생산 한다. 전체-바디 챔버 코 전용 챔버 동물 밀폐 된 관에 절제 된 상태에서 노출 하는 동안 유선 장에 억제 상태에 있는 동물을 제공 합니다. 감 동물 주위 누설에 의해에 어로 졸의 손실을 방지합니다. 전체-바디 챔버의 높은 볼륨 때문에 많은 수를의 테스트 기사 코 전용 노출 시스템에서 튜브의 구속 동물 움직임을 방해 하 고 불편 또는 질 식 될 수 있습니다 동안 실험 동물에 노출 될 필요 합니다. 그럼에도 불구 하 고, 규제 OECD 흡입 독성 시험 지침 코 전용 흡입 시스템4,5,6,,78의 사용을 선호합니다.

그러나, 4-챔버 시스템, 전신 또는 코 전용 수용, 비싼, 공간 소모 하며 내장 공기 청소 및 순환 시스템. 또한, 4 챔버 시스템 또한 별도 테스트 문서 생성기 노출 원하는 농도 테스트 문서 농도 모니터링 하는 데 별도 측정 기구에 동물을 요구할 수 있습니다. 따라서, 표준 흡입 독성 시험 포함 하므로 중요 한 투자, 더 편리 하 고 경제적인 전신 또는 코 전용 노출 시스템 작은 연구 시설에서 사용 하기 위해 개발 해야 합니다. 전산 유체 역학 (CFD) 모델링은 또한 자주 입자, 달성 하는 데 사용 됩니다 가스, 또는 균일9,10,11,,1213 증기 흡입 챔버를 설계할 때 . 숫자 분석 평가 및 검증 실험 결과 이미 쥐10에 대 한 전신 노출 챔버에 대 한 수행 되었습니다. 예를 들어 공기 흐름 및 입자 궤적, CFD를 사용 하 여 모델링 되었습니다 그리고 입자 분포의 균일성 전신 챔버10의 9 부분에 측정 되었다. 또한, 코 전용 챔버 CFD13숫자 분석에 의해 평가 되었습니다. 그 후, 코 전용 노출 챔버에 대 한 평가 실험 연구 나노13를 사용 하 여 숫자 분석 결과 비교 하 여 수행 되었다.

이 연구는 코 전용 흡입 챔버 시스템을 하나의 약 실에 있는 4 개의 다른 농도에 실험 동물을 노출 수를 선물 한다. 처음 숫자 분석과 CFD를 사용 하 여 설계, 제안 된 시스템 다음 nanoscale 염화 나트륨 입자를 사용 하 여 균일성과 교차 오염을 확인 하는 실험 연구와 비교 됩니다. 여기에 제시 된 결과 소규모 학술 및 연구 시설에서 동물 노출 연구 동물 4 개의 다른 농도에 노출 될 수 있습니다 제시 코 전용 챔버를 사용할 수 있음을 나타냅니다. 숫자 분석 실험 설정으로 동일한 방식으로 다음과 같이 설정 됩니다. 단일 농도 노출에 대 한 내부 타워에 졸 흐름 48 L/min으로 설정 하 고 외부 타워 칼 흐름 20 L/min을 설정 됩니다. Multiconcentration 노출에 대 한 입력 내부 타워에 졸 흐름 각 단계에 대 한 11 L/분입니다. 콘센트 차동 압력 유지-100에는 부드러운을 유지 하기 위해 Pa 배기 흐름 및 누설을 방지 하기. 가정 동물 소유자 닫히고 비어.

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프로토콜

1. 숫자 분석 방법

  1. 그림 1 및 표 114에 설명 된 대로 기하학적 모양에 따라 챔버 내부 흐름의 분석을 수행 합니다.
    참고: 기하학적 모양에 따라 흐름 필드의 숫자 분석은에 어로 졸의 흐름을 예측 하 고 쓸만한 장치로 평가.
  2. 그림 1B에설명 된 4 단계 x 12 열, 어디 핵심으로 나누어져 내부 및 외부 탑으로 총에서 48 개의 포트와 챔버 디자인.
    참고: 각 단계는 실험 동물을 삽입 하기 위한 12 노출 포트가 있습니다. 만족 추천 OECD 지침 문서 (GD) 396에 의해 제안.
  3. 단일 농도 노출에 대 한 테스트 자료를 혼합 하 고 균일 한 농도 단계에 걸쳐 보장을 안 타워의 상단에 섞는 접시를 놓습니다. Multiconcentration 노출에 대 한 구분 내부 타워 4 단계 및 노출 농도에 디스크를 분리 합니다.
    참고: 혼합 플레이트

2입니다. 실험 평가의 준비

  1. 상공 회의소
    1. 챔버를 세 부분으로 나눌: 입구, 칼 집, 및 배기, 회로도 (그림 2)와 같이.
      참고: 입구는 어디에 어로 졸 내부 챔버로 흐름과 칼 집은 여분의 공기 흐름에 대 한 내부 및 외부 타워 사이의 공간.
    2. 장치는에 어로 졸 (또는 테스트 문서) 내부 타워 및 실험 동물, 잉여에 어로 졸을 포함 하는 동물에서 증발 기 동안 칼 집 공기와 함께 배출 통해 밖으로 흐르는.
      참고: 동물 소유자는 닫히고 비어.
    3. 송풍기 및 인버터를 사용 하 여 챔버 상수의 내부 압력을 유지 내부 플레넘 압력 칼 집 공기 흐름에 의해 제어 됩니다.
    4. 혼합 챔버 단일 농도 노출 경우 코 전용 노출 챔버 앞에 테스트에 어로 졸 (또는 문서) 농도의 균일성을 측정 하는 장비 디자인.
      참고: 테스트에 어로 졸의 균일성의 입자 수 농도 크기 분포에 의해 평가할 수 있습니다. 가스와 증기에 대 한 ± 10% 보다 더 이상 고 액체 또는 고체에 어로 졸4,,56,7 ± 20% 보다 더 이상 개별 챔버 농도 샘플 평균 챔버 농도에서 이탈 한다 ,8. 따라서, 테스트 입자는 일정 때 배기 팬을 통해에 어로 졸 흐름을 무시 수 있습니다.
    5. 누설 시험의 신뢰성을 확인 하 여 ±500 30 분 동안 유지 하는 Pa와 닫힌된 시스템을 확인 하 여 안전을 확인 합니다.
      참고: 누설 버블링 soap에서 확인할 수 있습니다.
  2. 환경 제어 및 모니터링
    1. 에 어로 졸 (단일/다중)의 총 유입 속도 설정 하 고 48 L/min 또는 44 L/min에서 공기를 칼 집 (단일 또는 다중, 각각) 및 20 L/min, 각각, 사용자 인터페이스의 컨트롤 설정에서 −100 Pa에서 일정 챔버의 내부 압력을 유지 하 고.
    2. 각각 온도 23 ° C에서 45%, 습도 유지 합니다. 가습기를 사용 하 여 노출 공기의 습도 제어.
    3. 준수는 OECD 흡입 독성 지침4,6,,78등온 isohumidity 제어 환경에서 실험을 실시 합니다.
  3. 흐름 균일도 측정
    1. 질량 유량 컨트롤러 (MFC)에 의해 제어 하는 HEPA 필터를 포함 하 여 깨끗 한 공기 공급을 통해 흡입 챔버에 48 L/min 깨끗 한 공기를 공급 한다.
      참고: 깨끗 한 공기는 HEPA 필터와 필터링 후 이루어집니다.
    2. 단일 농도 노출 경우 혼합 챔버를 사용 하 여 흐름을 안정화 합니다.
    3. Multiconcentration 노출의 경우 공급 노즐 신선한 제어 공기 또는 테스트에 어로 졸 (또는 문서) 삽입 한 포트에 연결 합니다.
    4. 질량 유량 계를 사용 하 여 포트 당 흐름 속도 측정 합니다.
  4. 입자 발생
    1. NaCl 나노 입자 흡입 챔버 디자인을 평가 하는 5-제트 분무기를 사용 하 여 생성 합니다.
      참고: NaCl 나노 입자를 생성 하는 0.1%wt NaCl 솔루션을 사용 합니다.
    2. NaCl 졸 단일 농도에 공기 혼합의 48 L/분에 생산을 제어 하려면 MFC를 규제 하 고 12 L/분에 어로 졸 혼합 NaCl의 모든 4 개의 단계는 multiconcentration에 공기.
      참고: 코 전용 챔버의 모든 포트 1 L/min (즉, 48 포트/코 전용 챔버 (4 단계), 48 포트/4 단계, 12 포트/단계)를 받습니다.
    3. 우회에서 희석에 대 한 깨끗 한 공기를 공급 한다.
      참고: 수 평균 직경와 NaCl 나노 입자의 형상 표준 편차는 76 시간 및 1.4 유지, 각각.
  5. 입자 균일도 측정
    1. NaCl 차동 이동성 분석기 (DMA)와 응축 입자 카운터 (CPC)의 검색 이동성 입자 sizer (SMPS)를 사용 하 여 사출 노즐에서 나오는 나노 입자 구성의 입자 크기 분포를 측정 합니다.
    2. 오전에 어로 졸 중 화제를 사용 하 여 입자의 정전기를 제거 하 고 측정 효율18향상 벽에 입자 증 착을 줄일 수 있습니다.
    3. 에 어로 졸의 비율을 유지 하 고 유지 하는 어로 졸 유량과 칼 집 공기 유량 1 L/min과 10 L/min, 각각 1시 10분에서 공기 흐름 속도 DMA의 칼 집.

3. 흐름 균일성 테스트

  1. 멀티 농도 노출
    1. 11 L/분에 어로 졸 입구를 통해 깨끗 한 공기를 제공 하 여 사출 노즐의 흐름 속도 설정 합니다. 4 단계 각 11 포트 노즐을 선택 합니다.
    2. 선택 된 노즐 유량 계를 연결할 유량을 측정 합니다.
    3. 3.1.2 단계 반복 재현성을 확인 하려면 3 배.
  2. 단일 농도 노출
    1. 48 L/분에 어로 졸 입구를 통해 깨끗 한 공기를 제공 하 여 사출 노즐의 흐름 속도 설정 합니다. 24 포트 노즐 48 포트 중에서 임의로 선택 합니다. 측정 재현성을 확인 하려면 3 배.

4. 입자의 균일성 테스트

  1. Multiconcentration 노출
    1. 11 L/분에 어로 졸 입구 (마가로 2 절에서 설명한)을 통해 생성 된 입자를 제공 하 여 사출 노즐의 입자 크기 분포를 설정 합니다.
    2. 임의로 6 포트 노즐; 4 단계 중 선택 측정 재현성을 확인 하려면 3 배.
  2. 단일 농도 노출
    1. 20 L/min에서 생성 된 입자와 28 L/분에 어로 졸 입구 (2.4와 2.5에서와 같이) 통해 48 L/min의 총을 만들기에서 깨끗 한 공기를 제공 하 여 사출 노즐의 입자 크기 분포를 설정 합니다.
    2. 6 포트 노즐 4 단계 중에서 임의로 선택 합니다.
    3. 선택 된 노즐을 SMPS를 연결 하려면 입자 농도 측정 합니다.
    4. 4.2.3 단계 반복 재현성을 확인 하려면 3 배.

5. 교차 오염 테스트

  1. Multiconcentration 노출의 경우 3 단계를 설정 합니다.
  2. 다른 해결책 농도와 3 개의 각 단계는 깨끗 한 공기 라인 2 개의 발전기를 연결 합니다.
  3. 생성 된 입자와 11 L/분 (2.4 및 2.5에 설명 된) 대로 어로 졸 입구를 통해 깨끗 한 공기를 제공 하 여 사출 노즐의 입자 크기 분포를 설정 합니다.
  4. 무작위로 모든 3 개의 단계에서 하나의 포트 노즐 선택.
  5. 선택한 포트에 SMPS를 연결할 입자 농도 측정 합니다.
  6. 재현성을 확인 하려면 단계 5.5 15 x를 반복 합니다.

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결과

실험 설정

그림 1 에서는 MFC, 코 전용 챔버와 공기 품질, 컨트롤러, 및 배기 모듈을 기반으로 모니터링을 위한 입자 측정 악기 입자 생성기를 포함 하 여 코 전용 흡입 챔버 시스템의 회로도 프로토콜의 섹션 2입니다.

숫자 분석 설계

그림 2 는 multiconcentration 노출 (그림 2A) 및 단일 농도 노출 (그림 2B)에 대 한 코 ...

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토론

흡입 독성 시험 현재 aerosolized 재료 (입자 및 섬유), 증기, 그리고 인간의 호흡 시스템14,15흡입 가스를 평가 하기 위한 좋은 방법입니다. 두 가지 흡입 노출 방법: 전신 및 코 전용. 그러나, 코 전용 시스템 noninhalation 노선, 눈, 피부 등으로 노출 최소화 하 고 OECD 흡입 독성 시험 가이드라인에서 권장 하는 기본 노출 메서드 테스트 문서의 최소한의 양으로 테스트 수 있습니다. 급성4,6, subacute7, 그리고 아민8.

표준 흡입 독성 시스템에는 4 개의 농도 챔버를 (신선한 공기 제어 및 낮은, 중간, 그리고 높은 농도) 필요합니다. 따라서, 작...

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공개 사항

저자는 공개 없다.

감사의 글

이 연구는 산업 기술 혁신 프로그램 (10052901), 높은 사용 가능한 접한 흡입 독성 테스트 시스템을 상거래를 통해 한국 평가 연구소의 산업 기술 한국으로의 개발에 의해 지원 되었다 사역의 무역, 산업 및 에너지입니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
유창한 V.17.2 ANSYS소프트웨어
질량 유량계 (MFM)TSI4043
SMPS (스캐닝 이동성 입자 사이저)그림 SMPS+C
5-Jet 분무기 HCTM5JA-1000
질량 유량 컨트롤러(MFC)HoribaS48-32

참고문헌

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