Hele kroppen Nanopartikel aerosolinhalation Engagementer

Summary

En hel-krops nanopartikel aerosol indånding facilitet blev bygget for nanostørrelse titandioxid (TiO

Abstract

Indånding er den mest sandsynlige eksponeringsvej for personer, der arbejder med aerosolizable manipuleret nano-materialer (ENM). Til korrekt udføre nanopartikel indånding toksikologiske undersøgelser af aerosoler i et kammer boliger forsøgsdyrene skal have: 1) en stabil koncentration holdes på et ønsket niveau for hele eksponeringsperioden, 2) en homogen sammensætning fri for forurenende stoffer, og 3) en stabil størrelsesfordeling med en geometrisk gennemsnitlig diameter <200 nm og en geometrisk standardafvigelse σ _g <2.5 ^5. Den generation af aerosoler, der indeholder nanopartikler er ganske udfordrende, fordi nanopartikler let klumpe. Dette skyldes i høj grad meget stærke inter-partikel kræfter og dannelsen af store fraktale strukturer snesevis eller hundredvis af mikron ^6, som er vanskelige at blive brudt op. Flere fælles aerosolgeneratorer, herunder nebulizers, fluid senge, Venturi Aspiratører og Wright støvet foder, vire afprøvet, men ingen var i stand til at producere nanopartikler aerosoler, som opfylder alle kriterier ^5..

En hel-krops nanopartikel aerosol indånding system blev fabrikeret, valideret og anvendt til _nano-TiO2 indånding toksikologiske undersøgelser. Kritiske komponenter: 1) nye _nano-TiO2 aerosol generator, 2) 0.5 m ³ hele kroppen indånding kammer, og 3) overvåge og kontrolsystem. _Nano-TiO2 aerosoler, der genereres fra bulk tør _nano-TiO2 pulvere (primær diameter på 21 nm, rumvægt på 3,8 g / cm ³⁾ blev leveret i eksponeringen kammeret ved en strømningshastighed på 90 lpm (10.8 luftudskiftninger / time) . Partikelstłrrelsesfordelingen og masse koncentration profiler blev målt kontinuerligt med en scanning mobilitet Particle Sizer (SMPS), og en elektrisk lavtryk slaglegeme (ELPI). Den aerosolmassen koncentration (C) blev verificeret gravimetrisk (mg / m ^3). Massen (M) Af de indsamlede partikler blev bestemt som M = (M _{post-M pre),} hvor M _før og M _indlæg er masser af filteret før og efter prøvetagning (mg). Massekoncentrationen blev beregnet som C = M / (Q * t), hvor Q er prøveudtagning flowhastighed (m ³ / min), og t er prøveudtagning (minut). Kammeret tryk, temperatur, relativ luftfugtighed (RH), O ₂ og CO _{2-koncentrationer} blev overvåget og kontrolleret kontinuerligt. _Nano-TiO2 aerosoler indsamlet på Nuclepore filtre blev analyseret med en scanning elektron mikroskop (SEM) og energi Dispersive X-ray (EDX) analyse.

Sammenfattende rapporterer vi, at nano-partikel aerosoler genereres og leveres til vores ekspositionskammeret har: 1) steady massekoncentration, 2) homogen sammensætning fri for forurenende stoffer, 3) stabile partikelstørrelsesfordelinger med en optælling-median aerodymisk diameter på 157 nm under aerosoldannelse. Dette system pålideligt og gentagne gange skaber test atmosfærer, der simulerer erhvervsmæssige, miljømæssige eller indenlandsk ENM aerosol engagementer.

Protocol

De hel-krop nanopartikel eksponering ved indånding trin-for-trin operationelle procedurer er beskrevet som følger.

Note: 1) trin 1 og 3 skal udføres i et stinkskab, 2) den erhvervsdrivende skal bære egnede personlige værnemidler (åndedrætsværn, beskyttelsesbriller og gummihandsker).

1.. Conditioning TiO ₂ Nanopartikel tørre pulvere

1. Placer _nano-TiO2 pulvere i en uigennemsigtig beholder.
2. Aflever beholderen låget åbent.
3. Beholderen anbringes i et tørt ekssikkator i mindst 24 timer til konditionering.

2.. Varmer op dataopsamling og kontrolsystem, SMPS og ELPI og alle transducere

1. Tænd luften overvågning og dataopsamlingssystem og afbrydere til aerosol overvågning SMPS (TSI Inc., Shoreview, MN) og ELPI (Dekati, Tampere, Finland) og varme systemerne op i mindst 1 time.
2. Tænd for strømmenafbrydere i alle transducere at varme dem op i mindst 1 time.

3.. Loading _TiO2 Nanopartikel tørre pulvere i spraydåser

1. Åbn cylinder hætter på spraydåser, og erstatte filtrene i spraydåser. Bemærk: En aerosolgenerator har en cylinder. Antallet spraydåser, der skal anvendes afhænger af den ønskede massekoncentrationen af ​​partiklerne i eksponering kammer.
2. Afvejes ~ 4 g _nano-TiO2 pulvere og læg dem i hver cylinder.
3. Udskift cylinder hætter.
4. Alle områder har mistanke om _TiO2 forurening skal våd tørres.

4.. Tilslutning aerosolgeneratorer til Indånding Eksponering Chamber

1. Tilslut alle de forretninger i spraydåser via en manifold til en cyklon separator, som er ved indgangen af ​​eksponering ved indånding kammer (TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Tyskland).
2. Tilslut trykluft slange tilVenturi dispergatorer i spraydåser.

5.. Tilslutning Air Overvågning og Aerosol Sampling Fjorde til Indånding Eksponering Chamber

1. Slut temperatur & luftfugtighed (RH), tryk, O ₂ & CO ₂ sensorer leveres af TSE Systems til at teste atmosfæreovervågningstjenester porte på eksponering ved indånding kammer.
2. Forbind indløb af en aerosol dilutor til en af ​​de aerosol Målestudsene på eksponering ved indånding kammeret, og derefter forbinde dens udløb til indløb ELPI.
3. Slut SMPS til en af ​​de aerosol Målestudsene på eksponering ved indånding kammer.
4. Slut indløb af en partikelkoncentration skærm (TSE Systems) til en af ​​de aerosol Målestudsene på eksponering kammeret.
5. Afvejes PTFE-membranfilter (P / N 66149, Pall Corporation, Ann Arbor, Michigan) og indlæse filter i en rustfri stål filter holder (In-Tox produkter, Moriarty NM).
6. Forbind indløbrustfrit stål filter holder med en pre-tareret til en af ​​aerosol Målestudsene på eksponering ved indånding kammer og forbinde dens udløb til en sampling pumpe.

6.. Aktiver dataopsamlingssystemer

1. Aktiver ELPI dataopsamlingssoftware, ELPIVI, check opsætningsparametrene, og tænd den flush pumpe til ~ 5 min, og derefter nul ELPI. Record pre-eksponering koncentration.
2. Aktivere SMPS dataopsamlingssoftware. Record pre-eksponering koncentration.
3. Aktiver software, Daco (TSE Systems) til overvågning og styring luftmængde, temperatur og RH kammertryk. Temperatur & RH, O ₂ og CO ₂

7.. Loading Forsoegsdyr i Indånding Eksponering Chamber

1. Afveje forsøgsdyr.
2. Markér forsøgsdyr og bure, således at dyrene kan sættes tilbage i de samme bure efter eksponeringen, hvis needed.
3. Åbn døren til eksponering ved indånding kammeret, og indlæse forsøgsdyr ind i de kablede bure.
4. Vand kan gives til dyr.
5. Luk og sikre døren af ​​eksponering ved indånding kammer.
6. Ofte observere dyr gennem eksponeringskammeret observationsvinduer for tegn på nød. Dyrene skal være afslappet og opfører normalt. Stop påvirkning ved hurtige / besværet vejrtrækning, unormal udseende, kropsholdning abnormiteter eller immobilitet overholdes. Fjern dyrene returnere dem til deres oprindelige bure, skal du kontakte deltage dyrlæge og / eller iværksætte passende institutionel Animal Care og brug udvalgsprocedurer.

Bemærk: Operatørerne skal bære personligt beskyttelsesudstyr, når du udfører trin 8.7, 8.8 og 8.17.

8.. Udsættes små dyr til Nanoparticle Aerosoler

1. Tænd udstødning vakuumpumpe af eksponering ved indånding kammer.
2. Køre dataopsamlingssoftware, Daco, til: a) levere filtreret tør luft til eksponeringen kammer, b) regulering af trykket i eksponeringskammeret og c) at indsamle data fra eksponering miljø, såsom tryk, temperatur, relativ luftfugtighed, O ₂ og CO _2.
3. Etablere et svagt undertryk (sæt point = -0.2 mbar) i kammeret pres.
4. Tænd for spraydåser.
5. Kør ELPI og SMPS dataopsamlingssoftware til løbende at overvåge partikelstørrelse og relative massekoncentration i eksponering ved indånding kammer.
6. Når aerosolkoncentrationen er stabil, dvs koncentrationen profil på ELPI monitor nåede plateau (Normalt: det tager 20 min efter spraydåser er i drift), nedsat prøvetagning tid (for eksempel 1 time), og tænd for aerosol prøvetagning pumpe til at indsamle repræsentativ stikprøve af nanopartikler med filtre.
7. Når prøveudtagningen er nået, fjernes filtrene og sæt sampling porte med gummipropper til at forhindre testmateriale at slippe ud af eksponeringen kammer.
8. Afvejes filtrene, og beregne det gennemsnitlige massekoncentration i eksponeringen kammeret som beskrevet ovenfor.
9. Hvis det gennemsnitlige koncentration er slukket målrettet koncentration manuelt justere luftstrømmen i de generatorer til at sikre en målrettet koncentration er nået.
10. Beregn partikelaflejring i dyrelunger som D = C x V _m XTX F _r, hvor D = Dose, C = gennemsnitlig massekoncentration af prøvemateriale, V _m = minutvolumen, t = eksponeringstid, og F _r = brøkdel af materiale der er deponeret eller absorberes.
11. Udskift filtrene i filterholderne med rene, pre-vægtede filtre, og gentag trin 8.6 og 8.8.
12. Baseret på den virkelige massekoncentration i eksponeringen kammeret og målrettet partikelaflejring i dyrelunger det resterende exp anslåosure tid som, t _forbliver = (D _{målrettet-D)} / (C x V _m x F _r), hvor t _{er fortsat} = forblive eksponeringstid, D _målrettet = målrettet dosering, C = gennemsnitlig massekoncentration af testmateriale, V _m = Minutvolumen, F _r = brøkdel af materiale, der er deponeret eller absorberes.
13. Sluk for aerosol generator når t _fortsat er nået.
14. Inden du fjerner dyrene fra eksponeringen kammer skylles eksponering ved indånding kammer med den filtrerede luft, indtil partikelkoncentrationen angivet på skærmen er tæt på pre-eksponering partikelkoncentrationen i kammeret.
15. Sluk for kammeret udstødning vakuumpumpe.
16. Stop dataopsamlingssoftware, Daco.
17. Efter eksponering, observere dyrene for at sikre normal respiration og adfærd, og dokumentere, at ingen anden undersøgelse komplikationer exIST. Hvis næseflåd, åndedrætsbesvær eller andre dyrevelfærd komplikationer observeres, så kontakt deltage dyrlæge og / eller iværksætte passende institutionel Animal Care og brug udvalgsprocedurer.
18. Stop ELPI og SMPS datafangst software.

9.. Oprettelse Test Rapport

9.1 Test betingelser omfatter

1. Beskrivelse af aerosol generation af systemet og dets operationelle parametre, der anvendes i denne test.
2. Beskrivelse af eksponeringen, herunder udformning, type, dimensioner og dets drift parametre, der anvendes under eksponeringen.
3. Udstyr til måling af temperatur, fugtighed, partikelstørrelse, og den faktiske koncentration.
4. Behandling af udpumpet luft og den maade, hvorpaa dyrene i testkammeret, når de anvendes.

9.2 ekspositionsluft data omfatter

1. Lufthastighed gennem indånding udstyr.
2. Temperatur og fugtighedluften.
3. Faktisk (analytisk eller gravimetrisk) koncentrationen i aerosol prøvetagning zone, som er i nærheden af ​​dyr bure.
4. Partikelstoerrelsesfordeling, og beregnede count aerodynamiske diameter og geometrisk standardafvigelse.
5. Forklaring på, hvorfor den ønskede kammer koncentration og / eller partikelstørrelse ikke kunne opnås (hvis relevant), og bestræbelserne for at overholde disse aspekter af retningslinjerne.

9.3 Andet

1. Lidt undertryk i rummet holdige inhalation facilitet bør opretholdes for at forhindre testmateriale undslippe indånding lab.
2. Rengør eksponeringskammeret dagligt for at fjerne de påvirkninger af animalsk affald.
3. ELPI, SMPS og andre instrumenter skal rengøres og kalibreres baseret på de brugsanvisninger.

Representative Results

En eksponering ved indånding undersøgelse involverer typisk opretholde et forsøgsdyr i en kendt og konstant testmiljø mens udsætter den eksperimentelle dyr til en defineret koncentration af et testmateriale ^8,9. Hele kroppen nanopartikel indånding er vist i figur 1.. Hele kroppen kammer blev opereret på et dynamisk flow basis, hvor der var en 90 LPM konstant luftstrøm gennem kammeret. Denne luftstrøm forudsat 10,8 luftskifter / time, som overstiger det minimum antal luftskifte (10,0), der kræves af US Environmental Protection Agency for akut indånding eksponeringer ^7. En 3-trins luftfilter system, herunder en kulfilteret, en højeffektiv kulfilteret og et aktivt kulfilter (Atlas Copco, Sverige), blev brugt på indblæsningsluften til fjernelse af vand, støv og oliedampe og (carbonhydrid) lugte. En 3-trins luftfilter system, herunder en pre-papirfilter, et kulfilter og et HEPA filteret blev brugt til at beskytte udstødningsmassestrømningshastighed controller. Per West Virginia University anmodning blev en 4-trins luftfilter system designet af TSE Systems anvendes i afgangsåbning vakuumpumpe. Eksponeringen kammer har en kapacitet på boliger 8 dyrebure, der blev foretaget af rustfrit stål og leveres af TSE Systems. Det maksimale antal forsøgsdyr nedsænket i atmosfæren i eksponeringen kammeret er 16 rotter eller 64 mus. Den samlede volumen af de forsøgsdyr ikke overstiger 5% af mængden af kammeret for at sikre stabiliteten af en test atmosfære, som kræves af US Environmental Protection Agency for akut indånding eksponeringer ^7.

En nanopartikel aerosolgenerator blev designet og testet ^3,10. Den består af en vibrerende fluidiseret cylinder (5) med en ledeplade (4), en vibrerende Venturi dispergeringsapparat (6) og en cyklonseparator, som vist i figur 2.. En vibrator (10) er fastgjort til cylindretis (5) frembringer mekaniske vibrationer. Et filter (2) sidder på rustfrit stål luftfordeler (1) i cylinderen. Nanopartikel tørt pulver (3) at være aerosoliserede hviler på filteret. Venturi disperser (6) forbundet til udgangsporten på toppen af ​​cylinderen. Venturi disperser har en indsnævring i et rør. En høj-hastighed luftstråle blæser hen over indsnævringen i Venturi disperseren kan skabe et vakuum i cylinderen, som trækker den rene og tørre luft ind i cylinderen fra lufttilførslen havne på både proximale og distale ender gennem en aktiveret carbon og HEPA filter (9). Venturi disperser stikkontakt er forbundet til indløbet af en cyklonseparator (7). Udløbet fra cyklonseparatoren er forbundet med indløbet af eksponeringen kammeret. I denne aerosoldannelse system er vibrerende shear strømme og multiple impactions udnyttes til at sprede større agglomerater, flere partikeludskillere anvendes til at fjerne de store agglomerater, og flere fortyndinger bruges til at minimerere-agglomerering af partiklerne. Partikelstørrelsen og massekoncentration kan styres ved manuel justering af vibrationer og luftmængder gennem tørt pulver lag via ventiler (8) og (11).

_TiO2 aerosoler genereret fra _nano-TiO2 bulk-pulver (Aeroxide _TiO2 P25, Evonik, Tyskland) blev fortyndet og leveret til eksponering ved indånding kammer ved 90 LPM. Forsøgsresultaterne atmosfærer blev overvåget med ELPI og justeres manuelt for at sikre en konsekvent og kendt eksponering for de dyr gruppe. Desuden bør en fingeret gruppen bestående af det samme antal forsøgsdyr altid indgå i undersøgelsen. Kontrolorganerne forsøgsdyr vil blive udsat for ren, filtreret luft i stedet for aerosol partikler, og resultaterne fra denne sham gruppe ville blive brugt til at vurdere de biologiske effekter af testen nanopartikel aerosol på forsøgsdyrene.

1.. Kammertryk

figur 3, blev opretholdt gennem styring af kammeret indløbs-og ud luftmængder for at forhindre lækage af teststoffet i det omgivende laboratorium. Ideelt rum, der indeholder den eksponering ved indånding kammer bør være på et lidt negativt tryk.

2.. Luftstrømmen priser, temperatur og relativ luftfugtighed

Indsugnings-og udstødningssystem luftmængder blev kontrolleret af massestrømsstyreenheder. Som vist i figur 4, indsugningsluften Strømningshastigheden var 89,9 ± 0,3 LPM, og fraluft Strømningshastigheden var 111,9 ± 0,9 LPM. Lokalets temperatur og relative luftfugtighed blev overvåget med en temperatur og RH transducer og kontrolleres på 22,6 ± 0,4 ° C og 6,9 ± 0,6% ved at styre rumtemperaturen og med en humidifier, som vist i figur 5. Ifølge Pauluhn & Mohr undersøgelser under relativ luftfugtighed på mellem 3 og 80%, tolereres rotter enten fugt atmosfære uden nogen særlige virkninger ^4..

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

The O ₂ og CO _{2-koncentrationer} blev overvåget kontinuerligt med en O ₂ og en CO _2-gas analysatorer. Som vist i figur 6, var O ₂ stabilt på 20,79 ± 0,03%, og CO _{2-koncentration} var 580 ± 25 ppm.

4.. Aerosol Karakterisering

En aerosol anvendes til inhalationsundersøgelser karakteriseres almindeligvis i realtid ved to parametre, der beskriver størrelsesfordelingen funktion og en koncentration parameter. En kontinuerlig strøm af testatmosfaeren blev trukket fra zonerne lige over animalske bure i kammeret gennem en prøvelinje til analysen instrumentet.

4.1 Partikelstørrelsesfordeling

Figur 7A er partikelstørrelsesfordelingen målt med en standard 10 LPM ELPI. Optællingen aerodynamiske diameter af partiklerne er 157 nm. Figur 7B er partikelstørrelsesfordelingen målt med TSI 3936L75 SMPS. Optællingen mediane mobilitet af partiklerne er 145 nm med en geometrisk standardafvigelse på 2,3. Figur 7C viser partikelstørrelsen ændringen under inhalationsforsøgene eksponeringsundersøgelser. Partikelstørrelsen er relativt stabilt i hele perioden.

4.2 aerosolkoncentration

Den realtid massekoncentration profil af de _nano-TiO2 partikler blev overvåget i de zoner lige over bure med en ELPI. Figur 8A er partikelkoncentrationen i løbet af en 4 hr / dag eksponering ved indånding. Undereksponering ved indånding, den aktuelle koncentration blev målt ved hjælp gravimetriske metoder blev 3-4 målinger, til beregning af dosis. Partiklerne blev opsamlet med 47 mm PTFE membranfiltre. En XP2U microbalance (Mettler Toledo, Schweiz) blev anvendt til at afveje fyldstoffer.

Den intra-dag og inter-dag variation af _nano-TiO2 koncentrationen i eksponering ved indånding kammer blev bestemt baseret på gravimetriske koncentrationer af 29 individuelle 4 hr / dag indånding eksponeringer (målrettet koncentration = 6,0 mg / m ^3). Hver intra-day middelkoncentration og dens relative standardafvigelse (RSD), blev beregnet på grundlag af 3 eller 4 gravimetriske målinger under, at 4 timers eksponering ved indånding, som vist i figur 8B. Den intra-day koncentration har en middelværdi på 5,3 til 6,6 mg / m ³ med RSD mellem 0,02 og 0,17. Den gennemsnitlige inter-dages koncentration og dens RSD blev beregnet på grundlag 29 individuelle middelværdi intra-dag gravimetriske koncentrationer. Den inter-dages gennemsnitskoncentration er 6,0 mg / m ³ med en RSD på 0,06. Den anførte, at vores system kan levere stabile og reproducerbare _nano-TiO2 test atmosfærer for akut indånding engagementer.

4.3 Aerosol morfologi og grundstofsammensætning

Strukturer og kemiske sammensætninger af partikler er kritiske i de toksikologiske undersøgelser. TiO ₂ prøver blev opsamlet på 47 mm Nuclepore polycarbonat-filtre (Whatman, Clinton, PA). Filtrene blev skåret i fire lige store dele, to sektioner blev monteret på aluminium stubbe med sølv pasta (Kolloid sølv flydende, elektronmikroskopi Sciences, Hatfield, PA). Det deponerede _TiO2 partikler blev ses ved hjælp af en Hitachi 4800 field emission scanning elektron mikroskop (FESEM, Hitachi, Japan), og også analyseret bruge energi Dispersive X-ray analyse (SEM-EDX, Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, NJ) ved 20 keV. TiO2 aerosol prøver og Figur 10 er et spektrum for _TiO2 aerosol prøver. Mere end hundrede partikler blev undersøgt med SEM-EDX at sikre, at partikler på filteret virkelig var sammensat af titan og oxygen, og en angivelse af TiO ₂ partikler. I figur 10, er kulstof fra filteret og guld / palladium er fra belægningen. Baseret på SEM-EDX resultater, bestod alle partiklerne undersøgte af titanium og ilt alene, viser, at de var virkelig TiO ₂ partikler.

5.. Ensartethed af Distribution

Fastholdelse de relevante miljøparametre inde i kammeret er utilstrækkelig, hvis koncentrationen af teststoffet varierer fra sted til sted ^3.. De nanopartikel koncentrationer blev målt ved fire forskellige steder i zonerne lige over burene i eksponeringen kammeret.

Masse af partikler ved en placering, M _i, blev målt gravimetrisk med filter prøvetagning og en mikro-balance. Den gennemsnitlige masse af stikprøven partikler

Den relative afvigelse af massekoncentration ved placeringen i fra den gennemsnitlige koncentration

Den maksimale relative afvigelse af koncentrationerne ved forskellige målesteder fra middelværdien koncentrationen er <6%. Dette er inden for tolerancegrænserne for gruppen beregning.

6.. Beregnet partikelaflejring i Animal Lunger Hvis dyret inhalerer en kendt koncentration af test-atmosfære i eksponeringsperioden og optagelsen eller deponerede fraktion er kendt, kan mængden af ​​deponerede prøvemateriale beregnes:

hvor D = Dosis, C = koncentration af testmateriale, V _m = minutvolumen, t = eksponeringstid, og F _r = brøkdel af materiale, der er deponeret eller absorberes.

Gennemsnitlige værdier for minutvolumen, kan V _m estimeres ud fra body mass hjælp empiriske allometrisk skalering formler ^1,2. For eksempel har under forudsætning af en rotte et minut ventilation V _m = 200 ml / min, eksponering koncentration C = 6,2 mg / m ^3, eksponeringstid t =4 timer, brøkdel af materialet aflejring F _r = 0,1, så den beregnede lungeaflejring D = 30 ug.

Figur 1. Indånding Eksponering Facility 1 = Eksponering kammer,. 2 = Electric lavtryk slaglegemet, 3 = Aerosol generator, 4 = Scanning mobilitet Particle Sizer.

Figur 2. Skematisk diagram af nano-TiO2 aerosolgenerator 1 = luft distributøren. 2 = filter, 3 = _TiO2 tørt pulver; 4 = baffel, 5 = cylinder, 6 = Venturi disperser; 7 = cyklon separator; 8 = ventil (fortyndingsluften) ; 9 = trækul & HEPA filter, 10 = vibrator, 11 = ventil (luft gennem tørt pulver).

Figur 3. Kammertryk. Et svagt undertryk i kammeret blev holdt på -0.2 mbar (målrettet tryk). Når trykket er slukket målrettet tryk (pigge), kontrolsystemet justeret trykket tilbage til den målrettede tryk.

Figur 4.. Chamber og afgangssiden luftmængder. Mean luftindløbsstrømmen rate = 89,9 LPM og udsugning luftmængde = 111,9 LPM at opretholde et svagt undertryk i kammeret.

Figur 5. Kammer temperatur og relativ luftfugtighed. Den gennemsnitlige temp ratur = 22,6 ± 0,4 ° C, mens RH er 6,9 ± 0,6%.

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

Figur 7. . _TiO2 aerosolstørrelse fordeling A) ELPI, tælle aerodynamiske diameter D _p = 157 nm; B) SMPS, tælle median mobilitet diameter D _g = 145 nm med en geometrisk standardafvigelse σ _g 2,3 C) Partikelstørrelse vs tid. fra ELPI. Klik her for at se større figur .

re 8A "src =" / files/ftp_upload/50263/50263fig8A.jpg "/>
Figur 8A. 4 timer _TiO2 aerosolmassen koncentration.

Figur 8B. _TiO2 aerosol massekoncentrationerne af 29-individuelle 4 timer eksponering ved indånding.

Figur 9. SEM mikrografer af _TiO2 aerosol. A) Typisk partikel distribution på 47 mm filter. B) Rød pil, 1,78 um. C) gul pil, 159 nm. Klik her for at se større figur .

50263fig10.jpg "/>
Figur 10.. Et spektrum af _TiO2 aerosol prøve. Carbon er fra filteret og guld / palladium er fra belægningen. Baseret på SEM-EDX resultater, bestod alle partiklerne undersøgte af titanium og ilt alene, viser, at de var virkelig TiO ₂ partikler.

Discussion

Vi har samlet og beskrevet her i en hel-krops nanopartikel aerosol indånding system. Systemet funktionalitet blev valideret med state-of-the-art nanopartikel aerosol karakteriseringsteknikker. Med en roman nanopartikel aerosol generation af systemet, kan dette eksponering ved indånding systemet give et godt karakteriseret, styret og ensartet nanopartikler aerosoltesten atmosfære med relativt ensartet temperatur, luftfugtighed, luft-flow, og iltindhold for forsøgsdyr. Eksponeringen system er mest effektive for et stort antal dyr, eller langtidsstudier. I dette store hele kroppen kammer er forsøgsdyr uhæmmet, komfortable og varme stress minimeres. Den største begrænsning af eksponeringen er, at forsøgsdyrene er nedsænket i atmosfæren i eksponeringen kammeret. Andre eksponeringsveje såsom oral og dermal eksponering kan forekomme. Også i hele kroppen system er stor mængde bulkmateriale kræves becauSE for større indløb flow. For eksempel, i dette system med en 0,5 m ³ ekspositionskammeret indløbet luftstrømmen er 90 LPM, mens en 12-port næse-only indånding system, luftindløbsstrømmen sats er 12 LPM. Derfor skal pris og tilgængelighed af bulk materialer overvejes, når du planlægger eksponering ved indånding 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