Nanoparticules corps entier des expositions par inhalation d'aérosols

Summary

Une installation de l'exposition par inhalation d'aérosols de nanoparticules corps entier a été construit pour le dioxyde de titane nanométrique (TiO

Abstract

L'inhalation est la voie d'exposition la plus probable pour les personnes travaillant avec aérosolisable conçu nano-matériaux (ENM). Pour effectuer correctement nanoparticules études de toxicologie d'inhalation, les aérosols dans un boîtier de chambre les animaux de laboratoire doivent avoir: 1) une concentration constante maintenue à un niveau désiré pendant toute la période d'exposition, 2) une composition homogène exempt de contaminants, et 3) une étable distribution granulométrique avec un diamètre moyen géométrique de <200 nm et un écart-type géométrique σ _g <2,5 ^5. La production d'aérosols contenant des nanoparticules est assez difficile parce que les nanoparticules facilement s'agglomérer. Ceci est largement dû à des forces entre les particules très forts et la formation des grandes structures fractales dans des dizaines ou des centaines de microns de diamètre ^6, qui sont difficiles à casser. Plusieurs générateurs d'aérosols communs, y compris les nébuliseurs, lits fluidisés, aspirateurs Venturi et l'alimentation de la poussière Wright, nousre testé, mais aucun n'a été en mesure de produire des aérosols de nanoparticules qui satisfont à tous les critères ^5.

Un système d'exposition par inhalation d'aérosols de nanoparticules corps entier a été fabriqué, validée et utilisée pour _nano-TiO2 études de toxicologie de l'inhalation. Les composantes essentielles: 1) roman _nano-TiO2 générateur d'aérosol; 2) 0,5 m ³ corps entier chambre de l'exposition par inhalation, et 3) de surveiller et de contrôle. Nano-TiO ₂ aérosols produits à partir de vrac sec nano-TiO ₂ poudres (diamètre primaire de 21 nm, la densité apparente de 3,8 g / cm ³⁾ ont été remis dans la chambre d'exposition à un débit de 90 LPM (10,8 changements d'air / heure) . la distribution et la masse taille profils de concentration de particules ont été mesurées en continu avec une mobilité numérisation particules (SMPS), et un impacteur basse pression électrique (ELPI). La concentration massique des aérosols (C) a été vérifiée par gravimétrie (mg / m ^3). La masse (M) Des particules recueillies a été déterminée comme M = (M-M _{après pré),} où M et M _{pré poste} sont masses du filtre avant et après l'échantillonnage (mg). La concentration de la masse a été calculée comme C = M / (Q * t), où Q est l'échantillonnage de débit (m ³ / min), et t est le temps d'échantillonnage (minute). La pression de la chambre, la température, l'humidité relative (HR), O ₂ et concentrations de CO ₂ ont été surveillés et contrôlés en permanence. Nano-TiO ₂ aérosols collectés sur des filtres Nuclepore ont été analysés avec un microscope électronique à balayage (MEB) et de dispersion des rayons X (EDX) analyse énergétique.

En résumé, nous déclarons que les aérosols nano-particules produite et livrée à notre chambre d'exposition ont: 1) la concentration de masse constante; 2) composition homogène exempt de contaminants; 3) les distributions de taille des particules stables avec un aerody décompte médianmique diamètre de 157 nm lors de la génération d'aérosols. Ce système crée fiable et répétée atmosphères d'essais qui simulent, l'exposition aux aérosols de l'ENM environnementales ou domestiques professionnelles.

Protocol

Les modalités de fonctionnement du corps entier nanoparticules exposition par inhalation étape-par-étape sont décrits comme suit.

Note: 1) les étapes 1 et 3 doivent être effectuées dans une hotte, 2) les opérateurs doivent porter un équipement de protection individuelle approprié (masques, lunettes et gants de caoutchouc).

1. Conditionné nanoparticules de TiO ₂ poudres sèches

1. Placez _nano-TiO2 poudres dans un récipient opaque.
2. Laissez le couvercle du récipient ouvert.
3. Placer le récipient dans un dessiccateur sec pendant au moins 24 heures pour le conditionnement.

2. Échauffement acquisition de données et système de contrôle, SMPS et ELPI et tous les transducteurs

1. Allumez le contrôle de l'air et le système d'acquisition de données et de commutateurs de puissance pour alimentations à découpage de surveillance des aérosols (TSI Inc., Shoreview, MN) et ELPI (Dekati, Tampere, Finlande), et réchauffer les systèmes en place pendant au moins 1 heure.
2. Tournez sur la puissancecommutateurs dans tous les transducteurs pour les réchauffer pendant au moins 1 heure.

3. Chargement nanoparticules de TiO ₂ poudres sèches dans des générateurs d'aérosols

1. Ouvrir les bouchons cylindriques sur les générateurs d'aérosols, et de remplacer les filtres dans les générateurs d'aérosols. Note: Un générateur d'aérosol est un cylindre. Le nombre de générateurs d'aérosols à utiliser dépend de la concentration en masse désirée de particules dans la chambre d'exposition.
2. Peser ~ 4 g _nano-TiO2 poudres et les charger dans chaque cylindre.
3. Remettez les bouchons cylindriques.
4. Toutes les zones suspectes de contamination TiO ₂ doit être humide anéantis.

4. Connexion générateurs d'aérosols pour inhalation chambre d'exposition

1. Connectez toutes les sorties des générateurs d'aérosols via un collecteur à un séparateur à cyclone qui est à l'entrée de la chambre de l'exposition par inhalation (TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Allemagne).
2. Relier les tubes à air compriméles dispersants Venturi dans les générateurs d'aérosols.

5. Connexion surveillance de l'air et des entrées d'échantillonnage d'aérosols à la Chambre de l'exposition par inhalation

1. Connectez température et d'humidité relative (HR), la pression, O ₂ et CO ₂ capteurs fournis par TSE Systems pour tester les ports de surveillance de l'atmosphère sur la chambre de l'exposition par inhalation.
2. Connectez l'entrée d'un appareil de dilution aérosol à l'un des ports d'échantillonnage des aérosols sur l'enceinte d'exposition par inhalation, puis connectez sa sortie à l'entrée de l'ELPI.
3. SMPS connecter à l'un des ports de prélèvement d'aérosol sur la chambre d'inhalation.
4. Connexion d'entrée d'un analyseur de concentration de particules (TSE Systems) à l'un des ports de prélèvement d'aérosol sur la chambre d'exposition.
5. Peser filtre à membrane PTFE (P / N 66149, Pall Corporation, Ann Arbor, Michigan) et charger le filtre dans un porte-filtre en acier inoxydable (produits In-Tox, Moriarty Nm).
6. Connectez l'entrée dele support de filtre en acier inoxydable avec un pré-filtre pesé à l'un des ports de prélèvement d'aérosol sur la chambre d'inhalation, et connecter sa sortie à une pompe d'échantillonnage.

6. Activer les systèmes d'acquisition de données

1. Activer ELPI logiciel d'acquisition de données, ELPIVI, vérifiez les paramètres de configuration, et tourner sur la pompe de rinçage pour ~ 5 min, puis à zéro la ELPI. Concentration pré-exposition enregistrement.
2. Activation du logiciel d'acquisition de données SMPS. Concentration pré-exposition enregistrement.
3. Activer logiciel, DACO (TSE Systems), pour surveiller et contrôler le débit de l'air, de la température et de la pression de la chambre d'humidité relative, la température et d'humidité relative, d'O ₂ et de CO _2.

7. Chargement animaux d'expérimentation dans la chambre de l'exposition par inhalation

1. Peser les animaux de laboratoire.
2. Marquez les animaux de laboratoire et des cages de sorte que les animaux peuvent être remis dans les mêmes cages après l'exposition si needed.
3. Ouvrez la porte de la chambre de l'exposition par inhalation, et charger les animaux de laboratoire dans les cages câblés.
4. L'eau peut être prévue pour les animaux.
5. Fermez et verrouillez la porte de la chambre de l'exposition par inhalation.
6. Foire observer les animaux à travers les fenêtres d'observation de la chambre d'exposition aux signes de détresse. Les animaux doivent être assouplies et de se comporter normalement. Arrêter l'exposition si rapide / respiration laborieuse, apparence anormale, des anomalies posturales ou l'immobilité sont respectées. Retirer les animaux, les retourner dans leur cage d'origine, contactez vétérinaire traitant et / ou initier Institutional Animal Care appropriées et utiliser les procédures du Comité.

Remarque: Les opérateurs doivent porter un équipement de protection individuelle lors de l'exécution des mesures 8.7, 8.8 et 8.17.

8. L'exposition de petits animaux à aérosols de nanoparticules

1. Mettre la pompe à vide d'échappement de la chambre d'inhalation.
2. Exécuter le logiciel d'acquisition de données, DACO, à: a) fournir de l'air sec filtré à la chambre d'exposition, b) contrôler la pression dans la chambre d'exposition, et c) recueillir les données de l'environnement d'exposition, tels que pression, température, humidité relative, O ₂ et de CO _2.
3. Établir une pression légèrement négative (point de consigne = -0.2 mbar) dans la pression de la chambre.
4. Allumez les générateurs d'aérosols.
5. Exécuter ELPI et le logiciel d'acquisition de données SMPS pour surveiller en continu la taille des particules et la concentration en masse par rapport à la chambre d'inhalation.
6. Lorsque la concentration d'aérosol est stable, c'est à dire le profil de concentration sur ELPI moniteur atteint plateau (normalement: cela prend 20 min après les générateurs d'aérosols sont en service), mis en place le temps d'échantillonnage (par exemple, 1 heure) et tourner sur l'échantillonnage des aérosols pompe pour recueillir un échantillon représentatif des nanoparticules avec des filtres.
7. Une fois la période d'échantillonnage est atteinte, retirer les filtres et rebranchez le SAmpling ports avec des bouchons en caoutchouc pour empêcher le matériel de test de s'échapper de la chambre d'exposition.
8. Peser les filtres, et de calculer la concentration massique moyenne dans la chambre d'exposition tel que décrit ci-dessus.
9. Si la concentration moyenne est hors de la concentration ciblée, ajuster manuellement le flux d'air dans les générateurs pour assurer la concentration cible est atteinte.
10. Calculer le dépôt de particules dans les poumons des animaux que D = C x V _m XTX F _r, où D = Dose, C = concentration de la masse moyenne d'un matériau d'essai, _Vm = volume minute, t = durée de l'exposition, et F _r = fraction du matériau qui est déposé ou absorbé.
11. Remplacez les filtres dans les supports de filtre avec des filtres propres, pré-pondérés et répétez les étapes 8.6 et 8.8.
12. Sur la base de la concentration de la masse réelle dans la chambre d'exposition et de dépôt de particules ciblée dans les poumons des animaux, estimer le restant exptemps de Osure que, t _restent = (D _ciblée-D) / (C x V _m x F _r), où t _restent = rester durée de l'exposition, D _ciblée = dose ciblée, C = concentration moyenne en masse de matériau d'essai, V _m = Volume minute, F _r = fraction du matériau qui est déposé ou absorbé.
13. Eteignez le générateur d'aérosol lorsque t _restent est atteint.
14. Avant d'enlever les animaux à partir de la chambre d'exposition, rincer la chambre d'exposition à l'inhalation de l'air filtré jusqu'à ce que la concentration en particules est indiqué sur l'écran est proche de la concentration de particules de pré-exposition dans la chambre.
15. Eteignez la pompe à vide d'échappement de la chambre.
16. Arrêtez le logiciel d'acquisition de données, Daco.
17. Après l'exposition, observer les animaux pour vérifier la respiration normale et le comportement, et le document qu'aucune autre étude complications exist. Si un écoulement nasal, une détresse respiratoire ou d'autres complications de protection des animaux sont observés, contactez vétérinaire traitant et / ou initier Institutional Animal Care appropriées et utiliser les procédures du Comité.
18. Arrêtez ELPI et logiciel d'acquisition de données SMPS.

9. Création de rapport d'essai

9.1 Conditions d'essai comprennent

1. Description du système de génération d'aérosols et de ses paramètres de fonctionnement utilisé dans ce test.
2. Description de l'appareil d'exposition, y compris conception, type, dimensions et ses paramètres de fonctionnement utilisés au cours de l'exposition.
3. Equipement pour mesurer la température, l'humidité, la taille des particules, et la concentration réelle.
4. Le traitement de l'air d'échappement et le mode de logement des animaux dans la chambre d'essai quand il est utilisé.

9.2 Données de l'atmosphère de l'exposition comprennent

1. Les débits d'air à travers le dispositif d'inhalation.
2. Température et humidité del'air.
3. Réelles concentration dans la zone d'échantillonnage d'aérosol, qui est à proximité des cages d'animaux (analytique ou gravimétrique).
4. distribution de taille des particules, et calculée compte diamètre aérodynamique médian et écart type géométrique.
5. Expliquer pourquoi la concentration de chambre désiré et / ou la taille des particules n'a pas pu être atteint (le cas échéant), et les efforts entrepris pour se conformer à ces aspects des lignes directrices.

9.3 Autres

1. Pression légèrement négative dans la pièce facilité d'inhalation contenant doit être maintenue pour éviter le matériel de test de s'échapper laboratoire de l'exposition par inhalation.
2. Nettoyer la chambre de l'exposition quotidienne à éliminer les influences des déchets d'origine animale.
3. ELPI, SMPS et d'autres instruments doivent être nettoyées et calibrées sur la base des manuels de l'utilisateur.

Representative Results

Une étude d'exposition par inhalation implique généralement maintenir un animal d'expérimentation dans un environnement de test connu et constant tout en exposant l'animal expérimental à une concentration définie d'un matériau de test ^8,9. Le système d'exposition par inhalation des nanoparticules corps entier est représenté dans la figure 1. La chambre du corps entier a été opéré sur une base d'écoulement dynamique où il y avait un flux continu de 90 LPM de l'air à travers la chambre. Ce flux d'air fourni 10,8 modifications / h air qui dépasse le nombre minimal de renouvellement d'air (10,0) requis par l'US Environmental Protection Agency pour l'exposition par inhalation aiguë ^7. Un système de filtre à air à 3 étages, comprenant un filtre de coalescence, une haute efficacité de coalescence et un filtre à charbon actif (Atlas Copco, Suède), a été utilisé sur entrée d'air pour éliminer l'eau, la poussière et les vapeurs d'huile et (hydrocarbures) des odeurs. Système de filtre à air à 3 étages comprenant un filtre de pré-papier, un filtre à charbon actif et un filtre HEPA filtre a été utilisé pour protéger le contrôleur de débit massique d'échappement. Par la demande de la West Virginia University, un système de filtre à air en 4 étapes conçu par TSE Systems a été utilisé à la sortie de la pompe à vide d'échappement. La chambre d'exposition a une capacité de 8 logements cages d'animaux qui ont été faites de fil d'acier inoxydable et fournis par TSE Systems. Le nombre maximum d'animaux de laboratoire immergées dans l'atmosphère dans la chambre d'exposition est de 16 rats, des souris ou 64. Le volume total des animaux d'expérience ne dépasse pas 5% du volume de la chambre pour assurer la stabilité d'une atmosphère d'essai, qui est requis par l'US Environmental Protection Agency pour l'exposition par inhalation aiguë ^7.

Un générateur d'aérosol de nanoparticules a été conçue et testée ^3,10. Il se compose d'un cylindre à lit fluidisé vibrant (5) avec un déflecteur (4), un disperseur de Venturi vibrant (6) et un séparateur à cyclone, comme représenté sur la figure 2. Un vibrateur (10) fixé à la CYLINDer (5) produit des vibrations mécaniques. Un filtre (2) est situé sur le distributeur d'air en acier inoxydable (1) dans le cylindre. poudre sèche à nanoparticules (3) soit sous forme d'aérosol sur les appuis du filtre. Le disperseur de Venturi (6) relié à l'orifice de sortie sur la partie supérieure du cylindre. Le disperseur de Venturi présente un étranglement dans une conduite. Un jet d'air à grande vitesse de soufflage à travers l'étranglement dans le Venturi disperseur peut créer une dépression dans le cylindre, ce qui attire l'air propre et sec dans le cylindre à partir des orifices d'alimentation d'air sur les extrémités à la fois proximale et distale au moyen d'un charbon actif et filtre HEPA filtre (9). Le Venturi disperseur sortie est reliée à l'entrée d'un séparateur à cyclone (7). La sortie du séparateur à cyclone est relié à l'entrée de la chambre d'exposition. Dans ce système de génération d'aérosols, vibrant flux de cisaillement et de multiples impactions sont utilisés pour disperser les agglomérats plus grands, plusieurs séparateurs de particules utilisés pour enlever les grands agglomérats, et de multiples dilutions utilisées pour minimiserré-agglomération des particules. La taille des particules et la concentration en masse peut être contrôlé en réglant manuellement les vibrations et les taux d'écoulement d'air à travers la couche de poudre sèche par l'intermédiaire de soupapes (8) et (11).

TiO ₂ aérosols générés à partir de _nano-TiO2 vrac sec en poudre (Aeroxide TiO ₂ P25, Evonik, Allemagne) ont été dilués et livré à la chambre de l'exposition par inhalation à 90 LPM. Les atmosphères d'essai ont été suivis avec l'ELPI et ajustées manuellement pour assurer une exposition constante et connue pour chaque groupe d'animaux de laboratoire. En outre, un groupe témoin composé du même nombre d'animaux de laboratoire devraient toujours être inclus dans l'étude. Les animaux de laboratoire de contrôle seront exposés à nettoyer l'air filtré au lieu de particules d'aérosols et les résultats de ce groupe imposture serait utilisé pour évaluer les effets biologiques de l'aérosol de nanoparticules de test sur les animaux de laboratoire.

1. Pression de chambre

la figure 3, a été maintenue par le contrôle de l'entrée de la chambre et des débits d'air de sortie pour empêcher la fuite de la substance d'essai dans le laboratoire environnante. Idéalement, la chambre contenant la chambre de l'exposition par inhalation devrait être à une pression légèrement négative.

2. Le débit d'air frais, température et humidité relative

Les débits d'air d'admission et d'échappement ont été contrôlés par des contrôleurs de débit massique. Comme le montre la figure 4, le débit d'air d'admission était de 89,9 ± 0,3 LPM, et l'échappement du débit d'air était de 111,9 ± 0,9 LPM. La température et l'humidité relative ont été suivis avec une température et capteur d'humidité relative et contrôlée à 22,6 ± 0,4 ° C et 6,9 ± 0,6% en contrôlant la température de l'air ambiant et un Humidifier, comme le montre la Figure 5. Selon les enquêtes de Pauluhn & Mohr sous une humidité relative comprise entre 3 et 80%, les rats tolérés soit atmosphère d'humidité sans effets spécifiques ^4.

3. Chambre O ₂ et CO ₂ Concentrations

Les O ₂ et concentrations de CO ₂ ont été suivis en continu avec un O ₂ et un co analyseurs de gaz _2. Comme le montre la figure 6, O ₂ est stable à 20,79 ± 0,03%, et la concentration en CO ₂ était de 580 ± 25 ppm.

4. Caractérisation des aérosols

Un aérosol utilisée pour les études d'inhalation est couramment caractérisé en temps réel par les deux paramètres qui décrivent la fonction de distribution de la taille et un paramètre de concentration. Un flux continu de l'atmosphère d'essai a été tiré à partir des zones juste au-dessus des cages d'animaux dans la chambre à travers un échantillonLa ligne de l'instrument d'analyse.

4.1 distribution granulométrique

La figure 7A est la distribution de la taille des particules mesurée avec une norme ELPI 10 LPM. Le comte diamètre aérodynamique médian des particules est de 157 nm. Figure 7b est la distribution de taille des particules mesurée avec STI 3936L75 SMPS. Le nombre médian diamètre de mobilité des particules est de 145 nm avec un écart-type géométrique de 2,3. Figure 7C montre le changement de taille de particules pendant les études d'exposition par inhalation. La taille des particules est relativement stable pendant toute la période d'exposition.

4.2 Aérosol Concentration

Le profil de concentration massique en temps réel des _deux nano-particules de TiO a été contrôlée dans les zones au-dessus des cages avec un ELPI. Figure 8A est la concentration des particules pendant 4 heures un / l'inhalation de jour. Au cours del'exposition par inhalation, on a mesuré les concentrations réelles en utilisant des méthodes gravimétriques, de trois à quatre mesures ont été prises, pour le calcul de la dose inhalée. Les particules ont été recueillies avec 47 mm filtres à membrane en PTFE. Une microbalance XP2U (Mettler Toledo, Suisse) a été utilisé pour peser les charges.

La variabilité intra-jour et inter-jour de nano-TiO ₂ concentration dans la chambre de l'exposition par inhalation a été déterminée sur la base des concentrations gravimétriques de 29 h 4 expositions par inhalation individuels / jour (concentration cible = 6,0 mg / m ^3). Chaque concentration moyenne intra-day et son écart-type relatif (RSD) ont été calculées sur la base de 3 ou 4 mesures gravimétriques au cours de cette exposition par inhalation de 4 heures, comme indiqué sur la figure 8B. La concentration intra-day a une moyenne de 5.3 à 6.6 mg / m ³ avec RSD entre 0,02 et 0,17. La concentration inter-journée moyenne et sa RSD ont été calculées sur la base de 29 intr moyen individuelconcentrations gravimétriques par jour. La concentration moyenne inter-journée est de 6,0 mg / m ³ avec un écart de 0,06. Il a indiqué que notre système peut fournir des _nano-TiO2 atmosphères d'essai stables et reproductibles pour l'exposition par inhalation aiguë.

4.3 Aerosol morphologie et la composition élémentaire

Structures et compositions chimiques des particules sont essentiels dans les études toxicologiques. TiO ₂ échantillons ont été prélevés sur 47 mm Nuclepore filtres en polycarbonate (Whatman, Clinton, PA). Les filtres ont été coupés en quatre sections égales, deux sections ont été montées sur talons en aluminium avec de la pâte d'argent (liquide colloïdal d'argent, Sciences de la microscopie électronique, Hatfield, PA). Le déposés particules de TiO ₂ ont été visualisés à l'aide d'un Hitachi 4800 à émission de champ microscope électronique à balayage (FESEM, Hitachi, Japon), et également analysés à l'aide dispersion d'énergie d'analyse aux rayons X (SEM-EDX, Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, NJ) à 20 keV. 2 échantillons d'aérosols, et la figure 10 est un spectre pour les ₂ échantillons d'aérosols TiO. Plus d'une centaine de particules ont été examinés avec la SEM-EDX pour s'assurer que les particules sur le filtre ont été vraiment composé de titane et d'oxygène, une indication de particules de TiO _2. Dans la figure 10, l'atome de carbone est compris entre le filtre et l'or / palladium est de l'enrobage. Sur la base des résultats SEM-EDX, toutes les particules examinées consistaient en titane et d'oxygène, ce qui prouve qu'ils étaient vraiment particules de TiO _2.

5. Uniformité de la distribution

Le maintien des paramètres d'environnement appropriées à l'intérieur de la chambre est insuffisante si la concentration du composé d'essai varie d'un endroit à ^3. Les concentrations de nanoparticules ont été mesurées à quatre endroits différents dans les zones juste au-dessus des cages dans la chambre d'exposition.

Masse de particules à un endroit, M _i, est mesurée par gravimétrie à l'échantillonnage du filtre et un micro-équilibre. La masse moyenne des particules de l'échantillon est

L'écart par rapport de la concentration de masse à l'emplacement i de la concentration moyenne est

L'écart relatif maximal de la concentration en différents emplacements de mesure de la concentration moyenne est <6%. C'est dans les limites de tolérance pour le calcul de groupe.

6. Dépôt de particules calculée dans les poumons des animaux Si l'animal est l'inhalation d'une concentration connue de l'atmosphère d'essai au cours de la période d'exposition et de l'absorption ou de la fraction déposée est connu, la quantité de matériau d'essai déposée peut être calculée:

où D = Dose, C = concentration de la substance d'essai, _Vm = volume minute, t = durée de l'exposition, et F _r = fraction du matériau qui est déposé ou absorbé.

Les valeurs moyennes pour le volume minute, V _m peuvent être estimées à partir de la masse du corps en utilisant empirique allométrique échelle formules ^1,2. Par exemple, en supposant un rat a une ventilation minute V _m = 200 ml / min, la concentration d'exposition C = 6,2 mg / m ^3, la durée d'exposition t =4 h, une fraction du dépôt de matériau F _r = 0,1, puis le dépôt du poumon calculé D = 30 pg.

Figure 1. Fonds pour l'inhalation d'exposition 1 = de la chambre d'exposition;. 2 = impacteur électrique à basse pression, 3 = générateur d'aérosol; 4 = Numérisation granulomètre de mobilité.

Figure 2. Schéma de-TiO2 nano générateur d'aérosol 1 = distributeur air;. 2 = filtre; 3 = poudre de TiO ₂ sec; 4 = chicane; 5 = cylindre; 6 = Venturi dispersion; 7 = séparateur à cyclone; 8 = Vanne (air de dilution) , 9 = charbon et filtre HEPA 10 = vibrateur; 11 = valve (air à travers poudre sèche).

Figure 3. pression de la chambre. Une pression légèrement négative dans la chambre a été maintenue à -0,2 mbar (pression ciblée). Une fois que la pression est hors de la pression ciblée (pointes), le système de contrôle ajuste la pression à la pression ciblée.

Figure 4. La chambre d'entrée et les débits de sortie d'air. Débit moyen d'air d'admission = 89,9 LPM, et l'échappement du débit d'air = 111,9 LPM pour maintenir une pression légèrement négative dans la chambre.

Figure 5. Chambre de température et d'humidité relative. L'température moyenne rature = 22,6 ± 0,4 ° C, alors que le RH est de 6,9 ​​± 0,6%.

Figure 6. Chambre d'O ₂ et de CO _2. L'O ₂ est 20,79%, et le CO ₂ est de 580 ppm.

Figure 7. . _TiO2 distribution de la taille des aérosols A) ELPI, compter diamètre aérodynamique médian D _p = 157 nm, B) SMPS, comptent diamètre de mobilité médian D _g = 145 nm avec un écart-type géométrique σ _g de 2,3 c) la dimension en fonction du temps de la particule. à partir de ELPI. Cliquez ici pour agrandir la figure .

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La figure 8A. 4 ₂ concentration massique des aérosols h TiO.

La figure 8B. ₂ concentrations massiques d'aérosols de TiO hres 29-individuelle de 4 inhalation.

Figure 9. SEM micrographies de TiO ₂ aérosol. A) de distribution de particules typique du filtre 47 mm. B) Red Arrow, 1,78 um. C) flèche jaune, 159 nm. Cliquez ici pour agrandir la figure .

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Figure 10. Un spectre de _TiO2 échantillon d'aérosol. Le carbone est à partir du filtre et l'or / palladium est de l'enrobage. Sur la base des résultats SEM-EDX, toutes les particules examinées consistaient en titane et d'oxygène, ce qui prouve qu'ils étaient vraiment particules de TiO _2.

Discussion

Nous avons rassemblé et décrit ici dans un système d'exposition du corps entier nanoparticules aérosol inhalation. La fonctionnalité du système a été validé avec des techniques de caractérisation des aérosols nanoparticules state-of-the-art. Avec un système de génération d'aérosol de nanoparticules selon l'invention, ce système d'exposition par inhalation peut fournir une atmosphère d'essai bien caractérisé, contrôlée et uniforme de nanoparticules d'aérosol avec une température relativement constante, l'humidité, le débit d'air, et la teneur en oxygène pour les animaux de laboratoire. Le système d'exposition est la plus efficace pour un grand nombre d'animaux, ou des études à long terme. Dans cette grande chambre tout le corps, les animaux de laboratoire sont effrénée, confortable et sans stress thermique est minimisé. La principale limitation de l'exposition est que les animaux de laboratoire sont immergés dans l'atmosphère dans la chambre d'exposition. D'autres voies d'exposition, telles que l'exposition orale et cutanée peuvent survenir. En outre, dans le système du corps entier, une grande quantité de matériau en vrac est nécessaire becausoi de plus grand débit d'écoulement d'entrée. Par exemple, dans ce système avec un m ³ chambre d'exposition de 0,5, la vitesse d'écoulement de l'air d'entrée est de 90 LPM, tandis que pour un nez seul système d'exposition par inhalation à 12 ports, le débit d'air d'entrée est de 12 LPM. Par conséquent, le coût et la disponibilité des matériaux en vrac doivent être considérés lors de la planification des études d'exposition par inhalation.

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