Summary
מתקן משאיפת תרסיס nanoparticle כל גוף חשיפה נבנה עבור תחמוצת טיטניום בגודל ננו (טיו
Abstract
שאיפה היא הדרך הסבירה ביותר לחשיפה לאנשים שעובדים עם aerosolizable ההנדסה חומרים ננו (ENM). כדי לבצע כראוי מחקרי רעלים משאיפת nanoparticle, את תרסיסים בחדר דיור בניסויים בעכברים חייבים להיות: 1) שמרה על ריכוז יציב ברמה רצויה לתקופת החשיפה כולה, 2) הרכב הומוגני ללא מזהמים; ו3) יציבים התפלגות גודל בקוטר ממוצע גיאומטרי <200 ננומטר וסטיית תקן σ גיאומטרי גרם <2.5 5. הדור של אירוסולים המכילים חלקיקים הוא די מאתגר, כי חלקיקי קלות מצבר. זה נובע במידה רבה לכוחות בין חלקיקים חזקים מאוד וההיווצרות של מבנים פרקטלית גדולים בעשרות או מאות מיקרונים בגודל 6, שהן קשה להיות שבור. כמה גנרטורים תרסיסים נפוצים, כולל nebulizers, מיטות מרחפות, התקן ליניקה ונטורי ולהאכיל אבק רייט, אנחנונבדק מחדש, עם זאת, אף לא אחד הצליחו לייצר אירוסולים nanoparticle אשר לספק את כל הקריטריונים 5.
מערכת משאיפת תרסיס nanoparticle כל גוף חשיפה הייתה מפוברקת, תוקף ומנוצלת ל2 מחקרי רעלים משאיפת ננו טיו. מרכיבים קריטיים: 1) ננו טיו גנרטור רומן אירוסול 2: 2) 0.5 מ '3 כל גוף תא חשיפת משאיפת: 3) מערכת בקרה וניטור. אירוסולים ננו טיו 2 שנוצרו בין 2 אבקות ננו טיו יבשות בתפזורת (בקוטר של 21 ננומטר עיקרי, צפיפות בצובר של 3.8 גר '/ ס"מ 3) נמסרו לתא החשיפה בשיעור של 90 LPM זרימה (10.8 אוויר שינויים / hr) . פרופילי ריכוז חלקיקים בגודל הפצה ומסה נמדדו ברציפות עם ניידות חלקיק סייזר סריקה (SMPS), וimpactor לחץ נמוך חשמלי (ELPI). ריכוז מסת אירוסול (C) אומת gravimetrically (מ"ג / מ '3). המסה (M) של החלקיקים שנאספו נקבע כM = (M M-הודעה מראש), שבו לפני ואחרי M M הם המוני המסנן לפני ואחרי הדגימה (מ"ג). ריכוז המסה חושב כC = M / (Q * t), שבו ש הוא דגימת קצב הסעה (מ '3 / דקות), ולא הוא זמן הדגימה (דקות). הלחץ קאמרי, הטמפרטורה, הלחות יחסית (RH), O 2 וריכוזי CO 2 היו במעקב ובשליטה ברציפות. אירוסולים ננו טיו 2 נאספו במסנני Nuclepore נותחו עם מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) וניתוח רנטגן נפיצה אנרגיה (edx).
לסיכום, אנו מדווחים כי אירוסולים ננו חלקיקים שנוצרו ומועברים לתא החשיפה שלנו יש: 1) ריכוז מסה יציב, 2) הרכב הומוגני ללא מזהמים; 3) הפצות חלקיקים בגודל יציבים עם aerody ספירת חציוןקוטר של 157 ננומטר NAMIC במהלך דור אירוסול. מערכת זו אמינה ושוב ושוב יוצרת אטמוספרות מבחן המדמות חשיפות תרסיסי ENM מקומיים או סביבתיות, תעסוקתיות.
Protocol
נהלי כל גוף nanoparticle משאיפת חשיפת צעד אחר צעד ההפעלה מתוארים באופן הבא.
הערה: 1) על שלבי 1 ו 3 יש לבצע במנדף, 2) מפעילים חייבים ללבוש ציוד מגן אישי מתאים (הנשמה, משקפי מגן וכפפות גומי).
1. 2 אבקות Nanoparticle יבשות טיו מיזוג
- הנח אבקות ננו טיו 2 במכל לא שקוף.
- להשאיר את מכסה המכל פתוח.
- הנח את המכל בייבוש יבש במשך לפחות 24 שעות למיזוג.
2. מתחמם קליטת נתונים ומערכת בקרה, SMPS וELPI וכל מתמרים
- הפעל את מערכת נתוני רכישה ומתגי הפעלה SMPS ניטור אירוסול (TSI Inc, Shoreview, מינסוטה) וELPI (Dekati, טמפרה, פינלנד) ניטור והאוויר, ולחמם את המערכות לשעה לפחות 1.
- הפעל את כוחמתגים בכל מתמרים לחמם אותם במשך שעה לפחות 1.
3. טעינת טיו 2 אבקות יבשות Nanoparticle לגנרטורים תרסיס
- פתח את כובעי הצילינדר בגנרטורים בתרסיס, ולהחליף את המסננים בגנרטורים בתרסיס. הערה: יש גנרטור אירוסול צילינדר אחד אחד. מספר מחוללי אירוסול כדי לשמש תלוי בריכוז המסה הרצוי של החלקיקים בתא חשיפה.
- שוקל ~ 4 אבקות גרם ננו טיו 2 ולטעון אותם בכל צילינדר.
- החזר את מכסי הצילינדרים.
- כל התחומים חושדים זיהום טיו 2 צריכים להימחק רטוב.
4. חיבור גנרטורים תרסיס ללשכת איפת חשיפה
- לחבר את כל השקעים של גנרטורים בתרסיס דרך סעפת למפריד ציקלון שנמצא בכניסה של חדר חשיפת משאיפת (TSE מערכות GmbH, באד הומבורג, גרמניה).
- חבר צינור אוויר דחוס כדיאת מפזרי נטורי בגנרטורים בתרסיס.
5. חיבור ניטור אוויר וכניסות דגימת תרסיס ללשכת איפת החשיפה
- חבר טמפרטורה ולחות היחסית (RH), לחץ, חיישני O 2 & CO 2 המסופקים על ידי מערכות TSE לבדוק יציאות ניטור אווירה בתא חשיפת השאיפה.
- חבר את הכניסה של dilutor אירוסול לאחת מיציאות דגימת התרסיסים על תא חשיפת השאיפה, ולאחר מכן חבר לשקע הכניסה לשל ELPI.
- חבר SMPS לאחת מיציאות דגימת התרסיסים בתא חשיפת השאיפה.
- חבר המפרצון של מוניטור ריכוז חלקיקים (TSE מערכות) לאחת מיציאות דגימת התרסיסים על תא החשיפה.
- שוקל PTFE קרום מסנן (P / N 66,149, מל התאגיד, אן ארבור, מישיגן) ולטעון את המסנן לבעל מסנן נירוסטה (מוצרים ב- tox, מוריארטי NM).
- חבר את הכניסה שלבעל מסנן נירוסטה עם מראש שקל מסנן לאחת מיציאות דגימת התרסיסים בתא חשיפת השאיפה, ולחבר את השקע שלו למשאבת דגימה.
6. הפעל נתונים רכישת מערכות
- תוכנת הפעלת ELPI נתונים רכישה, ELPIVI, לבדוק פרמטרים הגדרה, ולהפעיל את המשאבה לסומק ~ 5 דקות ולאחר מכן לאפס ELPI. ריכוז חשיפה טרום שיא.
- להפעיל את תוכנת רכישת נתונים SMPS. ריכוז חשיפה טרום שיא.
- תוכנת הפעלה, Daco (TSE מערכות), למעקב ולבקרת שיעור זרימת אוויר, טמפרטורה ולחץ תא לחות יחסית, טמפרטורה ולחות יחסית, O 2 ו-CO 2.
7. טעינת חיות ניסוי ללשכת איפת החשיפה
- לשקול את חיות ניסוי.
- סמן את החיות וכלובים ניסיוניות, כך שניתן לשים את בעלי החיים בחזרה באותם כלובים לאחר החשיפה אם ביתטוליפ אין.
- פתח את הדלת של חדר חשיפת השאיפה, ולטעון חיות ניסוי לכלובים קווית.
- מים עשויים להיות מסופקים לבעלי חיים.
- לסגור ולאבטח את הדלת של תא חשיפת השאיפה.
- לעתים קרובות להתבונן בעלי חיים באמצעות החשיפה הקאמרית תצפית החלונות לסימני מצוקה. בעלי חיים צריכים להיות רגועים ומתנהגים כרגיל. עצור את החשיפה אם מהיר / נשימה מאומצת, מראה חריג, ליקויים יציבה או חוסר תנועה הם נצפו. הסר את החיות, להחזיר אותם לכלוביהם המקוריים, פנה לוטרינר המטפל ו / או ליזום טיפול בבעלי חיים מוסדיים מתאימים והשתמש בנהלי הוועדה.
הערה: מפעילים חייבים ללבוש ציוד מגן אישי בעת ביצוע צעדים 8.7, 8.8 ו 8.17.
8. חשיפה לבעלי חיים קטנים תרסיסי Nanoparticle
- הפעל את משאבת ואקום הפליטה של תא חשיפת השאיפה.
- הפעל את תוכנת רכישת נתונים, Daco, כדי: א) לספק אוויר יבש מסונן לתא החשיפה, ב) שליטה על הלחץ בתא החשיפה, וג) לאסוף את הנתונים של סביבת החשיפה, כגון לחץ, טמפרטורה, לחות יחסית, O 2 ו-CO 2.
- להקים לחץ שלילי במקצת (נקודה להגדיר = -0.2 mbar) בלחץ קאמרי.
- הפעל את הגנרטורים בתרסיס.
- הפעל ELPI ותוכנת רכישת נתונים SMPS לפקח גודל חלקיקים וריכוז מסה יחסי בתא חשיפת משאיפת ברציפות.
- כאשר ריכוז האירוסולים הוא יציב, כלומר את פרופיל הריכוז בELPI לפקח הגיע רמה (בדרך כלל: זה לוקח 20 דקות לאחר שמחוללי אירוסול הם במבצע), להגדיר את זמן הדגימה (לדוגמה, שעה 1) והפעל את דגימת אירוסול לשאוב כדי לאסוף מדגם מייצג של חלקיקים עם מסננים.
- ברגע שהוא הגיע בזמן הדגימה, הסר את המסננים וחבר sampling יציאות עם פקקי גומי למניעת חומרי בדיקת בריחה מתא החשיפה.
- לשקול את המסננים, ולחשב את ריכוז המסה הממוצע בתא החשיפה כפי שתואר לעיל.
- אם הריכוז הממוצע הוא מעל הריכוז ממוקד, באופן ידני לכוון את זרימת האוויר בגנרטורים כדי להבטיח הריכוז ממוקד להשגת.
- חישוב חלקיק תצהיר של ריאות מן החי כמו D = C = משך חשיפה מהותי * V מ 'XTX F R, כאשר D = מנה, C = ריכוז ממוצע מסה של חומר בדיקה, V = נפח מ' רגע, לא, ו-F R = שבריר שיופקד או נספג.
- להחליף את המסננים בבעלי המסנן עם מסננים נקיים, מראש משוקללים, וחזור על שלבי 8.6 ו -8.8.
- בהתבסס על ריכוז המסה האמיתי בתא החשיפה וממוקד בתצהיר חלקיק בתוך הריאות מן החי, מעריך Exp שנותרזמן osure כ, לא יישארו = (ד ממוקד-D) / (C * V מ 'x F R), שבו לא יישאר = יישאר משך חשיפה, D = ממוקד מינון ממוקד, C = אומר ריכוז מסה של חומר בדיקה, V מ' = נפח דקות, F R = חלק קטן מחומר שהופקד או נספג.
- כבה את הגנרטור אירוסול כאשר לא נשארים הוא הגיע.
- לפני הסרת החיות מתא החשיפה, שטוף את תא חשיפת משאיפת עם האוויר המסונן עד לריכוז החלקיקים שצוין במסך הוא קרוב לריכוז חלקיקי חשיפה טרום בתא.
- כבה את משאבת ואקום הפליטה הקאמרית.
- תפסיק תוכנת רכישת נתונים, Daco.
- לאחר חשיפה, להתבונן בעלי חיים כדי לוודא נשימה והתנהגות נורמלית, ומסמך שלא לשעבר סיבוכי מחקר אחריםist. אם נזלת, מצוקה נשימתית או סיבוכים כלשהם רווחת בעלי חיים אחרים הם נצפו, פנו לוטרינר המטפל ו / או ליזום טיפול בבעלי חיים מוסדיים מתאימים והשתמש בנהלי הוועדה.
- תפסיק ELPI ותוכנת רכישת נתונים SMPS.
9. יצירת דוח בדיקה
9.1 תנאי בדיקה כוללים
- תיאור של מערכת ייצור התרסיסים והפרמטרים התפעוליים שלה בשימוש בבדיקה זו.
- תיאור של מנגנון החשיפה כולל עיצוב, סוג, ממדים והפרמטרים התפעוליים שלה נעשו שימוש במהלך החשיפה.
- מכשור למדידת טמפרטורה, לחות, גודל חלקיקים, וריכוז בפועל.
- טיפול באוויר פליטה והשיטה של דיור בעלי החיים בחדר הבדיקה בעת שימוש.
9.2 נתונים אווירת חשיפה כוללים
- שיעורי זרימת אוויר דרך ציוד השאיפה.
- טמפרטורה ולחות שלהאוויר.
- ריכוז (אנליטי או gravimetric) בפועל באזור דגימת אירוסול שנמצא ליד כלובי החיות.
- התפלגות גודל חלקיקים, ומחושב קוטר אווירודינמי חציון ספירה וסטיית תקן גיאומטרי.
- הסבר מדוע ריכוז התא הרצוי ו / או גודל חלקיקים אינו יכול להיות מושגת (אם רלוונטי), ואת המאמצים נלקחו כדי לעמוד בהיבטים של ההנחיות אלה.
9.3 אחרים
- לחץ שלילי במקצת במתקן המכיל משאיפת החדר צריך להישמר כדי למנוע מחומרי בדיקת המעבדה בריחת חשיפת שאיפה.
- נקה את תא החשיפה יומי לחסל את ההשפעות של פסולת בעלי החיים.
- ELPI, SMPS ומכשירים אחרים יש לנקות וכיול המבוססים על המדריכים למשתמש.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מחקר איפת חשיפה כרוכה בדרך כלל שמירה על בעלי חיים בניסוייים סביבת בדיקה ידועה וקבועה תוך חשיפת בעלי החיים הניסיוניים לריכוז מוגדר של חומר בדיקת 8,9. מערכת חשיפת משאיפת nanoparticle כל הגוף מוצגת באיור 1. החדר כל הגוף הופעל על בסיס תזרים דינמי שבו הייתה זרימה רציפה 90 LPM של אוויר דרך החדר. זרימת אוויר זה סיפק 10.8 אוויר שינויים / שעה שעולה על המספר המינימאלי של החלפות אוויר (10.0) הנדרש על ידי סוכנות להגנת הסביבה בארה"ב לחשיפות משאיפת חריפה 7. מערכת 3 שלבי מסנן אוויר, כולל מסנן התגבשו, יעילות גבוהה התגבשה מסנן ומסנן פחם פעיל (אטלס Copco, שוודיה), הייתה בשימוש באוויר בכניסה להסרת מים, אבק ואדי נפט ופחמימנים () ריחות. מערכת סינון אוויר 3 שלבים כולל מסנן מראש נייר, מסנן פחם וFi HEPALTER שימש כדי להגן על הבקר זרימה המונית פליטה. לבקשתה של אוניברסיטת וירג'יניה המערבית, מערכת סינון 4 שלבי אוויר שתוכננה על ידי TSE מערכות הייתה בשימוש ביציאה של משאבת ואקום הפליטה. תא חשיפת בעל קיבולת של 8 כלובי חיות דיור שנעשו מחוט נירוסטה ומסופקים על ידי מערכות TSE. המספר המרבי של חיות ניסוי שקועה באווירה בתא החשיפה הוא 16 חולדות, עכברים או 64. הנפח הכולל של חיות הניסוי אינו עולה על 5% מהנפח של החדר כדי להבטיח את היציבות של אווירת בדיקה, אשר נדרש על ידי סוכנות להגנת הסביבה בארה"ב לחשיפות משאיפת חריפה 7.
גנרטור אירוסול nanoparticle תוכנן ונבדק 3,10. הוא מורכב מגליל מיטה מרחף רוטטת (5) עם מפריד ציקלון לבלבל (4), רוטט disperser ונטורי (6), וכפי שמוצג באיור 2. ויברטור (10) שצורף לcylindאה (5) מייצר תנודות מכאניות. מסנן (2) יושב על מפיץ אוויר הנירוסטה (1) בגליל. אבקה יבשה nanoparticle (3) להיות הפסקות aerosolized על המסנן. נטורי disperser (6) מחובר ליציאת היציאה בחלק העליון של הגליל. יש נטורי disperser התכווצות בצינור. סילון אוויר במהירות גבוהה נושבת על פני ההתכווצות בdisperser נטורי יכול ליצור ואקום בצילינדר, שימשוך את האוויר הנקי ויבש לתוך הצילינדר מהנמלים להאכיל האוויר על שני קצוות הפרוקסימלית ומ דיסטלי דרך פחם פעיל וHEPA המסנן (9). נטורי disperser לשקע מחובר לכניסה של מפריד ציקלון (7). היציאה של מפריד ציקלון מחוברת לכניסה של חדר החשיפה. במערכת ייצור התרסיס הזה, רוטט תזרים גזירה וimpactions מרובים מנוצלים לפיזור agglomerates גדול יותר, מפרידי חלקיקים מרובים משמשים כדי להסיר את agglomerates הגדולים, ומספר רבים של דילולים משמשים כדי למזער מחדש הצטברות של החלקיקים. גודל החלקיקים וריכוז המסה יכולים להיות נשלטו על ידי התאמה באופן ידני את התנודות ושיעורי זרימת אוויר דרך שכבת אבקה יבשה דרך שסתומים (8) ו( 11).
אירוסולים טיו 2 שנוצרו מננו טיו 2 בתפזורת יבשה אבקה (Aeroxide טיו 2 P25, Evonik, גרמניה) היו מדוללת ומועבר לתא חשיפת משאיפת ב90 lpm. אטמוספרות הבדיקה נוטרו עם ELPI ומותאמת באופן ידני כדי להבטיח חשיפה עקבית וידועה לכל קבוצת בעלי חיים ניסיונית. בנוסף, קבוצת דמה בהיקף של המספר הזהה של חיות ניסוי תמיד צריכה להיות כלולה במחקר. בניסויים בעכברי הבקרה יהיו חשופים לניקוי אוויר מסונן במקום חלקיקים והתוצאות של קבוצת דמה זו יהיה בשימוש על מנת להעריך את ההשפעות הביולוגיות של אירוסול nanoparticle הבדיקה על חיות המעבדה.
1. לחץ קאמרי
ss = "jove_content"> הלחץ קאמרי היה פיקוח עם מתמר לחץ. לחץ שלילי במקצת (-0.2 ± 0.01 mbar) בתוך החדר, כפי שמוצג באיור 3, נשמר באמצעות שליטה על הכניסה הקאמרית וספיקות אוויר לשקע כדי למנוע דליפה של חומר הבדיקה למעבדה שמסביב. באופן אידיאלי לחדר המכיל את תא חשיפת משאיפת צריך להיות בלחץ שלילי במקצת.
2. ספיקות האוויר, הטמפרטורה והלחות יחסית
שיעורי זרימת האוויר בכניסה והפליטה נשלטו על ידי בקרי זרימה המוניים. כפי שניתן לראות באיור 4, קצב זרימת האוויר בכניסה היה 89.9 ± 0.3 lpm, וקצב זרימת אוויר פליטה היה 111.9 ± 0.9 lpm. הטמפרטורה והלחות היחסית היו במעקב עם טמפרטורה ולחות יחסית ונשלטו מתמר ב 22.6 ± 0.4 מעלות צלזיוס, 6.9 ± 0.6% באמצעות שליטה על טמפרטורת האוויר בחדר ועם humidifier, כפי שמוצג באיור 5. על פי החקירות של Pauluhn & מור תחת הלחות היחסית בין 3 ל 80%, חולדות נסבלות או אווירת לחות ללא תופעות ספציפיות 4.
3. לשכת O 2 ו-CO 2 ריכוזים
ריכוזי O 2 ו-CO 2 היו במעקב רציף עם O 2 ומנתחי גז CO 2. כפי שניתן לראות באיור 6, O 2 היה יציב ברמה של 20.79 ± 0.03%, ו-CO 2 ריכוז היה 580 ± 25 עמודים לדקה.
4. אפיון תרסיס
תרסיס המשמש למחקרי משאיפת מאופיין בדרך כלל בזמן אמת על ידי שני פרמטרים המתארים את פונקציית התפלגות הגודל וריכוז פרמטר. זרימה רציפה של האטמוספרה המבחן הייתה משוכה מהאזורים פשוט מעל לכלובי החיות בתא באמצעות מדגםקו למכשיר הניתוח.
4.1 התפלגות גודל חלקיקים
איור 7 א הוא התפלגות גודל החלקיקים נמדדה עם ELPI LPM 10 סטנדרטי. קוטר אווירודינמי חציון הספירה של החלקיקים הוא 157 ננומטר. איור 7 היא התפלגות גודל החלקיקים נמדדה עם SMPS 3936L75 TSI. קוטר ניידות חציון הספירה של החלקיקים הוא 145 ננומטר עם סטיית תקן של 2.3 גיאומטרית. איור מראה 7C שינוי גודל החלקיקים במהלך לימודי איפת החשיפה. גודל החלקיקים הוא יציב יחסית במהלך כל תקופת החשיפה.
ריכוז האירוסולים 4.2
פרופיל ריכוז המסה בזמן אמת של חלקיקי ננו טיו 2 היה פיקוח באזורים שמעל הכלובים עם ELPI. איור 8A הוא ריכוז החלקיקים בשעתי 4 / חשיפת משאיפת יום. במהלךחשיפת השאיפה, הריכוזים בפועל נמדדו תוך שימוש בשיטות gravimetric, שלוש עד ארבע מדידות נלקחו, לחישוב מינון בשאיפה. החלקיקים נאספו עם 47 מסנני קרום PTFE מ"מ. Microbalance XP2U (Mettler טולדו, שוויץ) שימש כדי לשקול את חומרי המילוי.
ההשתנות תוך היום ובין היום של ריכוז ננו טיו 2 בתא חשיפת משאיפת נקבעו בהתבסס על ריכוזי gravimetric של 29 4 כיווני משאיפת בודדים HR / יום (ריכוז ממוקד = 6.0 מ"ג / מ '3). כל ריכוז ממוצע תוך יום וסטיית התקן היחסי שלו (RSD) חושבו על בסיס 3 או 4 gravimetric מדידות במהלך שאיפת חשיפת 4 שעות, כפי שמוצגת בתרשים 8. יש הריכוז תוך יומי ממוצע של 5.3-6.6 מ"ג / מ '3 עם RSD בין 0.02 ו 0.17. הריכוז בין היום הממוצע וRSD חושבו על בסיס ממוצע 29 סופית פרטריכוזי gravimetric ימים. הריכוז הממוצע בין היום הוא 6.0 מ"ג / מ '3 עם RSD של 0.06. זה מצביע על כך שהמערכת שלנו יכולה לספק 2 אטמוספרות יציבות ולשעתק בדיקת ננו טיו לחשיפות משאיפת חריפה.
מורפולוגיה תרסיס 4.3 והרכב היסודות
מבנים והרכבים כימיים של חלקיקים הם קריטיים במחקרי רעלים. דגימות טיו 2 נאספו על גבי מסנני פוליקרבונט Nuclepore 47 מ"מ (Whatman, קלינטון, הרשות הפלסטינית). את המסננים נחתכו לארבעה חלקים שווים; שני חלקים היו רכובים על גבי ספחי אלומיניום עם רסק כסף (נוזל קולואיד כסף, מדעי מיקרוסקופ אלקטרונים, הטפילד, הרשות הפלסטינית). הופקד חלקיקי טיו 2 היו לצפות בסרטים באמצעות פליטת שדה 4800 Hitachi סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (FESEM, היטאצ'י, יפן), וגם נותחו באמצעות האנרגיה dispersive ניתוח רנטגן (SEM-EDX; פרינסטון Gamma-טק, רוקי היל, ניו ג'רזי) בשעה 20 קאב.
5. אחידות של התפלגות
שמירה על הפרמטרים הסביבתיים המתאימים בתוך החדר אינה מספיק אם הריכוז של מתחם בדיקה משתנה ממקום למקום 3. ריכוזי nanoparticle נמדדו בארבעה מקומות שונים באזורים שמעל הכלובים בתא החשיפה.
מסה של החלקיקים במיקום, אני, נמדדה gravimetrically עם מסנן דגימה ומייקרו איזון. המסה הממוצעת של החלקיקים שנדגמו היא
הסטייה היחסית של ריכוז המסה במיקומי מהריכוז הממוצע היא
הסטייה היחסית המרבית של הריכוזים במקומות מדידה שונים מהריכוז הממוצע היא <6%. זה נמצא בגבולות סובלנות לחישוב קבוצה.
6. הפקדת חלקיקים מחושב בבעלי החיים ריאות אם בעל החיים שאיפה ריכוז ידוע של אווירת מבחן בתקופת החשיפה והספיגה או הופקד שבריר ידוע, ניתן לחשב את כמות חומר בדיקה שהופקד:
כאשר D = מנה, C = ריכוז של חומר בדיקה, V = נפח מ 'רגע, t = משך חשיפה, ו-F R = חלק קטן מחומר שהופקד או נספג.
ערכים ממוצעים להיקף דקות, ניתן להעריך V מ 'ממסת גוף באמצעות נוסחאות 1,2 קנה המידה allometric האמפירי. לדוגמה, בהנחה שיש עכברוש אוורור דקות V = מ ', ריכוז חשיפת C משך חשיפת מ"ל / דקה = 6.2 מ"ג / מ 3, 200 t = 4 שעות, שבריר של החומר בתצהיר F R = 0.1, ולאחר מכן בתצהיר הריאות מחושב D = 30 מיקרוגרם.
איור 1. מתקן משאיפת חשיפה 1 = תא חשיפה;. 2 = impactor חשמלי לחץ נמוך; 3 = גנרטור תרסיס; 4 = סייזר חלקיק ניידות סריקה.
איור 2. תרשים סכמטי של מחולל תרסיס ננו TiO2 1 = מפיץ אוויר;. 2 = מסנן; 3 = 2 טיו אבקה יבשה; 4 = לבלבל; 5 = גליל; 6 = נטורי disperser; 7 = מפריד ציקלון; 8 = שסתום (דילול אוויר) , 9 = פחם ומסנן HEPA; 10 = יברטור; 11 = שסתום (אוויר דרך האבקה יבשה).
ogether.within עמודים = "תמיד"> 
איור 3. לחץ קאמרי. לחץ שלילי במקצת בתא נשמר ב-0.2 mbar (לחץ ממוקד). ברגע שהלחץ הוא מעל הלחץ הממוקד (קוצים), מערכת הבקרה מותאמת הלחץ חזרה ללחץ הממוקד.
איור 4. קאמרית כניסה וספיקות אוויר לשקע. ממוצע קצב זרימת אוויר בכניסת קצב זרימת אוויר 89.9 lpm, ופליטה = 111.9 = LPM כדי לשמור על לחץ שלילי במקצת בתא.
איור 5. לשכת טמפרטורה ולחות יחסית. טמפ הממוצע ספרות אודות = 22.6 ± 0.4 מעלות צלזיוס, ואילו RH הוא 6.9 ± 0.6%.
איור 6. לשכת O 2 ו-CO 2. O 2 היא 20.79%, ו-CO 2 הוא 580 עמודים לדקה.
איור 7. . טיו הפצה 2 אירוסול גודל) ELPI, לספור קוטר אווירודינמי חציון D p = 157 ננומטר, ב ') SMPS, לספור קוטר ניידות חציון D G גודל חלקיקים = 145 ננומטר עם סטיית תקן σ גיאומטרית גרם של 2.3 C) כפונקציה של זמן. מELPI. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.
8A מחדש "src =" / files/ftp_upload/50263/50263fig8A.jpg "/>
איור 8 א. 4 שעות ריכוז טיו 2 אירוסול המוני.
8B דמות. 2 ריכוזים המוניים תרסיסי טיו של חשיפת משאיפת שעות 4-29 בודדות.
איור 9. micrographs SEM של אירוסול טיו 2. הפצת חלקיקים אופיינית) על 47 מ"מ מסנן. ב ') חץ אדום, 1.78 מיקרומטר. C) חץ צהוב, 159 ננומטר. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.
50263fig10.jpg "/>
איור 10. ספקטרום של מדגם טיו 2 אירוסול. הפחם הוא מהמסנן והזהב / פלדיום הוא מהציפוי. בהתבסס על תוצאות SEM-EDX, כל החלקיקים שנבדקו כללו טיטניום וחמצן בלבד, הוכחה שהם חלקיקי טיו 2 באמת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
יש לנו התאספנו ומתוארים כאן במערכת כל גוף nanoparticle אירוסול משאיפת חשיפה. פונקציונליות המערכת קבלו תוקף עם שיטות אפיון תרסיסי nanoparticle מדינה-of-the-art. עם מערכת דור אירוסול nanoparticle רומן, מערכת חשיפת איפה זה יכול לספק, אווירת מבחן אירוסול nanoparticle מבוקרת ואחידה מאופיינת היטב עם טמפרטורה עקבית יחסית, לחות, זרימת אוויר, ותכולת חמצן לחיות ניסוי. מערכת החשיפה היא יעילה ביותר למספר גדול של בעלי חיים, או ללימודים לטווח ארוכים. בחדר כל הגוף הגדול הזה, חיות ניסוי הן חסרת מעצורים, נוחה ועומס חום הוא ממוזער. המגבלה העיקרית של החשיפה היא שחיות הניסוי שקועים באווירה בתא החשיפה. מסלולים אחרים של חשיפה כגון חשיפת פה ועורי יכולים להתרחש. כמו כן, במערכת הגוף כולו, כמות גדולה של חומר בתפזורת נדרש because של קצב זרימת כניסה גדול יותר. לדוגמה, במערכת זו עם תא חשיפה 0.5 מ '3, קצב זרימת אוויר הכניסה הוא 90 LPM, ואילו למערכת חשיפה של 12 נמל האף בלבד שאיפה, קצב זרימת האוויר בכניסה הוא 12 LPM. לכן, עלות וזמינות של חומרים בתפזורת יש לקחת בחשבון בעת תכנון מחקרי איפת חשיפה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
הממצאים והמסקנות בדו"ח זה הם אלה של הכותבים ואינם מייצגים בהכרח את עמדתה של המכון הלאומי לבטיחות ובריאות תעסוקתית. כל האזכור של שמות חברות או מוצרים אינו מעיד על אישור על ידי NIOSH, וגם אינו מרמז שמוצרים חלופיים אינם זמינים, או שאינם מסוגלים להיות תחליף לאחר ההערכה מתאימה.
Acknowledgments
תודות רשימה ומקורות מימון.
NIH-ES015022 וES018274 (טורנירים)
הסכם NSF-1003907 שיתופי (VCM)
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 |
References
- Bide, R. W., Armour, S. J., Yee, E. Allometric respiration/body mass data for animals to be used for estimates of inhalation toxicity to young adult humans. J. Appl. Toxicol. 20 (4), 273-290 (2000).
- Guyton, A. C. Analysis of respiratory patterns in laboratory animals. Am. J. Physiol. 150, 70-77 (1947).
- Knuckles, T. L., Yi, J., Frazer, D. G., Leonard, H. D., Chen, B. T., Castranova, V., Nurkiewicz, T. R. Nanoparticle inhalation alters systemic arteriolar vasoreactivity through sympathetic and cyclooxygenase-mediated pathways. Nanotoxicology. , 1-12 (2011).
- Pauluhn, J., Mohr, U. Repeated 4-week inhalation exposure of rats: effect of low-, intermediate, and high-humidity chamber atmosphere. Exp. Toxic Pathol. , 178-187 (1999).
- Schmoll, L. H., Elzey, S., Grassian, V. H., O'Shaughnessy, P. T. Nanoparticle aerosol generation methods from bulk powders for inhalation exposure studies. Nanotoxicology. 3, 265-275 (2009).
- To, D., Yin, X., Sundaresan, S., Dave, R. N. Deagglomeration of nano-particle aggregates via rapid expansion of high pressure suspensions. AIChE J. 55 (11), 2756-3032 (2009).
- U.S. Environmental Protection Agency (US EPA). Health effects test guidelines: OPPTS., 870.1300. Acute inhalation toxicity. EPA. , 712-C-98-193 (1998).
- Wong, B. A. Automated feedback control of an inhalation exposure system with discrete sampling intervals: testing, performance, and modeling. Inhal. Toxicol. 15, 729-743 (2003).
- Wong, B. A. Inhalation Exposure Systems: Design, Methods and Operation. Toxicologic Pathology. 35, 3-14 (2007).
- Nanoparticle Aerosol Generator. US patent. Yi, J., Nurkiewicz, T. R. , 13/317, 472 (2011).
