Tutto il corpo Nanoparticelle Aerosol esposizioni inalatorie

Summary

A tutto il corpo nanoparticelle aerosol impianto esposizione per inalazione è stato costruito per dimensioni nanometriche di biossido di titanio (TiO

Abstract

L'inalazione è la via di esposizione più probabile per le persone che lavorano con aerosolizable ingegnerizzato nano-materiali (ENM). Per svolgere adeguatamente nanoparticelle studi tossicologici per inalazione, l'aerosol in una camera di alloggiamento degli animali sperimentali devono avere: 1) una concentrazione costante mantenuta ad un livello desiderato per l'intero periodo di esposizione; 2) una composizione omogenea e priva di contaminanti e 3) una stalla distribuzione dimensionale con un diametro geometrico medio <200 nm e una deviazione standard geometrica σ _g <2,5 ^5. La formazione di aerosol contenenti nanoparticelle è abbastanza impegnativo, perché le nanoparticelle facilmente agglomerato. Ciò è in gran parte dovuto al molto forti forze inter-particelle e la formazione di grandi strutture frattali in decine o centinaia di micron di dimensione ^6, che sono difficili da demolire. Diversi aerosol comuni, tra nebulizzatori, letti fluidi, aspiratori Venturi e l'alimentazione polvere Wright, abbiamonuovamente testato, tuttavia, nessuno era in grado di produrre aerosol di nanoparticelle che soddisfano tutti i criteri ^5.

Una nanoparticella aerosol sistema di esposizione per inalazione di tutto il corpo è stato fabbricato, validato ed utilizzato per la _nano-TiO2 studi di tossicologia per inalazione. Componenti critici: 1) romanzo _nano-TiO2 generatore di aerosol, 2) 0,5 m ³ di tutto il corpo per inalazione camera di esposizione, e 3) il monitoraggio e il sistema di controllo. _Nano-TiO2 aerosol generati da carichi solidi _nano-TiO2 polveri (diametro principale di 21 nm, densità di 3,8 g / cm ³⁾ sono state consegnate nella camera di esposizione ad una portata di 90 LPM (10,8 ricambi d'aria / ora) . Dimensioni e distribuzione di massa profili di concentrazione di particelle sono stati misurati in continuo con una scansione mobilità particella sizer (SMPS), ed una bassa pressione urto elettrico (ELPI). La concentrazione di massa di aerosol (C) è stato verificato gravimetrica (mg / m ^3). La massa (M) Delle particelle raccolte stato determinato come M = (M _{alberino pre-M),} dove M e M _{pre alberino} sono masse del filtro prima e dopo il campionamento (mg). La concentrazione di massa è stato calcolato come C = M / (Q * t), dove Q è campionamento portata (m ³ / min), e t è il tempo di campionamento (minuto). La camera di pressione, temperatura, umidità relativa (RH), O ₂ e concentrazioni di CO ₂ sono stati monitorati e controllati continuamente. _Nano-TiO2 aerosol raccolti su filtri Nuclepore sono stati analizzati con un microscopio elettronico a scansione (SEM) e raggi X (EDX) analisi a dispersione di energia.

In sintesi, si segnala che le nano-particelle di aerosol generato e consegnato alla nostra camera di esposizione sono: 1) la concentrazione di massa costante, 2) composizione omogenea e priva di contaminanti; 3) distribuzioni granulometriche stabili con una aerodinamica conta-medianadiametro namic di 157 nm durante la generazione di aerosol. Questo sistema affidabile e ripetutamente crea atmosfere di prova che simulano le esposizioni professionali, aerosol ENM ambientali o domestici.

Protocol

Le procedure operative di tutto il corpo per inalazione di nanoparticelle di esposizione passo-passo sono descritte come segue.

Nota: 1) i punti 1 e 3 devono essere eseguite sotto cappa; 2) gli operatori devono indossare dispositivi di protezione adeguati (respiratori, occhiali di protezione e guanti di gomma).

1. Condizionata _TiO2 Nanoparticelle polveri secche

1. Posizionare _nano-TiO2 polveri in un contenitore non trasparente.
2. Lasciare il coperchio del contenitore aperto.
3. Mettere il recipiente in un essiccatore asciutto per almeno 24 ore per il condizionamento.

2. Il riscaldamento di acquisizione dati e di controllo, SMPS e ELPI e tutti i trasduttori

1. Accendere il monitoraggio dell'aria e sistema di acquisizione dati e di interruttori di alimentazione SMPS monitoraggio aerosol (TSI Inc., Shoreview, MN) e Elpi (Dekati, Tampere, Finlandia), e riscaldare il sistema per almeno 1 ora.
2. Attivare l'alimentazioneinterruttori in tutti i trasduttori per riscaldarsi per almeno 1 ora.

3. Caricamento di _TiO2 Nanoparticelle polveri secche in aerosol

1. Aprire i coperchi dei cilindri sui generatori di aerosol, e sostituire i filtri nei generatori aerosol. Nota: Un generatore di aerosol ha un cilindro. Il numero delle bombolette aerosol da utilizzare dipende dalla concentrazione di massa desiderata delle particelle nella camera di esposizione.
2. Pesare ~ 4 g _nano-TiO2 polveri e caricarli in ogni cilindro.
3. Sostituire i tappi dei cilindri.
4. Tutte le aree sospette di _TiO2 contaminazione deve essere bagnato spazzati.

4. Collegamento aerosol per inalazione camera di esposizione

1. Collegare tutte le uscite dei generatori aerosol tramite un collettore ad un separatore a ciclone che è al ingresso della camera di esposizione per inalazione (TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Germania).
2. Collegare il tubo di aria compressa ai dispersori Venturi nei generatori aerosol.

5. Collegamento di monitoraggio dell'aria e Aerosol Ingressi di campionamento per l'inalazione camera di esposizione

1. Temperatura e di umidità relativa (RH), pressione, O ₂ e CO ₂ sensori forniti da TSE sistemi per testare le porte monitoraggio atmosferico sulla camera di esposizione per inalazione Connect.
2. Collegare l'ingresso di un diluitore aerosol ad una delle porte di campionamento aerosol sulla camera di esposizione per inalazione, e poi collegare la sua uscita all'ingresso del ELPI.
3. Collegare SMPS a una delle porte di campionamento di aerosol sulla camera di esposizione per inalazione.
4. Collegare ingresso di un monitor di concentrazione di particelle (TSE Systems) a una delle porte di campionamento aerosol sulla camera di esposizione.
5. Pesare PTFE filtro a membrana (P / N 66149, Pall Corporation, Ann Arbor, Michigan) e caricare il filtro in un porta filtro in acciaio inox (prodotti In-Tox, Moriarty NM).
6. Collegare l'ingresso diil portafiltro acciaio inossidabile con un filtro di pre-pesato con una delle porte di campionamento aerosol sulla camera di esposizione per inalazione, e collegare il suo sbocco ad una pompa di campionamento.

6. Attivare Sistemi di Acquisizione Dati

1. Attiva ELPI software di acquisizione dati, ELPIVI, controllare i parametri di configurazione, e accendere la pompa di scarico per ~ 5 min e poi azzerare il ELPI. Concentrazione pre-esposizione Record.
2. Attivare il software di acquisizione dati SMPS. Concentrazione pre-esposizione Record.
3. Software Attiva, Daco (TSE Systems), per il monitoraggio e il controllo della portata d'aria, la temperatura e la pressione in camera di umidità relativa, temperatura e umidità relativa, O ₂ e CO _2.

7. Caricamento di animali sperimentali nella camera di esposizione inalatoria

1. Pesare gli animali da esperimento.
2. Segna gli animali sperimentali e gabbie in modo che gli animali possano essere rimessi nelle stesse gabbie dopo l'esposizione se needed.
3. Aprire la porta della camera di esposizione per inalazione, e caricare gli animali da esperimento nelle gabbie cablate.
4. L'acqua può essere previsto per gli animali.
5. Chiudere e bloccare la porta della camera di esposizione per inalazione.
6. Osservare frequentemente gli animali attraverso le finestre di osservazione camera di esposizione per i segni di sofferenza. Gli animali devono essere rilassate e di comportarsi normalmente. Fermare l'esposizione se rapida / respiro affannoso, aspetto anomalo, anomalie posturali o immobilità sono osservati. Rimuovere gli animali, rimetterli nelle loro gabbie originali, contattare frequentando veterinario e / o avviare appropriato Animal Care and Utilizzare procedure di comitato.

Nota: Gli operatori devono indossare dispositivi di protezione individuale durante l'esecuzione di operazioni 8.7, 8.8 e 8.17.

8. Esponendo Piccoli Animali di aerosol di nanoparticelle

1. Accendere la pompa di aspirazione gas di scarico della camera di esposizione per inalazione.
2. Eseguire il software di acquisizione dati, Daco, a: a) fornire aria secca filtrata alla camera di esposizione, b) controllano la pressione nella camera di esposizione, e c) raccogliere i dati dell'ambiente di esposizione, quali pressione, temperatura, umidità relativa, O ₂ e CO _2.
3. Stabilire una pressione leggermente negativa (set point = -0.2 mbar) in camera di pressione.
4. Accendere i generatori di aerosol.
5. Esegui ELPI e software di acquisizione dati SMPS per monitorare continuamente la dimensione delle particelle e la concentrazione di massa relativa nella camera di esposizione per inalazione.
6. Quando la concentrazione di aerosol è stabile, cioè il profilo di concentrazione sul monitor del ELPI raggiunto plateau (Normalmente: questo richiede 20 minuti dopo i generatori aerosol sono in funzione), impostare il tempo di campionamento (per esempio, 1 ora) e accendere il campionamento dell'aerosol pompa per raccogliere campione rappresentativo di nanoparticelle con filtri.
7. Una volta raggiunto il tempo di campionamento, rimuovere i filtri e inserire il SAmpling porti con tappi in gomma per evitare che materiali di prova di fuggire la camera di esposizione.
8. Pesare i filtri, e calcolare la concentrazione di massa medio nella camera di esposizione come descritto sopra.
9. Se la concentrazione media è spento la concentrazione mirata, regolare manualmente il flusso dell'aria nei generatori di assicurare la concentrazione mirata è raggiunta.
10. Calcola il deposito di particelle nei polmoni degli animali come D = C x V _m XTX F _r, dove D = dose, C = concentrazione di massa media del materiale di prova, V _m = volume minuto, t = durata di esposizione, e F _r = frazione di materiale che si deposita o assorbito.
11. Sostituire i filtri nei portafiltri con filtri puliti, pre-pesate, e ripetere i punti 8.6 e 8.8.
12. Sulla base della concentrazione di massa reale nella camera di esposizione e deposito di particelle mirata nei polmoni animali, stimare la restante exptempo osure come, t _rimangono = (D _mirata-D) / (C x V x _m F _r), dove _rimangono t = rimanere durata dell'esposizione, D = _mirato dosaggio mirato, C = concentrazione media di massa del materiale di prova, V _m = Volume minuto, F _r = frazione di materiale che viene depositato o assorbita.
13. Spegnere il generatore di aerosol, quando viene raggiunto t _rimangono.
14. Prima di togliere gli animali dalla camera di esposizione, lavare la camera di esposizione per inalazione con l'aria filtrata finché la concentrazione di particelle indicato nel monitor è vicino alla concentrazione di particelle pre-esposizione nella camera.
15. Spegnere la pompa di scarico camera a vuoto.
16. Arrestare il software di acquisizione dati, Daco.
17. Dopo l'esposizione, osservare gli animali per verificare la normale respirazione e di comportamento, e il documento che nessun altro complicazioni studio exist. Se secrezione nasale, difficoltà respiratoria o altre complicazioni benessere degli animali si osservano, contattare frequentando veterinario e / o avviare appropriato Animal Care and Utilizzare procedure di comitato.
18. Smettere ELPI e software di acquisizione dati SMPS.

9. Creazione di report di prova

9.1 Condizioni di prova includono

1. Descrizione del sistema di generazione di aerosol e suoi parametri operativi utilizzato in questa prova.
2. Descrizione dell'apparecchiatura di esposizione inclusi progettazione, tipo, dimensioni e dei suoi parametri di funzionamento utilizzato durante l'esposizione.
3. Attrezzatura per misurare la temperatura, l'umidità, granulometria e concentrazione effettiva.
4. Trattamento dell'aria di scarico e il metodo di accogliere gli animali nella camera di prova quando viene utilizzato.

9.2 Dati atmosfera di esposizione comprendono

1. Tassi di flusso d'aria attraverso l'apparecchiatura di inalazione.
2. Temperatura e umidità dil'aria.
3. Concentrazione effettiva (analitica o gravimetrico) nella zona di campionamento dell'aerosol che si trova vicino le gabbie degli animali.
4. Distribuzione granulometrica delle particelle, e calcolato conteggio diametro mediano aerodinamico e la deviazione standard geometrica.
5. Spiegazione del perché la concentrazione di camera desiderata e / o la dimensione delle particelle non potrebbe essere raggiunto (se applicabile), e l'impegno assunto di rispettare tali aspetti delle linee guida.

9.3 Altro

1. Lievemente pressione negativa nella struttura inalazione contenente stanza deve essere mantenuta per impedire la fuoriuscita di materiali di prova inalazione laboratorio esposizione.
2. Pulire la camera di esposizione giornaliera per eliminare le influenze dei rifiuti animali.
3. ELPI, SMPS e gli altri strumenti devono essere puliti e calibrati in base ai manuali d'uso.

Representative Results

Uno studio di esposizione per inalazione in genere comporta il mantenimento di un animale da esperimento in un ambiente di test noto e costante, esponendo l'animale sperimentale di una concentrazione definita di un materiale di prova ^8,9. La nanoparticella sistema di esposizione per inalazione corpo intero è mostrato in Figura 1. La camera di corpo intero è stato operato su base flusso dinamico dove c'era un 90 LPM flusso continuo di aria attraverso la camera. Questo flusso d'aria fornito 10,8 ricambi d'aria / ora che eccede il numero minimo di ricambi d'aria (10,0) richiesto dalla US Environmental Protection Agency per esposizioni inalatorie acute ^7. Un sistema di filtraggio dell'aria 3 stadi, comprendente un filtro a coalescenza, un coalescente ad alta efficienza filtro e un filtro a carboni attivi (Atlas Copco, Svezia), è stato utilizzato su aria in ingresso per la rimozione di acqua, polvere e vapori olio e (idrocarburo) odori. Un sistema di filtraggio aria a 3 stadi tra cui un filtro pre-carta, un filtro a carbone e un HEPA filtro stato usato per proteggere scarico controllore di flusso di massa. Secondo la richiesta del West Virginia University, un sistema di filtro dell'aria a 4 stadi progettato da TSE Sistemi è stato utilizzato all'uscita della pompa per vuoto di scarico. La camera di esposizione ha una capacità di alloggiamento 8 gabbie degli animali che sono state fatte di filo di acciaio inossidabile e forniti da TSE Systems. Il numero massimo di animali da esperimento immersi nella atmosfera nella camera di esposizione è di 16 ratti, o 64 topi. Il volume totale degli animali da esperimento non superi il 5% del volume della camera per garantire la stabilità di un'atmosfera di prova, che è richiesto da US Environmental Protection Agency per esposizioni inalatorie acute ^7.

Un generatore di aerosol di nanoparticelle è stato progettato e testato ^3,10. Si compone di un cilindro letto fluido vibrante (5) con un deflettore (4), un vibrante Venturi dispersore (6) e un separatore a ciclone, come mostrato in Figura 2. Un vibratore (10) attaccato al cilinder (5) produce vibrazioni meccaniche. Un filtro (2) si siede sul distributore dell'aria in acciaio inossidabile (1) nel cilindro. Polvere secca nanoparticelle (3) per essere aerosol poggia sul filtro. Il Venturi dispersore (6) collegato alla porta di uscita sulla parte superiore del cilindro. Il Venturi dispersore forma una strozzatura in una tubazione. Un getto d'aria ad alta velocità che soffia sul costrizione al Venturi dispersore può creare una depressione nel cilindro, che attirano l'aria pulita e asciutta nel cilindro dalle luci di alimentazione d'aria su entrambe le estremità prossimale e distale attraverso un carbone attivo e HEPA Filtro (9). Il Venturi dispersatore uscita è collegata all'ingresso di un separatore a ciclone (7). L'uscita del separatore a ciclone è collegata all'ingresso della camera di esposizione. In questo sistema di generazione di aerosol, vibranti flussi multipli di taglio e le inclusioni sono utilizzati per disperdere agglomerati più grandi, più separatori di particelle utilizzati per rimuovere le grandi agglomerati, e molteplici diluizioni impiegate per minimizzareri-agglomerazione delle particelle. La granulometria e concentrazione di massa possono essere controllate regolando manualmente le vibrazioni e le portate d'aria attraverso strato di polvere secca mediante valvole (8) e (11).

_TiO2 aerosol generati da _nano-TiO2 rinfuse secche in polvere (Aeroxide _TiO2 P25, Evonik, Germania) sono stati diluiti e consegnato alla camera di esposizione per inalazione a 90 LPM. Le atmosfere di prova sono stati monitorati con l'ELPI e regolati manualmente per assicurare un'esposizione coerente e noto per ogni gruppo sperimentale animale. Inoltre, un gruppo fittizio costituito dallo stesso numero di animali sperimentali dovrebbe essere sempre incluso nello studio. Gli animali da esperimento di controllo saranno esposti all'aria pulita filtrata invece di particelle di aerosol ed i risultati di questo gruppo finto sarebbe utilizzato per valutare gli effetti biologici della nanoparticella aerosol di prova sugli animali da esperimento.

1. Pressione della camera

figura 3, è stato mantenuto per controllare la camera di ingresso e di uscita flussi di aria per impedire la fuoriuscita della sostanza in esame nel laboratorio circostante. Idealmente la stanza che contiene la camera di esposizione inalatoria deve essere ad una pressione leggermente negativa.

2. Il flusso d'aria Tariffe, temperatura e umidità relativa

Le portate d'aria di aspirazione e scarico sono stati controllati da regolatori di flusso di massa. Come mostrato in Figura 4, la portata d'aria di aspirazione era 89,9 ± 0,3 LPM, scarico e la portata d'aria era 111,9 ± 0,9 LPM. La temperatura e l'umidità relativa sono stati monitorati con un trasduttore di temperatura e UR e controllata a 22,6 ± 0,4 ° C e 6,9 ​​± 0,6% attraverso il controllo della temperatura dell'aria ambiente e con una Humidifier, come mostrato in Figura 5. Secondo le indagini Pauluhn & Mohr è sotto l'umidità relativa tra il 3 e il 80%, i ratti tollerati né atmosfera di umidità, senza effetti specifici ^4.

3. Camera di O ₂ e CO ₂ Concentrazioni

Gli O ₂ e CO ₂ le concentrazioni sono state monitorate in continuo con una O ₂ e un analizzatore di gas di CO _2. Come mostrato in figura 6, O ₂ è stabile a 20,79 ± 0,03%, e la concentrazione di CO ₂ era 580 ± 25 ppm.

4. Aerosol Caratterizzazione

Un aerosol utilizzati per studi di inalazione è comunemente caratterizzata in tempo reale da due parametri che descrivono la funzione di distribuzione delle dimensioni e un parametro di concentrazione. Un flusso continuo dell'atmosfera sperimentale è stato tirato dalle zone appena sopra le gabbie degli animali nella camera attraverso un campionelinea allo strumento di analisi.

4.1 Distribuzione granulometrica

Figura 7A è la distribuzione delle dimensioni delle particelle misurata con uno standard 10 LPM ELPI. La conta mediana diametro aerodinamico delle particelle è 157 nm. Figura 7B è la distribuzione delle dimensioni delle particelle misurate con STI 3936L75 SMPS. Il conteggio diametro mobilità mediana delle particelle è di 145 nm con una deviazione standard geometrica di 2.3. Figura 7C mostra la variazione granulometria durante gli studi di esposizione per inalazione. La dimensione delle particelle è relativamente stabile durante tutto il periodo di esposizione.

4.2 Aerosol Concentrazione

Il tempo reale profilo di concentrazione di massa delle _due particelle nano-TiO è stata monitorata nelle zone appena sopra le gabbie con un ELPI. Figura 8A è la concentrazione di particelle nel corso di una 4 ore / giorno di esposizione per inalazione. Durantel'esposizione per inalazione, le concentrazioni reali sono stati misurati utilizzando metodi gravimetrici, 03:57 misurazioni sono state effettuate, per il calcolo della dose inalata. Le particelle sono state raccolte con 47 millimetri filtri a membrana in PTFE. Un microbalance XP2U (Mettler Toledo, Svizzera) è stato utilizzato per pesare i riempitivi.

La variabilità intra-day e inter-day di concentrazione _nano-TiO2 nella camera di esposizione per inalazione sono state determinate in base alle concentrazioni gravimetriche di 29 singole 4 ore / giorno esposizioni inalatorie (concentrazione mirata = 6,0 mg / m ^3). Ogni concentrazione media intra-day e la sua deviazione standard relativa (RSD) sono stati calcolati sulla base di 3 o 4 misure gravimetriche che durante 4 ore l'esposizione per inalazione, come mostrato in Figura 8B. La concentrazione intra-day ha una media di 5,3-6,6 mg / m ³ con RSD tra 0,02 e 0,17. La concentrazione inter-giorni media e la sua RSD sono stati calcolati sulla base di 29 singoli intr mediaun-giorno concentrazioni gravimetriche. La concentrazione media inter-giorno è 6,0 mg / m ³ con una RSD di 0,06. E 'indicato che il nostro sistema è in grado di fornire _nano-TiO2 atmosfere prova stabili e riproducibili per esposizioni inalatorie acute.

4.3 Aerosol Morfologia e composizione elementare

Strutture e composizioni chimiche delle particelle sono fondamentali in studi di tossicologia. TiO ₂ campioni sono stati raccolti su 47-mm Nuclepore filtri in policarbonato (Whatman, Clinton, PA). I filtri sono stati tagliati in quattro parti uguali, due sezioni sono state montate su matrici in alluminio con pasta d'argento (liquido colloidale argento, Scienze della microscopia elettronica, Hatfield, PA). Il depositate particelle di _TiO2 sono stati visualizzati con un Hitachi 4800 emissione di campo microscopio elettronico a scansione (FESEM, Hitachi, Giappone), e anche analizzati utilizzando dispersione di energia analisi a raggi X (SEM-EDX; Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, NJ) a 20 keV. 2 campioni di aerosol, e la Figura 10 è uno spettro per i TiO ₂ campioni di aerosol. Più di cento particelle sono state esaminate al SEM-EDX per assicurare che le particelle sul filtro sono stati realmente composti di titanio e ossigeno, un'indicazione di particelle di TiO _2. Nella Figura 10, il carbonio è dal filtro e l'oro / palladio è dal rivestimento. Sulla base dei risultati SEM-EDX, tutte le particelle esaminati consistevano di titanio e ossigeno solo, dimostrando che erano veramente particelle di TiO _2.

5. Uniformità di distribuzione

Mantenendo i parametri ambientali appropriati all'interno della camera è insufficiente se la concentrazione del composto di prova varia da posizione a posizione ^3. Le concentrazioni di nanoparticelle sono state misurate a quattro posizioni differenti nelle zone appena sopra le gabbie nella camera di esposizione.

Massa delle particelle in un luogo, M _i, è stato misurato col metodo gravimetrico con campionamento filtro e un micro-equilibrio. La massa media delle particelle nel campione è

La deviazione relativa della concentrazione di massa in posizione mi da la concentrazione media è

La deviazione massima relativa delle concentrazioni vari punti di misura della concentrazione media è <6%. Questo è entro i limiti di tolleranza per il calcolo del gruppo.

6. Deposizione di particelle calcolato in Polmoni animali Se l'animale è l'inalazione di una concentrazione nota di atmosfera di prova durante il periodo di esposizione e l'assorbimento o depositato frazione è noto, la quantità di materiale depositato prova può essere calcolato:

dove D = dose, C = concentrazione del materiale di prova, _m V = volume minuto, t = durata di esposizione, e F _r = frazione di materiale che viene depositato o assorbita.

Valori medi per il volume minuto, V _m possono essere stimati da massa corporea utilizzando empirica allometrica formule di scala ^1,2. Ad esempio, ipotizzando un topo ha una ventilazione minuto V _m = 200 ml / min, esposizione concentrazione C = 6,2 mg / m ^3, durata di esposizione t =4 hr, frazione della deposizione del materiale F _r = 0.1, allora la deposizione polmonare calcolata D = 30 mcg.

Figura 1. L'inalazione Exposure Facility 1 = camera di esposizione;. 2 = elettrico a bassa pressione d'urto; 3 = generatore di aerosol; 4 = Scansione mobilità Particle Sizer.

Figura 2. Schema di nano-TiO2 generatore di aerosol 1 = distributore aria;. 2 = filtro; 3 = TiO ₂ polvere secca; 4 = deflettore; 5 = cilindro; 6 = Venturi dispersore; 7 = separatore a ciclone; 8 = Valvola (diluizione) , 9 = carbone e filtro HEPA, 10 = vibratore; 11 = valvola (aria attraverso polvere secca).

Figura 3. Pressione della camera. Una pressione leggermente negativa all'interno della camera è stata mantenuta a -0.2 mbar (pressione mirata). Una volta che la pressione è spento la pressione mirata (punte), il sistema di controllo della pressione regolata indietro alla pressione mirata.

Figura 4. Camera di ingresso e di uscita portate di aria. Significano aspirazione portata dell'aria = 89,9 LPM, e scarico portata dell'aria = 111,9 LPM per mantenere una pressione leggermente negativa all'interno della camera.

Figura 5. Camera di temperatura e umidità relativa. La temperatura media teratura = 22,6 ± 0,4 ° C, mentre l'umidità relativa è 6,9 ± 0,6%.

Figura 6. Camera di O ₂ e CO _2. L'O ₂ è 20.79%, e CO ₂ è di 580 ppm.

Figura 7. . _TiO2 distribuzione dimensionale dell'aerosol A) ELPI, conta diametro aerodinamico mediano D _p = 157 nm; B) SMPS, contano diametro mobilità mediana D _g = 145 nm, con una deviazione standard geometrica σ _g di 2,3 C) dimensione delle particelle in funzione del tempo. da ELPI. Clicca qui per ingrandire la figura .

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Figura 8a. 4 ore _TiO2 concentrazione di massa dell'aerosol.

Figura 8B. _TiO2 aerosol concentrazioni di massa dei 29-individuale 4 ore di esposizione per inalazione.

Figura 9. Micrografie SEM di _TiO2 aerosol. A) tipica distribuzione delle particelle sul filtro di 47 millimetri. B) Red Arrow, 1.78 micron. C) freccia gialla, 159 nm. Clicca qui per ingrandire la figura .

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La figura 10. Uno spettro di TiO ₂ campione aerosol. Il carbonio è dal filtro e l'oro / palladio è dal rivestimento. Sulla base dei risultati SEM-EDX, tutte le particelle esaminati consistevano di titanio e ossigeno solo, dimostrando che erano veramente particelle di TiO _2.

Discussion

Abbiamo montato e descritto qui in un corpo intero-nanoparticella aerosol sistema di esposizione per inalazione. La funzionalità del sistema è stato validato con state-of-the-art tecniche di caratterizzazione di nanoparticelle di aerosol. Con una nanoparticella sistema di generazione di aerosol romanzo, questo sistema di esposizione per inalazione può fornire un ben caratterizzato, nanoparticelle aerosol atmosfera di prova controllato ed uniforme con la temperatura relativamente costante, l'umidità, il flusso d'aria, e contenuto di ossigeno per gli animali da esperimento. Il sistema di esposizione è più efficiente di un gran numero di animali, o di studi a lungo termine. In questa ampia camera di tutto il corpo, gli animali da esperimento sono sfrenato, confortevole e stress da calore è ridotta al minimo. La maggiore limitazione dell'esposizione è che gli animali da esperimento sono immersi nella atmosfera nella camera di esposizione. Possono verificarsi altre vie di esposizione come l'esposizione orale e cutanea. Inoltre, nel sistema corpo intero, grandi quantità di materiale sfuso è richiesta becauSE di maggiore portata di ingresso. Ad esempio, in questo sistema con una camera di 0.5 m ³ di esposizione, la portata dell'aria di aspirazione è 90 LPM, mentre per un solo naso sistema di esposizione per inalazione 12 porte, la portata d'aria in ingresso è 12 LPM. Pertanto, il costo e la disponibilità di materiali sfusi devono essere considerati quando si pianifica studi di esposizione per inalazione.

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