Bir bütün vücut nanoparçacık aerosol inhalasyon maruz tesisi (TiO nano boyutlu titanyum dioksit için inşa edilmiştir 2) Inhalasyon toksikoloji çalışmaları. Bu sistem nano-TiO sağlar 2 Test aerosol ortamlar: 1) sabit bir kütle konsantrasyonu, 2) homojen bir kompozisyon yabancı maddelerden arındırılmış ve aerosol üretim sırasında 3) sabit bir parçacık boyutu dağılımı.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Tüm-Vücut Nanopartikül Aerosol Solunum Etkilenmeler
Bu makalede
Özet
Özet
Soluma aerosolizable (ENM) nano-malzemeler mühendislik ile çalışan bireyler için en olası maruz yoldur. Düzgün nanoparçacık inhalasyon toksikoloji çalışmaları gerçekleştirmek için, bir oda konut aerosoller deney hayvanları olmalıdır: 1) sabit bir konsantrasyon maruz kalınan tüm riski dönem için istenilen düzeyde tutulur, 2) homojen bir yabancı maddelerden arındırılmış kompozisyon ve 3) istikrarlı bir Bir geometrik ortalama çap <200 nm ve geometrik standart sapma ile boyut dağılımı g <2,5 5 σ. Kolayca aglomera nanopartiküller çünkü nanopartiküller içeren aerosollerin üretimi oldukça zordur. Bu çok güçlü bir parçacık arası güçler, on ya da kırık edilmesi zor büyüklüğü 6 mikron, yüzlerce büyük fraktal yapılarının oluşumunu büyük ölçüde bağlıdır. Nebülizörleri, akışkan yatak, Venturi aspiratör ve Wright toz yem dahil olmak üzere birçok ortak aerosol jeneratörleri,, bizyeniden test, ancak hiçbiri kriterleri 5 karşılamak nanoparçacık aerosoller üretmek başardık.
Bir bütün vücut nanoparçacık aerosol inhalasyon maruz sistemi, fabrikasyon onaylanmış ve nano-TiO2 inhalasyon toksikoloji çalışmaları için kullanılmıştır. Kritik bileşenleri: 1) yeni nano-TiO2 aerosol jeneratör, 2) 0,5 m 3 tüm vücut solunması odası ve 3) monitör ve kontrol sistemi. Kuru yükler nano-TiO2 tozlar (yığın yoğunluğu 3.8 g / cm 3 21 nm birincil çapı,) üretilen Nano-TiO2 aerosoller 90 LPM bir akış hızı (10.8 hava değişiklikleri / saat) maruz kalma odasına teslim edildi . Partikül boyut dağılımı ve kütle konsantrasyon profilleri tarama hareketlilik parçacık büyüklük (SMPS), ve elektrikli düşük basınç darbe (ELPI) ile sürekli olarak ölçüldü. Aerosol kütle konsantrasyonu (C) (mg / m 3) gravimetrik olarak doğrulandı. Kitle (M) Toplanan partiküllerin ön M ve M, örnekleme sonrası (mg) önce ve sonra filtrenin kitleler M = (M-sonrası M öncesi) olarak belirlenmiştir. Kitle konsantrasyonu olarak hesaplanmıştır C = M Q debi (m 3 / dak) örnekleme edilir / (Q * t), ve t örnekleme süresi (dakika) 'dir. Odacık basıncı, sıcaklık, bağıl nem (BN), O2 ve CO2 konsantrasyonları sürekli olarak izlenip kontrol edilmiştir. Nuclepore filtreleri toplanan Nano-TiO2 aerosoller bir taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını (EDX) analizi ile analiz edilmiştir.
Özet olarak, nano-parçacık aerosoller oluştuğunda ve maruz kalma odasına teslim olduğunu bildirmektedir: 1) sabit kütle konsantrasyonu, 2) homojen kompozisyon yabancı maddelerden arındırılmış, 3) bir sayısı-medyan aerodinamik ile istikrarlı tane boyutu dağılımlarıaerosol üretimi sırasında 157 nm namik çapı. Bu sistem güvenilir ve sürekli mesleki, çevresel veya yerli ENM aerosol maruz simüle testi atmosfer oluşturur.
Protokol
Tüm vücut nanoparçacık inhalasyon maruz adım adım çalışma prosedürleri aşağıda açıklanmıştır.
Not: 1) 1. ve 3. adımları bir davlumbaz yapılmalıdır, 2) operatörleri (solunum, gözlük ve lastik eldiven) uygun kişisel koruyucu donanım giymelidir.
1. Klima TiO2 Nanopartikül Kuru Tozlar
- Bir saydam olmayan kapta nano-TiO2 tozlar yerleştirin.
- Kabın kapağı açık bırakın.
- Klima için en az 24 saat boyunca kuru bir desikatör içinde kap yerleştirin.
2. Veri Toplama ve Kontrol Sistemi, AGK ve ELPI ve Tüm Dönüştürücüler Isınma
- Hava izleme ve veri toplama sistemi ve aerosol izleme SMPS (TSI Inc, Shoreview, MN) ve ELPI (Dekati, Tampere, Finlandiya) için güç anahtarları açın ve en az 1 saat süreyle sistemleri ısınmak.
- Gücü açınTüm dönüştürücüler anahtarları, en az 1 saat boyunca onları ısıtmak için.
3. Aerosol Jeneratörler içine TiO2 Nanopartikül Kuru Tozlar Yükleniyor
- Aerosol jeneratörleri üzerinde silindir kapakları açın ve aerosol jeneratörleri de filtreleri değiştirin. Not: Bir aerosol jeneratör bir silindir vardır. Kullanılmak üzere aerosol jeneratörleri sayısı maruz odası içinde bulunan parçacıkların istenen kütle konsantrasyonuna bağlıdır.
- ~ 4 g nano-TiO2 tozlar tartılır ve her silindir yükleyin.
- Silindir kapaklarını değiştirin.
- Tüm alanlarda TiO2 kontaminasyon şüphesi ıslak silinmelidir.
4. Soluma Pozlama Odası Aerosol Jeneratörler bağlanması
- Inhalasyon maruz odası (TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Almanya) girişine de bir siklon ayırıcı bir manifoldu ile aerosol jeneratörleri tüm çıkışları bağlayın.
- Basınçlı hava hortumu bağlayınaerosol jeneratörleri de Venturi dağıtıcılar.
5. Soluma Pozlama Odası'na Hava İzleme ve Aerosol Örnekleme Girişleri bağlanması
- Sıcaklık ve bağıl nem (RH), basınç, inhalasyon maruz odası üzerinde atmosfer izleme portları test etmek için TSE Systems tarafından sağlanan O 2 ve CO 2 sensörleri bağlayın.
- Inhalasyon maruz odası üzerinde aerosol örnekleme bağlantı noktalarından birine bir aerosol seyreltici girişine bağlayın ve sonra ELPI girişine kendi çıkış bağlayın.
- Inhalasyon maruz odası üzerinde aerosol örnekleme bağlantı noktalarından birine SMPS bağlayın.
- Maruz odası üzerinde aerosol örnekleme bağlantı noktalarından birine bir partikül konsantrasyonu monitör (TSE Sistemleri) girişine bağlayın.
- PTFE membran filtre (P / N 66149, Pall şirket, Ann Arbor, Michigan) tartılır ve bir paslanmaz çelik filtre tutucu (In-Tox ürünleri, Moriarty NM) içine filtre yükleyin.
- Girişine iletişimebir örnekleme pompası için bir inhalasyon maruz odası üzerinde aerosol örnekleme bağlantı noktalarından birine filtre önceden tartılmış ve bağlantı kendi çıkış ile paslanmaz çelik filtre tutucu.
6. Veri Toplama Sistemleri etkinleştirin
- Etkinleştir ELPI veri toplama yazılımı, ELPIVI, kurulum parametrelerini kontrol edin ve 5 dakika ~ için gömme pompa açın ve sonra ELPI sıfır. Kayıt öncesi maruz kalma konsantrasyonu.
- SMPS veri toplama yazılımı etkinleştirin. Kayıt öncesi maruz kalma konsantrasyonu.
- Etkinleştir yazılım, Daco (TSE Sistemleri), hava akış hızı, sıcaklık ve nem odası basıncı izleme ve kontrol için, sıcaklık ve RH, O 2 ve CO 2.
7. Soluma Pozlama Odası içine Deney Hayvanları Yükleniyor
- Deney hayvanları tartılır.
- Hayvanlar maruz kaldıktan sonra, aynı tekrar kafeslerine konabilir böylece deney hayvanları ve kafesler işaretleyin nee eğerded.
- Inhalasyon maruz odasının kapısını açın ve kablolu kafes içine deney hayvanları yükleyin.
- Su hayvanlar için temin edilebilir.
- Inhalasyon maruz odasının kapağını kapatın ve güvenli.
- Sıkça sıkıntı belirtileri için poz odası gözlem pencerelerden hayvanlar gözlemlemek. Hayvanlar rahat ve normal çalışmıyor olmalıdır. Hızlı / nefes yorucu ise pozlama durdurun, anormal görünüm, postural anormallikler veya hareketsizlik gözlenmektedir. , Hayvanlar çıkarın orijinal kafesleri için iade, katılan veteriner ve / temas veya uygun Kurumsal Hayvan Bakım başlatmak ve Komite işlemleri kullanın.
Not: adımları 8.7, 8.8 ve 8.17 gerçekleştirirken Operatörler kişisel koruyucu ekipman giymelidir.
8. Nanopartikül Aerosoller Küçük Hayvanlar maruz
- Inhalasyon maruz odasının egzoz vakum pompası açın.
- Için veri toplama yazılımı, Daco, çalıştırın: bir, basınç, sıcaklık, nem, O gibi poz çevre verileri,) maruz kalma odasındaki basınç kontrol b), pozlama odasına filtre kuru hava tedarik, ve c) toplamak 2 ve CO 2.
- Oda basıncında hafif negatif basınç (ayar noktası = -0.2 mbar) oluşturulması.
- Aerosol jeneratörleri açın.
- Sürekli solunması odasında partikül büyüklüğü ve bağıl kütle konsantrasyonu izlemek için ELPI ve SMPS veri toplama yazılımı çalıştırın.
- Aerosol konsantrasyonu stabil olduğunda, ELPI monitörde konsantrasyon profili (Normalde: aerosol jeneratörleri operasyonda olduktan sonra bu 20 dakika sürer) plato ulaştı yani (örneğin, 1 saat) örnekleme zaman kurmak, ve aerosol örnekleme açın filtrelerle nanopartiküller temsilcisi örnek toplamak için pompa.
- Örnekleme zaman ulaşıldığında, filtreleri kaldırabilirsiniz ve sa takınmaruz odası kaçan test materyalleri önlemek için kauçuk fişleri ile port mpling.
- Filtreleri tartılır, ve yukarıda tarif edildiği gibi maruz odasındaki ortalama kitle konsantrasyonunun hesaplanması.
- Ortalama konsantrasyon, hedef konsantrasyonu ise, manuel olarak hedef değere ulaşılana sağlamak için jeneratör akımı ayarlayın.
- D = C x V m XTX F r, burada D = Doz, C testi malzemenin = ortalama kütle konsantrasyonu, V m = dakika hacmi, t = maruziyet süresi ve F r = fraksiyonu malzemesi olarak hayvan akciğerlerde partikül birikimi hesaplayın Bu çökelmiş ya da absorbe edilir.
- Temiz, ön ağırlıklı filtreleri ile filtre sahipleri filtreler ve adımları tekrarlayın 8.6 ve 8.8 değiştirin.
- Hayvan akciğerlerde pozlama odası ve hedeflenen partikül birikimi gerçek kütle konsantrasyonu dayanarak, kalan exp tahmin, t kalır gibi osure zaman = (D hedef-D) / (C x V m x F r) t kalır = maruziyet süresi kalır, D hedef = hedef doz, C = test malzemesi kütle konsantrasyonu, V m ortalama = Dakika hacmi, F r yatırılır veya emilir malzeme = kesir.
- Kalır t ulaşıldığında aerosol jeneratörü kapatın.
- Monitörün de belirtilen partikül konsantrasyonu odasında önceden maruz partikül konsantrasyonuna yakın oluncaya kadar maruz odasından hayvanlar çıkarmadan önce, filtrelenmiş hava ile solunması odası yıkayın.
- Oda egzoz vakum pompası kapatın.
- Veri toplama yazılımı, Daco durdurun.
- Maruz kaldıktan sonra normal solunum ve davranış doğrulamak için hayvanları gözlemlemek, ve belge başka hiçbir çalışma komplikasyon eskiist. Burun akıntısı, solunum sıkıntısı veya başka bir hayvan refahı komplikasyonlar gözlenir ise, katılan veteriner ve / temas veya uygun Kurumsal Hayvan Bakım başlatmak ve Komite işlemleri kullanın.
- ELPI ve SMPS veri toplama yazılımı durdurun.
9. Test Raporu Oluşturma
9.1 Test koşulları dahil
- Bu testte kullanılan aerosol üretim sistemi ve çalışma parametrelerinin tanımlanması.
- Pozlama sırasında kullanılan tasarım, tip, boyutlar ve çalışma parametreleri de dahil olmak üzere maruz kalma aparatı açıklaması.
- Ölçüm sıcaklık, nem, partikül boyutu ve gerçek konsantrasyon için donatım.
- Atık hava ve kullanıldığında, test odasının içinde hayvanların konut yöntemi tedavisi.
9.2 Pozlama atmosfer veri içerir
- Inhalasyon ekipman doğru hava akışı oranları.
- Sıcaklık ve nemhava.
- Hayvan kafesleri yakın aerosol örnekleme bölgesinde Gerçek (analitik veya gravimetrik) konsantrasyonu.
- Tane boyut dağılımı, ve hesaplanan sayısı ortalama aerodinamik çapı ve geometrik standart sapma.
- Neden istenen odası konsantrasyonu ve / veya partikül boyutu açıklanması ve (varsa) elde edilemedi ve çabaları kurallar bu yönleri ile uyum için alınan.
Diğer 9.3
- Oda içeren inhalasyon tesiste biraz negatif basınç solunması laboratuvar kaçan test materyalleri önlemek için muhafaza edilmelidir.
- Hayvan atıkların etkilerini ortadan kaldırmak için her gün maruz odası temizleyin.
- ELPI, SMPS ve diğer enstrümanlar temizlenmiş ve kullanım kılavuzları dayalı kalibre edilmelidir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Bir solunması çalışma tipik olarak bir test malzemesi 8,9 arasında tanımlanmış bir yoğunlukta için deneysel bir hayvan teşhir ederken bir bilinen ve sabit bir test ortamında, bir deney hayvanı korumak içerir. Tüm vücut nanoparçacık solunması sistemi Şekil 1 'de gösterilmiştir. Odası ile hava 90 LPM sürekli bir akış var nerede tüm vücut odası dinamik bir akış olarak ameliyat edildi. Bu hava akımı akut inhalasyon pozlama 7 için ABD Çevre Koruma Ajansı tarafından gerekli ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Biz monte ve tüm vücut nanoparçacık aerosol inhalasyon maruz sistemi burada tarif var. Sistem işlevselliğini state-of-the-art nanoparçacık aerosol karakterizasyon teknikleri ile doğrulandı. Bir roman nanoparçacık aerosol üretim sistemi ile bu solunması sistemi nispeten tutarlı sıcaklık, nem, hava akımı, ve deney hayvanları için oksijen içeriği ile iyi karakterize, kontrollü ve düzgün nanoparçacık aerosol testi atmosfer sağlayabilir. Pozlama sistemi hayvanlar, ya da uzun vadeli çalışmalar çok sayıda için en etkilidir. Bu...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Bu raporda yer alan bulgular ve sonuçlar yazarların aittir ve İş Güvenliği ve Sağlığı Ulusal Enstitüsü görüşlerini temsil etmemektedir. Herhangi bir şirket adları veya ürün söz NIOSH tarafından onaylandığı anlamına gelmez, ne de alternatif ürünler kullanılamaz, ya da uygun değerlendirilerek yerine edemiyoruz o anlamına gelmez.
Teşekkürler
Listesi teşekkür ve finansman kaynakları.
NIH-ES015022 ve ES018274 (TRN)
NSF-Kooperatif Sözleşmesi 1003907 (VCM)
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Soluma maruz kalma sistemi | TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Almanya | ||
| Hava izleme sistemi | TSE Systems GmbH, Bad Homburg, Almanya | ||
| Titanyum dioksit Aeroksit P25 | Evonik, Almanya | ||
| Taramalı mobilite partikül boyutlandırıcı-3936L75 | TSI Inc., Shoreview, MN | ||
| Elektrikli alçak basınç kırıcı, Standart 10 LPM | Dekati, Tampere, Finlandiya | ||
| Ultra Mikro Terazi, XP2U | METTLER TOLEDO, İsviçre | ||
| Alan Emisyon Taramalı Elektron Mikroskobu-S-4800 | Hitachi, Japonya | ||
| Enerji dağıtıcı X-ışını analizi | Princeton Gamma-Tech, Rocky Hill, N.J. | ||
| Çekirdek gözenekli polikarbonat filtreler | Whatman, Clinton, PA | ||
| PTFE membran filtreler | Pall şirketi, Ann Arbor, Michigan |
Kaynaklar
- 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. , 13/317, 472 (2011).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
