Sviluppo di una camera di prova di tossicità per inalazione solo naso che fornisce quattro concentrazioni di esposizione di particelle nanometriche
Summary
Una camera di tossicità per inalazione solo naso in grado di testare la tossicità da inalazione a quattro concentrazioni di esposizione differenti è stata progettata e validata per uniformità del campo di flusso e la contaminazione incrociata tra i porti di esposizione per ciascuna concentrazione. Qui, presentiamo un protocollo per confermare che la camera progettata sia efficace per test di tossicità per inalazione.
Abstract
Utilizzando un’analisi numerica basata sulla fluidodinamica computerizzata, una camera di tossicità per inalazione solo naso con quattro concentrazioni di esposizione differenti è stata progettata e validata per uniformità del campo di flusso e la contaminazione incrociata tra i porti di esposizione per ogni concentrazione. I valori di campo di flusso progettato vengono confrontati con i valori misurati da esposizione porte situate orizzontalmente e verticalmente. Per questo scopo, cloruro di sodio particelle in nanoscala vengono generate come particelle di prova e presentare alla camera di inalazione per valutare il mantenimento di contaminazione e concentrazione tra le sale, per ogni gruppo di concentrazione. I risultati indicano che la camera di inalazione multiconcentration progettato sono utilizzabili nella tossicità da inalazione animale test senza la contaminazione incrociata tra gruppi di concentrazione. Inoltre, la camera di tossicità per inalazione multiconcentration progettato può essere convertita anche in una camera di inalazione di singolo-concentrazione. Ulteriori prove con gas, vapori organici o particelle in nanoscala non garantirà l’uso della camera nella prova di inalazione di altri articoli di prova.
Introduction
Test di tossicità per inalazione è il metodo più affidabile per valutare i rischi di agenti chimici, particelle, fibre e nanomateriali1,2,3. Così, più agenzie di regolamentazione richiedano la presentazione di dati di prova quando l’esposizione a sostanze chimiche, particelle, fibre e nanomateriali è tramite inalazione4,5,6,7 tossicità da inalazione ,8. Attualmente, ci sono due tipi di sistemi di tossicità per inalazione: sistemi di esposizione del corpo intero e solo naso. Un sistema di test di tossicità per inalazione standard, tutto il corpo o solo naso, richiede almeno quattro alloggiamenti per esporre gli animali come ratti e topi a quattro diverse concentrazioni, vale a dire controllo aria fresca e concentrazioni basse, moderato e alto7 , 8. l’organizzazione per la cooperazione economica e lo sviluppo (OCSE) prova linee guida suggeriscono che la concentrazione target selezionato dovrebbe permettere l’identificazione di organ(s) la destinazione e dimostrazione di una risposta chiara concentrazione7 ,8. Il livello di alta concentrazione dovrebbe comportare un chiaro livello di tossicità ma non causare mortalità o segni persistenti che potrebbero portare alla morte o impedire una valutazione significativa dei risultati7,8. La massima realizzabile livello o alta concentrazione degli aerosol può essere raggiunto rispettando lo standard di distribuzione di dimensione delle particelle. I livelli di concentrazione moderata dovrebbero essere intervallati per produrre una graduazione di effetti tossici fra quello delle alte e basse concentrazioni7,8. Il livello di bassa concentrazione, che preferibilmente sarebbe un NOAEC (no-observed-adverse-effect concentrazione), dovrebbe produrre poco o nessun segno di tossicità7,8. La camera di corpo intero espone gli animali in una condizione di sfrenato in gabbie via cavo, mentre la camera sola naso espone un animale in una condizione contenuta nel tubo confinato. Il sistema di ritenuta impedisce la perdita dell’aerosol perdite attorno all’animale. A causa del volume elevato della camera del corpo intero, richiede un gran numero di articoli di prova di essere esposti agli animali da esperimento, mentre il fermo del tubo del sistema di esposizione solo naso ostacola la circolazione degli animali e può causare disagio o soffocamento. Tuttavia, gli orientamenti normativi del test dell’OCSE inalazione tossicità preferiscono l’uso di inalazione solo naso sistemi4,5,6,7,8.
Tuttavia, possono ospitare un sistema di quattro-alloggiamento, corpo intero o solo naso, è costoso, ingombranti e richiede un sistema di pulizia e di circolazione di aria incorporata. Inoltre, un sistema di quattro-alloggiamento può anche richiedere generatori articolo test separato per esporre gli animali per la concentrazione desiderata e un apparato di misurazione separata per monitorare le concentrazioni di articolo di prova. Pertanto, poiché i test di tossicità per inalazione standard comporta un investimento significativo, un sistema di esposizione del corpo intero o solo naso più conveniente ed economico deve essere sviluppato per l’uso in impianti di piccola ricerca. Quando si progetta una camera di inalazione, computational fluid modellazione dynamics (CFD) è anche frequentemente usato per ottenere delle particelle, gas o vapore uniformità9,10,11,12,13 . Valutazione di analisi numeriche e la convalida di risultati sperimentali già è state eseguite per la camera di esposizione del corpo intero per topi10. Ad esempio, la traiettoria della particella e di flusso di aria sono stati modellati utilizzando CFD e l’uniformità della distribuzione delle particelle è stata misurata in nove parti del corpo intero camera10. Inoltre, la camera di sola naso è stata valutata dalla analisi numerica di CFD13. Dopo di che, la valutazione per la camera di esposizione solo naso è stata effettuata confrontando i risultati di analisi numerica con uno studio sperimentale usando nanoparticelle13.
Questo studio presenta un sistema di camera di inalazione solo naso che può esporre animali da esperimento a quattro diverse concentrazioni in una camera. Inizialmente progettato utilizzando CFD e un’analisi numerica, il sistema proposto è quindi confrontato con uno studio sperimentale usando particelle in nanoscala cloruro di sodio per convalidare l’uniformità e la contaminazione incrociata. I risultati presentati qui indicano che la camera solo naso presentata che può esporre gli animali a quattro diverse concentrazioni può essere utilizzata per gli studi di esposizione animale in accademico su piccola scala e strutture di ricerca. L’analisi numerica è impostato come indicato di seguito, nello stesso modo come l’impostazione di esperimento. Per l’esposizione singola-concentrazione, il flusso di aerosol alla Torre interna è impostato su 48 L/min e il flusso di guaina alla torre esterna è impostato a 20 L/min. Per l’esposizione multiconcentration, il flusso di aerosol alla Torre interna ingresso è 11 L/min per ogni fase. La pressione differenziale in uscita mantiene a -100 Pa per mantenere un buon flusso di scarico ed evitare dispersioni. Si supponga i possessori degli animali sono chiuse e vuote.
Protocol
Representative Results
Discussion
Test di tossicità per inalazione è attualmente il metodo migliore per valutare materiali aerosolizzati (particelle e fibre), vapori e gas inalato dall’apparato respiratorio umano14,15. Ci sono due metodi di esposizione di inalazione: corpo intero e solo naso. Tuttavia, un sistema solo naso riduce al minimo l’esposizione rotte noninhalation, come la pelle e gli occhi e consente di effettuare test con quantità minime di articolo di prova, che lo rende il metodo …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta dal programma di innovazione tecnologia industriale (10052901), sviluppo di tossicità da inalazione di nanomateriale altamente usabile test sistema in commercio, attraverso la Corea valutazione Istituto di tecnologia industriale dal coreano Ministero del commercio, industria ed energia.
Materials
| FLUENT V.17.2 | ANSYS | Software | |
| mass flow meter (MFM) | TSI | 4043 | |
| SMPS (scanning mobility particle sizer) | Grimm | SMPS+C | |
| 5-Jet atomizer | HCTM | 5JA-1000 | |
| Mass flow controller (MFC) | Horiba | S48-32 |
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