Entwicklung einer Testkammer nur Nase einatmen Toxizität, die vier Exposition Konzentrationen von Nanopartikel bietet
Summary
Eine nur Nase einatmen Toxizität Kammer in der Lage testen Inhalation Toxizität bei vier unterschiedlichen Belichtungen Konzentrationen wurde entworfen und für den Fluss Feld Gleichförmigkeit und Kreuzkontaminationen zwischen den Häfen der Exposition für jede Konzentration validiert. Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zu bestätigen, dass die gestaltete Kammer für Inhalation Toxizitätstests wirksam ist.
Abstract
Verwenden eine numerische Analyse basierend auf computergestützte Strömungssimulation, eine nur Nase einatmen Toxizität Kammer mit vier unterschiedlich belichteten Konzentrationen entworfen und validiert für Flow Bereich Einheitlichkeit und Cross-Kontamination der Exposition Häfen für jeden Konzentration. Die gestaltete Fluss Feldwerte werden mit den gemessenen Werten von Exposition Häfen befindet sich horizontal und vertikal verglichen. Zu diesem Zweck sind nanoskalige Natriumchlorid Partikel als Testkörper generiert und eingeführt, um die Inhalation Kammer, die Cross-Kontamination und Konzentration Wartung unter den Kammern, für jede Konzentration zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass die gestaltete multiconcentration Inhalation Kammer in tierischen Inhalation Toxizitätstests ohne Cross-Kontamination unter Konzentration Gruppen verwendet werden kann. Gestaltete multiconcentration Inhalation Toxizität Kammer kann darüber hinaus auch zu einer einzigen Konzentration Einatmen Kammer umgewandelt werden. Weitere Tests mit Gas, organische Dämpfe oder nicht-nanoskalige Partikel sorgen für die Verwendung der Kammer bei der Inhalation Testung von anderen Test-Artikeln.
Introduction
Inhalation Toxizitätstests ist die zuverlässigste Methode für die Bewertung der Risiken von Chemikalien, Partikel, Fasern und Nanomaterialien1,2,3. Die meisten Aufsichtsbehörden erfordern daher, die Einreichung der Inhalation Toxizitätstests Daten wird die Exposition gegenüber Chemikalien, Partikel, Fasern und Nanomaterialien über Inhalation4,5,6,7 ,8. Derzeit gibt es zwei Arten von Inhalation Toxizität Systeme: Ganzkörper- und Nase nur Belichtung Systeme. Ein Testsystem der standard Inhalation Toxizität, Ganzkörper- oder nur Nase, erfordert mindestens vier Kammern Tiere wie Ratten und Mäuse in vier unterschiedlichen Konzentrationen, nämlich Frischluftregelung und niedrig, Mittel und hohen Konzentrationen7 verfügbar machen , 8. die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) Test Richtlinien deuten darauf hin, dass die ausgewählten Zielkonzentration, die Identifizierung von der Ziel-Organ und Demonstration von eine klare Konzentration Antwort7 ermöglichen soll ,8. Die hohe Konzentration sollte eine klare Grad der Toxizität führen aber nicht verursachen Sterblichkeit oder anhaltende Zeichen, die zu Tod führen oder verhindern, dass eine sinnvolle Auswertung der Ergebnisse7,8. Die maximale erreichbare Ebene oder hohe Konzentration der Aerosole kann unter Berücksichtigung des Partikel Größe Vertrieb Standards erreicht werden. Mäßiger Konzentration Ebene(n) sollten gesperrt werden, um eine Abstufung der toxischen Wirkungen zwischen der niedrigen und hohen Konzentrationen7,8zu produzieren. Die niedrige Konzentration-Ebene, die vorzugsweise eine NOAEC (keine-beobachtet-negative-Effekt-Konzentration) wäre, sollte wenig oder gar keine Zeichen von Toxizität7,8produzieren. Die Ganzkörper-Kammer macht Tiere in einem hemmungslosen Zustand in verkabelten Käfigen, während die Nase nur Kammer ein Tier in einem zurückhaltenden Zustand in der engen Röhre macht. Die Zurückhaltung verhindert den Verlust des Aerosols durch Leckage rund um das Tier. Aufgrund der hohen Anzahl der Ganzkörper-Kammer erfordert es eine große Anzahl von Test-Artikeln an Versuchstieren, ausgesetzt werden, während die Zurückhaltung des Rohres in die Nase nur Expositionssystem Tierbewegung behindert und dazu führen, Beschwerden oder ersticken dass kann. Dennoch bevorzugen die regulatorischen OECD Inhalation Toxizität Prüfungsrichtlinien die Verwendung von nur Nase einatmen Systeme4,5,6,7,8.
Jedoch Platz für ein vier-Kammer-System, Ganzkörper- oder nur Nase, ist teuer, raumgreifende und erfordert ein integriertes Luftsystem Reinigung und Zirkulation. Ein vier-Kammer-System kann darüber hinaus auch separate Test Artikel Generatoren, Tiere die gewünschten Konzentrationen und eine separate Messung Apparat zur Überwachung der Testkonzentrationen Artikel verfügbar zu machen benötigen. Da standard Inhalation Toxizitätstests erhebliche Investitionen erfordert, muss deshalb eine bequeme und kostengünstige Ganzkörper- oder Nase nur Expositionssystem für den Einsatz in kleinen Forschungseinrichtungen entwickelt werden. Beim Entwerfen einer Inhalation Kammer computational Fluid Dynamics (CFD) Modellierung auch häufig verwendet, um Partikel zu erreichen gas oder Dampf Einheitlichkeit9,10,11,12,13 . Bewertung durch numerische Analysen und Validierung von experimentellen Ergebnissen wurde bereits für die Ganzkörper-Exposition Kammer für Mäuse10durchgeführt. Zum Beispiel die Luft Durchfluss und Partikel Flugbahn haben mithilfe von CFD modelliert worden, und die Einheitlichkeit der Partikelgrößenverteilung in neun Teile der Ganzkörper-Kammer10gemessen wurde. Auch ist die Nase nur Kammer durch numerische Analyse von CFD13ausgewertet worden. Danach erfolgte die Bewertung für die Nase nur Exposition Kammer durch Vergleich der numerischen Analyse-Ergebnisse mit einer experimentellen Studie mit Nanopartikeln13.
Diese Studie bietet eine nur Nase einatmen-Kammer-System, die Versuchstiere in vier unterschiedlichen Konzentrationen in einer Kammer verfügbar machen kann. Zunächst mit CFD und eine numerische Analyse gestaltet, wird das vorgeschlagene System dann mit einer experimentellen Studie mit nanoskaligen Natriumchlorid Partikeln, um die Einheitlichkeit und Cross-Kontamination zu validieren verglichen. Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass die vorgestellte Nase nur Kammer, die Tiere zu vier verschiedenen Konzentrationen verfügbar machen kann für tierischen Belichtung Studien in kleinen akademischen und Forschungseinrichtungen genutzt werden kann. Die numerische Analyse ist wie folgt auf die gleiche Weise wie die Experiment-Einstellung festgelegt. Für Single-Konzentration Belichtung der Aerosol-Fluss in den inneren Turm ist bis 48 L/min eingestellt und die Scheide-Fluss zum äußeren Turm ist bis 20 L/min eingestellt. Für multiconcentration Exposition ist der Aerosol-Fluss auf den inneren Turm Eingang 11 L/min für jede Stufe. Die Steckdose Differenzdruck hält bei-100 Pa weiterhin einen reibungslosen Fluss Auspuff und Auslaufen zu verhindern. Übernehmen Sie die Tierhaltern sind geschlossen und leer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Inhalation Toxizitätstests ist derzeit die beste Methode für die Bewertung der Aerosol Materialien (Partikel und Fasern), Dämpfe und Gase eingeatmet durch die menschlichen Atemwege14,15. Es gibt zwei Methoden, Inhalation Exposition: Ganzkörper- und nur für die Nase. Jedoch eine Nase-only-System minimiert die Exposition durch Noninhalation Strecken, wie Haut und Augen, und ermöglicht Tests mit minimalen Mengen an Testartikel, so dass es die bevorzugte Belich…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde durch die industrielle Technologie Innovation Program (10052901), Entwicklung sehr brauchbar Nanomaterial Inhalation Toxizitätstests System im Handel, durch die Korea Bewertung Institute of Industrial Technology der koreanischen unterstützt Ministerium für Handel, Industrie und Energie.
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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