Utvikling av en nese-bare innånding toksisitet Test Chamber som gir fire eksponering konsentrasjoner av Nano-størrelse partikler

Summary

En nese-bare innånding toksisitet kammer i stand til å teste innånding toksisitet i fire forskjellige eksponering konsentrasjoner ble designet og validert feltet væskestrøm og kryssforurensning mellom eksponering portene for hver konsentrasjon. Her presenterer vi en protokoll for å bekrefte at designet kammeret er effektivt for innånding toksisitet testing.

Abstract

Bruker en numerisk analyse basert på datastyrt fluiddynamikk, er en nese-bare innånding toksisitet kammer med fire ulike eksponering konsentrasjoner utviklet og godkjent for feltet væskestrøm og kryss-smitte blant eksponering portene for hver konsentrasjon. Feltverdiene designet flyt sammenlignes med måleverdiene fra eksponering portene horisontalt og vertikalt. For dette formålet, er nanoskala natriumklorid partikler som test partikler og introdusert til innånding chamber evaluere kryssforurensning og konsentrasjon vedlikehold blant chambers, for hver konsentrasjon. Resultatene indikerer at designet multiconcentration innånding kammeret kan brukes i dyr innånding toksisitet testing uten kryssforurensning konsentrasjon grupper. Videre kan utviklet multiconcentration innånding toksisitet kammeret også konverteres til en enkelt-konsentrasjon innånding kammer. Ytterligere testing med gass, organisk damp eller ikke-nanoskala partikler sikrer bruk av kammeret i innånding testing av andre test artikler.

Introduction

Innånding toksisitet testing er den mest pålitelige metoden for å vurdere risikoen for kjemiske midler, partikler, fiber og nanomaterialer^1,2,3. Dermed kreve mest reguleringsorganer innlevering av innånding toksisitet testing data når eksponering for kjemikalier, partikler, fiber og nanomaterialer via innånding^{4,5,6,7 ,8}. For tiden, er det to typer innånding toksisitet systemer: hele kroppen og nese-bare eksponering systemer. Et standard innånding toksisitet testsystem, enten hele kroppen eller nese-bare, krever minst fire kamre å avsløre dyr som rotter og mus til fire ulike konsentrasjoner, nemlig frisk luft kontroll og lav, middels og høy konsentrasjoner^{7 , 8}. den organisasjonen for økonomisk samarbeid og utvikling (OECD) test retningslinjer foreslår at valgte målet konsentrasjonen bør tillate identifikasjonen av målet organ(s) og demonstrasjon av klart konsentrasjon svar^{7 ,8}. Høy konsentrasjon nivået bør resultere i en klar graden av toksisitet men ikke medfører dødelighet eller vedvarende tegn som kan føre til død eller hindre en meningsfull evaluering av resultatene^7,8. Maksimal oppnåelig nivå eller høy konsentrasjon av aerosoler nås samtidig møte partikkel størrelse distribusjon standarden. Moderat konsentrasjon nivåer skal være lik avstand for å produsere en gradering med toksiske effekter mellom som den lave og høye konsentrasjoner^7,8. Lav konsentrasjon nivå, som ville helst være en NOAEC (nei-observert–virkning konsentrasjon), skal produsere liten eller ingen tegn på toksisitet^7,8. Hele kroppen kammeret viser dyr i en uhemmet tilstand i kablet bur, mens bare nese kammeret eksponerer et dyr i en behersket tilstand i trange røret. Tilbakeholdenhet forhindrer tap av aerosol av lekkasje rundt dyret. På grunn av stort antall hele kroppen kammeret krever det et stort antall test artikler utsettes forsøksdyr, mens beherskelse av røret i nesen bare eksponering systemet hindrer dyr bevegelse og kan forårsake ubehag eller kvelning. Likevel, regulerende OECDS innånding toksisitet test retningslinjer foretrekker bruk av nese-bare innånding systemer^4,5,6,7,8.

Imidlertid plass til en fire-kammer system, enten hele kroppen eller nese-bare, er dyrt, plass tidkrevende og krever et indbygget rengjøring og sirkulasjon system. Videre, en fire-kammer system kan også kreve separate test artikkelen generatorer å avsløre dyr ønsket konsentrasjonen og en enkeltmålinger apparater å overvåke test artikkelen konsentrasjoner. Derfor siden standard innånding toksisitet testing innebærer betydelige investeringer, en mer praktisk og økonomisk hele kroppen eller nese-bare eksponering systemet må være utviklet for bruk i små forskningsfasiliteter. Når du utformer en innånding kammer, computational fluid dynamics (CFD) modellering er også ofte brukt til å oppnå partikkel, gass eller damp ensartethet,^9,,^10,,^11,,^12,,¹³ . Evaluering av numeriske analyser og validering av eksperimentelle resultater blitt allerede utført for hele kroppen eksponering kammeret for mus¹⁰. For eksempel luft flyt og partikkel banen har vært modellert bruker CFD og sıtt partikkel distribusjon har blitt målt i ni deler av hele kroppen kammer¹⁰. Også har bare nese kammeret blitt evaluert av numerisk analyse av CFD¹³. Etter at ble evalueringen for nese-bare eksponering kammeret utført ved å sammenligne numerisk analyseresultatene med en eksperimentell studie med nanopartikler¹³.

Denne studien presenterer en nese-bare innånding kammer system som kan utsette forsøksdyr til fire ulike konsentrasjoner i et kammer. Opprinnelig laget CFD og en numerisk analyse, sammenlignes foreslåtte systemet deretter med en eksperimentell studie med nanoskala natriumklorid partikler for å validere ensartethet og kryss-smitte. Resultatene presenteres her indikerer at presentert nese-bare kammeret som kan utsette dyr til fire ulike konsentrasjoner kan brukes for dyr eksponering studier i småskala akademiske og forskningsfasiliteter. Numerisk analyse er satt som følger, på samme måte som innstillingen eksperimentet. For enkelt-konsentrasjon eksponering, aerosol flyten til indre tårnet er satt til 48 L/min og skjede flyten til ytre tårnet er satt til 20 L/min. For multiconcentration eksponering er aerosol flyten til indre tårnet inngang 11 L/min for hvert trinn. Stikkontakt differansetrykket holder-100 Pa å opprettholde en jevn eksos flyt og forhindre lekkasje. Anta at dyr innehavere er stengt og tom.

Protocol

1. numerisk analyse metoder Utføre analyse av feltet flyten inne i kammeret etter geometriske formen, som beskrevet i figur 1 og tabell 114.Merk: En numerisk analyse i feltet flyt etter geometriske spår flyten av aerosoler og evaluerer det som en testbar enhet. Design til kammeret 4 etapper x 12 kolonner, 48 porter totalt der kjernen er delt inn i en indre og ytre tårn, som beskrevet i figur 1B….

Representative Results

Eksperimentelle set-up Figur 1 viser en skjematisk diagram av en nese-bare innånding kammer system, inkludert en partikkel generator med en MFC, nese-bare kammer og partikkel måling instrument for overvåking av luftkvalitet, kontroller og eksos modul, basert på § 2 i protokollen. Numerisk analyse design <p class="jove_content" fo:keep-t…

Discussion

Innånding toksisitet testing er den beste metoden for å evaluere aerosolized materialer (partikler og fiber), damp og gasser pustes inn av de menneskelige luftveier^14,15. Det finnes to innånding eksponering metoder: hele kroppen og nese-bare. Men en nese-bare systemet reduserer eksponeringen av noninhalation ruter, for eksempel hud og øyne, og lar testing med minimale mengder test artikkelen, gjør det foretrukne eksponering metoden som anbefales av OECD inn?…

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