Hele kroppen Nanopartikel aerosolinhalation Engagementer
Summary
En hel-krops nanopartikel aerosol indånding facilitet blev bygget for nanostørrelse titandioxid (TiO<sub> 2</sub>) Indånding toksikologiske undersøgelser. Dette system giver nano-TiO<sub> 2</sub> Aerosoltesten atmosfære, der har: 1) en konstant massekoncentration, 2) en homogen sammensætning fri for forurenende stoffer, og 3) en stabil partikelstørrelsesfordeling under aerosoldannelse.
Abstract
Indånding er den mest sandsynlige eksponeringsvej for personer, der arbejder med aerosolizable manipuleret nano-materialer (ENM). Til korrekt udføre nanopartikel indånding toksikologiske undersøgelser af aerosoler i et kammer boliger forsøgsdyrene skal have: 1) en stabil koncentration holdes på et ønsket niveau for hele eksponeringsperioden, 2) en homogen sammensætning fri for forurenende stoffer, og 3) en stabil størrelsesfordeling med en geometrisk gennemsnitlig diameter <200 nm og en geometrisk standardafvigelse σ g <2.5 5. Den generation af aerosoler, der indeholder nanopartikler er ganske udfordrende, fordi nanopartikler let klumpe. Dette skyldes i høj grad meget stærke inter-partikel kræfter og dannelsen af store fraktale strukturer snesevis eller hundredvis af mikron 6, som er vanskelige at blive brudt op. Flere fælles aerosolgeneratorer, herunder nebulizers, fluid senge, Venturi Aspiratører og Wright støvet foder, vire afprøvet, men ingen var i stand til at producere nanopartikler aerosoler, som opfylder alle kriterier 5..
En hel-krops nanopartikel aerosol indånding system blev fabrikeret, valideret og anvendt til nano-TiO2 indånding toksikologiske undersøgelser. Kritiske komponenter: 1) nye nano-TiO2 aerosol generator, 2) 0.5 m 3 hele kroppen indånding kammer, og 3) overvåge og kontrolsystem. Nano-TiO2 aerosoler, der genereres fra bulk tør nano-TiO2 pulvere (primær diameter på 21 nm, rumvægt på 3,8 g / cm 3) blev leveret i eksponeringen kammeret ved en strømningshastighed på 90 lpm (10.8 luftudskiftninger / time) . Partikelstłrrelsesfordelingen og masse koncentration profiler blev målt kontinuerligt med en scanning mobilitet Particle Sizer (SMPS), og en elektrisk lavtryk slaglegeme (ELPI). Den aerosolmassen koncentration (C) blev verificeret gravimetrisk (mg / m 3). Massen (M) Af de indsamlede partikler blev bestemt som M = (M post-M pre), hvor M før og M indlæg er masser af filteret før og efter prøvetagning (mg). Massekoncentrationen blev beregnet som C = M / (Q * t), hvor Q er prøveudtagning flowhastighed (m 3 / min), og t er prøveudtagning (minut). Kammeret tryk, temperatur, relativ luftfugtighed (RH), O 2 og CO 2-koncentrationer blev overvåget og kontrolleret kontinuerligt. Nano-TiO2 aerosoler indsamlet på Nuclepore filtre blev analyseret med en scanning elektron mikroskop (SEM) og energi Dispersive X-ray (EDX) analyse.
Sammenfattende rapporterer vi, at nano-partikel aerosoler genereres og leveres til vores ekspositionskammeret har: 1) steady massekoncentration, 2) homogen sammensætning fri for forurenende stoffer, 3) stabile partikelstørrelsesfordelinger med en optælling-median aerodymisk diameter på 157 nm under aerosoldannelse. Dette system pålideligt og gentagne gange skaber test atmosfærer, der simulerer erhvervsmæssige, miljømæssige eller indenlandsk ENM aerosol engagementer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har samlet og beskrevet her i en hel-krops nanopartikel aerosol indånding system. Systemet funktionalitet blev valideret med state-of-the-art nanopartikel aerosol karakteriseringsteknikker. Med en roman nanopartikel aerosol generation af systemet, kan dette eksponering ved indånding systemet give et godt karakteriseret, styret og ensartet nanopartikler aerosoltesten atmosfære med relativt ensartet temperatur, luftfugtighed, luft-flow, og iltindhold for forsøgsdyr. Eksponeringen system er mest effektive for et sto…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Liste anerkendelser og finansieringskilder.
NIH-ES015022 og ES018274 (TRN)
NSF-samarbejdsaftale 1003907 (VCM)
Materials
| Name of Reagent/Material | 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 |
References
- 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).
- Yi, J., Nurkiewicz, T. R. Nanoparticle Aerosol Generator. US patent. , (2011).
