Whole-Body Nanoparticle Aerosol Inademing blootstellingen
Summary
Een hele lichaam aërosol inhalatie blootstelling faciliteit nanodeeltjes werd gebouwd voor nano-sized titaandioxide (TiO<sub> 2</sub>) Inhalatie toxicologisch onderzoek. Dit systeem nano-TiO<sub> 2</sub> Aërosoltest sferen die zijn: 1) een constante massaconcentratie, 2) een homogene samenstelling vrij van verontreinigingen, en 3) een stabiele deeltjesgrootteverdeling tijdens aerosolvorming.
Abstract
Inademing is de meest waarschijnlijke blootstellingsroute voor mensen werken met aerosolizable gemanipuleerde nano-materialen (ENM). Aan nanodeeltjes inhalatie toxicologisch onderzoek goed uit te voeren, de aërosolen in een kamer waar de proefdieren moeten: 1) een constante concentratie gehandhaafd op een gewenst niveau voor de gehele periode de blootstelling; 2) een homogene samenstelling vrij van verontreinigingen, en 3) een stabiele grootteverdeling met een geometrische gemiddelde diameter van <200 nm en een geometrische standaardafwijking σ g <2.5 5. Het genereren van aërosolen met nanodeeltjes is heel uitdagend, omdat nanodeeltjes gemakkelijk agglomeraat. Dit is grotendeels te wijten aan sterke krachten tussen de deeltjes en de vorming van grote fractalstructuren in tientallen of honderden micron 6, die moeilijk te worden opgebroken worden. Een aantal gemeenschappelijke aërosols, waaronder vernevelaars, wervelbedden, Venturi afzuigers en de Wright stof voer, weopnieuw getest, maar niemand was in staat om nanodeeltjes aërosolen die aan alle criteria voldoen 5 produceren.
Een hele lichaam aërosol inhalatie blootstelling systeem nanodeeltjes werd gefabriceerd, gevalideerd en gebruikt voor nano-TiO2 inhalatie toxicologische studies. Kritische componenten: 1) nieuwe nano-TiO2 Aërosolgenerator; 2) 0,5 m 3 whole-body exposure kamer inademing, en 3) de monitor en controlesysteem. Nano-TiO2 aërosolen gegenereerd bulk droge nano-TiO2 poeder (primaire diameter van 21 nm, stortdichtheid van 3,8 g / cm 3) werden in de blootstellingskamer bij een stroomsnelheid van 90 LPM (10,8 luchtverversing / hr) . Deeltjesgrootteverdeling en massaconcentratie profielen werden continu gemeten met een scanning mobiliteit deeltje Sizer (SMPS), en een elektrische lage druk impactor (ELPI). De aërosolmassa concentratie (C) werd gravimetrisch geverifieerd (mg / m 3). De massa (M) Van de verzamelde deeltjes werd bepaald als M = (M na pre M), waarbij M en M pre Post zijn massa van het filter vóór en na de monstername (mg). De massaconcentratie werd berekend als C = M / (Q * t), waarbij Q bemonstering debiet (m3 / min), en t de bemonsteringstijd (minuut). De kamerdruk, temperatuur, relatieve vochtigheid (RH), O2 en CO2 concentraties werden gecontroleerd en continu gecontroleerd. Nano-TiO2 aërosolen op Nuclepore filters opgevangen werden geanalyseerd met een scanning elektronenmicroscoop (SEM) en energie-dispersieve X-stralen (EDX) analyses.
Samengevat, melden wij dat de nano-deeltjes aërosolen opgewekt en geleverd aan onze belichtingskamer hebben: 1) steady massaconcentratie; 2) homogene samenstelling vrij van verontreinigingen; 3) stabiele deeltjesgrootteverdelingen met een count-mediaan aerodynamische diameter van 157 nm tijdens aërosol generatie. Dit systeem betrouwbaar en herhaaldelijk testen creëert sferen die beroeps, ENM aerosol milieu of woning te simuleren.
Protocol
Representative Results
Discussion
We hebben samengesteld en hier in een hele lichaam nanodeeltje aërosol inhalatie blootstelling systeem beschreven. Het systeem functionaliteit is gevalideerd met state-of-the-art nanodeeltjes aërosolkarakterisering technieken. Met een nieuwe nanodeeltjes aërosol generatie systeem, kan deze blootstelling systeem inhalatie van een goed gekarakteriseerd, gecontroleerde en uniforme nanodeeltjes aërosoltest sfeer te bieden met een relatief constante temperatuur, vochtigheid, luchtstroom, en het zuurstofgehalte voor proef…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Lijst dankbetuigingen en financieringsbronnen.
NIH-ES015022 en ES018274 (TRN)
Overeenkomst NSF-Cooperative 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).
