나노 크기의 입자의 4 개의 노출 농도 제공 하는 코 전용 흡입 독성 시험 챔버의 개발
Summary
4 개의 다른 노출 농도에서 흡입 독성 테스트 수 코 전용 흡입 독성 챔버 설계와 흐름 필드 균일성과 각 농도 대 한 노출 포트 간의 교차 오염에 대 한 검증. 여기, 선물이 설계 챔버 흡입 독성 시험에 대 한 효과적인 인지 확인 하는 프로토콜.
Abstract
전산된 유체 역학에 따라 수치 분석을 사용 하 여, 4 개의 다른 노출 농도와 코 전용 흡입 독성 챔버 설계 및 각 흐름 필드 균일성 및 노출 포트 중 교차 오염에 대 한 유효성 검사 농도입니다. 설계 흐름 필드 값은 가로 세로로 위치 노출 포트에서 측정된 된 값과 비교 됩니다. 이 목적을 위해 나노 염화 나트륨 입자 테스트 입자로 생성 하 고 각 농도 그룹에 대 한 챔버 중 교차 오염 및 농도 유지를 평가 하기 위해 흡입 약 실에 소개. 결과 디자인된 multiconcentration 흡입 챔버 동물 흡입 독성 농도 그룹 간의 교차 오염 없이 테스트에 사용할 수 있음을 나타냅니다. 또한, 설계 된 multiconcentration 흡입 독성 챔버 단일 농도 흡입 약 실에도 변환할 수 있습니다. 가스, 유기 증기, 또는 비 나노 입자 추가 테스트 다른 테스트 기사의 흡입 테스트 챔버를 사용 하 여를 확인 합니다.
Introduction
흡입 독성 시험 하는 것은 화학, 입자, 섬유, 나노 소재1,2,3의 위험을 평가 하기 위한 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다. 따라서, 대부분의 규제 기관 흡입 독성 화학 물질, 입자, 섬유, 그리고 나노 소재에 대 한 노출을 통해 흡입4,,56,7 때 테스트 데이터의 제출 요구 ,8. 현재, 흡입 독성 시스템의 두 가지 유형이 있다: 전신 및 코 전용 노출 시스템. 표준 흡입 독성 테스트 시스템, 전신 또는 코 전용 노출 쥐와 4 개의 다른 농도, 즉 신선한 공기 제어 및 낮은, 중간, 그리고 높은 농도7 쥐 같은 동물을 적어도 4 개의 챔버를 필요 , 8. 경제 협력 및 개발 기구 (OECD) 테스트 지침 제안 선택 된 대상 집중 대상 organ(s)의 식별 및 명확한 농도 응답7의 데모를 허용 해야 합니다에 대 한 조직 ,8. 높은 농도 수준 독성의 명확한 수준이 해야 하지만 사망률 또는 사망으로 이어질 수 있습니다 또는 결과7,8의 의미 있는 평가 방지 하는 영구적인 표시를 발생 하지. 최대 달성 수준 또는 높은 농도 연 무질의 입자 크기 분포 표준 회의 하는 동안 도달할 수 있습니다. 중간 농도 수준 낮고 높은 농도7,8의 사이 독성 효과의 그라디언트를 생산 하기 위해 간격을 한다. NOAEC (no-관찰–부작용 농도) 선호 것, 낮은 농도 수준 독성7,8의 거의 비슷하게 표시를 생산 한다. 전체-바디 챔버 코 전용 챔버 동물 밀폐 된 관에 절제 된 상태에서 노출 하는 동안 유선 장에 억제 상태에 있는 동물을 제공 합니다. 감 동물 주위 누설에 의해에 어로 졸의 손실을 방지합니다. 전체-바디 챔버의 높은 볼륨 때문에 많은 수를의 테스트 기사 코 전용 노출 시스템에서 튜브의 구속 동물 움직임을 방해 하 고 불편 또는 질 식 될 수 있습니다 동안 실험 동물에 노출 될 필요 합니다. 그럼에도 불구 하 고, 규제 OECD 흡입 독성 시험 지침 코 전용 흡입 시스템4,5,6,,78의 사용을 선호합니다.
그러나, 4-챔버 시스템, 전신 또는 코 전용 수용, 비싼, 공간 소모 하며 내장 공기 청소 및 순환 시스템. 또한, 4 챔버 시스템 또한 별도 테스트 문서 생성기 노출 원하는 농도 테스트 문서 농도 모니터링 하는 데 별도 측정 기구에 동물을 요구할 수 있습니다. 따라서, 표준 흡입 독성 시험 포함 하므로 중요 한 투자, 더 편리 하 고 경제적인 전신 또는 코 전용 노출 시스템 작은 연구 시설에서 사용 하기 위해 개발 해야 합니다. 전산 유체 역학 (CFD) 모델링은 또한 자주 입자, 달성 하는 데 사용 됩니다 가스, 또는 균일9,10,11,,1213 증기 흡입 챔버를 설계할 때 . 숫자 분석 평가 및 검증 실험 결과 이미 쥐10에 대 한 전신 노출 챔버에 대 한 수행 되었습니다. 예를 들어 공기 흐름 및 입자 궤적, CFD를 사용 하 여 모델링 되었습니다 그리고 입자 분포의 균일성 전신 챔버10의 9 부분에 측정 되었다. 또한, 코 전용 챔버 CFD13숫자 분석에 의해 평가 되었습니다. 그 후, 코 전용 노출 챔버에 대 한 평가 실험 연구 나노13를 사용 하 여 숫자 분석 결과 비교 하 여 수행 되었다.
이 연구는 코 전용 흡입 챔버 시스템을 하나의 약 실에 있는 4 개의 다른 농도에 실험 동물을 노출 수를 선물 한다. 처음 숫자 분석과 CFD를 사용 하 여 설계, 제안 된 시스템 다음 nanoscale 염화 나트륨 입자를 사용 하 여 균일성과 교차 오염을 확인 하는 실험 연구와 비교 됩니다. 여기에 제시 된 결과 소규모 학술 및 연구 시설에서 동물 노출 연구 동물 4 개의 다른 농도에 노출 될 수 있습니다 제시 코 전용 챔버를 사용할 수 있음을 나타냅니다. 숫자 분석 실험 설정으로 동일한 방식으로 다음과 같이 설정 됩니다. 단일 농도 노출에 대 한 내부 타워에 졸 흐름 48 L/min으로 설정 하 고 외부 타워 칼 흐름 20 L/min을 설정 됩니다. Multiconcentration 노출에 대 한 입력 내부 타워에 졸 흐름 각 단계에 대 한 11 L/분입니다. 콘센트 차동 압력 유지-100에는 부드러운을 유지 하기 위해 Pa 배기 흐름 및 누설을 방지 하기. 가정 동물 소유자 닫히고 비어.
Protocol
Representative Results
Discussion
흡입 독성 시험 현재 aerosolized 재료 (입자 및 섬유), 증기, 그리고 인간의 호흡 시스템14,15흡입 가스를 평가 하기 위한 좋은 방법입니다. 두 가지 흡입 노출 방법: 전신 및 코 전용. 그러나, 코 전용 시스템 noninhalation 노선, 눈, 피부 등으로 노출 최소화 하 고 OECD 흡입 독성 시험 가이드라인에서 권장 하는 기본 노출 메서드 테스트 문서의 최소한의 양으로 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 산업 기술 혁신 프로그램 (10052901), 높은 사용 가능한 접한 흡입 독성 테스트 시스템을 상거래를 통해 한국 평가 연구소의 산업 기술 한국으로의 개발에 의해 지원 되었다 사역의 무역, 산업 및 에너지입니다.
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 |
References
- Phalen, R. F., Phalen, R. F. Methods in Inhalation Toxicology. Inhalation Exposure Methods. , 69-84 (1997).
- Moss, O. R., James, R. A., Asgharian, B. Influence of exhaled air on inhalation exposure delivered through a directed-flow nose-only exposure system. Inhalation Toxicology. 18, 45-51 (2006).
- White, F. M. . Fluid Mechanics. , (2004).
- OECD TG 403. . OECD guideline of the testing of chemicals 403: Acute inhalation toxicity testing. , (2009).
- OECD TG 436. . OECD guideline of the testing of chemicals 436: Acute inhalation toxicity – Acute Toxic Class Method. , (2009).
- OECD GD 39. . Series on testing and assessment Number 39: Guidance document on acute Inhalation toxicity testing. , (2009).
- OECD TG 412. . OECD guideline of the testing of chemicals 412: Subacute inhalation toxicity testing. , (2018).
- OECD TG 413. . OECD guideline of the testing of chemicals 413: Subchronic inhalation toxicity testing. , (2018).
- Cannon, W. C., Blanton, E. F., McDonald, K. E. The flow-past chamber: an improved nose-only exposure system for rodents. American Industrial Hygiene Association Journal. 44, 923-928 (1983).
- Oldham, M. J., Phalen, R. F., Robinson, R. J., Kleinman, M. T. Performance of a portable whole-body mouse exposure system. Inhalation Toxicology. 16, 657-662 (2004).
- Oldham, M. J., Phalen, R. F., Budiman, T. Comparison of Predicted and Experimentally Measured Aerosol Deposition Efficiency in BALB/C Mice in a New Nose-Only Exposure System. Aerosol Science and Technology. 43, 970-997 (2009).
- Tuttle, R. S., Sosna, W. A., Daniels, D. E., Hamilton, S. B., Lednicky, J. A. Design, assembly, and validation of a nose-only inhalation exposure system for studies of aerosolized viable influenza H5N1virus in ferrets. Virology Journal. 7, 135 (2010).
- Jeon, K., Yu, I. J., Ahn, K. Evaluation of newly developed nose-only inhalation exposure chamber for nanoparticles. Inhalation Toxicology. 24 (9), 550-556 (2012).
- Ji, J. H., et al. Twenty-Eight-Day Inhalation Toxicity Study of Silver Nanoparticles in Sprague-Dawley Rats. Inhalation Toxicology. 19, 857-871 (2007).
- Ostraat, M. L., Swain, K. A., Krajewski, J. J. SiO2 Aerosol Nanoparticle Reactor for Occupational Health and Safety Studies. Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 5, 390-398 (2008).
- Pauluhn, J., Thiel, A. A simple approach to validation of directed-flow nose-only inhalation chambers. Journal of Applied Toxicology. 27, 160-167 (2007).
