Desarrollo de una cámara de prueba de toxicidad de inhalación sólo nariz que proporciona cuatro concentraciones de la exposición de partículas de tamaño nanométrico
Summary
Una cámara de toxicidad de inhalación sólo nariz capaz de probar la toxicidad de la inhalación a concentraciones de exposición diferentes cuatro fue diseñada y validada para la uniformidad del campo de flujo y la contaminación cruzada entre los puertos de exposición para cada concentración. Aquí, presentamos un protocolo para confirmar que la cámara diseñada es eficaz para las pruebas de toxicidad de inhalación.
Abstract
Mediante un análisis numérico basado en dinámica de fluidos automatizada, una cámara de inhalación sólo nariz toxicidad con cuatro concentraciones diferentes de exposición está diseñada y validada para la uniformidad del campo de flujo y la contaminación cruzada entre los puertos de exposición para cada uno concentración. Los valores de campo de flujo diseñado se comparan con los valores medidos de la exposición puertos situados horizontalmente y verticalmente. Para ello, nanoescala partículas de cloruro de sodio se generan como partículas de prueba y se presentó a la cámara de inhalación para evaluar la contaminación y concentración de mantenimiento entre las cámaras, para cada grupo de concentración. Los resultados indican que la cámara de inhalación multiconcentration diseñado puede ser utilizada en animales inhalación Toxicidad sin contaminación cruzada entre los grupos de concentración. Por otra parte, también se puede convertir la cámara de la toxicidad de inhalación multiconcentration diseñado a una cámara de inhalación única concentración. Pruebas adicionales con gas, vapores orgánicos y partículas de nanoescala no garantizará el uso de la cámara en la prueba de inhalación de otros artículos de la prueba.
Introduction
Ensayos de toxicidad de inhalación son el método más fiable para evaluar los riesgos de agentes químicos, partículas, fibras y nanomateriales1,2,3. Así, más agencias reguladoras requieren la presentación de la toxicidad de inhalación de ensayo los datos cuando la exposición a productos químicos, partículas, fibras y nanomateriales es a través de la inhalación de4,5,6,7 ,8. Actualmente, existen dos tipos de sistemas de inhalación Toxicidad: sistemas de exposición de cuerpo entero y sólo por la nariz. Un sistema de prueba toxicidad de inhalación estándar, cuerpo entero o sólo de nariz, requiere al menos cuatro cámaras para exponer animales como ratas y ratones a cuatro diferentes concentraciones, a saber, control de aire y concentraciones baja, moderada y alta7 , 8. la organización para la cooperación económica y desarrollo (OCDE) prueba las guías sugieren que la concentración objetivo seleccionado debe permitir la identificación de lo órgano de destino y demostración de una respuesta de concentración clara7 ,8. El nivel de concentración alto debe resultar en un claro nivel de toxicidad pero no causan mortalidad o signos persistentes que podrían conducir a la muerte o evitar una evaluación significativa de los resultados7,8. La concentración máxima de nivel o de alta alcanzable de los aerosoles puede llegar cumpliendo con el estándar de distribución de tamaño de partícula. Los niveles de concentración moderada deben ser espaciados para producir una gradación de efectos tóxicos entre eso de las7,bajas y altas concentraciones del8. El nivel de concentración baja, que preferiblemente sea un NOAEC (concentración sin efecto adverso observado), debe producir poco o ningún signo de toxicidad7,8. La cámara de cuerpo entero expone animales en estado libre en jaulas por cable, mientras que la cámara sólo nariz expone un animal en una condición contenida en el tubo cerrado. El sistema de seguridad previene la pérdida de aerosol por fugas alrededor del animal. Debido al alto volumen de la cámara de todo el cuerpo, requiere una gran cantidad de artículos de prueba expuestos a animales de experimentación, mientras que el alojamiento del tubo en el sistema de exposición sólo nariz dificulta el movimiento animal y puede causar molestias o asfixia. Sin embargo, regulador inhalación Toxicidad prueba directrices de la OCDE prefieren el uso de la inhalación sólo nariz sistemas4,5,6,7,8.
Sin embargo, con capacidad para un sistema de cuatro cámaras, cuerpo entero o sólo por la nariz, es caro, consumo de espacio y requiere de un sistema de limpieza y circulación de aire incorporado. Además, un sistema de cuatro cámaras puede requerir también generadores de artículo de prueba independiente para exponer animales a las concentraciones deseadas y un aparato de medida independiente para monitorear las concentraciones de prueba artículo. Por lo tanto, desde ensayos de toxicidad de inhalación estándar implica una inversión importante, un sistema de exposición cuerpo entero o sólo de nariz más conveniente y económico necesita ser desarrollada para su uso en instalaciones de investigación pequeño. Al diseñar una cámara de inhalación, de fluido computacional, modelado de la dinámica (CFD) se utiliza también con frecuencia para lograr partículas, gas o vapor uniformidad9,10,11,12,13 . Evaluación por análisis numérico y validación de resultados experimentales ya se ha realizado para la sala de exposición de cuerpo entero para ratones10. Por ejemplo, la trayectoria de la partícula y el flujo de aire han sido modeladas mediante CFD, y la uniformidad de distribución de partícula ha sido medida en nueve partes de la cámara de cuerpo entero10. Además, la cámara sólo de nariz ha sido evaluada por análisis numérico por CFD13. Después de eso, evaluación para la sala de exposición sólo nariz se realizó mediante la comparación de los resultados de análisis numérico con un estudio experimental usando nanopartículas13.
Este estudio presenta un sistema de cámaras de inhalación sólo nariz que puede exponer a animales de experimentación a cuatro diferentes concentraciones en una sola cámara. El sistema propuesto inicialmente diseñado usando CFD y análisis numérico, se compara con un estudio experimental usando partículas de cloruro de sodio a nanoescala para validar la uniformidad y la contaminación cruzada. Los resultados presentados aquí indican que la cámara sólo nariz presentada que puede exponer a animales a cuatro diferentes concentraciones se puede utilizar para los estudios de exposición de animales en pequeña escala académica y centros de investigación. El análisis numérico se establece como sigue, en la misma forma que la configuración del experimento. Exposición a concentración simple, el flujo de aerosol a la torre interior está situado a 48 L/min y el flujo de envoltura hacia la torre exterior se establece en 20 L/min. Exposición a multiconcentration, el flujo de aerosol a la torre interior de entrada es 11 L/min para cada etapa. La presión diferencial de salida se mantiene a -100 Pa mantener un suave flujo de escape y evitar fugas. Asumen los titulares de animales están cerrados y vacían.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ensayos de toxicidad de inhalación es actualmente el mejor método para evaluar materiales aerosol (partículas y fibras), vapores y gases inhalados por el sistema respiratorio humano14,15. Existen dos métodos de exposición Inhalación: todo el cuerpo y la nariz solamente. Sin embargo, un sistema sólo nariz minimiza la exposición rutas de noninhalation, como la piel y los ojos y permite probar con cantidades mínimas del artículo de prueba, lo que es el mé…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por la tecnología de innovación programa Industrial (10052901), desarrollo de nanomateriales altamente usable inhalación Toxicidad sistema de prueba en el comercio, a través de la Corea evaluación Instituto de tecnología Industrial por el Coreano Ministerio de comercio, industria y energía.
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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