Nanoparticules corps entier des expositions par inhalation d'aérosols
Summary
Une installation de l'exposition par inhalation d'aérosols de nanoparticules corps entier a été construit pour le dioxyde de titane nanométrique (TiO<sub> 2</sub>) Les études de toxicologie de l'inhalation. Ce système permet de nano-TiO<sub> 2</sub> Atmosphères d'essai d'aérosols qui ont: 1) une concentration stable de masse; 2) une composition homogène exempt de contaminants, et 3) une distribution de taille des particules stables lors de la génération d'aérosols.
Abstract
L'inhalation est la voie d'exposition la plus probable pour les personnes travaillant avec aérosolisable conçu nano-matériaux (ENM). Pour effectuer correctement nanoparticules études de toxicologie d'inhalation, les aérosols dans un boîtier de chambre les animaux de laboratoire doivent avoir: 1) une concentration constante maintenue à un niveau désiré pendant toute la période d'exposition, 2) une composition homogène exempt de contaminants, et 3) une étable distribution granulométrique avec un diamètre moyen géométrique de <200 nm et un écart-type géométrique σ g <2,5 5. La production d'aérosols contenant des nanoparticules est assez difficile parce que les nanoparticules facilement s'agglomérer. Ceci est largement dû à des forces entre les particules très forts et la formation des grandes structures fractales dans des dizaines ou des centaines de microns de diamètre 6, qui sont difficiles à casser. Plusieurs générateurs d'aérosols communs, y compris les nébuliseurs, lits fluidisés, aspirateurs Venturi et l'alimentation de la poussière Wright, nousre testé, mais aucun n'a été en mesure de produire des aérosols de nanoparticules qui satisfont à tous les critères 5.
Un système d'exposition par inhalation d'aérosols de nanoparticules corps entier a été fabriqué, validée et utilisée pour nano-TiO2 études de toxicologie de l'inhalation. Les composantes essentielles: 1) roman nano-TiO2 générateur d'aérosol; 2) 0,5 m 3 corps entier chambre de l'exposition par inhalation, et 3) de surveiller et de contrôle. Nano-TiO 2 aérosols produits à partir de vrac sec nano-TiO 2 poudres (diamètre primaire de 21 nm, la densité apparente de 3,8 g / cm 3) ont été remis dans la chambre d'exposition à un débit de 90 LPM (10,8 changements d'air / heure) . la distribution et la masse taille profils de concentration de particules ont été mesurées en continu avec une mobilité numérisation particules (SMPS), et un impacteur basse pression électrique (ELPI). La concentration massique des aérosols (C) a été vérifiée par gravimétrie (mg / m 3). La masse (M) Des particules recueillies a été déterminée comme M = (M-M après pré), où M et M pré poste sont masses du filtre avant et après l'échantillonnage (mg). La concentration de la masse a été calculée comme C = M / (Q * t), où Q est l'échantillonnage de débit (m 3 / min), et t est le temps d'échantillonnage (minute). La pression de la chambre, la température, l'humidité relative (HR), O 2 et concentrations de CO 2 ont été surveillés et contrôlés en permanence. Nano-TiO 2 aérosols collectés sur des filtres Nuclepore ont été analysés avec un microscope électronique à balayage (MEB) et de dispersion des rayons X (EDX) analyse énergétique.
En résumé, nous déclarons que les aérosols nano-particules produite et livrée à notre chambre d'exposition ont: 1) la concentration de masse constante; 2) composition homogène exempt de contaminants; 3) les distributions de taille des particules stables avec un aerody décompte médianmique diamètre de 157 nm lors de la génération d'aérosols. Ce système crée fiable et répétée atmosphères d'essais qui simulent, l'exposition aux aérosols de l'ENM environnementales ou domestiques professionnelles.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous avons rassemblé et décrit ici dans un système d'exposition du corps entier nanoparticules aérosol inhalation. La fonctionnalité du système a été validé avec des techniques de caractérisation des aérosols nanoparticules state-of-the-art. Avec un système de génération d'aérosol de nanoparticules selon l'invention, ce système d'exposition par inhalation peut fournir une atmosphère d'essai bien caractérisé, contrôlée et uniforme de nanoparticules d'aérosol avec une tempéra…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Liste des accusés de réception et les sources de financement.
NIH-ES015022 et ES018274 (TRN)
Accord de coopération NSF-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).
