Personlig prøvetaking med i vitro teknikker kan gi omfattende informasjon om biologiske effekter av aerosoler på arbeidsplassen. ¹ for forurensninger i luften inkluderer eksponeringer til kjemiske, til luft utvalgene, under neddykket forhold hvor gassen er introdusert til celle suspensjon, intermitterende eksponeringer med en enhet som en rocker, eller direkte eksponeringer i luft-flytende grensesnittet (ALI). ² mange av disse teknikkene utføres med celler dyrket i suspensjon eller innsamling av prøver før eksponering, hvorav hver kan påvirke toksikologiske studien på grunn av mulige endringer i aerosoler. ³ for å unngå disse endringene, laboratoriet kan bli brakt til feltet bruker flere i vitro ALI kultur eksponering systemer som brukes i litteratur,^{4,5,6,7, 8,},^9,,^10,,^11,,^12,,¹³ men få er kommersielt tilgjengelig. ^{8 , 9 , 12} disse systemene er ofte store, spesielt når inkludert instrumenter å regulere temperatur og fuktighet av mobilnettet miljø og flyt av prøven aerosoler. Ved hjelp av PIVEC, kan aerosol eksponeringer utføres utenfor en tradisjonell lab innstilling eller i sonen puste mens mimicking innånding forhold.

Fastsettelse av aerosol avsettelse i vitro er viktig å undersøke helseeffekter på grunn av innånding. Sonen puste området innenfor 30 cm fra munn og nese,¹⁴ er avgjørende for å forstå eksponering nanopartikler og for å koble til biologiske effekter i lungene. ² ofte avsetning på celler er definert som en avsetning effektivitet, partikler avsatt på og tatt opp av cellene delt partikler administrert til systemet^6,15 eller på masse basis av samme beløpene. ^{4 , 16} gjeldende metoder for måling aerosoler i sonen puste er filter basert, fange partikler over en gitt samplingsperiode og bruke filtre til å gjennomføre ytterligere testing. ¹⁷ personlig overvåking krever et lite system som følger med bakdelen av færre prøver.

Det er mange metoder å avgjøre helseeffekter fra eksponering for aerosol. ALI modellen gir aerosoler gis direkte til cellene til luften som en ekte eksponering scenario, men det er mer kostnadseffektiv og mindre tid intensive enn i vivo studier samtidig mimicking luft-flytende barrierer som øynene, huden og lungene. Lungekreft cellene vokst på ALI har muligheten til å generere en polarisert barriere lag,^18,19 som produserer fysiologiske trekk som ligner i vivo lunge epitel, inkludert mucus og surfactant produksjon i spesifikke bronkial eller alveolar cellelinjer, flimmerhårene slo,¹⁹ stramt veikryss,^19,20 og celle polarisering. ¹⁸ endre som dette kan påvirke den cellulær responsen målt i toksisitet studier. ²¹ i tillegg ALI i vitro modell resultater er ofte mer følsom enn celler utsatt via hjuloppheng modeller²² og er i stand til modell akutt i vivo innånding toksisitet. ^{23 , 24} derfor, en ALI eksponering system som kan utføre målinger i sonen puste er en naturlig neste steg.

Ved å utsette cellene aerosol direkte på kilden til utslipp, oppstår undersøkelse av effekten av alle gasser, semi flyktige forbindelser og partikler i blandingen. Når blandingen samles på et filter, gasser og flyktige forbindelser er ikke tatt, og hele blandingen kan ikke undersøkes. I tillegg kan rekonstituering partikler i et pulver eller en flytende suspensjon føre til samling eller partikkel-fluid interaksjoner, for eksempel oppløsningen, i flytende suspensjon. ^{25 , 26} når aerosol partikler legges til væske, det er en høyere potensial for agglomeration,^25,27 dannelsen av protein corona,²⁸ eller interaksjon med forbindelser i væsken, noe som kan påvirke avsettelse og påvirke de biologiske responsen. ^{29 , 30}

Eksponering på ALI er basert på tre viktigste aerosol profiler, Sky bosetting, parallelle flyt og vinkelrett flyt. Sky bosetting, brukes av luft-flytende grensesnitt celle eksponering (ALICE),⁴ er en batch-systemet der partikler innskudd gjennom gravitasjons og diffusional bosetting som aerosoler behandles som én enhet. Parallell flyt, brukes av elektrostatisk Aerosol i vitro eksponering systemet (TAKSKJEGGET)⁵ og flerkulturalitet eksponering kammer (MEC) II,⁶ kan til deponi gjennom tillegg av Brownsk bevegelse gjennom flyt profilen. Vinkelrett flyt, brukes av en microsprayer,⁷ Nano forstøverkammeret for In Vitro toksisitet (NACIVT),¹¹ og kommersielle ALI systemer^8,9,10,12, legger impaction av partikler i regionen deponering. Mange av disse eksponering systemer er stor og klumpete, krever overflødig systemer for aerosol pre condition, pumper for strømmen, eller selv oppvarming kamre for inkubering av celler. Denne størrelsen reduseres portabilitet av systemet. I stedet for prøvetaking direkte på kilden til utslipp har disse systemene ofte prøver brakt til lab eller modell aerosoler generert for analyse. Kompleksiteten av slippes ut aerosoler kan gå tapt i oversettelse fra feltet til laboratoriet. PIVEC er mindre enn gjeldende systemer, med en ekstern areal på ca 460 cm² og veie bare 60 gram, termisk og fuktighet kontroll innlemmet i systemet muliggjør en svært bærbar enhet. Redusert størrelse og vekt tillater systemet å bli slitt eller tatt til kilden for eksponering, tillater direkte prøvetaking.

Den store størrelsen på gjeldende eksponering systemer reduserer også muligheten til å utføre prøvetaking for å undersøke romlige graderinger i konsentrasjoner. Denne løsningen er nøkkelen når toksikologiske effekten av mange potensielle miljømessige og yrkesmessig farer som vehicular eksos partikler saken eller arbeidsplass aktiviteter hvor aerosolization forekommer. Umiddelbart etter utslipp, blir det en romlig varians i partikkel konsentrasjon. Dette vokser med tid som partikler spre seg i hele atmosfæren og disse effektene kan endre basert på forholdene, som temperatur, trykk, vind og sol. Partikler kan begynne å alder og oksidere også når slippes ut^31,32 og spredningen priser påvirkes av topografi; høyere konsentrasjoner vil bli funnet i daler og tunneler, der spredning effekten er redusert, og lave konsentrasjoner finnes der det er et stort område for spredning. ³³ disse endringene i spredningen priser kan ha betydelig effekt på menneskers helse og kan ses når sammenlignende mange astmatisk voksne bor i urbane versus i landlige omgivelser. ³⁴ mange eksponering systemer gir flere eksempler på en gang, flere systemer er nødvendig med en overflod av store utstyr å utføre romlig oppløsning.

Ved å bringe laboratoriet til feltet, kan tidspunktet for analysen reduseres ved å bruke hele cellen som en sensor. Følgende kjente biologiske mekanismer og endepunkt kan hjelpe i fastsettelse av aerosol sammensetning og størrelse. På grunn av treg klaring metoder, inkludert mucociliary klaring og fagocytose translokasjon, er disse partiklene ofte samspill med celler i ca dager til uker³ generere oksidativt stress, betennelser og selv celledød. Disse biologiske endepunkt kan være utgangspunkt for negative resultatet trasé for hjerte-og karsykdommer eller kroniske hindrende lunge sykdom. I tillegg utført Wiemenn et al. en rekke i vitro analyser sammenligne med litteratur verdier for kort sikt i vivo innånding toksisitet. ³⁵ I vivo svar ble spådd med to av fire positive resultater fra testing cytotoksisitet via laktat dehydrogenase utgivelse, oksidativt stress fra glutation reduksjon og hydrogenperoksid dannelse og utgivelsen og betennelser potensielle fra tumor nekrose faktor alpha genet. Ut av ti nanosized-metalloksider testet, seks testet som aktiv (Titan oksid, sink oksid og fire ulike cerium-oksid) bruke eksponeringer i vitro med bekreftelse i vivo. 

For å studere virkningene av aerosoler i yrkesmessig omgivelser, utviklet vår lab PIVEC for eksponeringer i-feltet. I tillegg til PIVEC kan brukes for personlig prøvetaking overvåke og undersøke innånding som de 37 mm filter kassett³⁶ eller flere systemer kan brukes til å oppnå romlig oppløsning innen et gitt område. I denne protokollen drøftes karakterisering og bruk av PIVEC. Etter eksponering, er biologiske effekter observert gjennom cytotoksisitet analyser.