Личные выборки с использованием методов в пробирке может предоставить всеобъемлющую информацию о биологических эффектов аэрозолей на рабочем месте. ¹ воздействия загрязнителей в воздухе включают воздействия химических, собранных воздуха пробы, в подводных условиях, где газ вводится в суспензии клеток, прерывистый воздействия, с помощью устройства, такие как рокер, или прямой воздействия на интерфейсе воздуха жидкость (Али). ² многие из этих методов выполняются с клетками, выращенных в подвеска или коллекции образцов до воздействия, каждый из которых может повлиять на токсикологические исследования из-за возможных изменений в аэрозоль. ³ чтобы избежать этих изменений, лаборатории могут быть доведены до поля, используя несколько в vitro Али культуры воздействия систем, которые используются в литературе,^{,4,5,6,7 8,9,10,11,12,13} однако, лишь немногие являются коммерчески доступными. ^{8 , 9 , 12} эти системы часто громоздки, особенно когда включая инструменты для регулирования температуры и влажности клеточной среды и скорость потока аэрозоля образца. С помощью PIVEC, воздействия аэрозолей может выполняться за пределами традиционных лабораторных условиях или в зоне дыхания во время имитируя условий ингаляции.

Определение аэрозольного осаждения в vitro имеет важное значение для расследования последствий для здоровья вследствие вдыхания. В зоне дыхания, район, в пределах 30 см от рот и нос,¹⁴ решающее значение для понимания воздействия наночастиц и увязки биологических эффектов в легких. ² часто, осаждения на клетки определяется как эффективности осаждения частиц на и принятые клеток, разделенных частицы, управляемые системы^6,15 или на массовой основе те же суммы. ^{4 , 16} текущие методы для измерения аэрозолей в зоне дыхания являются фильтр на основе, захват частиц в течение заданного выборки и использования фильтров для проведения дальнейших испытаний. ¹⁷ персонального мониторинга требует небольшой системы, которая поставляется с платой меньшее количество образцов.

Существует много подходов для определения воздействия на здоровье от воздействия аэрозоля. Али модель позволяет для аэрозолей под управлением непосредственно к клеткам через воздух как реального воздействием сценарий, но это более экономически эффективным и меньше времени, интенсивные чем в vivo исследований во время имитируя воздуха жидкость барьеры, такие как глаза, кожи и легких. Клетки легких, выращенных на Али имеют способность генерировать поляризованные барьерного слоя,^18,19 , которая производит физиологические черты, которые напоминают в естественных условиях легких эпителия, включая производство слизи и ПАВ в конкретных бронхов или альвеолярного клеточных линий, реснички, избиение,¹⁹ плотные соединения,^19,20 и ячейки поляризации. ¹⁸ изменения, такие, как они могут повлиять на клеточный ответ, измеряется в исследованиях токсичности. ²¹ Кроме того, Али в vitro модели результаты часто более чувствительны, чем клетки подвергаются через подвеска модели²² и состоянии модель острой в vivo ингаляционной токсичности. ^{23 , 24} Итак, Али воздействия системы, которая способна выполнять измерения в зоне дыхания является естественный следующий шаг.

Предоставляя клетки аэрозоля непосредственно у источника выбросов, исследование эффектов всех газов, полулетучих соединений и частиц, участвующих в смеси происходит. Когда смесь собираются в фильтра, газов и летучих соединений не захватываются и смеси в целом не могут быть расследованы. Кроме того растворение частиц в порошок или жидкое подвеска может привести к агрегации или частицы жидкости взаимодействиями, такими как растворение, в жидкой суспензии. ^{25 , 26} когда аэрозольные частицы добавляются к жидкости, есть высокий потенциал для агломерации,^25,27 формирования белков Корона,²⁸ или взаимодействия с соединениями в жидкости, которая может повлиять на осаждения и влияние биологической реакции. ^{29 , 30}

Воздействия на Али основана на трех основных аэрозоля профили, Облако усадки, параллельных потока и потока перпендикулярно. Облако, оседая, используется интерфейс воздействия воздуха-жидкость по клеток (Алиса),⁴ является пакетной системы, где частицы депозит с помощью гравитационного и диффузионных урегулирования как аэрозоль рассматривается как единое целое. Параллельных потока, используется электростатический аэрозоля в vitro воздействия системы (КАРНИЗ)⁵ и многообразия экспозиции камеры (MEC) II,⁶ позволяет для осаждения путем добавления броуновского движения через профиля потока. Перпендикулярно потока, используется microsprayer,⁷ Nano аэрозольной камеры для In-Vitro токсичности (NACIVT),¹¹ и коммерческих Али систем^8,9,10,12, добавляет сдавление из частицы в регионе осаждения. Многие из этих систем экспозиции, большие и громоздкие, требуя избыточных систем для аэрозольных предварительного кондиционирования, насосы для потока, или даже нагрева камеры для инкубации клеток. Этот большой размер уменьшается переносимости системы. Вместо выборки непосредственно у источника выбросов, эти системы часто имеют образцы принесли в лаборатории или модели аэрозолей, созданный для анализа. Сложность выбросов аэрозолей могут быть потеряны в переводе из поля в лабораторию. PIVEC меньше, чем нынешние системы, с внешней поверхности площадью приблизительно 460 см² и весом всего 60 грамм, с тепловлажностной управления включены в систему, позволяя для высоко портативного устройства. Уменьшение размера и веса позволяют системе изношены или принятых на источник облучения, позволяя прямой выборки.

Большой размер текущего воздействия систем также снижает способность выполнять выборки для изучения пространственных градиентов концентраций. Эта резолюция является ключевым при определении токсикологическое воздействие многих потенциальных экологических и профессиональных рисков например автомобильных выхлопных твердых частиц или на рабочем месте деятельности где аэрозолизации происходит. Сразу же после выбросов, там становится пространственной дисперсии в концентрации частиц. Это растет с течением времени, как частицы рассеивают всей атмосферы, и эти эффекты можно изменить на основании условий окружающей среды, таких как температура, давление, ветра и солнца. Частицы могут начать возраст и окисляются также раз выпущенного^31,32 и разгон тарифы зависят от рельефа; более высокие концентрации будут найдены в каньоны и туннелей, где замедлился дисперсии эффекты, и более низкой концентрации можно найти там, где есть большой площади для распыления. ³³ эти изменения ставок дисперсии могут иметь существенное воздействие на здоровье человека и можно видеть при сравнении количество астматических взрослых, живущих в городских и в сельских условиях. ³⁴ в то время как многие воздействия системы обеспечивают сразу несколько образцов, несколько систем необходимы с обилием крупных оборудования для выполнения пространственного разрешения.

Собрав в лабораторию к полю, время анализа может быть уменьшена с помощью клеточных как датчик. После известных биологических механизмов и конечные точки могут помочь в определении состава аэрозолей и размер. Из-за медленного оформления методов, включая мукоцилиарный клиренс, фагоцитоз и транслокации эти частицы часто взаимодействуют с клеток примерно дней недели³ генерации оксидативного стресса, воспаления и даже смерти клетки. Эти биологические конечные точки могут быть отправной точкой для пути неблагоприятного исхода для сердечно-сосудистых заболеваний или хроническая обструктивная болезнь легких. Кроме того Wiemenn et al. выполнена массив в vitro анализов для сравнения с литературными значениями для краткосрочной перспективе в vivo ингаляционной токсичности. ³⁵ В естественных условиях реакция была предсказана с двумя из четырех положительные результаты тестирования цитотоксичность через лактатдегидрогеназа релиз, оксидативный стресс от глутатион сокращения и перекись водорода формирования и выпуска и воспаление потенциал фактор некроза опухоли альфа-ген. Из десяти наноразмерные оксиды металлов испытания, 6 протестированы как активный (оксид титана, оксид цинка и четыре разных церия оксид) с помощью облучения в пробирке с подтверждением в естественных условиях. 

С целью изучения воздействия аэрозолей в профессиональной обстановке, наша лаборатория разработала PIVEC для воздействия на местах. Кроме того PIVEC можно носить для личного отбора проб для мониторинга и расследования вдыхания как Кассетный фильтр 37 мм³⁶ или несколько систем может использоваться для достижения пространственное разрешение в пределах данной области. В этом протоколе обсуждается характеристика и использование PIVEC. После облучения биологические эффекты наблюдаются через цитотоксичность анализов.