培養技術を使用して個人のサンプリングは、職場におけるエアロゾルの生物学的影響に関する包括的な情報を提供できます。¹空気中の汚染物質への暴露は、ガスが導入される、細胞懸濁液に、断続的な露出や直接、ロッカーなどのデバイスを使用して湛水条件下で、収集された大気サンプル自体は、化学物質への曝露気液界面 (アリ) で露出。²これらのテクニックの多くは細胞懸濁液やエアロゾルの潜在的な変化のための毒性学的研究に影響を与えることができますそれぞれの露出の前にサンプルのコレクションで栽培されます。³これらの変更を避けるためには、研究室がもたらされることいくつかの in vitroを使用してフィールド^{4,5,6,7、文献で使用されているアリ文化露光装置 8,9,10、11,12,13}しかし、いくつか市販されています。^8,9,12これらのシステムは、かさばる、特に温度とサンプル エアロゾルの流量と細胞の環境の湿度を調整する機器を含みます。PIVEC を用いたエアロゾルのエクスポー ジャーまたは実行できます伝統的な実験室の設定の外呼吸ゾーン内吸入条件を真似しながら。

エアロゾル沈着体外の定量は、吸入による健康への影響の調査が重要です。呼吸ゾーン口と鼻、¹⁴から 30 cm 以内のエリアはナノ粒子への暴露を理解し、肺での生体影響にリンクするために重要です。²多くの場合、細胞に沈着として定義されます堆積効率粒子上に堆積され、管理システム^6,15または同じ金額の単位質量の粒子によって分けられる細胞によってとら。^4,16現在の呼吸域におけるエアロゾルの測定方法、フィルターに基づいて、特定のサンプリング期間中の粒子をキャプチャおよびフィルターを使用してさらにテストを実施します。¹⁷個人的に監視少ないサンプルのトレードオフに付属している小さなシステムが必要です。

エアロゾルへの曝露の健康影響を判断する方法は多数あります。アリ モデルでエアロゾルの本当の露出のシナリオのように空気を通って細胞に直接投与することは、まだ費用効率が高いと体内のより少ない時間がかかるが、目など空気液体障壁を真似しながら研究皮膚と肺。アリで成長して肺細胞体内の肺上皮、特定の粘液と界面活性剤の生産を含むのような生理学的な特性を作り出す^18,19偏光バリア層を生成する能力があります。気管支や肺胞の細胞ライン、繊毛の鼓動、¹⁹タイトジャンクショ^19,20とセルの分極。¹⁸は、毒性試験で測定される細胞の応答に影響を与えることができますこれらのように変更します。²¹また、アリの in vitroモデルの結果は細胞よりも多くの敏感なサスペンション モデル²²を介して公開され、モデル体内急性吸入毒性に.^23,24したがって、呼吸ゾーン内で測定を実行することができるアリ露出システムは自然な次のステップです。

エアロゾル放出源に直接細胞を公開すると、すべてのガス、半揮発性化合物や混合物に関与する粒子の効果の調査が行われます。フィルターで収集された混合物は、ガスや揮発性の化合物はキャプチャされず、全体の混合物を調査することはできません。さらに、粉末または液体の懸濁液の粒子の再構成は、集計または液体懸濁液に、解散などの粒子・流体系の相互作用につながります。^25,26エアロゾル粒子を液体に追加すると、そこが集積、^25,27形成タンパク質コロナ、²⁸や沈着に影響を与えることができる液体の化合物との相互作用の可能性が高いと生物学的反応に影響を与えます。^29,30

アリでの露出は、3 主なエアロゾル プロファイルがあり、クラウド整定時間、パラレル フロー、および垂直フローに基づいています。雲のセトリング、空気液体インターフェイス セル露出 (アリス) でを使用、⁴はバッチ システム粒子が重力とエアロゾルは 1 つのユニットとして扱われます、沈降拡散を介して入金します。平行流、静電エアロゾル体外露出システム (庇)⁵および多文化露出商工会議所 (MEC) II、によって使用される⁶流速分布をブラウン運動の追加により成膜が可能です。垂直フロー、microsprayer、⁷ナノ エアロゾル室体外毒性 (NACIVT)、¹¹商業アリ システム^8,9,10,12、によって使用される追加の宿便成膜領域内の粒子。これらの露出システムの多くは、大きくてかさばる、エアロゾル中古エアコン、流れ、ポンプまたは細胞の培養のための部屋を熱するため余分なシステムを必要とします。この大型システムの移植性が低下します。放出源に直接サンプリングではなくこれらのシステムはしばしば解析用に生成されたラボ環境またはモデルのエアロゾルを連れてサンプルを持っています。放出エアロゾルの複雑さは、フィールドから実験室への変換で失われる可能性が。PIVEC は約 460 cm²の表面積を持つ、現在のシステムよりも小さく、移植性の高いデバイスを可能にするシステムに組み込むわずか 60 グラム、熱と湿度制御の重量を量るします。減少のサイズと重量はシステムの着用や露出、ダイレクト サンプリングの許可の元に撮影を許可します。

現在の露光装置の大きさも濃度の空間勾配を調査するためのサンプリングを実行する能力を減少します。この解像度は、キー多くの潜在的な環境と自動車排気粒子状物質や職場活動などの労働災害の毒性学的効果を決定するエアロゾル化が発生します。すぐに後排出粒子濃度の空間的差異になります。これは時間とともに増加粒子が大気中に分散し、これらの効果を変更することができます周囲条件は、温度、圧力、風、太陽などに基づく。年齢し、同様一度放出^31,32を酸化して、粒子と分散率を受けます; 地形峡谷、トンネル、分散効果は減速、低濃度を見つけることができますで発見される高濃度分散の大きい区域があります。³³分散率のこれらの変更は人間の健康に重大な影響を持つことができます、都市対農村部の設定に住んでいる喘息の大人の数を比較するとき見ることができます。³⁴多く露出システムは、複数のサンプルを一度に提供、複数のシステムが空間分解能を実行するための大型装置の豊富な必要です。

フィールドに演習をさせて、センサーとして全体のセルを使用して、分析の時間を減らすことが。既知の生物学的メカニズムとエンドポイントを次エアロゾル組成とサイズの決定で助けることができます。遅いクリアランス メソッド、粘液線毛クリアランス、貪食能、転流などのため、約生成する酸化ストレス、炎症および細胞死も週³日間は、これらの粒子は細胞と対話頻繁。これらの生物学的エンドポイントは、心血管疾患または慢性閉塞性肺疾患のための不利な結果経路の開始点にすることができます。また、Wiemennらは、短期的体内吸入毒性の文献値と比較する生体外の試金の配列を実行しました。³⁵生体内の反応は、乳酸脱水素酵素リリース、グルタチオン還元と水素過酸化物形成とリリースから潜在的な炎症と酸化ストレスによる細胞毒性をテストから 4 つの肯定的な結果の 2 つの予測されました。腫瘍壊死因子アルファ遺伝子。10 ナノ金属酸化物テストからテスト 6 アクティブ (酸化チタン、酸化亜鉛、4 つの異なるセリウム)生体内で確認エクスポー ジャーの培養を用いたします。 

職業環境におけるエアロゾルの効果を研究するためには、私たちの研究室は、フィールドにおけるエクスポー ジャーについて PIVEC を開発しました。さらに、監視し 37 mm フィルター カセット³⁶のような吸入暴露を調べる個人サンプリングのため、PIVEC を着用することができます。 または指定された領域内の空間分解能を達成するために複数のシステムを使用できます。このプロトコルでは、特性と、PIVEC の使用を説明します。暴露後生物学的効果は, 細胞毒性の試金を観察します。