Dört pozlama konsantrasyonları parçacıkların Nano ölçekli sağlar bir salt burun Soluma Toksisitesi Test odası gelişimi
Summary
Bir salt burun Soluma Toksisitesi odası Soluma Toksisitesi dört farklı pozlama konsantrasyonlarda test yeteneğine sahip tasarlanmış ve akış alanı bütünlüğü ve Çapraz bulaşma pozlama bağlantı noktaları arasında her yoğunlaşması için doğrulanmış. Burada, tasarlanmış odası Soluma Toksisitesi test etmek için etkin olduğunu doğrulamak için bir iletişim kuralı mevcut.
Abstract
Bilgisayarlı akışkanlar dinamiği dayalı bir sayısal analiz kullanarak, sadece burun Soluma Toksisitesi odası dört farklı pozlama konsantrasyonları ile tasarlanmış ve akış alanı bütünlüğü ve pozlama bağlantı noktaları arasında çapraz bulaşma için her biri için doğrulanmış konsantrasyon. Tasarlanmış akışı alan değerleri yatay ve dikey olarak bulunan pozlama bağlantı noktaları üzerinden ölçüm değerleri ile karşılaştırılır. Bu amaçla, nano Sodyum Klorür parçacıklar test tanecik olarak oluşturulan ve Çapraz bulaşma ve konsantrasyon bakım salonları için her toplama grup arasında değerlendirmek için inhalasyon odası tanıştırdı. Sonuçlar tasarlanmış multiconcentration inhalasyon odası hayvan Soluma Toksisitesi konsantrasyon gruplar arasında çapraz bulaşma olmadan test kullanılabilir gösterir. Ayrıca, tasarlanmış multiconcentration Soluma Toksisitesi odası da bir tek-konsantrasyon inhalasyon odasına dönüştürülebilir. Daha fazla gaz, organik buhar veya non-Nano parçacıklar ile test inhalasyon diğer test makaleler test odası kullanımı sağlayacaktır.
Introduction
Soluma Toksisitesi test, kimyasal maddeler, parçacıklar, lifler ve Nanomalzemeler1,2,3riskleri değerlendirmek için en güvenilir yöntemdir. Böylece, kimyasallar, parçacıklar, lifler ve Nanomalzemeler maruz inhalasyon4,5,6via,7 olduğunda veri sınama Soluma Toksisitesi sunulması en düzenleyici kurumlar gerektirir ,8. Şu anda, Soluma Toksisitesi sistemleri iki tür vardır: tüm vücut ve sadece burun pozlama sistemleri. Standart Soluma Toksisitesi test sistemini, tüm vücut ya da salt burun sıçanlar ve fareler dört farklı konsantrasyonları, yani taze hava kontrolü ve düşük, orta ve yüksek konsantrasyonları7 gibi hayvanlar ortaya çıkarmak için en az dört chambers gerektirir , 8. Örgütü ekonomik işbirliği ve Kalkınma (OECD) test yönergeleri öneririz seçili hedef konsantrasyonu hedef organ(s) tanımlaması ve açık konsantrasyon yanıt7 gösterimi izin vermelidir ,8. Yüksek konsantrasyon düzeyini toksisite net bir kademede neden ancak ölüm veya ölüme neden veya anlamlı bir değerlendirme sonuçları7,8engelleyen kalıcı işaretler neden olmaz. Aerosoller maksimum ulaşılabilir düzeyde veya yüksek konsantrasyonu parçacık boyutu dağıtım standart karşılarken ulaşılabilir. Orta konsantrasyon seviyelerine bir geçiş bu düşük ve yüksek konsantrasyonları7,8arasında toksik etkileri üretmek için aralıklı. Tercihen-cekti var olmak bir NOAEC (no-gözlenen-olumsuz-etkisi konsantrasyon), düşük konsantrasyon düzeyini toksisite7,8az veya hiç iz üretmek gerekir. Sadece burun odası kapalı tüp ölçülü bir durumda bir hayvan gösterir iken tüm vücut odası kablolu kafesleri, kontrolsüz bir durumda hayvanlarda ortaya koyar. Kısıtlama kaçak hayvan tarafından aerosol kaybını önler. Tüm vücut odası yüksek hacimli nedeniyle, çok sayıda test makaleler sadece burun pozlama sistemi tüpte kısıtlama hayvan hareketi engeller ve rahatsızlık veya boğulma neden olabilir iken deneysel hayvan için maruz gerektirir. Yine de, düzenleyici OECD Soluma Toksisitesi test yönergeleri salt burnun solunum sistemleri4,5,6,7,8kullanımı tercih ederim.
Ancak, bir dört-odası sistemi, tüm vücut ya da sadece burun accomodating, pahalı, boşluk tüketen ve yerleşik Hava Temizleme ve dolaşım sistemi gerektirir. Ayrıca, bir dört-odası sistem Ayrıca ayrı test makale jeneratörler hayvanlar istenen konsantrasyonları ve test makale konsantrasyonları izlemek için ayrı ölçüm cihazları için ortaya çıkarmak için gerekli kılabilirsiniz. Standart Soluma Toksisitesi test önemli yatırım gerektirdiğinden, bu nedenle, daha rahat ve ekonomik tüm vücut veya salt burun pozlama sistemi küçük araştırma tesislerinde kullanılmak üzere geliştirilen gerekiyor. Bir inhalasyon odası tasarlarken, hesaplamalı akışkan dinamiği (CFD) modelleme ayrıca sık sık parçacık, elde etmek için kullanılır gaz veya buhar tekdüzelik9,10,11,12,13 . Sayısal analizler tarafından değerlendirilmesi ve doğrulama deneysel sonuçlarına göre zaten fareler10için tüm vücut çekim odası için yapılmıştır. Örneğin, hava akışı ve parçacık yörünge örnek alınarak CFD kullanarak ve partikül dağıtım tekdüzelik tüm vücut odası10dokuz bölgelerinde ölçülen. Ayrıca, sadece burun odası CFD13tarafından sayısal analizi ile değerlendirilmiştir. Bundan sonra değerlendirme sadece burun pozlama odası için nano tanecikleri13kullanarak deneysel bir çalışma ile sayısal analiz sonuçları karşılaştırarak gerçekleştirildi.
Bu çalışmada deneysel hayvan bir odasında dört farklı konsantrasyonları bulaşmasına neden olabilir sadece burun inhalasyon odası sistemi sunar. Başlangıçta CFD ve sayısal analiz kullanılarak tasarlanmış, önerilen sistem daha sonra homojenlik ve Çapraz bulaşma doğrulamak için Nano Sodyum Klorür parçacıklar kullanarak deneysel bir çalışma ile karşılaştırılır. Burada sunulan sonuçlar hayvanlar dört farklı konsantrasyonları bulaşmasına neden olabilir sunulan salt burun odası küçük ölçekli akademik ve araştırma tesisleri hayvan çekim çalışmaları için kullanılabileceğini gösterir. Sayısal analiz deneme ayarı olarak aynı şekilde aşağıdaki gibi ayarlayın. Tek-konsantrasyon maruz kalma, aerosol akışı için iç kule 48 L/dak için ayarlanır ve kılıf akışını dış kule için 20 L/dak için ayarlanır. Multiconcentration pozlama için sprey akışı iç kulenin giriş için her aşama için 11 L/dak var. -100 çıkış Diferansiyel Basınç tutar yumuşak bir korumak için Pa akışı egzoz ve kaçağı önlemek. Hayvan sahipleri kapalı ve boş varsayıyorum.
Protocol
Representative Results
Discussion
Soluma Toksisitesi test şu anda aerosolize malzemeleri (parçacıklar ve lifleri), buharlar ve gazlar inhale insan solunum sistemi14,15tarafından değerlendirilmesi için en iyi yöntemdir. İki inhalasyon pozlama yöntemi vardır: tüm vücut ve sadece burun. Ancak, sadece burun sistem tarafından noninhalation yolları, deri ve gözleri gibi maruz kalma en aza indirir ve yapım o OECD Soluma Toksisitesi test yönergeleri tarafından önerilen tercih edilen po…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma Endüstriyel teknoloji yenilik Program (10052901), son derece kullanışlı nanomaterial Soluma Toksisitesi ticaret, aracılığıyla Kore değerlendirme endüstriyel Teknoloji Enstitüsü Korece tarafından sistem test gelişimi tarafından desteklenmiştir Ticaret Bakanlığı, sanayi ve enerji.
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 |
References
- Phalen, R. F., Phalen, R. F. Methods in Inhalation Toxicology. Inhalation Exposure Methods. , 69-84 (1997).
- Moss, O. R., James, R. A., Asgharian, B. Influence of exhaled air on inhalation exposure delivered through a directed-flow nose-only exposure system. Inhalation Toxicology. 18, 45-51 (2006).
- White, F. M. . Fluid Mechanics. , (2004).
- OECD TG 403. . OECD guideline of the testing of chemicals 403: Acute inhalation toxicity testing. , (2009).
- OECD TG 436. . OECD guideline of the testing of chemicals 436: Acute inhalation toxicity – Acute Toxic Class Method. , (2009).
- OECD GD 39. . Series on testing and assessment Number 39: Guidance document on acute Inhalation toxicity testing. , (2009).
- OECD TG 412. . OECD guideline of the testing of chemicals 412: Subacute inhalation toxicity testing. , (2018).
- OECD TG 413. . OECD guideline of the testing of chemicals 413: Subchronic inhalation toxicity testing. , (2018).
- Cannon, W. C., Blanton, E. F., McDonald, K. E. The flow-past chamber: an improved nose-only exposure system for rodents. American Industrial Hygiene Association Journal. 44, 923-928 (1983).
- Oldham, M. J., Phalen, R. F., Robinson, R. J., Kleinman, M. T. Performance of a portable whole-body mouse exposure system. Inhalation Toxicology. 16, 657-662 (2004).
- Oldham, M. J., Phalen, R. F., Budiman, T. Comparison of Predicted and Experimentally Measured Aerosol Deposition Efficiency in BALB/C Mice in a New Nose-Only Exposure System. Aerosol Science and Technology. 43, 970-997 (2009).
- Tuttle, R. S., Sosna, W. A., Daniels, D. E., Hamilton, S. B., Lednicky, J. A. Design, assembly, and validation of a nose-only inhalation exposure system for studies of aerosolized viable influenza H5N1virus in ferrets. Virology Journal. 7, 135 (2010).
- Jeon, K., Yu, I. J., Ahn, K. Evaluation of newly developed nose-only inhalation exposure chamber for nanoparticles. Inhalation Toxicology. 24 (9), 550-556 (2012).
- Ji, J. H., et al. Twenty-Eight-Day Inhalation Toxicity Study of Silver Nanoparticles in Sprague-Dawley Rats. Inhalation Toxicology. 19, 857-871 (2007).
- Ostraat, M. L., Swain, K. A., Krajewski, J. J. SiO2 Aerosol Nanoparticle Reactor for Occupational Health and Safety Studies. Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 5, 390-398 (2008).
- Pauluhn, J., Thiel, A. A simple approach to validation of directed-flow nose-only inhalation chambers. Journal of Applied Toxicology. 27, 160-167 (2007).
