全身纳米气溶胶吸入暴露

摘要

一整体纳米粒子的气溶胶吸入暴露设施建造纳米级钛白粉（二氧化钛 ₂）吸入毒理学研究。此系统提供了纳米TiO ₂

摘要

吸入与aerosolizable工程纳米材料（ENM）工作的个人，是最有可能的暴露途径。适当地进行纳米粒子吸入毒理学研究，在一个腔室壳体中的气溶胶实验动物必须具有:1）为整个曝光期间所需的电平保持在一个稳定的浓度; 2）均匀的组合物不含任何污染物，以及3）一个稳定的粒度分布，几何平均直径小于200 nm和几何标准偏差σ<2.5 ⁵ _克 。含有纳米粒子的气溶胶产生相当具有挑战性的，因为纳米粒子易结块。这主要是由于非常强的粒子间力而形成的大的分形结构，在数十或数百个大小⁶微米，这是很难被打破。几种常见的气溶胶发生器，雾化器，流化床，文丘里吸气和怀特粉尘饲料，重新测试，但是，没有人能够产生纳米粒子气溶胶满足所有标准^5。

一整体纳米粒子的气溶胶吸入暴露系统制备纳米TiO _2的吸入毒理学研究，验证和使用。关键部件:1）新型纳米TiO _2的气溶胶发生器; 2）0.5米³全身吸入暴露室，以及3）监视和控制系统。纳米TiO ₂材料产生的干散纳米TiO ₂粉末（一次粒径为21 nm，堆积密度为3.8克/厘米^3）的气溶胶被交付到曝光室90 LPM（10.8空中更改/小时）的流速。连续测量的粒径分布和质量浓度分布与流动性的扫描粒度仪（SMPS），和一个电动的低压冲击器（ELPI）。重量法的气溶胶质量浓度（C）进行了验证（ 毫克/ ^立方米 ）。质量（M）所收集的粒子被确定为M =（M-M _后前 ）， _前 ，其中M和M _邮政群众的过滤器前后采样（ 毫克 ）。的质量浓度计算为:C = M /（Q *吨），其中Q为采样流量（ 米³ /分），t为采样时间（ 分钟 ）。腔室的压力，温度，相对湿度（RH），O ₂和CO ₂浓度的连续监测和控制。纳米TiO ₂气溶胶核孔过滤器上收集，用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线分析（EDX）分析。

综上所述，我们报告说，纳米粒子气溶胶的生成和交付我们的曝光室有:1）稳定的质量浓度; 2）同质组成无污染物; 3）与计数中位数aerody的稳定的粒度分布动力学直径157nm的气溶胶的产生过程中。该系统可靠，并多次创建测试环境，模拟职业，环境或国内安宁气溶胶风险。

研究方案

全身纳米粒子吸入暴露一步一步的操作过程进行了描述如下。

注 :1）步骤1和3应该在通风橱内进行; 2）操作人员必须穿戴适当的个人防护装备（口罩，护目镜和橡胶手套）。

1。空调的TiO ₂纳米干粉

1. 将纳米TiO ₂粉体在不透明的容器中。
2. 保持容器盖打开。
3. 用于调节至少24小时，将容器放置在干燥器中干燥。

2。数据采集​​和控制系统，SMPS和ELPI和所有传感器热身

1. 打开空气监控和数据采集系统和气溶胶监测SMPS（TSI公司肖尔维尤，明尼苏达州）ELPI（Dekati，坦佩雷，芬兰），电源开关，暖系统至少1小时。
2. 打开电源所有传感器的开关温暖起来至少1小时。

3。载入TiO ₂纳米的干粉成气溶胶发生器

1. 气溶胶发生器打开汽缸盖，并更换过滤器中的气溶胶发生器。注:一个气溶胶发生器有一个缸。要使用的气溶胶发生器的数量取决于所需的曝光室中的粒子的质量浓度。
2. 称重〜4克纳米TiO ₂粉体，并加载它们在每个气缸。
3. 更换气缸盖。
4. 所有区域应怀疑_二氧化钛污染湿抹。

4。气溶胶发生器连接到吸入暴露商会

1. 连接气溶胶发生器通过歧管旋风分离器是吸入暴露室的入口（TSE Systems GmbH公司在德国Bad Homburg）的所有出水口。
2. 连接压缩空气管文丘里分散在气溶胶发生器。

5。连接空气监测和气溶胶采样入口吸入暴露室

1. 连接的温度和相对湿度（RH），压力，O ₂和CO ₂传感器由TSE系统提供测试大气监测端口吸入暴露室。
2. 气溶胶取样口上的吸入暴露室的气溶胶稀释器的入口连接，然后连接它的出口ELPI的入口。
3. 将开关电源连接的一个上的吸入暴露室的气溶胶取样口。
4. 入口的粒子浓度监测（TSE系统）连接到一个在曝光室的气溶胶取样口。
5. 称重PTFE膜过滤器（P / N 66149），颇尔公司，密歇根州安阿伯和加载滤入一个不锈钢过滤器固定架（TOX产品，莫里亚蒂NM）。
6. 连接的入口的不锈钢过滤器保持器与一个预先称重的过滤器的一个上的吸入暴露室的气溶胶取样口，并连接到取样泵的出口。

6。激活数据采集系统

1. 激活ELPI数据采集软件，ELPIVI，检查设置参数，打开冲洗泵〜5分钟，然后归零ELPI。记录预曝光浓度。
2. 激活SMPS的数据采集软件。记录预曝光浓度。
3. 激活软件， 达戈 （TSE），用于监视和控制空气流速，温度和相对湿度腔的压力，温度和湿度，O ₂和CO _2。

7。加载实验动物吸入暴露室

1. 称量实验动物。
2. 实验动物和网箱标记可以使动物放回曝光后，在同一个笼子里，如果娘家DED。
3. 吸入暴露室的门打开，并加载到有线笼实验动物。
4. 可将水提供动物。
5. 关闭并固定吸入暴露室的门。
6. 经常观察动物通过曝光室观察窗遇险的迹象。动物应该放松，行为正常。如果快速停止曝光/呼吸困难，外观异常，姿势异常或行动不便观察。取出的动物，他们返回他们原来的笼子，请联系主治兽医和/或采取适当的机构动物护理和使用委员会的程序。

注:执行步骤8.7，8.8和8.17时，操作人员必须穿戴个人防护装备。

8。纳米气溶胶使小动物

1. 打开排气真空泵吸入暴露室。
2. 运行数据采集软件的Daco）曝光室提供过滤的干燥空气，B）控制曝光室中的压力，和c）收集暴露环境中的数据，如压力，温度，相对湿度，O ₂和CO _2。
3. 建立微负压室压力（设定点= -0.2毫巴）。
4. 气溶胶发生器打开。
5. 运行ELPI和SMPS数据采集软件的连续监测颗粒大小和相对质量浓度吸入暴露室。
6. 当气溶胶浓度是稳定的， 即到达高原ELPI显示器上的浓度分布曲线（通常情况下:后的气溶胶发生器是在操作的，这需要20分钟），设置采样时间（例如，1小时），并打开气溶胶采样纳米粒子过滤器，泵，收集有代表性的样品。
7. 一旦采样时间到达，取出过滤器堵塞SAmpling港口用橡胶塞，以防止测试材料曝光室逃逸。
8. 称重的过滤器，并计算出在如上所述的曝光室的平均质量浓度。
9. 如果平均浓度是关闭的目标浓度时，手动调节发电机中的气流，以确保达到目标浓度。
10. 粒子计算为D = C x垂直_米 XTX F _R，其中D =剂量，C =平均质量浓度的试验材料，V _米 =每分钟通气量， 吨 =暴露时间，F _R =小部分的材料沉积在动物的肺沉积或吸收。
11. 更换过滤器在过滤干净，预加权滤波器持有人，并重复步骤8.6和8.8。
12. 根据真实的质量浓度在曝光室和有针对性的颗粒沉积在动物肺，估计余下的EXP，T _保持 osure时间=（ð _针对性 -D）/（C X _V M X F _R），其中t _仍然保持暴露时间，D _{有针对性的} =有针对性剂量，C =测试材料的平均质量浓度_，V M =每分钟通气量，F _R =馏分材料沉积或吸收。
13. 当 t达到_保持关闭气溶胶发生器。
14. 从曝光室之前除去动物，冲洗吸入的曝光室用过滤后的空气，直到在显示屏中显示的粒子浓度接近预曝光在室中的颗粒浓度。
15. 关闭室排气真空泵。
16. 停止， 达戈数据采集软件。
17. 曝光后，观察动物是否能够正常呼吸和行为，并没有其他的文件学习并发症前北京时间。如果鼻腔分泌物，呼吸窘迫或任何其他动物福利并发症的观察，联系主治兽医和/或采取适当的机构动物护理和使用委员会的程序。
18. 停止ELPI和SMPS数据采集软件的。

9。创建测试报告

9.1测试条件包括:

1. 此测试中使用的烟雾生成系统，其运行参数的描述。
2. 包括设计，类型，尺寸和其运行参数，在曝光过程中使用的曝光装置的说明。
3. 设备用于测量温度，湿度，颗粒尺寸，和实际浓度。
4. 排出的空气和住房动物在试验室中使用时的方法处理。

9.2曝光大气数据包括

1. 通过吸入设备的气流速率。
2. 温度和湿度空气。
3. 实际（分析或重量）浓度的气溶胶采样区附近的动物笼子。
4. 的粒度分布，计算出的计数中位数气体动力学直径和几何标准偏差。
5. 解释为什么想要室浓度和/或颗粒大小无法实现（如适用），及所作的努力遵守这些方面的指引。

9.3其他

1. 应保持微负压在室内吸入含设施，防止逃避吸入暴露实验室测试材料。
2. 每天清洁曝光室的动物废弃物，以消除影响。
3. ELPI，SMPS和其它的仪器应进行清洗和校准的基础上的用户手册。

结果

一种吸入暴露研究通常涉及保持在已知和恒定的测试环境中的实验动物实验动物暴露至规定浓度的试验物质^8,9。 图1中所示的全身纳米粒子吸入暴露系统。全身室是一个动态的流量基础上操作，那里有一个连续90 LPM气流通过室。这股气流10.8空气更改/小时，超过空气交换的最小数量由美国环境保护署 （10.0）急性吸入暴露^7。 3级空气过滤系统，包括一个凝聚式过?...

讨论

我们已经组建，并在这里描述一个全身纳米粒子雾化吸入曝光系统。该系统的功能进行了验证与国家的最先进的纳米粒子气溶胶的表征技术。该吸入暴露系统可以采用一种新型的纳米粒子的气溶胶的产生系统，其特征在于，控制和均匀的纳米粒子的气溶胶测试气氛相对一致的温度，湿度，空气流量和氧含量为实验动物。曝光系统是最有效的大量的动物，或长期的研究。在这种大的全身室，实验动?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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