התפתחות תא בדיקת רעילות שאיפת האף בלבד המספק חשיפה ארבע, ריכוזי חלקיקים בגודל ננו

Summary

תא רעילות שאיפת האף בלבד מסוגל בדיקות רעילות אינהלציה בריכוזים חשיפה שונות ארבעה המיועד ואומת עבור זרימת שדה אחידות, זיהום צולב בין הנמלים חשיפה לריכוז כל. כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לאשר כי החדר מעוצב הוא יעיל לבדיקת רעילות אינהלציה.

Abstract

באמצעות ניתוח מספרי בהתבסס על דינמיקה של נוזלים ממוחשבות, תא רעילות האף בלבד אינהלציה עם ריכוזים חשיפה שונות ארבעה הוא תוכנן ואומת עבור זרימה שדה אחידות, זיהום צולב בין היציאות חשיפה לכל ריכוז. ערכי השדה של זרימה מעוצב מושווים עם הערכים נמדד מפני חשיפה יציאות ממוקם בצורה אופקית ואנכית. למטרה זו, חלקיקי הנתרן הכלוריד ננו שנוצר כחלקיקים המבחן והציג לתא אינהלציה כדי להעריך את התחזוקה זיהום צולב וריכוז בין התאים, עבור כל קבוצת ריכוז. התוצאות מצביעות על כך שניתן להשתמש תא מעוצב שאיפה multiconcentration ברעילות באינהלציה בעלי חיים בדיקות ללא זיהום צולב בין קבוצות ריכוז. יתר על כן, ניתן גם להמיר תא רעילות שאיפה multiconcentration מעוצב לתא יחיד-ריכוז אינהלציה. בדיקה נוספת עם גז, אדים אורגני או הלא-ננו חלקיקים יבטיח את השימוש התא בבדיקת אינהלציה של מאמרים אחרים במבחן.

Introduction

בדיקות רעילות אינהלציה היא השיטה האמינה ביותר להערכת הסיכונים של חומרים כימיים, חלקיקים, סיבי ננו^1,2,3. לפיכך, סוכנויות תקינה ביותר דורשות הגשת רעילות שאיפת בבדיקת הנתונים בעת החשיפה כימיקלים, חלקיקים, סיבים של ננו היא באמצעות אינהלציה^{4,5,6,7 ,8}. כיום, קיימים שני סוגים של שאיפת רעילות מערכות: מערכות חשיפה לכל הגוף ואת האף בלבד. מערכת בדיקת רעילות אינהלציה רגיל, או לכל הגוף או האף בלבד, דורש לפחות ארבעה תאי לחשוף בעלי חיים כגון חולדות ועכברים ארבע ריכוזים שונים, כלומר שליטה אוויר צח וריכוז נמוך, בינוני וגבוה^{7 , 8}. הארגון למבחן ושיתוף פעולה כלכלי ופיתוח (OECD) והנחיות מציע כי ריכוז היעד הנבחר צריך לאפשר זיהוי organ(s) היעד והדגמות על תגובה ברורה ריכוז^{7 ,8}. רמת ריכוז גבוה צריך התוצאה ברורה רמת רעילות, אך לא לגרום לתמותה או סימנים מתמשך עלול לגרום למוות או למנוע הערכה משמעותי של^7,תוצאות⁸. מרבית השגה ברמה גבוהה או ריכוז אירוסולים ניתן להגיע תוך עמידה בתקן התפלגות גודל החלקיקים. צריך להיות במרווחים קבועים את level(s) ריכוז מתון כדי לייצר שינוי הדרגתי של ההשפעות הרעילות בין זה של ריכוז נמוך וגבוה^7,8. רמת ריכוז נמוך, אשר רצוי להיות NOAEC (לא-נצפתה--תופעת לוואי ריכוז), צריך לייצר מעט או ללא סימן רעילות^7,8. התא לכל הגוף חושף חיות במצב ערככם בכלובים קווית, בעוד תא האף בלבד חושף חיה במצב מאופקת בצינור סגור. הריסון מונע אובדן תרסיס על ידי דליפה ליד בעל החיים. עקב כמות גבוהה התא לכל הגוף, זה דורש מספר רב של מאמרים מבחן להיחשף חיות ניסוי, תוך פיקוח של הצינור במערכת חשיפה האף בלבד מעכבת תנועה חיה עלול לגרום אי נוחות או חנק. ובכל זאת, הרגולציה הנחיות ה-OECD שאיפת רעילות מבחן להעדיף את השימוש באינהלציה האף בלבד מערכות^4,5,6,7,8.

עם זאת, אדיב מערכת ארבע-הקאמרית, או לכל הגוף או האף בלבד הוא יקר, הצורכים שטח, דורש מערכת ניקוי ואת זרימת אוויר מובנה. יתר על כן, מערכת ארבע-הקאמרית באפשרותך גם לדרוש מבחן נפרד גנרטורים מאמר לחשוף חיות הריכוזים הרצוי ולאחר מנגנון מדידה נפרדת לפקח הריכוזים מאמר הבדיקה. ולכן, מכיוון אינהלציה רגיל בדיקות רעילות כרוך ההשקעה, מערכת חשיפה לכל הגוף או האף בלבד חסכוני ונוח יותר צריך להיות שפותחו עבור מכוני מחקר קטן. בעת עיצוב חדר אינהלציה, נוזל חישובית דוגמנות דינמיקה (CFD) משמש לעתים קרובות גם כדי להשיג את החלקיקים, גז, או אדים אחידות^{9,10,11,12,13} . על ידי מספריים ניתוח והערכת אימות על ידי תוצאות ניסויית כבר בוצעה עבור תא חשיפה לכל הגוף עכברים¹⁰. לדוגמה, זרימת אוויר את המסלול של חלקיקים יש עוצב באמצעות CFD, האחידות של התפלגות החלקיקים היה נמדד תשעה חלקים מתוך ה¹⁰-הקאמרית לכל הגוף. כמו כן, תא האף בלבד יוערכו על ידי אנליזה נומרית באמצעות CFD¹³. לאחר מכן, בוצעה הערכה עבור תא חשיפה האף בלבד על-ידי השוואת תוצאות אנליזה נומרית מחקר ניסויי באמצעות חלקיקים¹³.

מחקר זה מציג מערכת קאמרית שאיפת האף בלבד יכול לחשוף חיות ניסוי כדי ארבע ריכוזים שונים בתא אחד. בתחילה תוכנן באמצעות CFD ואנליזה נומרית, המערכת המוצעת ואז מושווה מחקר ניסויי באמצעות ננו חלקיקים נתרן כלוריד כדי לאמת את אחידות ואת זיהום צולב. התוצאות המובאות כאן מציינים כי הציג את האף בלבד תא החושפים לבעלי חיים ריכוזים שונים ארבע יכול לשמש חשיפה חיה הלימודים האקדמית בקנה מידה קטן ומתקני מחקר. אנליזה נומרית שוכן כדלקמן, באותו אופן שבו הגדרת הניסוי. חשיפה יחיד-ריכוז, הזרם תרסיס למגדל הפנימי הוא מוגדר 48 L/min, הזרם נדן אל המגדל החיצוני מוגדר 20 L/min. חשיפה multiconcentration, הזרם תרסיס למגדל הפנימי קלט הוא 11 L/min עבור כל שלב. הלחץ דיפרנציאלית עודפים שומר ב-100 הרשות לשמור על חלקה פליטה זרימה ולמנוע דליפה. מניחים בעלי חיים סגורים, ריק.

Protocol

1. שיטות אנליזה נומרית

1. בצע הניתוח של השדה זרימה בתוך החדר לפי הצורה הגיאומטרית, כמתואר באיור 1 ו- 1 בטבלה¹⁴.
   הערה: אנליזה נומרית של שדה הזרימה על פי הצורה מנבאת את הזרימה של תרסיס, ערך זה כהתקן ברת.
2. עיצוב החדר עם 4 שלבים x 12 עמודות, 48 יציאות בסך הכל, היכן הליבה מחולקת מגדל הפנימיים והחיצוניים, כפי שמתואר איור 1B.
   הערה: כל שלב יש 12 יציאות חשיפה להנחה של חיות ניסוי. לספק את ההמלצה שהוצעה על ידי ה-OECD הדרכה המסמך (GD) 39⁶.
3. לחשיפה יחיד-ריכוז, מקם את הצלחת ערבוב בחלק העליון של המגדל הפנימי כדי לערבב את החומר להבטיח ריכוז אחיד לאורך השלבים. חשיפה multiconcentration, הפרד המגדל הפנימי לתוך ארבעה שלבים וריכוזי חשיפה על ידי דיסק הפרדה.
   הערה: את הצלחת ערבוב

2. הכנה של הערכת ניסיוני

1. תא
   1. התא מתחלקים לשלושה חלקים: כניסת נדן, פליטה, כפי שמוצג בתרשים סכימטי (איור 2).
      הערה: הים הוא שבו בתרסיס זורם לתוך החדר הפנימי, נדן הוא המרחב בין המגדלים הפנימיים והחיצוניים עבור זרימת אוויר נוסף.
   2. ספק תרסיס (או מבחן המאמר) חיות ניסוי, חומה ומגדל הפנימי תוך כדי נשיפה מהחיות המכיל תרסיס עודפים זורם החוצה דרך פליטה יחד עם האוויר נדן.
      הערה: בעלי חיים סגורים, ריק.
   3. שמרו את הלחץ הפנימי של הקבוע קאמרית באמצעות מפוח מהפך, הלחץ הפנימי מליאת נשלטת על ידי זרימת אוויר נדן.
   4. עיצוב ציוד למדידת האחידות של ריכוז תרסיס (או מאמר) המבחן בבית הבליעה ערבוב ממוקם מול תא חשיפה האף בלבד במקרה של חשיפה יחיד-ריכוז.
      הערה: האחידות בתרסיס הבדיקה ניתן להעריך על ידי חלקיקים מספר ריכוז וגודל תפוצתו. דוגמאות ריכוז קאמרית בודדים צריך תסטה הריכוז קאמרית מרושע לא יותר ±10% עבור גזים, אדים, וכן לא יותר ± 20% נוזלים או מוצקים אירוסולים^{4,5,6,7 ,8}. לכן, כאשר החלקיקים הבדיקה אינם קבועים, יכול להיות עקף את זרימת תרסיס דרך המאוורר הפליטה.
   5. בדוק leakages לוודא את המהימנות של המבחן ולהבטיח בטיחות תאשר מערכת סגורה עם ±500 הרשות הפלסטינית נשמרת למשך 30 דקות.
      הערה: ניתן לבדוק לדליפת מאת סבון מבעבעים.
2. ניטור ובקרה סביבתית
   1. הגדרת הקצב הכולל תזרים בתרסיס (יחיד מרובה), מעטפת אוויר ב 48 L/min או 44 L/min (יחיד או רב, בהתאמה) ו- 20 L/min, בהתאמה, לשמור את הלחץ הפנימי של התא קבוע −100 הרשות בהגדרות פקד של ממשק המשתמש.
   2. לשמור על טמפרטורה ולחות ב 23 ° C ו- 45%, בהתאמה. השתמש למלחלח לשלוט הלחות של האוויר חשיפה.
   3. לבצע ניסוי סביבה איזותרמי isohumidity-שבשליטת לקיים ה-OECD שאיפת רעילות הנחיות^4,6,7,8.
3. מדידת אחידות
   1. אספקת אוויר נקי 48 L/min לחדר שאיפה דרך אספקת אוויר נקי כולל מסנן HEPA נשלט על ידי הקונטרולרים זרימת מסה (MFC).
      הערה: אוויר נקי הוא עשה לאחר סינון זה עם מסנן HEPA.
   2. ייצוב הזרימה באמצעות תא ערבול במקרה של חשיפה יחיד-ריכוז.
   3. לצרף זרבובית אספקת מיציאה אחת, אשר מחדיר אוויר טרי שליטה או מבחן תרסיס (או מאמר) במקרה של חשיפה multiconcentration.
   4. למדוד את מהירות הזרימה לכל יציאה באמצעות מד זרימת מסה.
4. חלקיק דור
   1. ליצור חלקיקים NaCl באמצעות atomizer ב 5-סילון כדי להעריך את העיצוב קאמרית אינהלציה.
      הערה: השתמש 0.1%wt של NaCl פתרון ליצירת חלקיקים NaCl.
   2. לווסת את ה-MFC כדי לשלוט בכמות ייצור ב 48 L/דקה בתרסיס NaCl מעורבבים באוויר בריכוז יחיד, ב 12 L/דקה של NaCl מעורב-תרסיס אוויר ב- multiconcentration כל ארבעת השלבים.
      הערה: בכל נמל לשכת האף בלבד מקבל 1 ליטר/דקה (קרי, 48 יציאות/האף-בלבד קאמרית (שלב 4); 48 יציאות/ארבע-הבמה; 12 יציאות/הבמה).
   3. אספקת אוויר נקי על דילול במעקף.
      הערה: קוטר החציוני ספירת גיאומטריות סטיית התקן של NaCl חלקיקים נמצאים במרחק 76 nm ו 1.4 לשמור, בהתאמה.
5. מדידה אחידות חלקיקים
   1. למדוד את התפלגות גודל החלקיקים NaCl חלקיקים הנפלטים חרירי הזרקת באמצעות סריקה ניידות חלקיקים סייזר (SMPS) המורכבת מנתח דיפרנציאלי ניידות (DMA), מונה חלקיקים עיבוי (CPC).
   2. השתמש מנטרל תרסיס של Am להסיר את המטען סטטי של החלקיקים ולהפחית את התצהיר החלקיקים על הקירות, ובכך לשפר את יעילות מידה¹⁸.
   3. לשמור על היחס של תרסיס, נדן קצב זרימת אוויר DMA ב 1:10 לשמור את קצב הזרימה תרסיס ואת קצב הזרימה של האוויר נדן-1 ליטר/דקה ו- 10 L/min, בהתאמה.

3. זרימה אחידות מבחן

1. חשיפה מרובה ריכוז
   1. הגדר את מהירות הזרימה של חרירי הזרקת על ידי אספקת אוויר נקי ב 11 L/דקה דרך הים תרסיס. בחר 11 חרירי יציאות עבור כל ארבעת השלבים.
   2. למדוד את קצב הזרימה כדי להתחבר מד זרימה הזרבובית שנבחרו.
   3. חזור על שלב 3.1.2 3 x כדי לאמת את הפארמצבטית.
2. חשיפה יחיד-ריכוז
   1. הגדר את מהירות הזרימה של חרירי הזרקת על ידי אספקת אוויר נקי ב 48 L/דקה דרך הים תרסיס. לבחור באקראי חרירי הנמל 24 בין 48 יציאות. למדוד 3 x כדי לאמת את הפארמצבטית.

4. חלקיקים אחידות מבחן

1. חשיפה multiconcentration
   1. הגדר התפלגות גודל החלקיקים של חרירי הזרקת מאודאילו את החלקיקים שנוצרו ב- 11 L/דקה דרך הים תרסיס (האם זה כפי שתואר בסעיף 2).
   2. . באקראי חרירי שש יציאות בין ארבעת השלבים; למדוד 3 x כדי לאמת את הפארמצבטית.
2. חשיפה יחיד-ריכוז
   1. הגדר התפלגות גודל החלקיקים של חרירי הזרקת הרציונאלית, את חלקיקי שנוצר ב 20 L/דקה אוויר נקי ב 28 L/דקה, הפיכת סכום כולל של 48 L/דקה דרך הים תרסיס (כפי שמתואר 2.4 ו- 2.5).
   2. לבחור באקראי חרירי שש יציאות בין ארבעת השלבים.
   3. מודדים את ריכוז החלקיקים, להתחבר SMPS את הזרבובית שנבחרו.
   4. חזור על שלב 4.2.3 3 x כדי לאמת את הפארמצבטית.

5. זיהום צולב מבחן

1. להגדיר שלושה שלבים במקרה של חשיפה multiconcentration.
2. לחבר שני גנראטורים עם ריכוזים שונים פתרון ושורה אוויר נקי שלושת השלבים המתאימים.
3. הגדר התפלגות גודל החלקיקים של חרירי הזרקת הרציונאלית חלקיקי שנוצר אוויר נקי ב 11 L/דקה דרך הים תרסיס (כפי שמתואר 2.4 ו- 2.5).
4. נבחר באקראי פתיל פורט אחד מתוך שלושת השלבים.
5. מודדים את ריכוז החלקיקים, להתחבר SMPS את יציאת שנבחרה.
6. חזור על שלב 5.5 x 15 כדי לאמת את הפארמצבטית.

תוצאות

הגדרת ניסיוני

איור 1 מציג תרשים סכימטי של מערכת קאמרית שאיפת האף בלבד, כולל מחולל חלקיקים עם MFC, הקאמרית האף בלבד, ו בכלי מדידת חלקיקים לניטור איכות האוויר, בקר, מודול הפליטה, המבוסס על בסעיף 2 של הפרוטוקול.

Discussion

בדיקות רעילות אינהלציה היא השיטה הטובה ביותר להערכת aerosolized חומרים (חלקיקים וסיבים), אדים וגזים בשאיפה של מערכת הנשימה האנושית^14,15. קיימות שתי שיטות חשיפה אינהלציה: לכל הגוף ואת האף בלבד. עם זאת, מערכת האף בלבד מזעור חשיפה על ידי בקווים noninhalation, העור, העיניים, ומ...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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