Name: a system to create stable nanoparticle aerosols from nanopowders
Uploaded: 2016-07-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 59 s
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The authors are grateful for the financial support given to this study by EU FP7 project ``Managing Risks of Nanomaterials`` (MARINA) (grant agreement no: 263215).

1. Preparazione del sistema <ol><li> Assicurarsi di utilizzare di nuovo o ben pulita tubi di trasporto delle particelle e connettori per assemblare il sistema. Assicurarsi che le pareti della camera sono puliti e privi di particelle (fare riferimento ai metodi di pulizia al termine del protocollo). </li><li> Per rimuovere eventuali particelle di sfondo, collegare un flusso filtrato aria secca (5-10 L / min) direttamente alla camera di miscelazione (senza installare l&#39;imbuto tra le posizioni A e B in figura 1), per almeno 30 min. </li><li> Misurare la concentrazione del numero di particelle nella camera di misura utilizzando i SMPS secondo il protocollo del produttore. Se la concentrazione è inferiore a 10 # / cm 3 dopo tre scansioni, quindi prendere in considerazione l&#39;ambiente pulito. Si noti che la portata può rallentare quando si misura con il SMPS. </li><li> Arrestare il flusso d&#39;aria e chiudere le prese tubo di campionamento e l&#39;uscita del tubo di uscita con un tappo di plastica o gomma (posizione C in Figure 1) per evitare che particelle ambientali di entrare nel sistema. </li><li> Preparare e riscaldare gli strumenti di misura (SMPS e OPC) e campionatori di particelle per l&#39;analisi microscopica. </li></ol> 2. Preparazione Materiale <ol><li> materiali di prova Conservare in ambiente ben controllato rispetto alla temperatura ed umidità. Questo è molto importante per garantire risultati ripetibili in esperimenti di follow-up. </li><li> Pesare la polvere con attenzione usando una bilancia bilancia analitica o ad alta precisione, in uno spazio ben ventilato (ad esempio, cappa di laboratorio). Nota: I pesi di 250-500 mg di TiO2, SiO 2, ZnO e CEO 2 polveri di nanoparticelle sono stati testati, e questi in genere si è rivelata sufficiente per almeno 30 min di aerosol stabile. Tuttavia, la quantità appropriata dipende fortemente dal tipo di polvere e può variare in modo significativo per materiali alla rinfusa, cemento o polveri organiche. </li><li> Fissare il generatore di aerosol verticalely, e alimentare la polvere dall&#39;apertura superiore del generatore di aerosol usando un imbuto di laboratorio ben pulito. Prima dell&#39;esperimento, risciacquare l&#39;imbuto con acqua e asciugare da aria filtrata, per rimuovere eventuali depositi di polvere sulla parete interna. Battere delicatamente l&#39;imbuto per garantire tutte le particelle di polvere vengono immessi nel processo. Non agitare l&#39;imbuto duro per evitare perdita significativa del materiale aerosolizzazione presto. <ol><li> Assicurarsi che la maggior parte delle particelle di polvere raggiungere il fondo del generatore, piuttosto che cadere sulle circostanti pareti inclinate. Delicatamente toccare le pareti laterali del generatore per spostare particelle di polvere depositato fino al fondo. </li><li> In alternativa, utilizzare un imbuto lungo che accreditate direttamente le particelle di polvere nella parte inferiore del generatore. Per motivi di sicurezza, effettuare queste operazioni sotto una cappa di ventilazione o all&#39;interno di una camera a pressione negativa. </li></ol></li><li> Come materiale unsticky può scivolare attraverso l&#39;apertura sul fondodel generatore, utilizzare un ago diametro di 2 mm a bloccare temporaneamente l&#39;apertura prima di alimentare nella polvere. </li><li> Rimuovere l&#39;imbuto e chiudere le aperture superiore e inferiore del generatore al fine di evitare l&#39;emissione di particelle durante il trasferimento. </li></ol> 3. aerosol <ol><li> Installare il generatore di aerosol, rimuovere i blocchi di ingresso e uscita tubo nell&#39;imbuto, collegare il suo fondo per la fornitura di aria filtrata e la sua uscita dall&#39;alto alla camera di miscelazione (posizioni A e B rispettivamente in figura 1), e fissarla verticalmente con un ponteggio metallico. </li><li> Rimuovere i blocchi sul Exit Setup (posizione C nella Figura 1). </li><li> Accendere il flusso di aerosol. Lentamente aumentare il tasso da 0 a 0,3-0,5 L / min usando il sintonizzatore flusso. Non spostare ad alte portate troppo velocemente-lo scopo è quello di raggiungere una portata che può fornire la generazione di aerosol stabile per almeno 30 min. <ol><li> Per realizzare questo,non consumare quantità di polvere in modo significativo durante questo periodo di aerosol stabile. Come regola empirica, utilizzare una altezza a letto fluido di circa 1 cm (indicata con H in figura 1) per generare un robusto flusso di aerosol mantenendo una concentrazione stabile per un periodo relativamente lungo. Se l&#39;energia messa nel processo aerosolization è troppo forte, allora il materiale sarà utilizzato rapidamente fino, non riuscendo a sostenere una generazione di aerosol costante durante il resto dell&#39;esperimento. Si noti che il campo di portata può variare per le diverse polveri; i valori di cui sopra sono stati utilizzati per le nanopolveri suddette testate. </li></ol></li><li> Accendere il flusso di diluizione. Lentamente aumentare il tasso di 0-2 l / min. Il flusso totale di diluizione necessaria è determinata dalle apparecchiature di campionamento. Il SMPS, OPC, e il mini-campionatore utilizzato nel sistema qui presentato richiedono un flusso totale di 1,6-1,8 L / min. </li></ol> 4. Caratterizzazione <ol><li> Avviare ilstrumenti di misura in linea simultaneamente (qui, il SMPS e OPC) non appena l&#39;aerosol e le diluizioni flussi vengono introdotti. Nota: Se si raggiunge uno stato stabile di aerosol, la concentrazione di aerosol numero di particelle e la distribuzione delle dimensioni dovrebbero diventare stabile dopo circa 30 min. Utilizzare misurazioni a partire da questo punto di tempo per il confronto delle proprietà degli aerosol in diverse condizioni (ad esempio, umidità) e utilizzando diverse polveri. Analizzare i risultati di 10 scansioni SMPS consecutivi per calcolare le concentrazioni medie e distribuzioni di dimensione. </li><li> Una volta che l&#39;aerosol è stabile, accendere la pompa collegata al campionatore TEM per iniziare il campionamento delle particelle sospese nell&#39;aria. Utilizzare una portata di 0,3 L / min utilizzando la griglia TEM rivestita con pellicola di carbonio bucata. Il film sottile sulla griglia di partenza potrebbe essere danneggiato se la portata è troppo alta. Informazioni dettagliate sull&#39;uso del campionatore è disponibile 21. Tipicamente, il processo di campionamento dura about 3 min. <ol><li> Variare la durata di campionamento secondo le diverse concentrazioni di particelle, e approssimativa considerando una copertura della superficie moderata della griglia TEM per deposizione di particelle (per esempio, 50%). deposizioni di spessore possono modificare la morfologia delle particelle a causa di agglomerato in loco. </li></ol></li></ol> 5. operazioni post-campionamento e Pulizia <ol><li> Dopo aver terminato le misurazioni, spegnere il flusso di diluizione e quindi il flusso di aerosol. </li><li> Scollegare il generatore di aerosol dal sistema, bloccare aperture superiore e inferiore, e trasferirlo spazio pulizia. Pulire in una struttura di pulizia ben ventilato o uno spazio chiuso, soprattutto se sono stati trattati materiali pericolosi. </li><li> Disperse residui polvere con acqua o solventi organici, a seconda della idrofilia della superficie della particella. Versare la soluzione off in contenitori chimici per riciclaggio sicuro. Dopo lunghi esperimenti, polveri di prova tendono a STICk saldamente la parete di vetro e non si dissolvono facilmente. Se ciò si verifica, utilizzare acidi o basi insieme con un pulitore ad ultrasuoni per dissolvere materiali appiccicosi. </li><li> Al fine di rimuovere qualsiasi contenuto di umidità lasciato sulla parete e per asciugare l&#39;interno del generatore, passare aria secca attraverso di essa per almeno 1 ora. Assicurarsi che non ci siano fiamme o fonti di calore, quando si lavora con solventi organici e garantire una buona ventilazione dello spazio. </li><li> Staccare il tubo di trasporto delle particelle e connettori. Sciacquare con acqua o solventi. Pulire le pareti interne delle camere di miscelazione e di misurazione con un fazzoletto di carta o un panno umido. Asciugarli in uno spazio aperto per almeno un giorno o con flusso di aria secca per 1 ora prima del successivo esperimento. </li><li> Pulire regolarmente il dispositivo di simulazione SMPS (se utilizzato). </li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

La configurazione aerosol imbuto base può attivare in modo efficace le particelle di polvere a un livello di ingresso di energia prescelto (può essere quantificato dalla velocità del flusso d&#39;aria durante l&#39;aerosol). movimenti particelle e collisioni presso il sito generazione raggiungere uno stato di equilibrio, rompendo agglomerati di polvere ed emettendo particelle sospese nell&#39;aria della stessa distribuzione dimensionale a velocità costante. Un aerosol stabile può durare da 30 minuti fino a 2 ore, che è tempo sufficiente anche per strumenti di misura lenti con risoluzioni elevate dimensioni, come l&#39;SMPS, per produrre risultati statisticamente significativi. La configurazione richiede solo piccole quantità di materiali di prova, che può essere un vantaggio per testare materiali preziosi come polveri di nanoparticelle. Tuttavia, parametri ambientali e di processo del sistema possono influenzare in modo significativo i risultati del test. Per produrre i dati ripetibili, le procedure operative standard devono essere rigorosamente seguite in tutta l&#39;espementi. Quando eseguire le prove di aerosol che utilizzano questo sistema, i seguenti aspetti devono essere attentamente valutati. In primo luogo, per ottenere risultati significativi, è fondamentale che le parti interne della configurazione forniscono un ambiente pulito per le prove. Potenziali fonti di contaminanti sono particelle ambientali e materiali di prova da esperimenti precedenti. L&#39;effetto di particelle ambientali solito scomparve in tempi relativamente brevi, non appena sono stati introdotti i flussi aerosol e diluizione. Tuttavia, l&#39;interferenza da materiali residui può persistere per tutto l&#39;esperimento. Poiché le particelle di aerosol generati fluiscono attraverso il sistema, possono depositarsi sulle pareti interne dei tubi di trasporto, i punti di piega e stretti canali dei connettori, e le superfici interne della miscelazione e le camere di misura. Se queste parti non sono adeguatamente puliti prima di nuovi esperimenti, materiali precedentemente depositati possono essere costantemente ri-sospese nel flusso principaledel flusso di aerosol, disturbando così i risultati del test. In secondo luogo, il processo di riempimento polvere deve essere condotta con molta attenzione. Il problema più significativo è la quantità della polvere immessa nella configurazione, soprattutto quando si utilizzano piccole quantità di materiali. Ad una data portata aerosol, piccole quantità di polvere di generare concentrazioni di aerosol inferiori, ed eventualmente particelle con dimensioni inferiori, a causa della maggiore impiego di energia per unità di peso di polvere. Inoltre, sono state mostrate le condizioni di conservazione per materiali di prova (ad esempio, umidità relativa e temperatura) per influenzare il comportamento aerosol in polvere e livelli di polverosità 22. Pertanto, polveri prime devono essere sempre mantenuti nelle stesse condizioni atmosferiche, ove possibile. In terzo luogo, adattamenti del flusso aerosol all&#39;inizio dell&#39;esperimento influenzano notevolmente i risultati del test. forti aumenti nel flusso soffiano grandi particelle di polvere up in aria e li sviluppa sulla superficie imbuto, riducendo drasticamente la quantità di materiale disponibile per il resto dell&#39;esperimento. Le conseguenze potrebbero essere un test fallito a causa di polvere insufficiente. Poiché la configurazione descritta qui non è costruita utilizzando attrezzature di laboratorio standardizzato, quando si tenta di replicare le parti principali di questo sistema, i seguenti aspetti devono essere considerati. Standard imbuti laboratorio separatori possono essere utilizzati come il generatore di aerosol (da notare che non dovrebbero essere usati in condizioni pressione). imbuti separatori di diverse geometrie sono stati testati in esperimenti, e sono provvisti di funzionalità simile all&#39;imbuto misura. Un blocco di tenuta in gomma con un tubo di trasporto incorporato può essere utilizzato come il coperchio dell&#39;imbuto. Miscelazione e misura scomparti di diverse geometrie ma volumi simili possono essere utilizzati. Si noti che compartimenti che sono troppo grandi ritarderà significativamente il tempo neEDED per raggiungere condizioni di aerosol stabili (concentrazione). Il tempo richiesto può essere stimata tenendo conto della portata d&#39;aria totale e il volume del vano. Anche se il processo può essere accelerato mediante un grande flusso di diluizione, va ricordato che la concentrazione finale del numero di particelle può essere notevolmente ridotta a causa della diluizione, e questo può influenzare la distribuzione dimensionale dell&#39;aerosol nonché le prestazioni degli strumenti di misura (seconda sui loro limiti di rilevamento). Elettricamente sono raccomandati materiali conduttivi. La lunghezza del tubo di trasporto può variare, a seconda delle impostazioni generali di laboratorio. Tuttavia, la lunghezza deve essere il più breve possibile per evitare perdite di particolato significative durante il trasporto. L&#39;efficienza di penetrazione di particelle può essere calcolato prendendo in considerazione il diametro delle particelle, portata d&#39;aria, diametro del tubo e la lunghezza, e tenendo a mente sia la deposizione gravitazionale operdita diffusione, o entrambi. Diversi metodi di caratterizzazione possono essere impiegati. Tuttavia, l&#39;alimentazione dell&#39;aria (flusso di diluizione) deve essere regolato in modo che corrisponda la portata di campionamento totale. alimentazione dell&#39;aria insufficiente comporterà pressione negativa nella camera di misura, il disegno in particelle ambientali portando così ad errori nelle conclusioni. Diverse fonti di alimentazione dell&#39;aria può essere utilizzato, ma garantire che essi siano o priva di particelle pre-trattare l&#39;aria con un filtro ad alta efficienza. Una limitazione importante di questo metodo aerosol è che richiede buona scorrevolezza delle polveri di prova al fine di mantenere la generazione di particelle stabili per un periodo relativamente lungo. materiali appiccicosi, come polveri idrofili ad alto contenuto di umidità, spesso si fermano scorre in una fase iniziale del processo di aerosol e producono concentrazioni molto basse di particelle. I potenziali modi di risolvere questo problema potrebbe includere un pre-trattamento del grezzo polvere quali l&#39;essiccazione-so per migliorare la sua fluidità. La condizione delle materie prime dopo usi stoccaggio dovrebbe essere ben mantenuta, ad esempio, conservato in un ambiente asciutto e sotto temperatura adatta. Durante gli esperimenti, possono essere usati superiore portata aerosol (0.5-1 L / min) e grandi quantità di materia prima (per esempio, 500 mg). Inoltre, riducendo la portata di diluizione può aumentare la concentrazione di particelle nella camera di misura. Un altro limite di questo metodo è la riproducibilità del tasso di generazione di particelle airborne (così particelle concentrazione numero nella camera di misura). Certo livello di variazione esiste ancora. Possibili modi di miglioramento sono un processo di alimentazione meglio definito per ridurre le perdite materiali, e portata aerosol ben controllata. Il sistema e protocolli descritti qui potrebbero essere utilizzati per diverse applicazioni. L&#39;uso di quantità relativamente piccole di materiali di prova rende il metodo potenzialmente valuable come uno strumento alternativo per la prova di polvere polverosità. La classifica dei livelli di particelle sospese generate dal nostro sistema per alcuni materiali comuni era simile a quelli osservati nei sistemi esistenti aerosol 19, come il tamburo rotante 15,17, goccia continua 23, e metodi vortex shaker 24. Inoltre, l&#39;energia immessa registrabile (portata aria) può anche essere usato per studiare la stabilità di agglomerati di nanoparticelle polvere. Infine, la generazione di aerosol stabile può servire come una fonte affidabile di nanoparticelle ingegnerizzate in volo per in vivo o in studi tossicologici in vitro. La concentrazione di particelle controllabile permetterebbe un&#39;analisi di risposte biologiche dose-dipendente. Rispetto ad altri metodi aerosol usando sospensioni liquide, il metodo presentato evita potenziali problemi come sospensione il materiale e la modifica delle proprietà fisico-chimiche delle particelle in sospensione (ad esempio, ungglomeration, proprietà di superficie).

Polveri nanomateriale sono ampiamente utilizzati in diversi settori industriali, come le materie prime per la produzione di nuovi prodotti o come additivi per le loro applicazioni funzionali 1-4. Tuttavia, il potenziale di esposizione dei lavoratori ad aerosol nanopolveri è stato notato durante le varie attività di movimentazione professionali 5-8, ei rischi per la salute associati sono stati indagati in in-vivo e in vitro studi tossicologici 9-12. Al fine di facilitare lo sviluppo di strategie efficaci per proteggere i lavoratori che si occupano di nanomateriali, OML richiedono una migliore comprensione di come aerosol nanoparticelle sono generati da materiali in polvere sottoposti a input energetici esterni. Diversi sistemi di laboratorio sono stati sviluppati per simulare il comportamento aerosol polvere in condizioni realistiche. Tra questi, due procedure standard sono i metodi di riferimento stabiliti <sup&gt; 13 per polverosità test in polvere, che è definito come la tendenza di una polvere, sottoposto a un dato ingresso di energia, per rilasciare particelle sospese nell&#39;aria. Il primo metodo utilizza un tamburo rotante come mezzo per l&#39;ingresso di energia e aerosol di particelle di polvere 14,15. Il secondo metodo scende una polvere a velocità costante attraverso un cilindro verticale e aerosolizes le particelle di polvere mediante un flusso d&#39;aria ascendente 16. Tuttavia, questi metodi richiedono relativamente grandi quantità di materiali di prova (35 cm 3 o 500 g), e questo può essere un problema con polveri nanomateriali a causa del loro costo elevato e potenziali rischi di esposizione. Un sistema di prova in scala ridotta combinando singola goccia e ruotando processi tamburo stato sviluppato, consentendo l&#39;uso di minori quantità di polveri di prova (6 g campioni) 17. Un sistema aerosol recentemente sviluppato basato su agitatori vortex è stato usato anche per nanopolveri, test per fino a 1 cm 3 di materie prime <sup&gt; 18. Qui, vi presentiamo un nuovo aerosol e sistema disagglomerazione per i test nanopolveri sulla base di imbuti di laboratorio. Esso fornisce un processo di generazione di aerosol stabile utilizzando meno di 1 g di polvere di prova. aerosol costante può essere mantenuta per un periodo sufficientemente lungo per robuste caratterizzazioni aerosol. Le prestazioni del sistema è stato descritto in dettaglio in due pubblicazioni precedenti 19,20. La configurazione di prova è composto da un generatore di aerosol, la miscelazione e la misurazione compartimenti, e strumenti di caratterizzazione, come mostrato in Figura 1. Tubing trasporto di particelle e connettori collegano questi elementi diversi. Un sintonizzatore flusso e due misuratori di portata controllare e monitorare le condizioni di flusso d&#39;aria nel sistema. Un manometro e un sensore di temperatura ed umidità monitorare l&#39;ambiente all&#39;interno della camera di misura. aria compressa secca viene filtrato con un Hyperfilter prima che entri nel sistema. Unallungata, a forma di V, generatore di aerosol di vetro è utilizzato per la polvere aerosol. Questa geometria facilita un solido processo di aerosol e il trasporto delle particelle liscia nel vano successiva. Il regime di flusso sul fondo dell&#39;imbuto è turbolento a causa dell&#39;interazione con le particelle di polvere, mentre è laminare nella sezione superiore (Re-number &lt;15). Lo spessore delle pareti del generatore è stato specificamente progettato per resistere alle pressioni elevate (fino a 400 kPa Dp) necessari ai test disagglomerazione utilizzando orifizi critici. Un sintonizzatore flusso di alta precisione controlla la portata in / min incrementi 0,01 L. tubo conduttivo (diametro esterno 6 mm, spessore 1 mm) viene utilizzato per evitare perdite di particolato dovute alla deposizione elettrostatica durante il trasporto. La lunghezza del tubo è di circa 50 cm tra il generatore di aerosol e la camera di miscelazione, 20 cm tra la camera di miscelazione e la camera di misura, e 100 cm per tubi di campionamento. Una bottiglia metallico 1 L è utilizzato come cham miscelazioneBER, ed un tamburo metallico 12 L viene utilizzato come camera di misura. campioni particelle sono tratte dalla sommità della camera di misura. Una porta di uscita dirige il flusso supplementare in un sistema di filtrazione. Le camere di miscelazione e di misura sono a massa per impedire perdite di particelle elettrostatiche. Gli strumenti di misurazione include un sizer mobilità scansione particelle (SMPS) e un contatore ottico di particelle (OPC) per la concentrazione del numero di particelle e distribuzione delle dimensioni, e un microscopio elettronico a trasmissione (TEM) campionatore (MPS) per l&#39;analisi della morfologia delle particelle. Procedura di aerosol della configurazione assomiglia a un processo a letto fluido. Il flusso d&#39;aria entra dall&#39;apertura inferiore nella (diametro 2 mm) imbuto e aerosolizes la polvere. Le particelle di polvere si muovono in modo simile all&#39;acqua in una fontana. L&#39;aerosol generato incontra un flusso di diluizione nella camera di miscelazione. La portata dell&#39;aria di diluizione può essere condizionato per diversi livelli di umidità se l&#39;effettodi questo parametro richiede un&#39;analisi. L&#39;aria della camera serve anche da polmone per mescolare uniformemente l&#39;aerosol di aria di diluizione secca secondo le esigenze di campionamento. Il flusso di aerosol viene poi introdotto nella camera di misura tramite una normale presa tubo (per la prova aerosol) o un orificio critico (per la prova disagglomerazione). L&#39;orifizio può fornire diverse condizioni di pressione-drop, applicando forze di taglio alle particelle che passano attraverso di esso. Questo meccanismo permette lo studio del loro potenziale disagglomerazione (stabilità meccanica). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig1.jpg" /> Figura 1. Schema del sistema di aerosol e disagglomerazione. Per impostazione predefinita, un tubo collega la camera di miscelazione con la camera di misura. L&#39;orifizio mostrato è un add-on opzionale (non descritto in questo protocollo). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig1large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui t</a>o vedere una versione più grande di questa figura.

<table><tbody><tr><td>titanium dioxide nanopowder</td><td>JRC</td><td>NM-103/104</td><td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td></tr><tr><td>silicon dioxide nanopowder</td><td>AEROSIL</td><td>R974</td><td></td></tr><tr><td>silicon dioxide nanopowder</td><td>JRC</td><td>NM-200</td><td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td></tr><tr><td>zinc oxide nanopowder</td><td>JRC</td><td>NM-110/111</td><td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td></tr><tr><td>cerium dioxide nanopowder</td><td>JRC</td><td>NM-211/212</td><td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td></tr><tr><td>The V-shaped aerosol generator</td><td>Souffleur de verre S.A.</td><td></td><td>Specially made based on conditions required in the experiments (e.g., geometry, thickness)</td></tr><tr><td>scanning mobility particler sizer (SMPS)</td><td>GRIMM</td><td>Model N&amp;deg; 5.403</td><td>Size range: 11.1&amp;ndash;1083.3&amp;nbsp;nm (impactor: d50=1,082&amp;nbsp;nm); composed of a condensation particle counter (CPC) and a dynamic mobility analyzer (DMA); sampling flow ate: 0.3&amp;nbsp;L/min; sheath flow rate: 3.0&amp;nbsp;L/min; with standard multiple charge correction and diffusion loss correction.</td></tr><tr><td>optical particle counter (OPC)</td><td>GRIMM</td><td>Model N&amp;deg; 5.403</td><td>Size range: 0.25-32 &amp;micro;m</td></tr><tr><td>mini-particle sampler (MPS)</td><td>ECOMESURE</td><td></td><td></td></tr><tr><td>transport tubes</td><td>Milian S.A.</td><td>8 mm-conductive</td><td>6 mm inner diameter</td></tr></tbody></table>

a system to create stable nanoparticle aerosols from nanopowders

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring minimal amounts of test materials (min. 200 mg), for studying powder aerosolization behavior and aerosol properties. The aerosolization procedure follows the concept of the fluidized-bed process, but occurs in the modified volume of a V-shaped aerosol generator. The airborne particle number concentration is adjustable by controlling the air flow rate. The system supplied stable aerosol generation rates and particle size distributions over long periods (0.5-2 hr and possibly longer), which are important, for example, to study aerosol behavior, but also for toxicological studies. Strict adherence to the operating procedures during the aerosolization experiments ensures the generation of reproducible test results. The critical steps in the standard protocol are the preparation of the material and setup, and the aerosolization operations themselves. The system can be used for experiments requiring stable aerosol concentrations and may also be an alternative method for testing dustiness. The controlled aerosolization made possible with this setup occurs using energy inputs (may be characterized by aerosolization air velocity) that are within the ranges commonly found in occupational environments where nanomaterial powders are handled. This setup and its operating protocol are thus helpful for human exposure and risk assessment.

La figura 2 mostra un tipico esempio di cambiamenti totali di particelle aerosol concentrazione numero e dimensioni nel tempo, utilizzando i protocolli di cui sopra in un esperimento aerosol con SiO 2 idrofoba. concentrazioni di particelle iniziato a salire non appena il flusso aerosolizzazione stato introdotto. La dimensione media geometrica delle particelle gradualmente aumentata. Dopo circa 10 scansioni SMPS (3,5 min / scansione), l&#39;aerosol ha iniziato a entrare in uno stato stabile, in cui la concentrazione di particelle e diametro medio non è più variata qualsiasi quantità significativa. Questo stato è durato più di 30 minuti, che era sufficiente a completare dieci 3 min SMPS scansioni. La Figura 3 mostra la variazione della concentrazione di particelle in forma di distribuzioni dimensionali individuali (basate sugli stessi dati come in Figura 2). Il picco è aumentato lentamente nel tempo, e una volta che l&#39;aerosol è diventato stabile, è rimasto entro lo stesso intervallo di dimensioni tutto the resto del test. Il piccolo diametro medio mostrato all&#39;inizio dell&#39;esperimento non era dovuto instabile aerosol in polvere. Piuttosto, è stato causato dall&#39;aria ambiente residua all&#39;interno dell&#39;imbuto dopo la procedura di riempimento della polvere. Questo volume di aria è stato il primo a fluire nella camera di misura ed è stata campionata dal SMPS durante le sue scansioni iniziali (Figura 4). Questo potrebbe essere evitato attraverso la realizzazione di tutti gli esperimenti in una stanza pulita, se questo è stato richiesto dalla questione scientifica a portata di mano. Infatti, la distribuzione delle dimensioni della prima scansione era molto simile a quella dell&#39;aria ambiente. Poiché le particelle di aerosol di polvere continuato a fluire in, l&#39;interferenza dalle particelle ambientali diminuita rapidamente, e l&#39;effetto era quasi scomparso dopo pochi SMPS scansioni. <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig2.jpg" /> Figura 2. Cambiarein concentrazione totale del numero di particelle e il diametro in un esperimento aerosol dire (241 mg idrofobica SiO 2; aerosol portata 0,3 l / min). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig3.jpg" /> Figura 3. Variazione distribuzione granulometrica in un esperimento aerosol. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig3large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig4.jpg" /> Figura 4. aerosol granulometria distribuzioni all&#39;inizio della prova aerosolizzazione. Concentrazione di particelle è presentato su una scala relativa (t normalizzatao il numero totale), al fine di confrontare lo spettro della prima scansione in una concentrazione molto bassa agli spettri dalle scansioni successive a concentrazioni più elevate. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig4large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> I cambiamenti nella concentrazione di particelle non sempre seguono gli stessi schemi. Quattro possibilità di solito può essere visto in un test di aerosol. In Figura 5A, la concentrazione lentamente aumentata a una regione &quot;plateau&quot;, allora è rimasto pressoché invariato per il resto dell&#39;esperimento. In figura 5B, la concentrazione prima salito a un punto di massimo, gradualmente diminuito a un livello basso, e poi rimanere stabile per più di 1,5 ore. Nella Figura 5C, la concentrazione continuato decrescente fino a zero. Nella Figura 5D, la concentrazione aumentata a un livello massimo, remained per un certo periodo, e poi diminuire nuovamente. Scenario (a) di solito è visto quando la procedura operativa standard è seguita. Il flusso d&#39;aria aerosol è lentamente introdotto e infine stabilizzato all&#39;interno della gamma adeguata. La quantità di materia prima è sufficiente rispetto al livello di aerosol, e una velocità di generazione di aerosol costante può essere mantenuto per un lungo periodo di tempo. Scenario (b) è probabilmente dovuto ad un flusso di aerosol eccessivo tutto l&#39;esperimento, combinata con una insufficiente quantità di polvere. La polvere viene rapidamente consumato e non è in grado di sostenere la generazione di aerosol stabile. Scenario (c) mostra un calo analogo concentrazione del numero di particelle di Scenario (b), tranne che dopo un breve periodo di tempo, la portata d&#39;aria è stato ri-regolato a un intervallo adeguato e mantenuta costante per tutto il resto del test. Questo ha permesso la concentrazione di particelle di raggiungere gradualmente una gamma stabile. Scenario (d)ppears quando si usa una quantità insufficiente di materiale grezzo. In quest&#39;ultima fase dell&#39;esperimento, non è più sufficiente prova di polvere per generare particelle di aerosol ad una velocità costante, come è stato possibile nella fase iniziale di aerosol. Di conseguenza, la concentrazione di particelle nel sistema diminuisce. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig5.jpg" /> Figura 5. schemi tipici per cambiare concentrazioni totali di particelle durante gli esperimenti aerosol: (A) aumentano lentamente fino a raggiungere un plateau; (B) diminuirà gradualmente a zero; (C) raggiunge rapidamente un picco e poi diminuire ad un livello stabile; (D) aumenta di uno stato stazionario e mantenere per un certo periodo di tempo, per poi diminuire. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </p&gt; Diverse portate aerosol sono stati testati per studiare la loro influenza sulla generazione di aerosol. Portate da 0,3-1,1 L / min sono stati utilizzati, e le distribuzioni granulometriche risultanti sono mostrati in Figura 6. Il picco dello spettro rosa come il flusso aumentato. Alla massima portata (1,1 L / min), particelle sospese micron di dimensioni iniziato a entrare nel sistema (il picco secondario). Le dimensioni modale delle particelle di aerosol stati simili quando sotto lo stesso flusso di aerosol, tuttavia, sono diminuiti gradualmente quando il flusso d&#39;aria aumentato attraverso la gamma di 0,3-0,7 L / min (Figura 7). Il tasso di generazione di particelle aumentando e diminuendo il diametro medio delle particelle come portate aumentate suggeriscono che il processo aerosolization più dinamico (con movimento di particelle significativi e collisioni) facilitato disagglomerazione di particelle di polvere, causando una distribuzione di dimensione modificata dell&#39;aerosolparticelle generate. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig6.jpg" /> Figura 6. Sostituzione distribuzioni granulometriche con crescenti portate d&#39;aria (0,3- 1,1 L / min). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig7.jpg" /> Figura 7. Confronto delle distribuzioni di dimensione delle particelle in diverse portate. Gli spettri sono stati trasformati in altezze simili in scala relativa (normalizzato al numero totale di particelle), che mostra meglio lo spostamento del picco. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig7large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; Le concentrazioni sul numero di particelle di aerosol generati in prove ripetute può variare fino a parecchie pieghe, ma di solito ben all&#39;interno di un ordine di grandezza. La dimensione media delle particelle, d&#39;altra parte, è altamente riproducibile. La Figura 8 mostra un esempio di variazione della distribuzione granulometrica da quattro prove ripetute utilizzando lo stesso materiale. La deviazione standard è 39,7% per la concentrazione totale delle particelle e del 6,6% per la dimensione media geometrica. La variazione della concentrazione numero potrebbe essere dovuto a diverse ragioni: 1) diverso stato di materia prima (per esempio, il livello di agglomerazione); 2) i fattori umani nel processo di riempimento in polvere (influenzano la quantità di polvere depositata sul fondo dell&#39;imbuto, in tal modo l&#39;importo disponibile per aerosol); o 3) di regolazione del flusso d&#39;aria all&#39;inizio di aerosolizzazione. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig8.jpg" /> <strong&gt; Figura 8. Variazione dei risultati dei test da esperimenti aerosol replicare con idrofobico SiO 2. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard di particelle concentrazione del numero di canali di dimensioni individuali. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig8large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders

We designed and developed an effective nanopowder aerosolization setup and operating protocol. The system generated nanoparticle aerosols with stable number concentrations and size distributions for long durations, requiring only small quantities of test material (min. 200 mg).

Un sistema per creare aerosol nanoparticelle stabili da Nanopolveri

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K Views.  Universities of Lausanne and Geneva. We designed and developed an effective nanopowder aerosolization setup and operating protocol. The system generated nanoparticle aerosols with stable number concentrations and size distributions for long durations, requiring only small quantities of test material (min. 200 mg). 

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Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol is presented. This compound can be used to effectively reduce and complex metal salts into metal core nanoparticles coated with the compound. By controlling the concentrations of salt and silane one is able to control reaction rates, particle size, and nanoparticle coating. The effects of these changes were characterized through transmission electron microscopy (TEM), UV-Vis spectrometry (UV-Vis), Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR). A unique aspect to this reaction is that usually silanes hydrolyze and cross-link in water; however, in this system the silane is water-soluble and stable. It is known that silicon and amino moieties can form complexes with metal salts. The silicon is known to extend its coordination sphere to form penta- or hexa-coordinated species. Furthermore, the silanol group can undergo hydrolysis to form a Si-O-Si silica network, thereby transforming the metal nanoparticles into a functionalized nanocomposites.

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-2-aminoethyl-3-aminosilanetriol

A novel method for metal core nanoparticle synthesis using a water stable silanol is described.

Generazione di zerovalente Metal Core nanoparticelle Uso n- (2-amminoetil) -3-aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of ...

Ricerca

Chimica

Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering, which is a fundamental element to the approach of nanosafety-by-design of nanostructured products for their durable development. This approach is basically a preemptive one in which the focus is put on minimizing the emission of engineered nanomaterials' aerosols during the usage phase of the product's life cycle. This can be attained by altering its material properties during its design phase without compromising with any of its added benefits. In this article, an experimental protocol is presented to investigate the nanosafety-by-design of three commercial nanostructured products with respect to their mechanical solicitation and environmental weathering. The means chosen for applying the mechanical solicitation is an abrasion process and for the environmental weathering, it is an accelerated UV exposure in the presence of humidity and heat. The eventual emission of engineered nanomaterials is studied in terms of their number concentration, size distribution, morphology and chemical composition. The purpose of the protocol is to study the emission for test samples and experimental conditions which are corresponding to real life situations. It was found that the application of the mechanical stresses alone emits the engineered nanomaterials' aerosols in which the engineered nanomaterial is always embedded inside the product matrix, thus, a representative product element. In such a case, the emitted aerosols comprise of both nanoparticles as well as microparticles. But if the mechanical stresses are coupled with the environmental weathering, the experimental protocol reveals then the eventual deterioration of the product, after a certain weathering duration, may lead to the emission of the free engineered nanomaterial aerosols too.

In this article, an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering is presented. Results on the emission of engineered nanomaterials, in the form of aerosols are presented. The specific experimental set-up is described in detail.

Protocollo sperimentale per Indagare particelle aerosol di un prodotto in base alle abrasioni e Under atmosferici ambientale

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental ...

Ingegneria

Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of fabricating micellar nanocrystals based on combining top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. This method involves first using electrospray to generate uniform ultrafine liquid droplets, each of which functions as a micro-reactor in which self-assembly reaction occurs forming micellar nanocrystals, with the structures (micelle shape and nanocrystal encapsulation) controlled by the organic solvent used. This method is largely continuous and produces high quality micellar nanocrystal products with an inexpensive structure control approach. By using a water-miscible organic solvent tetrahydrofuran (THF), worm-shaped micellar nanocrystals can be produced due to solvent-induced/facilitated micelle fusion. Compared with the common spherical micellar nanocrystals, worm-shaped micellar nanocrystals can offer minimized non-specific cellular uptake, thus enhancing biological targeting. By co-encapsulating multiple nanocrystals into each micelle, multifunctional or synergistic effects can be achieved. Current limitations of this fabrication method, which will be part of the future work, primarily include imperfect encapsulation in the micellar nanocrystal product and the incompletely continuous nature of the process.

The present work describes a method to fabricate micellar nanocrystals, an emerging major class of nanobiomaterials. This method combines top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. The fabrication method is largely continuous, can produce high quality products, and possesses an inexpensive means of structure control.

Fabbricazione di nanocristalli micellare sferica e a forma di verme combinando Electrospray, auto-assemblaggio e controllo di struttura a base di solvente

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of ...

A Continuous-flow Photocatalytic Reactor for the Precisely Controlled Deposition of Metallic Nanoparticles

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic nanoparticles is developed. Guidelines for the replication of the reactor and its operation are provided in detail. Three different composite systems (Pt/graphene, Pt/TiO2, and Au/TiO2) with monodisperse and uniformly distributed particles are produced by this reactor, and the photodeposition mechanism, as well as the synthesis optimization strategy, are discussed. The synthesis methods and their technical aspects are described comprehensively. The role of the ultraviolet (UV) dose (in each excitation pulse) on the photodeposition process is investigated and the optimum values for each composite system are provided.

For a continuous and scalable synthesis of noble-metal-based nanocomposites, a novel photocatalytic reactor is developed and its structure, operation principles, and product quality optimization strategies are described.

Un reattore di flusso continuo fotocatalitica di precisamente controllato deposizione di nanoparticelle metalliche

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic ...

Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles

Using a numerical analysis based on computerized fluid dynamics, a nose-only inhalation toxicity chamber with four different exposure concentrations is designed and validated for flow field uniformity and cross-contamination among the exposure ports for each concentration. The designed flow field values are compared with the measured values from exposure ports located horizontally and vertically. For this purpose, nanoscale sodium chloride particles are generated as test particles and introduced to the inhalation chamber to evaluate the cross-contamination and concentration maintenance among the chambers, for each concentration group. The results indicate that the designed multiconcentration inhalation chamber can be used in animal inhalation toxicity testing without cross-contamination among concentration groups. Moreover, the designed multiconcentration inhalation toxicity chamber can also be converted to a single-concentration inhalation chamber. Further testing with gas, organic vapor, or non-nanoscale particles will ensure the use of the chamber in the inhalation testing of other test articles.

A nose-only inhalation toxicity chamber capable of testing inhalation toxicity at four different exposure concentrations was designed and validated for flow field uniformity and cross-contamination between the exposure ports for each concentration. Here, we present a protocol to confirm that the designed chamber is effective for inhalation toxicity testing.

Sviluppo di una camera di prova di tossicità per inalazione solo naso che fornisce quattro concentrazioni di esposizione di particelle nanometriche

Using a numerical analysis based on computerized fluid dynamics, a nose-only inhalation toxicity chamber with four different exposure concentrations is ...

Preparation of Nanoparticles for ToF-SIMS and XPS Analysis

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, chemistry, and their potential to enable advanced materials. To effectively understand and regulate the physico-chemical properties and potential adverse effects of nanoparticles, validated measurement procedures for the various properties of nanoparticles need to be developed. While procedures for measuring nanoparticle size and size distribution are already established, standardized methods for analysis of their surface chemistry are not yet in place, although the influence of the surface chemistry on nanoparticle properties is undisputed. In particular, storage and preparation of nanoparticles for surface analysis strongly influences the analytical results from various methods, and in order to obtain consistent results, sample preparation must be both optimized and standardized. In this contribution, we present, in detail, some standard procedures for preparing nanoparticles for surface analytics. In principle, nanoparticles can be deposited on a suitable substrate from suspension or as a powder. Silicon (Si) wafers are commonly used as substrate, however, their cleaning is critical to the process. For sample preparation from suspension, we will discuss drop-casting and spin-coating, where not only the cleanliness of the substrate and purity of the suspension but also its concentration play important roles for the success of the preparation methodology. For nanoparticles with sensitive ligand shells or coatings, deposition as powders is more suitable, although this method requires particular care in fixing the sample.

A number of different procedures for preparing nanoparticles for surface analysis are presented (drop casting, spin coating, deposition from powders, and cryofixation). We discuss the challenges, opportunities, and possible applications of each method, particularly regarding the changes in the surface properties caused by the different preparation methods.

Preparazione di nanoparticelle per l'analisi ToF-SIMS e XPS

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, ...

Rapid, Scalable Assembly and Loading of Bioactive Proteins and Immunostimulants into Diverse Synthetic Nanocarriers Via Flash Nanoprecipitation

Nanomaterials present a wide range of options to customize the controlled delivery of single and combined molecular payloads for therapeutic and imaging applications. This increased specificity can have significant clinical implications, including decreased side effects and lower dosages with higher potency. Furthermore, the in situ targeting and controlled modulation of specific cell subsets can enhance in vitro and in vivo investigations of basic biological phenomena and probe cell function. Unfortunately, the required expertise in nanoscale science, chemistry and engineering often prohibit laboratories without experience in these fields from fabricating and customizing nanomaterials as tools for their investigations or vehicles for their therapeutic strategies. Here, we provide protocols for the synthesis and scalable assembly of a versatile non-toxic block copolymer system amenable to the facile formation and loading of nanoscale vehicles for biomedical applications. Flash nanoprecipitation is presented as a methodology for rapid fabrication of diverse nanocarriers from poly(ethylene glycol)-bl-poly(propylene sulfide) copolymers. These protocols will allow laboratories with a wide range of expertise and resources to easily and reproducibly fabricate advanced nanocarrier delivery systems for their applications. The design and construction of an automated instrument that employs a high-speed syringe pump to facilitate the flash nanoprecipitation process and to allow enhanced control over the homogeneity, size, morphology and loading of polymersome nanocarriers is described.

Nanomaterials provide versatile mechanisms of controlled therapeutic delivery for both basic science and translational applications, but their fabrication often requires expertise that is unavailable in most biomedical laboratories. Here, we present protocols for the scalable fabrication and therapeutic loading of diverse self-assembled nanocarriers using flash nanoprecipitation.

Montaggio veloce e scalabile e caricamento di proteine bioattive e immunostimolanti in nanovettori diversi sintetici tramite Flash nanoprecipitazione

Nanomaterials present a wide range of options to customize the controlled delivery of single and combined molecular payloads for therapeutic and imaging ...

Bioingegneria

Flash NanoPrecipitation for the Encapsulation of Hydrophobic and Hydrophilic Compounds in Polymeric Nanoparticles

The formulation of a therapeutic compound into nanoparticles (NPs) can impart unique properties. For poorly water-soluble drugs, NP formulations can improve bioavailability and modify drug distribution within the body. For hydrophilic drugs like peptides or proteins, encapsulation within NPs can also provide protection from natural clearance mechanisms. There are few techniques for the production of polymeric NPs that are scalable. Flash NanoPrecipitation (FNP) is a process that uses engineered mixing geometries to produce NPs with narrow size distributions and tunable sizes between 30 and 400 nm. This protocol provides instructions on the laboratory-scale production of core-shell polymeric nanoparticles of a target size using FNP. The protocol can be implemented to encapsulate either hydrophilic or hydrophobic compounds with only minor modifications. The technique can be readily employed in the laboratory at milligram scale to screen formulations. Lead hits can directly be scaled up to gram- and kilogram-scale. As a continuous process, scale-up involves longer mixing process run time rather than translation to new process vessels. NPs produced by FNP are highly loaded with therapeutic, feature a dense stabilizing polymer brush, and have a size reproducibility of &#177; 6%.

Flash NanoPrecipitation (FNP) is a scalable approach to produce polymeric core-shell nanoparticles. Lab-scale formulations for the encapsulation of hydrophobic or hydrophilic therapeutics are described.

Flash nanoprecipitazione per l'incapsulamento di composti idrofobi e idrofili in nanoparticelle polimeriche

The formulation of a therapeutic compound into nanoparticles (NPs) can impart unique properties. For poorly water-soluble drugs, NP formulations can ...

Dry Powder and Nebulized Aerosol Inhalation of Pharmaceuticals Delivered to Mice Using a Nose-only Exposure System

Obstructive respiratory diseases like asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are currently treated by inhaled anti-inflammatory and bronchodilator drugs. Despite the availability of multiple treatments, both diseases are growing public health concerns. The majority of asthma patients are well controlled on current inhaled therapies but a substantial number of patients with severe asthma are not. Asthma affects an estimated 300 million people worldwide and approximately 20 percent have a severe form of the disease. In contrast to asthma, there are few effective therapies for COPD. An estimated 10% of the population has COPD and the trend in death rates is increasing for COPD while decreasing for other major diseases. Although developing drugs for inhaled delivery is challenging, the nose-only inhalation unit enables direct delivery of novel drugs to the lung of rodents for pre-clinical efficacy and safety/toxicology studies. Inhaled drug delivery has multiple advantages for respiratory diseases, where high concentration in the lung improves efficacy and minimizes systemic side effects. Inhaled corticosteroids and bronchodilators benefit from these advantages and inhaled delivery may also hold potential for future biologic therapies. The inhalation unit described herein can generate, sample for characterization, and uniformly deposit a drug aerosol in the lungs of rodents. This enables the pre-clinical determination of the efficacy and safety of drug doses deposited in the lungs of rodents, key data required before initiating clinical development.

The inhalation unit described herein can generate, sample for characterization, and uniformly deposit a drug aerosol in the lungs of rodents. This enables the pre-clinical determination of the efficacy and safety of drug doses deposited in the lungs; key data enabling clinical inhaled drug development.

Polvere secca e nebulizzata Aerosol L&#39;inalazione di prodotti farmaceutici distribuito nelle topo, utilizzando un naso-only Sistema di esposizione

Obstructive respiratory diseases like asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are currently treated by inhaled anti-inflammatory and ...

Medicina

Whole-Body Nanoparticle Aerosol Inhalation Exposures

Inhalation is the most likely exposure route for individuals working with aerosolizable engineered nano-materials (ENM). To properly perform nanoparticle inhalation toxicology studies, the aerosols in a chamber housing the experimental animals must have: 1) a steady concentration maintained at a desired level for the entire exposure period; 2) a homogenous composition free of contaminants; and 3) a stable size distribution with a geometric mean diameter &lt; 200 nm and a geometric standard deviation &sigma;g &lt; 2.5 5. The generation of aerosols containing nanoparticles is quite challenging because nanoparticles easily agglomerate. This is largely due to very strong inter-particle forces and the formation of large fractal structures in tens or hundreds of microns in size 6, which are difficult to be broken up. Several common aerosol generators, including nebulizers, fluidized beds, Venturi aspirators and the Wright dust feed, were tested; however, none were able to produce nanoparticle aerosols which satisfy all criteria 5.
A whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposure system was fabricated, validated and utilized for nano-TiO2 inhalation toxicology studies. Critical components: 1) novel nano-TiO2 aerosol generator; 2) 0.5 m3 whole-body inhalation exposure chamber; and 3) monitor and control system. Nano-TiO2 aerosols generated from bulk dry nano-TiO2 powders (primary diameter of 21 nm, bulk density of 3.8 g/cm3) were delivered into the exposure chamber at a flow rate of 90 LPM (10.8 air changes/hr). Particle size distribution and mass concentration profiles were measured continuously with a scanning mobility particle sizer (SMPS), and an electric low pressure impactor (ELPI). The aerosol mass concentration (C) was verified gravimetrically (mg/m3). The mass (M) of the collected particles was determined as M = (Mpost-Mpre), where Mpre and Mpost are masses of the filter before and after sampling (mg). The mass concentration was calculated as C = M/(Q*t), where Q is sampling flowrate (m3/min), and t is the sampling time (minute). The chamber pressure, temperature, relative humidity (RH), O2 and CO2 concentrations were monitored and controlled continuously. Nano-TiO2 aerosols collected on Nuclepore filters were analyzed with a scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis.
In summary, we report that the nano-particle aerosols generated and delivered to our exposure chamber have: 1) steady mass concentration; 2) homogenous composition free of contaminants; 3) stable particle size distributions with a count-median aerodynamic diameter of 157 nm during aerosol generation. This system reliably and repeatedly creates test atmospheres that simulate occupational, environmental or domestic ENM aerosol exposures.

A whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposure facility was constructed for nano-sized titanium dioxide (TiO2) inhalation toxicology studies. This system provides nano-TiO2 aerosol test atmospheres that have: 1) a steady mass concentration; 2) a homogenous composition free of contaminants; and 3) a stable particle size distribution during aerosol generation.

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Inhalation is the most likely exposure route for individuals working with aerosolizable engineered nano-materials (ENM). To properly perform nanoparticle ...