Name: development of a nose-only inhalation toxicity test chamber that provides four exposure concentrations of nano-sized particles
Uploaded: 2019-03-18T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles at JoVE.com

Denne forskning blev støttet af den industrielle teknologi Innovation Program (10052901), udvikling af yderst brugbare nanomateriale indånding toksicitet testsystem i handel, gennem Korea evaluering Institute of Industrial Technology af koreanske Ministeriet for handel, industri og energi.

1. numerisk analyse metoder
<ol><li>Udføre analyse af feltet flow inde i salen ifølge den geometriske form, som beskrevet i figur 1 og tabel 114. Bemærk: En numerisk analyse af feltet flow ifølge den geometriske form forudsiger strømmen af aerosol og evaluerer det som en testbare enhed.</li>
	<li>Design afdeling med 4 faser x 12 kolonner, 48 porte i alt, hvor kernen er opdelt i en indre og ydre tårn, som beskrives i fig...

<ol>
	<li>Phalen, R. F., Phalen, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+in+Inhalation+Toxicology.">Methods in Inhalation Toxicology.</a> Inhalation Exposure Methods. , 69-84 (1997).</li><li>Moss, O. R., James, R. A., Asgharian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+exhaled+air+on+inhalation+exposure+delivered+through+a+directed-flow+nose-only+exposure+system.">Influence of exhaled air on inhalation exposure delivered through a directed-flow nose-only exposure system.</a> Inhalation Toxicology. 18, 45-51 (2006).</li><li>White, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fluid Mechanics. , (2004).</li><li>OECD TG 403. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> OECD guideline of the testing of chemicals 403: Acute inhalation toxicity testing. , (2009).</li><li>OECD TG 436. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> OECD guideline of the testing of chemicals 436: Acute inhalation toxicity - Acute Toxic Class Method. , (2009).</li><li>OECD GD 39. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Series on testing and assessment Number 39: Guidance document on acute Inhalation toxicity testing. , (2009).</li><li>OECD TG 412. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> OECD guideline of the testing of chemicals 412: Subacute inhalation toxicity testing. , (2018).</li><li>OECD TG 413. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> OECD guideline of the testing of chemicals 413: Subchronic inhalation toxicity testing. , (2018).</li><li>Cannon, W. C., Blanton, E. F., McDonald, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+flow-past+chamber:+an+improved+nose-only+exposure+system+for+rodents.">The flow-past chamber: an improved nose-only exposure system for rodents.</a> American Industrial Hygiene Association Journal. 44, 923-928 (1983).</li><li>Oldham, M. J., Phalen, R. F., Robinson, R. J., Kleinman, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+a+portable+whole-body+mouse+exposure+system.">Performance of a portable whole-body mouse exposure system.</a> Inhalation Toxicology. 16, 657-662 (2004).</li><li>Oldham, M. J., Phalen, R. F., Budiman, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+Predicted+and+Experimentally+Measured+Aerosol+Deposition+Efficiency+in+BALB/C+Mice+in+a+New+Nose-Only+Exposure+System.">Comparison of Predicted and Experimentally Measured Aerosol Deposition Efficiency in BALB/C Mice in a New Nose-Only Exposure System.</a> Aerosol Science and Technology. 43, 970-997 (2009).</li><li>Tuttle, R. S., Sosna, W. A., Daniels, D. E., Hamilton, S. B., Lednicky, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+assembly,+and+validation+of+a+nose-only+inhalation+exposure+system+for+studies+of+aerosolized+viable+influenza+H5N1virus+in+ferrets.">Design, assembly, and validation of a nose-only inhalation exposure system for studies of aerosolized viable influenza H5N1virus in ferrets.</a> Virology Journal. 7, 135 (2010).</li><li>Jeon, K., Yu, I. J., Ahn, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+newly+developed+nose-only+inhalation+exposure+chamber+for+nanoparticles.">Evaluation of newly developed nose-only inhalation exposure chamber for nanoparticles.</a> Inhalation Toxicology. 24 (9), 550-556 (2012).</li><li>Ji, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Twenty-Eight-Day+Inhalation+Toxicity+Study+of+Silver+Nanoparticles+in+Sprague-Dawley+Rats.">Twenty-Eight-Day Inhalation Toxicity Study of Silver Nanoparticles in Sprague-Dawley Rats.</a> Inhalation Toxicology. 19, 857-871 (2007).</li><li>Ostraat, M. L., Swain, K. A., Krajewski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SiO2+Aerosol+Nanoparticle+Reactor+for+Occupational+Health+and+Safety+Studies.">SiO2 Aerosol Nanoparticle Reactor for Occupational Health and Safety Studies.</a> Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 5, 390-398 (2008).</li><li>Pauluhn, J., Thiel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+approach+to+validation+of+directed-flow+nose-only+inhalation+chambers.">A simple approach to validation of directed-flow nose-only inhalation chambers.</a> Journal of Applied Toxicology. 27, 160-167 (2007).</li></ol>

Indånding toksicitetstest er i øjeblikket den bedste metode til evaluering af aerosolmaterialer materialer (partikler og fibre), dampe og gasarter ved indånding af menneskelige åndedrætsorganerne14,15. Der er to indånding eksponering metoder: hele kroppen og næse-only. Men en næse-kun system minimerer eksponering af noninhalation ruter, såsom hud og øjne, og tillader test med minimale mængder af test artikel, hvilket gør det foretrukne eksponering met...

Indånding toksicitetstest er den mest pålidelige metode til at vurdere risici ved kemiske stoffer, partikler, fibre og nanomaterialer1,2,3. Således kræver mest reguleringsorganer indsendelse af toksicitet ved indånding testdata, når eksponering for kemikalier, partikler, fibre og nanomaterialer er via indånding4,5,6,7 ,8. I øjeblikket, er der to typer af indånding toksicitet systemer: hele kroppen og næse-only eksponering systemer. En standard indånding toksicitet testsystemet, enten hele kroppen eller næse-only, kræver mindst fire kamre til at udsætte dyr som rotter og mus til fire forskellige koncentrationer, nemlig frisk luft kontrol og lav, moderat og høje koncentrationer7 , 8. the organisationen for økonomisk samarbejde og udvikling (OECD) test retningslinjer tyder på, at den valgte destination koncentration bør tillade identifikation af mål organer(med) og demonstration af en tydelig koncentration respons7 ,8. Den høje koncentration bør resultere i en klar plan for toksicitet men ikke forårsage dødelighed eller vedvarende tegn, der kan føre til døden eller forhindre en meningsfuld vurdering af resultaterne7,8. Den maksimale opnåelige niveau eller høj koncentration af aerosoler kan nås samtidig opfylder partikel størrelse distribution standard. Moderat koncentration omsætningsled bør være fordelt til at producere en graduering af toksiske virkninger mellem de lave og høje koncentrationer7,8. Lav koncentrationsniveau, som ville helst være et NOAEC (no observed-effect concentration), skal producere lidt eller ingen tegn på toksicitet7,8. Hele kroppen kammeret udsætter dyrene i en uhæmmet betingelse i kablede bure, mens kun næse-salen udsætter et dyr i en behersket tilstand i det lukkede rør. Tilbageholdenhed forhindrer tab af aerosol ved lækage omkring dyret. På grund af den store mængde af hele kroppen kammeret kræver det et stort antal test artikler vil blive udsat for forsøgsdyr, mens tilbageholdenhed i røret i næse-only eksponering system hindrer flytning af dyr og kan forårsage ubehag eller kvælning. Ikke desto mindre, de lovgivningsmæssige OECD indånding toksicitet testretningslinjer foretrækker brugen af næse-only indånding systemer4,5,6,7,8.
Dog imødekommende en fire-kammer system, enten hele kroppen eller kun for næsen, er dyrt, pladskrævende, og kræver en indbygget luft rengøring og cirkulation system. Desuden kan en fire-kammer system også kræve separate test artikel generatorer til at udsætte dyr for de ønskede koncentrationer, og en særskilt måling apparater at overvåge artikel testkoncentrationer. Derfor, da standard indånding toksicitetstest indebærer betydelige investeringer, en mere praktisk og økonomisk eksponering hele kroppen eller kun næse-system skal udvikles til brug i små forsknings-faciliteter. Når du udformer en indånding kammer, computational fluid dynamics (CFD) modellering er også ofte bruges til at opnå partikel, gas, eller dampe ensartethed9,10,11,12,13 . Evaluering af numeriske analyser og validering af forsøgsresultater er allerede blevet udført for hele kroppen eksponering salen for mus10. For eksempel, air flow og partikel bane har været modelleret ved hjælp af CFD, og ensartethed af partikel distribution er blevet målt i ni dele af hele kroppen kammer10. Også, kun næse-salen er blevet evalueret af numerisk analyse af CFD13. Efter, at blev evaluering til næse-only eksponering salen udført ved at sammenligne de numerisk analyseresultater med en eksperimentel undersøgelse ved hjælp af nanopartikler13.
Denne undersøgelse præsenterer en næse-only indånding kammer system, der kan udsætte forsøgsdyr til fire forskellige koncentrationer i et kammer. Oprindeligt designet ved hjælp af CFD og en numerisk analyse, er det foreslåede system derefter sammenlignet med en eksperimentel undersøgelse ved hjælp af nanoskala natriumchlorid partikler til at validere ensartethed og krydskontaminering. Resultaterne præsenteres her angiver, at den præsenteres kun næse-kammer, der kan udsætte dyr for fire forskellige koncentrationer kan anvendes til dyrs eksponeringsundersøgelser i små akademiske og forskningsfaciliteter. Numerisk analyse er indstillet således, på samme måde som indstillingen for eksperimentet. For enkelt-koncentration eksponering, aerosol strømmen til den indre tower er indstillet til 48 L/min og kappe strømmen til den ydre tower er sat til 20 L/min. For multiconcentration eksponering er aerosol flow til indre tårnet input 11 L/min. for hver etape. Outlet differenstryk holder på -100 Pa at opretholde en jævn strømning af udstødningsgassen og forhindre lækage. Antag de animalske indehavere er lukket og tømme.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:572px;" width="573">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">FLUENT V.17.2&#160;</td>
			<td style="width:71px;">ANSYS</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">mass flow meter (MFM)</td>
			<td style="width:71px;">TSI</td>
			<td align="right" style="width:119px;">4043</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">SMPS (scanning mobility particle sizer)</td>
			<td style="width:71px;">Grimm&#160;</td>
			<td style="width:119px;">SMPS+C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">5-Jet atomizer&#160;</td>
			<td style="width:71px;">HCTM</td>
			<td style="width:119px;">5JA-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mass flow controller (MFC)</td>
			<td style="width:71px;">Horiba</td>
			<td style="width:119px;">S48-32</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of a nose-only inhalation toxicity test chamber that provides four exposure concentrations of nano-sized particles

Ved hjælp af en numerisk analyse baseret på edb fluid dynamik, er en næse-only indånding toksicitet kammer med fire forskellige eksponering koncentrationer udviklet og valideret flow felt ensartethed og krydskontaminering mellem eksponering havne for hver koncentration. Designet flow feltværdier er sammenlignet med de målte værdier fra eksponering porte placeret horisontalt og vertikalt. Til dette formål, nanoskala natriumchlorid partikler genereres som test partikler og indført indånding herhen for at evaluere krydskontaminering og koncentration vedligeholdelsen blandt afdelingerne for hver koncentration. Resultaterne viser, at designet multiconcentration indånding salen kan bruges i animalsk indånding toksicitet test uden krydskontaminering mellem koncentration grupper. Desuden kan designet multiconcentration indånding toksicitet kammer også blive konverteret til en enkelt-koncentration ved indånding kammer. Yderligere undersøgelser med gas, organiske dampe eller ikke-nanoskala partikler vil sikre brugen af salen til indånding afprøvning af andre test artikler.

Eksperimentel opsætning
Figur 1 viser et skematisk diagram over et næse-only indånding kammer system, herunder en partikel generator med MFC, kun næse-kammer, og partikel måling instrument til overvågning af luftkvaliteten, controller og udstødning modul, baseret på Del 2 af protokollen.
Numerisk analyse design
<p class="jove_content...

Watch this Scientific Journal Video about Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles at JoVE.com

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

En næse-only indånding toksicitet kammer i stand til at teste toksicitet ved indånding i fire forskellige eksponering koncentrationer blev udviklet og valideret flow felt ensartethed og krydskontaminering mellem eksponering havne for hver koncentration. Vi præsenterer her, en protokol for at bekræfte, at designet salen er effektiv for indånding toksicitetstest.

Udvikling af en næse-only indånding toksicitet testkammeret, der giver fire eksponering koncentrationer af Nano mellemstore partikler

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

Vi fremlægger en testprotokol, der er i overensstemmelse med OECD's retningslinjer for test af toksicitet ved indånding for eksponering for en- og flerkoncentration. Multikoncentrationsinhalationskammeret, som kan teste op til fire eksponeringskoncentrationer på én gang, vil være mere økonomisk for små forskningsinstitutter. For at begynde at teste et enkeltkoncentrationskammer skal kammeret forsegles, og det kontrolleres for lækager ved 500 og negativ 500 pascals-måler i 30 minutter hver.Derefter indstille den rene lufttemperatur til 23 grader Celsius og 45% relativ luftfugtighed. Begynd at flyde ren luft gennem aerosolindtaget og hylsteret ved henholdsvis 48 og 20 liter i minuttet. Sæt udstødningstrykforskellen til negative 100 pascal.Når flowet er stabiliseret, måles flowhastighederne ved tre tilfældigt udvalgte porte fra hvert niveau for at bekræfte, at flowet er ensartet. Strømningshastigheden skal være omkring en liter i minuttet. Gentag målingerne to gange mere.Dernæst stoppe luftstrømmen, og indlæse en 0,1% efter vægt natriumchlorid opløsning i aerosol produktionssystemet. Start aerosol produktion på 20 liter i minuttet med ren luft som luftfartsselskabet gas. Fortynd aerosolet med 28 liter i minuttet ren luft.Opret et partikelstørrelsesmålingssystem, og vælg tilfældigt tre porte fra hvert niveau af kammeret. Mål partikelstørrelsesfordelingen i hver valgt port tre gange. For at begynde at oprette et multikoncentrationskammer skal du kontrollere det for lækager og indstille den rene lufttilførsel til 23 grader Celsius og 45 % relativ luftfugtighed.Sæt udstødningen til at opretholde et differenstryk på negative 100 pascal. Derefter tilsluttes en ren lufttilførsel til en port i det øverste rum, og begynde at flyde ren luft gennem rummet ved 11 liter i minuttet. Når strømmen er stabiliseret, skal flowhastigheden ved hver tilgængelig port i det øverste rum måles tre gange.Gentag denne proces for de tre andre rum. Derefter indlæses en 0,1% efter vægt natriumchloridopløsning i aerosolgeneratoren. Konfigurer aerosolfortyndingssystemet til at producere en aerosolstrøm på 11 liter i minuttet.Tilslut aerosolindtaget til det øverste rum, vent på, at strømmen stabiliseres, og vælg tilfældigt seks porte fra det pågældende rum. Mål partikelstørrelsesfordelingen i hver af disse porte tre gange ved hjælp af partikelstørrelsesmålingssystemet. Gentag denne proces for hvert rum.Skyl rummene med ren luft i 30 minutter, når de er færdige. Derefter tilslut en ren luftindtag til det øverste rum, og flyd ren luft gennem det på 11 liter i minuttet. Konfigurer aerosolfortyndingssystemet for aerosolstrømme med lav koncentration og høj koncentration på 11 liter i minuttet.lavkoncentrationslinjen til det næsthøjeste rum og den højkoncentrationslinje, der er til bundrummet. Vent 10 minutter, før strømmen stabiliseres. Vælg derefter tilfældigt en port fra hvert af de tre rum, og mål aerosolkoncentrationen i de valgte porte 15 gange hver for at kontrollere, om der er krydskontaminering.Både enekoncentrations- og multikoncentrationseksponeringskamrene udviste god flowsedformitet på hvert horisontalt niveau i kammeret. De normaliserede flows var tæt på de værdier, der blev beregnet under modellering af systemet. God flow ensartethed blev også observeret lodret i enkelt-koncentration kammer.Multikoncentrationskammeret har kun ét niveau af porte pr. rum, så direkte vertikale ensartethedsmålinger var ikke gældende. Partikelkoncentrationen var også ensartet vandret for begge kamre og var ensartet lodret for enkeltkoncentrationskammeret. Aerosolkoncentrationerne i forskellige rum i multikoncentrationskammeret viste relativt lille variation på tværs af 15 målinger, hvilket indikerer minimal krydskontaminering mellem rum.Det er vigtigt at kontrollere, om der er reproducerbarhed under hele proceduren, især under den eksperimentelle præstationsvurderingstest for krydskontaminering. Præstationsevalueringstest kan udvides ved at sammenligne det eksperimentelle resultat med beregningsvæskedynamikmodellering af kammersystemet.

Research

JoVE Journal

Engineering

Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

Indkapsling og permeabilitet karakteristika Plasma polymeriserede hule partikler

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma ...

Measurement of Coherence Decay in GaMnAs Using Femtosecond Four-wave Mixing

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, ...

Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Karakterisering for rekombination effekter i en Liquid ioniseringskammeret Anvendes til dosimetri af en radiosurgical Accelerator

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Udvikling af en 3D graphene Elektrode dielektrophoretisk Device

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Metoder til måling af Orientering og Rotation Sats for 3D-trykte Partikler i Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Brug synkrotronstråling Microtomography at undersøge Multi-skala Tre-dimensionelle Mikroelektroniske pakker

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Fabrikation og drift af Acoustofluidic Devices Støtte Bulk Acoustic stående bølger for Sheathless Fokusering af partikler

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System

Test af Nanopartikel Frigivelse fra et Composite indeholdende nanomateriale Brug en afdeling System

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Studere dynamiske processer af Nano-størrelse Objekter i Liquid hjælp Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

Et 3D-trykt kammer for økologisk optoelektroniske enhed nedbrydning test

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...