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
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Cette recherche a été financée par le programme d’Innovation technologique industrielle (10052901), développement de toxicité par inhalation de nanomatériau très utile système de test dans le commerce, à travers la Corée évaluation Institut des technologies industrielles par les Coréens Ministère du commerce, industrie et énergie.

1. analyse numérique méthodes
<ol><li>Effectuer l’analyse du champ flux à l’intérieur de la chambre selon la forme géométrique, comme décrit dans la Figure 1 et tableau 114. Remarque : Une analyse numérique du champ d’écoulement selon la forme géométrique prédit le débit de l’aérosol et il évalue comme un dispositif testable.</li>
	<li>Conception de la chambre 4 stades x 12 de colonnes, avec 48 ports au total, où le noyau...

<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>

Essais de toxicité par inhalation est actuellement la meilleure méthode pour l’évaluation des matériaux en aérosol (particules et fibres), vapeurs et gaz inhalés par le système respiratoire humain14,15. Il existe deux méthodes d’exposition par inhalation : corps entier et nez seulement. Toutefois, un système de nez minimise l’exposition par des voies noninhalation, tels que la peau et les yeux et permet de tester avec des quantités minimes de l?...

Essais de toxicité par inhalation sont la méthode la plus fiable pour évaluer les risques des agents chimiques, de particules, de fibres et de nanomatériaux1,2,3. Ainsi, plus les organismes de réglementation exigent la présentation de toxicité par inhalation des prélèvements lors de l’exposition aux produits chimiques, de particules, de fibres et de nanomatériaux se fait par inhalation4,5,6,7 ,,8. Actuellement, il existe deux types de systèmes de toxicité par inhalation : systèmes d’exposition corporelle et nez seulement. Un système de test toxicité par inhalation standard, soit confiné ou nez seulement, nécessite au moins quatre chambres pour exposer des animaux comme les rats et les souris à quatre concentrations différentes, à savoir le contrôle de l’air frais et concentration faible, modéré et élevé7 , 8. l’organisation pour la coopération économique et développement économiques (OCDE) test lignes directrices suggèrent que la concentration cible sélectionné devrait permettre d’identifier les organes cibles et la démonstration d’une réponse nette concentration7 ,,8. Le niveau de concentration élevé devrait déboucher sur un niveau clair de toxicité mais ne provoque pas la mortalité ou des signes persistants qui pourraient entraîner la mort ou empêcher une évaluation significative des résultats7,8. La concentration maximale de niveau ou élevée réalisable des aérosols sont accessibles tout en répondant à la norme de distribution de taille de particules. Le niveau de concentration modérée devrait être espacées pour entraîner une gradation des effets toxiques entre celle de la basse et à haute concentration7,8. Le niveau de concentration faible, préférence serait une CSENO (non-observed-adverse-effect-concentration), devrait produire peu ou pas de signe de toxicité7,8. La chambre de l’ensemble du corps expose les animaux dans un état sans retenue dans des cages filaires, tandis que la chambre de nez seulement expose un animal dans un état sobre dans le tube clos. Le dispositif de retenue prévient toute perte d’aérosol en fuite autour de l’animal. En raison du volume élevé de la chambre de tout le corps, il nécessite un grand nombre d’articles de test d’être exposés à des animaux de laboratoire, alors que le dispositif de retenue du tube dans le système d’exposition nez seulement entrave les mouvements des animaux et peut causer des inconforts ou suffocation. Réglementaire par inhalation toxicity test directeurs de l’OCDE préfèrent toutefois, l’utilisation de l’inhalation nasale uniquement systèmes4,5,6,7,8.
Cependant, pouvant accueillir un système de quatre chambres, soit confiné ou nez seulement, est coûteux, encombrants et nécessite un système de nettoyage et de la circulation d’air intégré. En outre, un système de quatre chambres peut également exiger des générateurs article test séparé pour exposer des animaux à la concentration désirée et un appareil de mesure distincts pour surveiller les concentrations de l’article de test. Donc, puisque les essais de toxicité par inhalation standard implique un investissement important, un système d’exposition tout le corps ou le nez seulement plus pratique et économique doit être développé pour une utilisation dans des installations de recherche de petites. Lors de la conception d’une chambre d’inhalation, computational fluid, modélisation de la dynamique est également fréquemment utilisée pour réaliser des particules, de gaz ou vapeurs uniformité9,10,11,12,13 . Évaluation par des analyses numériques et la validation de résultats expérimentaux a déjà eu lieu pour la chambre d’exposition totale du corps pour souris10. Par exemple, la trajectoire de flux et de particules d’air ont été modélisés à l’aide de CFD et l’uniformité de la distribution a été mesurée en neuf parties de la chambre de tout le corps10. En outre, la chambre de nez seulement a été évaluée par analyse numérique par CFD13. Après cela, évaluation de la chambre d’exposition nez seulement a été réalisée en comparant les résultats de l’analyse numérique avec une étude expérimentale utilisant des nanoparticules13.
Cette étude présente un système de chambres d’inhalation nasale uniquement qui peut exposer les animaux de laboratoire à quatre concentrations différentes dans une chambre. Initialement conçu à l’aide de la CFD et une analyse numérique, le système proposé est alors comparé à une étude expérimentale utilisant des nanoparticules de chlorure de sodium pour valider l’uniformité et la contamination croisée. Les résultats présentés ici montrent que la chambre nasale uniquement présentée qui peut exposer les animaux à quatre concentrations différentes peut être utilisée pour des études d’exposition animale en universitaire à petite échelle et installations de recherche. L’analyse numérique est définie comme suit, de la même manière que le paramètre de l’expérience. Pour l’exposition de concentration unique, le flux d’aérosol à la tour intérieure est défini sur 48 L/min et le débit de la gaine à la tour externe est défini à 20 L/min. Pour l’exposition multiconcentration, le flux d’aérosol à la tour intérieure entrée est 11 L/min pour chaque étape. La pression différentielle conserve à -100 Pa à maintenir un bon débit d’échappement et éviter les fuites. Supposons que les détenteurs d’animaux sont fermés et vider.

<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

À l’aide d’une analyse numérique basée sur la dynamique des fluides informatique, une chambre de toxicité par inhalation nasale uniquement avec quatre concentrations différentes d’exposition est conçue et validée pour l’uniformité de champ de flux et la contamination croisée entre les ports de l’exposition pour chacun concentration. Les valeurs de champ de flux conçu sont comparées avec les valeurs mesurées des ports d’exposition situés horizontalement et verticalement. À cet effet, chlorure de sodium de nanoparticules sont générées sous forme de particules test et a présenté à la chambre d’inhalation pour évaluer le maintien de la contamination croisée et de la concentration entre les chambres, pour chaque groupe de concentration. Les résultats indiquent que la chambre d’inhalation multiconcentration conçu peut être utilisée dans des essais sans contamination croisée entre les groupes de concentration de toxicité animale par inhalation. En outre, la chambre d’inhalation multiconcentration conçu toxicité peut aussi être convertie à une chambre d’inhalation de concentration unique. Autres tests avec les gaz, vapeurs organiques ou non-nanoparticules assurera l’utilisation de la chambre dans les essais par inhalation d’autres articles de test.

Montage expérimental
La figure 1 montre un diagramme schématique d’un système de chambres d’inhalation nasale uniquement, y compris un générateur de particules avec un nez seulement chambre et MFC, instrument de mesure de particules pour la surveillance de la qualité de l’air, le contrôleur et le module de gaz d’échappement, basé sur l’article 2 du protocole.
<p class="jove_step"...

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

Une chambre de toxicité par inhalation nasale uniquement capable de tester la toxicité par inhalation à quatre concentrations d’exposition différents a été conçue et validée pour l’uniformité de champ de flux et la contamination croisée entre les ports d’exposition pour chaque concentration. Nous présentons ici un protocole pour confirmer que la chambre conçue est efficace pour les essais de toxicité par inhalation.

Développement d’une chambre d’essai de toxicité par Inhalation nasale uniquement qui fournit quatre Concentrations de l’exposition des particules de taille nanométrique

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

Nous présentons un protocole d’essai conforme aux Lignes directrices de l’OCDE pour les tests de toxicité par inhalation pour l’exposition à concentration unique et multiple. La chambre d’inhalation à concentrations multiples, qui peut tester jusqu’à quatre concentrations d’exposition à la fois, sera plus économique pour les petits instituts de recherche. Pour commencer à tester une chambre à concentration unique, scellez la chambre et vérifiez les fuites à 500 et la jauge négative de 500 pascals pendant 30 minutes chacune.Ensuite, réglez la température de l’air pur à 23 degrés Celsius et 45% d’humidité relative. Commencez à couler de l’air pur à travers l’entrée d’aérosol et la gaine à 48 et 20 litres par minute, respectivement. Réglez le différentiel de pression d’échappement à 100 pascals négatifs.Une fois que le débit s’est stabilisé, mesurez les vitesses de débit à trois ports choisis au hasard de chaque niveau pour confirmer que le débit est uniforme. Le débit devrait être d’environ un litre par minute. Répétez les mesures deux fois de plus.Ensuite, arrêtez le flux d’air et chargez une solution de chlorure de sodium de 0,1 % par poids dans le système de production d’aérosols. Démarrez la production d’aérosols à 20 litres par minute avec de l’air pur comme gaz porteur. Diluer l’aérosol avec 28 litres par minute d’air pur.Configurez un système de mesure de la taille des particules et sélectionnez au hasard trois ports de chaque niveau de la chambre. Mesurez trois fois la distribution de la taille des particules à chaque port sélectionné. Pour commencer à mettre en place une chambre multi-concentration, vérifiez les fuites et réglez l’approvisionnement en air pur à 23 degrés Celsius et 45% d’humidité relative.Réglez l’échappement pour maintenir une pression différentielle de 100 pascals négatifs. Ensuite, connectez un approvisionnement en air pur à un port dans le compartiment supérieur, et commencer à couler de l’air pur à travers le compartiment à 11 litres par minute. Une fois que le débit s’est stabilisé, mesurez trois fois la vitesse d’écoulement à chaque port disponible du compartiment supérieur.Répétez ce processus pour les trois autres compartiments. Ensuite, chargez une solution de chlorure de sodium de 0,1 % par poids dans le générateur d’aérosols. Configurer le système de dilution des aérosols pour produire un débit d’aérosol à 11 litres par minute.Connectez l’entrée d’aérosol au compartiment supérieur, attendez que le débit se stabilise et sélectionnez au hasard six ports de ce compartiment. Mesurez la distribution de la taille des particules à chacun de ces ports trois fois à l’aide du système de mesure de la taille des particules. Répétez ce processus pour chaque compartiment.Rincer les compartiments à l’air pur pendant 30 minutes une fois terminés. Ensuite, connectez une entrée d’air pur au compartiment supérieur, et coulez l’air pur à travers elle à 11 litres par minute. Configurer le système de dilution des aérosols pour les débits d’aérosols à faible concentration et à haute concentration à 11 litres par minute.Connectez la ligne de faible concentration au deuxième compartiment le plus élevé et à la ligne à haute concentration au compartiment inférieur. Attendez 10 minutes pour que les débits se stabilisent. Ensuite, sélectionnez au hasard un port dans chacun des trois compartiments et mesurez la concentration d’aérosols dans les ports sélectionnés 15 fois chacun pour vérifier la contamination croisée.Les chambres d’exposition à concentration unique et à concentrations multiples ont montré une bonne uniformité de débit à chaque niveau horizontal de la chambre. Les débits normalisés étaient proches des valeurs calculées lors de la modélisation du système. Une bonne uniformité du débit a également été observée verticalement dans la chambre à concentration unique.La chambre multi-concentration n’a qu’un seul niveau de ports par compartiment, de sorte que les mesures directes d’uniformité verticale n’étaient pas applicables. La concentration de particules était également uniforme horizontalement pour les deux chambres, et était uniforme verticalement pour la chambre à concentration unique. Les concentrations d’aérosols dans différents compartiments de la chambre à concentrations multiples ont montré relativement peu de variation entre 15 mesures, ce qui indique une contamination croisée minimale entre les compartiments.Il est important de vérifier la reproductibilité tout au long de la procédure, en particulier lors du test expérimental d’évaluation des performances des tests de contamination croisée. Les tests d’évaluation du rendement peuvent être prolongés en comparant le résultat expérimental à la modélisation computationnelle de la dynamique des fluides du système de chambre.

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