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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Diese Forschung wurde durch die industrielle Technologie Innovation Program (10052901), Entwicklung sehr brauchbar Nanomaterial Inhalation Toxizitätstests System im Handel, durch die Korea Bewertung Institute of Industrial Technology der koreanischen unterstützt Ministerium für Handel, Industrie und Energie.

1. numerische Analyse-Methoden
<ol><li>Führen Sie die Analyse des Strömungsfeldes im Inneren der Kammer entsprechend der geometrischen Form, wie in Abbildung 1 und Tabelle 114beschrieben. Hinweis: Eine numerische Analyse des Strömungsfeldes entsprechend der geometrischen Form prognostiziert die Strömung des Aerosols und wertet es als testbare Gerät.</li>
	<li>Gestaltung die Kammer mit 4 Stufen X 12 Spalten, 48 Ports insgesamt, wo der Kern in...

<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>

Inhalation Toxizitätstests ist derzeit die beste Methode für die Bewertung der Aerosol Materialien (Partikel und Fasern), Dämpfe und Gase eingeatmet durch die menschlichen Atemwege14,15. Es gibt zwei Methoden, Inhalation Exposition: Ganzkörper- und nur für die Nase. Jedoch eine Nase-only-System minimiert die Exposition durch Noninhalation Strecken, wie Haut und Augen, und ermöglicht Tests mit minimalen Mengen an Testartikel, so dass es die bevorzugte Belich...

Inhalation Toxizitätstests ist die zuverlässigste Methode für die Bewertung der Risiken von Chemikalien, Partikel, Fasern und Nanomaterialien1,2,3. Die meisten Aufsichtsbehörden erfordern daher, die Einreichung der Inhalation Toxizitätstests Daten wird die Exposition gegenüber Chemikalien, Partikel, Fasern und Nanomaterialien über Inhalation4,5,6,7 ,8. Derzeit gibt es zwei Arten von Inhalation Toxizität Systeme: Ganzkörper- und Nase nur Belichtung Systeme. Ein Testsystem der standard Inhalation Toxizität, Ganzkörper- oder nur Nase, erfordert mindestens vier Kammern Tiere wie Ratten und Mäuse in vier unterschiedlichen Konzentrationen, nämlich Frischluftregelung und niedrig, Mittel und hohen Konzentrationen7 verfügbar machen , 8. die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) Test Richtlinien deuten darauf hin, dass die ausgewählten Zielkonzentration, die Identifizierung von der Ziel-Organ und Demonstration von eine klare Konzentration Antwort7 ermöglichen soll ,8. Die hohe Konzentration sollte eine klare Grad der Toxizität führen aber nicht verursachen Sterblichkeit oder anhaltende Zeichen, die zu Tod führen oder verhindern, dass eine sinnvolle Auswertung der Ergebnisse7,8. Die maximale erreichbare Ebene oder hohe Konzentration der Aerosole kann unter Berücksichtigung des Partikel Größe Vertrieb Standards erreicht werden. Mäßiger Konzentration Ebene(n) sollten gesperrt werden, um eine Abstufung der toxischen Wirkungen zwischen der niedrigen und hohen Konzentrationen7,8zu produzieren. Die niedrige Konzentration-Ebene, die vorzugsweise eine NOAEC (keine-beobachtet-negative-Effekt-Konzentration) wäre, sollte wenig oder gar keine Zeichen von Toxizität7,8produzieren. Die Ganzkörper-Kammer macht Tiere in einem hemmungslosen Zustand in verkabelten Käfigen, während die Nase nur Kammer ein Tier in einem zurückhaltenden Zustand in der engen Röhre macht. Die Zurückhaltung verhindert den Verlust des Aerosols durch Leckage rund um das Tier. Aufgrund der hohen Anzahl der Ganzkörper-Kammer erfordert es eine große Anzahl von Test-Artikeln an Versuchstieren, ausgesetzt werden, während die Zurückhaltung des Rohres in die Nase nur Expositionssystem Tierbewegung behindert und dazu führen, Beschwerden oder ersticken dass kann. Dennoch bevorzugen die regulatorischen OECD Inhalation Toxizität Prüfungsrichtlinien die Verwendung von nur Nase einatmen Systeme4,5,6,7,8.
Jedoch Platz für ein vier-Kammer-System, Ganzkörper- oder nur Nase, ist teuer, raumgreifende und erfordert ein integriertes Luftsystem Reinigung und Zirkulation. Ein vier-Kammer-System kann darüber hinaus auch separate Test Artikel Generatoren, Tiere die gewünschten Konzentrationen und eine separate Messung Apparat zur Überwachung der Testkonzentrationen Artikel verfügbar zu machen benötigen. Da standard Inhalation Toxizitätstests erhebliche Investitionen erfordert, muss deshalb eine bequeme und kostengünstige Ganzkörper- oder Nase nur Expositionssystem für den Einsatz in kleinen Forschungseinrichtungen entwickelt werden. Beim Entwerfen einer Inhalation Kammer computational Fluid Dynamics (CFD) Modellierung auch häufig verwendet, um Partikel zu erreichen gas oder Dampf Einheitlichkeit9,10,11,12,13 . Bewertung durch numerische Analysen und Validierung von experimentellen Ergebnissen wurde bereits für die Ganzkörper-Exposition Kammer für Mäuse10durchgeführt. Zum Beispiel die Luft Durchfluss und Partikel Flugbahn haben mithilfe von CFD modelliert worden, und die Einheitlichkeit der Partikelgrößenverteilung in neun Teile der Ganzkörper-Kammer10gemessen wurde. Auch ist die Nase nur Kammer durch numerische Analyse von CFD13ausgewertet worden. Danach erfolgte die Bewertung für die Nase nur Exposition Kammer durch Vergleich der numerischen Analyse-Ergebnisse mit einer experimentellen Studie mit Nanopartikeln13.
Diese Studie bietet eine nur Nase einatmen-Kammer-System, die Versuchstiere in vier unterschiedlichen Konzentrationen in einer Kammer verfügbar machen kann. Zunächst mit CFD und eine numerische Analyse gestaltet, wird das vorgeschlagene System dann mit einer experimentellen Studie mit nanoskaligen Natriumchlorid Partikeln, um die Einheitlichkeit und Cross-Kontamination zu validieren verglichen. Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass die vorgestellte Nase nur Kammer, die Tiere zu vier verschiedenen Konzentrationen verfügbar machen kann für tierischen Belichtung Studien in kleinen akademischen und Forschungseinrichtungen genutzt werden kann. Die numerische Analyse ist wie folgt auf die gleiche Weise wie die Experiment-Einstellung festgelegt. Für Single-Konzentration Belichtung der Aerosol-Fluss in den inneren Turm ist bis 48 L/min eingestellt und die Scheide-Fluss zum äußeren Turm ist bis 20 L/min eingestellt. Für multiconcentration Exposition ist der Aerosol-Fluss auf den inneren Turm Eingang 11 L/min für jede Stufe. Die Steckdose Differenzdruck hält bei-100 Pa weiterhin einen reibungslosen Fluss Auspuff und Auslaufen zu verhindern. Übernehmen Sie die Tierhaltern sind geschlossen und leer.

<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

Verwenden eine numerische Analyse basierend auf computergestützte Strömungssimulation, eine nur Nase einatmen Toxizität Kammer mit vier unterschiedlich belichteten Konzentrationen entworfen und validiert für Flow Bereich Einheitlichkeit und Cross-Kontamination der Exposition Häfen für jeden Konzentration. Die gestaltete Fluss Feldwerte werden mit den gemessenen Werten von Exposition Häfen befindet sich horizontal und vertikal verglichen. Zu diesem Zweck sind nanoskalige Natriumchlorid Partikel als Testkörper generiert und eingeführt, um die Inhalation Kammer, die Cross-Kontamination und Konzentration Wartung unter den Kammern, für jede Konzentration zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass die gestaltete multiconcentration Inhalation Kammer in tierischen Inhalation Toxizitätstests ohne Cross-Kontamination unter Konzentration Gruppen verwendet werden kann. Gestaltete multiconcentration Inhalation Toxizität Kammer kann darüber hinaus auch zu einer einzigen Konzentration Einatmen Kammer umgewandelt werden. Weitere Tests mit Gas, organische Dämpfe oder nicht-nanoskalige Partikel sorgen für die Verwendung der Kammer bei der Inhalation Testung von anderen Test-Artikeln.

Experimenteller Aufbau
Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung der Nase nur Einatmen-Kammer-System, einschließlich eines Teilchen-Generators mit MFC, Nase nur Kammer, und Partikel Messgerät zur Überwachung der Luftqualität, Controller und Auspuff-Modul, basierend auf Abschnitt 2 des Protokolls.
Numerische Analyse design
<p class=...

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

Eine nur Nase einatmen Toxizität Kammer in der Lage testen Inhalation Toxizität bei vier unterschiedlichen Belichtungen Konzentrationen wurde entworfen und für den Fluss Feld Gleichförmigkeit und Kreuzkontaminationen zwischen den Häfen der Exposition für jede Konzentration validiert. Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zu bestätigen, dass die gestaltete Kammer für Inhalation Toxizitätstests wirksam ist.

Entwicklung einer Testkammer nur Nase einatmen Toxizität, die vier Exposition Konzentrationen von Nanopartikel bietet

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

Wir legen ein Testprotokoll vor, das den OECD-Leitlinien für Inhalationstoxizitätstests auf Ein- und Mehrfachkonzentrationsexposition entspricht. Die Mehrkonzentrations-Inhalationskammer, die bis zu vier Expositionskonzentrationen gleichzeitig testen kann, wird für kleine Forschungsinstitute wirtschaftlicher sein. Um mit der Prüfung einer Einkonzentrationskammer zu beginnen, versiegeln Sie die Kammer und prüfen Sie sie auf Leckagen bei 500 und negativen 500 Pascal-Messgeräten für jeweils 30 Minuten.Stellen Sie dann die saubere Lufttemperatur auf 23 Grad Celsius und 45% relative Luftfeuchtigkeit ein. Beginnen Sie mit dem Fließen sauberer Luft durch den Aerosoleinlass und den Mantel bei 48 bzw. 20 Litern pro Minute. Stellen Sie das Abgasdruckdifferenziz auf negative 100 Pascal ein.Nachdem sich der Durchfluss stabilisiert hat, messen Sie die Strömungsgeschwindigkeiten an drei zufällig ausgewählten Ports von jeder Ebene aus, um zu bestätigen, dass der Durchfluss gleichmäßig ist. Der Durchfluss sollte etwa einen Liter pro Minute betragen. Wiederholen Sie die Messungen noch zweimal.Als nächstes stoppen Sie den Luftstrom und laden Sie eine Natriumchloridlösung mit einem Gewicht von 0,1 % in das Aerosol-Erzeugungssystem. Starten Sie die Aerosolerzeugung mit 20 Litern pro Minute mit sauberer Luft als Trägergas. Verdünnen Sie das Aerosol mit 28 Litern pro Minute sauberer Luft.Richten Sie ein Partikelgrößenmesssystem ein, und wählen Sie nach dem Zufallsprinzip drei Ports aus jeder Ebene der Kammer aus. Messen Sie die Partikelgrößenverteilung an jedem ausgewählten Port dreimal. Um mit dem Aufbau einer Mehrkonzentrationskammer zu beginnen, überprüfen Sie sie auf Leckagen und stellen Sie die saubere Luftzufuhr auf 23 Grad Celsius und 45 % relative Luftfeuchtigkeit ein.Stellen Sie den Auspuff ein, um einen Differenzdruck von negativen 100 Pascal beizubehalten. Dann schließen Sie eine saubere Luftzufuhr an einen Anschluss im oberen Fach an und beginnen, saubere Luft mit 11 Litern pro Minute durch das Fach zu fließen. Sobald sich der Durchfluss stabilisiert hat, messen Sie die Strömungsgeschwindigkeit an jedem verfügbaren Port des oberen Fachs dreimal.Wiederholen Sie diesen Vorgang für die anderen drei Fächer. Dann eine Natriumchloridlösung von 0,1 Gewichtsprozent in den Aerosolgenerator laden. Konfigurieren Sie das Aerosolverdünnungssystem so, dass ein Aerosoldurchfluss von 11 Litern pro Minute erzeugt wird.Schließen Sie den Aerosoleinlass an das obere Fach an, warten Sie, bis sich der Durchfluss stabilisiert hat, und wählen Sie nach dem Zufallsprinzip sechs Anschlüsse aus diesem Fach aus. Messen Sie die Partikelgrößenverteilung an jedem dieser Ports dreimal mit dem Partikelgrößenmesssystem. Wiederholen Sie diesen Vorgang für jedes Fach.Spülen Sie die Fächer mit sauberer Luft für 30 Minuten, wenn sie fertig sind. Dann schließen Sie einen Sauberen Lufteinlass an das obere Fach an und fließen Sie saubere Luft mit 11 Litern pro Minute durch. Konfigurieren Sie das Aerosolverdünnungssystem für aerosolarme und hochkonzentrierte Aerosolströme mit 11 Litern pro Minute.Verbinden Sie die Niedrigkonzentrationslinie mit dem zweithöchsten Fach und die hochkonzentrierte Linie mit dem unteren Fach. Warten Sie 10 Minuten, bis sich die Ströme stabilisieren. Wählen Sie dann nach dem Zufallsprinzip einen Port aus jedem der drei Kompartimente aus, und messen Sie die Aerosolkonzentration an den ausgewählten Häfen jeweils 15 Mal, um die Kreuzkontamination zu überprüfen.Sowohl die Einkonzentrations- als auch die Mehrkonzentrations-Expositionskammern zeigten auf jeder horizontalen Ebene der Kammer eine gute Strömungsgleichmäßigkeit. Die normalisierten Ströme lagen nahe an den Werten, die während der Modellierung des Systems berechnet wurden. Eine gute Strömungsgleichmäßigkeit wurde auch vertikal in der Einkonzentrationskammer beobachtet.Die Mehrkonzentrationskammer hat nur eine Öffnungsebene pro Fach, so dass direkte vertikale Gleichmäßigkeitsmessungen nicht anwendbar waren. Die Partikelkonzentration war auch horizontal für beide Kammern gleichmäßig und für die Einkonzentrationskammer vertikal einheitlich. Die Aerosolkonzentrationen in verschiedenen Kompartimenten der Mehrkonzentrationskammer zeigten relativ geringe Unterschiede bei 15 Messungen, was auf eine minimale Kreuzkontamination zwischen den Fächern hindeutet.Es ist wichtig, die Reproduzierbarkeit während des gesamten Verfahrens zu überprüfen, insbesondere während des experimentellen Kreuzkontaminationstest-Leistungsbewertungstests. Leistungsbewertungstests können durch vergleichen des experimentellen Ergebnisses mit der rechnerischen Strömungsdynamikmodellierung des Kammersystems erweitert werden.

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