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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이 연구는 산업 기술 혁신 프로그램 (10052901), 높은 사용 가능한 접한 흡입 독성 테스트 시스템을 상거래를 통해 한국 평가 연구소의 산업 기술 한국으로의 개발에 의해 지원 되었다 사역의 무역, 산업 및 에너지입니다.

1. 숫자 분석 방법
<ol><li>그림 1 및 표 114에 설명 된 대로 기하학적 모양에 따라 챔버 내부 흐름의 분석을 수행 합니다. 참고: 기하학적 모양에 따라 흐름 필드의 숫자 분석은에 어로 졸의 흐름을 예측 하 고 쓸만한 장치로 평가.</li>
	<li>그림 1B에설명 된 4 단계 x 12 열, 어디 핵심으로 나누어져 내부 및 외부 탑으로 총에서...

<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>

흡입 독성 시험 현재 aerosolized 재료 (입자 및 섬유), 증기, 그리고 인간의 호흡 시스템14,15흡입 가스를 평가 하기 위한 좋은 방법입니다. 두 가지 흡입 노출 방법: 전신 및 코 전용. 그러나, 코 전용 시스템 noninhalation 노선, 눈, 피부 등으로 노출 최소화 하 고 OECD 흡입 독성 시험 가이드라인에서 권장 하는 기본 노출 메서드 테스트 문서의 최소한의 양으로 ?...

흡입 독성 시험 하는 것은 화학, 입자, 섬유, 나노 소재1,2,3의 위험을 평가 하기 위한 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다. 따라서, 대부분의 규제 기관 흡입 독성 화학 물질, 입자, 섬유, 그리고 나노 소재에 대 한 노출을 통해 흡입4,,56,7 때 테스트 데이터의 제출 요구 ,8. 현재, 흡입 독성 시스템의 두 가지 유형이 있다: 전신 및 코 전용 노출 시스템. 표준 흡입 독성 테스트 시스템, 전신 또는 코 전용 노출 쥐와 4 개의 다른 농도, 즉 신선한 공기 제어 및 낮은, 중간, 그리고 높은 농도7 쥐 같은 동물을 적어도 4 개의 챔버를 필요 , 8. 경제 협력 및 개발 기구 (OECD) 테스트 지침 제안 선택 된 대상 집중 대상 organ(s)의 식별 및 명확한 농도 응답7의 데모를 허용 해야 합니다에 대 한 조직 ,8. 높은 농도 수준 독성의 명확한 수준이 해야 하지만 사망률 또는 사망으로 이어질 수 있습니다 또는 결과7,8의 의미 있는 평가 방지 하는 영구적인 표시를 발생 하지. 최대 달성 수준 또는 높은 농도 연 무질의 입자 크기 분포 표준 회의 하는 동안 도달할 수 있습니다. 중간 농도 수준 낮고 높은 농도7,8의 사이 독성 효과의 그라디언트를 생산 하기 위해 간격을 한다. NOAEC (no-관찰--부작용 농도) 선호 것, 낮은 농도 수준 독성7,8의 거의 비슷하게 표시를 생산 한다. 전체-바디 챔버 코 전용 챔버 동물 밀폐 된 관에 절제 된 상태에서 노출 하는 동안 유선 장에 억제 상태에 있는 동물을 제공 합니다. 감 동물 주위 누설에 의해에 어로 졸의 손실을 방지합니다. 전체-바디 챔버의 높은 볼륨 때문에 많은 수를의 테스트 기사 코 전용 노출 시스템에서 튜브의 구속 동물 움직임을 방해 하 고 불편 또는 질 식 될 수 있습니다 동안 실험 동물에 노출 될 필요 합니다. 그럼에도 불구 하 고, 규제 OECD 흡입 독성 시험 지침 코 전용 흡입 시스템4,5,6,,78의 사용을 선호합니다.
그러나, 4-챔버 시스템, 전신 또는 코 전용 수용, 비싼, 공간 소모 하며 내장 공기 청소 및 순환 시스템. 또한, 4 챔버 시스템 또한 별도 테스트 문서 생성기 노출 원하는 농도 테스트 문서 농도 모니터링 하는 데 별도 측정 기구에 동물을 요구할 수 있습니다. 따라서, 표준 흡입 독성 시험 포함 하므로 중요 한 투자, 더 편리 하 고 경제적인 전신 또는 코 전용 노출 시스템 작은 연구 시설에서 사용 하기 위해 개발 해야 합니다. 전산 유체 역학 (CFD) 모델링은 또한 자주 입자, 달성 하는 데 사용 됩니다 가스, 또는 균일9,10,11,,1213 증기 흡입 챔버를 설계할 때 . 숫자 분석 평가 및 검증 실험 결과 이미 쥐10에 대 한 전신 노출 챔버에 대 한 수행 되었습니다. 예를 들어 공기 흐름 및 입자 궤적, CFD를 사용 하 여 모델링 되었습니다 그리고 입자 분포의 균일성 전신 챔버10의 9 부분에 측정 되었다. 또한, 코 전용 챔버 CFD13숫자 분석에 의해 평가 되었습니다. 그 후, 코 전용 노출 챔버에 대 한 평가 실험 연구 나노13를 사용 하 여 숫자 분석 결과 비교 하 여 수행 되었다.
이 연구는 코 전용 흡입 챔버 시스템을 하나의 약 실에 있는 4 개의 다른 농도에 실험 동물을 노출 수를 선물 한다. 처음 숫자 분석과 CFD를 사용 하 여 설계, 제안 된 시스템 다음 nanoscale 염화 나트륨 입자를 사용 하 여 균일성과 교차 오염을 확인 하는 실험 연구와 비교 됩니다. 여기에 제시 된 결과 소규모 학술 및 연구 시설에서 동물 노출 연구 동물 4 개의 다른 농도에 노출 될 수 있습니다 제시 코 전용 챔버를 사용할 수 있음을 나타냅니다. 숫자 분석 실험 설정으로 동일한 방식으로 다음과 같이 설정 됩니다. 단일 농도 노출에 대 한 내부 타워에 졸 흐름 48 L/min으로 설정 하 고 외부 타워 칼 흐름 20 L/min을 설정 됩니다. Multiconcentration 노출에 대 한 입력 내부 타워에 졸 흐름 각 단계에 대 한 11 L/분입니다. 콘센트 차동 압력 유지-100에는 부드러운을 유지 하기 위해 Pa 배기 흐름 및 누설을 방지 하기. 가정 동물 소유자 닫히고 비어.

<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

전산된 유체 역학에 따라 수치 분석을 사용 하 여, 4 개의 다른 노출 농도와 코 전용 흡입 독성 챔버 설계 및 각 흐름 필드 균일성 및 노출 포트 중 교차 오염에 대 한 유효성 검사 농도입니다. 설계 흐름 필드 값은 가로 세로로 위치 노출 포트에서 측정된 된 값과 비교 됩니다. 이 목적을 위해 나노 염화 나트륨 입자 테스트 입자로 생성 하 고 각 농도 그룹에 대 한 챔버 중 교차 오염 및 농도 유지를 평가 하기 위해 흡입 약 실에 소개. 결과 디자인된 multiconcentration 흡입 챔버 동물 흡입 독성 농도 그룹 간의 교차 오염 없이 테스트에 사용할 수 있음을 나타냅니다. 또한, 설계 된 multiconcentration 흡입 독성 챔버 단일 농도 흡입 약 실에도 변환할 수 있습니다. 가스, 유기 증기, 또는 비 나노 입자 추가 테스트 다른 테스트 기사의 흡입 테스트 챔버를 사용 하 여를 확인 합니다.

실험 설정
그림 1 에서는 MFC, 코 전용 챔버와 공기 품질, 컨트롤러, 및 배기 모듈을 기반으로 모니터링을 위한 입자 측정 악기 입자 생성기를 포함 하 여 코 전용 흡입 챔버 시스템의 회로도 프로토콜의 섹션 2입니다.
숫자 분석 설계
<p class="jove_content" fo:keep-togeth...

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

4 개의 다른 노출 농도에서 흡입 독성 테스트 수 코 전용 흡입 독성 챔버 설계와 흐름 필드 균일성과 각 농도 대 한 노출 포트 간의 교차 오염에 대 한 검증. 여기, 선물이 설계 챔버 흡입 독성 시험에 대 한 효과적인 인지 확인 하는 프로토콜.

나노 크기의 입자의 4 개의 노출 농도 제공 하는 코 전용 흡입 독성 시험 챔버의 개발

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

우리는 단일 및 다중 농도 노출을 위한 흡입 독성 시험을 위한 OECD 지침을 준수하는 시험 프로토콜을 제시합니다. 한 번에 최대 4개의 노출 농도를 테스트할 수 있는 다중 농도 흡입 챔버는 소규모 연구 기관에 더 경제적일 것입니다. 단일 농도 챔버 테스트를 시작하려면 챔버를 밀봉하고 각각 30 분 동안 500 및 음수 500 파스칼 게이지에서 누출을 확인하십시오.그런 다음 깨끗한 공기 온도를 섭씨 23도, 상대 습도 45%로 설정합니다. 에어로졸 입구와 칼집을 통해 분당 각각 48리터와 20리터로 깨끗한 공기를 흐르기 시작합니다. 배기 압력 차이를 음수 100 파스칼로 설정합니다.흐름이 안정화되면 각 레벨에서 무작위로 선택된 세 개의 포트에서 흐름 속도를 측정하여 흐름이 균일한지 확인합니다. 유량은 분당 약 1리터여야 합니다. 측정값을 두 번 더 반복합니다.다음으로, 공기 흐름을 멈추고, 염화나트륨 용액에 의해 0.1%를 에어로졸 생성 시스템에 적재한다. 캐리어 가스로 깨끗한 공기로 분당 20 리터에서 에어로졸 생성을 시작합니다. 깨끗한 공기의 분당 28 리터로 에어로졸을 희석.입자 크기 측정 시스템을 설정하고 챔버의 각 수준에서 세 개의 포트를 임의로 선택합니다. 선택한 각 포트에서 파티클 크기 분포를 세 번 측정합니다. 다중 농도 챔버를 설정하려면 누출을 확인하고 깨끗한 공기 공급을 섭씨 23도 및 상대 습도 45 %로 설정하십시오.음수 100 파스칼의 차압을 유지하기 위해 배기를 설정합니다. 그런 다음 깨끗한 공기 공급을 상단 구획의 포트에 연결하고 분당 11 리터로 구획을 통해 깨끗한 공기를 흐르기 시작합니다. 흐름이 안정화되면 상단 구획의 각 사용 가능한 포트에서 유량 속도를 세 번 측정합니다.다른 세 구획에 대해 이 프로세스를 반복합니다. 이어서, 염화나트륨 용액을 0.1%로 에어로졸 발생기로 적재한다. 에어로졸 희석 시스템을 구성하여 분당 11리터로 에어로졸 흐름을 생성합니다.에어로졸 입구를 상단 구획에 연결하고 흐름이 안정화될 때까지 기다렸다가 해당 구획에서 6개의 포트를 임의로 선택합니다. 파티클 크기 측정 시스템을 사용하여 각 포트의 파티클 크기 분포를 세 번 측정합니다. 각 구획에 대해 이 프로세스를 반복합니다.완료되면 깨끗한 공기로 구획을 30 분 동안 씻어 내십시오. 그런 다음 깨끗한 공기 입구를 상단 구획에 연결하고 분당 11 리터로 깨끗한 공기를 흘릴 수 있습니다. 분당 11리터에서 저농도 및 고농도 에어로졸 흐름을 위해 에어로졸 희석 시스템을 구성합니다.저농도 라인을 두 번째로 높은 구획과 고농도 라인을 하단 컴파트먼트에 연결합니다. 흐름이 안정화될 때까지 10분 간 기다립니다. 이어서, 3개의 구획 각각에서 무작위로 하나의 포트를 선택하고, 선택한 포트에서 에어로졸 농도를 각각 15회 측정하여 교차 오염여부를 확인한다.단일 농도 및 다중 농도 노출 챔버 모두 챔버의 각 수평 수준에서 양호한 유동성을 보였다. 정규화된 흐름은 시스템 모델링 중에 계산된 값에 가까웠습니다. 또한 단일 농도 챔버에서 양호한 유동 균일성도 수직으로 관찰되었다.다중 농도 챔버는 구획당 하나의 수준의 포트만 가지고 있으므로 직접 수직 균일성 측정은 적용되지 않았습니다. 입자 농도도 두 챔버에 대해 수평으로 균일했으며 단일 농도 챔버에 대해 수직으로 균일했습니다. 다중 농도 챔버의 다른 구획에 에어로졸 농도는 구획 사이의 최소한의 교차 오염을 나타내는 15 측정에 걸쳐 상대적으로 작은 변화를 보였다.특히 실험적인 교차 오염 테스트 성능 평가 테스트 중에 절차 전반에 걸쳐 재현성을 확인하는 것이 중요합니다. 성능 평가 테스트는 실험 결과를 챔버 시스템의 전산 유체 역학 모델링과 비교하여 확장될 수 있다.

Research

JoVE Journal

Engineering

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공학

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