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 forskningen ble støttet av industriell teknologi innovasjon programmet (10052901), utviklingen av brukervennlig nanomaterial innånding toksisitet testing system på handel, gjennom ved Korea evaluering Institute of Industrial Technology av koreansk Handelsdepartementet, industri og energi.

1. numerisk analyse metoder
<ol><li>Utføre analyse av feltet flyten inne i kammeret etter geometriske formen, som beskrevet i figur 1 og tabell 114. Merk: En numerisk analyse i feltet flyt etter geometriske spår flyten av aerosoler og evaluerer det som en testbar enhet.</li>
	<li>Design til kammeret 4 etapper x 12 kolonner, 48 porter totalt der kjernen er delt inn i en indre og ytre tårn, som beskrevet i figur 1B....

<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>

Innånding toksisitet testing er den beste metoden for å evaluere aerosolized materialer (partikler og fiber), damp og gasser pustes inn av de menneskelige luftveier14,15. Det finnes to innånding eksponering metoder: hele kroppen og nese-bare. Men en nese-bare systemet reduserer eksponeringen av noninhalation ruter, for eksempel hud og øyne, og lar testing med minimale mengder test artikkelen, gjør det foretrukne eksponering metoden som anbefales av OECD inn?...

Innånding toksisitet testing er den mest pålitelige metoden for å vurdere risikoen for kjemiske midler, partikler, fiber og nanomaterialer1,2,3. Dermed kreve mest reguleringsorganer innlevering av innånding toksisitet testing data når eksponering for kjemikalier, partikler, fiber og nanomaterialer via innånding4,5,6,7 ,8. For tiden, er det to typer innånding toksisitet systemer: hele kroppen og nese-bare eksponering systemer. Et standard innånding toksisitet testsystem, enten hele kroppen eller nese-bare, krever minst fire kamre å avsløre dyr som rotter og mus til fire ulike konsentrasjoner, nemlig frisk luft kontroll og lav, middels og høy konsentrasjoner7 , 8. den organisasjonen for økonomisk samarbeid og utvikling (OECD) test retningslinjer foreslår at valgte målet konsentrasjonen bør tillate identifikasjonen av målet organ(s) og demonstrasjon av klart konsentrasjon svar7 ,8. Høy konsentrasjon nivået bør resultere i en klar graden av toksisitet men ikke medfører dødelighet eller vedvarende tegn som kan føre til død eller hindre en meningsfull evaluering av resultatene7,8. Maksimal oppnåelig nivå eller høy konsentrasjon av aerosoler nås samtidig møte partikkel størrelse distribusjon standarden. Moderat konsentrasjon nivåer skal være lik avstand for å produsere en gradering med toksiske effekter mellom som den lave og høye konsentrasjoner7,8. Lav konsentrasjon nivå, som ville helst være en NOAEC (nei-observert--virkning konsentrasjon), skal produsere liten eller ingen tegn på toksisitet7,8. Hele kroppen kammeret viser dyr i en uhemmet tilstand i kablet bur, mens bare nese kammeret eksponerer et dyr i en behersket tilstand i trange røret. Tilbakeholdenhet forhindrer tap av aerosol av lekkasje rundt dyret. På grunn av stort antall hele kroppen kammeret krever det et stort antall test artikler utsettes forsøksdyr, mens beherskelse av røret i nesen bare eksponering systemet hindrer dyr bevegelse og kan forårsake ubehag eller kvelning. Likevel, regulerende OECDS innånding toksisitet test retningslinjer foretrekker bruk av nese-bare innånding systemer4,5,6,7,8.
Imidlertid plass til en fire-kammer system, enten hele kroppen eller nese-bare, er dyrt, plass tidkrevende og krever et indbygget rengjøring og sirkulasjon system. Videre, en fire-kammer system kan også kreve separate test artikkelen generatorer å avsløre dyr ønsket konsentrasjonen og en enkeltmålinger apparater å overvåke test artikkelen konsentrasjoner. Derfor siden standard innånding toksisitet testing innebærer betydelige investeringer, en mer praktisk og økonomisk hele kroppen eller nese-bare eksponering systemet må være utviklet for bruk i små forskningsfasiliteter. Når du utformer en innånding kammer, computational fluid dynamics (CFD) modellering er også ofte brukt til å oppnå partikkel, gass eller damp ensartethet,9,,10,,11,,12,,13 . Evaluering av numeriske analyser og validering av eksperimentelle resultater blitt allerede utført for hele kroppen eksponering kammeret for mus10. For eksempel luft flyt og partikkel banen har vært modellert bruker CFD og sıtt partikkel distribusjon har blitt målt i ni deler av hele kroppen kammer10. Også har bare nese kammeret blitt evaluert av numerisk analyse av CFD13. Etter at ble evalueringen for nese-bare eksponering kammeret utført ved å sammenligne numerisk analyseresultatene med en eksperimentell studie med nanopartikler13.
Denne studien presenterer en nese-bare innånding kammer system som kan utsette forsøksdyr til fire ulike konsentrasjoner i et kammer. Opprinnelig laget CFD og en numerisk analyse, sammenlignes foreslåtte systemet deretter med en eksperimentell studie med nanoskala natriumklorid partikler for å validere ensartethet og kryss-smitte. Resultatene presenteres her indikerer at presentert nese-bare kammeret som kan utsette dyr til fire ulike konsentrasjoner kan brukes for dyr eksponering studier i småskala akademiske og forskningsfasiliteter. Numerisk analyse er satt som følger, på samme måte som innstillingen eksperimentet. For enkelt-konsentrasjon eksponering, aerosol flyten til indre tårnet er satt til 48 L/min og skjede flyten til ytre tårnet er satt til 20 L/min. For multiconcentration eksponering er aerosol flyten til indre tårnet inngang 11 L/min for hvert trinn. Stikkontakt differansetrykket holder-100 Pa å opprettholde en jevn eksos flyt og forhindre lekkasje. Anta at dyr innehavere er stengt og tom.

<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

Bruker en numerisk analyse basert på datastyrt fluiddynamikk, er en nese-bare innånding toksisitet kammer med fire ulike eksponering konsentrasjoner utviklet og godkjent for feltet væskestrøm og kryss-smitte blant eksponering portene for hver konsentrasjon. Feltverdiene designet flyt sammenlignes med måleverdiene fra eksponering portene horisontalt og vertikalt. For dette formålet, er nanoskala natriumklorid partikler som test partikler og introdusert til innånding chamber evaluere kryssforurensning og konsentrasjon vedlikehold blant chambers, for hver konsentrasjon. Resultatene indikerer at designet multiconcentration innånding kammeret kan brukes i dyr innånding toksisitet testing uten kryssforurensning konsentrasjon grupper. Videre kan utviklet multiconcentration innånding toksisitet kammeret også konverteres til en enkelt-konsentrasjon innånding kammer. Ytterligere testing med gass, organisk damp eller ikke-nanoskala partikler sikrer bruk av kammeret i innånding testing av andre test artikler.

Eksperimentelle set-up
Figur 1 viser en skjematisk diagram av en nese-bare innånding kammer system, inkludert en partikkel generator med en MFC, nese-bare kammer og partikkel måling instrument for overvåking av luftkvalitet, kontroller og eksos modul, basert på § 2 i protokollen.
Numerisk analyse design
<p class="jove_content" fo:keep-t...

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 nese-bare innånding toksisitet kammer i stand til å teste innånding toksisitet i fire forskjellige eksponering konsentrasjoner ble designet og validert feltet væskestrøm og kryssforurensning mellom eksponering portene for hver konsentrasjon. Her presenterer vi en protokoll for å bekrefte at designet kammeret er effektivt for innånding toksisitet testing.

Utvikling av en nese-bare innånding toksisitet Test Chamber som gir fire eksponering konsentrasjoner av Nano-størrelse partikler

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

Vi presenterer en testprotokoll som er i samsvar med OECDs retningslinjer for innåndingstoksisitetstesting for eksponering av enkelt- og multikonsentrasjoner. Innåndingskammeret med flere konsentrasjoner, som kan teste opptil fire eksponeringskonsentrasjoner samtidig, vil være mer økonomisk for små forskningsinstitutter. For å begynne å teste et enkeltkonsentrasjonskammer, forsegle kammeret og kontroller det for lekkasjer på 500 og negative 500 pascals måler i 30 minutter hver.Deretter setter du ren lufttemperatur til 23 grader Celsius og 45% relativ fuktighet. Begynn å strømme ren luft gjennom aerosolinntaket og hylsen på henholdsvis 48 og 20 liter per minutt. Sett eksostrykksforskjellen til negative 100 pascals.Når strømmen har stabilisert seg, måler du strømningshastighetene ved tre tilfeldig valgte porter fra hvert nivå for å bekrefte at strømmen er ensartet. Strømningshastigheten skal være omtrent en liter per minutt. Gjenta målene to ganger til.Deretter stopper luftstrømmen, og laster en 0,1% av vektnatriumkloridoppløsning i aerosolgenereringssystemet. Start aerosolgenerering på 20 liter per minutt med ren luft som bærergass. Fortynn aerosolen med 28 liter per minutt ren luft.Sett opp et målesystem for partikkelstørrelse, og velg tilfeldig tre porter fra hvert nivå av kammeret. Mål partikkelstørrelsesfordelingen ved hver valgte port tre ganger. For å begynne å sette opp et multikonsentrasjonskammer, kontroller det for lekkasjer og sett ren lufttilførsel til 23 grader Celsius og 45% relativ fuktighet.Sett eksosen til å opprettholde et differensialtrykk på negative 100 pascals. Koble deretter en ren lufttilførsel til en port i det øverste rommet, og begynn å strømme ren luft gjennom rommet på 11 liter per minutt. Når strømmen har stabilisert seg, måler du strømningshastigheten ved hver tilgjengelige port i topprommet tre ganger.Gjenta denne prosessen for de tre andre rommene. Deretter legger du en 0,1% av vektnatriumkloridoppløsning i aerosolgeneratoren. Konfigurer aerosolfortynningssystemet for å produsere en aerosolstrøm på 11 liter per minutt.Koble aerosolinntaket til det øverste rommet, vent til strømmen stabiliseres, og velg tilfeldig seks porter fra det rommet. Mål partikkelstørrelsesfordelingen ved hver av disse portene tre ganger ved hjelp av målesystemet for partikkelstørrelse. Gjenta denne prosessen for hvert rom.Skyll rommene med ren luft i 30 minutter når de er ferdig. Deretter kobler du et rent luftinntak til det øverste rommet, og strømmer ren luft gjennom det på 11 liter per minutt. Konfigurer aerosolfortynningssystemet for lavkonsentrasjon og høykonsentrasjons aerosolstrømmer ved 11 liter per minutt.Koble lavkonsentrasjonen til det nest høyeste rommet og høykonsentrasjonslinjen til bunnrommet. Vent 10 minutter til strømmene stabiliseres. Velg deretter tilfeldig en port fra hvert av de tre rommene, og mål aerosolkonsentrasjonen ved de valgte portene 15 ganger hver for å se etter krysskontaminering.Både enkeltkonsentrasjons- og multikonsentrasjonseksponeringskamrene viste god strømningsen ensartethet på hvert horisontale nivå av kammeret. De normaliserte flytene var nær verdiene som ble beregnet under modellering av systemet. God strømningsen ensartethet ble også observert vertikalt i enkeltkonsentrasjonskammeret.Multikonsentrasjonskammeret har bare ett nivå av porter per rom, så direkte vertikale ensartethetsmålinger var ikke aktuelt. Partikkelkonsentrasjonen var også ensartet horisontalt for begge kamrene, og var ensartet vertikalt for enkeltkonsentrasjonskammeret. Aerosolkonsentrasjonene i forskjellige rom i multikonsentrasjonskammeret viste relativt liten variasjon på tvers av 15 målinger, noe som indikerer minimal krysskontaminering mellom rommene.Det er viktig å se etter reproduserbarhet gjennom hele prosedyren, spesielt under den eksperimentelle krysskontamineringstestens evalueringstest. Ytelsesevalueringstester kan utvides ved å sammenligne det eksperimentelle resultatet med beregningsvæskedynamikkmodellering av kammersystemet.

Research

JoVE Journal

Engineering

Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

Innkapsling og Permeabilitet Kjennetegn på Plasma polymerisert Hollow 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

Måling av Coherence Decay i GaMnAs Bruke Femtosecond Fire-bølge Blanding

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 av Rekombinasjon Effects i en flytende Ionization Chamber Brukes for Dosimetri av 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

Utvikling av en 3D Graphene elektrode Dielectrophoretic 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 for Måling Orientering og rotasjonshastigheten til 3D-trykt 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

Bruke Synchrotron Radiation microtomography å etterforske Multi-skala Tredimensjonal Mikro 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

Fabrikasjon og drift av Acoustofluidic enheter som har støtte Bulk Acoustic stående bølger for Sheathless Fokusering av 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

Testing av Nanopartikkel Løslatelse fra Composite Inneholder nanomaterial Ved hjelp av en Chamber 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

Studerer dynamiske prosesser av Nano store objekter i flytende ved hjelp av skanning transmisjonselektronmikroskopi

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

En 3D-trykt kammer for organisk Optoelektronisk enheten fornedrelse Testing

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