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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Esta pesquisa foi apoiada pelo Industrial tecnologia inovação programa (10052901), desenvolvimento de toxicidade de inalação nanomaterial altamente utilizáveis no comércio, através da Coreia avaliação Instituto de tecnologia Industrial pelos coreanos, sistema de teste Ministério do comércio, indústria e energia.

1. análise numérica métodos
<ol><li>Realizar a análise do campo de fluxo no interior da câmara de acordo com a forma geométrica, conforme descrito na Figura 1 e tabela 114. Nota: Uma análise numérica do campo de fluxo de acordo com a forma geométrica prevê o fluxo do aerossol e avalia-lo como um dispositivo testável.</li>
	<li>Projeto da câmara com colunas de 4 estágios x 12, 48 portas no total, onde o núcleo é dividido em uma torr...

<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>

Testes de toxicidade de inalação é atualmente o melhor método para avaliar materiais aerossol (partículas e fibras), vapores e gases inalados pelo sistema respiratório humano14,15. Existem dois métodos de exposição por inalação: todo o corpo e nariz somente. No entanto, um sistema único nariz minimiza a exposição por rotas noninhalation, tais como pele e olhos e permite testar com quantidades mínimas do artigo de teste, tornando-se o método prefer...

Testes de toxicidade de inalação são o método mais confiável para avaliar os riscos de agentes químicos, partículas, fibras e nanomateriais1,2,3. Assim, mais agências reguladoras exigem a apresentação de toxicidade por inalação por dados de teste, quando a exposição a produtos químicos, partículas, fibras e nanomateriais é via inalação4,5,6,7 ,8. Atualmente, existem dois tipos de sistemas de toxicidade de inalação: exposição de corpo inteiro e nariz somente sistemas. Um sistema de teste de toxicidade por inalação padrão, todo o corpo ou somente nariz, requer pelo menos quatro câmaras para expor animais como ratos e camundongos para quatro diferentes concentrações, ou seja, controle de ar fresco e concentrações baixa, moderada e alta7 , 8. a organização para cooperação econômica e desenvolvimento (OCDE) teste diretrizes sugerem que a concentração alvo selecionado deverá permitir a identificação dos órgãos (com o alvo) e demonstração de uma resposta clara concentração7 ,8. O nível de alta concentração deve resultar em um nível claro de toxicidade, mas não causar mortalidade ou sinais persistentes que podem levar à morte ou evitar uma avaliação significativa do resultados7,8. Realizável nível ou alta concentração máxima dos aerossóis pode ser alcançada ao mesmo tempo atender o padrão de distribuição de tamanho de partícula. O nível de concentração moderada deve ser espaçado para produzir uma gradação de efeitos tóxicos entre aquele de baixa e alta concentrações7,8. O nível de baixa concentração, que de preferência seria um NOAEC (concentração não observado-efeitos adversos), deve produzir pouco ou nenhum sinal de toxicidade7,8. Câmara de corpo inteiro expõe os animais em uma condição de desenfreada em gaiolas com fio, enquanto a nariz somente câmara expõe um animal em uma condição contido no tubo confinado. A contenção impede a perda de aerossol por vazamento em torno do animal. Devido ao grande volume da câmara de corpo inteiro, requer um grande número de artigos do teste para ser exposto aos animais experimentais, enquanto o sistema de retenção do tubo no sistema de exposição somente nariz dificulta a circulação de animais e pode causar desconforto ou asfixia. No entanto, as orientações da OCDE inalação toxicidade teste reguladoras preferem o uso de inalação somente nariz sistemas4,5,6,7,8.
No entanto, acomodando um sistema de quatro câmaras, ou todo o corpo ou somente de nariz, é caro, espaço-consumindo e requer um sistema de limpeza e circulação de ar interno. Além disso, um sistema de quatro câmaras também pode exigir geradores de artigo de teste separado para expor os animais para as concentrações desejadas e um aparelho de medição separada para monitorar as concentrações de artigo de teste. Portanto, desde testes de toxicidade de inalação padrão envolve um investimento significativo, um sistema de exposição de corpo inteiro ou somente nariz mais conveniente e econômico precisa ser desenvolvido para uso em instalações de pequena investigação. Durante a criação de uma câmara de inalação, fluidos computacional, Modelagem dinâmica (CFD) é também frequentemente usada para atingir a partícula, gás ou vapor uniformidade9,10,11,12,13 . Avaliação por análise numérica e validação de resultados experimentais já foi realizados para a câmara de exposição de corpo inteiro para ratos10. Por exemplo, a trajetória de fluxo e partículas do ar ter sido modelada usando CFD, e a uniformidade de distribuição de partículas foi medida em nove partes do corpo inteiro câmara10. Além disso, a câmara somente nariz foi avaliada por análise numérica por CFD13. Depois disso, foi realizada avaliação para a câmara de exposição somente nariz, comparando os resultados da análise numérica, com um estudo experimental utilizando nanopartículas13.
Este estudo apresenta um sistema de câmara de inalação somente nariz que pode expor os animais experimentais para quatro diferentes concentrações em uma câmara. Inicialmente concebido usando CFD e uma análise numérica, o sistema proposto é comparado com um estudo experimental utilizando partículas de cloreto de sódio nanoescala para validar a uniformidade e a contaminação cruzada. Os resultados aqui apresentados indicam que a câmara somente nariz apresentada que pode expor os animais de quatro diferentes concentrações pode ser usada para estudos de exposição de animais em pequena escala acadêmico e instalações de pesquisa. A análise numérica é definida da seguinte maneira, da mesma forma como a definição de experimento. Para single-concentração exposição, o fluxo de aerossol para a torre interior é definido como 48 L/min e o fluxo de bainha para a torre exterior é definido como 20 L/min. Para a exposição de multiconcentration, o fluxo de aerossol para a torre interna de entrada é 11 L/min para cada fase. A pressão diferencial de saída mantém-se em -100 Pa para manter um bom fluxo de exaustão e impedir o escapamento. Supor que os detentores de animais são fechados e vazio.

<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

Usando uma análise numérica baseada no computarizados dinâmica dos fluidos, uma câmara de toxicidade de inalação somente nariz com quatro concentrações diferentes de exposição é projetada e validada para a uniformidade do campo de fluxo e a contaminação cruzada entre os portos de exposição para cada concentração. Os valores de campo de fluxo projetado são comparados com os valores de medição de exposição portas localizados horizontalmente e verticalmente. Para este efeito, partículas de cloreto de sódio nanoescala são geradas como teste de partículas e apresentou à câmara de inalação para avaliar a contaminação cruzada e a concentração de manutenção entre as câmaras, para cada grupo de concentração. Os resultados indicam que a câmara de inalação multiconcentration projetado pode ser usada na toxicidade de inalação animais testes sem contaminação cruzada entre grupos de concentração. Além disso, a câmara de toxicidade de inalação multiconcentration projetado também pode ser convertida em uma câmara de inalação de single-concentração. Testes suplementares com gás, vapor orgânico ou não-nanoescala partículas irão garantir o uso da câmara no teste de inalação de outros artigos de teste.

Montagem experimental
A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema de câmara de inalação somente nariz, incluindo um gerador de partículas com um MFC, câmara somente nariz e instrumentos de medição de partículas para o monitoramento da qualidade do ar, controlador e módulo de escape, baseado no secção 2 do protocolo.
Proje...

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

Uma câmara de toxicidade de inalação somente nariz capaz de testar a toxicidade de inalação em quatro concentrações de exposição diferente foi desenhada e validada para a uniformidade do campo de fluxo e a contaminação cruzada entre os portos de exposição para cada concentração. Aqui, apresentamos um protocolo para confirmar que a câmara projetada é eficaz para testes de toxicidade de inalação.

Desenvolvimento de uma câmara de teste de toxicidade de inalação somente nariz que fornece quatro concentrações de exposição de partículas nanométricas

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

Apresentamos um protocolo de teste que cumpre as Diretrizes da OCDE para testes de toxicidade por inalação para exposição de concentração única e múltipla. A câmara de inalação de múltiplas concentrações, que pode testar até quatro concentrações de exposição ao mesmo tempo, será mais econômica para pequenos institutos de pesquisa. Para começar a testar uma câmara de concentração única, sele a câmara e verifique se há vazamentos em 500 e 500 pascals negativos por 30 minutos cada.Em seguida, coloque a temperatura do ar limpo para 23 graus Celsius e 45% de umidade relativa. Comece a fluir ar limpo através da entrada do aerossol e da bainha a 48 e 20 litros por minuto, respectivamente. Coloque o diferencial de pressão de escape para 100 pascals negativos.Uma vez estabilizado o fluxo, meça as velocidades de fluxo em três portas selecionadas aleatoriamente de cada nível para confirmar que o fluxo é uniforme. A vazão deve ser de cerca de um litro por minuto. Repita as medidas mais duas vezes.Em seguida, pare o fluxo de ar e carregue uma solução de cloreto de sódio de 0,1% em peso no sistema de geração de aerossol. Inicie a geração de aerossol a 20 litros por minuto com ar limpo como o gás transportador. Diluir o aerossol com 28 litros por minuto de ar limpo.Configure um sistema de medição de tamanho de partícula e selecione aleatoriamente três portas de cada nível da câmara. Meça a distribuição do tamanho da partícula em cada porta selecionada três vezes. Para começar a configurar uma câmara de multi-concentração, verifique se há vazamentos e ajuste o fornecimento de ar limpo para 23 graus Celsius e 45% de umidade relativa.Defina o escapamento para manter uma pressão diferencial de 100 pascals negativos. Em seguida, conecte um suprimento de ar limpo a uma porta no compartimento superior e comece a fluir ar limpo através do compartimento a 11 litros por minuto. Uma vez estabilizado o fluxo, meça a velocidade de fluxo em cada porta disponível do compartimento superior três vezes.Repita este processo para os outros três compartimentos. Em seguida, carregue uma solução de cloreto de sódio de 0,1% em peso no gerador de aerossol. Configure o sistema de diluição do aerossol para produzir um fluxo de aerossol a 11 litros por minuto.Conecte a entrada do aerossol ao compartimento superior, aguarde a estabilização do fluxo e selecione aleatoriamente seis portas desse compartimento. Meça a distribuição do tamanho das partículas em cada uma dessas portas três vezes usando o sistema de medição de tamanho de partículas. Repita este processo para cada compartimento.Lave os compartimentos com ar limpo por 30 minutos quando estiver completo. Em seguida, conecte uma entrada de ar limpo ao compartimento superior e flua ar limpo através dele a 11 litros por minuto. Configure o sistema de diluição do aerossol para fluxos de aerossol de baixa concentração e alta concentração a 11 litros por minuto.Conecte a linha de baixa concentração ao segundo compartimento mais alto e a linha de alta concentração ao compartimento inferior. Espere 10 minutos para que os fluxos se estabilizem. Em seguida, selecione aleatoriamente uma porta de cada um dos três compartimentos e meça a concentração de aerossol nos portos selecionados 15 vezes cada para verificar se há contaminação cruzada.Ambas as câmaras de exposição de concentração única e multi-concentração apresentaram boa uniformidade de fluxo em cada nível horizontal da câmara. Os fluxos normalizados foram próximos aos valores calculados durante a modelagem do sistema. A uniformidade do bom fluxo também foi observada verticalmente na câmara de concentração única.A câmara multi-concentração tem apenas um nível de portas por compartimento, de modo que as medidas diretas de uniformidade vertical não eram aplicáveis. A concentração de partículas também era uniforme horizontalmente para ambas as câmaras, e era uniforme verticalmente para a câmara de concentração única. As concentrações de aerossóis em diferentes compartimentos da câmara multi-concentração apresentaram relativamente pouca variação em 15 medições, indicando mínima contaminação cruzada entre compartimentos.É importante verificar se há reprodutibilidade ao longo do procedimento, especialmente durante o teste experimental de avaliação de desempenho de teste de contaminação cruzada. Os testes de avaliação de desempenho podem ser estendidos comparando o resultado experimental com a modelagem da dinâmica computacional do fluido do sistema de câmara.

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