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

Это исследование было поддержано промышленной технологии инновационной программы (10052901), развитие весьма полезная Наноматериал ингаляционной токсичности тестирование системы в торговле, через Корея оценки институт промышленных технологий на корейский Министерство торговли, промышленности и энергетики.

1. Численные методы
<ol><li>Выполните анализ поля потока внутри камеры в зависимости от геометрической формы, как описано в Рисунок 1 и Таблица 114. Примечание: Численный анализ потока поля в зависимости от геометрической формы предсказывает потока а?...

<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>

Ингаляционной токсичности тестирование в настоящее время является лучшим методом для оценки аэрозольных материалы (частиц и волокон), паров и газов, вдыхаемого на дыхательную систему человека14,15. Существует два способа воздействия ингаляции: всего тела...

Ингаляционная токсичность тестирование является наиболее надежным методом для оценки рисков химических агентов, частицы, волокон и наноматериалов1,2,3. Таким образом наиболее регулирующие органы требуют представления ингаляционной токсичности проверочных данных, когда воздействие химических веществ, частицы, волокон и наноматериалов через вдыхание4,5,6,7 ,8. В настоящее время существует два типа систем ингаляционной токсичности: облучения всего тела и нос только систем. Стандартный ингаляционной токсичности тест системы, всего тела или только для носа, требует по крайней мере четырех камер подвергать животных, таких как крыс и мышей до четырех различных концентраций, а именно управления свежего воздуха и низкой, средней и высокой концентрации7 , 8. Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) теста, руководящие принципы показывают, что концентрации отдельных целевых должны позволить выявление целевой органа(ов) и демонстрации ответа четкого концентрации7 ,8. Высокая концентрация уровень должен привести четкое уровня токсичности, но не причиной смертности или постоянные знаки, которые могут привести к смерти или предотвратить эффективной оценки результатов7,8. Максимальная достижимая уровня или высокой концентрация аэрозолей можно добраться при соблюдении стандарта распределения размера частиц. Этажность средней концентрации должны интервалом производить градации токсических эффектов между низкой и высокой концентрации7,8. Уровня низкой концентрации, что было бы предпочтительно КННВ, равной (неблагоприятное воздействие концентрации), следует производить мало или нет признаков токсичности7,8. Всего тела Палата предоставляет животных в состоянии безудержного в проводной клетки, в то время как нос только Палата предоставляет животного в сдержанной состоянии в замкнутых трубки. Сдержанность предотвращает потерю аэрозоля путем утечки вокруг животного. Из-за большого объема камеры всего тела он требует большое количество тестовых статей подвергаться воздействию экспериментальных животных, в то время как сдержанность трубки в нос только воздействия системы препятствует движению животных и может вызвать дискомфорт или удушья. Тем не менее нормативных руководящих принципов испытаний ОЭСР ингаляционной токсичности предпочитают использовать только нос ингаляции систем4,5,6,,78.
Однако, вмещающий 4 камерная система, всего тела или только нос, дорого, космос потребителями и требует встроенный очистки и циркуляции воздуха. Кроме того 4 камерная система также может потребовать отдельный тест статья генераторов подвергать животных до требуемой концентрации и отдельные измерения аппарат для мониторинга концентрации статьи теста. Таким образом так как стандартные ингаляционной токсичности тестирование включает значительные инвестиции, более удобным и экономичным облучения всего тела или только нос системе необходимо быть разработан для использования в небольших исследовательских учреждениях. При проектировании камеру ингаляции, вычислительной жидкость моделирования динамики (CFD) также часто используется для достижения частиц, газа или пара единообразия9,10,11,12,13 . Оценки численного анализа и проверки на экспериментальные результаты уже была выполнена для облучения всего тела камеры для мышей10. Например был смоделирован траектории воздушного потока и частиц, с помощью CFD, и равномерности распределения частиц были измерены в девяти частях тела камеры10. Кроме того нос только камеры были оценены путем численного анализа CFD13. После этого сравнивая результаты численного анализа с экспериментального исследования с использованием наночастиц13была выполнена оценки для носа только экспозиции камеры.
Это исследование представляет только нос ингаляции камерная система, которая может разоблачить подопытных животных для четырех различных концентраций в одной камере. Первоначально разработанный, с помощью CFD и численного анализа, предлагаемая система затем сравнивается с экспериментального исследования с использованием наноразмерных частиц натрия хлорида для проверки однородности и перекрестного загрязнения. Представленные здесь результаты указывают, что представленные нос только камеры, которые могут подвергнуть животных для четырех различных концентрациях может использоваться для исследования животных воздействия в мелких академических и исследовательских учреждений. Численный анализ устанавливается следующим образом, так же, как параметр эксперимент. Для одного концентрация экспозиции потока аэрозоля к башне внутренний равен 48 Л/мин и оболочка потока к башне внешней равным 20 Л/мин. Для multiconcentration воздействия аэрозольного потока к башне внутренний ввода является 11 Л/мин для каждого этапа. Перепада давления выход держит в -100 Па поддерживать плавный поток выхлопных газов и предотвращения утечки. Предположим, Держатели для животных являются закрытыми и пустой.

<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

Используя численный анализ, основанный на компьютерной гидродинамики, нос только ингаляционной токсичности камере с четырех различных воздействия концентраций разработаны и проверены для равномерности потока поля и перекрестного заражения среди экспозиции портов для каждого концентрация. Значения полей разработан потока сравниваются с измеренными значениями от воздействия портов, расположенных горизонтально и вертикально. Для этой цели наноразмерных частиц натрия хлорида генерируются как тест частиц и представил в ингаляции камеру для оценки загрязнения и концентрации обслуживания среди камер, для каждой группы концентрации. Результаты показывают, что разработанные multiconcentration ингаляции палата может использоваться в животных ингаляционной токсичности, тестирование без перекрестного заражения среди групп концентрации. Кроме того разработан multiconcentration ингаляционной токсичности камеры также может быть преобразован в камере сингл концентрация ингаляции. Дальнейшие испытания с газом, органических паров или не наноразмерных частиц обеспечит использование камеры в тестировании вдыхание других статей теста.

Экспериментальные установки
На рисунке 1 показана схема нос только ингаляции камерная система, включая генератор частиц с MFC, нос только камеры и инструментов для измерения частиц для мониторинга качества воздуха, контр?...

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

Нос только ингаляционной токсичности камеры способны испытаний ингаляционной токсичностью в четырех различных воздействия концентрации был разработан и апробирован для равномерности потока поля и перекрестного загрязнения между портами воздействия для каждой концентрации. Здесь мы представляем протокол для подтверждения, что разработанные камеры является эффективным для ингаляционной токсичности тестирования.

Разработка нос только ингаляционной токсичности испытательной камеры, что обеспечивает четыре экспозиции концентрации нано размера частиц

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

Мы представляем протокол испытаний, который соответствует Руководящим принципам ОЭСР по тестированию на ингаляционную токсичность для воздействия одной и множественной концентрации. Многоа концентрационная ингаляционная камера, которая может проверить до четырех концентраций воздействия одновременно, будет более экономичным для небольших научно-исследовательских институтов. Чтобы начать тестирование одной концентрации камеры, печать камеры и проверить его на утечки на 500 и отрицательные 500 Паскаль калибровочных в течение 30 минут каждый.Затем установите чистую температуру воздуха до 23 градусов по Цельсию и 45%относительной влажности. Начните течь чистым воздухом через аэрозольный вход и оболочку на 48 и 20 литров в минуту, соответственно. Установите дифференциал давления выхлопных газов до отрицательных 100 паскалей.Как только поток стабилизируется, измерьте скорость потока в трех случайно выбранных портах с каждого уровня, чтобы подтвердить, что поток однороден. Скорость потока должна быть около одного литра в минуту. Повторите измерения в два раза больше.Затем остановите поток воздуха и загрузите 0,1% по весу раствор хлорида натрия в систему производства аэрозолей. Начало производства аэрозолей на 20 литров в минуту с чистым воздухом в качестве несущего газа. Разбавить аэрозоль 28 литрами в минуту чистого воздуха.Настройка системы измерения размера частиц и случайным образом выберите три порта с каждого уровня камеры. Измерьте распределение размера частиц в каждом выбранном порту три раза. Чтобы начать установку многоступенчатой камеры, проверьте ее на наличие утечек и установите чистый воздух до 23 градусов по Цельсию и 45%относительной влажности.Установите выхлопные газы для поддержания дифференциального давления отрицательных 100 паскалей. Затем подключите чистый воздухоснабжение к порту в верхнем отсеке и начните пропускать чистый воздух через отсек со 11 литрами в минуту. Как только поток стабилизируется, три раза измерьте скорость потока в каждом доступном порту верхнего отсека.Повторите этот процесс для трех других отсеков. Затем загрузите раствор хлорида натрия весом 0,1% в аэрозольный генератор. Настройте систему разбавления аэрозолей для получения аэрозольного потока на 11 литров в минуту.Подключите аэрозольный вход к верхнему отсеку, подождите, пока поток стабилизируется, и случайным образом выберите шесть портов из этого отсека. Измерьте распределение размера частиц в каждом из этих портов три раза с помощью системы измерения размера частиц. Повторите этот процесс для каждого отсека.Промыть отсеки чистым воздухом в течение 30 минут после завершения. Затем подключите чистый вход воздуха к верхнему отсеку и протечь через него чистым воздухом со 11 литров в минуту. Настройте систему разбавления аэрозолей для низкоконтлабатных и высококонтуляции аэрозолей на 11 литров в минуту.Соедините низкокалорийную линию со вторым самым высоким отсеком, а линию высокой концентрации — с нижним отсеком. Подождите 10 минут, пока потоки стабилизируются. Затем случайным образом выберите один порт из каждого из трех отсеков и измерьте концентрацию аэрозолей в выбранных портах 15 раз каждый для проверки на перекрестное загрязнение.Как одноступенчатые, так и многоступенчатые камеры воздействия показали хорошее единообразие потока на каждом горизонтальном уровне камеры. Нормализованные потоки были близки к значениям, рассчитанным при моделировании системы. Хорошее единообразие потока наблюдалось также вертикально в одной концентрационой камере.Многоступенчатая камера имеет только один уровень портов на отсек, поэтому прямые измерения вертикального единообразия не были применимы. Концентрация частиц также была равномерной горизонтально для обеих камер и была равномерной вертикально для одной концентрационой камеры. Концентрации аэрозолей в различных отсеках многоступенчатой камеры показали относительно небольшие различия между 15 измерениями, что свидетельствует о минимальном перекрестном загрязнении между отсеками.Важно проверять воспроизводимость на протяжении всей процедуры, особенно во время экспериментального теста по оценке производительности испытаний на перекрестное загрязнение. Тесты на оценку производительности могут быть расширены путем сравнения экспериментального результата с моделированием динамики вычислительной жидкости камерной системы.

Research

JoVE Journal

Engineering

Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

Инкапсуляция и проницаемость характеристики плазменных Полимеризованные полых частиц

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

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

Характеристика рекомбинации Effects в ионизационной камеры жидкость, используемая для дозиметрии в радиохирургического 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

Разработка устройства 3D Графен электрода Dielectrophoretic

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

Методы измерения ориентации и Скорость вращения 3D-распечатаны Частицы в Турбулентность

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

С использованием синхротронного излучения микротомография Расследования многомасштабном Трехмерные Микроэлектронные пакеты

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

Изготовление и эксплуатация Acoustofluidic устройств с поддержкой объемных акустических стоячих волн для без футляра фокусировки частиц

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

Тестирование наночастиц Release из композита, содержащего наноматериал с помощью системы, Камерный

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

Изучение динамических процессов наноразмерных объектов в жидкости с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа

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

3D-печать камеру для органических оптоэлектронных устройств деградации тестирование

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