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 investigación fue apoyada por la tecnología de innovación programa Industrial (10052901), desarrollo de nanomateriales altamente usable inhalación Toxicidad sistema de prueba en el comercio, a través de la Corea evaluación Instituto de tecnología Industrial por el Coreano Ministerio de comercio, industria y energía.

1. análisis numérico métodos
<ol><li>Realizar el análisis del campo de flujo dentro de la cámara según la forma geométrica, como se describe en la figura 1 y tabla 114. Nota: Un análisis numérico del campo de flujo según la forma geométrica predice el flujo del aerosol y evalúa como un dispositivo de prueba.</li>
	<li>Diseño de la cámara con columnas de 4 etapas x 12, 48 puertos en total, donde el núcleo se divide en una torre inte...

<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. 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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>

Ensayos de toxicidad de inhalación es actualmente el mejor método para evaluar materiales aerosol (partículas y fibras), vapores y gases inhalados por el sistema respiratorio humano14,15. Existen dos métodos de exposición Inhalación: todo el cuerpo y la nariz solamente. Sin embargo, un sistema sólo nariz minimiza la exposición rutas de noninhalation, como la piel y los ojos y permite probar con cantidades mínimas del artículo de prueba, lo que es el mé...

Ensayos de toxicidad de inhalación son el método más fiable para evaluar los riesgos de agentes químicos, partículas, fibras y nanomateriales1,2,3. Así, más agencias reguladoras requieren la presentación de la toxicidad de inhalación de ensayo los datos cuando la exposición a productos químicos, partículas, fibras y nanomateriales es a través de la inhalación de4,5,6,7 ,8. Actualmente, existen dos tipos de sistemas de inhalación Toxicidad: sistemas de exposición de cuerpo entero y sólo por la nariz. Un sistema de prueba toxicidad de inhalación estándar, cuerpo entero o sólo de nariz, requiere al menos cuatro cámaras para exponer animales como ratas y ratones a cuatro diferentes concentraciones, a saber, control de aire y concentraciones baja, moderada y alta7 , 8. la organización para la cooperación económica y desarrollo (OCDE) prueba las guías sugieren que la concentración objetivo seleccionado debe permitir la identificación de lo órgano de destino y demostración de una respuesta de concentración clara7 ,8. El nivel de concentración alto debe resultar en un claro nivel de toxicidad pero no causan mortalidad o signos persistentes que podrían conducir a la muerte o evitar una evaluación significativa de los resultados7,8. La concentración máxima de nivel o de alta alcanzable de los aerosoles puede llegar cumpliendo con el estándar de distribución de tamaño de partícula. Los niveles de concentración moderada deben ser espaciados para producir una gradación de efectos tóxicos entre eso de las7,bajas y altas concentraciones del8. El nivel de concentración baja, que preferiblemente sea un NOAEC (concentración sin efecto adverso observado), debe producir poco o ningún signo de toxicidad7,8. La cámara de cuerpo entero expone animales en estado libre en jaulas por cable, mientras que la cámara sólo nariz expone un animal en una condición contenida en el tubo cerrado. El sistema de seguridad previene la pérdida de aerosol por fugas alrededor del animal. Debido al alto volumen de la cámara de todo el cuerpo, requiere una gran cantidad de artículos de prueba expuestos a animales de experimentación, mientras que el alojamiento del tubo en el sistema de exposición sólo nariz dificulta el movimiento animal y puede causar molestias o asfixia. Sin embargo, regulador inhalación Toxicidad prueba directrices de la OCDE prefieren el uso de la inhalación sólo nariz sistemas4,5,6,7,8.
Sin embargo, con capacidad para un sistema de cuatro cámaras, cuerpo entero o sólo por la nariz, es caro, consumo de espacio y requiere de un sistema de limpieza y circulación de aire incorporado. Además, un sistema de cuatro cámaras puede requerir también generadores de artículo de prueba independiente para exponer animales a las concentraciones deseadas y un aparato de medida independiente para monitorear las concentraciones de prueba artículo. Por lo tanto, desde ensayos de toxicidad de inhalación estándar implica una inversión importante, un sistema de exposición cuerpo entero o sólo de nariz más conveniente y económico necesita ser desarrollada para su uso en instalaciones de investigación pequeño. Al diseñar una cámara de inhalación, de fluido computacional, modelado de la dinámica (CFD) se utiliza también con frecuencia para lograr partículas, gas o vapor uniformidad9,10,11,12,13 . Evaluación por análisis numérico y validación de resultados experimentales ya se ha realizado para la sala de exposición de cuerpo entero para ratones10. Por ejemplo, la trayectoria de la partícula y el flujo de aire han sido modeladas mediante CFD, y la uniformidad de distribución de partícula ha sido medida en nueve partes de la cámara de cuerpo entero10. Además, la cámara sólo de nariz ha sido evaluada por análisis numérico por CFD13. Después de eso, evaluación para la sala de exposición sólo nariz se realizó mediante la comparación de los resultados de análisis numérico con un estudio experimental usando nanopartículas13.
Este estudio presenta un sistema de cámaras de inhalación sólo nariz que puede exponer a animales de experimentación a cuatro diferentes concentraciones en una sola cámara. El sistema propuesto inicialmente diseñado usando CFD y análisis numérico, se compara con un estudio experimental usando partículas de cloruro de sodio a nanoescala para validar la uniformidad y la contaminación cruzada. Los resultados presentados aquí indican que la cámara sólo nariz presentada que puede exponer a animales a cuatro diferentes concentraciones se puede utilizar para los estudios de exposición de animales en pequeña escala académica y centros de investigación. El análisis numérico se establece como sigue, en la misma forma que la configuración del experimento. Exposición a concentración simple, el flujo de aerosol a la torre interior está situado a 48 L/min y el flujo de envoltura hacia la torre exterior se establece en 20 L/min. Exposición a multiconcentration, el flujo de aerosol a la torre interior de entrada es 11 L/min para cada etapa. La presión diferencial de salida se mantiene a -100 Pa mantener un suave flujo de escape y evitar fugas. Asumen los titulares de animales están cerrados y vacían.

<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

Mediante un análisis numérico basado en dinámica de fluidos automatizada, una cámara de inhalación sólo nariz toxicidad con cuatro concentraciones diferentes de exposición está diseñada y validada para la uniformidad del campo de flujo y la contaminación cruzada entre los puertos de exposición para cada uno concentración. Los valores de campo de flujo diseñado se comparan con los valores medidos de la exposición puertos situados horizontalmente y verticalmente. Para ello, nanoescala partículas de cloruro de sodio se generan como partículas de prueba y se presentó a la cámara de inhalación para evaluar la contaminación y concentración de mantenimiento entre las cámaras, para cada grupo de concentración. Los resultados indican que la cámara de inhalación multiconcentration diseñado puede ser utilizada en animales inhalación Toxicidad sin contaminación cruzada entre los grupos de concentración. Por otra parte, también se puede convertir la cámara de la toxicidad de inhalación multiconcentration diseñado a una cámara de inhalación única concentración. Pruebas adicionales con gas, vapores orgánicos y partículas de nanoescala no garantizará el uso de la cámara en la prueba de inhalación de otros artículos de la prueba.

Montaje experimental
La figura 1 muestra un diagrama esquemático de un sistema de cámaras de inhalación sólo nariz, incluyendo un generador de partículas con una MFC, cámara solo nariz e instrumentos de medida de partículas para el seguimiento de la calidad del aire, el controlador y el módulo de escape, basado en artículo 2 del protocolo.
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Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles

Una cámara de toxicidad de inhalación sólo nariz capaz de probar la toxicidad de la inhalación a concentraciones de exposición diferentes cuatro fue diseñada y validada para la uniformidad del campo de flujo y la contaminación cruzada entre los puertos de exposición para cada concentración. Aquí, presentamos un protocolo para confirmar que la cámara diseñada es eficaz para las pruebas de toxicidad de inhalación.

Desarrollo de una cámara de prueba de toxicidad de inhalación sólo nariz que proporciona cuatro concentraciones de la exposición de partículas de tamaño nanométrico

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

Presentamos un protocolo de prueba que cumple con las Directrices de la OCDE para las pruebas de toxicidad por inhalación para la exposición a una y varias concentraciones. La cámara de inhalación de concentración múltiple, que puede probar hasta cuatro concentraciones de exposición a la vez, será más económica para los pequeños institutos de investigación. Para comenzar a probar una cámara de una sola concentración, selle la cámara y compruebe si hay fugas a 500 y 500 pascales negativos calibre durante 30 minutos cada uno.A continuación, ajuste la temperatura del aire limpio a 23 grados centígrados y a una humedad relativa del 45%. Comience a fluir aire limpio a través de la entrada del aerosol y la vaina a 48 y 20 litros por minuto, respectivamente. Ajuste el diferencial de presión de escape a 100 pascales negativos.Una vez que el flujo se ha estabilizado, mida las velocidades de flujo en tres puertos seleccionados aleatoriamente de cada nivel para confirmar que el flujo es uniforme. El caudal debe ser de aproximadamente un litro por minuto. Repita las mediciones dos veces más.A continuación, detenga el flujo de aire y cargue una solución de cloruro de sodio del 0,1% en peso en el sistema de generación de aerosoles. Comience la generación de aerosoles a 20 litros por minuto con aire limpio como gas portador. Diluir el aerosol con 28 litros por minuto de aire limpio.Configure un sistema de medición de tamaño de partícula y seleccione aleatoriamente tres puertos de cada nivel de la cámara. Mida tres veces la distribución del tamaño de partícula en cada puerto seleccionado. Para comenzar a instalar una cámara de múltiples concentraciones, compruébela si hay fugas y ajuste el suministro de aire limpio a 23 grados centígrados y a una humedad relativa del 45%.Ajuste el escape para mantener una presión diferencial de 100 pascales negativos. A continuación, conecte un suministro de aire limpio a un puerto en el compartimiento superior y comience a fluir aire limpio a través del compartimiento a 11 litros por minuto. Una vez que el flujo se haya estabilizado, mida la velocidad de flujo en cada puerto disponible del compartimiento superior tres veces.Repita este proceso para los otros tres compartimentos. A continuación, cargue una solución de cloruro sódico del 0,1% en peso en el generador de aerosoles. Configure el sistema de dilución de aerosoles para producir un flujo de aerosol a 11 litros por minuto.Conecte la entrada del aerosol al compartimiento superior, espere a que el flujo se estabilice y seleccione aleatoriamente seis puertos de ese compartimiento. Mida la distribución del tamaño de partícula en cada uno de esos puertos tres veces utilizando el sistema de medición del tamaño de partícula. Repita este proceso para cada compartimiento.Enjuague los compartimentos con aire limpio durante 30 minutos cuando estén completos. A continuación, conecte una entrada de aire limpio al compartimiento superior y fluya aire limpio a través de él a 11 litros por minuto. Configure el sistema de dilución de aerosoles para flujos de aerosol de baja concentración y alta concentración a 11 litros por minuto.Conecte la línea de baja concentración al segundo compartimiento más alto y la línea de alta concentración al compartimiento inferior. Espere 10 minutos para que los flujos se estabilicen. A continuación, seleccione aleatoriamente un puerto de cada uno de los tres compartimentos y mida la concentración de aerosoles en los puertos seleccionados 15 veces cada uno para comprobar si hay contaminación cruzada.Tanto las cámaras de exposición de una sola concentración como las de múltiples concentraciones mostraron una buena uniformidad de flujo en cada nivel horizontal de la cámara. Los flujos normalizados estaban cerca de los valores calculados durante el modelado del sistema. También se observó una buena uniformidad de flujo verticalmente en la cámara de una sola concentración.La cámara multi-concentración tiene sólo un nivel de puertos por compartimiento, por lo que no eran aplicables las mediciones de uniformidad vertical directa. La concentración de partículas también era uniforme horizontalmente para ambas cámaras, y era uniforme verticalmente para la cámara de concentración única. Las concentraciones de aerosol en diferentes compartimentos de la cámara multi-concentración mostraron relativamente poca variación en 15 mediciones, lo que indica una contaminación cruzada mínima entre los compartimentos.Es importante comprobar la reproducibilidad durante todo el procedimiento, especialmente durante la prueba experimental de evaluación del rendimiento de la prueba de contaminación cruzada. Las pruebas de evaluación de rendimiento se pueden ampliar comparando el resultado experimental con el modelado de dinámica de fluidos computacional del sistema de cámara.

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