2022納米技術(shù) 吸入毒性研究中金屬納米顆粒的制備蒸發(fā)冷凝法

納米技術(shù)吸入毒性研究中金屬納米顆粒的制備蒸發(fā)/冷凝法目次前 言 3引 言 4范圍 5規(guī)性用件 5術(shù)和義 5原則 7要求 8發(fā)器性能 9納顆制參數(shù) 10結(jié)評(píng)估 10試報(bào)告 附錄A 12參考獻(xiàn) 24納米技術(shù)吸入毒性研究中金屬納米顆粒的制備蒸發(fā)/冷凝法范圍本文件使用蒸發(fā)/見(jiàn)附錄A包括ISO/TS27687，納米科技納米物體的術(shù)語(yǔ)和定義納米顆粒、納米纖維和納米片（Nanotechnologies—Terminologyanddefinitionsfornano-objects—Nanoparticle,nanofibreandnanoplate）B/T3269215（ISS2767：2008，IDT）ISO15900，粒度分布測(cè)定氣溶膠粒子的差分電遷移分析（Determinationofparticlesizedistribution—Differentialelectricalmobilityanalysisforaerosolparticles）ISO/IEC17025，檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求（Generalrequirementsforthecompetenceoftestingandcalibrationlaboratories）注：GB/T27025-2019檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求（ISO/IEC17025:2017，IDT）OECDNo.403，急性吸入毒性1（AcuteInhalationToxicity）B/21605208（OECDNo.03181OECDNo43:02MOODN.4181ubacuenhaaonToxit:28DaySud）21754-200828天/14（OECDNoOECDNo.413，亞慢性吸入毒性：90天試驗(yàn)1（SubchronicInhalationToxicity:90-DayStudy）注：GB/T21765-2008化學(xué)品亞慢性吸入毒性試驗(yàn)方法（OECDNo.413：1981，IDT）。ISO15900和ISO/TS27687界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1差分遷移分析系統(tǒng)differentialmobilityanalysingsystem；DMAS用于檢測(cè)亞微米尺度的氣溶膠顆粒的尺寸分布，由差分電遷移分級(jí)器、顆粒電荷調(diào)節(jié)器、流量計(jì)、顆粒檢測(cè)器、連接管道、電腦和相關(guān)軟件組成。[來(lái)源：ISO15900:2009,2.8，有修改]1經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)出版。3.2差分電遷移分級(jí)器differentialelectricalmobilityclassifier；DEMC差分電遷移譜儀differentialelectricalmobilityspectrometer；DEMS分級(jí)器能選擇合適尺寸的氣溶膠顆粒進(jìn)入并通過(guò)對(duì)應(yīng)的通道。注：DEMCDEMC遷移范圍有關(guān)。[來(lái)源：ISO15900:2009,2.7，有修改]3.3凝聚粒子計(jì)數(shù)器condensationparticlecounter；CPC檢測(cè)顆粒的儀器，在已知進(jìn)入探測(cè)器的流量的情況下，可用于計(jì)算顆粒數(shù)量濃度。注1：檢測(cè)到的顆粒物尺寸范圍通常在幾百至幾納米之間。CPC與DEMC聯(lián)用。注2：在一些情況下，凝聚粒子計(jì)數(shù)器被稱為凝聚核計(jì)數(shù)器（CondntinuleusonterCN[來(lái)源：ISO15900:2009,2.5，有修改]3.4呼吸暴露艙inhalationexposurechamber呼吸艙inhalationchamber暴露艙exposurechamber采用鼻吸或全身暴露的方法將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物暴露于吸入測(cè)試物質(zhì)一定的時(shí)間和劑量的實(shí)驗(yàn)裝置。注1：術(shù)語(yǔ)“鼻吸”與“僅頭部”和“僅口鼻”含義相同。注2：改編自O(shè)ECDNo.403、OECDNo.412和OECDNo.413。3.5蒸發(fā)/冷凝納米顆粒制備系統(tǒng)evaporation/condensationnanoparticlegeneratorsystem該裝置通過(guò)蒸發(fā)/冷凝法獲得納米顆粒氣溶膠，可連接到呼吸艙或其它毒性試驗(yàn)儀器。3.6幾何平均直徑geometricmeandiameter；GMD用顆粒的對(duì)數(shù)直徑測(cè)定顆粒尺寸分布的集中趨勢(shì)，用DMAS計(jì)算可得：ln(GMD)式中：

nim

NiN

ln(di)di——尺寸通道i的中位數(shù)直徑；N——總濃度；ΔNi——尺寸通道i內(nèi)的顆粒濃度；m——第一個(gè)通道；n——最后一個(gè)通道。注：GMD通常是用顆粒數(shù)目進(jìn)行計(jì)算，通?；谶m當(dāng)權(quán)重的顆粒表面積或體積。3.7幾何標(biāo)準(zhǔn)差geometricstandarddeviation；GSD顆粒尺寸的分散度，由DMAS計(jì)算得到：∑?? ????[In?????In(GMD)]2In(GSD)=√??=?? ???13.8中位直徑countmediandiameter；CMD如果假設(shè)顆粒數(shù)目呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布，則該直徑等同于GMD。注：見(jiàn)ISO9276-5，描述如下：

x50,

e(rp)s2式中：e——自然對(duì)數(shù)的底，e=2.71828p——分布的維度（數(shù)量類(lèi)型，其中：p=0代表數(shù)值；p=1代表長(zhǎng)度；p=2代表面積；p=3代表體積或者質(zhì)量；——分布的維度（數(shù)量類(lèi)型，其中,r=0代表數(shù)值；r=1代表長(zhǎng)度；r=2代表面積；r=3代表體積或者質(zhì)量；s——密度分布標(biāo)準(zhǔn)差；x50,r——維度r的累積分布的中值粒徑。原則通過(guò)加熱固體銀制備發(fā)生銀蒸汽，銀蒸汽冷卻成核，再形成銀納米顆粒氣溶膠。附錄A中描述了用蒸發(fā)/冷凝法制備銀納米顆粒的方法。OECDNo.403、OECDNo.412OECDNo.413注1：霧化的納米顆粒能通過(guò)布朗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散沉積到呼吸艙的內(nèi)壁上，并且顆粒尺寸由于團(tuán)聚/聚集行為而發(fā)生變化。這種沉積過(guò)程取決于顆粒尺寸、靜電電荷、顆粒數(shù)量濃度和停留時(shí)間。見(jiàn)氣溶膠科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)文本，參考文獻(xiàn)[12]。注2：根據(jù)研究目的確定是否需要對(duì)電荷進(jìn)行中和。如果需要對(duì)電荷分布進(jìn)行表征，則應(yīng)在研究中進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明和測(cè)定。注3：為了減少沉積損失，實(shí)際使用的最小長(zhǎng)度的導(dǎo)電管的直徑與儀器接口配套。一個(gè)/OECDNo.403，OECDNo.412和OECDNo.413/取決于顆粒尺寸，該過(guò)程可能會(huì)增加顆粒損失和改變下游顆粒尺寸分布。ISO/IEC17025/DMAS工廠進(jìn)行校準(zhǔn)，并宜記錄在報(bào)告中。要求發(fā)生器的輸出性能、可靠性和操控性應(yīng)滿足試驗(yàn)需求，具體如下：a）金屬蒸發(fā)率（μg/h）；b）氣體流量（m3/h）；c）在試驗(yàn)期間，需考慮發(fā)生器在特定的蒸發(fā)率和氣體流量下可持續(xù)運(yùn)行的性能。(GMD)100nm(GSD)2（OECDNo.403OECDNo.412和OECDNo.413中所建議）。(OECDNo.39)。注：除了對(duì)塊體材料的純度進(jìn)行測(cè)定，可能還需要對(duì)已制備的顆粒物表面化學(xué)特性進(jìn)行表征。19%（OECDNo.403OECDNo.412和ODo.4可通過(guò)向發(fā)生器提供適量的稀釋空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)。（OECDNo.403OECDNo.412和ODNo.1。從系統(tǒng)排放的氣體應(yīng)經(jīng)過(guò)(≤5mm水柱宜,EDNo.9注：當(dāng)納米材料存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，需經(jīng)常進(jìn)行泄漏檢查，如使用肥皂泡法，或安裝泄漏檢測(cè)器。在鼻吸暴露系統(tǒng)中，試驗(yàn)氣體可能會(huì)在動(dòng)物與暴露裝置接觸的地方泄漏。管道內(nèi)積聚了熱量和水分，可將管道密封以防止泄漏[29]。注：對(duì)于基于數(shù)量的顆粒尺寸分布檢測(cè)，DMAS是目前唯一滿足上述要求的能夠測(cè)量100nm以下顆粒的儀器。DMAS取樣應(yīng)按照制造商的建議并按照ISO15900對(duì)納米顆粒進(jìn)行檢測(cè)。顯微鏡取樣（200目）（TEM）10萬(wàn)×X10312[3]對(duì)納米顆粒進(jìn)行取樣和形貌分析。有關(guān)取樣的更多細(xì)節(jié)可從其它資料中獲得[6][13][15][17][18][27]。是基于對(duì)濾膜上收集的顆粒進(jìn)行化學(xué)分析，這些方法可滿足納米顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的要求。宜獲得足夠質(zhì)量的樣品以高于檢測(cè)下限數(shù)值[5]。過(guò)濾取樣g，g/3取樣頻率20％如ODNo.39和USA31//應(yīng)建立對(duì)顆粒純度/雜質(zhì)的檢測(cè)，以滿足試驗(yàn)?zāi)康?。根?jù)OECDNo.403，OECDNo.412和OECDNo.413，在呼吸帶測(cè)量的納米顆粒的GMD應(yīng)小于100nm。OECDNo.No.412和OECDNo.413定性應(yīng)通過(guò)TEMSEM/10到15（OECDNoNo.412和OECDNo.413；USA310.5L·min-1見(jiàn)EDo.399見(jiàn)ODNo.39通過(guò)DMAS如ODNo.0ODNo.412和ODNo.413（GMD20應(yīng)評(píng)估結(jié)果是否符合試驗(yàn)和質(zhì)量計(jì)劃。用于制備納米顆粒的原材料的完整標(biāo)識(shí)（；用DMAS附錄A（資料性）蒸發(fā)/冷凝法制備銀納米顆粒舉例概述銀納米顆粒通常采用蒸發(fā)//[11][18][21][23][24][25]。3千瓦和30本附錄描述了一種新方法，即在小型扁平陶瓷電加熱器表面加熱材料。原理(50.5[16][17]。加熱器在溫度方面的特性對(duì)制備納米顆粒非常重要，特別是在蒸發(fā)/A.1至（×3如圖A.31010X軸Y軸標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：圖A.1和Y軸的溫度分布[13]溫度幾乎與外加電壓成線性關(guān)系。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：T——溫度V——外加電壓1——線性擬合圖

圖A.2[13]標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：T——溫度t——時(shí)間斷電

圖A.3[13]載氣流量在4L·min-1時(shí)保持恒定。發(fā)生器外部直徑：34mm；初始載銀質(zhì)量：14.76mg。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：dN/dlogdp——顆粒數(shù)每立方厘米dp ——圖A.4加熱器不同表面溫度制備的銀納米顆粒尺寸分布[13]TEMX射線衍射（XRD）分析粒度分布受加熱器溫度的影響，如圖A.4所示。不同加熱溫度下制備的銀納米顆粒的TEM[13][20]圖A.5顯示使用X射線衍射儀和CuK輻射對(duì)銀納米顆粒進(jìn)行的XRD分析結(jié)果。如晶體結(jié)標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：I——強(qiáng)度（任意單位）θ——角（度）A.5分析[13]A.6）[14]70140505mm。當(dāng)施加85VTmax為1140（99.99%（MFC）22?1（雷諾數(shù)約420）DMAS（CPC）a）組成部件b）陶瓷加熱器詳圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：A1——HEPA過(guò)濾空氣，200L·min-1A2——過(guò)量空氣A3——干燥過(guò)濾空氣A4——納米顆粒及載氣，22L·min-1A5——排氣，222L·min-1M——質(zhì)量流量控制器（MFC）P1——交流電源Q——石英管H——陶瓷加熱器S——塊體原材料D——稀釋劑N——中和劑（210Po）D2——差分電遷移分級(jí)器（DEMC）U——超細(xì)凝聚粒子計(jì)數(shù)器（UCPC）P2——個(gè)人計(jì)算機(jī)C——呼吸艙W——加熱器寬度，5mmB——塊體原材料到邊緣距離，6.2mm圖A.6實(shí)驗(yàn)裝置示意圖[14]為了評(píng)估吸入納米顆粒的健康效應(yīng)，納米顆粒被輸送至含有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的試驗(yàn)環(huán)境中，隨后對(duì)其進(jìn)行吸入毒性試驗(yàn)，包括短期或長(zhǎng)期試驗(yàn)。這種制備銀納米顆粒的方法提供了粒徑分布一致和數(shù)量濃度穩(wěn)定的納米顆粒氣溶膠，適用于短期和長(zhǎng)期吸入毒性試驗(yàn)。A.7a）[14]。圖A.7b）GMD160mg蒸發(fā)到100mg，GMD3.08mm2.63。對(duì)于質(zhì)量100mgGMDGMD16060mg100mga）加熱器上銀的質(zhì)量對(duì)顆粒數(shù)量濃度和GMD的影響b）GMD隨銀塊體材料尺寸的變化發(fā)生器直徑：70mm標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：n——數(shù)量濃度，顆粒數(shù)/cm3m——加熱器表面銀的質(zhì)量GMD——幾何平均直徑Deq，Ag——銀的等效直徑□——質(zhì)量變化數(shù)據(jù)△——穩(wěn)定性數(shù)據(jù)a——36小時(shí)圖A.7銀納米顆粒數(shù)量濃度和GMD隨銀塊體材料質(zhì)量的變化以及GMD隨加熱器上銀當(dāng)量直徑的變化——24小時(shí)長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)與使用短期試驗(yàn)的初始質(zhì)量與質(zhì)量減少率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的比較[14]160mg3.08的納米顆粒的GMDGSD14nm1.6nm（（A.8a）b））7/cm3[14]（（A.8c））。A.924A.9b）DMAS[14]24[14]。160mg氣體流速：22L·min?1施加電壓：85V(Tmax=1140°C)發(fā)生器直徑：70mm標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：GMD——幾何平均直徑GSD——幾何標(biāo)準(zhǔn)差t——運(yùn)行時(shí)間n——數(shù)量濃度，顆粒數(shù)/cm3圖A.8長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試中銀納米顆粒的GMD、GSD和總數(shù)量濃度隨時(shí)間的變化 發(fā)生器直徑：70mm初始載銀量：160mg標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：/cm3dS/dlogdp——cm3/cm3dM/dlogdp