ISO 10808:2010
(Main)Nanotechnologies — Characterization of nanoparticles in inhalation exposure chambers for inhalation toxicity testing
Nanotechnologies — Characterization of nanoparticles in inhalation exposure chambers for inhalation toxicity testing
ISO 10808:2010 specifies requirements for, and gives guidance on, the characterization of airborne nanoparticles in inhalation exposure chambers for the purpose of inhalation toxicity studies in terms of particle mass, size distribution, number concentration and composition.
Nanotechnologies — Caractérisation des nanoparticules dans les chambres d'inhalation par exposition pour les essais de toxicité par inhalation
L'ISO 10808:2010 spécifie les exigences et donne les directives en termes de caractérisation des nanoparticules en suspension dans des chambres d'exposition par inhalation pour des études de toxicité par inhalation orientées vers la concentration massique, la distribution de taille, la concentration en nombre et la composition des particules.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10808
First edition
2010-12-15
Nanotechnologies — Characterization of
nanoparticles in inhalation exposure
chambers for inhalation toxicity testing
Nanotechnologies — Caractérisation des nanoparticules dans les
chambres d'inhalation par exposition pour les essais de toxicité par
inhalation
Reference number
ISO 10808:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 10808:2010(E)
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Published in Switzerland
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ISO 10808:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
3.1 Particle measuring systems.2
4 Test substance monitoring method .4
4.1 Principle .4
4.1.1 Exposure .4
4.1.2 Particle properties.4
4.2 Preparation of system.4
4.3 Study.5
5 Specific monitoring method.5
5.1 Requirements for number-based particle size distribution and mass concentration .5
5.2 Measurement of number-based particle size distribution .5
5.3 Mass concentration measurement .6
5.4 Inhalation exposure chamber .6
6 Assessment of results .7
7 Test report.7
Annex A (informative) Example of nanoparticle characterization for inhalation toxicity testing.9
Bibliography.17
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ISO 10808:2010(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 10808 was prepared by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies.
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ISO 10808:2010(E)
Introduction
The number of nanotechnology-based consumer products containing silver, gold, carbon, zinc oxide, titanium
dioxide and silica nanoparticles is growing very rapidly. The population at risk of exposure to nanoparticles
continues to increase as the applications expand. In particular, workers in nanotechnology-based industries
are at risk of being exposed to nanoparticles. If nanoparticles are liberated from products, the public could be
exposed as well. Although toxicity screening using instillation of nanomaterials provides important information,
it does not reflect the actual scenario of inhalation exposure and does not provide the data required for
inhalation exposure risk assessment. In addition, while inhalation toxicology using rats is the norm at this time,
[10]
it is desirable to replace this antiquated method with a human-relevant assay .
The inhalation toxicity of nanoparticles is of particular concern in ensuring the health of workers and
consumers. In order to conduct inhalation toxicity studies of nano-sized particles, the monitoring of
concentration, size and distribution of nano-sized particles in the inhalation chamber is necessary. The
conventional methods of fine or coarse particle monitoring, such as weight-based mass dose monitoring, are
considered insufficient for nanoparticles, since nano-specific parameters (particle surface area, particle
number, etc.) might be critical determinants, and if so, should also be monitored.
This International Standard proposes a battery of inhalation toxicity testing chamber monitoring, including a
differential mobility analyzing system (DMAS), for measuring particle number, size, distribution, surface area
and estimated mass dose, as well as morphological examination using transmission electron microscopy
(TEM) or scanning electron microscopy (SEM) equipped with an energy dispersive X-ray analyzer
(TEM-EDXA) for chemical composition.
This International Standard also includes conventional mass dose monitoring and other physicochemical
monitoring, for use when deemed a necessary parameter for toxicity determination. This method evaluates
nano-sized particle surface area, mass dose, particle distribution, composition and dispersion to support
[13][17][18]
effective analysis of inhalation toxicity testing results .
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10808:2010(E)
Nanotechnologies — Characterization of nanoparticles in
inhalation exposure chambers for inhalation toxicity testing
1 Scope
This International Standard specifies requirements for, and gives guidance on, the characterization of airborne
nanoparticles in inhalation exposure chambers for the purpose of inhalation toxicity studies in terms of particle
mass, size distribution, number concentration and composition.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 10312, Ambient air —Determination of asbestos fibres — Direct transfer transmission electron
microscopy method
ISO 15900, Determination of particle size distribution — Differential electrical mobility analysis for aerosol
particles
ISO/TS 27687, Nanotechnologies — Terminology and definitions for nano-objects — Nanoparticle, nanofibre
and nanoplate
1)
OECD Test Guideline 403 (TG 403), Acute Inhalation Toxicity
1)
OECD Test Guideline 412 (TG 412), Subacute Inhalation Toxicity: 28-Day Study
1)
OECD Test Guideline 413 (TG 413), Subchronic Inhalation Toxicity: 90-Day Study
1)
OECD Guidance Document 39 (GD 39), Acute Inhalation Toxicity Testing
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 15900 and ISO/TS 27687 and the
following apply.
1) Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) publication.
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ISO 10808:2010(E)
3.1 Particle measuring systems
3.1.1
differential electrical mobility classifier
DEMC
differential electrical mobility spectrometer
DEMS
classifier that is able to select aerosol particle sizes from a distribution that enters it and pass only selected
sizes to the exit
NOTE 1 A DEMC classifies aerosol particle sizes by balancing the electrical force on each particle in an electrical field
with its aerodynamic drag force. Classified particles have different sizes due to their number of electrical charges and a
narrow range of electrical mobility determined by the operating conditions and physical dimensions of the DEMC.
NOTE 2 Adapted from ISO 15900:2009, definition 2.7.
3.1.2
differential mobility analyzing system
DMAS
system used to measure the size distribution of submicrometre aerosol particles consisting of a DEMC,
a particle charge conditioner, flow meters, a particle detector, interconnecting plumbing, a computer and
suitable software
NOTE Adapted from ISO 15900:2009, definition 2.8.
3.1.3
condensation particle counter
CPC
instrument that detects particles and that can be used to calculate particle number concentration given the
known flow rates into the detector
NOTE 1 The range of particles detected are usually smaller than several hundred nanometers and larger than a few
nanometers. A CPC is one possible detector for use with a DEMC.
NOTE 2 In some cases, a condensation particle counter may be called a condensation nucleus counter (CNC).
NOTE 3 Adapted from ISO 15900:2009, definition 2.5.
3.2
inhalation exposure chamber
inhalation chamber
exposure chamber
system prepared to expose experimental animals to an inhaled test substance of predetermined duration and
dose by either the nose-only or whole-body method
NOTE 1 The term “nose-only” is synonymous with “head-only” or “snout-only”.
NOTE 2 Adapted from OECD TG 403, 412, 413.
3.3
nanoparticle generation system
device used to make nanoparticle aerosol with controlled size distribution and concentration
3.4
breathing zone
location from which the experimental animal breathes
NOTE 1 For an unrestrained, non-caged animal, this will be the entire volume of the inhalation chamber. For a
restrained or caged animal, this will be the range of motion for the animal's nose. For a masked animal, this will be the
small volume in front of the nostrils.
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ISO 10808:2010(E)
NOTE 2 The term “breathing zone” is used to ensure test atmosphere samples are obtained from the same location as
that in which the animal breathes. An undesirable sampling approach would be one where concentration measurements
are obtained at the top of the inhalation chamber while the animal is exposed at the bottom.
3.5
geometric mean diameter
GMD
measure of central tendency of particle size distribution using the logarithm of particle diameters, computed
for the DMAS by
n
ΔNdln
()
∑ ii
im=
ln(GMD)=
N
where
d is the midpoint diameter for the size channel, i;
i
N is the total concentration;
ΔN is the concentration within the size channel, i;
i
m is the first channel;
n is the last channel.
NOTE The GMD is normally computed from particle counts and when noted may be based on surface area or
particle volume with appropriate weighting.
3.6
geometric standard deviation
GSD
measure of width or spread of particle sizes, computed for the DMAS by
n 2
⎡⎤
Ndln − ln GMD
()
∑ ii
⎣⎦
im=
ln(GSD)=
N−1
3.7
count median diameter
CMD
diameter equal to GMD for particle counts assuming a logarithmic normal distribution
NOTE The general form of the relationship as described in ISO 9276-5 is
2
rp− s
()
CMD==xx e
50,rp50,
where
e is the base of natural logarithms, e = 2,718 28;
p is the dimensionality (type of quantity) of a distribution, where
p = 0 is the number,
p = 1 is the length,
p = 2 is the area, and
p = 3 is the volume or mass;
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ISO 10808:2010(E)
r is the dimensionality (type of quantity) of a distribution, where
r = 0 is the number,
r = 1 is the length,
r = 2 is the area, and
r = 3 is the volume or mass;
s is the standard deviation of the density distribution;
x is the median particle size of a cumulative distribution of dimensionality, r.
50,r
4 Test substance monitoring method
4.1 Principle
4.1.1 Exposure
Precise characterization of the test substance exposure is essential for an inhalation toxicology study. The
objective in nanoparticle inhalation toxicology is to establish a quantitative relationship between the observed
toxicological outcome and the dose metrics used in terms of test substance physical and chemical properties.
4.1.2 Particle properties
The specific chemical and physical properties of the nanoparticle should be determined to the extent possible;
however, because these may not be known a priori, as many parameters as possible should be determined.
Nanoparticle composition, number and mass concentrations, median and mean size and size distribution,
surface area, electrical charge, surface character, hygroscopicity and shape might be important parameters
for dosimetry.
4.2 Preparation of system
4.2.1 During development of the nanoparticle generating system and prior to interfacing with the exposure
chamber(s), measurements should be performed to verify aerosol particle composition and purity and to
establish the stability. During exposure tests, analysis should be conducted continuously and/or intermittently
depending on the method of analysis to determine the consistency of particle size distribution without
disrupting the inhalation exposure.
[3]
NOTE A nanoparticle generating system for silver and other metals is described in ISO 10801 .
4.2.2 Inhalation chambers and supporting equipment shall be prepared in accordance with OECD TG 403,
OECD TG 412 and OECD TG 413.
4.2.3 Inhalation chambers and supporting equipment shall be prepared for nanoparticle exposure studies.
NOTE 1 Aerosolized nanoparticles can be deposited to walls by Brownian diffusion and particle size change due to
aggregation/agglomeration. This deposition process depends on the particle size, electrostatic charge, particle number
concentration and residence time. See standard texts on aerosol science, References [11], [19] and [20].
NOTE 2 Charge neutralization might be required, depending on the purpose of the study.
If charge distribution is considered a characterization requirement, this shall be specified and measured in the
study.
NOTE 3 To reduce deposition losses, conductive tubing of the minimum length practical to use with the tubing diameter
is selected to interface with instrumentation.
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ISO 10808:2010(E)
4.2.4 An inhalation chamber or chambers and supporting equipment, such as sampling probes and
manifolds, shall be characterized to ensure compliance with OECD TG 403, OECD TG 412 and
OECD TG 413, for determining any sampling bias.
NOTE Sampling manifold consists of tubing, solenoid valves and/or other elements required for routing samples from
each chamber to online monitoring equipment.
4.2.5 Measurement instruments used in inhalation testing should be calibrated and/or tested in accordance
with ISO 15900.
The DMAS is usually calibrated at the factory and this should be documented in the report.
NOTE In addition, in the course of using the DMAS, it must be routinely calibrated as well.
4.3 Study
4.3.1 The study shall be conducted in accordance with OECD TG 403, OECD TG 412, OECD TG 413 and
OECD GD 39.
4.3.2 During the exposure period the concentrations of the test substance should be held as constant as
practicable and monitored continuously and/or intermittently depending on the method of analysis.
4.3.3 Breathing zone sampling shall be conducted to establish exposure.
4.3.4 The rate of air flow in the supply and chamber(s), should be monitored continuously in order to
document compliance with OECD TG 403, OECD TG 412, OECD TG 413 and OECD GD 39.
Airflow meters should be employed to establish that the parameter is within limits.
4.3.5 Temperature and humidity inside the inhalation chamber and as close to the breathing zone as
practical shall be monitored continuously.
Temperature and humidity sensors with transducers should be employed to establish that the parameter is
within limits.
4.3.6 Exhaust air from the chambers containing nanoparticles shall be treated by appropriate filtration, and,
if necessary or appropriate, chemical scrubbing, before being vented to the atmosphere.
5 Specific monitoring method
5.1 Requirements for number-based particle size distribution and mass concentration
Measurement of number-based particle size distribution and measurement of total particle mass concentration
are two essential measurements in the characterization of nanoparticles in inhalation toxicity testing. Particle
size distribution measurement is essential because the knowledge of particle size is crucial for the evaluation
of the result of toxicity testing. Mass concentration, on the other hand, has been used as the dosimetric
parameter in every inhalation toxicity test and is indispensable in nanoparticle toxicity testing. Therefore, these
two measurements shall always be made in nanoparticle inhalation toxicity testing and carried out using
appropriate methods.
5.2 Measurement of number-based particle size distribution
5.2.1 The method used shall be able to monitor particle size distribution in a continuous manner during
particle exposures with time resolution appropriate to checking the stability of particle size distribution and
concentration.
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ISO 10808:2010(E)
5.2.2 The measurable range of particle sizes and concentrations in the animal's breathing zone shall cover
those of the nanoparticle aerosols exposed to the test system during the toxicity tes
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10808
Première édition
2010-12-15
Nanotechnologies — Caractérisation des
nanoparticules dans les chambres
d'inhalation par exposition pour les
essais de toxicité par inhalation
Nanotechnologies — Characterization of nanoparticles in inhalation
exposure chambers for inhalation toxicity testing
Numéro de référence
ISO 10808:2010(F)
©
ISO 2010
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ISO 10808:2010(F)
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Web www.iso.org
Publié en Suisse
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ISO 10808:2010(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
3.1 Systèmes de mesure des particules .2
4 Méthode de contrôle de la substance d'essai.4
4.1 Principe .4
4.1.1 Exposition .4
4.1.2 Propriétés des particules.4
4.2 Préparation du système.4
4.3 Étude.5
5 Méthode de contrôle spécifique .6
5.1 Exigences relatives à la distribution de taille en nombre des particules et à la
concentration massique .6
5.2 Mesurage de la distribution de taille en nombre des particules .6
5.3 Mesurage de la concentration massique.6
5.4 Chambre d'exposition par inhalation .7
6 Évaluation des résultats .7
7 Rapport d'essai.8
Annexe A (informative) Exemple de caractérisation de nanoparticules pour un essai de toxicité
par inhalation .9
Bibliographie.17
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ISO 10808:2010(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 10808 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies.
iv © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 10808:2010(F)
Introduction
On assiste à une croissance très rapide du nombre de produits grand public issus des nanotechnologies
contenant des nanoparticules d'argent, d'or, de carbone, d'oxyde de zinc, de dioxyde de titane et de silice.
Ainsi, l'augmentation du nombre d'applications entraîne une augmentation de la population soumise à un
risque d'exposition aux nanoparticules. Les travailleurs de l'industrie des nanotechnologies en particulier sont
soumis à un risque d'exposition aux nanoparticules. Le public pourrait également être exposé dans le cas où
des nanoparticules seraient émises par les produits finis. Bien que le dépistage de la toxicité par l'instillation
de nanomatériaux fournisse des informations importantes, celui-ci ne représente pas une situation réelle
d'exposition par inhalation et ne fournit pas les données requises pour une évaluation du risque à l'exposition
par inhalation. De plus, bien que la toxicologie par inhalation utilisant des rats soit actuellement la norme, on
[10]
tente de remplacer cette méthode désuète par un essai approprié aux êtres humains .
La connaissance de la toxicité par inhalation de nanoparticules est un souci majeur pour assurer la bonne
santé des travailleurs et des consommateurs. Pour effectuer des études de toxicité par inhalation de
particules de nanodimensions, il est nécessaire de suivre la concentration, la taille et la répartition des
nanoparticules dans la chambre d'inhalation. Les méthodes classiques de contrôle de particules fines ou
grossières, par exemple la surveillance de la dose massique fondée sur le poids, sont considérées comme
insuffisantes pour les nanoparticules car des paramètres nanospécifiques (surface spécifique, nombre de
particules, etc.) pourraient être des déterminants critiques à surveiller.
La présente Norme internationale suggère un ensemble de contrôles au moyen d'une chambre d'essai de
toxicité par inhalation comportant un système d'analyse de mobilité électrique (ADME) pour mesurer le
nombre de particules, leur taille, leur distribution, une estimation de leur surface spécifique et de leur
concentration massique, ainsi qu'un examen morphologique faisant intervenir la microscopie électronique en
transmission (MET) ou la microscopie électronique par balayage (MEB), avec un analyseur à rayons X à
dispersion d'énergie (MET-EDXA) pour la composition chimique.
La présente Norme internationale comporte également un contrôle classique de dose massique et d'autres
contrôles physico-chimiques s'ils s'avèrent être des paramètres nécessaires pour la détermination de la
toxicité. Cette méthode permet d'évaluer la surface spécifique des particules de nanodimensions, leur
concentration massique, la distribution des particules, la composition et la dispersion, conduisant ainsi à une
[13][17][18]
analyse efficace des résultats d'essais de toxicité par inhalation .
© ISO 2010 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 10808:2010(F)
Nanotechnologies — Caractérisation des nanoparticules dans
les chambres d'inhalation par exposition pour les essais de
toxicité par inhalation
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie les exigences et donne les directives en termes de caractérisation
des nanoparticules en suspension dans des chambres d'exposition par inhalation pour des études de toxicité
par inhalation orientées vers la concentration massique, la distribution de taille, la concentration en nombre et
la composition des particules.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence (y compris les éventuels amendements) s'applique.
ISO 10312, Air ambiant — Détermination des fibres d'amiante — Méthode de microscopie électronique à
transmission directe
ISO 15900, Détermination de la distribution granulométrique — Analyse de mobilité électrique différentielle
pour les particules d'aérosol
ISO/TS 27687, Nanotechnologies — Terminologie et définitions relatives aux nano-objets — Nanoparticule,
nanofibre et nanofeuillet
1)
OECD Test Guideline 403 (TG 403), Acute Inhalation Toxicity
1)
OECD Test Guideline 412 (TG 412), Subacute Inhalation Toxicity: 28-Day Study
1)
OECD Test Guideline 413 (TG 413), Subchronic Inhalation Toxicity: 90-Day Study
1)
OECD Guidance Document 39 (GD 39), Acute Inhalation Toxicity Testing
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 15900 et l'ISO/TS 27687
ainsi que les suivants s'appliquent.
1) Publication de l'Organisation pour le développement et la coopération économique (OCDE).
© ISO 2010 – Tous droits réservés 1
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ISO 10808:2010(F)
3.1 Systèmes de mesure des particules
3.1.1
classificateur différentiel de mobilité électrique
CDME
spectromètre de mobilité électrique différentielle
SMED
classificateur capable de sélectionner des tailles de particules d'aérosol à partir d'une distribution y pénétrant
et de fournir en sortie les seules tailles sélectionnées
NOTE 1 Un CDME classe les particules d'aérosol en équilibrant la force électrique sur chaque particule placée dans un
champ électrique avec sa force de traînée aérodynamique. Les particules classées ont des tailles différentes en raison du
nombre de leurs charges électriques ainsi qu'une plage étroite de mobilité électrique, déterminée par les conditions de
fonctionnement et les dimensions physiques du CDME.
NOTE 2 Adapté de l'ISO 15900:2009, définition 2.7.
3.1.2
système d'analyse de mobilité différentielle
ADME
système utilisé pour mesurer la distribution en taille de particules d'aérosols submicrométriques consistant en
un CDME, un dispositif de conditionnement de la charge électrique des particules (neutralisateur), des
débitmètres, un détecteur de particules, différents systèmes de connexion (tubes), un ordinateur et un logiciel
approprié
NOTE Adapté de l'ISO 15900:2009, définition 2.8.
3.1.3
compteur de particules de condensation
CPC
appareil détectant les particules et pouvant être utilisé pour calculer la concentration en nombre de particules
à partir des valeurs connues de débit dans le détecteur
NOTE 1 Les dimensions de la gamme de particules détectées sont habituellement inférieures à quelques centaines de
nanomètres et supérieures à quelques nanomètres. Un CPC est un détecteur qu'il est possible d'utiliser avec un CDME.
NOTE 2 Dans certains cas, un compteur de particules de condensation peut également être appelé compteur de
noyaux de condensation (CNC).
NOTE 3 Adapté de l'ISO 15900:2009, définition 2.5.
3.2
chambre d'inhalation
chambre, tête seule, nez seul
système conçu pour exposer des animaux d'expérience à une substance d'essai inhalée pendant une durée
et à une dose prédéterminées, soit par la méthode uniquement par le nez, soit par le mode d'exposition corps
entier
NOTE 1 Le terme «nez seul» est synonyme de «tête seule» ou «museau seul».
NOTE 2 Adapté des lignes directrices de l'OCDE 403, 412 et 413.
3.3
système de génération de nanoparticules
dispositif destiné à créer un aérosol de nanoparticules avec une distribution de taille et une concentration
contrôlées
2 © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 10808:2010(F)
3.4
zone de respiration
endroit où respire l'animal d'expérience
NOTE 1 Pour un animal libre qui n'est pas enfermé dans une cage, cette zone comprend tout le volume de la chambre
d'inhalation. Pour un animal dont la liberté de mouvement est réduite ou qui est enfermé en cage, elle est constituée de la
plage de mouvements du nez de l'animal. Pour un animal masqué, elle est constituée du petit volume situé devant les
narines.
NOTE 2 Le terme «zone de respiration» est utilisé pour s'assurer que les échantillons de l'atmosphère d'essai sont
prélevés à l'endroit où respire l'animal. Une approche d'échantillonnage non souhaitable consisterait à obtenir des
mesures de concentration en haut de la chambre d'inhalation, tandis que les animaux sont exposés dans la partie
inférieure.
3.5
diamètre géométrique moyen
DGM
mesure de la tendance centrale d'une distribution en taille de particules, utilisant le logarithme du diamètre
des particules calculée pour l'ADME par
n
ΔNdln
()
ii
∑
im=
ln(DGM)=
N
où
d est le diamètre au point milieu pour le canal de taille, i;
i
N est la concentration totale;
ΔN est la concentration dans le canal, i;
i
m est le premier canal;
n est le dernier canal.
NOTE Le DGM est normalement calculé à partir du nombre de particules et peut, si nécessaire, être fondé sur l'aire
de surface ou sur le volume des particules avec une pondération appropriée.
3.6
écart type géométrique
GSD
mesure de la largeur ou de l'étendue des tailles de particules, calculée pour l'ADME par
n 2
⎡⎤
Ndln − ln()DGM
ii
∑
⎣⎦
im=
ln(GSD)=
N−1
3.7
diamètre médian en nombre
CMD
diamètre égal au DGM pour un comptage de particules, dans l'hypothèse d'une distribution logarithmique
normale
NOTE La forme générale de la relation décrite dans l'ISO 9276-5 est:
2
()rp− s
CMD==xx e
50,rp50,
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où
e est la base du logarithme népérien, e = 2,718 281 8;
p est la dimensionnalité (type de quantité) d'une distribution, où
p = 0 est le nombre,
p = 1 est la longueur,
p = 2 est l'aire,
p = 3 est le volume ou la masse;
r est la dimensionnalité (type de quantité) d'une distribution, où
r = 0 est le nombre,
r = 1 est la longueur,
r = 2 est l'aire,
r = 3 est le volume ou la masse;
s est l'écart type de la distribution de masse volumique;
x est la taille médiane des particules d'une distribution cumulée de dimensionnalité, r.
50,r
4 Méthode de contrôle de la substance d'essai
4.1 Principe
4.1.1 Exposition
Une caractérisation précise de l'exposition à la substance d'essai est essentielle pour une étude toxicologique
par inhalation. L'objectif de la toxicologie par inhalation de nanoparticules est de déterminer une relation
quantitative entre le résultat toxicologique observé et la mesure de la dose utilisée en termes de propriétés
physiques et chimiques de la substance d'essai.
4.1.2 Propriétés des particules
Il convient de déterminer dans la mesure du possible les propriétés physiques et chimiques spécifiques des
nanoparticules. Cependant, comme elles peuvent ne pas être connues a priori, il convient de déterminer le
plus grand nombre de paramètres possible. La composition, les concentrations massiques et en nombre, la
taille médiane et moyenne, la distribution de taille, la surface spécifique, la charge électrique, les propriétés de
surface, l'hygroscopicité et la forme des nanoparticules peuvent constituer des paramètres importants pour la
dosimétrie.
4.2 Préparation du système
4.2.1 Durant la mise en place du système générateur de nanoparticules et avant son interfaçage avec la ou
les chambres d'exposition, il convient d'effectuer des mesurages pour vérifier la composition des particules de
l'aérosol et la pureté, et pour déterminer la stabilité. Durant les essais d'exposition, il convient de procéder à
des analyses en continu et/ou par intermittence, selon la méthode d'analyse, pour déterminer la cohérence de
la distribution de taille des particules sans interrompre l'exposition par inhalation.
NOTE Un système générateur de nanoparticules constituées d'argent et d'autres métaux est décrit dans
[3]
l'ISO 10801 .
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4.2.2 Les chambres d'inhalation et le matériel associé doivent être préparés selon les lignes directrices de
l'OCDE 403, 412 et 413.
4.2.3 Les chambres d'inhalation et le matériel associé doivent être préparés pour les études d'exposition
aux nanoparticules.
NOTE 1 Les nanoparticules en aérosol peuvent se déposer sur les parois par diffusion brownienne et la taille des
particules peut changer du fait de l'agrégation/agglomération. Ce processus de déposition dépend de la taille des
particules, de la charge électrostatique, de la concentration en nombre de particules et du temps de séjour. Voir les textes
des normes relatives à la technique des aérosols, Références [11], [19] et [20].
NOTE 2 Une neutralisation de charge pourrait être requise, en fonction de l'objectif de l'étude.
Si la distribution de charges est une exigence de la caractérisation, ce fait doit être spécifié et elle doit être
mesurée lors de l'étude.
NOTE 3 Pour diminuer les pertes par dépôt, le transport des particules entre les différents appareils doit se faire avec
des tubes conducteurs de longueur minimale.
4.2.4 La ou les chambres d'inhalation et le matériel associé, tels que les sondes d'échantillonnage et les
collecteurs, doivent être caractérisés pour assurer la conformité avec les lignes directrices de l'OCDE 403,
412 et 413, afin de déterminer tout biais d'échantillonnage.
NOTE Les collecteurs d'échantillons d'air consistent en des tubes conducteurs, des électrovannes et/ou d'autres
éléments requis pour acheminer des échantillons de chaque chambre vers l'équipement de surveillance en ligne.
4.2.5 Il convient que les instruments de mesure utilisés durant les essais d'inhalation soient étalonnés et/ou
qu'ils fassent l'objet d'essais selon l'ISO 15900.
L'ADME est habituellement étalonné en usine et il convient de mentionner ce fait dans le rapport d'essai.
NOTE En outre, l'ADME doit également être systématiquement étalonné en cours d'utilisation.
4.3 Étude
4.3.1 L'étude doit être réalisée en suivant les lignes directrices de l'OCDE 403, 412, 413 et l'OCDE GD 39.
4.3.2 Durant la période d'exposition, il convient de maintenir les concentrations de la substance d'essai
aussi constantes que possible et de les contrôler en continu et/ou par intermittence, selon la méthode
d'analyse.
4.3.3 Un échantillonnage de la zone de respiration doit être effectué pour déterminer l'exposition.
4.3.4 Il convient de surveiller en continu le débit d'air dans l'alimentation et la ou les chambres pour attester
la conformité avec les lignes directrices de l'OCDE 403, 412, 413 et avec l'OCDE GD 39.
Il convient d'utiliser des débitmètres pour déterminer si le paramètre se trouve entre les limites.
4.3.5 La température et l'humidité à l'intérieur de la chambre d'inhalation et aussi près que possible de la
zone de respiration doivent être surveillées en continu.
Il convient d'utiliser des détecteurs de température et d'humidité avec capteurs pour déterminer si le
paramètre se trouve entre les limites.
4.3.6 L'air extrait des chambres contenant des nanoparticules doit être traité par filtration appropriée et, si
nécessaire ou approprié, par lavage chimique, avant d'être évacué dans l'atmosphère.
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5 Méthode de contrôle spécifique
5.1 Exigences relatives à la distribution de taille en nombre des particules et à la
concentration massique
Le mesurage de la distribution de taille en nombre des particules et de la concentration massique totale des
particules représente un élément essentiel de caractérisation des nanoparticules pour l'essai de toxicité par
inhalation. Le mesurage de la distribution en taille des particules est essentiel parce que la connaissance de
la taille des particules est cruciale pour l'évaluation du résultat de l'essai de toxicité. D'autre part, la
concentration massique a été utilisée dans le passé en tant que paramètre dosimétrique dans tous les essais
de toxicité par inhalation et est indispensable dans les essais de toxicité des nanoparticules. En conséquence,
ces deux paramètres doivent toujours être mesurés dans un essai de toxicité par inhalation de nanoparticules
et ces mesurages doivent être effectués selon des méthodes appropriées.
5.2 Mesurage de la distribution de taille en nombre des particules
5.2.1 La méthode utilisée doit permettre de contrôler d'une manière continue la distribution en taille des
particules durant l'exposition à des particules, avec une résolution temporelle adaptée pour vérifier la stabilité
de la distribution de taille des particules et de leur concentration.
5.2.2 La gamme mesurable de taille et de concentration de particules dans la zone de respiration de
l'animal doit couvrir la gamme des aérosols de nanoparticules soumis au système d'essai durant l'essai de
toxicité.
5.2.3 Il convient que les mesurages de taille et de concentration des particules dans la zone de respiration
de l'animal soient suffisamment précis pour l'essai de toxicité des nanoparticules et puissent être validés par
des moyens tels que l'étalonnage selon les étalons de référence appropriés (voir l'ISO/CEI 17025).
5.2.4 La résolution de la taille des particules doit être suffisamment précise et la gamme de tailles de
particules mesurées doit être suffisamment importante pour permettre une conversion de distribution avec
pondération numérique en distribution avec pondération d'aire de surface ou pondération de volume.
NOTE Pour la distribution de taille des particules, le mesurage au moyen d'un ADME est la seule méthode
actuellement disponible satisfaisant à toutes les exigences ci-dessus pour la gamme de tailles inférieures à 100 nm (voir
l'ISO 15900).
Les particules d'une taille supérieure à 100 nm peuvent être mesurées au moyen d'autres instruments, en
[8]
utilisant les propriétés optiques ou électriques, le temps de vol ou d'autres propriétés aérodynamiques .
5.3 Mesurage de la concentration massique
La méthode choisie doit être suffisamment précise et sensible, ce qui est défini par la limite de quantification,
pour des aérosols de nanoparticules exposés à un sujet d'essai durant l'essai de toxicité.
NOTE 1 Un moniteur d'atténuation bêta (BAM), une microbalance oscillante à élément conique (TEOM), une
microbalance piézo-électrique, un préleveur sur filtre pour pesée et d'autres méthodes fondées sur l'analyse chimique de
particules recueillies sur un support de filtrage peuvent satisfaire aux exigences du mesurage de la concentration
[4]
massique de nanoparticules .
NOTE 2 La concentration massique peut être déterminée à partir des données de mesure de distribution de taille en
nombre, en faisant une hypothèse sur la masse volumique des particules, en particulier pour les particules sphériques qui
[14]
peuvent correspondre à la masse volumique apparente du matériau . Il peut toutefois en résulter des erreurs
significatives de la concentration massique calculée si la masse volumique des particules est imprécise ou inconnue.
En conséquence, il convient que la concentration massique dérivée des données de distribution ne soit
acceptée que lorsqu'aucune autre méthode acceptée ne satisfait aux exigences de mesure.
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5.4 Chambre d'exposition par inhalation
−1 −1
5.4.1 Le débit d'air doit être de 10 h à 15 h renouvellements d'air pour une chambre d'exposition «corps
entier». Pour une chambre d'exposition «nez seul», le débit d'air doit être d'au moins 2 fois le volume
respiratoire par minute des animaux exposés (par exemple au moins 0,5 l/min par orifice d'exposition pour les
rats).
Il convient de préparer la chambre de telle sorte que la distribution des nanoparticules dans la chambre soit
uniforme.
5.4.2 La température et l'humidité doivent rester à l'intérieur des limites établies de l'étude.
NOTE La ligne directrice 413 de l'OCDE spécifie de maintenir la température à laquelle l'essai est effectué à
22 °C (±3°).
Dans l'idéal, il convient de maintenir l'humidité relative entre 30 % et 70 %, mais cela peut s'avérer impossible
dans certains cas (par exemple essais d'aérosols).
5.4.3 La pression à l'intérieur de la chambre doit rester légèrement négative (u 5 mm d'eau) pour éviter
toute fuite en dehors de l'enceinte d'essai.
Pour une exposition du nez seul, il convient que la pression soit légèrement positive pour s'assurer que les
animaux sont convenablement exposés. En raison des fuites potentielles dues à cette pression positive, il
convient d'effectuer des expériences de nez seul à l'intérieur des limites d'une hotte de laboratoire conçue de
manière adéquate (voir l'OCDE GD 39).
5.4.4 L'alimentation en air doit assurer une teneur en oxygène d'au moins 19 % et des conditions uniformes
dans l'ensemble de la chambre d'exposition.
6 Évaluation des résultats
6.1 Les données suivantes relatives aux nanoparticules doivent être obtenues pour faciliter l'interprétation
des résultats de l'étude:
a) distribution de taille des nanoparticules (en nanomètres), diamètre géométrique moyen (DGM) et écart
type géométrique (GSD) dans chaque chambre d'exposition, en utilisant un ADME, un MET, un MEB,
etc.;
b) morphologie des particules en utilisant un MET ou un MEB, avec une adaptation de l'ISO 10312;
c) concentration en nombre (en particules par centimètre cube) dans chaque chambre d'exposition en
utilisant un ADME, etc.;
d) concentration massique de nanoparticules administrées dans chaque chambre d'exposition, mesurée par
des filtres à membrane (en microgrammes par mètre cube) ou d'autres méthodes telles qu'une estimation
par l'ADME;
e) composition chimique des nanoparticules.
IMPORTANT — L'estimation de la taille des particules mesurée par l'ADME peut produire une erreur
significative pour des particules non sphériques. L'utilisation d'un ADME est déconseillée dans le cas
de particules non sphériques.
L'estimation de la concentration massique par l'ADME fondée sur la taille des particules peut produire
des erreurs pour des particules non sphériques.
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ISO 10808:2010(F)
6.2 Il convient d'obtenir les données suivantes pour interpréter les résultats de l'étude:
[15][16]
a) surface spécifique conformément à l'ISO 10312 ou à l'ISO/TR 13014;
b) volume des nanoparticules conformément à l'ISO 10312;
c) forme et dispersion par image de MET et de MEB conformément à l'ISO/TR 13014 et à l'ISO 9276-6;
d) c
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.