ISO 10801:2010
(Main)Nanotechnologies — Generation of metal nanoparticles for inhalation toxicity testing using the evaporation/condensation method
Nanotechnologies — Generation of metal nanoparticles for inhalation toxicity testing using the evaporation/condensation method
ISO 10801:2010 gives requirements and recommendations for generating metal nanoparticles as aerosols suitable for inhalation toxicity testing by the evaporation/condensation method. Its application is limited to metals such as gold and silver which have been proven to generate nanoparticles suitable for inhalation toxicity testing using the technique specified.
Nanotechnologies — Génération de nanoparticules de métal pour essais de toxicité par inhalation en utilisant la méthode de condensation/évaporation
L'ISO 10801:2010 donne des exigences et des recommandations pour générer des nanoparticules métalliques comme aérosols adéquats pour les essais de toxicité par inhalation par la méthode d'évaporation/condensation. Elle se limite aux métaux tels que l'or et l'argent, qui se sont révélés générer des nanoparticules appropriées aux essais de toxicité par inhalation lorsque ladite méthode est utilisée
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10801
First edition
2010-12-15
Nanotechnologies — Generation of metal
nanoparticles for inhalation toxicity
testing using the
evaporation/condensation method
Nanotechnologies — Génération de nanoparticules de métal pour
essais de toxicité par inhalation en utilisant la méthode de
condensation/évaporation
Reference number
ISO 10801:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 10801:2010(E)
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Published in Switzerland
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ISO 10801:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Principle .3
4.1 Generation.3
4.2 Preparation of system.4
5 Requirements.4
5.1 Capacity and control.4
5.2 Nanoparticle properties .5
5.3 Exposure chamber atmosphere.5
5.4 System operational safety.5
6 Characterization of generator performance .6
6.1 Requirements for particle size distribution and mass concentration .6
6.2 Particle size distribution measurement .6
6.2.1 Sampling with DMAS.6
6.2.2 Sampling for microscopy .6
6.3 Mass concentration measured by filter sampling.6
6.3.1 Filter sampling for aerosol mass concentration .7
6.3.2 Frequency of sampling .7
7 Nanoparticle generation specifications .7
7.1 Test particle purity/impurities .7
7.2 Size range.7
7.3 Number concentration .7
7.4 Nanoparticle shape .7
7.5 Stability.7
7.6 Animal exposure.8
8 Assessment of results .8
9 Test report.8
Annex A (informative) Example method for evaporation/condensation generation of silver
nanoparticles .9
Bibliography.21
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ISO 10801:2010(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 10801 was prepared by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies.
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ISO 10801:2010(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 manufactured nanoparticles. If nanoparticles are liberated from products, the
public could be exposed as well.
There is currently limited, but growing, knowledge about the toxicity of nano-sized particles. The processes of
nanoparticle production include gas-phase, vapour-phase, colloidal and attrition processes. Potential paths of
exposure include inhalation, dermal and ingestion. Inhalation may arise from direct leakage from gas-phase
and vapour-phase processes, airborne contamination of the workplace from deposition or product recovery
[7]
and handling of product, or post-recovery processing and packing . Exposure to manufactured nano-sized
particles might occur during production, use and disposal in the ambient air or workplace and is of concern for
public and occupational health.
There are currently neither generally accepted methods of inhalation toxicology testing for nano-sized
particles nor specific nanoparticle generation methods for such testing. The ability to disperse respirable nano-
sized particles from powders has been an obstacle to evaluating the effects of inhalation of nano-sized
particles on the respiratory system. Although it is possible to disperse nanoparticles in air from powders, the
size of the particles so generated may be larger than desired due to aggregation and agglomeration. In order
to gain vital information for evaluating the health effects of nanoparticles by inhalation, nano-sized particles
need to be generated and transported to a test environment containing experimental animals for testing
short- or long-term inhalation toxicity. The nanoparticle generation method based on evaporation of metal
(silver in this example) and subsequent condensation is capable of providing a consistent particle size
distribution and stable number concentrations, suitable for short- or long-term inhalation toxicity study.
This International Standard provides a method for stable silver nanoparticle generation with particle sizes up
to 100 nm. A detailed method is described in Annex A. The generation method provided here has sufficient
stability for continuous inhalation toxicity testing up to 90 days. The generated nanoparticles can be used in
various experimental systems, including high-throughput human cell-based labs-on-a-chip, a variety of
[8][9][10][11]
additional in-vitro methods , as well as the animal experiments that may still be performed at this
time, which include, but are not limited to, whole-body, head-only and nose-only. The method is not limited to
the silver nanoparticles used in this example and may be used to generate other metallic nanoparticles with a
similar melting temperature and evaporation rate, such as gold. However, this method is not applicable to the
generation of nanoparticles of all metals.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10801:2010(E)
Nanotechnologies — Generation of metal nanoparticles for
inhalation toxicity testing using the evaporation/condensation
method
1 Scope
This International Standard gives requirements and recommendations for generating metal nanoparticles as
aerosols suitable for inhalation toxicity testing by the evaporation/condensation method. Its application is
limited to metals such as gold and silver which have been proven to generate nanoparticles suitable for
inhalation toxicity testing using the technique it specifies (see Annex A).
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/TS 27687, Nanotechnologies — Terminology and definitions for nano-objects — Nanoparticle, nanofibre
and nanoplate
ISO 15900, Determination of particle size distribution — Differential electrical mobility analysis for aerosol
particles
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
1)
OECD Test Guideline (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
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/TS 27687 and ISO 15900 and the
following apply.
3.1
differential mobility analysing 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.
1) Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) publication.
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ISO 10801:2010(E)
3.2
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.
3.3
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 This definition is different from the one given in ISO 15900.
3.4
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, OECD TG 412, OECD TG 413.
3.5
evaporation/condensation nanoparticle generator system
device used to make a nanoparticle aerosol by the evaporation/condensation method, which can be
connected to an inhalation chamber or other toxicity testing device
3.6
geometric mean diameter
GMD
measure of the 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 size channel i;
i
N is the total concentration;
ΔN is the concentration within size channel i;
i
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ISO 10801:2010(E)
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.
3.7
geometric standard deviation
GSD
measure of width or spread of particle sizes, computed for the DMAS by
n 2
Nd⎡⎤ln − ln GMD
()
∑ ii
⎣⎦
im=
ln(GSD)=
N−1
3.8
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;
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 Principle
4.1 Generation
The test airborne nanoparticles are generated by heating solid silver to evaporate silver from the solid silver
precursor. The entrained silver vapour is then cooled to nucleate and the vapour condensed to form a silver
nanoparticle aerosol. One experimental method that describes the generation of silver nanoparticles with the
evaporation/condensation method is described in Annex A.
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ISO 10801:2010(E)
4.2 Preparation of system
4.2.1 Prior to interfacing the nanoparticle generating system with the exposure chamber or chambers,
nanoparticle size analysis should be performed to establish the number concentrations and size distribution of
nanoparticles and to determine the stability of the generated aerosol. For this process, parameters selected to
generate the silver nanoparticle aerosol include flow rate, evaporation temperature, quench-zone length and
temperature gradients, among others. During exposure tests, analysis should be conducted continuously
and/or intermittently, depending on the method of analysis, so as to determine the consistency of particle size
distribution without disrupting the inhalation exposure.
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, viz. Reference [12].
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 minimum length and diameter consistent with instrument
tube diameters is selected to interface with instrumentation and thereby avoid expansions and restrictions.
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
[31]
OECD TG 413 or US EPA Guidelines , for determining any sampling bias.
NOTE The sampling manifold consisting of conductive tubing, solenoid valves and/or other elements required for
routing samples from each inhalation chamber to on-line monitoring equipment may increase particle losses and alter
downstream particle size distributions if losses are dependent upon particle size.
4.2.5 Measurement instruments used in inhalation testing shall be calibrated and/or tested in accordance
with ISO/IEC 17025.
The differential mobility analysing system (DMAS) is usually calibrated at the factory and this should be
documented in the report.
5 Requirements
5.1 Capacity and control
Output, reliability and control of the generator shall be adequate for the planned study, as follows:
a) metal evaporation rate (µg/h);
3
b) air flow rate (m /h);
c) continuous operation of generator at target evaporation and air flow rates for study duration to be
considered.
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ISO 10801:2010(E)
5.2 Nanoparticle properties
5.2.1 The geometric mean diameter (GMD) of nanoparticles shall be less than 100 nm. This is
accomplished primarily by controlling the metal evaporation and condensation rates and the residence time in
each of the reactor zones. If, despite all reasonable effort, this requirement is unable to be met, expert
judgement will need to be provided.
5.2.2 The geometric standard deviation (GSD) shall be less than 2 (as proposed in OECD TG 403,
OECD TG 412 and OECD TG 413).
5.2.3 Test article purity, including particle purity and particle surface purity, shall be established to meet the
objective of the study. Preferably prior to the start of the study, there should be a characterization of the test
article that includes its purity and, if technically feasible, the name and quantities of unknown contaminants
and impurities (OECD GD 39).
NOTE Determination of the chemical purity may require characterization of the surface chemistry of the generated
particles in addition to bulk chemical purity.
5.3 Exposure chamber atmosphere
5.3.1 Air delivered to test animals shall be breathable, with an adequate oxygen content of at least 19 %
[31]
(OECD TG 403, OECD TG 412 and OECD TG 413; US EPA Guidelines ).
This may be accomplished by supplying appropriate dilution air to the generator.
5.3.2 Care shall be taken that contaminants are not generated by evaporation of volatile compounds in
binders, lubricants, finishes and sealants used in the aerosol generator. This can be accomplished by
selection of appropriate materials and adequate bake-out of the system.
5.3.3 The temperature of the air delivered to the test inhalation chamber shall be within the limits for
[31]
inhalation studies (OECD TG 403, OECD TG 412 and OECD TG 413; US EPA Guidelines ).
5.3.4 Supply air to both the generator and inhalation chambers shall be free of oil, volatile compounds and
other contaminants, and shall be HEPA-filtered to remove aerosols, including nanoparticles, dust and
microorganisms.
5.4 System operational safety
5.4.1 All local safety requirements shall be respected.
5.4.2 Contact with hot surfaces and electrical conductors associated with the electrical heater or other
components shall be prevented.
5.4.3 Gas discharged to the atmosphere from the system shall be HEPA-filtered.
5.4.4 There shall be no measurable leaks to the atmosphere from the aerosol generator.
5.4.5 Exposure chambers should be maintained at negative pressure (u 5 mm water) with respect to
ambient conditions in order to avoid worker exposure in case of leakage. This pressure differential should be
monitored on a continuous basis and arranged to be kept within alarm limits. An alternative approach is to
maintain the apparatus at positive pressure with respect to ambient conditions to ensure that aerosols or
airborne contaminants cannot enter the exposure chamber. The apparatus at positive pressure should be
enclosed within ventilated secondary containment in order to minimize worker exposure.
For nose-only exposure, pressure should be slightly positive so as to ensure that animals will be properly
exposed. Due to potential leakage from this positive pressure, nose-only experiments should be conducted
inside the boundaries of an adequately designed fume hood (OECD GD 39).
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ISO 10801:2010(E)
NOTE Frequent leak checks, e.g. by the soap bubble method, or the installation of permanent leak detectors may be
necessary when there is a risk of nanomaterial leakage. In nose-only exposure systems, the test atmosphere could leak
around the animal where it meets the exposure apparatus. Leaks can be prevented by using a restraint system that seals
[29]
the tube, although heat and moisture buildup in the tube is a concern .
6 Characterization of generator performance
6.1 Requirements for particle size distribution and mass concentration
Measurement of particle size distribution and total particle mass concentration are essential for the
characterization of nanoparticles for inhalation toxicity testing. In the case of particle size distribution, this is
because the knowledge of particle size influences dose and dose distribution while mass concentration is the
dosimetric parameter used routinely in inhalation toxicity testing. In evaluating the nanoparticle aerosol
generator used for inhalation toxicity testing, these particle size distribution and total particle
mass-concentration measurements shall always be made.
6.2 Particle size distribution measurement
The method shall include near-continuous monitoring based upon the scan speed of the classification and
detection instruments, with a time resolution appropriate for verifying the stability of the nanoparticle generator
in terms of particle size distribution and concentration. The measurement method used shall be
comprehensive for nanoparticle aerosols produced by the generator. The accuracy of particle size and
concentration measurements shall be sufficient for nanoparticle toxicity testing, and may be validated by
methods such as calibration against appropriate reference standards. The particle diameter range of particle
sizing shall be sufficiently broad so that all relevant data are recorded to reduce errors in conversion from
number-weighted distribution to surface-area-weighted or volume-weighted distribution.
NOTE For number-based particle size distribution, measurement using DMAS is the only currently available method
that meets all the above requirements in the size range below 100 nm.
6.2.1 Sampling with DMAS
Nanoparticles should be measured following manufacturer's recommendations and in accordance with
ISO 15900.
6.2.2 Sampling for microscopy
The filters on which the particles are sampled shall be coated with carbon (to reduce charging during analysis),
mounted on an electron microscope grid (200 mesh), and observed under a transmission electron microscope
(TEM). Diameters of randomly selected particles should be measured at 100 000× magnification, and
analysed using an energy-dispersive x-ray analyser (EDXA) at an appropriate accelerating voltage for the
[3]
target. ISO 10312 can be adapted for the sampling and analysis to determine nanoparticle morphology.
[6][13][15][17][18][27]
Additional details on sampling may be obtained from other sources .
6.3 Mass concentration measured by filter sampling
Gravimetric filter analysis is the method used for measuring total nanoparticle concentrations, in which the test
atmosphere is sampled from the animal's breathing zone. The mass concentration is calculated by dividing
the mass of the nanoparticles collected on the filter by the volume of air passed through the filter.
NOTE Beta attenuation monitor (BAM), tapered element oscillating microbalance (TEOM), piezoelectric
microbalance, gravimetric filter and other methods based on the chemical analysis of particles collected on filter media
may meet requirements for nanoparticle mass-concentration measurement.
[5]
Obtaining adequate mass loading to generate data above lower detection limits should be considered .
6 © ISO 2010 – All rights reserved
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ISO 10801:2010(E)
Mass concentration can be derived from number-based size distribution measurement data by making an
assumption regarding particle density, particularly for spherical particles, which may match bulk material
[19]
density . However, significant errors in calculated mass concentration may result if particle density is
inaccurate or unknown. Therefore, derived mass concentration from number-weighted size distribution data
shall be accepted only when no other acceptable methods meet the measuring requirements.
6.3.1 Filter sampling for aerosol mass concentration
Nanoparticle aerosol shall be sampled with a probe onto a membrane filter at an appropriate flow rate.
Sampling times will be selected based on the ability to obtain weighable samples with a microbalance. The
3
actual concentration is commonly expressed in mass units per unit volume of air (mg/l, mg/m ).
6.3.2 Frequency of sampling
6.3.2.1 Frequency of sampling forms an important part of the study plan. Sampling shall be conducted as
often as necessary to determine consistency of nanoparticle size distribution, number and mass dose.
Individual exposure chamber concentration samples should not deviate from the mean chamber concentration
[31]
by more than ± 20 % for nanoparticles (as proposed in OECD GD 39 and US EPA Guidelines ).
6.3.2.2 Process parameters for generating silver nanoparticle aerosol, such as the flow rate through the
evaporation/condensation reactor zones and temperatures of the evaporation and condensation zones, shall
be monitored continuously.
7 Nanoparticle generation specifications
7.1 Test particle purity/impurities
Test particle purity/impurities shall be established to meet the objective of the study.
7.2 Size range
The GMD of nanoparticles shall be less than 100
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10801
Première édition
2010-12-15
Nanotechnologies — Génération de
nanoparticules de métal pour essais de
toxicité par inhalation en utilisant la
méthode de condensation/évaporation
Nanotechnologies — Generation of metal nanoparticles for inhalation
toxicity testing using the evaporation/condensation method
Numéro de référence
ISO 10801:2010(F)
©
ISO 2010
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ISO 10801:2010(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 10801:2010(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
4 Principe .3
4.1 Génération.3
4.2 Préparation du système.4
5 Exigences.4
5.1 Capacité et contrôle .4
5.2 Propriétés des nanoparticules.5
5.3 Atmosphère de la chambre .5
5.4 Sécurité de fonctionnement du système .5
6 Caractérisation des performances du générateur.6
6.1 Exigences relatives à la distribution en taille des particules et à la concentration
massique .6
6.2 Mesurage de la distribution en taille des particules.6
6.2.1 Échantillonnage au moyen de l'ADME .6
6.2.2 Échantillonnage pour microscopie .6
6.3 Concentration massique mesurée par échantillonnage sur filtre.6
6.3.1 Échantillonnage sur filtre pour mesurer la concentration massique de l'aérosol .7
6.3.2 Fréquence d'échantillonnage.7
7 Spécifications relatives à la génération de nanoparticules.7
7.1 Pureté des particules d'essai et impuretés .7
7.2 Gamme de tailles.7
7.3 Concentration numérique.7
7.4 Forme des nanoparticules.7
7.5 Stabilité.8
7.6 Exposition des animaux .8
8 Évaluation des résultats .8
9 Rapport d'essai.8
Annexe A (informative) Exemple de méthode de génération de nanoparticules d'argent
par évaporation/condensation .9
Bibliographie.21
© ISO 2010 – Tous droits réservés iii
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ISO 10801:2010(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 10801 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies.
iv © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 10801:2010(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 susceptible d'être
exposée à de tels produits. Les travailleurs de l'industrie des nanotechnologies, en particulier, sont soumis à
un risque d'exposition aux nanoparticules manufacturées. Le public pourrait également être exposé dans le
cas où des nanoparticules seraient émises par les produits finis.
Les connaissances sur la toxicité des particules de nanodimensions sont encore limitées, mais en progression.
Les processus de fabrication des nanoparticules comprennent des processus en phase gazeuse, en phase
vapeur, des processus colloïdaux et des processus d'attrition. Les modes d'exposition potentiels comportent
l'inhalation, la voie dermique et l'ingestion. L'inhalation peut se produire à la suite d'une fuite directe issue de
processus en phase gazeuse et en phase vapeur, d'une contamination aérienne du lieu de travail lors du
dépôt ou de la récupération d'un produit et de sa manipulation, ou lors du traitement et du conditionnement
[7]
après récupération . Une exposition à des particules de nanodimensions manufacturées peut se produire en
cours de fabrication, d'utilisation et d'élimination dans l'air ambiant ou sur le lieu de travail, et elle constitue un
souci pour la santé du public et au travail.
Il n'existe actuellement aucune méthode globalement reconnue d'essais de toxicologie par inhalation de
particules de nanodimensions, ni aucune méthode spécifique de génération de nanoparticules permettant ce
genre d'essais. La capacité de disperser, à partir de poudres, des particules de nanodimensions respirables
est un obstacle à l'évaluation des effets de l'inhalation de particules de nanodimensions sur le système
respiratoire. Bien qu'il soit possible de disperser des nanoparticules dans l'air à partir de poudres, il arrive que
la taille des particules produites soit plus grande que la taille voulue en raison d'agrégation et d'agglomération.
Afin d'obtenir des informations fondamentales pour l'évaluation des effets des nanoparticules sur la santé, il
convient de produire des particules de nanodimensions et de les transporter jusqu'à l'environnement d'essai
où se trouvent des animaux d'expérience pour effectuer un essai de toxicité par inhalation de courte durée ou
de longue durée. La méthode de génération de nanoparticules fondée sur l'évaporation d'un métal (dans cet
exemple de l'argent) suivie d'une condensation permet d'assurer une distribution cohérente de la taille des
particules et des concentrations numériques stables appropriées à une étude de toxicité par inhalation de
courte durée ou de longue durée.
La présente Norme internationale fournit une méthode de génération de nanoparticules d'argent stables dont
les dimensions atteignent 100 nm. Une méthode détaillée est décrite dans l'Annexe A. La méthode de
génération fournie présente une stabilité suffisante pour un essai de toxicité par inhalation continue d'une
durée allant jusqu'à 90 jours. Les nanoparticules générées peuvent être utilisées dans divers systèmes
expérimentaux, parmi lesquels des laboratoires sur puce à cellules humaines à haut débit, diverses autres
[8][9][10][11]
méthodes in vitro , ainsi que les expériences sur animaux pouvant toujours être effectuées pour
l'instant, y compris, sans que cela soit limitatif, sur le corps entier, sur la tête seule et sur le nez seul. Cette
méthode n'est pas limitée aux nanoparticules d'argent utilisées dans cet exemple et peut être employée pour
générer d'autres nanoparticules de métal ayant une température de fusion et une vitesse d'évaporation
similaires, telles que l'or. Cette méthode ne peut toutefois pas s'appliquer à la génération de nanoparticules
de tous les métaux.
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NORME INTERNATIONALE ISO 10801:2010(F)
Nanotechnologies — Génération de nanoparticules de métal
pour essais de toxicité par inhalation en utilisant la méthode de
condensation/évaporation
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale donne des exigences et des recommandations pour générer des
nanoparticules métalliques comme aérosols adéquats pour les essais de toxicité par inhalation par la
méthode d'évaporation/condensation. Elle se limite aux métaux tels que l'or et l'argent, qui se sont révélés
générer des nanoparticules appropriées aux essais de toxicité par inhalation lorsque ladite méthode est
utilisée (voir Annexe A).
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 s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO/TS 27687, Nanotechnologies — Terminologie et définitions relatives aux nano-objets — Nanoparticule,
nanofibre et nanofeuillet
ISO 15900, Détermination de la distribution granulométrique — Analyse de mobilité électrique différentielle
pour les particules d'aérosol
ISO/CEI 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
1)
Ligne directrice de l'OCDE 403, Toxicité aiguë par inhalation
1)
Ligne directrice de l'OCDE 412, Toxicité à doses répétées par inhalation: 28 jours
1)
Ligne directrice de l'OCDE 413, Toxicité subchronique par inhalation: 90 jours
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO/TS 27687 et l'ISO 15900
ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
analyseur différentiel de mobilité électrique
ADME
système destiné à 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.
1) Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE).
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ISO 10801:2010(F)
3.2
classificateur différentiel de mobilité électrique
CDME
spectromètre de mobilité électrique différentielle
DEMS
classificateur capable de sélectionner des tailles de particules d'aérosol à partir d'une distribution y pénétrant
et de fournir en sortie uniquement les 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.
3.3
compteur de particules de condensation
CPC
appareil détectant les particules et pouvant être utilisé pour calculer la concentration numérique 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 CPC peut également être appelé compteur de noyaux de condensation (CNC).
NOTE 3 Adapté de l'ISO 15900:2009, définition 2.5.
3.4
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 uniquement par le nez seul, soit par la méthode 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 TG 403, 412 et 413.
3.5
générateur de nanoparticules par évaporation/condensation
dispositif utilisé pour créer un aérosol de nanoparticules par la méthode d'évaporation/condensation, destiné à
être relié à une chambre d'inhalation ou à un autre dispositif d'essai de toxicité
3.6
diamètre géométrique moyen
DGM
mesure de la tendance centrale d'une distribution en taille de particules, utilisant le logarithme du diamètre
des particules, calculé pour l'ADME par
n
∑ΔNdln( )
im= i i
ln(DGM)=
N
où
d est le diamètre au milieu d'un canal de taille i;
i
N est la concentration totale;
ΔN est la concentration dans le canal de taille i;
i
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ISO 10801:2010(F)
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.
3.7
écart-type géométrique
GSD
mesure de la largeur ou de l'étendue des tailles de particules, calculée pour l'ADME par
2
n
⎡⎤
∑−Ndln ln(DGM)
im= i i
⎣⎦
ln(GSD)=
N− 1
3.8
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 telle que décrite dans l'ISO 9276-5 est la suivante:
2
()rp− s
CMD==xx e
50,rp50,
où:
e est la base du logarithme népérien, e = 2,718 28;
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, et
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, et
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 Principe
4.1 Génération
Les nanoparticules d'essai en suspension sont générées en chauffant de l'argent solide afin d'évaporer
l'argent contenu dans ce précurseur solide. La vapeur d'argent entraînée est ensuite refroidie de sorte qu'il y
ait nucléation et condensation pour former un aérosol de nanoparticules d'argent. Une méthode
expérimentale de génération de nanoparticules d'argent par évaporation/condensation est décrite dans
l'Annexe A.
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ISO 10801:2010(F)
4.2 Préparation du système
4.2.1 Avant de relier le générateur de nanoparticules à la ou les chambres d'exposition, il convient
d'effectuer une analyse de la taille des nanoparticules afin de déterminer les concentrations numériques et la
distribution en taille des nanoparticules et d'évaluer la stabilité de l'aérosol généré. Les paramètres du
processus choisis pour générer l'aérosol de nanoparticules d'argent comprennent notamment le débit, la
température d'évaporation, la longueur de la zone de refroidissement, les gradients de température, etc.
Durant les essais d'exposition, il convient de procéder, de manière continue et/ou par intervalles selon la
méthode d'analyse, à des mesurages pour déterminer la cohérence de la distribution en taille des particules
sans perturber l'exposition par inhalation.
4.2.2 Les chambres d'inhalation et le matériel associé doivent être préparés conformément aux lignes
directrices de l'OCDE 403, 412 et 413.
4.2.3 Les chambres d'inhalation et le matériel associé doivent également 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 numérique des particules et du temps de séjour. Il convient de
consulter le texte des normes relatives à la technique des aérosols (voir Référence [12]).
NOTE 2 Une neutralisation des charges peut être requise en fonction de l'objectif de l'étude.
Si la distribution des charges est une exigence de la caractérisation, cela doit être spécifié et elle doit être
mesurée lors de l'étude.
NOTE 3 Pour diminuer les pertes par dépôt, il est préférable de choisir des tubes conducteurs le plus court possible et
d'un diamètre correspondant au diamètre des tubes des instruments afin d'éviter tout élargissement et réduction.
4.2.4 La ou les chambres d'inhalation et le matériel associé, par exemple les sondes d'échantillonnage et
les collecteurs, doivent être caractérisés pour assurer la conformité avec les lignes directrices de l'OCDE 403,
[31]
412 et 413 ou de l'US EPA afin de déterminer tout biais d'échantillonnage.
NOTE Les collecteurs d'échantillons qui consistent en des tubes conducteurs, des électrovannes et/ou d'autres
éléments requis pour acheminer des échantillons de chaque chambre d'inhalation vers l'équipement de surveillance en
ligne, sont susceptibles d'accroître les pertes en particules et d'altérer les distributions en taille des particules en aval dans
le cas où les pertes dépendent de la taille des particules.
4.2.5 Les instruments de mesure utilisés durant les essais d'inhalation doivent être étalonnés et/ou faire
l'objet d'essais conformément à l'ISO/CEI 17025.
L'ADME est habituellement étalonné en usine et il convient de mentionner ce fait dans le rapport d'essai.
5 Exigences
5.1 Capacité et contrôle
La sortie, la fiabilité et la commande du générateur doivent être adaptées à l'étude prévue:
a) vitesse d'évaporation du métal (μg/h);
3
b) débit d'air (m /h);
c) fonctionnement continu du générateur sous la vitesse d'évaporation et le débit d'air cibles pendant la
durée d'étude à envisager.
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ISO 10801:2010(F)
5.2 Propriétés des nanoparticules
5.2.1 Le DGM des nanoparticules doit être inférieur à 100 nm. Cela est réalisé principalement en contrôlant
les vitesses d'évaporation et de condensation du métal et le temps de séjour dans chacune des zones de
réaction. Si, même après avoir fourni un certain effort, cette exigence ne peut être satisfaite, il est nécessaire
de recourir aux conseils d'un expert.
5.2.2 Le GSD doit être inférieur à 2 (comme indiqué dans les lignes directrices de l'OCDE 403, 412, et 413).
5.2.3 La pureté de l'article d'essai, notamment la pureté des particules et la pureté de la surface des
particules, doit être déterminée pour satisfaire l'objectif de l'étude. Il convient de procéder, de préférence
avant le début de l'étude, à une caractérisation de l'article d'essai, comprenant sa pureté et, si la technique le
permet, les noms et les quantités de contaminants et d'impuretés inconnus (voir les directives de
l'OCDE GD 39).
NOTE La détermination de la pureté chimique peut nécessiter une caractérisation de la chimie de surface des
particules générées, en plus de la pureté chimique globale.
5.3 Atmosphère de la chambre
5.3.1 L'air délivré aux animaux d'expérience doit être respirable, d'une teneur en oxygène appropriée d'au
[31]
moins 19 % (voir les lignes directrices de l'OCDE 403, 412 et 413 et les lignes directrices de l'US EPA ).
Cela peut être réalisé en alimentant le générateur en air de dilution adéquat.
5.3.2 Il faut prendre soin de ne pas générer de contaminants par évaporation de composés volatiles dans
les liants, lubrifiants, finitions et produits d'étanchéité utilisés dans le générateur d'aérosol, en choisissant des
matériaux appropriés et un étuvage adéquat du système.
5.3.3 La température de l'air alimentant la chambre d'essai doit être comprise dans les limites requises pour
des études par inhalation (voir les lignes directrices de l'OCDE 403, 412 et 413 et les lignes directrices de
[31]
l'US EPA ).
5.3.4 L'air alimentant le générateur et les chambres doit être exempt d'huile, de composés volatiles et
d'autres contaminants, et il doit être filtré à l'aide d'un filtre HEPA afin d'éliminer les aérosols, comme les
nanoparticules, la poussière et les micro-organismes.
5.4 Sécurité de fonctionnement du système
5.4.1 Toutes les exigences de sécurité locales doivent être respectées.
5.4.2 Éviter tout contact avec des surfaces chaudes et des conducteurs électriques associés au dispositif
de chauffage électrique ou à d'autres composants.
5.4.3 Les gaz en sortie du système libérés dans l'atmosphère doivent être filtrés à l'aide d'un filtre HEPA.
5.4.4 Aucune fuite mesurable vers l'atmosphère, issue du générateur d'aérosol, ne doit exister.
5.4.5 Il convient de maintenir la chambre d'exposition sous une pression négative (u5 mm d'eau) par
rapport aux conditions ambiantes pour éviter l'exposition des travailleurs en cas de fuite. Il convient de
surveiller la différence de pression de façon continue et de prendre des dispositions pour la maintenir dans les
limites de déclenchement de l'alarme. Une autre approche consiste à maintenir l'appareillage sous une
pression positive par rapport aux conditions ambiantes afin de s'assurer que les aérosols ou les contaminants
en suspension ne puissent pas pénétrer dans la chambre d'exposition. Il convient de confiner l'appareillage
sous pression positive à l'intérieur d'un récipient secondaire ventilé afin de minimiser l'exposition des
travailleurs.
Pour le mode d'exposition nez seul, il convient que la pression soit légèrement positive pour garantir que les
animaux seront exposés de façon appropriée. Au vu des fuites potentielles dues à cette pression positive, il
convient d'effectuer les expériences de type nez seul sous une hotte ventilée conçue de manière adéquate
(voir les directives de l'OCDE GD 39).
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ISO 10801:2010(F)
NOTE Des recherches régulières de fuite, par exemple par la méthode des bulles de savon ou par l'installation de
détecteurs de fuite permanents, peuvent s'avérer nécessaires s'il existe un risque de fuite du nanomatériau. Dans les
dispositifs d'exposition nez seul, l'atmosphère d'essai pourrait se répandre autour de l'animal depuis le point de contact
avec l'appareillage d'exposition. Il est possible de prévenir les fuites en utilisant un système de retenue qui scellerait le
[29]
tube, bien que l'accumulation de chaleur et d'humidité dans le tube pose problème .
6 Caractérisation des performances du générateur
6.1 Exigences relatives à la distribution en taille des particules et à la concentration
massique
Des mesurages de la distribution en taille des particules en nombre et de la concentration massique totale
des particules sont essentiels à la caractérisation des nanoparticules pour les essais de toxicité par inhalation.
Le mesurage de la distribution en taille des particules peut s'avérer capital car les informations sur la taille des
particules influent sur la dose et sur la distribution de dose. La concentration massique constitue le paramètre
dosimétrique utilisé habituellement lors des essais de toxicité par inhalation. Les mesurages de la distribution
en taille des particules et de la concentration massique totale des particules doivent toujours être effectués
lorsqu'il s'agit d'évaluer le générateur d'aérosol de nanoparticules utilisé dans le cadre des essais de toxicité
par inhalation.
6.2 Mesurage de la distribution en taille des particules
La méthode doit inclure une surveillance presque continue fondée sur la vitesse de balayage des instruments
de classification et de détection, avec une résolution temporelle adaptée pour vérifier la stabilité du générateur
de nanoparticules en termes de distribution en taille des particules et de concentration. La méthode de
mesure doit englober tous les aérosols de nanoparticules produits par le générateur. L'exactitude des
mesurages de la taille des particules et de la concentration doit être suffisante pour les essais de toxicité des
nanoparticules et elle peut être validée par des méthodes telles que l'étalonnage par rapport aux normes de
référence appropriées. La gamme de diamètres des particules dont les dimensions sont mesurées doit être
assez large pour permettre l'enregistrement de toutes les données pertinentes et par conséquent pour réduire
les erreurs de conversion entre distribution en nombre, en surface ou en volume.
NOTE Pour la distribution en taille des particules en nombre, le mesurage au moyen de l'ADME est la seule méthode
actuellement disponible satisfaisant toutes les exigences ci-dessus avec une gamme d
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.