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Nanotubes in the human respiratory tract – Deposition Modeling

Authors
Journal
Zeitschrift für Medizinische Physik
0939-3889
Publisher
Elsevier
Identifiers
DOI: 10.1016/j.zemedi.2014.08.002
Keywords
  • Carbon Nanotube
  • Deposition Model
  • Aerodynamic Diameter
  • Lung
  • Kohlenstoff-Nanoröhrchen
  • Depositionsmodell
  • Aerodynamischer Durchmesser
  • Lunge

Abstract

Zusammenfassung Die Deposition inhalierter ein- und vielwandiger Nanoröhrchen (SWCNT, MWCNT) im Respirationstrakt wurde für unterschiedliche Altersgruppen (Säugling, Kind, Jugendlicher, Erwachsener) theoretisch untersucht. Zusätzlich wurden mögliche Auswirkungen der inhalativen Flussrate auf die Ablagerung von Nanoröhrchen in der Adultlunge simuliert. Die theoretischen Kalkulationen basierten zum einen auf dem Konzept des aerodynamischen Durchmessers und zum anderen auf der Annahme eines auf Zufall beruhenden Transports der Teilchen durch eine stochastische (nahezu realistische) Lungenstruktur. Die Deposition der Nanoröhrchen wurde unter Anwendung von hinreichend validierten, empirischen Formeln zur Teilchenablagerung ermittelt, wobei Brown'sche Bewegung, Impaktion, Interzeption und Sedimentation als hauptsächliche Depositionsmechanismen zur Darstellung gelangten. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen recht klar, dass für ein gegebenes Inhalationsszenario (Atmung bei sitzender Tätigkeit) sowohl die totale als auch die bronchiale und azinäre Deposition von Nanoröhrchen mit zunehmendem Alter der Probanden ansteigen, während die extrathorakale Teilchenablagerung durch einen entgegengesetzten Trend gekennzeichnet ist. Gemäß den Modelldaten erfolgt die Deposition von MWCNT, deren aerodynamische Durchmesser die der SWCNT um eine Größenordnung übertreffen, in einem geringeren Maß als jene der SWCNT. Eine Veränderung des physischen Zustands von sitzender zu schwerer körperlicher Aktivität resultiert gemeinhin in einer Verringerung der bronchialen und extrathoraklen Nanoröhrchende-position. Die Totaldeposition ist im Falle von SWCNT leicht erhöht, im Falle von MWCNT moderat verringert, wohingegen die azinäre Deposition bei SWCNT eine deutliche Erhöhung und bei MWCNT wiederum eine Reduktion erfährt. Basierend auf den hier vorgestellten Ergebnissen kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass SWCNT ein höheres Gefährdungspotenzial in sich bergen als MWCNT, da sie in größeren Mengen in für Krankheiten empfänglichen Lungenregionen zur Ablagerung gelangen.

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