Inhalation of nanoplatelets - Theoretical deposition simulations

Primäres Ziel des Beitrages war die theoretische Prädiktion der Deposition von Nanoplättchen im menschlichen Respirationstrakt. Das zugehörige Modell gründete auf der hypothetischen Inhalation von Graphen-Nanoplättchen (GNP) mit einer Dicke von 0,01 und 0,1 μm und einem Durchmesser der projizierten Fläche von 1 bis 30 μm. Für die Teilchenaufnahme wurden jeweils inhalative Flussraten von 250, 500, 750 und 1000 cm3 s−1 angenommen. Zur geeigneten Beschreibung des pulmonalen Teilchenverhaltens fanden eine stochastische Lungenstruktur sowie auf analytischen und numerischen Studien basierende Depositionsformeln ihre Anwendung. Die aus der theoretischen Näherung gewonnenen Resultate geben klar zu erkennen, dass GNP mit einer Dicke von 0,01 μm im Respirationstrakt zu 20 bis 50% abgelagert werden, GNP mit einer Dicke von 0,1 μm hingegen eine Deposition von 20 bis 90% aufweisen. Größere Plättchen zeigen eine höhere Depositionswahrscheinlichkeit als kleine. Eine Erhöhung der inhalativen Flussrate bewirkt eine Reduktion der Deposition von dünnen GNP, wogegen dickere GNP zu vermehrter extrathorakaler Ablagerung tendieren. Für einzelne Luftwegsgenerationen prädizierte Depositionswerte schwanken zwischen 0,05 und 7% (0,01 μm) bzw. zwischen 0,05 und 9% (0,1 μm), wobei Maximalwerte jeweils in Generation 20 auftreten. In proximalen Luftwegsgenerationen (0-10) besteht eine positive Korrelation zwischen Deposition und inhalativer Flussrate, während in mittleren und distalen Generationen der umgekehrte Effekt zu beobachten ist. Gesundheitliche Auswirkungen der Ablagerung von GNP in verschiedenen Lungenregionen werden im Detail diskutiert.