Because of ethical and practical constraints, there are few experimental studies on the deposition of ultrafine particles (<100 nm; UFPs) in the respiratory tract of children. To address this deficiency, we developed a novel method based on a flow-through chamber bag inhalation system, which is capable of measuring in situ size-resolved and total deposition of ambient UFP in a large number of children. The method was validated on four children (aged 9–11 years) at an urban primary school in Brisbane, Australia with breathing frequency ranging from 12 to 28 breaths/min, with repeated measurements conducted for a reference adult on 4 different days to test its repeatability. A stochastic lung deposition model (IDEAL) was used to predict total particle deposition to further asses the performance of the method. The total deposition fraction was 0.59 ± 0.02 (Mean ± SD) in 4 experiments of the reference adult, while it was 0.59 ± 0.13 in 4 children and in good agreement with the model calculated value of 0.57 ± 0.09. The method was repeatable (with precision ranging from 0.01 to 0.06) and sensitive enough to reflect the influence of breathing patterns on size resolve deposition fraction and the impact of particle size distribution on total deposition. Three measurements of size-resolved (10–379 nm) and total deposition fraction can be finished in 15 min (with the exposure time of only half of this), even at concentrations as low as 1.7 × 103 cm−3. We demonstrated that the novel method is capable of providing fast and reliable quantification of size-resolved and total deposition of UFP in respiratory tracts of children and adults.

中文翻译：

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儿童呼吸道环境超细颗粒物沉积的新实验方法及其应用

由于伦理和实践的限制，关于超细颗粒（<100 nm；UFPs）在儿童呼吸道中沉积的实验研究很少。为了解决这一缺陷，我们开发了一种基于流通室袋吸入系统的新方法，该方法能够测量大量儿童中环境 UFP 的原位尺寸分辨和总沉积。该方法在澳大利亚布里斯班一所城市小学的四名儿童（9-11 岁）身上得到验证，呼吸频率为 12 到 28 次/分钟，并在 4 天不同的日子对参考成人进行重复测量以测试其可重复性。随机肺沉积模型 (IDEAL) 用于预测总颗粒沉积以进一步评估该方法的性能。总沉积分数为 0。参考成人4次实验为59±0.02（平均值±标准差），4名儿童为0.59±0.13，与模型计算值0.57±0.09吻合良好。该方法是可重复的（精度范围从 0.01 到 0.06）并且足够灵敏，可以反映呼吸模式对尺寸分辨沉积分数的影响以及粒度分布对总沉积的影响。即使在低至 1.7 × 103 cm-3 的浓度下，也可以在 15 分钟内完成对尺寸分辨（10-379 nm）和总沉积分数的三次测量（暴露时间仅为其一半）。我们证明了这种新方法能够快速可靠地量化儿童和成人呼吸道中 UFP 的大小分辨和总沉积。4 名儿童为 0.59±0.13，与模型计算值 0.57±0.09 吻合较好。该方法是可重复的（精度范围从 0.01 到 0.06）并且足够灵敏，可以反映呼吸模式对尺寸分辨沉积分数的影响以及粒度分布对总沉积的影响。即使在低至 1.7 × 103 cm−3 的浓度下，也可以在 15 分钟内完成对尺寸分辨 (10–379 nm) 和总沉积分数的三次测量（曝光时间仅为其中的一半）。我们证明了这种新方法能够快速可靠地量化儿童和成人呼吸道中 UFP 的大小分辨和总沉积。4 名儿童为 0.59±0.13，与模型计算值 0.57±0.09 吻合较好。该方法是可重复的（精度范围从 0.01 到 0.06）并且足够灵敏，可以反映呼吸模式对尺寸分辨沉积分数的影响以及粒度分布对总沉积的影响。即使在低至 1.7 × 103 cm−3 的浓度下，也可以在 15 分钟内完成对尺寸分辨 (10–379 nm) 和总沉积分数的三次测量（曝光时间仅为其中的一半）。我们证明了这种新方法能够快速可靠地量化儿童和成人呼吸道中 UFP 的大小分辨和总沉积。该方法是可重复的（精度范围从 0.01 到 0.06）并且足够灵敏，可以反映呼吸模式对尺寸分辨沉积分数的影响以及粒度分布对总沉积的影响。即使在低至 1.7 × 103 cm−3 的浓度下，也可以在 15 分钟内完成对尺寸分辨 (10–379 nm) 和总沉积分数的三次测量（曝光时间仅为其中的一半）。我们证明了这种新方法能够快速可靠地量化儿童和成人呼吸道中 UFP 的大小分辨和总沉积。该方法是可重复的（精度范围从 0.01 到 0.06）并且足够灵敏，可以反映呼吸模式对尺寸分辨沉积分数的影响以及粒度分布对总沉积的影响。即使在低至 1.7 × 103 cm-3 的浓度下，也可以在 15 分钟内完成对尺寸分辨（10-379 nm）和总沉积分数的三次测量（暴露时间仅为其一半）。我们证明了这种新方法能够快速可靠地量化儿童和成人呼吸道中 UFP 的大小分辨和总沉积。即使在低至 1.7 × 103 cm−3 的浓度下，也可以在 15 分钟内完成对尺寸分辨 (10–379 nm) 和总沉积分数的三次测量（曝光时间仅为其中的一半）。我们证明了这种新方法能够快速可靠地量化儿童和成人呼吸道中 UFP 的大小分辨和总沉积。即使在低至 1.7 × 103 cm−3 的浓度下，也可以在 15 分钟内完成对尺寸分辨 (10–379 nm) 和总沉积分数的三次测量（曝光时间仅为其中的一半）。我们证明了这种新方法能够快速可靠地量化儿童和成人呼吸道中 UFP 的大小分辨和总沉积。