从使用室系统一个复合含纳米材料的纳米颗粒释放测试
November 22nd, 2016
纳米颗粒释放使用腔室系统进行测试，该系统包括冷凝粒子计数器、光学粒子计数器和采样端口，以收集过滤器样品进行显微镜分析。所提出的腔室系统可以有效地用于纳米材料释放测试，具有可重复和一致的数据范围。
该程序的总体目标是评估纳米复合材料磨损情况下的纳米材料释放。这种方法可以帮助回答职业卫生领域的关键问题，例如风险评估和工作场所环境。该技术的主要优点是它允许人们评估纳米复合材料磨损情况下的纳米材料释放。
对于本实验，使用具有 140 毫米直径试样旋转台的研磨机，每分钟可旋转 30 至 80 转，以及两个耐磨轮架。在试样旋转台上安装圆盘状试样。使用砝码将用 100 粒度砂纸包裹的耐磨轮固定到耐磨轮支架上，该支架也对测试样品施加负载。
腔室壁使用不锈钢，以避免因静电力而沉积颗粒。将进风口和出风口分别定位在腔室的上部和下部。将研磨器放在腔室内，并在研磨器中安装一个额外的进气口，该进气口位于试样上方 15 毫米和距离试样中心 40 毫米处，以便为研磨颗粒提供更好的悬浮。
接下来，将中和剂以 28 度角放置在距离试样中心 45 厘米的位置，以减少静电颗粒在腔室壁上的沉积。在腔室出口处安装 CPC 和 OPC，分别测量颗粒数量、浓度和粒径分布。以每分钟 50 升的流速运行安装在腔室出口处的鼓风机。
在此之后，使用空气压缩机通过额外的进气口每分钟供应 25 升额外的无颗粒悬浮空气。使用冷凝粒子计数器检查腔室内的背景粒子数浓度，以达到一小时的平均粒子数浓度低于每立方厘米 1 个数值。接下来，使用步进电机作研磨机的试样旋转台，该电机以每分钟 72 转和 1000 转的速度旋转试样旋转台。
分别使用 CPC 和 OPC 测量和记录释放的颗粒数、浓度和粒径分布。现在，使用包含过滤介质的颗粒采样器或 TEM 网格对释放的颗粒进行采样。当颗粒数浓度低于颗粒数浓度峰值的 0.1% 时，停止测量和采样。
保存数据后，从仪器中取出样品。磨损测试期间颗粒数浓度的典型变化如下所示。在磨损过程中，观察到颗粒数浓度增加，然后磨损后减少。
CPC 测得 9 个颗粒的平均值为 3.67 乘以 10，偏差在 20% 以内，这代表了磨损过程中颗粒的一致释放。OPC 测量的 9 个颗粒的平均尺寸为 1.98 乘以 10，偏差在 20% 以内，这代表了颗粒在磨损过程中的持续释放。磨损后，原始试样损失了大约 0.6 克或 1.56%磨损试验中含有碳纳米管的纳米复合材料释放的总颗粒数如下所示。
与对照复合材料相比，含有碳纳米管的纳米复合材料释放的冷凝颗粒多 12.6%，光学颗粒多 1.9%。大部分颗粒因磨损而撕裂，场发射扫描电子显微镜显示过滤样品中含有 2%碳纳米管的纳米复合材料或磨损后的许多颗粒采样器样品中没有游离的碳纳米管结构。看完这个视频，你应该对如何评估纳米材料在纳米复合材料磨损情况下的释放有一个很好的了解。
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概述
本文介绍了一种评估纳米复合材料磨损过程中纳米材料释放的方法。所提出的室内系统有效测试了纳米粒子的释放，提供了一致且可重复的数据。
关键研究组成部分
科学领域
- 纳米技术
- 材料科学
- 职业卫生
背景
- 了解纳米材料的释放对于评估工作环境中的风险至关重要。
- 纳米复合材料在各种应用中被广泛使用。
- 评估纳米粒子的释放可以帮助减轻健康风险。
- 当前测试释放的方法需要可靠且可重复。
研究目的
- 评估纳米复合材料磨损过程中纳米材料的释放。
- 改善对职业环境中纳米材料潜在风险的理解。
- 提供测试纳米材料释放的标准化方法。
使用的方法
- 一个带有冷凝粒子计数器和光学粒子计数器的室内系统。
- 用于收集过滤器样品进行显微镜分析的取样口。
- 一个带有140毫米直径试样旋转台的磨损仪。
- 在磨损轮上使用100目砂纸来施加试验样品的负荷。
主要结果
- 室内系统允许有效测试纳米粒子的释放。
- 从系统获得的数据是一致且可重复的。
- 该方法提供了对纳米材料释放机制的洞察。
- 结果可以为职业卫生中的风险评估提供信息。
结论
- 所提出的方法是评估纳米材料释放的有价值工具。
- 它通过评估潜在风险为更安全的工作环境做出贡献。
- 未来的研究可以在此方法基础上探索其他纳米材料。
常见问题
Executive Industry Relevance
Assessing nanomaterial release during mechanical stress is critical for occupational safety and product risk evaluation in pharmaceutical and biotechnology applications involving nanocarriers or nanocomposite devices. This chamber-based method provides quantitative, repeatable particle release data under controlled abrasion conditions, supporting mechanistic de-risking of nanomaterial exposure scenarios. The approach enables predictive confidence in material safety profiling for early-stage formulation and device development pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of nanomaterial stability under mechanical stress to inform target-associated delivery system safety.
- Operational Value: Provides standardized release metrics for comparing nanomaterial formulations in preclinical screening.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative particle number and size distribution data essential for assay reproducibility in nanomaterial release testing.
- Operational Value: Supports high-throughput screening readiness through consistent particle release trends across multiple trials.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links nanomaterial release behavior to biological risk assessment in disease-relevant exposure models.
- Operational Value: Facilitates continuity from discovery to preclinical validation by establishing release thresholds for go/no-go decisions.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into nanomedicine development workflows by providing release analytics between formulation screening and preclinical safety evaluation stages.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of nanomaterial durability under simulated use conditions.
- Screening: Delivers assay-ready quantitative outputs for comparing release profiles across nanocomposite variants.
- Analytics: Enables particle concentration and distribution measurements that inform risk-adjusted material selection.
- Translational Research: Connects mechanical release data to occupational hygiene risk models for translational continuity.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for nanomaterial release testing across multiple product development programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in nanomaterial release prediction through direct particle quantification.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via controlled chamber conditions and particle counting.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing release thresholds linked to safety risk assessment.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of nanomaterial candidates based on consistent release profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nanoparticle detection and aerosol measurement techniques.
- Depends on condensation and optical particle counters for accurate release quantification.
- Necessitates cross-team alignment on particle size thresholds and release acceptance criteria.
- Involves adaptation considerations for different nanocomposite matrices and abrasion profiles.
- Limited to abrasion-induced release; may not capture other release mechanisms such as dissolution or diffusion.
