Ensayo de liberación de nanopartículas a partir de un compuesto que contiene nanomaterial usar un sistema de Cámara
November 22nd, 2016
La liberación de nanopartículas se prueba utilizando un sistema de cámara que incluye un contador de partículas de condensación, un contador óptico de partículas y puertos de muestreo para recoger muestras de filtro para el análisis de microscopía. El sistema de cámara propuesto se puede utilizar eficazmente para las pruebas de liberación de nanomateriales con un rango de datos repetible y consistente.
El objetivo general de este procedimiento es evaluar la liberación de nanomateriales en caso de abrasión de materiales nanocompuestos. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la higiene laboral, como la evaluación de riesgos y el entorno laboral. La principal ventaja de esta técnica es que permite evaluar la liberación de nanomateriales en caso de abrasión de materiales nanocompuestos.
Para este experimento, utilice un abrasor con una etapa de rotación de la muestra de 140 milímetros de diámetro, que puede girar de 30 a 80 rotaciones por minuto, y dos soportes de rueda de abrasión. Instale una muestra en forma de disco en la etapa de rotación de la muestra. Utilice un peso para asegurar las ruedas de abrasión, que están envueltas con papel de lija de grano 100, al soporte de la rueda de abrasión que también aplica carga a la muestra de prueba.
Utilice acero inoxidable para las paredes de la cámara para evitar la deposición de partículas debido a la fuerza electrostática. Ubique la entrada y salida de aire en la parte superior e inferior de la cámara respectivamente. Coloque el abrasor dentro de la cámara e instale una entrada de aire adicional en el abrasor que esté a 15 milímetros por encima y a 40 milímetros del centro de la muestra de prueba para proporcionar una mejor suspensión para las partículas abrasadas.
A continuación, ubique el neutralizador a 28 centímetros del centro de la muestra de prueba en un ángulo de 45 grados para reducir la deposición de partículas electrostáticas en las paredes de la cámara. Instale un CPC y un OPC en la salida de la cámara para medir el número de partículas, la concentración y la distribución del tamaño de las partículas, respectivamente. Opere el soplador instalado en la salida de la cámara a un caudal de 50 litros por minuto.
A continuación, suministre 25 litros por minuto de aire de suspensión adicional sin partículas utilizando un compresor de aire a través de la entrada de aire adicional. Verifique la concentración del número de partículas de fondo dentro de la cámara para alcanzar una concentración promedio de número de partículas durante una hora de menos de un número por centímetro cúbico utilizando el contador de partículas de condensación. A continuación, opere la etapa de rotación de la muestra del abrasor utilizando un motor paso a paso que gira la etapa de rotación de la muestra a 72 rotaciones por minuto con 1000 rotaciones.
Mida y registre el número de partículas liberadas, la concentración y la distribución del tamaño de partícula utilizando el CPC y el OPC respectivamente. Ahora, muestree las partículas liberadas utilizando un muestreador de partículas que contenga medios filtrantes o una rejilla TEM. Detenga la medición y el muestreo cuando la concentración del número de partículas alcance menos del 0,1% de la concentración máxima del número de partículas.
Después de guardar los datos, retire las muestras del instrumento. Aquí se muestra el cambio típico en la concentración del número de partículas durante la prueba de abrasión. Durante la abrasión se observó un aumento en la concentración del número de partículas, seguido de una disminución después de la abrasión.
El CPC midió un promedio de 3,67 veces 10 a las nueve partículas, y las desviaciones estuvieron dentro del 20%, lo que representó una liberación constante de partículas durante la abrasión. El OPC midió un promedio de 1,98 veces 10 a las nueve partículas, y las desviaciones estuvieron dentro del 20%, lo que representa una liberación constante de partículas durante la abrasión. Después de la abrasión, las muestras de prueba originales perdieron aproximadamente 0,6 gramos o 1,56%Aquí se muestra el número total de partículas liberadas por nanocompuestos que contienen nanotubos de carbono por la prueba de abrasión.
El nanocompuesto que contiene nanotubos de carbono liberó un 12,6% más de partículas de condensación y un 1,9% más de partículas ópticas que el compuesto de control. La mayoría de las partículas se desgarraron debido a la abrasión, y la microscopía electrónica de barrido por emisión de campo no reveló estructuras de nanotubos de carbono libres del nanocompuesto que contenían nanotubos de carbono al 2% en las muestras del filtro o muchas muestras de muestreadores de partículas después de la abrasión. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo evaluar la liberación de nanomateriales en el caso de abrasión de materiales nanocompuestos.
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Descripción general
Este artículo presenta un método para evaluar la liberación de nanomateriales durante la abrasión de materiales nanocompuestos. El sistema de cámara propuesto prueba eficazmente la liberación de nanopartículas, proporcionando datos consistentes y repetibles.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Nanotecnología
- Ciencia de materiales
- Higiene ocupacional
Antecedentes
- Entender la liberación de nanomateriales es crucial para la evaluación de riesgos en entornos laborales.
- Los materiales nanocompuestos se utilizan cada vez más en diversas aplicaciones.
- Evaluar la liberación de nanopartículas puede ayudar a mitigar los riesgos para la salud.
- Los métodos actuales para probar la liberación deben ser fiables y reproducibles.
Propósito del estudio
- Evaluar la liberación de nanomateriales durante la abrasión de materiales nanocompuestos.
- Mejorar la comprensión de los riesgos potenciales asociados con los nanomateriales en entornos ocupacionales.
- Proporcionar un método estandarizado para probar la liberación de nanomateriales.
Métodos utilizados
- Un sistema de cámara con un contador de partículas por condensación y un contador de partículas ópticas.
- Puertos de muestreo para recolectar muestras de filtro para análisis microscópico.
- Un abrasador con una etapa de rotación de espécimen de 140 mm de diámetro.
- Uso de papel de lija de 100 granos en ruedas de abrasión para aplicar carga a las muestras de prueba.
Resultados principales
- El sistema de cámara permite una prueba efectiva de la liberación de nanopartículas.
- Los datos obtenidos del sistema son consistentes y repetibles.
- El método proporciona información sobre los mecanismos de liberación de nanomateriales.
- Los resultados pueden informar las evaluaciones de riesgos en higiene ocupacional.
Conclusiones
- El método propuesto es una herramienta valiosa para evaluar la liberación de nanomateriales.
- Contribuye a entornos de trabajo más seguros al evaluar riesgos potenciales.
- Estudios futuros pueden basarse en este método para explorar otros nanomateriales.
Preguntas frecuentes
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.
