בדיקה של שחרור Nanoparticle מתוך Composite המכיל nanomaterial באמצעות מערכת קאמרית
22 בנובמבר 2016
שחרור ננו-חלקיקים נבדק באמצעות מערכת תא הכוללת מונה חלקיקי עיבוי, מונה חלקיקים אופטי ויציאות דגימה לאיסוף דגימות סינון לניתוח מיקרוסקופיה. ניתן להשתמש ביעילות במערכת התא המוצעת לבדיקת שחרור ננו-חומרים עם טווח נתונים חוזר ועקבי.
המטרה הכוללת של הליך זה היא להעריך שחרור ננו-חומרים במקרה של שחיקה של חומרים ננו-מרוכבים. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום היגיינת התעסוקה כגון הערכת סיכונים וסביבת העבודה. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא בכך שהיא מאפשרת להעריך שחרור ננו-חומרים במקרה של שחיקה של חומרים ננו-מרוכבים.
לניסוי זה, השתמש בשוחק עם שלב סיבוב דגימה בקוטר 140 מילימטר, שיכול להסתובב 30 עד 80 סיבובים לדקה, ושני מחזיקי גלגלי שחיקה. התקן דגימה בצורת דיסק בשלב סיבוב הדגימה. השתמש במשקולת כדי להדק את גלגלי השחיקה, העטופים בנייר זכוכית 100 חצץ, למחזיק גלגל השחיקה שמפעיל גם עומס על דגימת הבדיקה.
השתמש בנירוסטה עבור קירות החדר כדי למנוע שקיעת חלקיקים עקב כוח אלקטרוסטטי. אתר את כניסת ויציאת האוויר בחלקו העליון והתחתון של החדר בהתאמה. הנח את השוחק בתוך החדר, והתקן כניסת אוויר נוספת במשפך שנמצאת 15 מילימטרים מעל ו-40 מילימטרים ממרכז דגימת הבדיקה כדי לספק מתלה טוב יותר לחלקיקים השחוקים.
לאחר מכן, אתר את המנטרל במרחק של 28 סנטימטרים ממרכז דגימת הבדיקה בזווית של 45 מעלות כדי להפחית את שקיעת החלקיקים האלקטרוסטטיים על קירות החדר. התקן CPC ו-OPC ביציאת החדר כדי למדוד את ריכוז מספר החלקיקים והתפלגות גודל החלקיקים בהתאמה. הפעל את המפוח המותקן ביציאת החדר בקצב זרימה של 50 ליטר לדקה.
לאחר מכן, ספק 25 ליטר לדקה של אוויר מתלה נוסף ללא חלקיקים באמצעות מדחס אוויר דרך כניסת האוויר הנוספת. בדוק את ריכוז מספר חלקיקי הרקע בתוך החדר כדי להגיע לריכוז מספר חלקיקים ממוצע למשך שעה אחת של מתחת למספר אחד לסנטימטר מעוקב באמצעות מונה חלקיקי העיבוי. לאחר מכן, הפעל את שלב סיבוב הדגימה של השוחק באמצעות מנוע צעד המסובב את שלב סיבוב הדגימה ב-72 סיבובים לדקה עם 1000 סיבובים.
מדוד ורשום את מספר החלקיקים המשוחררים, ריכוז והתפלגות גודל החלקיקים באמצעות CPC ו-OPC בהתאמה. כעת, דגמו את החלקיקים המשוחררים באמצעות דוגם חלקיקים המכיל מדיית סינון או רשת TEM. הפסק את המדידה והדגימה כאשר ריכוז מספר החלקיקים מגיע מתחת ל-0.1% מריכוז שיא מספר החלקיקים.
לאחר שמירת הנתונים, הסר את הדגימות מהמכשיר. השינוי האופייני בריכוז מספר החלקיקים במהלך בדיקת השחיקה מוצג כאן. במהלך השחיקה נצפתה עלייה בריכוז מספר החלקיקים ואחריה ירידה לאחר שחיקה.
ה-CPC מדד בממוצע 3.67 כפול 10 לתשעת החלקיקים, והסטיות היו בטווח של 20%, מה שייצג שחרור עקבי של חלקיקים במהלך שחיקה. ה-OPC מדד בממוצע 1.98 כפול 10 לתשעת החלקיקים, והסטיות היו בטווח של 20%, מה שייצג שחרור עקבי של חלקיקים במהלך שחיקה. לאחר השחיקה, דגימות הבדיקה המקוריות איבדו כ-0.6 גרם או 1.56%שחרור מספר החלקיקים הכולל מננו-קומפוזיט המכיל ננו-צינורות פחמן על ידי בדיקת השחיקה מוצג כאן.
הננו-קומפוזיט המכיל ננו-צינורות פחמן שחרר 12.6% יותר חלקיקי עיבוי ו-1.9% יותר חלקיקים אופטיים מאשר מרוכב הבקרה. רוב החלקיקים נקרעו עקב שחיקה, ומיקרוסקופ אלקטרונים סורק פליטת שדה לא גילה מבני ננו-צינורות פחמן חופשיים מהננו-קומפוזיט המכיל 2% ננו-צינורות פחמן בדגימות המסנן או דגימות רבות של דגימת חלקיקים לאחר שחיקה. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להעריך שחרור ננו-חומרים במקרה של שחיקה של חומרים ננו-מרוכבים.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מציג שיטה להערכת שחרור של ננו-חומרים במהלך שחיקה של חומרי ננו-composite. מערכת התא המוצעת בוחנת ביעילות שחרור של ננו-חלקיקים ומספקת נתונים עקביים וניתנים לשחזור.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- ננוטכנולוגיה
- מדע החומרים
- היגיינה תעסוקית
רקע
- הבנת שחרור ננו-חומרים היא קריטית להערכת סיכונים בסביבות עבודה.
- חומרים ננו-מרוכבים משמשים יותר ויותר במגוון יישומים.
- הערכת שחרור של ננו-חלקיקים יכולה לסייע בצמצום סיכונים בריאותיים.
- שיטות נוכחיות לבדיקת שחרור צריכות להיות אמינות ובעלות הדירות (reproducible).
מטרת המחקר
- להערכת שחרור של ננו-חומרים במהלך שחיקה של חומרי ננו-קומפוזיט.
- לשיפור ההבנה של סיכונים פוטנציאליים הקשורים לננו-חומרים במסביבות תעסוקתיות.
- לספק שיטה סטנדרטית לבדיקת שחרור ננו-חומרים.
שיטות שנמצאו בשימוש
- מערכת תאים הכוללת מונה חלקיקים המבוסס על התעבה ומונה חלקיקים אופטי.
- פתחי דגימה לאיסוף דגימות מסננת לצורך אנליזה במיקרוסקופיה.
- מכשיר שחיקה בעל במה מסתובבת לדגימות בקוטר 140 mm.
- שימוש בנייר זכוכית בגרעיניות של 100 על גלגלי השחיקה להפעלת עומס על דגימות הבדיקה.
תוצאות עיקריות
- מערכת התאים מאפשרת בדיקה יעילה של שחרור ננו-חלקיקים.
- הנתונים המתקבלים מהמערכת עקביים וניתנים לשחזור.
- השיטה מספקת תובנות לגבי מנגנוני השחרור של ננו-חומרים.
- התוצאות יכולות לסייע בהערכות סיכון בתחום ההיגיינה התעסוקתית.
מסקנות
- השיטה המוצעת היא כלי בעל ערך להערכת שחרור של ננו-חומרים.
- היא תורמת לסביבות עבודה בטוחות יותר על ידי הערכת סיכונים פוטנציאליים.
- מחקרים עתידיים יכולים להתבסס על שיטה זו כדי לבחון ננו-חומרים אחרים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הערכת שחרור ננו-חומרים במהלך מאמץ מכני היא קריטית לבטיחות תעסוקתית ולהערכת סיכונים של מוצרים ביישומים פרמצבטיים וביוטכנולוגיים הכוללים נשאי ננו או התקני ננו-קומפוזיט. שיטה זו, המבוססת על תא, מספקת נתונים כמותיים וחזרתיים על שחרור חלקיקים תחת תנאי שחיקה מבוקרים, ובכך תומכת בהפחתת סיכונים מבוססת מנגנונים בתרחישי חשיפה לננו-חומרים. גישה זו מאפשרת ביטחון חזוי באפיון בטיחות החומרים עבור שלבי פיתוח מוקדמים של פורמולציות והתקנים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בדיקה של יציבות ננו-חומרים תחת מאמץ מכני כדי להעריך את בטיחותו של מערכת הובלה המכוונת למטרה.
- ערך תפעולי: מספק מדדי שחרור סטנדרטיים להשוואה בין פורמולציות של ננו-חומרים בסריקה פרה-קלינית.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- ערך מדעי: מייצר נתונים כמותיים של מספר חלקיקים והתפלגות גדלים, החיוניים לשחזור הבדיקה בבדיקות שחרור של ננו-חומרים.
- ערך תפעולי: תומך במוכנות לסריקה בthroughput גבוה באמצעות מגמות שחרור חלקיקים עקביות לאורך ניסויים מרובים.
מחקר תרגומי וטרום-קליני
- ערך מדעי: מקשר בין התנהגות השחרור של ננו-חומרים להערכת סיכון ביולוגית במודלים של חשיפה הרלוונטיים למחלה.
- ערך תפעולי: מאפשר רציפות משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני באמצעות קביעת ספי השחרור עבור החלטות של המשך או הפסקה (go/no-go).
שילוב תהליכי עבודה וצנרת נתונים
השיטה משתלבת בתהליכי העבודה של פיתוח ננו-רפואה על ידי אספקת אנליזות שחרור בין שלבי סריקת הפורמולציה להערכת בטיחות פרה-קלינית.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת היפותזות לגבי עמידות של ננו-חומרים בתנאי שימוש סימולטיביים.
- סריקה: מספק פלטים כמותיים המוכנים לבדיקה לצורך השוואת פרופילי שחרור בין גרסאות שונות של ננו-composite.
- אנליטיקה: מאפשר מדידות של ריכוז והתפלגות חלקיקים המנחות בחירה של חומרים מותאמת סיכונים.
- מחקר תרגומי: מקשר נתוני שחרור מכניים למודלים של סיכוני היגיינה תעסוקתית לצורך רציפות תרגומית.
- שימוש חוזר ארגוני: מקים פלטפורמה לשימוש חוזר לבדיקת שחרור ננו-חומרים על פני מספר תוכניות פיתוח מוצרים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מפחית עמימות מכניסטית בחיזוי שחרור ננו-חומרים באמצעות כימות ישיר של חלקיקים.
- ערך תפעולי: מבטיח סטנדרטיזציה והדירות באמצעות תנאי תא מבוקרים וספירת חלקיקים.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות go/no-go על ידי אספקת ספי שחרור הקשורים להערכת סיכוני בטיחות.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם-סיכון של מועמדים לננו-חומרים בהתבסס על פרופילי שחרור עקביים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בטכניקות לגילוי ננו-חלקיקים ומדידת אירוסול.
- תלוי במגמרי עיבוי ובמוני חלקיקים אופטיים לצורך כימות מדויק של השחרור.
- מחייב תיאום בין צוותים לגבי ספי סביב גודל החלקיקים וקריטריונים לקבלת השחרור.
- כולל שיקולי התאמה עבור מטריצות ננו-composite שונות ופרופילי שחיקה.
- מוגבל לשחרור המושרה על ידי שחיקה; עשוי שלא ללכוד מנגנוני שחרור אחרים כגון התמוססות או דיפוזיה.
