商工会議システムを用いたナノ材料を含む複合からのナノ粒子のリリースのテスト
November 22nd, 2016
ナノ粒子の放出は、凝縮粒子カウンター、光学粒子カウンター、および顕微鏡分析用のフィルターサンプルを収集するためのサンプリングポートを含むチャンバーシステムを使用してテストされます。提案されたチャンバーシステムは、再現性のある一貫したデータ範囲でナノ材料放出試験に効果的に使用できます。
この手順の全体的な目標は、ナノ複合材料の摩耗の場合のナノ材料の放出を評価することです。この方法は、リスク評価や職場環境など、職業衛生分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、ナノ複合材料の摩耗の場合にナノ材料の放出を評価できることです。
この実験では、毎分30〜80回転できる直径140mmの試料回転ステージを備えた研磨機と、2つの摩耗ホイールホルダーを使用します。試験片回転ステージに円盤状の試験片を取り付けます。100グリットのサンドペーパーで包まれた摩耗ホイールを、試験片にも荷重を加える摩耗ホイールホルダーに固定するために、重りを使用します。
チャンバー壁にはステンレス鋼を使用し、静電気力による粒子の堆積を防ぎます。空気入口と出口をそれぞれチャンバーの上部と下部に配置します。研摩剤をチャンバーの内側に置き、試験片の中心から15mm上、40mm離れたところに追加の吸気口を研摩剤に取り付けて、研摩粒子の懸濁液を改善します。
次に、中和剤を試験片の中心から28センチメートル離れた位置に45度の角度で配置して、チャンバー壁への静電粒子の堆積を減らします。チャンバーの出口にCPCとOPCを取り付けて、粒子数濃度と粒度分布をそれぞれ測定します。チャンバーの出口に設置されたブロワーを毎分50リットルの流量で操作します。
これに続いて、追加の空気入口から空気圧縮機を使用して、毎分25リットルの粒子のない追加のサスペンション空気を供給します。チャンバー内のバックグラウンド粒子数濃度を確認し、凝縮粒子カウンターを使用して1時間の平均粒子数濃度を1立方センチメートルあたり1未満にします。次に、試料回転ステージを毎分72回転、1000回転で回転させるステップモーターを用いて、研磨剤の試料回転ステージを運転します。
放出された粒子数、濃度、粒度分布をそれぞれCPCとOPCを使用して測定し、記録します。次に、フィルター媒体またはTEMグリッドを含むパーティクルサンプラーを使用して、放出された粒子をサンプリングします。粒子数濃度がピーク粒子数濃度の0.1%未満に達したら、測定とサンプリングを停止します。
データを保存した後、サンプルを装置から取り出します。摩耗試験中の粒子数濃度の一般的な変化を以下に示します。摩耗中に粒子数濃度の増加が観察され、摩耗後には減少が見られました。
CPCは、9つの粒子に対して10を掛けた平均3.67を測定し、偏差は20%以内であり、これは摩耗中の粒子の一貫した放出を表していました。OPCは、9つの粒子に対して10倍の平均1.98を測定し、偏差は20%以内であり、これは摩耗中の粒子の一貫した放出を表していました。摩耗後、元の試験片は約0.6グラムまたは1.56%を失いました摩耗試験によるカーボンナノチューブを含むナノ複合材料から放出される総粒子数をここに示しています。
カーボンナノチューブを含むナノコンポジットは、対照コンポジットよりも12.6%多くの縮合粒子と1.9%多くの光学粒子を放出しました。ほとんどの粒子は摩耗により引き裂かれており、電界放出型走査電子顕微鏡では、フィルターサンプルまたは摩耗後の多くの粒子サンプラーサンプルに2%のカーボンナノチューブを含むナノコンポジットからの遊離カーボンナノチューブ構造は見られませんでした。このビデオを見た後、ナノ複合材料の摩耗の場合にナノ材料の放出を評価する方法についてよく理解できるはずです。
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概要
この記事では、ナノコンポジット材料の摩耗時のナノ材料の放出を評価する方法を紹介します。提案されたチャンバーシステムは、ナノ粒子の放出を効果的にテストし、一貫性のある再現可能なデータを提供します。
主要な研究要素
科学の分野
- ナノテクノロジー
- 材料科学
- 職業衛生
背景
- ナノ材料の放出を理解することは、職場環境におけるリスク評価にとって重要です。
- ナノコンポジット材料は様々な応用でますます使用されています。
- ナノ粒子の放出を評価することで健康リスクを軽減するのに役立ちます。
- 放出をテストする現在の方法は信頼性が再現可能である必要があります。
研究の目的
- ナノコンポジット材料の摩耗時のナノ材料の放出を評価すること。
- 職業環境におけるナノ材料に関連する潜在的リスクについての理解を深めること。
- ナノ材料の放出をテストするための標準化された方法を提供すること。
使用された方法
- 凝縮粒子カウンターと光学粒子カウンターを備えたチャンバーシステム。
- 顕微鏡分析用のフィルターサンプルを収集するためのサンプリングポート。
- 140 mm径の試料回転ステージを備えたアブレイザー。
- 試験片に荷重を加えるための摩耗ホイールに100目砂紙を使用。
主な結果
- チャンバーシステムはナノ粒子の放出を効果的にテストすることができます。
- システムから得られたデータは一貫性があり、再現可能です。
- この方法はナノ材料の放出メカニズムについての洞察を提供します。
- 結果は職業衛生におけるリスク評価に情報を提供することができます。
結論
- 提案された方法はナノ材料の放出を評価するための貴重なツールです。
- 潜在的リスクを評価することでより安全な職場環境に貢献します。
- 将来の研究は他のナノ材料を探索するためにこの方法を基に構築することができます。
よくある質問
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.
