Badanie uwalniania nanocząstek z kompozytu zawierającego nanomateriał za pomocą systemu komorowego
November 22nd, 2016
Uwalnianie nanocząstek jest testowane przy użyciu systemu komor, który zawiera licznik cząstek kondensacji, optyczny licznik cząstek i porty do pobierania próbek filtrów do analizy mikroskopowej. Proponowany system komór może być skutecznie wykorzystywany do testowania uwalniania nanomateriałów z powtarzalnym i spójnym zakresem danych.
Ogólnym celem tej procedury jest ocena uwalniania nanomateriałów w przypadku ścierania materiałów nanokompozytowych. Metoda ta może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie higieny pracy, takie jak ocena ryzyka i środowisko pracy. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona na ocenę uwalniania nanomateriału w przypadku ścierania materiałów nanokompozytowych.
Do tego eksperymentu użyj ścierniwa ze stolikiem obrotu próbki o średnicy 140 milimetrów, który może obracać się od 30 do 80 obrotów na minutę, oraz dwóch uchwytów ściernych. Zainstaluj próbkę w kształcie dysku na stoliku rotacji próbki. Użyj obciążnika, aby przymocować koła ścierne, które są owinięte papierem ściernym o ziarnistości 100, do uchwytu koła ściernego, który również obciąża próbkę do badań.
Użyj stali nierdzewnej do ścianek komory, aby uniknąć osadzania się cząstek pod wpływem siły elektrostatycznej. Umieść wlot i wylot powietrza odpowiednio w górnej i dolnej części komory. Umieść ścierniwo w komorze i zainstaluj dodatkowy wlot powietrza w ścierniwie, który znajduje się 15 milimetrów powyżej i 40 milimetrów od środka próbki testowej, aby zapewnić lepszą zawiesinę dla ścieranych cząstek.
Następnie umieść neutralizator w odległości 28 centymetrów od środka próbki testowej pod kątem 45 stopni, aby zmniejszyć osadzanie się cząstek elektrostatycznych na ściankach komory. Zainstaluj CPC i OPC na wylocie komory, aby zmierzyć odpowiednio liczbę cząstek, stężenie i rozkład wielkości cząstek. Uruchomić dmuchawę zainstalowaną na wylocie z komory z natężeniem przepływu 50 litrów na minutę.
Następnie dostarczaj 25 litrów na minutę dodatkowego powietrza do zawieszenia wolnego od cząstek stałych za pomocą sprężarki powietrza przez dodatkowy wlot powietrza. Sprawdź stężenie cząstek tła w komorze, aby osiągnąć średnie stężenie liczby cząstek w ciągu jednej godziny poniżej jednej liczby na centymetr sześcienny za pomocą licznika cząstek kondensacji. Następnie uruchom etap obracania próbki ścierniwa za pomocą silnika krokowego, który obraca stopień obracania próbki z prędkością 72 obrotów na minutę z 1000 obrotów.
Zmierz i zapisz liczbę uwolnionych cząstek, stężenie i rozkład wielkości cząstek, używając odpowiednio CPC i OPC. Teraz należy pobrać próbkę uwolnionych cząstek za pomocą próbnika cząstek zawierającego media filtracyjne lub siatkę TEM. Przerwij pomiar i pobieranie próbek, gdy stężenie liczby cząstek spadnie poniżej 0,1% szczytowego stężenia liczby cząstek.
Po zapisaniu danych usuń próbki z urządzenia. Typowa zmiana stężenia liczby cząstek podczas testu ścierania jest pokazana tutaj. Podczas ścierania zaobserwowano wzrost stężenia liczby cząstek, a następnie spadek po ścieraniu.
CPC mierzył średnio 3,67 razy 10 do dziewięciu cząstek, a odchylenia mieściły się w granicach 20%, co oznaczało konsekwentne uwalnianie cząstek podczas ścierania. OPC mierzył średnio 1,98 razy 10 do dziewięciu cząstek, a odchylenia mieściły się w granicach 20%, co oznaczało stałe uwalnianie cząstek podczas ścierania. Po ścieraniu oryginalne próbki testowe straciły około 0,6 grama lub 1,56%Całkowite uwolnienie liczby cząstek z nanokompozytu zawierającego nanorurki węglowe w teście ścierania pokazano tutaj.
Nanokompozyt zawierający nanorurki węglowe uwolnił o 12,6% więcej cząstek kondensacyjnych i o 1,9% więcej cząstek optycznych niż kompozyt kontrolny. Większość cząstek została rozerwana w wyniku ścierania, a skaningowa mikroskopia elektronowa z emisją pola nie wykazała żadnych wolnych struktur nanorurek węglowych z nanokompozytu zawierającego 2% nanorurek węglowych w próbkach filtra ani w wielu próbkach cząstek po ścieraniu. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak oceniać uwalnianie nanomateriałów w przypadku ścierania materiałów nanokompozytowych.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten artykuł przedstawia metodę oceny uwalniania nanomateriałów podczas ścierania materiałów nanokompozytowych. Zaproponowany system komorowy skutecznie testuje uwalnianie nanocząstek, dostarczając spójnych i powtarzalnych danych.
Kluczowe komponenty badania
Obszar nauki
- Nanotechnologia
- Nauka o materiałach
- Higiena pracy
Tło
- Rozumienie uwalniania nanomateriałów jest kluczowe dla oceny ryzyka w środowiskach roboczych.
- Materiały nanokompozytowe są coraz częściej stosowane w różnych zastosowaniach.
- Ocena uwalniania nanocząstek może pomóc zmniejszyć ryzyko zdrowotne.
- Obecne metody testowania uwalniania muszą być niezawodne i powtarzalne.
Cel badania
- Ocenić uwalnianie nanomateriałów podczas ścierania materiałów nanokompozytowych.
- Poprawić zrozumienie potencjalnych zagrożeń związanych z nanomateriałami w środowiskach zawodowych.
- Dostarczyć standaryzowaną metodę testowania uwalniania nanomateriałów.
Stosowane metody
- System komorowy z licznikiem cząstek kondensacyjnych i optycznym licznikiem cząstek.
- Porty pobierania próbek do pobierania próbek filtra do analizy mikroskopowej.
- Ścieracz z obracającym się etapem próbki o średnicy 140 mm.
- Użycie papieru ściernego o ziarnie 100 na kołach ściernych do wywierania obciążenia na próbkach testowych.
Główne wyniki
- System komorowy umożliwia skuteczne testowanie uwalniania nanocząstek.
- Dane uzyskane z systemu są spójne i powtarzalne.
- Metoda dostarcza wglądu w mechanizmy uwalniania nanomateriałów.
- Wyniki mogą informować oceny ryzyka w higienie zawodowej.
Wnioski
- Zaproponowana metoda jest cennym narzędziem do oceny uwalniania nanomateriałów.
- Przyczynia się do bezpieczniejszych środowisk pracy poprzez ocenę potencjalnych zagrożeń.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tej metodzie, aby zbadać inne nanomateriały.
Często zadawane pytania
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.
