Badanie uwalniania nanocząstek z kompozytu zawierającego nanomateriał za pomocą systemu komorowego
22 listopada 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.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia metodę oceny uwalniania nanomateriałów podczas ścierania materiałów nanokompozytowych. Zaproponowany system komór skutecznie testuje uwalnianie nanocząsteczek, dostarczając spójnych i powtarzalnych danych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nanotechnologia
- Inżynieria materiałowa
- Higiena pracy
Wprowadzenie
- Zrozumienie uwalniania nanomateriałów jest kluczowe dla oceny ryzyka w środowisku pracy.
- Materiały nanokompozytowe są coraz częściej stosowane w różnych zastosowaniach.
- Ocena uwalniania nanocząsteczek może pomóc w ograniczeniu ryzyka zdrowotnego.
- Obecne metody badania uwalniania muszą być niezawodne i powtarzalne.
Cel badania
- Ocena uwalniania nanomateriałów podczas ścierania materiałów nanokompozytowych.
- Poprawa zrozumienia potencjalnych zagrożeń związanych z nanomateriałami w środowisku pracy.
- Opracowanie znormalizowanej metody badania uwalniania nanomateriałów.
Zastosowane metody
- System komór z kondensacyjnym licznikiem cząstek i optycznym licznikiem cząstek.
- Porty próbkowania do pobierania próbek na filtrach do analizy mikroskopowej.
- Urządzenie ścierne z obrotowym stolikiem do próbek o średnicy 140 mm.
- Zastosowanie papieru ściernego o ziarnistości 100 na kołach ściernych w celu przyłożenia obciążenia do badanych próbek.
Główne wyniki
- System komór umożliwia skuteczne badanie uwalniania nanocząstek.
- Dane uzyskane z systemu są spójne i powtarzalne.
- Metoda ta dostarcza informacji na temat mechanizmów uwalniania nanomateriałów.
- Wyniki mogą służyć do przeprowadzania ocen ryzyka w higienie pracy.
Wnioski
- Proponowana metoda stanowi wartościowe narzędzie do oceny uwalniania nanomateriałów.
- Przyczynia się ona do poprawy bezpieczeństwa w środowisku pracy poprzez ocenę potencjalnych zagrożeń.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tej metodzie w celu analizy innych nanomateriałów.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Ocena uwalniania nanomateriałów podczas stresu mechanicznego jest kluczowa dla bezpieczeństwa pracy oraz oceny ryzyka produktów w zastosowaniach farmaceutycznych i biotechnologicznych z wykorzystaniem nanonośników lub urządzeń nanokompozytowych. Ta metoda oparta na komorze dostarcza ilościowych, powtarzalnych danych dotyczących uwalniania cząstek w kontrolowanych warunkach ścierania, wspierając mechanistyczne ograniczanie ryzyka w scenariuszach narażenia na nanomateriały. Podejście to umożliwia uzyskanie pewności prognostycznej w profilowaniu bezpieczeństwa materiałów na wczesnych etapach rozwoju formulacji i urządzeń.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie stabilności nanomateriałów pod wpływem naprężeń mechanicznych w celu oceny bezpieczeństwa systemów dostarczania związanych z konkretnym celem.
- Wartość operacyjna: Dostarcza ustandaryzowanych parametrów uwalniania do porównywania formulacji nanomateriałów w badaniach przesiewowych przedklinicznych.
Przesiewanie i opracowanie testów
- Wartość naukowa: Generuje ilościowe dane dotyczące liczby i rozkładu wielkości cząstek, które są niezbędne dla powtarzalności analiz w testach uwalniania nanomateriałów.
- Wartość operacyjna: Wspiera gotowość do wysokoprzepustowego przesiewu dzięki spójnym trendom uwalniania cząstek w wielu próbach.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Łączy charakterystykę uwalniania nanomateriałów z oceną ryzyka biologicznego w modelach ekspozycji istotnych dla przebiegu choroby.
- Wartość operacyjna: Ułatwia przejście z etapu odkrycia do walidacji przedklinicznej poprzez ustalenie progów uwalniania dla decyzji typu go/no-go.
Integracja potoków i przepływów pracy
Metoda ta integruje się z procesami opracowywania nanoleków, zapewniając analitykę uwalniania pomiędzy etapem screeningu formulacji a etapem oceny bezpieczeństwa przedklinicznego.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących trwałości nanomateriałów w symulowanych warunkach użytkowania.
- Przesiewanie: Dostarcza gotowe do analizy wyniki ilościowe służące do porównywania profili uwalniania dla różnych wariantów nanokompozytów.
- Analityka: Umożliwia pomiary stężenia i rozkładu cząstek, które stanowią podstawę do wyboru materiałów z uwzględnieniem oceny ryzyka.
- Badania translacyjne: Łączy dane o uwalnianiu mechanicznym z modelami ryzyka higieny pracy w celu zapewnienia ciągłości translacyjnej.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę wielokrotnego użytku do testowania uwalniania nanomateriałów w ramach wielu programów rozwoju produktów.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w przewidywaniu uwalniania nanomateriałów poprzez bezpośrednią kwantyfikację cząstek.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność dzięki kontrolowanym warunkom w komorze oraz liczeniu cząstek.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go), dostarczając progi uwalniania powiązane z oceną ryzyka bezpieczeństwa.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację kandydatów na nanomateriały z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o spójne profile uwalniania.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie detekcji nanocząstek i technik pomiaru aerozoli.
- Zależność od kondensacyjnych i optycznych liczników cząstek w celu dokładnego określenia ilości uwalniania.
- Wymaga uzgodnień międzyzespołowych w kwestii progów wielkości cząstek i kryteriów akceptacji uwalniania.
- Uwzględnia konieczność adaptacji dla różnych matryc nanokompozytowych i profili ścierania.
- Ograniczenie do uwalniania wywołanego ścieraniem; może nie obejmować innych mechanizmów uwalniania, takich jak rozpuszczanie lub dyfuzja.
