Тестирование наночастиц Release из композита, содержащего наноматериал с помощью системы, Камерный
22 ноября 2016 г.
Высвобождение наночастиц проверяется с использованием системы камер, которая включает в себя счетчик частиц конденсации, оптический счетчик частиц и отверстия для отбора проб фильтров для микроскопического анализа. Предложенная система камер может быть эффективно использована для испытаний на высвобождение наноматериалов с воспроизводимым и постоянным диапазоном данных.
Общей целью данной процедуры является оценка высвобождения наноматериала в случае истирания нанокомпозитных материалов. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области гигиены труда, такие как оценка рисков и рабочая среда. Основное преимущество данной методики заключается в том, что она позволяет оценить выделение наноматериала в случае истирания нанокомпозитных материалов.
Для этого эксперимента используется абразив с вращательным столиком диаметром 140 миллиметров, который может вращаться со скоростью от 30 до 80 оборотов в минуту, и двумя держателями абразивного круга. Установите образец в форме диска на столик вращения образца. С помощью груза закрепите абразивные круги, обмотанные наждачной бумагой с зернистостью 100, к держателю абразивного круга, который также прикладывает нагрузку к испытуемому образцу.
Используйте нержавеющую сталь для стенок камеры, чтобы избежать осаждения частиц из-за электростатической силы. Расположите вход и выход воздуха в верхней и нижней части камеры соответственно. Поместите абразив внутрь камеры и установите дополнительный воздухозаборник в абразиве, который находится на расстоянии 15 миллиметров выше и 40 миллиметров от центра испытуемого образца, чтобы обеспечить лучшую суспензию для абразивных частиц.
Затем расположите нейтрализатор на расстоянии 28 см от центра испытуемого образца под углом 45 градусов, чтобы уменьшить осаждение электростатических частиц на стенках камеры. Установите CPC и OPC на выходе из камеры, чтобы измерить количество, концентрацию частиц и распределение частиц по размерам соответственно. Приводите в действие воздуходувку, установленную на выходе из камеры, с расходом 50 литров в минуту.
После этого подайте 25 литров в минуту дополнительного воздуха без частиц суспензии с помощью воздушного компрессора через дополнительное воздухозаборное отверстие. Проверьте фоновую концентрацию частиц внутри камеры, чтобы достичь средней концентрации частиц в течение одного часа ниже одного числа на кубический сантиметр с помощью счетчика конденсационных частиц. Затем управляйте ступенью вращения образца абразива с помощью шагового двигателя, который вращает ступень вращения образца со скоростью 72 оборота в минуту при 1000 оборотах.
Измеряйте и записывайте количество выделяющихся частиц, концентрацию и распределение частиц по размерам с помощью CPC и OPC соответственно. Теперь отберите пробы высвободившихся частиц с помощью пробоотборника частиц, содержащего фильтрующий материал, или сетку ПЭМ. Остановите измерение и отбор проб, когда концентрация частиц достигнет уровня ниже 0,1% от пиковой концентрации частиц.
После сохранения данных извлеките образцы из прибора. Здесь показано типичное изменение концентрации частиц во время испытания на истирание. Во время истирания наблюдалось увеличение концентрации частиц с последующим снижением после истирания.
CPC измерял в среднем 3,67 умножить на 10 на девять частиц, а отклонения были в пределах 20%, что представляло собой постоянное высвобождение частиц во время истирания. OPC измерял в среднем 1,98 умножить на 10 на девять частиц, и отклонения были в пределах 20%, что представляло собой постоянное высвобождение частиц во время истирания. После истирания исходные испытуемые образцы потеряли примерно 0,6 грамма или 1,56%Общее количество частиц, выделенных нанокомпозитом, содержащим углеродные нанотрубки, в результате испытания на истирание показано здесь.
Нанокомпозит, содержащий углеродные нанотрубки, выделяет на 12,6% больше частиц конденсации и на 1,9% больше оптических частиц, чем контрольный композит. Большинство частиц были разорваны из-за истирания, и полевая эмиссионная сканирующая электронная микроскопия не выявила никаких структур свободных углеродных нанотрубок из нанокомпозита, содержащего 2% углеродных нанотрубок в образцах фильтра, или многих образцов проб частиц после истирания. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как оценивать выделение наноматериала в случае истирания нанокомпозитных материалов.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен метод оценки высвобождения наноматериалов при истирании нанокомпозитных материалов. Предложенная система камер эффективно позволяет протестировать высвобождение наночастиц, обеспечивая получение согласованных и воспроизводимых данных.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нанотехнологии
- Материаловедение
- Гигиена труда
Теоретическая база
- Понимание процессов высвобождения наноматериалов имеет решающее значение для оценки рисков в условиях рабочей среды.
- Нанокомпозитные материалы все чаще используются в различных областях применения.
- Оценка высвобождения наночастиц может помочь снизить риски для здоровья.
- Современные методы тестирования высвобождения должны быть надежными и воспроизводимыми.
Цель исследования
- Оценить высвобождение наноматериалов при истирании нанокомпозитных материалов.
- Углубить понимание потенциальных рисков, связанных с наноматериалами в условиях профессиональной деятельности.
- Предложить стандартизированный метод тестирования высвобождения наноматериалов.
Используемые методы
- Система камер с конденсационным счетчиком частиц и оптическим счетчиком частиц.
- Пробоотборные порты для сбора фильтров для микроскопического анализа.
- Абразивный станок с поворотным столиком для образцов диаметром 140 mm.
- Использование наждачной бумаги зернистостью 100 grit на абразивных дисках для создания нагрузки на исследуемые образцы.
Основные результаты
- Система камер позволяет эффективно тестировать высвобождение наночастиц.
- Данные, полученные с помощью этой системы, являются согласованными и воспроизводимыми.
- Данный метод позволяет получить представление о механизмах высвобождения наноматериалов.
- Результаты могут быть использованы для оценки рисков в области гигиены труда.
Выводы
- Предложенный метод является ценным инструментом для оценки высвобождения наноматериалов.
- Он способствует созданию более безопасных условий труда за счет оценки потенциальных рисков.
- В будущих исследованиях данный метод может быть использован для изучения других наноматериалов.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Оценка высвобождения наноматериалов при механическом воздействии имеет решающее значение для обеспечения безопасности труда и оценки рисков продукции в фармацевтике и биотехнологии при использовании наноносителей или нанокомпозитных устройств. Данный метод с использованием камеры обеспечивает получение количественных и воспроизводимых данных о высвобождении частиц в контролируемых условиях истирания, что способствует механистическому снижению рисков в сценариях воздействия наноматериалов. Этот подход позволяет с высокой степенью достоверности прогнозировать профиль безопасности материалов на ранних этапах разработки рецептур и устройств.
Стратегическое применение в исследованиях и разработках биофармацевтики
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: Позволяет исследовать стабильность наноматериалов при механическом воздействии для оценки безопасности систем доставки, нацеленных на конкретные мишени.
- Практическая ценность: Обеспечивает стандартизированные показатели высвобождения для сравнения составов наноматериалов в ходе доклинического скрининга.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет получить количественные данные о числе частиц и их распределении по размеру, что необходимо для обеспечения воспроизводимости анализа при тестировании высвобождения наноматериалов.
- Практическая ценность: обеспечивает готовность к высокопроизводительному скринингу за счет стабильных тенденций высвобождения частиц в нескольких сериях испытаний.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Связывает характер высвобождения наноматериалов с оценкой биологического риска в моделях воздействия, релевантных для конкретных заболеваний.
- Практическая ценность: Обеспечивает преемственность от этапа открытия до доклинической валидации путем установления порогов высвобождения для принятия решений о целесообразности дальнейшей разработки (go/no-go).
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в рабочие процессы разработки наномедицинских препаратов, обеспечивая анализ высвобождения на этапе между скринингом рецептур и доклинической оценкой безопасности.
- Открывающая биология: Обеспечивает проверку гипотез о долговечности наноматериалов в условиях, имитирующих эксплуатацию.
- Скрининг: Предоставляет готовые для анализа количественные данные для сравнения профилей высвобождения различных вариантов нанокомпозитов.
- Аналитика: Позволяет измерять концентрацию и распределение частиц, что служит основой для выбора материалов с учетом рисков.
- Трансляционные исследования: Связывает данные о механическом высвобождении с моделями рисков профессиональной гигиены для обеспечения трансляционной преемственности.
- Корпоративное повторное использование: Создает многократно используемую платформу для тестирования высвобождения наноматериалов в рамках нескольких программ разработки продуктов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Снижает неопределенность механизмов прогнозирования высвобождения наноматериалов за счет прямого количественного определения частиц.
- Операционная ценность: Обеспечивает стандартизацию и воспроизводимость благодаря контролируемым условиям в камере и подсчету частиц.
- Стратегическая ценность: Улучшает принятие решений о целесообразности дальнейшей разработки («go/no-go»), предоставляя пороговые значения высвобождения, связанные с оценкой рисков безопасности.
- Влияние на портфель: Позволяет осуществлять приоритизацию кандидатов из наноматериалов с учетом рисков на основе согласованных профилей высвобождения.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области детектирования наночастиц и методов измерения аэрозолей.
- Точность количественного определения выделения зависит от использования конденсационных и оптических счетчиков частиц.
- Необходима согласованность между исследовательскими группами в отношении порогов размера частиц и критериев приемлемости выделения.
- Требуется учет особенностей адаптации для различных матриц нанокомпозитов и профилей истирания.
- Метод ограничен выделением, вызванным истиранием; он может не учитывать другие механизмы высвобождения, такие как растворение или диффузия.
