Тестирование наночастиц Release из композита, содержащего наноматериал с помощью системы, Камерный
November 22nd, 2016
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.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
В этой статье представлен метод оценки высвобождения наноматериалов при абразии нанокомпозитных материалов. Предложенная система камер эффективно тестирует высвобождение наночастиц, обеспечивая последовательные и воспроизводимые данные.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нанотехнологии
- Материаловедение
- Производственная гигиена
Предыстория
- Понимание высвобождения наноматериалов важно для оценки риска в рабочих условиях.
- Нанокомпозитные материалы все чаще используются в различных применениях.
- Оценка высвобождения наночастиц может помочь снизить риск для здоровья.
- Существующие методы тестирования высвобождения должны быть надежными и воспроизводимыми.
Цель исследования
- Оценить высвобождение наноматериалов при абразии нанокомпозитных материалов.
- Улучшить понимание потенциальных рисков, связанных с наноматериалами в производственных условиях.
- Предоставить стандартизированный метод для тестирования высвобождения наноматериалов.
Используемые методы
- Система камер с конденсационным счетчиком частиц и оптическим счетчиком частиц.
- Пробоотборные отверстия для сбора образцов фильтров для анализа в микроскоп.
- Абразер со стадией вращения образца диаметром 140 мм.
- Использование наждачной бумаги 100 грит на абразивных кругах для приложения нагрузки к испытательным образцам.
Основные результаты
- Система камер позволяет эффективно тестировать высвобождение наночастиц.
- Данные, полученные из системы, являются последовательными и воспроизводимыми.
- Метод предоставляет представление о механизмах высвобождения наноматериалов.
- Результаты могут информировать оценки риска в производственной гигиене.
Выводы
- Предложенный метод является ценным инструментом для оценки высвобождения наноматериалов.
- Он способствует более безопасным рабочим условиям путем оценки потенциальных рисков.
- Будущие исследования могут строиться на этом методе для исследования других наноматериалов.
Часто задаваемые вопросы
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.
