Abstract
עם ההתפתחות המהירה של ננוטכנולוגיה כאחת הטכנולוגיות החשובות ביותר במאה ה -21, עניין הבטיחות של מוצרי צריכה המכיל ננו גדל גם. הערכת שחרור nanomaterial ממוצרים המכילים ננו היא צעד חיוני בהערכת הבטיחות של מוצרים אלה, וכן הביא מאמצי מספר בינלאומיים לפיתוח טכנולוגיות עקביות ואמין עבור סטנדרטיזציה של הערכת שחרור nanomaterial. במחקר זה, את שחרורו של ננו ממוצרים המכילים ננו מוערך באמצעות מערכת תא הכוללת מונה חלקיקי עיבוי, מונה חלקיקים אופטי, ולדגום יציאות לאסוף דגימות מסננות לניתוח מיקרוסקופי אלקטרונים. המערכת הקאמרית המוצעת נבדקה באמצעות דגימות חומר nanocomposite מַגרֵד דיסק מהסוג לקבוע אם לשחרר nanomaterial הוא דיר ועקבי בטווח סביר.תוצאות הבדיקה עולה כי המספר הכולל של חלקיקים בכל מבחן שהוא רק 20% מן הממוצע לאחר מספר ניסויים. מגמות השחרור דומות והם מראים דירות מאוד טובות. לכן, המערכת הקאמרית המוצעת ניתן להשתמש ביעילות לבדיקת שחרור nanomaterial של מוצרים המכילים ננו.
Introduction
חשיפת nanomaterial בעיקר נחקרה ביחס לעובדים במקומות עבודה בייצור, טיפול, בודה, אריזות ננו, בעוד שחשיפת הצרכן לא נחקרה בהרחבה. ניתוח אחרון של מסד הנתונים בספרות הסביבתי ובריאותית נוצרו על ידי המועצה הבינלאומית של ננוטכנולוגיה (ICON) גם ציין כי מחקר בטיחות nanomaterial ביותר התמקד מפגעים (83%) ו חשיפה פוטנציאלית (16%), עם שחרורו מן nanocomposites, המייצג חשיפת צרכן, המייצג רק 0.8% 1. לכן, מעט מאוד ידוע על חשיפה לצרכן ננו.
שחרור Nanoparticle נעשה שימוש כדי להעריך את החשיפה הצרכן במחקרים סימולציה, כולל שחיקה בליה של nanocomposites, טקסטיל כביסה, או ושיטות בדיקה אבק, כמו שיטת תוף מסתובב, שיטת רועד מערבולת, ושיטות שייקר אחרים 2-3. בנוסף, מספר בינלאומיניסיונות, כגון nanorelease ILSI (המכון למדעי החיים הבינלאומי) והאיחוד האירופי NanoReg, נעשו לפתח טכנולוגיה להבין את שחרורו של ננו בשימוש במוצרי צריכה. המוצר לצרכן nanorelease ILSI השיק בשנת 2011 מייצג גישת מחזור החיים לשחרור nanomaterial ממוצרים צריכים, שבו שלב 1 עוסק בבחירת nanomaterial, שלב 2 מכסה שיטות הערכה, ושלב 3 מיישמת מחקרים מעבדתיות. מונוגרפיות מספר פרסומים על הבטיחות של ננו במוצרים צריכים גם פורסמו 4-6.
בינתיים, NanoReg מייצג גישה אירופית משותפת אל בדיקות רגולטוריות של ננו מתוצרת ומספק תוכנית של שיטות לשימוש סימולציה גישות nanorelease ממוצרי צריכה 2. ISO TC 229 גם מנסה לפתח התקנים הרלוונטיים לבטיחות הצרכן ולהגיש חדש הצעת פריט עבודה לבטיחות הצרכן. ארגון ה- OECD WPMN (working צד על ננו), במיוחד SG8 (קבוצת היגוי על הערכת חשיפה והפחתת החשיפה), שנערך לאחרונה סקר על כיווני עבודה בעתיד, במיוחד לצרכן והערכה חשיפה סביבתית. לכן, לאור הפעילות הבינלאומית אלה, משרדי קוריאני המסחר, התעשייה והאנרגיה השיקו פרויקט שכבתי בשנת 2013 התמקד "פיתוח טכנולוגיות לצורך הערכת הבטיחות והתקינה של ננו nanoproducts". בנוסף, מספר מחקרי צרכן רלוונטי בטיחות לתקנן שחרור nanomaterial ממוצרים צריכים גם פורסם 7-8.
מבחן שחיקה הוא אחת גישות הסימולציה הכלולה nanorelease ILSI ו NanoReg 2-3 לקביעת רמת הפליטות הפוטנציאל של חלקיקים ממוצרי מרוכבים מסחריים שונים. ההפסד במשקל המסה מוסקת מבוסס על ההבדל במשקל הדגימה לפני ואחרי abrasיון באמצעות מַגרֵד. מדגם nanocomposite הוא משופשף במהירות קבועה, סמפלר מבאס את התרסיס, ואת החלקיקים אז מנותח באמצעות מכשירי ספירת חלקיקים, כגון מונה חלקיקי עיבוי (CPC) או מונה חלקיקים אופטי (OPC), ואספו על TEM (שידור במיקרוסקופ אלקטרונים) לרשת או קרום עבור ניתוח ויזואלי נוסף. עם זאת, ביצוע בדיקת שחיקה לחומרי nanocomposite דורש שחרור ננו-חלקיקים עקבי, וזה קשה בשל חלקיקים טעינה כתוצאת שחיקה כאשר דגימת החלקיקים מתנהלת ליד נקודת פליטת 2-3, 9-11.
לפיכך, מאמר זה מציג מערכת תא כשיטה חדשה להערכת שחרור nanomaterial במקרה של שחיקה של חומרים nanocomposite. כאשר לעומת בדיקות שחיקה סימולציה אחרות, מערכת התא המוצעת מספקת נתוני שחרור ננו-חלקיקים עקביים במקרה של שחיקה. יתר על כן, שיטת הבדיקה החדשה הזוכבר בשימוש נרחב בתחום איכות אוויר בתוך בית והתעשייה למחצה בנושא במידה בשיטת ספירה מספר חלקיקים הכוללים 12, 13. לכן, הוא צפוי כי השיטה המוצעת אפשר לפתח שיטה סטנדרטית לשחרור nanoparticle בדיקות ממוצרים צריכים המכילים ננו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת מכשירים דוגמאות
- מַגרֵד
- בהתבסס על בוחן שחיקה, השתמש מַגרֵד עם במת סיבוב דגימה אחת (140 מ"מ קוטר), שני בעלי גלגל שחיקה, ומהירות סיבוב של 30 - סל"ד 80.
- השתמש משקל להבטחת גלגל שחיקה לבעל גלגל שחיקה, אשר חל גם על עומס הדגימה במבחן.
- התקן כניסת אוויר נוסף כדי לספק השעיה טובה יותר עבור חלקיקי abrased, כפי שמוצג באיור 3. השתמש 1/8 "-diameter צינור הממוקם 15 מ"מ מעל ל -40 מ"מ מהמרכז של הדגימה במבחן.
- שחיקה גלגל
- עוטפים את גלגל שחיקה (בקוטר 55 מ"מ, 13 מ"מ עובי) עם נייר חול (100 חצץ חדש).
- דוּגמָה
- דגימה היא צירוף המכיל nanomaterial עבור בדיקה שחיקה. כדי מותקן מַגרֵד, הדגימה צריכה להיות שנינות מוכנהh 140 מ"מ קוטר.
- תָא
- השתמש נירוסטה עבור קירות החדר כדי למנוע בתצהיר החלקיקים בשל הכוח האלקטרוסטטי. מניחים את מַגרֵד בתוך החדר (נפח 1 מ '3) (טבלה 1), ולאתר את כניסת האוויר ו לשקע בחלק העליון והתחתון של החדר, בהתאמה. במיקסר, מורכב משלושה לוחות מחוררים, במוצא האוויר להשיג זרימת חלקיקים מעורבבת באופן אחיד.
- מנטרל
- כחלקיקים לשפר בתצהיר חלקיקי אלקטרו-סטטי מחויב על הקירות בתא, להשתמש מנטרל (ionizer רנטגן הרך) כדי למזער את המדינה הטעונה של החלקיקים.
- מכשירי מדידה באינטרנט 12, 13
- השתמש לקליק ו OPC למדוד את ריכוז מספר החלקיקים והפצה גודל החלקיקים לפי הוראות היצרן.
- התקן את לקליק ו OPC על outlet של החדר כדי למדוד את ריכוז מספר חלקיקים והפצת גודל חלקיקים.
- מכשירי דגימת חלקיקים
- בואו לטעום את החלקיקים שפורסמו באמצעות סמפלר חלקיקי תקשורת מסננת המכילה או רשת TEM לנתח את מורפולוגיה החלקיקים ורכיבים.
- התקן את סמפלר חלקיקי תקשורת מסננת המכילה או רשת TEM במוצא של החדר כדי לנתח את המורפולוגיה של חלקיקי השחרור.
2. שחיקה מבחן לשחרור Nanoparticle שימוש מערכת הקאמרית
הערה: תנאי בדיקת שחיקה מתוארים בטבלה 2.
- אתר את מַגרֵד במרכז החדר.
- התקן את דגימת הבדיקה על במת סיבוב דגימה של מַגרֵד.
- אבטח את הגלגלים שחיקה במחזיקי גלגל שחיקה עם משקל 1,000 גרם להחיל עומס הדגימה במבחן.
- אתר את המנטרל (ionizer רנטגן הרך)28 סנטימטר מהמרכז של הדגימה במבחן בזווית של 45 מעלות, כפי שניתן לראות באיור 2, כדי להפחית את בתצהיר חלקיקי אלקטרו-סטטי על הקירות בתא.
הערה: המנטרל מסיר את הכח האלקטרוסטטי כתוצאה מהחשיפה קורית. עם זאת, מאז גלגלי כניסת שחיקה אוויר ממוקמים מעל במת סיבוב דגימה, זה מגביל את הגישה של הקרן מנטרל אל פני השטח של הדגימה במבחן. לכן, המנטרל ממוקם באלכסון כדי לאפשר את הקורה כדי להגיע כמה שיותר משטח הדגימה ככל האפשר. - הפעל את המפוח המותקן במוצא של החדר בקצב זרימת 50 ליטר / דקה.
- אספקה 25 L / min אוויר השעיה נוסף ללא חלקיקים באמצעות מדחס אוויר דרך כניסת אוויר הנוספת.
הערה: החלקיקים, אשר מופקים על ידי שחיקה, הופקדו על פני שטח של גלגלי הדגימה שחיקה, בחום. לכן, קשה למדוד את החלקיקים abrased. כניסת האוויר הנוספת ניתן הלp כדי לפתור את הבעיה הזו להשעייה חלקיקים. - בדוק את ריכוז מספר החלקיקים רקע בתוך החדר להגיע ריכוז מספר החלקיקים הממוצע של 1 ש 'של מתחת ל -1 # / סמ"ק באמצעות לקליק, כמתואר באיור 4.
- הפעל את במת דגימת הסיבוב של מַגרֵד באמצעות מנוע צעד שמסתובב במת סיבוב הדגימה ב 72 סל"ד עם 1,000 סיבובים.
- מדוד ורשום את חלוקת ריכוז וגודל החלקיקים מספר החלקיקים שוחרר באמצעות לקליק ו OPC.
הערה: החלקיקים שוחררו מן nanocomposites מושעה ונשאה ידי באוויר, כי הוא נשאב. חלקיקים מרחפים אלו בסופו של דבר מועברים לשקע בעקבות זרם הרוח. החלקיקים שוחרר אז מזוהים על ידי לקליק ו OPC במוצא של החדר. עלות לקליק OPC משמשים לרוב למדידת ריכוז מספר החלקיקים, בעוד OPC יכול גם למדוד את התפלגות גודל החלקיקים. - SAMPle החלקיקים שוחררו באמצעות סמפלר חלקיק המכיל תקשורת מסננת או רשת TEM.
הערה: החלקיקים שוחררו מבית nanocomposites ידי מהלך שחיקה לשקע של החדר בעקבות זרם הרוח. במוצא של החדר, את החלקיקים שפורסמו ניתן לדגום באמצעות סמפלר חלקיקים. החלקיקים שוחרר שנאספו על אמצעי הסינון או רשת TEM לאחר מכן ניתן לנתח באמצעות TEM או SEM (מיקרוסקופ אלקטרונים סורק). - עצור את מדידת דגימה כאשר ריכוז מספר החלקיקים מגיע מתחת 0.1% של ריכוז מספר חלקיקי שיא.
- שמור את כל הנתונים (CPC, OPC) ולהסיר את כל הדגימות (דגימות בדיקה).
- השתמש דגימה חדשה וגלגלי שחיקה חדשים עבור כל בדיקה, ולשטוף את קאמרית מַגרֵד עם kimwipes ו IPA (אלכוהול iso-propyl) אחרי כל בדיקת שחיקה כדי לאשר דירות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
שחיקיתי מבחן נשנה שימוש מערכת קאמרית
המספרים החלקיקים הכולל תאמו עבור 8 בדיקות שחיקה, כפי שמוצג בטבלה 3. המחיר לקליק נמדד בממוצע 3.67 x10 9 חלקיקים, בעוד OPC נספר ממוצע של 1.98 x 10 9 חלקיקים (> 0.3 מיקרומטר). הסטיות היו בתוך 20%, אשר ייצגו שחרור עקבי של חלקיקים במהלך שחיקה.
Nanorelease מ nanocomposite
כפי שניתן לראות בתרשים 5, Nanocomposites המכיל CNTs (צינורות פחמן) 0% ו -2% הראו עיגול 40 מ"מ ממרכז לאחר שחיקה. לאחר שחיקה, דגימות הבדיקה המקוריות אבדו כ 0.6 גרם (1.56%) (לוח 4). Nanocomposite המכיל CNTs שוחרר tha חלקיקים 12.6% יותרn מורכב שליטה, כפי שמוצג בטבלה 5. חלקיקים מיקרומטר מספר נדגמו על המסנן, בעוד רשת TEM שימש לדגום חלקיקים ננומטריים. רוב החלקיקים נקרעו חלקיקים עקב שחיקה, ו FE-SEM (מיקרוסקופ אלקטרוני סורק פליטת שדה) עולה כי אין מבני CNT חינם מן nanocomposite המכיל 2 CNTs% בדגימות המסננות (איור 6) או דוגמאות סמפלר חלקיקים מיניות לאחר שחיקה ( איור 7).
איור 1. Nanorelease מבחן קאמרי תצורה. נתון זה מראה את התצורה של מערכת חדר הבדיקה שחיקה, ואת המפרטים הקאמריים מוצגים בלוח 1. כדי לספק בחלקיקים ללא לתא, מסנן פחם הוכנס כניסת האוויר אוויר נדן יבוא, תוך מערבל, המורכב משלושה Perfצלחות צטטו, הותקנו שקע להשיג זרימת חלקיקים מעורבבת באופן אחיד. עבור זרימת אוויר בחדר, מד זרימת פתח מפוח הותקנו בסוף המשקע. מונה חלקיקי עיבוי (CPC) ואת מונה חלקיקים אופטי (OPC) הותקנו במורד זרם של המערבל למדוד את ריכוז מספר חלקיקים והפצת גודל חלקיקים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2. המיקום של מנטרל ו מַגרֵד. חלקיקים הנוצרים על ידי חיכוך של שני חומרים שונים יחויב מאוד. לכן, כדי להפחית את החלקיקים הטעונים, מנטרל (ionizer רנטגן הרך) הותקן. המפרט של המנטרל מוצג במוסף 1. לנטרל r (ionizer רנטגן רכה) היה ממוקם במרחק של 28 ס"מ ממרכז הדגימה במבחן בזווית של 45 מעלות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. תצורה של כניסת אוויר נוספת:. (א) מבט מלפנים (ב) מבט מלמעלה למבחן שחיקה, את מַגרֵד היה ממוקם במרכז של החדר. כדי לספק השעיה טובה יותר עבור חלקיקי abrased שוחררו מן דגימת הבדיקה, זרימת אוויר נוספת מסופקת באמצעות צינור 1/8 "ממוקם 15 מ"מ מעל ל -40 מ"מ מהמרכז של הדגימה במבחן. אנא לחץ כאן כדי להציג גדול גרסה של נתון זה.
e = "1"> 
הליך בדיקת איור 4. שחיקה. לפני הניסוי העיקרי, המכשירים דגימות בדיקה היו מוכנים. ערכי הרקע הקאמריים, כגון VOC, אוזון, ואבק, נבדקו, ולאחר מכן את מַגרֵד עם דגימת הבדיקה המנטרלת הונחו בתא. עבור המבחן העיקרי, המחאה אפס בוצעה בשלב המתנה ידי הפעלת והפסקת שחיקה. דגימה בוצעה לאורך כל הבדיקה שחיקה. לאחר הסרת דגימת הבדיקה, התא הוכן עבור בדיקת הדגימה הבאה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5. שינוי אופייני בריכוז מספר חלקיקים במהלך הבדיקה שחיקה. </ strong> (א) מנטרל את; (ב) מנטרל על. נתון זה מראה את השינוי הטיפוסי בריכוז מספר החלקיקים במהלך הבדיקה שחיקה. במהלך שחיקה, ריכוז מספר החלקיקים גדל, בעוד לאחר שחיקה, ריכוז מספר החלקיקים ירד. (א) הוא המצב המנטרל פעמי, ו- (ב) הוא מנטרל-על מצב. באיזה מצב מנטרל-על, ריכוז מספר החלקיקים היה גבוה יותר מאשר במצב מנוחה. הסיבה לכך היא המנטרל יכול להקטין את הפסד קיר חלקיקים ידי למזער את המדינה הטעונה של החלקיקים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 6. Nanocomposites המכיל 0 CNTs% ו -2% CNTs. > (A & B) לא מכיל CNTs; (C & D) המכיל CNTs; (A & C) לפני שחיקה; (B & D) לאחר שחיקה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
חלקיקי איור 7. שנדגמו על אמצעי סינון. החלקיקים שוחררו מן מרוכבים באמצעות שחיקה נדגמו על המסנן ונותחו על ידי FE-SEM. רוב החלקיקים נקרעו חלקיקים עקב שחיקה, ולא מבני CNT חינם נצפו. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
o: keep-together.within-page = "1"> 
חלקיקי איור 8. שנדגמו על רשת TEM. החלקיקים שוחררו מן nanocomposite ידי שחיקה נדגמו על רשת TEM ונותחו על ידי FE-SEM. רוב החלקיקים נקרעו חלקיקים עקב שחיקה, ולא מבני CNT חינם נצפו. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
| ממדים | 1,000 מ"מ x 1,000 מ"מ x 1,000 מ"מ (1 מ 3), נירוסטה |
| מפוח (עם פילטר HEPA) | 200 מ"מ x 200 מ"מ x 200 מ"מ, 909 W |
| חיישן לחץ | Magnehelic, 0 ~ 100 MMH 2 O |
| מסנן (צינור כניסה לתא) | 320 מ"מ x 320 מ"מ x 400 מ"מ, פילטר HEPA |
| פחם (צינור כניסה לתא) | Dia. 90 מ"מ x 260 מ"מ |
טבלת 1. מפרטי לשכת בקרה ומדידת שחיקה. HEPA, אוויר חלקיקי יעילות גבוהה.
| תָא | אוורור | 50 LPM |
| מַגרֵד | בדיקת דגימה | ⌀140 מ"מ, 3 מ"מ עובי |
| הגלגלים שחיקה | נייר חול (100 חצץ) (חדש) | |
| רוֹטַציָה | 72 סל"ד, 1,000 סיבובים | |
| קצב זרימת אוויר נוסף (להשעיה החלקיקים) | 25 LPM | |
| מנטרל (ionizer רנטגן רכה) | מקום | 45 מעלות, 28 ס"מ (ממרכז בדיקת הדגימה) |
טבלה 2. תנאי בדיקת שחיקה. LPM, ליטר לדקה; סל"ד, מהפך לדקה.
| א לקליק (מונה החלקיקים עיבוי) | ||||
| מספר החלקיקים סה"כ [# / סמ"ק] | ||||
| נתונים (x10 9) | ממוצע ± סטיית תקן (x10 9) | + 20% (x10 9) | -20% (X10 9) | |
| מבחן # 1 | 2.86 | 3.67 ± 0.7 | 4.40 | 2.94 |
| מבחן # 2 | 2.61 | |||
| מבחן # 3 | 3.50 | |||
| מבחן # 4 | 4.25 | |||
| מבחן # 5 | 3.87 | |||
| מבחן # 6 | 4.66 | |||
| מבחן # 7 | 3.47 | |||
| מבחן # 8 | 4.17 | |||
| ב OPC (מונה חלקיקים אופטי) | ||||
| מספר החלקיקים סה"כ [# / סמ"ק] | ||||
| נתונים (x10 9) | ממוצע ± סטיית תקן (x10 9) | + 20% (x10 9) | -20% (X10 9) | |
| מבחן # 1 | 1.56 | 1.98 ± 0.28 | 2.38 | 1.58 |
| מבחן # 2 | 1.81 | |||
| מבחן # 3 | 1.82 | |||
| מבחן # 4 | 2.12 | |||
| מבחן # 5 | 2.05 | |||
| מבחן # 6 | 2.47 | |||
| מבחן # 7 | 1.86 | |||
| מבחן # 8 | 2.15 | |||
לוח 3. מספר החלקיקים סה"כ נמדד באמצעות לקליק ו OPC ב 8 בדיקות שחיקה. הנתונים מוצגים כפי תוחלת וסטיית תקן של 8 בדיקות.
| לפני (ז) | לאחר (ז) | הרזיה (ז) = לפני - אחרי | ירידה במשקל, % | |
| CNT (0%) | 38.6074 | 38.0032 | .6042 | 1.56 |
| CNT (2%) | 39.5159 | 38.9001 | .6158 | 1.56 |
שינויים במשקל טבלה 4. עבור דגימות nanocomposite המכיל CNTs לפני ואחרי שחיקה.
| מספר החלקיקים סה"כ (# / סמ"ק) | ההבדל (# / סמ"ק) = (# של החלקיקים CNT 2%) - (# של החלקיקים CNT 0%) | |||
| לקליק (x 10 6) | OPC (x 10 6) | לקליק (x 10 6) | OPC (x 10 5) | |
| CNT (0%) | 8.74 | 8.37 | 1.26 (12.6%) | 1.6 (1.9%) |
| CNT (2%) | 10 | 8.53 | ||
לוח 5: מספר חלקיקים סה"כ שוחרר מבית nanocomposites לאחר בדיקה שחיקה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
השלבים הקריטיים ביותר כאשר הם מבצעים את בדיקת nanorelease מחומרי nanocomposite באמצעות בדיקה שחיקה היו: 1) באמצעות מערכת תא עשויה נירוסטה עם מנטרל להסיר את המטען אלקטרוסטטי שנוצר על ידי שחיקה ולהפחית את בתצהיר של חלקיקים על הקירות בתא; 2) אספקת אוויר נוסף כדי לספק השעית חלקיקים טובה יותר; ו -3) דגימת החלקיקים שוחררו והניטור באינטרנט באמצעות לקליק ו OPC המשקע שהכיל מערבל מורכב משלושה לוחות מחוררים.
הבוחן שחיקה תוכנן במקור כדי להעריך שחיקה מבוסס על ISO 7784-1 או ISO 5470-1 14-15. בודקי שחיקה נמצאים כיום בשימוש נרחב כדי לדמות תהליכי מלטש וללמוד את ההתנגדויות שחיקה של חומרים וציפויים, ושיטות שחיקה כגון שונו לבחון שחרור ננו-חלקיקים מחומרים nanocomposite 9-11. מבחן שחיקה הוא גם אחתסימולצית גישות כלולה באיחוד האירופי NanoReg 2. עם זאת, ביצוע בדיקת שחיקה לחומרי nanocomposite דורש שחרור ננו-חלקיקים עקבי, וזה קשה בשל חלקיקים טעינה כתוצאת שחיקה כאשר דגימת החלקיקים מתנהלת ליד נקודת הפליטה. לכן, התא המוצע הגדרת מבחן שחיקה פותר את הבעיות הללו על ידי נטרול חלקיקי הדגימה למטה-זרם של יציאה מהתא המכילה מערבל, ובכך להשיג שחרור חלקיק עקבי דגימות nanocomposite.
ניסיונות אחדים כבר נעשו כדי לזהות CNTs חופשית המשוחררת מחומרים nanocomposite. לדוגמא, nanocomposites מבוסס אפוקסי המכיל CNTs נבדק לשחרור צינורות פחמן באמצעות תהליך שחיקה. כתוצאה מכך, מיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים (TEM) תצפית הצביעה על הפליטה שעמד חופשיים CNTs ו agglomerates הבודדים במהלך שחיקה 16 17. בינתיים, מחקר אחר nanocomposite CNT-אפוקסי הראה כי החלקיקים הנוצרים במהלך מלטש היו בעיקר חלקיקים בגודל מיקרון עם בולטות CNTs ולא CNTs חינם 18. המחקר הנוכחי של שחיקת nanocomposite גם לא מצא דור CNTs חינם כאשר הערכה על ידי מיקרוסקופי אלקטרונים נרחבים. יחד עם זאת, המבנים הנפלטים CNT ישתנו בהתאם בגורמים רבים, כגון תהליך מכני, השיטה של ייצור nanocomposite, מגוון רחב של תכנים CNT ו CNT ב מורכב, ושרף.
מערכת קאמרית כבר נעשה שימוש כדי להעריך את nanorelease ממוצרים אחרים המכילים ננו. לדוגמה, כדי להעריך את הסיכון של ננו כסףחשיפת חלקיקי תרסיסים אנטיבקטריאלי המכילים חלקיקי כסף, תא שמש בהצלחה לדמות חשיפת חלקיקי כסף 7. בנוסף, כדי להתגבר על הקשיים כרוכים עם עורכי בדיקות הערכת חשיפה במקום העבודה, מחקרי סימולציה נערכו בתא כדי להעריך את מידת חשיפת כסף ננו-חלקיקים כשעובדים עם מכשירים אלקטרוניים מודפסים בדיו nanosilver. במקרה זה, מערכת תא המכילה מכשיר אלקטרוני מודפס וכל מכשירי הדגימה מתוארים במאמר זה הוצגה להיות יעיל עבור מחקרי הערכת חשיפת nanoparticle כסף סימולציה 8. לפיכך, פרוטוקול השיטה קאמרית המוצע אינו מוגבל רק בדיקות שחיקה, אבל יכול לחול גם על מחקרי סימולציה אחרים לזהות שחרור ננו-חלקיקים ממוצרים צריכים המכילים ננו או nanocomposites.
לכן, כאשר הם נלקחים ביחד, בפרוטוקול המוצע באמצעותניתן להשתמש במערכת תא כדי להעריך את הבטיחות של מוצרים סופיים המכילים ננו ידי הדמיה של תהליכי הטיפול וייצור של מוצרים רבים המכילים ננו. בפרט, התוצאות העקביות מהמערכת הקאמרית המוצעת תנאי שחרור חלקיקי ממוצרים תתרומנה ביצוע הערכת הסיכון של חשיפת ננו שוחרר ממוצרים. הכוונה בעתיד היא לתקנן פרוטוקול זה עם יישום מורחב nanocomposites האחר או מוצרים סופיים המכילים ננו כדי לאפיין חשיפה אנושית ואת הסביבה באמצעות מחזור חי nanomaterial ולספק כלי הערכת סיכונים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Foamex | Taeyoung, R. of Korea | ||
| MWCNT (multiwalled carbon nanotube) composite | Hanwha, Incheon, R. of Korea | 2% MWCNTs in low density polyethylene | |
| Abrasion Paper | Derfos, R. of Korea | #100 | 100 grit sand paper |
| Condensation Particle Counter (CPC) | TSI Inc, Shoreview, MN | UCPC 3775 | |
| Optical Paritcle Counter (OPC) | Grimm, Ainring, Germany | 1.109 | |
| Mini Particle Sampler | Ecomesure, Saclay, France | ||
| Quantifoil Holey Carbon Film | TED PELLA Inc. USA | 1.2/1.3 | |
| Filter Holder | custom made | ||
| Polycarbonate Filter | Millipore, USA | CAT No. GTTP02500 | |
| Soft X-ray Ionizer (Neutralizer) | SUNJE, R. of Korea | SXN-05U | |
| Field Emission-Scanning Electron Microscope (FE-SEM) | Hitachi | S-4300 |
References
- Froggett, S. J., Clancy, S. F., Boverhof, D. R., Canady, R. A. A review and perspectives of existing research on the release of nanomaterials from solid nanocomposites. Part Fibre Toxicol. 11, (2014).
- Nanoreg. , http://nanoreg.eu/images/2015_09_21_NANoREG_Factsheet_D3.3.pdf (2015).
- ILSI (International Life Science Institute) Nanorelease. , http://www.ilsi.org/ResearchFoundation/RSIA/Pages/NanoRelease1.aspx (2014).
- Kingston, C., Zepp, R., Andrady, A., Boverhof, D., Fehir, R., Hawkins, D. Release characteristics of selected carbon nanotube polymer composites. Carbon. 68, 33-57 (2014).
- Kaiser, D., Stefaniak, A., Scott, K., Nguyen, T., Schutz, J. Methods for the Measurement of Release of MWCNTs from MWCNT-Polymer Composites, NIST. , (2014).
- Nowack, B., David, R. M., Fissan, H., Morris, H., Shatkin, J. A., Stintz, M. Potential release scenarios for carbon nanotubes used in composites. Environ. Int. 59, 1-11 (2013).
- Kim, E., Lee, J. H., Kim, J. K., Lee, G. H., Ahn, K., Park, J. D. Case Study on Risk Evaluation of Silver Nanoparticle Exposure from Antibacterial Sprays Containing Silver Nanoparticles. J of Nanomaterial. , 346586 (2015).
- Kim, E., Lee, J. H., Kim, J. K., Lee, G. H., Ahn, K., Park, J. D. Case study on risk evaluation of printed electronics using nanosilver ink. Nano Convergence. , (2016).
- Vorbau, M., Hillemann, L., Stintz, M. Method for the characterization of the abrasion induced nanoparticle release into air from surface coatings. J. Aerosol Sci. 40, 209-217 (2009).
- Golanski, L., Gaborieau, A., Guiot, A., Uzu, G., Chatenet, J., Tardif, F. Characterization of abrasion-induced nanoparticle release from paints into liquids and air. J. Phys. Conf. Ser. 304, 012062 (2011).
- Wohlleben, W., Brill, S., Meier, M. W., Mertler, M., Cox, G., Hirth, S. On the lifecycle of nanocomposites: Comparing released fragments and their in-vivo hazards from three release mechanisms and four nanocomposites. Small. 7, 2384-2395 (2011).
- ECMA-328, Determination of Chemical Emission Rates from Electronic Equipment. , ECMA International. Geneva, Switzerland. Available from http://www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/Ecma-328.pdf (2013).
- SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) 4771A, New Standard: Test Method for Equipment Fan Filter Unit (EFFU) Particle Removal. , SEMI. San Jose, CA. available at http://downloads.semi.org/web/wstdsbal.nsf/de4d7939711aeedf8825753e0078317f/70256fe63dab49de8825788e0001d374/$FILE/4771A.pdf (2013).
- ISO 7784-1, Paints and varnishes -- Determination of resistance to abrasion -- Part 1: Rotating abrasive-paper-covered wheel method. , International Organization for Standardization. Geneva, Switzerland. (1997).
- ISO 5470-1, Rubber- or plastics-coated fabrics -- Determination of abrasion resistance -- Part 1: Taber abrader. , International Organization for Standardization. Geneva, Switzerland. (1999).
- Schlagenhauf, L., Chu, B. T. T., Buha, J., Nüsch, F., Wang, J. Release of carbon nanotubes from an epoxy-based nanocomposites during an abrasion process. Enviorn. Sci. Tech. 46, 7366-7372 (2012).
- Bello, D., Wardle, B. L., Yamamoto, N., deVilloria, R. G., Garcia, E. J., Hart, A. J. Exposure to nanoscale particles and fibers during machining of hybrid advanced composites containing carbon nanotubes. J. Nanopart. Res. 11, 231-249 (2009).
- Cena, L. G., Peters, T. M. Characterization and control of airborne particles emitted during production of epoxy/carbon nanotube nanocomposites. J. Occup. Environ. Hyg. 8, 86-92 (2011).
