Name: a system to create stable nanoparticle aerosols from nanopowders
Uploaded: 2016-07-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 59 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders at JoVE.com

The authors are grateful for the financial support given to this study by EU FP7 project ``Managing Risks of Nanomaterials`` (MARINA) (grant agreement no: 263215).

1. הכנת מערכת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקפד להשתמש צינורות הובלת חלקיק חדשים או גם ניקו ומחברים להרכיב את המערכת. ודא כי קירות החדר שבו מנקים את החלקיקים חינם (עיין שיטות ניקוי בסוף לפרוטוקול). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להסיר חלקיקי רקע פוטנציאל, להתחבר זרימת אוויר יבשה מסוננת (5-10 ליטר / דקה) ישירות לתא הערבוב (מבלי להתקין את המשפך בין עמדות A ו- B באיור 1), 30 דקות לפחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד את ריכוז מספר החלקיקים בתא המדידה באמצעות SMPS על פי פרוטוקול של היצרן. אם הריכוז הוא מתחת ל -10 # / ס&quot;מ 3 לאחר שלוש סריקות, ואז לחשוב על הסביבה נקייה. ראוי לציין, כי קצב הזרימה עשוי להאט כאשר מודדים באמצעות SMPS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור את זרימת האוויר ולסגור את שקעי דגימת הצינור ולשקע צינור יציאה עם פקק פלסטיק או גומי (מיקום ג ב Figure 1) כדי למנוע חלקיקי סביבה מלהיכנס למערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להכין לחמם את מכשירי מדידה (SMPS ו OPC) ו דוגמי חלקיקי ניתוח מיקרוסקופי. </li></ol> 2. הכנת חומר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חומרי בדיקת חנות בסביבה מבוקרת היטב ביחס טמפרטורה ולחות. זה מאוד חשוב להבטחת תוצאות דיר בניסויי מעקב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את האבקה בזהירות באמצעות איזון אנליטית או דיוק גבוה איזון, בחלל מאוורר היטב (למשל, מכסה מנוע מעבדה). הערה: משקולות של 250-500 מ&quot;ג 2 Tio, SiO 2, ZnO ואבקות nanoparticle מנכ&quot;ל 2 נבדקו, ואלה הוכיחו בדרך כלל להספיק לפחות 30 דקות של aerosolization יציבה. עם זאת, הסכום המתאים מאוד תלוי בסוג האבקה עשוי להשתנות באופן משמעותי עבור חומרי מלט בתפזורת או אבקות אורגניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את מחולל אירוסול אנכיly, ולהאכיל את האבקה מן הפתח העליון של מחולל אירוסול באמצעות משפך מעבדה ניקה כראוי. לפני הניסוי, יש לשטוף את המשפך עם מים ולייבש על ידי אוויר מסונן, כדי להסיר כל אבק בתצהיר על הקיר הפנימי. לטפוח בעדינות את המשפך כדי להבטיח את כל חלקיקי האבקה מוזנים לתוך התהליך. אין לטלטל את המשפך קשה על מנת למנוע אובדן משמעותי של החומר aerosolization מוקדם. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא כי הרוב המכריע של חלקיקי אבקת להגיע לתחתית של הגנרטור, ולא ליפול על קירות משופעים שמסביב. לטפוח בעדינות את הקירות הצדדיים של הגנרטור להעביר חלקיקי אבקה מופקדים עד לתחתית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחלופין, להשתמש משפך ארוך כי מופקד ישירות חלקיקי האבקה בתחתית של הגנרטור. מטעמי בטיחות, יש לבצע פעולות אלה תחת מכסה המנוע אוורור או בתוך חדר לחץ שלילי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כחומר unsticky עלול להחליק דרך הפתח בתחתיתשל הגנרטור, להשתמש במחט בקוטר 2 מ&quot;מ לחסימת הפתיחה זמני לפני האכלה ב האבקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המשפך ולסגור את הפתחים העליונים והתחתונים של הגנרטור כדי למנוע פליטת החלקיקים במהלך ההעברה. </li></ol> Aerosolization 3. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את מחולל אירוסול, להסיר את אבני על צינורות הכניסה והיציאה אל המשפך, להתחבר התחתונה שלה לאספקת אוויר מסונן ויציאה העליון שלה לתא ערבוב (עמדות A ו- B בהתאמה באיור 1), וצרף אותו אנכית עם פיגום מתכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סור בלוקים על יציאת ההתקנה (מיקום ג באיור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את זרימת aerosolization. לאט להגביר את הקצב בין 0 ל 0.3-0.5 L / min באמצעות מקלט הזרימה. אין לעבור ספיקה גבוהה מהר מדי-המטרה היא להגיע בקצב זרימה שיכול לספק דור תרסיס יציב במשך 30 דקות לפחות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להשיג זאת,לא צורך כמות אבקה משמעותית בתקופה זו של aerosolization היציבה. בתור כלל אמפירי, השתמש לגובה מרחפת-מיטה של כ 1 סנטימטר (כונה על ידי H באיור 1) להפקת תזרים אירוסול חזק תוך שמירה על ריכוז יציב לאורך תקופה ארוכה יחסית. אם האנרגיה לשים לתוך תהליך aerosolization חזק מדי אז החומר ישמש במהירות, שלא לקיים דור תרסיס יציב במהלך שאר הניסוי. ראוי לציין, כי טווח קצב הזרימה יכול להשתנות עבור אבקות שונות; הערכים שהוזכרו לעיל שימשו nanopowders הנ&quot;ל נבדק. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את זרימת הדילול. לאט לאט להגביר את הריבית מ 0 כדי 2 ליטר / דקה. תזרים דילול הכל צורך נקבע על ידי ציוד הדגימה. SMPS, OPC, ואת משמש מיני סמפלר במערכת המוצגת כאן דורשים זרימה כוללת של 1.6-1.8 ליטר / דקה. </li></ol> אפיון 4. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל אתהמדידה באינטרנט מכשירים בו זמנית (כאן, SMPS ו OPC) ברגע aerosolization ותזרימי דילולים מוצגים. הערה: אם מדינה יציבה של aerosolization מושגת, ריכוז מספר החלקיקים אירוסול ואת התפלגות הגודל צריך להיות יציבים לאחר כ -30 דקות. השתמשו בשיטת מדידה החל מנקודת זמן זו עבור השוואה של מאפייני אירוסול בתנאים שונים (למשל, לחות) ושימוש אבקות שונות. לנתח את התוצאות של 10 סריקות SMPS ברציפות לחשב ריכוזים ממוצעים הפצות גודל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר aerosolization יציב, להפעיל את המשאבה מחוברת סמפלר TEM להתחיל לדגום חלקיקים הנישאים באוויר. השתמש קצב זרימה של 0.3 ליטר / דקה, תוך שימוש ברשת TEM מצופית סרט פחמן מחורר. הסרט הדק על הרשת עלול להינזק אם קצב הזרימה הוא גבוה מדי. מידע מפורט על השימוש סמפלר זמין 21. בדרך כלל, תהליך הדגימה נמשך abמתוך 3 דק &#39;. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שן את משך הדגימה פי ריכוזי החלקיקים השונים והמחירים משוערים ידי שוקל כיסוי שטח מתון של רשת TEM ידי בתצהיר חלקיק (למשל, 50%). תצהירים עבים עלולים לשנות מורפולוגיה חלקיקים בשל למסכת באתר. </li></ol></li></ol> 5. פעולות פוסט-דגימה וניקוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שסיים את המידות, לכבות את זרימת דילול ואז זרימת aerosolization. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתק את מחולל אירוסול מהמערכת, לחסום פתחים בחלק העליון והתחתון שלה, ולהעביר אותו למרחב ניקוי. נקה במתקן ניקוי מאוורר היטב או חלל סגור, במיוחד אם טופלו בחומרים מסוכנים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפזר שאריות אבקה עם ממסי מים או אורגניים, תלוי hydrophilicity של החלקיקים לפני השטח. יוצקים את הפתרון מחוץ למיכלים כימיים מיחזור בטוח. לאחר ניסויים ארוכים, אבקות מבחן נוטות STICk בחוזקה בתוך קיר הזכוכית אינו נמס בקלות. אם זה להתרחש, השתמש חומצות או בסיסים יחד עם שואב קולי לפזר חומרים דביקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מנת להסיר כל תוכן לחות שנשאר על הקיר כדי ביסודיות לייבש את החלק הפנימי של גנרטור, לעבור אוויר יבש דרכו במשך שעה 1 לפחות. ודא שלא תהיינה בכלל להבות או מקורות הצתה כשעובדים עם ממסים אורגניים, וכן להבטיח אוורור טוב של המרחב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צינורות ומחברים תחבורה החלקיקים נתק. יש לשטוף אותם עם מים או ממיסים. נגב את הקירות הפנימיים של תאי ערבוב ומדידה עם רקמה או בד נייר רטוב. לייבש אותם בשטח פתוח לפחות יום או עם זרימת אוויר יבש למשך שעה 1 לפני הניסוי הבא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באופן קבוע לנקות את impactor SMPS (אם משתמשים בו). </li></ol>

<ol>
	<li>Devaprakasam, D., Hatton, P. V., M&#246;bus, G., Inkson, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+microstructure+of+nano-+and+micro-particle+filled+polymer+composites+on+their+tribo-mechanical+performance.">Effect of microstructure of nano- and micro-particle filled polymer composites on their tribo-mechanical performance.</a> J. Phys. Conf. Ser. 126, 012057 (2008).</li><li>Mukhopadhyay, A., Basu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consolidation-microstructure-property+relationships+in+bulk+nanoceramics+and+ceramic+nanocomposites:+a+review.">Consolidation-microstructure-property relationships in bulk nanoceramics and ceramic nanocomposites: a review.</a> Int. Mat. Rev. 52, 257-288 (2007).</li><li>Svintsitskiy, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+cupric+oxide+nanopowders+as+efficient+catalysts+for+low-temperature+CO+oxidation.">Study of cupric oxide nanopowders as efficient catalysts for low-temperature CO oxidation.</a> J. Mol. Catal. A: Chemical. 368-369, 95-106 (2013).</li><li>Schmid, K., Riediker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+nanoparticles+in+Swiss+Industry:+a+targeted+survey.">Use of nanoparticles in Swiss Industry: a targeted survey.</a> Environ. Sci. Technol. 42, 2253-2260 (2008).</li><li>Bello, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+exposure+levels+during+CVD+growth+and+subsequent+handling+of+vertically-aligned+carbon+nanotube+films.">Particle exposure levels during CVD growth and subsequent handling of vertically-aligned carbon nanotube films.</a> Carbon. 46, 974-977 (2008).</li><li>Brouwer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exposure+to+manufactured+nanoparticles+in+different+workplaces.">Exposure to manufactured nanoparticles in different workplaces.</a> Toxicol. 269, 120-127 (2010).</li><li>Demou, E., Peter, P., Hellweg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exposure+to+Manufactured+Nanostructured+Particles+in+an+Industrial+Pilot.">Exposure to Manufactured Nanostructured Particles in an Industrial Pilot.</a> Ann. Occup. Hyg. 52, 695-706 (2008).</li><li>Kuhlbusch, T., Asbach, C., Fissan, H., Gohler, D., Stintz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+exposure+at+nanotechnology+workplaces:+A+review.">Nanoparticle exposure at nanotechnology workplaces: A review.</a> Part. Fib. Toxicol. 8, 22 (2011).</li><li>Castranova, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overview+of+current+toxicological+knowledge+of+engineered+nanoparticles.">Overview of current toxicological knowledge of engineered nanoparticles.</a> J. Occup. Environ. Med. / American College of Occupational and Environmental Medicine. 53, 14-17 (2011).</li><li>Fukui, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Association+of+zinc+ion+release+and+oxidative+stress+induced+by+intratracheal+instillation+of+ZnO+nanoparticles+to+rat+lung.">Association of zinc ion release and oxidative stress induced by intratracheal instillation of ZnO nanoparticles to rat lung.</a> Chem.-Biol. Interact. 198, 29-37 (2012).</li><li>Lewinski, N., Colvin, V., Drezek, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytotoxicity+of+Nanoparticles.">Cytotoxicity of Nanoparticles.</a> Small. 4, 26-49 (2008).</li><li>Kreyling, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Translocation+of+ultrafine+insoluble+iridium+particles+from+lung+epithelium+to+extrapulmonary+organs+is+size+dependent+but+very+low.">Translocation of ultrafine insoluble iridium particles from lung epithelium to extrapulmonary organs is size dependent but very low.</a> J. Toxicol. Environ. Health. 65, 1513-1530 (2002).</li><li>Verlag, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> European Norm 15051, Workplace exposure-measurement of the dustiness of bulk materials. , (2014).</li><li>Breum, N. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+rotating+drum+dustiness+tester:+Variability+in+dustiness+in+relation+to+sample+mass,+testing+time,+and+surface.">The rotating drum dustiness tester: Variability in dustiness in relation to sample mass, testing time, and surface.</a> Ann. Occup. Hyg. 43, 557-566 (1999).</li><li>Tsai, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dustiness+test+of+nanopowders+using+a+standard+rotating+drum+with+a+modified+sampling+train.">Dustiness test of nanopowders using a standard rotating drum with a modified sampling train.</a> J Nanopart Res. 11, 121-131 (2009).</li><li>Bach, S., Schmidt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determining+the+Dustiness+of+Powders-A+Comparison+of+three+Measuring+Devices.">Determining the Dustiness of Powders-A Comparison of three Measuring Devices.</a> Ann. Occup. Hyg. 52, 717-725 (2008).</li><li>Schneider, T., Jensen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+Single-Drop+and+Rotating+Drum+Dustiness+Test+of+Fine+to+Nanosize+Powders+Using+a+Small+Drum.">Combined Single-Drop and Rotating Drum Dustiness Test of Fine to Nanosize Powders Using a Small Drum.</a> Ann. Occup. Hyg. 52, 23-34 (2008).</li><li>Morgeneyer, M., Le Bihan, O., Ustache, A., Aguerre-Chariol, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+the+aerosolization+of+fine+alumina+particles+from+bulk+by+a+vortex+shaker.">Experimental study of the aerosolization of fine alumina particles from bulk by a vortex shaker.</a> Powd. Technol. 246, 583-589 (2013).</li><li>Ding, Y., Riediker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+system+to+assess+the+stability+of+airborne+nanoparticle+agglomerates+under+aerodynamic+shear.">A system to assess the stability of airborne nanoparticle agglomerates under aerodynamic shear.</a> J. Aerosol Sci. 88, 98-108 (2015).</li><li>Ding, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dustiness+and+Deagglomeration+Testing:+Interlaboratory+Comparison+of+Systems+for+Nanoparticle+Powders.">Dustiness and Deagglomeration Testing: Interlaboratory Comparison of Systems for Nanoparticle Powders.</a> Aerosol Sci. Technol. 49, 1222-1231 (2015).</li><li>R'milli, B., Le Bihan, O. L. C., Dutouquet, C., Aguerre-Charriol, O., Frejafon, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Sampling+by+TEM+Grid+Filtration.">Particle Sampling by TEM Grid Filtration.</a> Aerosol Sci. Technol. 47, 767-775 (2013).</li><li>Levin, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+relative+humidity+and+physical+load+during+storage+on+dustiness+of+inorganic+nanomaterials:+implications+for+testing+and+risk+assessment.">Influence of relative humidity and physical load during storage on dustiness of inorganic nanomaterials: implications for testing and risk assessment.</a> J. Nanopart. Res. 17, 1-13 (2015).</li><li>Dahmann, D., Monz, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+dustiness+of+nanostructured+materials.">Determination of dustiness of nanostructured materials.</a> Gefahrst. - Reinhalt. L. 71, 481-487 (2011).</li><li>Ogura, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dustiness+testing+of+engineered+nanomaterials.">Dustiness testing of engineered nanomaterials.</a> J. Phy. Conf. Ser. 170, 012003 (2009).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

התקנת aerosolization מבוססת המשפך יכולה להפעיל חלקיקי אבקה ביעילות ברמת השקעת אנרגיה שנבחרה (ניתן לכמת ידי מהירות זרימת אוויר במשך aerosolization). תנועות חלקיקים והתנגשויות באתר ההדור להגיע למצב של שיווי משקל, פירוק agglomerates אבקת פולטת חלקיקים הנישאים באוויר של אותה התפלגות הגודל בקצב קבוע. Aerosolization יציב יכול להימשך בין 30 דקות עד 2 שעות, וזה מספיק זמן עבור מכשירי מדידה איטיים אפילו עם רזולוציות גודל גבוהות, כגון SMPS, כדי להניב תוצאות משמעותיות מבחינה סטטיסטית. ההתקנה דורשת רק כמויות קטנות של חומרי בדיקה, אשר יכול להיות יתרון לבדיקת חומרים יקרים כגון אבקות ננו-חלקיקים. עם זאת, הפרמטרים הסביבה בתהליך של המערכת יכול להשפיע על תוצאות הבדיקה באופן משמעותי. כדי לייצר נתונים הדיר, נהלי עבודה סטנדרטיים חייבים להיות מלווה בהקפדה בכל רחבי ההתנסותמפעלים. כאשר עורכים בדיקות aerosolization באמצעות מערכת זו, את ההיבטים הבאים יש לשקול בזהירות. ראשית, כדי להשיג תוצאות משמעותיות, זה קריטי, כי את החלקים הפנימיים של ההתקנה לספק סביבה נקיה עבור הבדיקות. מקורות פוטנציאליים של מזהמים הם חלקיקי סביבה וחומרי מבחן מניסויים קודמים. השפעת חלקיקי הסביבה בדרך כלל נעלם במהירות יחסית, ברגע תזרימי aerosolization ודילול הוכנסו. עם זאת, התערבות מחומרים שיורית יכולה להתמיד לאורך הניסוי. כמו חלקיקי אירוסול שנוצרו לזרום דרך המערכת, הם יכולים להפקיד על הקירות הפנימיים של צינורות ההובלה, נקודות כיפוף התעלה הצרה של המחברים, ואת המשטחים הפנימיים של ערבוב לתא המדידה. אם חלקים אלה לא מנקים כמו שצריך לפני ניסויים חדשים, חומרים שהופקדו בעבר ניתן מחדש תלויה כל הזמן אל תוך הזרם המרכזישל זרימת אירוסול, ובכך להפריע את תוצאות הבדיקה. שנית, תהליך מילוי האבקה צריך להתנהל בזהירות רבה. הנושא המשמעותי ביותר כאן הוא כמות האבקה מוזנת לתוך ההתקנה, במיוחד כאשר כמויות קטנות מאוד של חומרים המשמשות. בקצב זרימת aerosolization נתון, כמויות קטנות יותר של אבקה ליצור ריכוזי תרסיס נמוכים, ואולי חלקיקים בגדלים קטנים יותר, בשל השקעת האנרגיה הגבוהה ליחידת משקל של אבקה. יתר על כן, תנאי האחסון לחומרי בדיקה (למשל, לחות וטמפרטורה יחסית) הוכחו להשפיע על התנהגות aerosolization אבקה ורמות של אבק 22. לכן, אבקות גלם תמיד צריך להישמר באותם תנאים אטמוספריים, במידת האפשר. שלישית, התאמות תזרים aerosolization בתחילת הניסוי מאוד להשפיע על תוצאות הבדיקה. עליות חדות בזרימה לפוצץ חלקיקי אבקה גדולים up לאוויר ולהפיץ אותם בכל רחבי שטח המשפך, הפחתת הכמות דרמטית של חומר זמינה למשך שארית הניסוי. התוצאות עלולות להיות מבחן נכשל עקב אבקה מספיק. מכיוון ההתקנה המתוארת כאן היא לא נבנתה באמצעות ציוד מעבדה סטנדרטי, כאשר מנסה לשכפל את חלקי הליבה של מערכת זו, בהיבטים הבאים צריכים להיחשב. משפכים separatory מעבדה רגיל יכול לשמש מחולל אירוסול (לציין כי הם לא צריכים להשתמש בה בתנאי דחוס). משפכים separatory של גאומטריות שונות נבדקו בניסויים, והם סיפקו פונקציונליות דומה המשפך מחויטת. זינוק גומי איטום עם צינור הובלה מוטבע יכול לשמש את מכסת המשפך. ערבוב ותאי מדידת גיאומטריות שונות אך בהיקפים דומים ניתן להשתמש. שימו לב תאים כי הם גדולים מדי יעכבו את ne הזמן משמעותיeded להגיע תנאי אירוסול יציבים (ריכוז). הזמן הדרוש יכול להיות מוערך על ידי לקיחה בחשבון את קצב זרימת אוויר סך ההיקף בתא. למרות התהליך יכול להיות מואץ באמצעות זרימת דילול גדולה, יש לזכור כי ריכוז מספר חלקיקים הסופי יכול להיות ירידה דרמטית עקב דילול, והדבר עלול להשפיע על התפלגות גודל אירוסול וכן את הביצועים של מכשירי המדידה (בהתאם על מגבלות זיהוי שלהם). בונד למוצרי מוליכי חשמל חומרים מומלצים. אורכו של צינור התחבורה עשוי להשתנות, בהתאם להגדרות מעבדה הכלליות. עם זאת, האורך צריך להישמר קצר ככל האפשר על מנת למנוע פסדי חלקיקים משמעותיים במהלך ההובלה שלהם. היעילות החדירה חלקיקים יכולה להיות מחושבת על ידי לקיחה בחשבון קוטר חלקיקים, קצב זרימת אוויר, בקוטר צינור אורך, בשים או שמוח בתצהיר הכביד אואובדן דיפוזיה, או שניהם. יכולות להיות מועסקות שיטות אפיון שונות. עם זאת, את אספקת האוויר (זרימת דילול) צריכה להיות מותאמת כדי להתאים את קצב זרימת דגימה הכולל. אספקת אוויר מספקת תגרום ללחץ שלילי בתא המדידה, ציור בחלקיקי הסביבה ובכך להוביל לטעויות במסקנות. מקורות אספקת האוויר שונים יכולים לשמש, אבל לוודא שהן ללא חלקיק או טרום לטפל באוויר עם מסנן-יעילות גבוהה. מגבלה עיקרית אחת של שיטת aerosolization זו היא שהיא דורשת flowability טוב של אבקות מבחן על מנת לשמור על דור חלקיק יציב לאורך תקופה ארוכה יחסית. חומרים דביקים, כגון אבקות הידרופילי עם תכולת לחות גבוהה, לעתים קרובות יפסיקו לזרום בשלב מוקדם של תהליך aerosolization ולייצר ריכוזי חלקיקים נמוכים מאוד. דרכים אפשריות לפתרון בעיה זו יכולה לכלול טיפול מקדים של אבקה-כגון הגלם כמו-ים הייבושo במטרה לשפר flowability שלה. תנאי האחסון של חומרי הגלם לאחר שימושים צריך מטופח, למשל, כל זמן בסביבה יבשה ותחת הטמפרטורה מתאימה. במהלך הניסויים, קצב זרימת aerosolization גבוה (0.5-1 ליטר / דקה) ואת כמויות גדולות יותר של חומר גלם (למשל, 500 מ&quot;ג) יכולים לשמש. בנוסף, הוריד קצב זרימת הדילול יכול להגדיל ריכוז חלקיקים בתא המדידה. מגבלה נוספת של שיטה זו היא השחזור של תעריף ייצור חלקיקים הנישאים באוויר (ובכך ריכוז מספר חלקיקים בתא המדידה). רמה מסוימת של וריאציה עדיין קיימת. דרכים אפשריות של שיפור הן תהליך האכלה מוגדר עדיף להפחית הפסדים מהותיים, ואת קצב זרימת aerosolization מבוקר היטב. המערכת והפרוטוקולים המתואר כאן יכולים לשמש ליישומים שונים. שימוש כמויות קטנות יחסית של חומרי בדיקה עושה את השיטה באופן פוטנציאלי נaluable ככלי חלופי אבק אבקת בדיקות. הדירוג של רמות החלקיקים הנישאים באוויר נוצרים על ידי המערכת שלנו עבור כמה חומרים נפוצים היה דומה לאלו שנצפו מערכות aerosolization קיימים 19, כמו בתוף מסתובב 15,17, ירידה רציפה 23, ושיטות שייקר מערבולת 24. יתר על כן, השקעת האנרגיה מתכווננת (שיעור זרימת אוויר) יכולה לשמש גם ללימוד יציבות agglomerates אבקת ננו-חלקיקים. לבסוף, דור אירוסול יציב יכול לשמש מקור אמין של חלקיקים מהונדסים באוויר במשך in vivo או במחקרים טוקסיקולוגית במבחנה. ריכוז החלקיקים לשליטה יאפשר ניתוח תגובות ביולוגיות-תלוי-מינון. בהשוואה לשיטות aerosolization אחרות באמצעות השעיות נוזליות, השיטה המוצגת תמנע בעיות פוטנציאליות כגון suspendability ושינוי המהותיים של תכונות פיסיקליות-כימיות של חלקיקים בתרחיף (למשל,gglomeration, מאפייני השטח).

אבקות nanomaterial נמצאות בשימוש נרחב בתחומים תעשייתיים שונים, כמו חומרי גלם לייצור מוצרים חדשים או תוספים עבור היישומים הפונקציונליים שלהם 1-4. עם זאת, את פוטנציאל החשיפה של העובדים אירוסולים nanopowder כבר ציין במהלך פעילויות טיפול בעיסוק שונים 5-8, ואת הסיכונים הבריאותיים הקשורים נחקרו ב-vivo ו-גופית מחקרים טוקסיקולוגית 9-12. כדי להקל על הפיתוח של אסטרטגיות אפקטיביות כדי להגן על עובדים העוסקים ננו, אנשי מקצוע בתחום בריאות תעסוקתיים דורשים הבנה טובה יותר של איך אירוסולים nanoparticle נוצרים מחומרי אבקת נתון תשומות אנרגיה חיצוניות. מערכות מעבדה שונות פותחו כדי לדמות התנהגות aerosolization אבקה בתנאים מציאותיים. ביניהם, שני נהלים קבועים הן השיטות הנקבעות <sup&gt; 13 עבור אבק אבקת בדיקות, אשר מוגדר כנטייה של אבקה, נתון השקעת אנרגיה נתונה, כדי לשחרר חלקיקים הנישאים באוויר. השיטה הראשונה משתמשת בתוף מסתובב כמדיה השקעת אנרגיה ואת aerosolization של חלקיקי אבקה 14,15. השיטה השנייה טיפות אבקה בקצב קבוע דרך גליל אנכי aerosolizes חלקיקי האבקה באמצעות זרימת אוויר עולה 16. עם זאת, שיטות אלו דורשים כמויות גדולות יחסית של חומרי הבדיקה (35 ס&quot;מ 3 או 500 גרם), וזה יכול להיות בעיה עם אבקות nanomaterial בשל עלותם הגבוהה ואת הסיכונים החשיפה הפוטנציאלית. מערכת הבדיקה מוקטנת שילוב תהליכים תוף בודד ושחרר וסיבוב פותחה, המאפשר שימוש של כמויות קטנות יותר של אבקות מבחן (6 דגימות גרם) 17. מערכת aerosolization שפותחה לאחרונה מבוססת על שייקר מערבולת גם שמשה במשך nanopowders, בדיקות המאפשרות עד 1 סנטימטר 3 של חומרי גלם <sup&gt; 18. כאן, אנו מציגים aerosolization רומן ומערכת deagglomeration לבדיקת nanopowder מבוססת על משפכי מעבדה. הוא מספק תהליך יצירת תרסיס יציב צורך פחות מ 1 גרם של אבקת בדיקה. יכול להישמר aerosolization יציב עבור משכי זמן מספיק אפיונים אירוסול חזקים. ביצועי מערכת תוארה בפירוט בשני פרסומים קודמים 19,20. התקנת המבחן מורכבת מחלקים מחוללים אירוסול, ערבוב ותאי מדידה, ומכשירי אפיון, כפי שמוצגת באיור 1. צינורות הובלת חלקיקים ומחברי לקשר הגורמים האלה. מקלט זרימה ושני מדי צריך לשלוט ולפקח על תנאי זרימת אוויר במערכת. מד לחץ וחיישן טמפרטורה ולחות לניטור הסביבה בתוך החדר המדיד. אוויר יבש דחוס מסונן באמצעות hyperfilter לפני שהוא נכנס למערכת.מוארך, בצורת V, מחולל אירוסול זכוכית משמש aerosolization אבקה. גיאומטריה זה מקלה על תהליך aerosolization חזק ותחבורת חלקיק חלקה לתוך התא הבא. משטר הזרימה בתחתית המשפך סוער בשל האינטראקציה עם חלקיקי האבקה, בעוד הוא למינרית בחלק העליון (Re-מספר &lt;15). עובי קירות גנרטור תוכנן במיוחד כדי לעמוד בלחצים גבוהים (עד 400 kPa ΔP) זקוקים לבדיקת deagglomeration באמצעות נקבים קריטיים. מקלט זרימת דיוק גבוה שולט בקצב הזרימה בצעדים של 0.01 L / min. צינורות מוליך (קוטר חיצוני 6 מ&quot;מ, 1 מ&quot;מ עובי) משמש כדי למנוע הפסדים החלקיקים בשל בתצהיר אלקטרוסטטית במהלך ההובלה. אורך הצינור הוא כ -50 ס&quot;מ בין גנרטור אירוסול לתא ערבוב, 20 ס&quot;מ בין החדר ערבוב לתא המדידה, ו 100 ס&quot;מ עבור צינורות הדגימה. בקבוק מתכת 1 L משמש צ&#39;אם הערבובבער ותוף מתכתי 12 L משמש לתא המדידה. דגימות חלקיקים נמשכות מהחלק העליון של תא המדידה. יציאת יציאה מכוונת את הזרימה הנוספת לתוך מערכת סינון. תאי הערבוב ומדידת מעוגנים חשמליים כדי למנוע הפסדים אלקטרוסטטי של חלקיקים. המכשירים למדידה כוללים סייזר חלקיקים ניידי סריקה (SMPS) וכן מונה חלקיקים אופטיים (OPC) עבור ריכוז מספר חלקיקים והפצת גודל, וכן במיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים (TEM) סמפלר (MPS) לניתוח מורפולוגיה חלקיקים. הליך aerosolization של ההתקנה דומה תהליך המיטה-מרחף. זרם האוויר נכנס מהפתח התחתון לתוך משפך (בקוטר 2 מ&quot;מ) ו aerosolizes האבקה. החלקיקים אבקת לנוע באופן דומה למים במזרקה. אירוסול שנוצר פוגש זרימת דילול בתא ערבוב. זרם אוויר הדילול ניתן להתנות על רמות שונות של לחות אם ההשפעהשל פרמטר זה דורש ניתוח. האוויר של החדר משמש גם נפח מאגר חלק לערבב אירוסול עם אוויר דילול יבש בהתאם לצרכי הדגימה. התזרים אירוסול מכן מוחדר לתא המדידה באמצעות לשקע צינור רגיל (לבדיקת aerosolization) או פתח קריטי (לבדיקת deagglomeration). הפתח יכול לספק תנאי לחץ ושחרר שונים, החלת כוחות גזירה על החלקיקים העוברים דרכו. מנגנון זה מאפשר לימוד של פוטנציאל deagglomeration שלהם (יציבות מכנית). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig1.jpg" /> איור 1. תרשים של מערכת aerosolization ו deagglomeration. כברירת מחדל, צינור המחבר את קאמרית ערבוב עם תא המדידה. הפתח המוצג הנו הרחבה אופציונלית (לא תאר בפרוטוקול זה). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54414/54414fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן t</a>o לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

<table><tbody><tr><td>titanium dioxide nanopowder</td><td>JRC</td><td>NM-103/104</td><td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td></tr><tr><td>silicon dioxide nanopowder</td><td>AEROSIL</td><td>R974</td><td></td></tr><tr><td>silicon dioxide nanopowder</td><td>JRC</td><td>NM-200</td><td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td></tr><tr><td>zinc oxide nanopowder</td><td>JRC</td><td>NM-110/111</td><td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td></tr><tr><td>cerium dioxide nanopowder</td><td>JRC</td><td>NM-211/212</td><td>Reference materials provided within EU FP7 MARINA project</td></tr><tr><td>The V-shaped aerosol generator</td><td>Souffleur de verre S.A.</td><td></td><td>Specially made based on conditions required in the experiments (e.g., geometry, thickness)</td></tr><tr><td>scanning mobility particler sizer (SMPS)</td><td>GRIMM</td><td>Model N&amp;deg; 5.403</td><td>Size range: 11.1&amp;ndash;1083.3&amp;nbsp;nm (impactor: d50=1,082&amp;nbsp;nm); composed of a condensation particle counter (CPC) and a dynamic mobility analyzer (DMA); sampling flow ate: 0.3&amp;nbsp;L/min; sheath flow rate: 3.0&amp;nbsp;L/min; with standard multiple charge correction and diffusion loss correction.</td></tr><tr><td>optical particle counter (OPC)</td><td>GRIMM</td><td>Model N&amp;deg; 5.403</td><td>Size range: 0.25-32 &amp;micro;m</td></tr><tr><td>mini-particle sampler (MPS)</td><td>ECOMESURE</td><td></td><td></td></tr><tr><td>transport tubes</td><td>Milian S.A.</td><td>8 mm-conductive</td><td>6 mm inner diameter</td></tr></tbody></table>

a system to create stable nanoparticle aerosols from nanopowders

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring minimal amounts of test materials (min. 200 mg), for studying powder aerosolization behavior and aerosol properties. The aerosolization procedure follows the concept of the fluidized-bed process, but occurs in the modified volume of a V-shaped aerosol generator. The airborne particle number concentration is adjustable by controlling the air flow rate. The system supplied stable aerosol generation rates and particle size distributions over long periods (0.5-2 hr and possibly longer), which are important, for example, to study aerosol behavior, but also for toxicological studies. Strict adherence to the operating procedures during the aerosolization experiments ensures the generation of reproducible test results. The critical steps in the standard protocol are the preparation of the material and setup, and the aerosolization operations themselves. The system can be used for experiments requiring stable aerosol concentrations and may also be an alternative method for testing dustiness. The controlled aerosolization made possible with this setup occurs using energy inputs (may be characterized by aerosolization air velocity) that are within the ranges commonly found in occupational environments where nanomaterial powders are handled. This setup and its operating protocol are thus helpful for human exposure and risk assessment.

תרשים 2 מציג דוגמה אופיינית של שינויים בגודל וריכוז מספר החלקיקים תרסיס הכולל לאורך זמן, באמצעות פרוטוקולים מעל בניסוי aerosolization עם הידרופובי SiO 2. ריכוזי חלקיקים החלו לעלות בהקדם את זרימת aerosolization הוצגה. הגודל הגיאומטרי של חלקיקים גדל בהדרגה גם כן. לאחר כ -10 סריקות SMPS (3.5 דק &#39;/ סריקה), אירוסול התחילו להיכנס למצב יציב, שבו ריכוז חלקיקים לא מתכוונים בקוטר מגוון יותר על ידי כל סכום משמעותי. מצב זה נמשך יותר מ -30 דקות, אשר היה מספיק כדי להשלים עשר סריקות SMPS 3 דק &#39;. איור 3 מראה את השינוי בריכוז החלקיקים בצורת הפצות גודל הפרט (מבוסס על אותם נתונים כמו באיור 2). השיא עלה באיטיות לאורך זמן, ופעם אירוסול הפך יציב, הוא נשאר בטווח הגודל הזהה לאורך השאר הדואר של הבדיקה. הקוטר הממוצע קטן מאוד לראות בתחילת הניסוי לא היה בשל aerosolization אבקה היציבה. במקום זאת, הוא נגרם על ידי באוויר הסביבה שיורית בתוך המשפך לאחר הליך מילוי אבקה. כרך זה של האוויר היה הראשון לזרום לתוך תא מדידת נדגמה על ידי SMPS במהלך הסריקות הראשוניות שלה (איור 4). זה יכול להימנע על ידי ביצוע כל הניסויים בתוך חדר נקי אם הדבר דרוש על השאלה המדעית בהישג יד. ואכן, חלוקת גודל הסריקה הראשונה הייתה מאוד דומה לזה של אוויר הסביבה. כמו חלקיקי אירוסול האבקה המשיכו לפרוח, את ההפרעה מחלקיקי הסביבה פחתו במהירות, ואת ההשפעה נעלמה כמעט אחרי כמה סריקות SMPS. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig2.jpg" /> שינוי איור 2.בריכוז מספר החלקיקים הכולל ולהתכוון בקוטר בניסוי aerosolization (241 מ&quot;ג הידרופובי SiO 2; aerosolization לזרום 0.3 ליטר / דקה). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54414/54414fig2large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig3.jpg" /> איור 3. שינוי התפלגות גודל חלקיקים בניסוי aerosolization. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54414/54414fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig4.jpg" /> איור 4. הפצות חלקיקים בגודל תרסיס בתחילת מבחן aerosolization. ריכוז חלקיקים מוצג על סולם יחסי (t מנורמלo המספר הכולל) על מנת להשוות את הספקטרום מן הסריקה הראשונה בריכוז נמוך מאוד ספקטרה מסריקות בהמשך ריכוזים גבוהים יותר. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54414/54414fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> השינויים בריכוז חלקיקים תמיד לא מבינים אותן התבניות. ארבע אפשרויות בדרך כלל ניתן לראות מבחן aerosolization. באיור 5A, ריכוז מוגבר לאט לאזור &quot;הרמה&quot;, אז נשאר כמעט ללא שינוי עד סוף הניסוי. איור 5 ב, הריכוז ראשון עלה עד לנקודה המקסימלית, ירד בהדרגה לרמה נמוכה, ולאחר מכן נותר יציב במשך יותר מ -1.5 שעות. באיור 5 ג, הריכוז המשיך יורד לאפס. באיור 5D, ריכוז מוגבר ועד לתקרה, remaineד שם במשך תקופה מסוימת, ולאחר מכן ירד שוב. תרחיש (א) נתפס בדרך כלל כאשר נוהל העבודה הרגיל אחריו. זרם האוויר aerosolization הוא הציג לאט ולבסוף התייצב בטווח התקין. כמות חומר גלם היא מספיק עם ביחס לרמת aerosolization, ושיעור דור אירוסול קבוע יכול להישמר במשך תקופה ארוכה של זמן. תרחיש (ב) הוא ככל הנראה בשל זרימת aerosolization מופרזת לאורך הניסוי, בשילוב עם כמות של אבקה מספיק. האבקה הוא נצרך במהירות, והיא לא תוכל להמשיך להתקיים לאורך דור תרסיס יציב. התרחיש (ג) מראה ירידה דומה בריכוז מספר חלקיקי התרחיש (ב) פרט לכך לאחר זמן קצר, את קצב זרימת אוויר מחדש מותאם למגוון מתאים נשמר קבוע לאורך כל שאר הבדיקה. זה אפשר ריכוז החלקיקים להגיע לטווח יציב בהדרגה. תרחיש (ד)ppears כאשר כמות מספקת של חומר גלם משמשת. בשלב האחרון של הניסוי, אין עוד מספיק מבחן אבקה לייצר חלקיקי אירוסול בקצב קבוע, כפי שהיה אפשר בשלב המוקדם של aerosolization. כתוצאה מכך, ריכוז החלקיקים במערכת פוחת. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig5.jpg" /> איור 5. תבניות אופייניות לשינוי ריכוזי החלקיקים הכולל במהלך הניסויים aerosolization: (א) להגדיל לאט עד רמה הוא הגיע; (ב) להפחית בהדרגה לאפס; (C) במהירות להגיע לשיא ולאחר מכן ירידה לרמה יציבה; (ד) להגדיל למצב יציב ולשמור לתקופה מסוימת של זמן, ולאחר מכן ירידה. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54414/54414fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> </p&gt; ספיקות aerosolization שונות נבדקו על מנת ללמוד את השפיע על דור בתרסיס. זרם החל 0.3-1.1 L / min שמש, ואת הפצות גודל חלקיקים וכתוצאה מכך הם שמוצגות באיור 6. השיא של הספקטרום עלה כמו הזרימה מוגברת. בקצב הזרימה הגבוהה ביותר (1.1 ליטר / דקה), חלקיקים הנישאים באוויר בגודל מיקרון התחיל להיכנס למערכת (השיא המשני). הגדלים מודאלית של החלקיקים, נשארו דומים כאשר באותם הזרימה aerosolization, לעומת זאת, הם ירדו בהדרגה כאשר זרימת אוויר מוגברת באמצעות נע בין 0.3-0.7 ליטר / דקה (איור 7). תעריף ייצור חלקיקים הגדלה קוטר חלקיקים ממוצע מתמעט ככל ספיקות הגדלות מראים כי תהליך aerosolization הדינמי יותר (עם תנועות חלקיקים משמעותיות והתנגשויות) הקל deagglomeration של חלקיקי אבקה, וכתוצאה מכך התפלגות גודל שונה של אירוסול<html> חלקיקים שנוצרו. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig6.jpg" /> ציור משתנה 6. הפצות גודל חלקיקים עם ספיקות אוויר הגדלה (0.3- 1.1 L / min). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54414/54414fig6large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig7.jpg" /> איור 7. השוואת הפצות גודל החלקיקים תחת ספיקות שונות. ספקטרה הפכו לגבהים דומים סולם יחסי (מנורמל למספר החלקיקים הכולל), אשר מראה טוב יותר את המעבר של השיא. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54414/54414fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של זה דמות.</a> -together.within-page = &quot;1&quot;&gt; הריכוזים מספר חלקיקים של אירוסולים שנוצרו בדיקות לשכפל יכול להשתנות לפי עד קפלים כמה, אבל בדרך כלל גם בתוך סדר גודל אחד. גודל החלקיקים הממוצע, מצד שני, הוא מאוד לשחזור. איור 8 מציג דוגמה של וריאציה התפלגות גודל החלקיקים מארבע בדיקות לשכפל באמצעות אותו חומר. סטיית התקן היה 39.7% עבור ריכוז החלקיקים הכולל ו -6.6% בהתאם לגודל הגיאומטרי. הווריאציה של ריכוז המספר יכולה להיות בגלל מספר סיבות: 1) מצב חומרי גלם שונה (למשל, רמה למסכת); 2) גורמי אנוש בתהליך מילוי אבקה (להשפיע על כמות האבקה שהופקדה בתחתית המשפך, ובכך את הכמות הזמינה aerosolization); או 3) התאמת זרימת האוויר בתחילת aerosolization. <img alt="הספרה 8" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig8.jpg" /> <strong&gt; איור 8. וריאציה של תוצאות בדיקה מניסויי aerosolization לשכפל עם הידרופובי SiO 2. ברי השגיאה מייצגים את סטיית ההתקן של ריכוז מספר חלקיקים בערוצי גודל פרט. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54414/54414fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders at JoVE.com

A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders

We designed and developed an effective nanopowder aerosolization setup and operating protocol. The system generated nanoparticle aerosols with stable number concentrations and size distributions for long durations, requiring only small quantities of test material (min. 200 mg).

מערכת ליצור אירוסולים Nanoparticle יציבים מן ננו אבקות

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring ...

a-system-to-create-stable-nanoparticle-aerosols-from-nanopowders

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K Views.  Universities of Lausanne and Geneva. We designed and developed an effective nanopowder aerosolization setup and operating protocol. The system generated nanoparticle aerosols with stable number concentrations and size distributions for long durations, requiring only small quantities of test material (min. 200 mg). 

Video: A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol is presented. This compound can be used to effectively reduce and complex metal salts into metal core nanoparticles coated with the compound. By controlling the concentrations of salt and silane one is able to control reaction rates, particle size, and nanoparticle coating. The effects of these changes were characterized through transmission electron microscopy (TEM), UV-Vis spectrometry (UV-Vis), Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR). A unique aspect to this reaction is that usually silanes hydrolyze and cross-link in water; however, in this system the silane is water-soluble and stable. It is known that silicon and amino moieties can form complexes with metal salts. The silicon is known to extend its coordination sphere to form penta- or hexa-coordinated species. Furthermore, the silanol group can undergo hydrolysis to form a Si-O-Si silica network, thereby transforming the metal nanoparticles into a functionalized nanocomposites.

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-2-aminoethyl-3-aminosilanetriol

A novel method for metal core nanoparticle synthesis using a water stable silanol is described.

הדור של Zerovalent מתכת Core חלקיקים שימוש n- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of ...

Chemistry

Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering, which is a fundamental element to the approach of nanosafety-by-design of nanostructured products for their durable development. This approach is basically a preemptive one in which the focus is put on minimizing the emission of engineered nanomaterials' aerosols during the usage phase of the product's life cycle. This can be attained by altering its material properties during its design phase without compromising with any of its added benefits. In this article, an experimental protocol is presented to investigate the nanosafety-by-design of three commercial nanostructured products with respect to their mechanical solicitation and environmental weathering. The means chosen for applying the mechanical solicitation is an abrasion process and for the environmental weathering, it is an accelerated UV exposure in the presence of humidity and heat. The eventual emission of engineered nanomaterials is studied in terms of their number concentration, size distribution, morphology and chemical composition. The purpose of the protocol is to study the emission for test samples and experimental conditions which are corresponding to real life situations. It was found that the application of the mechanical stresses alone emits the engineered nanomaterials' aerosols in which the engineered nanomaterial is always embedded inside the product matrix, thus, a representative product element. In such a case, the emitted aerosols comprise of both nanoparticles as well as microparticles. But if the mechanical stresses are coupled with the environmental weathering, the experimental protocol reveals then the eventual deterioration of the product, after a certain weathering duration, may lead to the emission of the free engineered nanomaterial aerosols too.

In this article, an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering is presented. Results on the emission of engineered nanomaterials, in the form of aerosols are presented. The specific experimental set-up is described in detail.

פרוטוקול ניסוי לחקור חלקיקי Aerosolization של מוצרים תחת שחיקה תחת בלית הסביבה

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental ...

Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of fabricating micellar nanocrystals based on combining top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. This method involves first using electrospray to generate uniform ultrafine liquid droplets, each of which functions as a micro-reactor in which self-assembly reaction occurs forming micellar nanocrystals, with the structures (micelle shape and nanocrystal encapsulation) controlled by the organic solvent used. This method is largely continuous and produces high quality micellar nanocrystal products with an inexpensive structure control approach. By using a water-miscible organic solvent tetrahydrofuran (THF), worm-shaped micellar nanocrystals can be produced due to solvent-induced/facilitated micelle fusion. Compared with the common spherical micellar nanocrystals, worm-shaped micellar nanocrystals can offer minimized non-specific cellular uptake, thus enhancing biological targeting. By co-encapsulating multiple nanocrystals into each micelle, multifunctional or synergistic effects can be achieved. Current limitations of this fabrication method, which will be part of the future work, primarily include imperfect encapsulation in the micellar nanocrystal product and the incompletely continuous nature of the process.

The present work describes a method to fabricate micellar nanocrystals, an emerging major class of nanobiomaterials. This method combines top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. The fabrication method is largely continuous, can produce high quality products, and possesses an inexpensive means of structure control.

ייצור של כדוריות, בצורת תולעת Nanocrystals Micellar על-ידי שילוב ספקטרומטריית Electrospray, הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of ...

A Continuous-flow Photocatalytic Reactor for the Precisely Controlled Deposition of Metallic Nanoparticles

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic nanoparticles is developed. Guidelines for the replication of the reactor and its operation are provided in detail. Three different composite systems (Pt/graphene, Pt/TiO2, and Au/TiO2) with monodisperse and uniformly distributed particles are produced by this reactor, and the photodeposition mechanism, as well as the synthesis optimization strategy, are discussed. The synthesis methods and their technical aspects are described comprehensively. The role of the ultraviolet (UV) dose (in each excitation pulse) on the photodeposition process is investigated and the optimum values for each composite system are provided.

For a continuous and scalable synthesis of noble-metal-based nanocomposites, a novel photocatalytic reactor is developed and its structure, operation principles, and product quality optimization strategies are described.

כור זרימה רציפה Photocatalytic לתצהיר בדיוק מבוקרת של חלקיקים מתכתיים

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic ...

Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles

Using a numerical analysis based on computerized fluid dynamics, a nose-only inhalation toxicity chamber with four different exposure concentrations is designed and validated for flow field uniformity and cross-contamination among the exposure ports for each concentration. The designed flow field values are compared with the measured values from exposure ports located horizontally and vertically. For this purpose, nanoscale sodium chloride particles are generated as test particles and introduced to the inhalation chamber to evaluate the cross-contamination and concentration maintenance among the chambers, for each concentration group. The results indicate that the designed multiconcentration inhalation chamber can be used in animal inhalation toxicity testing without cross-contamination among concentration groups. Moreover, the designed multiconcentration inhalation toxicity chamber can also be converted to a single-concentration inhalation chamber. Further testing with gas, organic vapor, or non-nanoscale particles will ensure the use of the chamber in the inhalation testing of other test articles.

A nose-only inhalation toxicity chamber capable of testing inhalation toxicity at four different exposure concentrations was designed and validated for flow field uniformity and cross-contamination between the exposure ports for each concentration. Here, we present a protocol to confirm that the designed chamber is effective for inhalation toxicity testing.

התפתחות תא בדיקת רעילות שאיפת האף בלבד המספק חשיפה ארבע, ריכוזי חלקיקים בגודל ננו

Using a numerical analysis based on computerized fluid dynamics, a nose-only inhalation toxicity chamber with four different exposure concentrations is ...

Preparation of Nanoparticles for ToF-SIMS and XPS Analysis

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, chemistry, and their potential to enable advanced materials. To effectively understand and regulate the physico-chemical properties and potential adverse effects of nanoparticles, validated measurement procedures for the various properties of nanoparticles need to be developed. While procedures for measuring nanoparticle size and size distribution are already established, standardized methods for analysis of their surface chemistry are not yet in place, although the influence of the surface chemistry on nanoparticle properties is undisputed. In particular, storage and preparation of nanoparticles for surface analysis strongly influences the analytical results from various methods, and in order to obtain consistent results, sample preparation must be both optimized and standardized. In this contribution, we present, in detail, some standard procedures for preparing nanoparticles for surface analytics. In principle, nanoparticles can be deposited on a suitable substrate from suspension or as a powder. Silicon (Si) wafers are commonly used as substrate, however, their cleaning is critical to the process. For sample preparation from suspension, we will discuss drop-casting and spin-coating, where not only the cleanliness of the substrate and purity of the suspension but also its concentration play important roles for the success of the preparation methodology. For nanoparticles with sensitive ligand shells or coatings, deposition as powders is more suitable, although this method requires particular care in fixing the sample.

A number of different procedures for preparing nanoparticles for surface analysis are presented (drop casting, spin coating, deposition from powders, and cryofixation). We discuss the challenges, opportunities, and possible applications of each method, particularly regarding the changes in the surface properties caused by the different preparation methods.

הכנת חלקיקים לניתוח ToF-SIMS ו- XPS

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, ...

Rapid, Scalable Assembly and Loading of Bioactive Proteins and Immunostimulants into Diverse Synthetic Nanocarriers Via Flash Nanoprecipitation

Nanomaterials present a wide range of options to customize the controlled delivery of single and combined molecular payloads for therapeutic and imaging applications. This increased specificity can have significant clinical implications, including decreased side effects and lower dosages with higher potency. Furthermore, the in situ targeting and controlled modulation of specific cell subsets can enhance in vitro and in vivo investigations of basic biological phenomena and probe cell function. Unfortunately, the required expertise in nanoscale science, chemistry and engineering often prohibit laboratories without experience in these fields from fabricating and customizing nanomaterials as tools for their investigations or vehicles for their therapeutic strategies. Here, we provide protocols for the synthesis and scalable assembly of a versatile non-toxic block copolymer system amenable to the facile formation and loading of nanoscale vehicles for biomedical applications. Flash nanoprecipitation is presented as a methodology for rapid fabrication of diverse nanocarriers from poly(ethylene glycol)-bl-poly(propylene sulfide) copolymers. These protocols will allow laboratories with a wide range of expertise and resources to easily and reproducibly fabricate advanced nanocarrier delivery systems for their applications. The design and construction of an automated instrument that employs a high-speed syringe pump to facilitate the flash nanoprecipitation process and to allow enhanced control over the homogeneity, size, morphology and loading of polymersome nanocarriers is described.

Nanomaterials provide versatile mechanisms of controlled therapeutic delivery for both basic science and translational applications, but their fabrication often requires expertise that is unavailable in most biomedical laboratories. Here, we present protocols for the scalable fabrication and therapeutic loading of diverse self-assembled nanocarriers using flash nanoprecipitation.

הרכבה מהירה, מדרגי וטעינה של חלבונים ביו, Immunostimulants לתוך Nanocarriers סינתטי מגוונות באמצעות פלאש Nanoprecipitation

Nanomaterials present a wide range of options to customize the controlled delivery of single and combined molecular payloads for therapeutic and imaging ...

Bioengineering

Flash NanoPrecipitation for the Encapsulation of Hydrophobic and Hydrophilic Compounds in Polymeric Nanoparticles

The formulation of a therapeutic compound into nanoparticles (NPs) can impart unique properties. For poorly water-soluble drugs, NP formulations can improve bioavailability and modify drug distribution within the body. For hydrophilic drugs like peptides or proteins, encapsulation within NPs can also provide protection from natural clearance mechanisms. There are few techniques for the production of polymeric NPs that are scalable. Flash NanoPrecipitation (FNP) is a process that uses engineered mixing geometries to produce NPs with narrow size distributions and tunable sizes between 30 and 400 nm. This protocol provides instructions on the laboratory-scale production of core-shell polymeric nanoparticles of a target size using FNP. The protocol can be implemented to encapsulate either hydrophilic or hydrophobic compounds with only minor modifications. The technique can be readily employed in the laboratory at milligram scale to screen formulations. Lead hits can directly be scaled up to gram- and kilogram-scale. As a continuous process, scale-up involves longer mixing process run time rather than translation to new process vessels. NPs produced by FNP are highly loaded with therapeutic, feature a dense stabilizing polymer brush, and have a size reproducibility of &#177; 6%.

Flash NanoPrecipitation (FNP) is a scalable approach to produce polymeric core-shell nanoparticles. Lab-scale formulations for the encapsulation of hydrophobic or hydrophilic therapeutics are described.

פלאש NanoPrecipitation בשביל העטיפה של תרכובות הידרופוביות, הידרופילית חלקיקים פולימרים

The formulation of a therapeutic compound into nanoparticles (NPs) can impart unique properties. For poorly water-soluble drugs, NP formulations can ...

Dry Powder and Nebulized Aerosol Inhalation of Pharmaceuticals Delivered to Mice Using a Nose-only Exposure System

Obstructive respiratory diseases like asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are currently treated by inhaled anti-inflammatory and bronchodilator drugs. Despite the availability of multiple treatments, both diseases are growing public health concerns. The majority of asthma patients are well controlled on current inhaled therapies but a substantial number of patients with severe asthma are not. Asthma affects an estimated 300 million people worldwide and approximately 20 percent have a severe form of the disease. In contrast to asthma, there are few effective therapies for COPD. An estimated 10% of the population has COPD and the trend in death rates is increasing for COPD while decreasing for other major diseases. Although developing drugs for inhaled delivery is challenging, the nose-only inhalation unit enables direct delivery of novel drugs to the lung of rodents for pre-clinical efficacy and safety/toxicology studies. Inhaled drug delivery has multiple advantages for respiratory diseases, where high concentration in the lung improves efficacy and minimizes systemic side effects. Inhaled corticosteroids and bronchodilators benefit from these advantages and inhaled delivery may also hold potential for future biologic therapies. The inhalation unit described herein can generate, sample for characterization, and uniformly deposit a drug aerosol in the lungs of rodents. This enables the pre-clinical determination of the efficacy and safety of drug doses deposited in the lungs of rodents, key data required before initiating clinical development.

The inhalation unit described herein can generate, sample for characterization, and uniformly deposit a drug aerosol in the lungs of rodents. This enables the pre-clinical determination of the efficacy and safety of drug doses deposited in the lungs; key data enabling clinical inhaled drug development.

אבקת ניקוי ו nebulized תרסיס שאיפת תרופות ביצוע עכברים באמצעות מערכת חשיפת אף בלבד

Obstructive respiratory diseases like asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are currently treated by inhaled anti-inflammatory and ...

Medicine

Whole-Body Nanoparticle Aerosol Inhalation Exposures

Inhalation is the most likely exposure route for individuals working with aerosolizable engineered nano-materials (ENM). To properly perform nanoparticle inhalation toxicology studies, the aerosols in a chamber housing the experimental animals must have: 1) a steady concentration maintained at a desired level for the entire exposure period; 2) a homogenous composition free of contaminants; and 3) a stable size distribution with a geometric mean diameter &lt; 200 nm and a geometric standard deviation &sigma;g &lt; 2.5 5. The generation of aerosols containing nanoparticles is quite challenging because nanoparticles easily agglomerate. This is largely due to very strong inter-particle forces and the formation of large fractal structures in tens or hundreds of microns in size 6, which are difficult to be broken up. Several common aerosol generators, including nebulizers, fluidized beds, Venturi aspirators and the Wright dust feed, were tested; however, none were able to produce nanoparticle aerosols which satisfy all criteria 5.
A whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposure system was fabricated, validated and utilized for nano-TiO2 inhalation toxicology studies. Critical components: 1) novel nano-TiO2 aerosol generator; 2) 0.5 m3 whole-body inhalation exposure chamber; and 3) monitor and control system. Nano-TiO2 aerosols generated from bulk dry nano-TiO2 powders (primary diameter of 21 nm, bulk density of 3.8 g/cm3) were delivered into the exposure chamber at a flow rate of 90 LPM (10.8 air changes/hr). Particle size distribution and mass concentration profiles were measured continuously with a scanning mobility particle sizer (SMPS), and an electric low pressure impactor (ELPI). The aerosol mass concentration (C) was verified gravimetrically (mg/m3). The mass (M) of the collected particles was determined as M = (Mpost-Mpre), where Mpre and Mpost are masses of the filter before and after sampling (mg). The mass concentration was calculated as C = M/(Q*t), where Q is sampling flowrate (m3/min), and t is the sampling time (minute). The chamber pressure, temperature, relative humidity (RH), O2 and CO2 concentrations were monitored and controlled continuously. Nano-TiO2 aerosols collected on Nuclepore filters were analyzed with a scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis.
In summary, we report that the nano-particle aerosols generated and delivered to our exposure chamber have: 1) steady mass concentration; 2) homogenous composition free of contaminants; 3) stable particle size distributions with a count-median aerodynamic diameter of 157 nm during aerosol generation. This system reliably and repeatedly creates test atmospheres that simulate occupational, environmental or domestic ENM aerosol exposures.

A whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposure facility was constructed for nano-sized titanium dioxide (TiO2) inhalation toxicology studies. This system provides nano-TiO2 aerosol test atmospheres that have: 1) a steady mass concentration; 2) a homogenous composition free of contaminants; and 3) a stable particle size distribution during aerosol generation.

כיווני שאיפת תרסיס Nanoparticle כל הגוף

Inhalation is the most likely exposure route for individuals working with aerosolizable engineered nano-materials (ENM). To properly perform nanoparticle ...