בדיקה של שחרור Nanoparticle מתוך Composite המכיל nanomaterial באמצעות מערכת קאמרית
Summary
Nanoparticle release is tested using a chamber system that includes a condensation particle counter, an optical particle counter and sampling ports to collect filter samples for microscopy analysis. The proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing with a repeatable and consistent data range.
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.
Protocol
Representative Results
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 טו…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by the “Development of technologies for safety evaluation and standardization of nanomaterials and nanoproducts” (10059135)” through the Korea Evaluation Institute of Industrial Technology by the Korean Ministry of Trade, Industry & Energy.
Materials
| 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 |
Referenzen
- 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).
- 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).
- . . ISO 7784-1, Paints and varnishes — Determination of resistance to abrasion — Part 1: Rotating abrasive-paper-covered wheel method. , (1997).
- . . ISO 5470-1, Rubber- or plastics-coated fabrics — Determination of abrasion resistance — Part 1: Taber abrader. , (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).
