This work was carried out in the framework of the Labex SERENADE (ANR-11-LABX-0064) and the A*MIDEX Project (ANR-11-IDEX-0001-02), funded by the French Government program, Investissements d'Avenir, and managed by the French National Research Agency (ANR). We thank the French Ministry of Environment (DRC 33 and Program 190) and ANSES (Nanodata Project 2012/2/154, APR ANSES 2012) for financing the work. We are equally grateful to Olivier Aguerre-Chariol, Patrice Delalain, Morgane Dalle, Laurent Meunier, Pauline Molina, and Farid Ait-Ben-Ahmad for their cooperation and advice during the experiments.

注：ここでプロトコルに提示技術は、提示された試験サンプルに限定されるものではなく、他のサンプルに使用することができます。 1.人工風化[CEREGEプラットフォーム、エクサン・プロヴァンス] <ol><li>脱イオン精製水250mlのサンプルを取ることはビーカー中で噴霧します。水への水の導電率計の先端を浸します。水の導電率に注意してください。プロセスを繰り返し、水の導電率たびに注意してください。 注：ISO 16474 32によれば、/ cmで5μSよりも高くてはいけません。 </li><li>導電率を測定した後、（ 図3に示されている）ステンレススチールフード下風化室現在のリザーバに水供給源に接続します。 </li><li>ホースパイプを通して排水口へ室の背面にオーバーフロー注ぎ口を接続します。 </li><li>ステンレス製のフードに天候にナノコーティングサンプルを置き、ドアを閉めます。 ENABへル結果の統計的評価は、3つの同一のナノコーティングおよび参照サンプルの最小値を使用します。 </li><li>デジタルコンソールで、風化室の前に存在する、紫外線の120分、102分で乾燥し、18分間の水スプレーで構成される2時間のサイクルを選択します。 </li><li> 7ヶ月に相当する2658に等しいサイクル数を入力します。 </li><li> 60±5 W / m 2に等しいキセノンアーク灯の照度レベルを選択します。 </li><li> 38℃の周囲温度を設定します。 </li><li>コンソールの起動]ボタンを押すことで耐候性試験を開始します。 </li></ol> 2.摩耗およびENMエアロゾル特性評価[INERIS S-NANOプラットフォーム、ベルヌーイ] 注：使用する前に、独立したと既にインストールされている参照カウンタの部品で構成さINERIS S-NANOプラットフォームのキャリブレーションベンチに楽器を特徴付ける粒子エアロゾルを事前に確認してください。特定のプロトコルに従うことによって、楽器が小道具を作業していることを確認してくださいerly。 <ol><li>実験のセットアップに示すすべてのユニットや楽器を組み立て、必要な接続を行い、図2に示すように（単位や計器の設定の詳細がら Shandilyaで提供されている。33）。 </li><li> ONボタンFLUXを押してnanosecured workpost内部の粒子自由大気の循環をオンにします。 </li><li>チャンバーを開き、nanosecured作業ポストインサイドオープンそれを維持することによってエミッション試験室を通過するように、この粒子自由な空気を作ります。 </li><li>実験を設定するには、チャンバ内の粒子の瞬間的な数の濃度を測定するために、発光試験室に直接パーティクルカウンタを接続します。表示カウンタに直接濃度値を確認します。 </li><li>粒子自由大気がチャンバを通過しているが、それがゼロに低下するまで、この瞬間個数濃度値を監視し続けます。このように、ということを確認してくださいチャンバーは、任意のバックグラウンド粒子の自由です。 </li><li>一方で、優しく摩耗装置を備えたツールのスロット内部に往復運動でその一端を回転させることにより、標準的な円筒状の研磨材のエッジを面取り。 </li><li>少なくとも0.001グラムの測定精度でデジタルのバランスを使用して、磨耗する研磨材と試料の重量を量ります。 </li><li>一度行われ、その底部に存在し、チャックを介して摩耗装置の垂直軸に面取り研磨材を固定します。 </li><li>固定研磨材の下に静かに摩耗するナノ構造の製品を置き、しっかりと取り付けシステム上での位置を固定します。 </li><li> 、エアゾールサンプラーを開き、ピンセットを使用して、上向きにその明るい側をスロット内部の銅メッシュグリッドを配置します。それを修正するには、グリッド上に円形リングを置きます。 </li><li> OTHの粒子源にサンプラーを閉じ、ポンプに接続フィルタを介して一方の端部に（ すなわち、グリッドの暗い側面に向かって）とえー終了（すなわち、グリッドの明るい側に向かって）。死者の重みを使用して縦軸に必要な通常の負荷をマウントします。 </li><li>オープンチャンバー内のバックグラウンド粒子濃度がゼロに低下した場合、パーティクルカウンタを通じ、確認してください。ない場合は、それを待ちます。 yesの場合、エミッション試験室のドアを閉じます。 </li><li>次のように楽器のデジタルコンソールを介して、手動でパーティクルカウンタの流量とサイザーを設定します。CPC- 1.5リットル/分。 SMPS- 0.3リットル/分。 APS- 5リットル/分</li><li>これらのすべての3の楽器のための20分での総サンプリング時間を設定します。摩耗装置でそれぞれ10分毎分60サイクルに等しい磨耗期間と速度を設定します。 </li><li>動的歪ゲージアンプにひずみゲージを接続します。その中にインストールされたソフトウェアを使用して、データ収集のために使用されなければならないコンピュータに動的歪みゲージアンプを接続します。 </li><li>ソフトウェアを開きます。 </li><li> OにNEW DAQのプロジェクト]をクリックしますペン新しいデータ収集ファイル。 </li><li> LIVE UPDATEをクリックして、ライブデータ取得のためのオプションを停止</li><li> 0はゼロに等しい基準信号値を設定するには[実行]をクリックします。 </li><li> LIVE UPDATEをクリックして、ライブデータ収集に切り替えます。 </li><li>データ表現のリアルタイムグラフィカルモードを選択するために可視化をクリックしてください。 </li><li>テンプレートを開くには、[新規]をクリックします。 </li><li>例えば、オプションのSC​​OPEパネル]を選択します。 </li><li>一度にパーティクルカウンタとサイザーでのデータ収集を開始します。 </li><li>約の遅延の後。 5分、摩耗を起動します。 </li><li>継続的な摩耗に対応する歪ゲージの信号を取得するデータ取得ソフトウェアのウィンドウで[開始]をクリックします。 </li><li> 2分後、MPSに接続されたポンプのスイッチを入れます。 </li><li>エアロゾル粒子の排出量に応じて4分 - 2のために実行されているポンプを保管してください。注：MPSを使用してサンプリングされたエアロゾル粒子の数は、数字、すなわち、最適なあるべきどちらもあまりにも不足しても徹底的な顕微鏡分析を妨げる可能性がありますあまりにも黒字。 </li><li>摩耗が停止すると、STOPをクリックすることで、データ収集をオフにします。 </li><li> NOW SAVE DATAをクリックすることにより、取得したデータを保存します。 </li><li>カウンタとサイザーは、データを取得し停止した後、エミッション試験室を開き、再び研磨材や摩耗ナノ構造物の重量を量ります。 </li><li>すべての摩耗試験のための全体のプロセスを続行します。 </li><li>摩耗試験後は、再び楽器がINERIS S-NANOプラットフォームのキャリブレーションベンチにある特徴づける3粒子エアロゾルを確認します。 </li></ol>液体Suspensions-ドロップ堆積技術の3 TEM分析[INERISキャリブレーション・プラットフォーム、ベルヌーイ] <ol><li>濾過し、脱イオン水99部にコーティング懸濁液の1部を添加することにより、液体懸濁液（ 即ち、「ペイント」）の1体積％希釈水溶液を調製。 </li><li>入り江を開きます。グロー放電加工機のR </li><li> 0.1ミリバール、45ミリアンペア、3分の所要時間：以下の動作条件を設定します。 </li><li>そのプラズマ処理によるTEM銅メッシュグリッドを親水性にするために、金属台上に置きます。カバーを閉じて、モータを始動。 3分後、それが自動的に停止します。 </li><li>ピンセットを使用してメッシュグリッドをオンに親水性を取ります。その明るい面を上にして静かに置きます。希釈した溶液の液滴堆積（約8μLを。）親水性のメッシュグリッド上に注射器を使用して。 </li><li>水分含量が蒸発取得し、構成粒子がグリッド上に堆積載るように閉じたチャンバー内でメッシュグリッドを乾燥させます。メッシュグリッドを簡単に油やすす粒子の特徴である、円形またはストラ​​ンド形状と​​して同定することができる浮遊粒子で充電されないことを確認してください。 </li><li>準備ができたら、TEMプローブでグリッドを入れて、顕微鏡分析を行います。 [電子は電圧120 kVで、CFを加速</em&gt;] 31。 </li><li>グリッドが分析する粒子とあまりにも積んで表示された場合は、堆積ドロップの希釈率と音量を下げてください。オペレータが堆積することができる最大容量は12μlのにほぼ等しいです。 </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

本記事では、nanosafety・バイ・デザインの商用ナノ構造物の実験調査が提示されています。それは、機械的応力及び環境風化にさらされたときnanosafetyバイデザイン任意の生成物は、PNCとPSDの観点から検討することができます。研究のために選択された製品は、TiO 2ナノ粒子はTiO 2ナノ粒子とのCeO 2ナノ粒子と光触媒ナノコーティングと釉薬で強化されたアルミノシリケ?...

ナノテクノロジーの急速な成熟度と、その進歩は顕著な特性と工業ナノ材料 （ENM）を含む製品の急速な商業化によって駆動されます。規制1169/2011の第18条（5）にPotocnick 1で説明したように、欧州委員会によって発行され、ENMは、非結合状態や集合として、または凝集体などの粒子を含む、任意の意図的に製造材料」として定義することができますそして、個数粒度分布における粒子の50％以上を、1つまたは複数の外部寸法は、「サイズ範囲1ナノメートル〜100ナノメートルです。また、ENMを含有する製品は、その固体バルクまたはその固体表面上またはその液体懸濁液のいずれかで、 ナノ構造物と呼ぶことができます。異なる製剤および機能化とENMの異なるタイプのアプリケーションや予算の性質に応じて、このような製品に使用されています。製品はハナグマの形態であり得ますNGS、塗料、タイル、家のレンガ、concret 電子など 。 限り研究に関しては、1はまた、ナノテクノロジーを介して達成されてきた技術革新に関する出版の膨大な数を見つけることができます。この膨大な研究にもかかわらず、ENMの魅力的な特性は、例えばオバドルスターらのために（ナノ構造製品の使用または処理中にエアロゾルの形で放出や空気中に放出された取得するそれらの傾向に潜在的な健康又は環境の危険のためのプローブの下にあります2、ルBihan ら 3及びHoudy ら 4）。 Kulkarniさんら 5は、気体媒質中の固体または液体粒子の懸濁液としてエアロゾルを定義します。スーおよびChein 6は、ナノ構造物の使用または処理中に、ナノ構造物は、例えば、容易に様々な機械的応力及び環境風化にさらされることが実証されています放射。 メイナード7によると、暴露されると、ENMのこれらのエアロゾルは、吸入または皮膚に接触を通して、人間の生物と相互作用することができる、その結果、発がん性のものも含め、様々な有害な影響を引き起こすこともあり体の内部に堆積します。このように、ENM放出現象の十分な理解がShatkin ら 8で述べたように、ナノ構造物の前例のない使用与えられた最も重要です。これはのみ ​​の曝露から生じる不測の健康関連の合併症を回避することにもナノテクノロジーに対する国民の信頼を奨励に役立つしない場合があります。 それにもかかわらず、露出関連の問題は、現在、研究コミュニティで注目を集め始めているし、最近世界中の様々な研究ユニット（例えば、スーとChein 6、ゲーラーらによって強調されている。9、アレンら。 <suP&gt; 10、アレンら 11はAl-Kattanら12、ケーギら13、ハースら 14、Shandilya ら 15、31、33、Wohlleben ら 16、Bouillard ら。 17、Ounoughene ら 18）。商業市場におけるナノ構造物の大規模な展開を考えると、問題に取り組むための最も効果的なアプローチは、プリエンプティブ1になります。このようなアプローチでは、製品は、それが「バイ・デザインnanosafe-」または「より安全なナノテクノロジーのためのデザイン」（不機嫌19） すなわち、低放射であるように設計されています。換言すれば、環境中のエアロゾルの最小量を放出しつつ、その使用時に問題解決においてその利点を最大化します。 ナノ構造製品の使用段階中にnanosafety・バイ・デザインをテストするために、著者らは、適切な実験方法を提示します本記事でそうします。この方法論は、勧誘の2種類で構成されています。実際の生活は、ナノ構造の製品、石材レンガれる強調シミュレートすることを目指している（ⅰ） 機械及び（ii） 環境 、その使用段階の間に供されます。 （ⅰ）機械的な勧誘をシミュレートするリニア磨耗装置。その元と商業形態は、 図1（a）に示すように 、ASTM D4060 20、ASTM D6037 21およびASTM D1044 22のような多数の国際的に認められた試験規格で参照されています。 Golanski ら 23によると、原因でその堅牢かつユーザーフレンドリーなデザインに、元の形はすでにストレスがあることなど、塗料、コーティング、金属、紙、繊維製品、などの製品の性能を分析するための業界で広く使用されていますこの装置を通って歩いて、例えば、家庭環境に適用される代表的なものに対応して適用されます靴や家庭内の別のオブジェクトの変位（Vorbau ら 24とハッサンら 25）。 図1Aでは、水平変位のバーは、試料表面上への往復運動で、標準的な研磨材を移動させます。摩耗量は、接触で摩擦による接触面で発生します。摩耗量の大きさは、研磨材の上部に作用する垂直荷重（F N）を変えることによって変化させることができます。研磨材と通常負荷値の種類を変更することにより、一方が摩耗し、したがって機械的応力を変化させることができます。 Morgeneyer ら 26は、摩耗の間に測定される応力テンソルは、通常および接線成分から構成されていることを指摘しています。接線方向の応力が目の結果であるのに対し、垂直応力はF Nの垂直荷重の直接の結果、 すなわち、ありますeは接線方向力（F T）として測定した摩擦プロセスを、作用して摩耗が行われる方向に平行または逆平行に作用します。この摩耗装置の本来の形では、1はF Tを決定することはできません。したがって、ENMのエアロゾル中の機械的応力の役割は完全に決定することができません。 Morgeneyer ら 26により詳細に記載されているように、この制限を根絶するために、我々は、（a）と（b）の上面にひずみゲージを取り付けられたアルミニウム2024合金にレプリカによって既にインストールされている水平鋼棒を交換することによって、それを変更しましたこの複製されたアルミニウム合金バー。これは、 図1Bに示されています。この歪みゲージは、アクティブな測定グリッド長さ1.5 mmであり、グリッドキャリアの長さを測定5.7ミリメートル（mm）です。これは、厚さ3.8ミクロンとゲージ率の1.95±1.5％を有するコンスタンタン箔で形成されています。機械的応力の適切な測定は、このように、ゲージに生じる歪の信頼できる測定を可能にする、歪みゲージに直列に接続された動的歪ゲージアンプを介して確保されます。アンプを介して送信されたデータは、データ収集ソフトウェアを使用して取得されます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53496/53496fig1.jpg" /> 図1.摩耗装置およびひずみゲージ。摩耗速度、持続時間およびストローク長コントロールとテーバー摩耗装置（A）の市販の標準形式。もともと搭載され鋼棒はアルミ棒に置き換えられましたし、さらにひずみゲージが装備されていました（B）接線力（F T）を測定する。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/53496/53496fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> の中に<s<html>この修正されたテーバー摩耗装置はnanosecured作業後の適合下に置かれている場所をtrong&gt;図2は、完全な実験の設定が表示されます。粒子のない空気が常に31,000リットル/分の流速でこのワークポスト内を循環されます。これは99.99％の粒子フィルタ効率を有しており、すでに正常Morgeneyer らによって採用されている。様々なナノ粒子の粉塵試験における27。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53496/53496fig2.jpg" /> 生成されたエアロゾル粒子の摩耗試験とリアルタイム特性評価（定性的およびquantitavive両方）を実行する図2.実験のセットアップ（Shandilya ら 31）。nanosecured作業施設。粒子自由大気のごく一部は、その背景粒子数濃度を排除するために、発光チャンバ内のスロットを通過します。PLOAD / 53496 / 53496fig2large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _空白 &quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 （ルBihanのディテールら 28）、0.6メートル×0.3メートル×摩耗装置を外部に保持されており、その直線的に摺動部が寸法で、自己設計されたエミッション試験室の内部に保持され、0.5メートルのモーター。これは、テスト結果に干渉するの摩耗装置「モーターの排出を防止するのに役立ちます。生成されたエアロゾル粒子のサンプリングは、半径方向対称フード（713センチメートル3の容積）の近接内で行われます。このようなフードを採用することにより、表面上での堆積のためにエアロゾル粒子の損失を最小限に抑えることができます。他の利点は、放出試験室に対するフードの比較的低い体積にエアロゾル粒子数濃度の増加を含みます。これのおかげで、粒子エアロゾルのリアルタイム特性評価および分析を設定しました摩耗時に発生する取得Sはその数濃度 、 サイズ分布 、 元素組成および形状の点で実験的に行うことができます。 Kulkarniさんら 5によれば、ENMの個数濃度は、粒子が「空気の単位立方センチメートルでENM存在数」として定義することができるエアロゾル。同様に、ENMのエアロゾルの粒度分布は、「与えられたサイズ範囲内の粒子に関連付けられたENMプロパティの量（通常数と質量濃度）を発現する関係」です。 パーティクルカウンター（測定可能なサイズ範囲：3ミクロン〜4 nm）はエアロゾル粒子数濃度（PNC）を測定します 。パーティクルサイザー（測定可能なサイズ範囲：15ナノメートル- 20μm）は、粒子サイズ分布（PSD）を測定します 。 R&#39;mili らによって詳細に記載されたエアロゾル粒子サンプラー（。 <sup&gt; 30）が放出された粒子の種々の定性分析のために透過型電子顕微鏡（TEM）で後に使用することができる多孔性銅メッシュグリッド上での濾過技術によって、粒子収集のために使用されます。 環境の要請は、 図3に示す耐候室に加速人工風化を通じてシミュレートすることができる。Shandilya らによって示されているように 31（ii）は、風化条件が国際標準に準拠して維持することができるか、に応じてカスタマイズすることがシミュレーションのタイプ。光放射フィルターを使用してインストール - （400から300nm）UV露光をキセノンアークランプを介して提供されます。雨の作用は、それらの上に、脱イオン精製水を噴霧することによってシミュレートされます。リザーバは、流出水を集めるために、試験サンプルの下に配置されています。集めた水または浸出液はENM浸出分析を実行するために後で使用することができます。 <imgALT = &quot;図3&quot; SRC = &quot;/ファイル/ ftp_upload / 53496 / 53496fig3.jpg&quot; /&gt; 図3. 風化商工会議所。サンテストのXLS +風化室の商業形態はナノコートサンプルが置かれている内部のステンレス製のフードが含まれています。貯水槽は、フードの内側に噴霧される水の源であるボンネットの下に配置されている。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/53496/53496fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

<table><tbody><tr><td>Photocal Masonry</td><td>Nanofrance Technologies</td><td></td><td>Test sample</td></tr><tr><td>Masonry brick (ref. 901796)</td><td>Castorama</td><td></td><td>Support for test sample</td></tr><tr><td>Optical microscope (model Imager.M1m)</td><td>Carl Zeiss&lt;br/&gt; MicroImaging GmbH</td><td></td><td>For microcopic analysis</td></tr><tr><td>Energy-dispersion spectroscope (model X-max)</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td>For elemental composition analysis</td></tr><tr><td>Transmission Electron&lt;br/&gt; Microscope (model CM12)</td><td>Philips</td><td></td><td>For microcopic analysis</td></tr><tr><td>Weathering chamber (model Suntest XLS+)</td><td>Atlas</td><td></td><td>For accelerated artificial weathering</td></tr><tr><td>Xenon arc lamp (model NXE 1700)</td><td>Ametek SAS</td><td></td><td>UV rays source</td></tr><tr><td>Inductively Coupled Plasma Mass spectrometer (model 7500cx)</td><td>Agilent Technologies</td><td></td><td>For leachate&lt;br/&gt; water samples analysis</td></tr><tr><td>Taber linear abraser (model 5750)</td><td>Taber Inc.</td><td></td><td>For abrasion</td></tr><tr><td>Taber H38 abradant</td><td>Taber Inc.</td><td></td><td>For abrasion</td></tr><tr><td>Condensation Particle Counter 3775</td><td>TSI</td><td></td><td>For counting number concentration of aerosol particles</td></tr><tr><td>Aerodynamic Particle Sizer 3321</td><td>TSI</td><td></td><td>For measuring the size of aerosol particles&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Differential Mobility Analyzer 3081</td><td>TSI</td><td></td><td>For measuring the size of aerosol particles&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Mini Particle Sampler</td><td>Ecomesure</td><td></td><td>For sampling the aerosol particles</td></tr><tr><td>Gilian LFS-113 Low Flow Personal Air Sampling Pump</td><td>Sensidyne</td><td></td><td>For sampling the aerosol particles</td></tr></tbody></table>

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.

試験サンプル 記事で紹介したプロトコルは、3つの異なる商業ナノ構造物に適用しました。焦点は、実験的アプローチの詳細にここに置かれます。 （a）は、TiO 2のナノ粒子、（11センチメートルのx 5センチメートル×2センチ）で強化されたアルミノシリケート煉瓦を。これは、走査型電子顕微鏡像と一緒に、その材料特性をそれぞれ<stro...

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

この記事では、摩耗の下で、環境風化の下で製品の粒子エアロゾル化を調査するための実験プロトコルが提示されます。エアロゾルの形態での工業ナノ材料の発光、上の結果が提示されています。特定の実験設定について詳細に説明します。

摩耗の下で環境風化の下で製品の粒子エアロゾル化を調査するための実験プロトコール

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

experimental-protocol-to-investigate-particle-aerosolization-product

Research

JoVE Journal

Engineering

7.3K ビュー.  Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques (INERIS). この記事では、摩耗の下で、環境風化の下で製品の粒子エアロゾル化を調査するための実験プロトコルが提示されます。エアロゾルの形態での工業ナノ材料の発光、上の結果が提示されています。特定の実験設定について詳細に説明します。 

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Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust aggregates with sizes up to ~10 cm and porosities up to 70% can be collided. One of the drop towers is primarily used for very low impact speeds down to below 0.01 m/sec and makes use of a double release mechanism. Collisions are recorded in stereo-view by two high-speed cameras, which fall along the glass vacuum tube in the center-of-mass frame of the two dust aggregates. The other free-fall tower makes use of an electromagnetic accelerator that is capable of gently accelerating dust aggregates to up to 5 m/sec. In combination with the release of another dust aggregate to free fall, collision speeds up to ~10 m/sec can be achieved. Here, two fixed high-speed cameras record the collision events. In both drop towers, the dust aggregates are in free fall during the collision so that they are weightless and match the conditions in the early Solar System.

We present a technique to achieve low-velocity to intermediate-velocity collisions between fragile dust aggregates in the laboratory. For this purpose, two vacuum drop-tower setups have been developed that allow collision velocities between &#60;0.01 and ~10 m/sec. The collision events are recorded by high-speed imaging.

原始太陽系におけるダスト凝集衝突の実験的シミュレーションのための研究室のドロップタワー

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust ...

工学

Extraction and Characterization of Surfactants from Atmospheric Aerosols

Surface-active compounds, or surfactants, present in atmospheric aerosols are expected to play important roles in the formation of liquid water clouds in the Earth&#39;s atmosphere, a central process in meteorology, hydrology, and for the climate system. But because specific extraction and characterization of these compounds have been lacking for decades, very little is known on their identity, properties, mode of action and origins, thus preventing the full understanding of cloud formation and its potential links with the Earth&#39;s ecosystems.
In this paper we present recently developed methods for 1) the targeted extraction of all the surfactants from atmospheric aerosol samples and for the determination of 2) their absolute concentrations in the aerosol phase and 3) their static surface tension curves in water, including their Critical Micelle Concentration (CMC). These methods have been validated with 9 references surfactants, including anionic, cationic and non-ionic ones. Examples of results are presented for surfactants found in fine aerosol particles (diameter &#60;1 &#956;m) collected at a coastal site in Croatia and suggestions for future improvements and other characterizations than those presented are discussed.

Methods are presented for the targeted extraction of surfactants present in atmospheric aerosols and the determination of their absolute concentrations and surface tension curves in water, including their Critical Micelle Concentration (CMC).

大気エアロゾルからの抽出および界面活性剤の特性評価

Surface-active compounds, or surfactants, present in atmospheric aerosols are expected to play important roles in the formation of liquid water clouds in ...

環境学

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using three recently developed experiments in which dust particles are exposed to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. The UV light source has a narrow bandwidth in wavelength centered at 172 nm. The beam electrons with the energy of 120 eV are created with a negatively biased hot filament. When the vacuum chamber is filled with the argon gas, a thermal plasma is created in addition to the electron beam. Insulating dust particles of a few tens of microns in diameter are used in the experiments. Dust particles are recorded to be lofted to a height up to a few centimeters with a launch speed up to 1 m/s. These experiments demonstrate that photo and/or secondary electron emission from a dusty surface changes the charging mechanism of dust particles. According to the recently developed &#34;patched charge model&#34;, the emitted electrons can be re-absorbed inside microcavities between neighboring dust particles below the surface, causing the accumulation of enhanced negative charges on the surrounding dust particles. The repulsive forces between these negatively charged particles may be large enough to mobilize and lift them off the surface. These experiments present the advanced understanding of dust charging and transport on dusty surfaces, and laid a foundation for future investigations of its role in the surface evolution of airless planetary bodies.

Dust charging and mobilization is demonstrated in three experiments with exposure to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. These experiments present the advanced understanding of electrostatic dust transport and its role in shaping the surfaces of airless planetary bodies.

ほこりの充電と紫外放射またはプラズマへの露出表面上動員の実験方法

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

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.

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).

ナノ粉末から安定したナノ粒子のエアロゾルを作成するシステム

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

Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products containing nanomaterials is also increasing. Evaluating the nanomaterial release from products containing nanomaterials is a crucial step in assessing the safety of these products, and has resulted in several international efforts to develop consistent and reliable technologies for standardizing the evaluation of nanomaterial release. In this study, the release of nanomaterials from products containing nanomaterials is evaluated using a chamber system that includes a condensation particle counter, optical particle counter, and sampling ports to collect filter samples for electron microscopy analysis. The proposed chamber system is tested using an abrasor and disc-type nanocomposite material specimens to determine whether the nanomaterial release is repeatable and consistent within an acceptable range. The test results indicate that the total number of particles in each test is within 20% from the average after several trials. The release trends are similar and they show very good repeatability. Therefore, the proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing of products containing nanomaterials.

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.

商工会議システムを用いたナノ材料を含む複合からのナノ粒子のリリースのテスト

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products ...

Composition and Distribution Analysis of Bioaerosols Under Different Environmental Conditions

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, we described a protocol for multiple analyses of the biological compositions in environmental PM. Five experiments are presented: (1) PM number monitoring by using a laser particle counter; (2) PM collection by using a cyclonic aerosol sampler; (3) PM collection by using a high-volume air sampler with filters; (4) culturable microbes collection by the Andersen six-stage sampler; and (5) detection of biological composition of environmental PM by bacterial 16SrDNA and fungal ITS region sequencing. We selected hazy days and a livestock farm as two typical examples of the application in this protocol. In this study, these two sampling methods, cyclonic aerosol sampler and filter sampler, showed different sampling efficiency. The cyclonic aerosol sampler performed much better in terms of collecting bacteria, while these two methods showed the same efficiency in collecting fungi. Filter samplers can work under low temperature conditions while cyclonic aerosol samplers have a sampling limitation for temperature. A solid impacting sampler, such as an Andersen six-stage sampler, can be used to sample bioaerosols directly into the culture medium, which increases the survival rate of culturable microorganisms. However, this method mainly relies on culture while more than 99% of microbes cannot be cultured. DNA extracted from the culturable bacteria collected by the Andersen six-stage sampler and samples collected by cyclonic aerosol sampler and filter sampler were detected by bacterial 16S rDNA and fungal ITS region sequencing.All the methods above may have wide application in many fields of study, such as environmental monitoring and airborne pathogen detection. From these results, we can conclude that these methods can be used under different conditions and may help other researchers further explore the health impacts of environmental bioaerosols.

Understanding the biological composition of environmental particulate matter is important for the study of its significant impacts on human health and disease spread. Here, we used three types of bioaerosol sampling methods and a biological analysis of airborne microbes to better explore airborne microbial communities under different environmental conditions.

組成と異なる環境条件下におけるバイオエアロゾルの分布解析

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, ...

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.

ナノサイズ粒子の 4 つの暴露濃度は、鼻専用の吸入毒性試験室の開発

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

CO2 隔離の強化:鉱物の風化を促進するための土壌生物相アプローチ

Design and Construction of an Experimental Setup to Enhance Mineral Weathering through the Activity of Soil Organisms

Enhanced weathering (EW) is an emerging carbon dioxide (CO2) removal technology that can contribute to climate change mitigation. This technology relies on accelerating the natural process of mineral weathering in soils by manipulating the abiotic variables that govern this process, in particular mineral grain size and exposure to acids dissolved in water. EW mainly aims at reducing atmospheric CO2 concentrations by enhancing inorganic carbon sequestration. Until now, knowledge of EW has been mainly gained through experiments that focused on the abiotic variables known for stimulating mineral weathering, thereby neglecting the potential influence of biotic components. While bacteria, fungi, and earthworms are known to increase mineral weathering rates, the use of soil organisms in the context of EW remains underexplored. 
 This protocol describes the design and construction of an experimental setup developed to enhance mineral weathering rates through soil organisms while concurrently controlling abiotic conditions. The setup is designed to maximize weathering rates while maintaining soil organisms' activity. It consists of a large number of columns filled with rock powder and organic material, located in a climate chamber and with water applied via a downflow irrigation system. Columns are placed above a fridge containing jerrycans to collect the leachate. Representative results demonstrate that this setup is suitable to ensure the activity of soil organisms and quantify their effect on inorganic carbon sequestration. Challenges remain in minimizing leachate losses, ensuring homogeneous ventilation through the climate chamber, and avoiding flooding of the columns. With this setup, an innovative and promising approach is proposed to enhance mineral weathering rates through the activity of soil biota and disentangle the effect of biotic and abiotic factors as drivers of EW.

著者スポットライト:CO2除去のための鉱物風化促進におけるミミズの役割の解明 

Here we present the construction and operation of an experimental setup to enhance mineral weathering through the activity of soil organisms while concurrently manipulating abiotic variables known to stimulate weathering. Representative results from the functioning of the setup and sample analyses are discussed together with points for improvement.

土壌生物の活性による鉱物風化促進実験装置の設計と構築

Enhanced weathering (EW) is an emerging carbon dioxide (CO2) removal technology that can contribute to climate change mitigation. This technology relies ...

摩耗の下で環境風化の下で製品の粒子エアロゾル化を調査するための実験プロトコール

要約

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原始太陽系におけるダスト凝集衝突の実験的シミュレーションのための研究室のドロップタワー

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ほこりの充電と紫外放射またはプラズマへの露出表面上動員の実験方法

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土壌生物の活性による鉱物風化促進実験装置の設計と構築

土壌生物の活性による鉱物風化促進実験装置の設計と構築

土壌生物の活性による鉱物風化促進実験装置の設計と構築