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.システムの準備<ol><li>システムを組み立てるために、新規またはよく洗浄粒子輸送チューブとコネクタを使用してください。チャンバ壁を洗浄し、無粒子（プロトコルの終わりに洗浄方法を参照）されていることを確認してください。 </li><li>潜在的なバックグラウンド粒子を除去するには、少なくとも30分間、（ 図1で位置AとB の間のファンネルをインストールせずに）直接混合室へのフィルタリング乾燥空気の流れ（5〜10リットル/分）を接続します。 </li><li>製造業者のプロトコルに従ってSMPSを使用して測定チャンバ内の粒子数濃度を測定します。濃度は10＃/ cmで3回のスキャン後に3未満である場合には、クリーンな環境を考慮してください。 SMPSを使用して測定する際に流量が遅くなることがあることに注意してください。 </li><li> Figur内の空気の流れを停止し、サンプリングチューブの出口を閉じ、プラスチックやゴム栓付きの出口管出口（位置cE 1）システムに入る周囲の粒子を防止します。 </li><li>顕微鏡分析のための測定器（SMPSとOPC）と粒子サンプラーを準備し、ウォームアップ。 </li></ol> 2.材料の準備<ol><li>温度や湿度に関してよく制御された環境で保存して試験材料。これは、フォローアップの実験で再現性のある結果を確保するために非常に重要です。 </li><li>風通しの良い空間（ 例えば 、実験室のフード）で、化学天秤や高精密天秤を使用して慎重に粉末を計量。 注：250〜ミリグラムの重量のTiO 2、SiO 2は 、ZnO及びCeO 2のナノ粒子粉末を試験し、これらは一般に安定したエアロゾルの少なくとも30分間十分であることが判明しました。しかし、適切な量が強く、粉末タイプに依存し、バルク材、セメントまたは有機粉末のために大幅に異なる場合があります。 </li><li>垂直エアロゾル発生器を修正しました。LY、及び適切に洗浄実験用漏斗を用いてエアロゾル発生器の上部開口から粉末を養います。実験の前に、水で漏斗を洗浄し、濾過された空気によって完全に乾く、内壁についたほこりの付着を除去しました。静かにすべての粉末粒子がプロセスに供給されることを保証するために漏斗をタップします。初期のエアロゾル化に材料の有意な損失を回避するために、ハード漏斗を振らないでください。 <ol><li>粉末粒子の大部分が、むしろ周囲の傾斜壁上に落下するよりも、発電機の底に達することを確認します。そっと底に堆積した粉末粒子を移動させるために発電機の側壁をタップします。 </li><li>代わりに、その発電機の底部に直接付着物粉末粒子の長い漏斗を使用します。安全上の理由のために、換気フード下または負圧チャンバ内にこれらの操作を行います。 </li></ol></li><li> unsticky材料は、下部に開口部をすり抜けることができるように発電機の、一時的に粉末に供給する前に開口部をブロックするように直径2mmの針を使用します。 </li><li>漏斗を削除し、転送中に粒子放出を避けるために、発電機の上部と下部の開口部を閉じます。 </li></ol> 3.エアロゾル化<ol><li>ファンネルへの入口と出口チューブ上のブロックを削除し、エアロゾル発生器を取り付け、濾過された空気供給源にその底部を接続し、その上部混合室（それぞれ図1の位置AおよびB）への出口、とは垂直にそれを添付金属製の足場。 </li><li>セットアップ出口（ 図1における位置c）上のブロックを削除してください。 </li><li>エアロゾル化の流れに切り替えます。ゆっくりと流れチューナーを使用して0 0.3から0.5 L / minに速度を増加させます。早すぎる-目的は、少なくとも30分間安定したエアロゾルの生成を提供することができる流量に到達することで、高流速に移動しないでください。 <ol><li>これを達成するために、安定したエアロゾルのこの期間中に著しく粉末の量を消費しません。経験則として、比較的長期間にわたって安定した濃度を維持しつつ、強固なエアロゾル流を生成する（ 図1のHで示される）、約1cmの流動床の高さを使用します。エアロゾル化プロセスに投入エネルギーが強すぎる場合には、材料は急速に、実験の残りの間安定したエアロゾルの生成を維持するために失敗し、最大使用されます。流量範囲が異なる粉末のために変化することに注意してください。上記の値は、試験された上述のナノ粉末のために使用しました。 </li></ol></li><li>希釈フローに切り替えます。ゆっくりと0から2 L / minに速度を増加させます。必要とされる合計の希釈流は、サンプリング装置によって決定されます。 SMPS、OPC、およびここで提示システムで使用されるミニサンプラーが1.6〜1.8リットル/分の総流量を必要とします。 </li></ol> 4.キャラクタリゼーション<ol><li>開始（ここでは、SMPSとOPC）を同時にオンライン計測機器とすぐにエアロゾル化し、希釈液の流れが導入されます。 注：エアロゾルの安定状態が達成された場合、エアロゾル粒子数濃度及びサイズ分布は、約30分後に安定になるべきです。さまざまな条件の下でエアロゾル特性の比較のために、この時点（ 例えば 、湿度）から開始し、異なる粉末を用いた測定を使用してください。平均濃度およびサイズ​​分布を計算するために10回連続SMPSスキャンの結果を分析します。 </li><li>エアロゾル化が安定したら、浮遊粒子のサンプリングを開始するためにTEMサンプラーに接続されたポンプをオンにします。穴あきカーボンフィルムで被覆されたTEMグリッドを用いて0.3リットル/分の流量を使用。流量が高すぎると、グリッド上の薄膜が損傷することができます。サンプラーの使用に関する詳細情報は21利用可能です。典型的には、サンプリング処理は、AB持続します3分アウト。 <ol><li>異なる粒子濃度に応じてサンプリング期間を変化させる、および粒子堆積（ 例えば 、50％）によりTEMグリッドの適度な表面被覆率を考慮して近似。厚い堆積は、オンサイト凝集による粒子形態を変更することができます。 </li></ol></li></ol> 5.ポスト​​サンプリング操作とクリーンアップ<ol><li>測定終了後、希釈流その後エアロゾルの流れをオフに切り替えます。 </li><li>システムからのエアロゾル発生器を外し、その上部と下部の開口部をブロックし、洗浄スペースに転送します。有害物質が処理されている場合は特に、風通しのよい清掃施設や囲まれた空間で清掃してください。 </li><li>粒子表面の親水性に応じて、水または有機溶媒を用いて粉末残基を分散させます。安全なリサイクルのための化学容器にソリューションをオフに注ぎます。長い実験の後、試験粉末はSTICする傾向にありますガラス壁にしっかりとkは、容易に溶解しません。これが発生した場合は、粘着性の物質を溶解するために、超音波洗浄器と一緒に酸または塩基を使用しています。 </li><li>壁に残った水分を除去するために、十分に発電機の内部を乾燥させるために、少なくとも1時間、それを介して乾燥空気を通過させます。有機溶剤を扱うときに炎や発火源が存在しないことを確認し、スペースの十分な換気を確保します。 </li><li>外し粒子輸送チューブとコネクタ。水や溶剤でそれらを洗い流してください。ウエットティッシュペーパーや布で混合し、測定室の内壁を拭いてください。少なくとも一日か前に次の実験を1時間乾燥空気流とオープンスペースでそれらを乾燥させます。 </li><li> （使用する場合）、定期的にSMPSインパクターを清掃してください。 </li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

漏斗ベースのエアロゾル化の設定が効果的（エアロゾル中に空気流速度によって定量化することができる）選択されたエネルギー入力レベルでの粉末粒子を活性化することができます。発生部位での粒子の動きと衝突が粉末凝集体を破壊し、一定速度で同じ大きさの分布の浮遊粒子を放出する、平衡状態に達します。安定したエアロゾルは、統計的に有意な結果を生成するために、このようなSMPSのような高サイズの解像度であっても、低速測定機器のための十分な時間である最大2時間、30分から最後にすることができます。セットアップは、このようなナノ粒子粉末など貴重な材料をテストするための利点であることができる、試験材料の少量を必要とします。 しかし、システムの環境およびプロセスパラメータが有意に試験結果に影響を与えることができます。反復可能なデータを生成するには、標準的な操作手順は、厳密にexperi全体に従わなければなりませんメント。このシステムを使用してエアロゾル化試験を行う場合、次の側面を慎重に考慮すべきです。 まず、意味のある結果を得るためには、セットアップの内部部品は、テストのためのクリーンな環境を提供することが重要です。汚染物質の潜在的な供給源は、周囲の粒子と、以前の実験からの試験材料です。周囲の粒子の効果は、通常は、すぐにエアロゾル化および希釈フローが導入されたとして、比較的早く姿を消しました。しかし、残留物質からの干渉は、実験を通して持続することができます。生成されたエアロゾル粒子がシステムを通って流れるように、それらは、輸送管、屈曲点とコネクタの狭いチャネル、及び混合の内面と測定室の内壁に堆積することができます。これらの部品が適切に前新実験に清掃されていない場合は、先に堆積された材料は、常にメインストリームに再懸濁することができますエアロゾル流の、このように試験結果を妨害します。 次に、粉末充填工程は、非常に慎重に行われるべきです。ここで最も重要な問題は、材料の非常に少量を使用している場合は特に、セットアップに供給される粉末の量です。所与のエアロゾル流量で、粉末の少量は、より低いエアロゾル濃度を生成し、そしておそらく粉末の単位重量当たりのより高いエネルギー入力に対して、より小さなサイズの粒子。また、試験物質（ 例えば 、相対湿度および温度）のための貯蔵条件は、粉末のエアロゾル化挙動と粉塵22のレベルに影響を与えることが示されています。そのため、原料粉末は常に可能で、同じ大気条件に保たれるべきです。 第三に、実験の開始時にエアロゾル化の流れの調整が大幅に試験結果に影響を与えます。流れの急激な増加は、大きな粉末粒子のuを吹きます空気中にpとは劇的に、実験の残りのために利用可能な材料の量を減らす、ファンネル表面上にそれらすべてを広げます。結果は、不十分な粉末に失敗したテストである可能性があります。 ここで説明するセットアップは、このシステムの中核部分を複製しようとすると、標準化された実験装置を使用して構築されていないため、次の側面を考慮すべきです。標準的な実験の分別ファンネルは、エアロゾル発生器（これらは加圧条件下で使用すべきではないことに注意してください）​​として使用することができます。異なる形状の分別漏斗は、実験で試験した、と彼らは合わせ漏斗に同様の機能を提供します。埋め込まれた輸送管を有するゴム製シール部は、漏斗蓋として使用することができます。 異なる形状が、同様のボリュームの混合及び測定区画を使用することができます。大きすぎる区画が大幅に時間NEを遅らせることに注意してください安定したエアロゾルの条件（濃度）に達するeded。必要な時間は考慮合計空気流量とコンパートメントの容積を取ることによって推定することができます。プロセスは、大規模な希釈流を使用することによって促進することができるが、最終的な粒子数濃度が劇的による希釈に減少させることができることに留意されるべきであり、これは、エアロゾルの粒度分布、並びに測定器の性能（依存に影響を与える可能性それらの検出限界で）。導電性材料を推奨します。 移送管の長さは、一般的な実験室の設定に応じて、変化してもよいです。しかし、長さは、その輸送中にかなりの粒子損失を避けるために、できるだけ短く保たれるべきです。粒子浸透率は、アカウント粒径、空気流量、チューブの直径および長さを考慮して、心のいずれか重力堆積ベアリング等により計算することができます。拡散損失、またはその両方。 異なる特性決定方法が用いられてもよいです。しかし、空気供給（希釈​​流）は、全サンプリング流量と一致するように調整されるべきです。十分な空気の供給は、このような結論ミスにつながる周囲の粒子の描画、測定室の負圧になります。異なる空気供給源が使用されるが、それらは、粒子を含まないか、高効率フィルターと空気を予め治療することを保証することができます。 このエアロゾル化方法の1つの主要な制限は、比較的長期間にわたって安定した粒子の生成を維持するために、試験粉末の良好な流動性を必要とすることです。このような高水分含量を有する親水性粉末として粘着性材料は、多くの場合、エアロゾル化プロセスの初期段階で流れを停止し、非常に低い粒子濃度を生成します。この問題を解決する可能性のある方法は、原料粉末のような乾燥・sの前処理を含むことができますその流動性を改善するように、O。使用後の原材料の保管状態は良好に維持されるべきで、 例えば 、乾燥した環境にし、適切な温度下に保ちます。実験中、より高いエアロゾル流量（0.5 L /分）と原料の大量（ 例えば 、500mg）を使用することができます。さらに、希釈の流量を低下させることは、測定チャンバ内の粒子濃度を増加させることができます。 この方法の別の制限は、空気中の粒子発生率（測定チャンバ内こうして粒子数濃度）の再現性です。変動の特定のレベルはまだ存在しています。改善の可能な方法は、材料の損失、及び十分に制御さエアロゾル流量を減少させるより明確送り処理です。 ここで説明するシステムおよびプロトコルは、様々な用途に使用することができます。試験物質の比較的少量を使用することは、潜在的に、Vの方法を行います粉末の粉塵をテストするための代替ツールとしてaluable。いくつかの一般的な材料のための私達のシステムによって生成される浮遊粒子のレベルの順位は、このような回転ドラム15,17、連続ドロップ23、およびボルテックスシェーカー法24などの既存のエアロゾル化システム19、で観察されたものと同様でした。さらに、調整可能なエネルギー入力（空気流量）は、ナノ粒子粉末の凝集体の安定性を研究するために使用することができます。最後に、安定したエアロゾルの生成は、in vivoまたはin vitro毒性試験でのための空中工業ナノ粒子の信頼できる情報源として役立つことができます。制御可能な粒子濃度は、用量依存性の生物学的応答の分析を可能にします。液体懸濁剤を使用して、他のエアロゾル化の方法に比べて、提示された方法は、そのような材料懸濁し、懸濁液中の粒子の物理化学的特性の修飾（としての潜在的な問題を回避する、例えば 、gglomeration、表面特性）。

ナノ材料粉末は広く新製品を製造するための、またはそれらの機能的用途1-4のための添加剤などの原料として、異なる産業分野で使用されています。しかし、ナノ粉末のエアロゾルへの労働者の暴露の可能性は、様々な職業の取り扱い活動5-8中に指摘されている、および関連する健康上のリスクは、 生体内及びインビトロ毒性試験9-12で研究されています。ナノ物質を扱う労働者を保護するために効果的な戦略の開発を容易にするために、産業保健専門職は、ナノ粒子のエアロゾルは、外部エネルギー入力を施した粉末材料から生成される方法をよりよく理解する必要があります。 別の実験室システムは、現実的な条件下での粉末エアロゾルの挙動をシミュレートするために開発されてきました。このうち、2の標準的な手順が確立された基準法であります<su浮遊粒子を解放するために、与えられたエネルギー入力に付した粉末の傾向として定義されている粉末の粉塵を、テストするためのp&gt; 13。第一の方法は、エネルギー入力および粉末粒子14,15のエアロゾル化のための媒体としての回転ドラムを使用しています。第二の方法は、垂直シリンダーを通して一定の割合で粉末をドロップし、上昇気流16によって粉末粒子をエアロゾル化。しかしながら、これらの方法は、試験物質（34 cm 3程度または500 g）を比較的大量に必要とし、これは、それらの高いコストのためにナノ材料粉末および潜在的な暴露の危険性に問題があることができます。ドラムのプロセスを単一液滴を組み合わせて回転縮小試験システムは、試験粉末（6グラム試料）17の少量の使用を可能にする、開発されました。ボルテックスシェーカーに基づいて最近開発されたエアロゾル化システムは、原料から1cm 3までの試験を可能にする、ナノ粉末のために使用されています<suP&gt; 18。 ここでは、実験室の漏斗に基づくナノ粉末のテストのための新規のエアロゾル化および脱凝集システムを提示します。これは、試験粉末1g未満を使用して安定したエアロゾル生成方法を提供します。安定したエアロゾルは、堅牢なエアロゾルの特徴付けのために十分に長い持続時間の間維持することができます。システムの性能は、前の2つの刊行物19,20に詳細に記載されています。 図1に示すように、テスト・セットアップは、コンパートメントを混合し、測定、エアロゾル発生器で構成され、特徴づけ楽器れる。粒子輸送チューブとコネクタは、これらの異なる要素をリンクします。フローチューナー二流量計を制御し、システム内の空気流の状態を監視します。圧力計、温度と湿度センサは、測定チャンバ内の環境を監視します。乾燥した圧縮空気は、それがシステムに入る前hyperfilterを用いて濾過します。アンV字型の細長いガラスエアロゾル発生器は、粉末のエアロゾル化のために使用されます。この形状は、その後の区画内に強固なエアロゾル化プロセスとスムーズな粒子輸送を容易にします。それは上部セクション（再番号&lt;15）で層状であるのに対し、漏斗の底部の流動様式は、原因粉末粒子との相互作用に乱流です。発電機の壁の厚さは、特に重要なオリフィスを使用して解凝集試験のために必要な（400 kPaのΔPまで）高圧に耐えるように設計されました。高精度の流量チューナーは0.01リットル/分の増分で流量を制御します。導電性チューブ（6 mmの外径、厚さ1mm）を輸送中の静電沈着に起因する粒子の損失を回避するために使用されます。管の長さは、エアロゾル発生器と混合室との間に約50cm、混合室と測定室は20 cmであり、サンプリングチューブ100 cmです。 1Lの金属ボトルを混合チャムとして使用されBER、および12 ​​Lの金属ドラムは、測定室として使用されます。粒子試料を測定室の上部から引き出されています。出口ポートは、濾過システムに余分の流れを導きます。混合及び測定チャンバは電気的に、粒子の静電的な損失を防止するために接地されています。測定機器は、粒子数濃度及びサイズ分布、および粒子形態分析のための透過型電子顕微鏡（TEM）サンプラー（MPS）は走査移動度粒子サイザー（SMPS）と光学粒子計数器（OPC）が含まれます。 セットアップのエアロゾル化手順は、流動床プロセスに似ています。空気の流れは漏斗（直径2mm）に底部開口から入り、粉末をエアロゾル化。粉末粒子は、噴水の水と同様に移動します。生成されたエアロゾルは、混合チャンバ内の希釈流れを満たしています。効果場合、希釈空気流量、湿度、異なるレベルのために調整することができますこのパラメータの分析が必要です。室内の空気がスムーズにサンプリングニーズに応じて乾燥希釈空気でエアロゾルを混合するために、バッファ容量として機能します。エアロゾル流は、次いで、（エアロゾル試験のため）通常の管出口または（解凝集試験用）臨界オリフィスを介して測定室に導入されます。オリフィスは、それを通過する粒子に剪断力を適用して、異なる圧力ドロップ条件を提供することができます。このメカニズムは、それらの解凝集の可能性（機械的安定性）の研究を可能にします。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig1.jpg" /> 図1.エアロゾル化し、解凝集システムのダイアグラム。デフォルトでは、チューブは、測定室と混合室とを接続します。示すオリフィスがオプションのアドオン（このプロトコルに記載されていない）である。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig1large.jpg" target="_blank">トンはこちらをクリックしてください</a>Oこの図の拡大版を表示します。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<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&#176; 5.403</td>
			<td>Size range: 11.1&#8211;1083.3 nm (impactor: d50=1082 nm); composed of a condensation particle counter (CPC) and a dynamic mobility analyzer (DMA); sampling flow ate: 0.3 L/min; sheath flow rate: 3.0 L/min; with standard multiple charge correction and diffusion loss correction;&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>optical particle counter (OPC)</td>
			<td>GRIMM</td>
			<td>Model N&#176; 5.403</td>
			<td>Size range: 0.25-32 &#181;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.

図2は、疎水性SiO 2を有するエアロゾル化実験において、上記のプロトコルを使用して、経時的総エアロゾル粒子数濃度及びサイズ変化の典型例を示しています。粒子濃度は、すぐにエアロゾル化の流れが導入されたように上昇し始めました。粒子の幾何平均サイズは徐々にも増加しました。後約10 SMPSスキャン（3.5分/スキャン）は、エアロゾルは、粒子濃度と平均直径は、もはや任意のかなりの量によって変化し、定常状態に入るようになりました。この状態は、10 3分SMPSスキャンを完了するのに十分であった、30分以上持続した。 図3は、（ 図2と同じデータに基づいて）個々のサイズ分布の形で粒子濃度の変化を示しています。ピークは、時間の経過とともに徐々に上昇し、エアロゾルが安定した後、それは目全体で同じ大きさの範囲内に留まっテストの電子レスト。 実験の開始時に示される非常に小さな平均直径が不安定な粉末のエアロゾル化によるものではなかったです。むしろ、粉末充填手順後に漏斗内部の残留大気によって引き起こされました。この空気の量は、測定室に流入した最初の、初期スキャン（ 図4）の間にSMPSによってサンプリングしました。これは、手で科学的な問題により、要求された場合には、クリーンルーム内のすべての実験を行うことによって回避することができます。実際、最初のスキャンのサイズ分布は、周囲空気のそれに非常に類似していました。粉末エアロゾル粒子は、中に流れるように急速に減少し、周囲の粒子からの干渉を続け、その効果はほとんどいくつかのSMPSスキャン後に消失していたように。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig2.jpg" /> 図2. 変更全粒子数濃度およびエアロゾル化実験で平均直径（241 mgの疎水性のSiO 2;エアロゾルは0.3リットル/分の流れ）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig2large.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> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig3.jpg" /> エアロゾル化実験中の粒度分布図 3. 変更。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig3large.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> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig4.jpg" /> 前記 エアロゾル粒子サイズ分布エアロゾル試験の開始時の 図 。粒子濃度は、相対スケール上に提示される（正規化されたTより高濃度の後のスキャンからスペクトルと非常に低濃度での最初のスキャンからのスペクトルを比較するために合計数）O。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig4large.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> 粒子濃度の変化は、常に同じパターンに従っていません。 4つの可能性は、通常、エアロゾル試験において見られます。 図5Aにおいて、濃度はゆっくりと、その後、「プラトー」領域に増加し、実験の残りのほとんど変わりませんでした。 図5Bにおいて、濃度は最初徐々に低レベルに減少し、その後以上1.5時間安定を維持し、最大のポイントに上昇しました。 図5Cでは、濃度がゼロに減少し続けました。 図5Dでは、濃度は最大レベルまで増加し、remaineそこに一定期間D、およびその後再び減少しました。 標準的な操作手順が続く場合（a）のシナリオは、通常見られます。エアロゾル化空気流を徐々に導入し、最終的に適切な範囲内で安定化されます。原料の量は、エアロゾル化レベルに対して十分であり、かつ一定のエアロゾル発生率を長期間維持することができます。シナリオ（B）による粉末の不十分な量と組み合わせた実験を通して過度のエアロゾル化の流れに最も可能性が高いです。粉末は急速に消費され、安定したエアロゾルの生成を維持することができません。シナリオ（c）は（b）のことを除いて、短い時間の後に、空気流量を適切な範囲に再調整し、試験の残りの部分を通して一定に維持シナリオに粒子数濃度が同様の低下を示しています。これは、粒子濃度が徐々に安定した範囲に到達させます。シナリオ（d）のA原料の不十分な量が使用さppears。実験の後の段階で、エアロゾル化の初期段階で可能であったように、一定の速度でエアロゾル粒子を生成するのに十分な試験粉末は、もはや存在しません。これにより、システム内の粒子濃度が低下します。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig5.jpg" /> エアロゾル化実験中の総粒子濃度を変更するため 、図5 の典型的なパターン：（A）プラトーに達するまで徐々に増加させます。 （B）を徐々にゼロに減少します。 （C）急速にピークに達し、その後、安定したレベルまで減少。 （D）は 、定常状態に増加し、一定時間維持し、その後減少する。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig5large.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> </p&gt; 異なるエアロゾル流量、エアロゾル生成に及ぼす影響を調べるために試験しました。 0.3から1.1 L /分の流量を使用し、得られた粒度分布は、 図6に示されている。流が増加するにつれて、スペクトルのピークが上昇しました。最高流量（1.1 L /分）で、ミクロンサイズの浮遊粒子は、システム（二次ピーク）を入力し始めました。空気流は0.3〜0.7リットル/分（ 図7）の範囲で増加したとき、同じエアロゾルの流れの下で、しかし、それらは徐々に減少したときにエアロゾル粒子のモードサイズが同様の滞在しました。増加粒子発生率と増加流量が（有意な粒子の動きと衝突で）より動的なエアロゾル化プロセスは、エアロゾルの修正されたサイズ分布をもたらす、粉末粒子の解凝集を促進することを示唆しているように、平均粒径を減少させます粒子が生成されます。 <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig6.jpg" /> 増加空気流量と粒子サイズ分布を変える 6図 （0.3〜1.1 L /分）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig6large.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> <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig7.jpg" /> 異なる流量下で粒度分布の 図7 の比較。スペクトルは、ピークのシフトをより良く示しており、（総粒子数に正規化）の相対的な規模で同様の高さになった。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig7large.jpg" target="_blank">この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。図。</a> 図8と同じ材料を使用して、4つの反復試験からの粒度分布における変動の一例を示しています。標準偏差は、全粒子濃度について39.7パーセントと幾何平均サイズが6.6％でした。個数濃度の変化は、いくつかの理由が考えられます。1）異なる原料の状態（ 例えば 、凝集レベル）;粉末充填工程における2）人的要因（漏斗の底に堆積した粉末量、エアロゾル化のために利用可能なこのような量に影響を与えます）。エアロゾル化の開始時、または3）の空気流量調整。 <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/54414/54414fig8.jpg" /> <stronグラム、疎水性のSiO 2を使用してレプリケートエアロゾル化実験から試験結果の &gt;図8 バリエーション。エラーバーは、個々のサイズチャンネル内の粒子数濃度の標準偏差を表す。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54414/54414fig8large.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>

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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).

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 ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K ビュー.  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). 

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Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents and hence higher efficiencies. Photon up-conversion by way of triplet-triplet annihilation (TTA-UC) is an attractive technique for using these otherwise wasted low energy photons to produce photocurrent, while not interfering with the photoanodic performance in a deleterious manner. Further to this, TTA-UC has a number of features, distinct from other reported photon up-conversion technologies, which renders it particularly suitable for coupling with DSC technology. In this work, a proven high performance TTA-UC system, comprising a palladium porphyrin sensitizer and rubrene emitter, is combined with a high performance DSC (utilizing the organic dye D149) in an integrated device. The device shows an enhanced response to sub-bandgap light over the absorption range of the TTA-UC sub-unit resulting in the highest figure of merit for up-conversion assisted DSC performance to date.

An integrated device, incorporating a dye-sensitized solar cell and triplet-triplet annihilation up-conversion unit was produced, affording enhanced light harvesting, from a wider section of the solar spectrum. Under modest irradiation levels a significantly enhanced response to low energy photons was demonstrated, yielding a record figure of merit for dye-sensitized solar cells.

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

工学

A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space

A simple Positron Emission Tomography (PET) prototype has been constructed to fully characterize its basic working principles. The PET prototype was created by coupling plastic scintillator crystals to photomultipliers or PMT&#39;s which are placed at opposing positions to detect two gamma rays emitted from a radioactive source, of which is placed in the geometric center of the PET set-up. The prototype consists of four detectors placed geometrically in a 20 cm diameter circle, and a radioactive source in the center. By moving the radioactive source centimeters from the center the system one is able to detect the displacement by measuring the time of flight difference between any two PMT&#39;s and, with this information, the system can calculate the virtual position in a graphical interface. In this way, the prototype reproduces the main principles of a PET system. It is capable to determine the real position of the source with intervals of 4 cm in 2 lines of detection taking less than 2 min.

We present a simple but well-constructed Positron Emission Tomography (PET) system and elucidate its basic working principles. The goal of this protocol is to guide the user in constructing and testing a simple PET system.

バイ次元空間での放射線源を見つけるために構築の基本的なポジトロン放出断層撮影システム

A simple Positron Emission Tomography (PET) prototype has been constructed to fully characterize its basic working principles. The PET prototype was ...

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using visible light irradiation with plasmonic nanoparticles. The plasmonic nanoparticle is used to improve the reduction efficiency of GO. It only takes 30 min&#160;at RT by illuminating the solutions with Xe-lamp, the r-GO solutions can be obtained by completely removing gold nanoparticles through simple centrifugation step. The spherical gold nanoparticles (AuNPs) as compared to the other nanostructures is the most suitable plasmonic nanostructure for r-GO preparation. The reduced graphene oxide prepared using visible light and AuNPs was equally qualitative as chemically reduced graphene oxide, which was supported by various analytical techniques such as UV-Vis spectroscopy, Raman spectroscopy, powder XRD and XPS. The reduced graphene oxide prepared with visible light shows excellent quenching properties over the fluorescent molecules modified on ssDNA and excellent fluorescence recovery for target DNA detection. The r-GO prepared by recycled AuNPs is found to be of same quality with that of chemically reduced r-GO. The use of visible light with plasmonic nanoparticle demonstrates the good alternative method for r-GO synthesis.

A simple protocol for the preparation of reduced graphene oxide using visible light and plasmonic nanoparticle is described.

プラズモニックナノ粒子を用いてグラフェン酸化物の可視光誘起削減

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

シングルプラズモニックナノ粒子からの散乱非線形性の測定

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Advanced Compositional Analysis of Nanoparticle-polymer Composites Using Direct Fluorescence Imaging

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise composition of these materials is essential, especially in the design of surface catalysts, where the surface concentration of the active component determines the activity of the material. Antimicrobial materials which utilize nanoparticles are a particular focus of this technology. Recently swell encapsulation has emerged as a technique for inserting antimicrobial nanoparticles into a host polymer matrix. Swell encapsulation provides the advantage of localizing the incorporation to the external surfaces of materials, which act as the active sites of these materials. However, quantification of this nanoparticle uptake is challenging. Previous studies explore the link between antimicrobial activity and surface concentration of the active component, but this is not directly visualized. Here we show a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of CdSe/ZnS nanoparticles can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging. Using this method, we can quantify the uptake of nanoparticles via swell encapsulation and measure the surface concentration of encapsulated particles, which is key in optimizing the activity of functional materials.

Here we present a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of cadmium selenide quantum dots can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging.

直接蛍光イメージングを用いたナノ粒子 - ポリマー複合材料の高度な組成分析

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise ...

The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, building and food industries, amongst others. Polyester and coatings containing both polyester and silica nanoparticles (SiO2NPs) have been widely used to protect steel substrata from corrosion. In this study, we utilized X-ray photoelectron spectroscopy, attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy, water contact angle measurements, optical profiling and atomic force microscopy to provide an insight into how exposure to sunlight can cause changes in the micro- and nanoscale integrity of the coatings. No significant change in surface micro-topography was detected using optical profilometry, however, statistically significant nanoscale changes to the surface were detected using atomic force microscopy. Analysis of the X-ray photoelectron spectroscopy and attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy data revealed that degradation of the ester groups had occurred through exposure to ultraviolet light to form COO&#903;, -H2C&#903;, -O&#903;, -CO&#903; radicals. During the degradation process, CO and CO2 were also produced.

Two types of surfaces, polyester-coated steel and polyester coated with a layer of silica nanoparticles, were studied. Both surfaces were exposed to sunlight, which was found to cause substantial changes in the chemistry and nanoscale topography of the surface.

日光への露出表面上にシリカナノ粒子 - ポリエステルコーティングの進化

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, ...

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 ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

エキシプレックスからの安定した発光と白色発光電気化学セルの作製

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

連結を解くコリオリの力と全視野熱回転浮力の影響回転チャネルのプロパティを転送します。

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft engines. However, developing VCE requires high costs. Thus, it is essential to build a mathematical model when developing an aircraft engine, which may avoid a large number of real tests and reduce the cost dramatically. Modeling is also crucial in control law development. In this article, based on a graphical simulation environment, a rapid method for modeling a double bypass variable cycle engine using object-oriented modeling technology and modular hierarchical architecture is described. Firstly, the mathematical model of each component is built based on the thermodynamic calculation. Then, a hierarchical engine model is built via the combination of each component mathematical model and the N-R solver module. Finally, the static and dynamic simulations are carried out in the model and the simulation results prove the effectiveness of the modeling method. The VCE model built through this method has the advantages of clear structure and real-time observation.

Here, we present a protocol to build a component-level mathematical model for a variable cycle engine.

可変サイクルエンジンのモデリングの迅速な方法

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...