Name: testing of nanoparticle release from a composite containing nanomaterial using a chamber system
Uploaded: 2016-11-22T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System at JoVE.com

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 &amp; Energy.

1. Framställning av instrument och Prover <ol><li> Abrasor <ol><li> Baserat på en nötningsprovare, använd en abrasor med ett prov rotation steg (140 mm diameter), två slithjulhållare, och en rotationshastighet på 30-80 rpm. </li><li> Använda en vikt för att säkra nötningshjulet till nötningshjulhållaren, vilket även gäller belastning till testprovet. </li><li> Installera ett extra luftintag för att ge bättre fjädring för avnötta partiklar, som visas i Figur 3. Anv?...

<ol>
	<li>Froggett, S. J., Clancy, S. F., Boverhof, D. R., Canady, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+and+perspectives+of+existing+research+on+the+release+of+nanomaterials+from+solid+nanocomposites.">A review and perspectives of existing research on the release of nanomaterials from solid nanocomposites.</a> Part Fibre Toxicol. 11, (2014).</li><li>Kingston, C., Zepp, R., Andrady, A., Boverhof, D., Fehir, R., Hawkins, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Release+characteristics+of+selected+carbon+nanotube+polymer+composites.">Release characteristics of selected carbon nanotube polymer composites.</a> Carbon. 68, 33-57 (2014).</li><li>Kaiser, D., Stefaniak, A., Scott, K., Nguyen, T., Schutz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Methods for the Measurement of Release of MWCNTs from MWCNT-Polymer Composites, NIST. , (2014).</li><li>Nowack, B., David, R. M., Fissan, H., Morris, H., Shatkin, J. A., 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=Potential+release+scenarios+for+carbon+nanotubes+used+in+composites.">Potential release scenarios for carbon nanotubes used in composites.</a> Environ. Int. 59, 1-11 (2013).</li><li>Kim, E., Lee, J. H., Kim, J. K., Lee, G. H., Ahn, K., Park, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Case+Study+on+Risk+Evaluation+of+Silver+Nanoparticle+Exposure+from+Antibacterial+Sprays+Containing+Silver+Nanoparticles.">Case Study on Risk Evaluation of Silver Nanoparticle Exposure from Antibacterial Sprays Containing Silver Nanoparticles.</a> J of Nanomaterial. , 346586 (2015).</li><li>Kim, E., Lee, J. H., Kim, J. K., Lee, G. H., Ahn, K., Park, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Case+study+on+risk+evaluation+of+printed+electronics+using+nanosilver+ink.">Case study on risk evaluation of printed electronics using nanosilver ink.</a> Nano Convergence. , (2016).</li><li>Vorbau, M., Hillemann, L., 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=Method+for+the+characterization+of+the+abrasion+induced+nanoparticle+release+into+air+from+surface+coatings.">Method for the characterization of the abrasion induced nanoparticle release into air from surface coatings.</a> J. Aerosol Sci. 40, 209-217 (2009).</li><li>Golanski, L., Gaborieau, A., Guiot, A., Uzu, G., Chatenet, J., Tardif, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+abrasion-induced+nanoparticle+release+from+paints+into+liquids+and+air.">Characterization of abrasion-induced nanoparticle release from paints into liquids and air.</a> J. Phys. Conf. Ser. 304, 012062 (2011).</li><li>Wohlleben, W., Brill, S., Meier, M. W., Mertler, M., Cox, G., Hirth, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+lifecycle+of+nanocomposites:+Comparing+released+fragments+and+their+in-vivo+hazards+from+three+release+mechanisms+and+four+nanocomposites.">On the lifecycle of nanocomposites: Comparing released fragments and their in-vivo hazards from three release mechanisms and four nanocomposites.</a> Small. 7, 2384-2395 (2011).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ISO 7784-1, Paints and varnishes -- Determination of resistance to abrasion -- Part 1: Rotating abrasive-paper-covered wheel method. , (1997).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ISO 5470-1, Rubber- or plastics-coated fabrics -- Determination of abrasion resistance -- Part 1: Taber abrader. , (1999).</li><li>Schlagenhauf, L., Chu, B. T. T., Buha, J., N&#252;sch, F., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Release+of+carbon+nanotubes+from+an+epoxy-based+nanocomposites+during+an+abrasion+process.">Release of carbon nanotubes from an epoxy-based nanocomposites during an abrasion process.</a> Enviorn. Sci. Tech. 46, 7366-7372 (2012).</li><li>Bello, D., Wardle, B. L., Yamamoto, N., deVilloria, R. G., Garcia, E. J., Hart, A. J. <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+nanoscale+particles+and+fibers+during+machining+of+hybrid+advanced+composites+containing+carbon+nanotubes.">Exposure to nanoscale particles and fibers during machining of hybrid advanced composites containing carbon nanotubes.</a> J. Nanopart. Res. 11, 231-249 (2009).</li><li>Cena, L. G., Peters, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+and+control+of+airborne+particles+emitted+during+production+of+epoxy/carbon+nanotube+nanocomposites.">Characterization and control of airborne particles emitted during production of epoxy/carbon nanotube nanocomposites.</a> J. Occup. Environ. Hyg. 8, 86-92 (2011).</li></ol>

De mest kritiska stegen vid undersökningar på den nanorelease testet från nanokomposit material med användning av ett nötningstest var: en) med användning av ett kammarsystem tillverkad av rostfritt stål med en neutraliserare för att avlägsna den elektrostatiska laddningen som alstras av nötning och minska avsättningen av partiklar på kammarens väggar; 2) tillföra ytterligare luft för att ge bättre partikelsuspension; och 3) provtagning de frigjorda partiklarna och online-övervakning med hjälp av en CP...

Nanomaterial exponering har mestadels studerats i förhållande till arbetstagare på arbetsplatser som tillverkar, hantering, tillverkning och förpackning nanomaterial, medan konsumenternas exponering inte har studerats ingående. En nyligen genomförd analys av miljö- och hälso litteratur databas som skapats av International Council of Nanotechnology (ICON) visade också att de flesta nanomaterial säkerhets forskning har fokuserat på risker (83%) och potentiell exponering (16%), med lanseringen av nanokompositer, representerande konsumenternas exponering, endast representerar 0,8% 1. Således, mycket lite är känt om konsumenternas exponering för nanomaterial. Nanopartiklar versionen har använts för att uppskatta konsumenternas exponering i simuleringsstudier, inklusive nötning och vittring av nanokompositer, tvätt av textilier, eller dammbildning testmetoder, såsom den roterande trumman metoden, virvel skaka metod och andra shaker metoder 2-3. Plus, flera internationellaförsök, såsom ILSI (International Life Science Institute) nanorelease och EU NanoReg har gjorts för att utveckla teknik för att förstå frisläppandet av nanomaterial som används i konsumentprodukter. ILSI nanorelease konsumentprodukt lanserades 2011 representerar ett livscykelperspektiv för nanomaterial frisättning från konsumentprodukter, där fas 1 innebär nanomaterial val, fas 2 omfattar utvärderingsmetoder, och fas 3 implementerar provningsjämförelser. Flera monografier och publikationer om säkerheten hos nanomaterial i konsumentprodukter har också publicerats 4-6. Samtidigt NanoReg representerar en gemensam europeisk strategi för lagstadgade tester av tillverkade nanomaterial och har ett program av metoder för användning i simulering metoder för nanorelease från konsumentprodukter 2. ISO TC 229 försöker också att utveckla standarder som är relevanta för konsumentsäkerhet och lägga fram ett nytt arbets förslag objekt för konsumentsäkerhet. OECD WPMN (working part på nanomaterial), särskilt SG8 (styrgruppen på exponeringsbedömning och exponerings begränsning), som nyligen genomfört en undersökning om inriktningen för det framtida arbetet, särskilt konsumenternas och miljöexponeringsbedömning. Därför, i ljuset av dessa internationella aktiviteter, de koreanska ministerierna handel, industri och energi inledde en stegvis projekt 2013 fokuserade på &quot;utveckling av teknik för bedömning av säkerheten och standardisering av nanomaterial och nano&quot;. Plus att flera konsumentsäkerhetsrelevanta studier standardisera nanomaterial frisättning från konsumentprodukter har också publicerats 7-8. En nötningstest är ett av simuleringsmetoder som ingår i ILSI nanorelease och NanoReg 2-3 för att bestämma den potentiella utsläppsnivå av nanopartiklar från olika kommersiella sammansatta produkter. Mass viktminskning härleds baserat på skillnaden i provet vikt före och efter Abrasjon med hjälp av en abrasor. Nanokompositen provet slipas med en konstant hastighet, suger en sampler upp aerosolen, och partiklarna analyseras sedan med hjälp av partikelräkningsanordningar, såsom en Kondensation partikelräknare (CPC) eller optisk partikelräknare (OPC), och uppsamlades på en TEM (transmissionselektronmikroskopi) galler eller membran för ytterligare visuell analys. Men att genomföra en nötningstest för nanokomposit material kräver en konsekvent nanopartikel release, vilket är svårt på grund av partikel laddning till följd av slitage och när partikelprovtagnings sker nära utsläppspunkten 2-3, 9-11. Följaktligen presenterar detta papper en kammarsystem som en ny metod för att utvärdera nanomaterial frigivning när det gäller nötning av nanokomposit material. Jämfört med andra slit och simuleringstester, ger den föreslagna kammarsystemet konsekventa nanopartiklar släpp uppgifter när det gäller nötning. Dessutom har denna nya testmetodhar använts i stor utsträckning när det gäller inomhusluftens kvalitet och halv beteende industrin som totalt antal partiklar räkningsmetod 12, 13. Därför är det planerat att den föreslagna metoden kan utvecklas till en standardiserad metod för att testa nanopartiklar befrielse från konsumentprodukter som innehåller nanomaterial.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Foamex</td>
			<td>Taeyoung, R. of Korea</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MWCNT (multiwalled carbon nanotube) composite</td>
			<td>Hanwha, Incheon, R. of Korea</td>
			<td></td>
			<td>2% MWCNTs in low density polyethylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Abrasion Paper</td>
			<td>Derfos, R. of Korea</td>
			<td>#100</td>
			<td>100 grit sand paper</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Condensation Particle Counter (CPC)</td>
			<td>TSI Inc, Shoreview, MN</td>
			<td>UCPC 3775</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Paritcle Counter (OPC)</td>
			<td>Grimm, Ainring, Germany</td>
			<td>1.109</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini Particle Sampler</td>
			<td>Ecomesure, Saclay, France</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quantifoil Holey Carbon Film</td>
			<td>TED PELLA Inc. USA</td>
			<td>1.2/1.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter Holder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate Filter&#160;</td>
			<td>Millipore, USA</td>
			<td>CAT No. GTTP02500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soft X-ray Ionizer (Neutralizer)</td>
			<td>SUNJE, R. of Korea</td>
			<td>SXN-05U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Field Emission-Scanning Electron Microscope (FE-SEM)</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>S-4300</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

testing of nanoparticle release from a composite containing nanomaterial using a chamber system

Med den snabba utvecklingen av nanotekniken som ett av de viktigaste teknikerna i 21-talet, är intresset för säkerheten hos konsumentprodukter som innehåller nanomaterial ökar också. Utvärdering av nanomaterial frisättning från produkter som innehåller nanomaterial är ett avgörande steg i säkerhetsbedömningen av dessa produkter, och har resulterat i ett flertal internationella ansträngningar att utveckla konsekventa och tillförlitliga teknik för att standardisera utvärderingen av nanomaterial release. I denna studie, är frisättningen av nanomaterial från produkter som innehåller nanomaterial utvärderades med hjälp av ett kammarsystem som innefattar en kondensepartikelräknare, optisk partikelräknare, och provtagning portar för att samla filterprov för elektronmikroskopi analys. Det föreslagna kammarsystem testas med en abrasor och skiv typ nanokompositmaterial prover för att avgöra om nanomaterial release är repeterbar och konsekvent inom ett acceptabelt intervall.Testresultaten indikerar att det totala antalet partiklar i varje test är inom 20% från medelvärdet efter flera försök. Frisättningstrender är likartade och de visar mycket god repeterbarhet. Därför kan den föreslagna kammarsystemet effektivt användas för nanomaterial frisläppande av produkter som innehåller nanomaterial.

Nötningstest repeterbarhet med kammarsystem De totala partikelnumren överensstämde för 8 nötningstester, såsom visas i tabell 3. Den CPC mätt i genomsnitt 3,67 x10 9 partiklar, medan den OPC räknade i genomsnitt 1,98 x 10 9 partiklar (&gt; 0,3 ^ m). Avvikelserna var inom 20%, vilket utgjorde en konsekvent frisättning av partiklar under nötning. <p class="jove_step" fo:keep-toge...

Watch this Scientific Journal Video about Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System at JoVE.com

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

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.

Testning av nanopartiklar Release från en komposit innehållande Nanomaterial med hjälp av en kammarsystem

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

The overall goal of this procedure is to evaluate nanomaterial release in the case of abrasion of nanocomposite materials. This method can help answer key questions in the occupation hygiene field such as risk assessment and workplace environment. The main advantage of this technique is that it allows one to evaluate nanomaterial release in the case of abrasion of nanocomposite materials.For this experiment, use an abraser with a 140 millimeter diameter specimen rotation stage, which can rotate 30 to 80 rotations per minute, and two abrasion wheel holders. Install a disk shaped specimen on the specimen rotation stage. Use a weight to secure the abrasion wheels, that are wrapped with 100 grit sandpaper, to the abrasion wheel holder which also applies load to the test specimen.Use stainless steel for the chamber walls to avoid particle deposition due to electrostatic force. Locate the air inlet and outlet in the upper and lower part of the chamber respectively. Place the abraser inside of the chamber, and install an additional air inlet in the abraser that is 15 millimeters above and 40 millimeters away from the center of the test specimen to provide better suspension for the abrased particles.Next, locate the neutralizer 28 centimeters away from the center of the test specimen at a 45 degree angle to reduce the electrostatic particle deposition on the chamber walls. Install a CPC and OPC at the outlet of the chamber to measure the particle number concentration and particle size distribution respectively. Operate the blower installed at the outlet of the chamber at a flow rate of 50 liters per minute.Following this, supply 25 liters per minute of additional particle-free suspension air using an air compressor through the additional air inlet. Check the background particle number concentration inside the chamber to reach an average particle number concentration for one hour of below one number per cubic centimeter using the condensation particle counter. Next, operate the specimen rotation stage of the abraser using a step motor that rotates the specimen rotation stage at 72 rotations per minute with 1000 rotations.Measure and record the released particle number concentration and particle size distribution using the CPC and OPC respectively. Now, sample the released particles using a particle sampler containing filter media or a TEM grid. Stop the measurement and sampling when the particle number concentration reaches below 0.1%of the peak particle number concentration.After saving the data, remove the samples from the instrument. The typical change in particle number concentration during the abrasion test is shown here. During the abrasion an increase in particle number concentration was observed followed by a decrease after abrasion.The CPC measured an average of 3.67 times 10 to the nine particles, and the deviations were within 20%which represented a consistent release of particles during abrasion. The OPC measured an average of 1.98 times 10 to the nine particles, and the deviations were within 20%which represented a consistent release of particles during abrasion. After abrasion the original test specimens lost approximately 0.6 grams or 1.56%The total particle number release from nanocomposite containing carbon nanotubes by the abrasion test is shown here.The nanocomposite containing carbon nanotubes released 12.6%more condensation particles and 1.9%more optical particles than the control composite. Most of the particles were torn due to abrasion, and field emission scanning electron microscopy revealed no free carbon nanotube structures from the nanocomposite containing 2%carbon nanotubes in the filter samples or many particle sampler samples after abrasion. After watching this video, you should have a good understanding of how evaluate nanomaterial release in the case of abrasion of nanocomposite materials.

Research

JoVE Journal

Engineering

Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Karakterisering av Rekombinationsställen Effekter i ett flytande Jonisering avdelningen Används för Dosimetry av en strålkirurgisk Accelerator

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Synligt ljus Induced Minskning av grafenoxid Använda plasmoniska nanopartiklar

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

Mätning av Spridnings olinjäriteter från en enda plasmoniska nanopartiklar

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

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

Ultraljudssvetsning av termoplastiska komposit kuponger för mekaniska karakterisering av svetsfogar genom Single Lap Shear Test

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders

Ett system för att skapa en stabil nanopartiklar Aerosoler från Nano

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

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmoniska fånga och Release av nanopartiklar i en övervaknings miljö

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Subsurface Defekt lokalisering genom strukturerad uppvärmning med hjälp av laserprojicerad fototermisk termografi

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

Experimentell genomförandet av en ny komposit Fabrication metod: utsätta Bare fibrer på sammansatta ytan av metoden mjuka lager

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

En 3D-tryckt kammare för organiska optoelektroniska enhet nedbrytning testning

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Skär procedurer, Dragprovning och åldrande av flexibla enkelriktade komposit laminat

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...