Analytische Chemie
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A major requirement for the validation of methods assessing the risk associated with engineered nanoparticles (ENPs) is the use of reference materials (RMs). In the present contribution we review available RMs, ongoing projects and characterisation trends in the field. The conclusion is that actual approaches to RMs mostly deal with metrological considerations about single properties of the ENPs, typically their primary size, which can hardly be representative of nanoparticles characteristics in real testing media and therefore, not valid for reliable and comparable toxicological studies. As an alternative, we discussed the convenience and feasibility of establishing multi-parametric RMs for a series of ENPs, focusing on silica nanoparticles (SNPs). As a future perspective, the need to develop RMs based on hybrid nanoparticles is also discussed.
In this article, the high potential of the fluorolytic sol–gel process to synthesize nanoscopic rare earth-doped calcium fluoride sols is shown. Through a fluorolytic sol–gel process we manage to achieve spherical monodisperse ~5 nm sized nanoparticles using a simple and reproducible one-pot-wet chemical route at room temperature. The as-synthesized clear sols exhibit an intense red and green luminescence under UV excitation at room temperature. A spectroscopic study of the sols revealed the characteristic transitions 5D0 → 7FJ of Eu3+ and 5D4 → 7FJ of Tb3+, with 5D0 → 7F2 (611 nm) of Eu3+ and 5D4 → 7F4 (581 nm) of Tb3+ as the most prominent transitions. This facile synthetic strategy is also valuable for developing other luminescent nanoparticles.
The Sponsorship Programme for the Testing of Manufactured Nanomaterials (further referred to as “the Testing Programme”) was concluded in March 2013, and the publication of the dossiers via the OECD website (www.oecd.org/science/nanosafety) started in June 2015. As indicated in the “Guidance manual for the testing of manufactured nanomaterials: OECD’s sponsorship programme”, after conclusion of the Testing Programme a next step is to consider “the status, need for, and coordination of further test development”. Parallel to concluding the final stages of the Testing Programme, a series of workshops have taken place, in which for different topics the applicability of existing OECD test guidelines for nanomaterials was discussed and the need for new ones analysed. One workshop focussed on physico-chemical methods, addressing in detail the relevance of each physico-chemical endpoint proposed in the Testing Programme for the regulation of nanomaterials. The methods were discussed in more general terms. However, as most of the proposed endpoints are new to the OECD Test Guidelines Programme, a much more detailed evaluation of the applied methods would
be highly relevant.
To this extent,the Netherlands volunteered to lead an initial detailed evaluation of the applicability of the test methods applied to determine the physico-chemical properties of different types of nanomaterials in the Testing Programme. This initial focus on physico-chemical properties was prompted by the essential need for an adequate and complete characterisation of nanomaterials to enable a further evaluation of their (toxicological) properties.
A number of experts from several delegations volunteered to review and evaluate the methods applied to determine the physico-chemical properties of the nanomaterials in the Testing Programme.
The Organization for Economic Co-operation and Development (OECD) established the Working Party on Manufactured Nanomaterials (WPMN) in 2006. The OECD-WPMN initiated the "Sponsorship Programme for the Testing of Manufactured Nanomaterials", where a defined set of manufactured nanomaterials is tested for their physical/chemical properties, their toxicological potential and their environmental fade. The results of this program have been declassified in June 2015. Having a big set of independent measurements for one endpoint/measurand, has the advantage of really independent comparision of methods. It is surprising what these few data sets already delivered. Nevertheless the amount of data in the OECD-dossiers is still not enough. While we have a lot of data for titanium dioxide, we have only one data set for zinc oxide and very weak data sets for silver nanoparticles. This limits the useablility of the data sets.
Regarding the quality of the data, we have seen a very good agreement of TEM and SMPS. This leads to the advice that we should have results for these two methods for each nanomaterial in the sponsorship programme.
Another outcome of this draft review is, that currently we cannot compare measurements of agglomerates. This also prohibits the use of DLS as a standard method for size determination.
Die Präsentation gibt einen Überblick über die verschiedenen Aktivitäten der BAM im Bereich der Nanotechnologie mit den Schwerpunkten Nanopartikel und Nanosicherheit. Es wird sowohl die Transportsicherheit, als auch die Sicherheit von Batterien mit Nanopartikeln angesprochen. Verschiedene BAM-Projekte zum Thema Nano werden vorgestellt, beginnend mit relevanten REFOPlanprojekten über die Erstellung der OECD nanoTG110 bis hin zu EU-Projekten zur Standardisierung von Messungen an Nanomaterialien, hier insbesondere AEROMET, NanoDefine, NanoValid und EC4SafeNano.
Projekt Nano-TG110
(2017)
Die OECD-TG110 mit dem Titel "Particle Size Distribution Fibre Length and Diameter Distribution" wurde 1981 erstellt und seither nicht überarbeitet. Nanomaterialien, wie Nanopartikel oder Nanofasern werden nicht adressiert, genausowenig wie moderne Messverfahren. Das hier vorgestellte Projekt hat zur Aufgabe, die Größenmessung von Nanopartikeln und Nanofasern in einer neuen Technical Guideline der OECD zu standardisieren. Es wird die Projekthistorie dargestellt, die Anforderungen, der aktuelle Projekt-Bearbeitungsstand wird beleuchtet und die weiteren Arbeiten werden kurz skizziert.
Eine modifizierte Syntheseroute auf der Basis wasserfreier Seltenerdacetate wurde zur Synthese aufwärtskonvertierender Kern/Schale‐Nanokristalle mit mittleren Größen zwischen 15 bis 45 nm eingesetzt. Die nahezu monodispersen Partikel bestehen aus einem NaYF4:Yb,Er‐Kern, dotiert mit 18 % Yb3+ und 2 % Er3+, und einer inerten Schale aus NaYF4, wobei die Dicke der Schale dem jeweiligen Radius des Kernpartikels entspricht. Absolutmessungen der Photolumineszenz‐Quantenausbeuten bei verschiedenen Anregungsleistungsdichten zeigen, dass die Quantenausbeuten von 45 nm Kern/Schale‐Partikeln schon fast an die Quantenausbeute des mikrokristallinen aufwärtskonvertierenden Leuchtstoffs heranreichen. Kleinere Kern/Schale‐Partikel, die nach der gleichen Methode hergestellt wurden, zeigen nur eine moderate Abnahme der Quantenausbeute. Beispielsweise ist die Quantenausbeute von 15 nm großen Kern/Schale‐Partikeln bei hohen Leistungsdichten (100 W cm−2) nur um einen Faktor drei kleiner als die des mikrokristallinen Leuchtstoffpulvers und um ungefähr einen Faktor 10 kleiner bei niedrigen Leistungsdichten (1 W cm−2).
The antimicrobial photodynamic approach has been demonstrated as an efficient and sustainable process for the eradication of microbial pathogens. In this work, silica-coated Magnetite nanoparticles (NPs) were used as carriers of glycosylated porphyrins and phthalocyanines. Their subsequent cationization
resulted in the production of stable antimicrobial photosensitizing materials, effective against E. coli. Suspensions of the photocatalysts in water present bimodal size distributions formed by big clusters and small NPs with hydrodynamic diameters between 8 and 38 nm. The presence of small NPs in the suspensions is related to an effective photodynamic inactivation (PDI) of E. coli cells. Glycosylation of the PS showed a positive effect on the PDI performance, which could be related to a higher accumulation of the photocatalyst over the bacterial cell membrane. In addition, these biocidal agents proved to be photostable and their photoactive performance decreased only between 23% and 28% upon 5 PDI cycles, mostly because of the loss of material between cycles, which makes them promising materials for water disinfection purposes.
Atherosklerotische Läsionen können durch Magnetresonanztomographie (MRT) unter Verwendung von sehr kleinen Eisenoxidnanopartikeln (VSOP) sichtbar gemacht werden. VSOP akkumulieren in atherosklerotischen Plaques und dienen somit als Atherosklerosesonde.
Das Ziel dieses Projektes war die Abbildung der Verteilung von Europium-dotierten VSOP (Eu-VSOP) durch Laserablation ICP-MS in histologischen Dünnschnitten der Aortenwurzelregion des ApoE-Knockout-Mausmodells, das reich an atherosklerotischen Plaques ist. Darüber hinaus wurde untersucht, ob die VSOP-Akkumulation in den Plaques mit anderen Biomarkern der Entzündung wie Makrophagen und verändertem Endothel korreliert. Somit wäre eine Beurteilung, ob es sich hierbei um instabile bzw. vulnerable Plaque-Regionen handelt möglich. Zu diesem Zweck wurden Antikörper mit verschiedenen Lanthaniden markiert und mit der Eu-VSOP-Verteilung unter Verwendung von LA-ICP-MS in einem Multiplex-Messmodus korreliert.
Eine mögliche Korrelation von reaktiven Stickstoffspezies (RNS) mit endogenem Eisen oder Eu-VSOP kann ebenfalls durch LA-ICP-MS nachgewiesen werden. Zu diesem Zweck wurden RNS-spezifische Antikörper auch mit Lanthaniden markiert.