הקדמה: סטנדרטיזציה כאבן הפינה של ננוטכנולוגיה

הופעתה של ננוטכנולוגיה הפכה את החומרים מדע, תרופות, אלקטרוניקה ואנרגיה.עם זאת, עם הבטחה זו מגיעה מורכבות עמוקה: ננו-חומרים מתנהגים אחרת מעמיתיהם הגדולים, ומציגים תכונות תלויות בגודל שמאתגרות את המדידה המסורתית ואת בקרת האיכות.ללא פרוטוקולים מוגדרים היטב, חוקרים ויצרנים מסכנים תוצאות לא עקביות, אי-וודאויות בטיחותיות וחסומי כביש רגולטוריים.זה הוא המקום שבו ASTM הופך הכרחי כמו קונצנזוס טכנולוגי אחד, על ידי התקנים טכניים אחראים, אשר מפתחים סטנדרטים טכניים וטכנולוגיות, אשר נמצאים תחת תקני אבטחה וטכנולוגיות קריטיים, אשר פותחים, אשר נמצאים תחת תקני אבטחה וטכנולוגיות אסטרטגיות קריטיות, אשר פותחים, אשר מתקני אבטחה וטכנולוגיות אסטרטגיות קריטיות, אשר פותחים, על ידי סטנדרטים טכניים, אשר נמצאים תחת תקני בטיחותיים, אשר לפתח סטנדרטים טכניים אחראים, על ידי סטנדרטים טכניים, אשר לפתח סטנדרטים טכניים, וטכנולוגיות אסטרטגיות קריטיים על ידי סטנדרטים טכניים קריטיים, אשר לפתח סטנדרטים טכניים קריטיים על ידי סטנדרטים טכניים קריטיים, אשר נמצאים תחת תקני אבטחה, אשר נמצאים תחת תקני אבטחה, וטכנולוגיות אסטרטגיות קריטיים, אשר נמצאים תחת תקני אבטחה, אשר נמצאים תחת תקני אבטחה, אשר לפתח סטנדרטים טכניים קריטיים, אשר לפתח אסטרטגיות קריטיים, אשר לפתח סטנדרטים טכניים קריטיים

הבנת ההשפעה של תקני ASTM על פיתוח ננו-חומרי ובדיקה חיונית לכל מי שעובד בתחום הבינתחומי הזה - בין אם במעבדות אקדמיות, R& תעשייתי;D, סוכנויות רגולטוריות או אבטחת איכות. מאמר זה חוקר את הסטנדרטים העיקריים, היישומים שלהם, היתרונות, האתגרים המתמשכים, ואת הכיוון העתידי של סטנדרטיזציה בננוטכנולוגיה.

תפקיד ASTM ב-Nanoטכנולוגיה

הוועד הבינלאומי של ASTM E56 על ננוטכנולוגיה, שהוקם בשנת 2005, הוא הגוף העיקרי האחראי לפיתוח קונצנזוס מרצון עבור חומרים ננומטריים.הועדה מביאה יחד מדענים, מהנדסים, רגולטורים, נציגי התעשייה, ואקדמאים כדי ליצור מסמכים המכסים nomenclature, Characterization, בריאות סביבתית ובטיחות, וטכניקות מדידה.

סטנדרטים אלה אינם רושמים טכנולוגיות ספציפיות או מוצרים; במקום זאת, הם מגדירים את FLT:0.howFelo:0.2017 למדוד, לדווח, להעריך תכונות באופן בלתי צפוי.זה קריטי כי תכונות ננו-חומריות - כגון שטח פני השטח, פוטנציאל זטה, פעילות מחדש והרעלת - הם רגישים מאוד לתנאי מדידה.

ההשפעה של תקני ASTM משתרעת מעבר לחומות מעבדה. סוכנויות רגולטוריות כמו הסוכנות להגנת הסביבה של ארה"ב (EPA) וסוכנות הכימיקלים האירופית (ECHA) מתייחסות לעתים קרובות שיטות ASTM במסמכים מנחים ובמסגרות רגולטוריות. עבור יצרנים, אימוץ תקני ASTM ממחישות עקב דיקליגנס, מקלה על רישום מוצר, ותומכת בתביעות של איכות ובטיחות.

תקני מפתח ASTM לפיתוח ננו-חומרי ובדיקה

ניתן לחלק את גוף העבודה המיוצר על ידי הוועדה E56 לאזורים אמפתיים.כאן אנו בודקים את הסטנדרטים המשפיעים ביותר, מאורגנים על ידי יישום ראשוני שלהם.

תכונות של תכונות פיזיות וכימיקליות

Characterization הוא הבסיס של כל מחקר nanomaterial משמעותי NATLT:0 (E2490-09)(1)SIRLT 1 (מדריך חלקיקים לדידציה של התפלגות חלקיקים של ננו-חומרים בסוספיגה על ידי Photon Correlation Spectroscopy) מספק פרוטוקול עבור פיזור אור דינמי (DLS) מדידות, כולל הכנה, כלי רכב, ופירוש זה הוא שימוש נרחב עבור נתונים מתכת.

עבור קביעת שטח פני השטח, ASTMFLT:0E1821-08 (22)FLT:1 (מבחן רחוב עבור קביעת שטח השטח של חלקיקים על ידי BET Nitrogen Adsorption) הוא לעתים קרובות מיושם nanopowders וחומרים קטליטיים.

אבן דרך נוספת היא ASTMFLT:0E2859-11 (21)BuildFLT) 1 (מדריך סטונדארד למדידת הפוטנציאל של Zeta של מערכות קולואיד על ידי אלקטרופורטי אור Scattering) פוטנציאל Zeta הוא פרמטר קריטי לחיזוי יציבות פיזור ועלייה תאית ביישומים ביולוגיים.

איכות הסביבה, הבריאות והבטיחות (EHS) בדיקות

כנונו חומריים נכנסים למוצרי צרכנים, הסיכונים הפוטנציאליים שלהם לבני אדם ולסביבה חייבים להיות מוערכים. ASTM (FLT:0E2909-13) (2001)22)03FLT:1 (Standard Guide for Assessment of Acute Toxicity of Nanoscale Materials in the Water Organisms) מבסס שיטות בדיקה באמצעות אורגניזמים מודל כגון FLT:2Daphnia MagaLT3 ו-zebras, ניתן לייצר שיטות מדידה, כדי להפיץ נתונים, כולל שיטות מדידה, אשר מסייעות.

עבור רעילות הנשיפה, ASTMFLT:0E3021-15 (2008) 21)Felo 1 (מדריך לאבחון של Inhalation Exposure ו- Toxicity של ננו-חומרים באמצעות מערכת גלובוקס) מספק הנחיות ליצירת ריכוזים מבוקרים אווירוסוליים תוך צמצום החשיפה למפעילי פחמן, ננופיבר, וחמצן בשימוש בציפוי אוויריים.

ASTM מתייחסת גם להערכה מחזור חיים עם FLT:0E3040-16 (2001)22)FLT:1 (Standard Practice for Evaluating the Potential Release of Nanoparticles from Solid Materials Under Goes Mechanical Abrasion), אשר מדמה ללבוש בעולם האמיתי ודמיע על מוצרים ננו-מוכרים כמו צבעים, טקסטיל, ופלסטיקים.

ASTM Standards in the Development Phase

במהלך המחקר והפיתוח של ננו-חומרים חדשים, הכדאיות היא לעתים קרובות הקישור החלש ביותר. A nanoparticle מסונתז על ידי ריכוזים מבשרים שונים במקצת, שיעורי חימום, או מדרגות טיהור יכולים להציג תכונות שונות מאוד. תקני ASTM מקטין את זה על ידי הצעת פרוטוקולים מבוססי קונצנזוס עבור סינתזה ועיבוד.

לדוגמה, ASTMFLT:0E3014-15 (200989) ⁇ FLT 1 (מדריך להצגת חומרים ננו-חומריים עבור מבחן וירו לשקיפות) פרטים כיצד להשעות חלקיקים בתרבות התא ללא הדבקה או הדבקה של ננוקסימין (Pertamination) זה מבטיח כי רעילות ננומטרית היא בשל nanoptoxic עצמו, לא ממצאים של שיטות פיזור צבע שלילי (Fin) באופן דומה: ASoxin Promination (F).

על ידי אימוץ הסטנדרטים האלה מוקדם צינור הפיתוח, החוקרים יכולים ליצור נתונים כי הוא דומה ישירות למאגרי מידע קיימים, עלייה במעבר מגילוי בקנה מידה מעבדה לייצור בקנה מידה פיילוט. Startups ו ספין- offs האוניברסיטה כי לעקוב אחר פרוטוקולים ASTM למצוא את זה קל יותר למשוך השקעות, כי נתונים סטנדרטיים להפחית סיכון טכני עבור שותפים פוטנציאליים.

בדיקה והתאמה: הבטחת אחריות

בדיקות Accurate אינן רק על בחירת המכשיר הנכון, אלא גם על ביצוע הליכים מאומתים להכנת הדגימה, מדידה וניתוח נתונים. תקני ASTM לטפל בכל אחד מהשלבים האלה, ולא להשאיר מקום לעמימות.

שקול את גודל החלקיקים מדידה על ידי העברת מיקרוסקופיה אלקטרונים (TEM) ASTM (FLT:0E3410-2100FLT:1 (Standard Guide for Analysis of Nanoparticle Size ו- Shape על ידי Transmission Electron Microscopy) מתאר כיצד לעגל את המיקרוסקופ, לאסוף תמונות ייצוגיות ולהשתמש בתוכנה לספירה אוטומטית.

עבור הרכב הכימי, ASTMFLT:0;2844-14 (20)00FLT) 1:1 (פרקטיקה של סטונדארד עבור זיהוי אנומלי ב X-Ray Photoelectron Spectroscopy נתונים מ-Nanomaterials) עוזר אנליסטים לזהות פריטים שמקורם בדגימה או בזיהום פני השטח. XPS משמש באופן נרחב כדי לקבוע כימיה של חלקיקים, אך פרשנות קפדנית דורשות רקע ושיא מדויק זה מצופה - הן פסגות מותאמות לרמה סטנדרטית.

שיטות ניתוח תרמיות כמו ניתוח תרמוגרמטרי (TGA) וסורקים שונים של calorimetry (DSC) סטנדרטיים תחת ASTMFLT:0E2956-14 (22)3 (מדריך סרפדר עבור מדדי הנכסים של NNanomaterials), אשר מפרט את שיעורי החימום, בקרת האווירה, וסימולציות כי ⁇ s תרמיים אלה הם אמצעי חיוני עבור תרופות ננוטרופיות או עיבוד.

היתרונות של ASTM Standards ב-Nanoטכנולוגיה

אימוץ תקני ASTM מניב יתרונות קונקרטיים ברחבי שרשרת הערך הננוטכנולוגיה כולה.

  • (FLT:0)Consistency and Reproducibility:cioFLT:1) שיטות סטנדרטיות להפחית את הכדאיות הבין-מעבדתית. במחקר עגול 2023 מתואמת על ידי המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST), מעבדות באמצעות ASTM E2490 עבור DLS דיווחו על גודל חלקיקים בתוך 5% של הערך ההתייחסות, בעוד שיטות לא סטנדרטיות הראו סטייתות עד 40% זה הוא חיוני עבור קבוצות בקרה איכות.
  • (FLT:0)Safety and Risk Management:FLT:1 EHS סטנדרטים כמו ASTM E2909 מאפשר זיהוי סיכונים שיטתי.לדוגמה, יצרן חלקיקים כסף המשמשים בגדי הפצע יכול לעקוב אחר ASTM E2909 כדי להעריך רעילות חריפה באורגניזמים קוהטיים, ולאחר מכן ליישם את ASTM E25 כדי להעריך פוטנציאל מתח oxidative.
  • (FLT:0) רישום חובה ו- Market Access:BuildFLT:1 , הגופים רגולטוריים ברחבי העולם מצפים יותר ויותר או התייחסות לסטנדרטים ASTM.משרד מניעת זיהום ו-Toxics לעתים קרובות ממליץ על שיטות ASTM להודעה מוקדמת של חומרים ננומטריים חדשים.
  • (FLT:0) חדשנות חדשנית: סטנדרטים של גרף:1 אינם החידושים; הם מספקים בסיס שעליו ניתן לבנות תגליות חדשות.לדוגמה, פיתוח של תרכובות מבוסס גרפן מואצת במהירות לאחר ASTM שפורסם FLT:2D8173-1973-1982FLT:3 (מדריך לחיקוי של אבקת Graphene Oxides) יכול להשוות את התוצאות המהירות שלהם כדי להפיץ את התוצאות שלהם.
  • (FLT:0 Global Harmonization:FLT:1 ASTM עובד בשיתוף פעולה הדוק עם הארגון הבינלאומי לתקינה (ISO) הוועדה הטכנית 229 על ננוטכנולוגיה.תקנים ASTM רבים או מותאמים כסטנדרט ISO, המאפשר סחר ושיתוף פעולה בינלאומי.לדוגמה, ASTM E28 על פוטנציאל זטה תואמים עם ISO 13099-2, ומבטיח כי מדידה נלקחה בטוקיו ניתן לשחזר בבוסטון.

אתגרים ב Standardizing ננו-חומרים

למרות ההתקדמות, כמה אתגרים נמשכים.האבולוציה המהירה של ננוטכנולוגיה פירושה שסטנדרטים יכולים להיות מיושנים לפני שהם אפילו פורסמו.חומרים חדשים כגון dichalcogenides מתכת 2D, חלקיקים סגסוגת גבוהה חלקיקים, ו chiral nanosurfaces חסר סטנדרטים ייעודיים, מה שחייב את החוקרים להתאים קווים מנחים קיימים אשר עשויים לא ללכוד את המאפיינים הייחודיים שלהם.

אי הוודאות של המדידה נותרה תוצאה משמעותית של חלוקת גודל ננו-חלקיק שנמדדה על ידי טכניקות שונות (DLS, TEM, SAXS, NTA) מניבה לעתים קרובות תוצאות שונות משום שכל שיטה חוקרת ממוצע משקל שונה של האוכלוסייה. ASTM החלה לטפל בכך באמצעות מסמכים כגון FLT:0E32-22FIRLT:1 (מדריך השוואת חלקיקים) אך עדיין פעיל של שיטות מחקר נית).

אתגר נוסף הוא ה- 0 ;0 ייצוגיות של דגימות.ננו חומריים הם קשה לשמצה לפזר מבלי לשנות את התכונות שלהם.אסאונד יכול לשבור אגרגציות אבל עשוי גם חלקיקים ראשוניים; גולשים מייצבים פיזור אבל יכול להפריע לכפיפות ביולוגיות.

עלויות ומומחיות גם להגביל את אימוץ. מפעלים קטנים ובינוניים (SMEs) עשויים להיות חסרים מעבדות אפיון ייעודיות או אנשי הצוות המאומנים לעקוב אחר הליכים מורכבים ASTM. בעוד ASTM מספק סדנאות הכשרה ומודולים למידה אלקטרונית, ההשקעה העליונה בציוד ואימות יכול להיות מחסום, במיוחד בכלכלות מתפתחות.

לבסוף, שילוב גדל והולך של למידה ו-AIFLT:1 לחומרים מדע מציב שאלות סטנדרטיזציה חדשות.כאשר אלגוריתם צופה תכונות ננו-חומריות מתנאים סינתזזה, כיצד נוכל לאמת את התחזיות הללו נגד המדידות הפיזיות ASTM? הוועדה מדברת באופן פעיל על איך לשלב תאומים דיגיטליים ומודיעה למסגרת, אך הנחיות קונקרטיות עדיין נמצאות באופק.

השפעה גלובלית וההגינות

השפעת ASTM משתרעת הרבה מעבר לארצות הברית.באמצעות זכירה של הבנה עם גופים סטנדרטיים בסין, הודו, ברזיל ודרום אפריקה, סטנדרטים E56 מתייחסים לעתים קרובות תקנות לאומיות.הועדה גם משתתפת בקבוצות העבודה ISO/TC 229, ומבטיחה כי תקני ASTM ו- ISO נשארים משלימים ולא סכסוכים.

הצלחה בולטת אחת היא אימוץ של ASTM E2524 (המוגלובין peroxidase פעילות כאמור) כבסיס ל- ISO 19007:2023 (Nanotechnologies - מדד הלחץ החמצן המושרה על ידי ננו-חומרים באמצעות פעילות דמוית חמצון Assaya). זה אומר כי מחקר רעילות המבוצעת באמצעות שיטות ASTM מתקבל באופן אוטומטי תחת דרישות ISO, שכפול עבור חברות גלובליות.

במגזר התרופות, מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) פרסם הדרכה הממליץ על שיטות מבחן ASTM עבור האופי של ננו-חומר מבוססי סמים ספקים.זה הוביל לאימוץ נרחב ב nanomedicine, שבו מוצרים כמו doxorubicin ו-Elvedamin-bound paclitaxel מסתמכים על ASTM9024 עבור בדיקות אצווה.

כיוונים עתידיים עבור ASTM Standards ב-Nanoטכנולוגיה

ככל שהשדה ננוטכנולוגיה גדל, תקני ASTM חייבים להתפתח כדי לענות על הצרכים המתעוררים.מספר אזורי עדיפות כבר נמצאים תחת דיון בתוך הוועדה E56:

  • (FLT:0) התקדם באפיון קו:FreaLT:1) ניטור בזמן אמת של גידול חלקיקים בכורים באמצעות פיזור רנטגן קטן (SAXS) או Cryo-TEM חסר פרוטוקולים סטנדרטיים.מדריכים חדשים הם טיוטים כדי לאפשר תהליך של טכנולוגיה אנליטית (PAT) אינטגרציה.
  • (FLT:0) מסגרות עיצוב-על-ידי-עיצוב: ASTM מפתחת הדרכה להטמעת הערכות בטיחות בשלבים המוקדמים ביותר של עיצוב ננו-חומרי, מעבר לבדיקות רעילות לאחר הסינתזה לחיזוי הערכת סיכונים חיזויית.
  • (FLT:0Micro- and nanoplastic Characterization: ההרחבה 1) עם דאגה סביבתית עולה, ASTM מרחיבה את שיטותיה כדי להתמודד עם תערובת מיקרו / Nnoplastics, כולל פרוטוקולי העיכול עבור מאפים ביולוגיים.
  • (FLT:0Data Quality and digital Standard:FLT:1rated metadata Format ותבניות דיווח סטנדרטיות יאפשרו יצירת FAIR (גלוי, נגיש, רב-משמעי, Reusable) נתונים עבור ננו-פורמטיקה.
  • (FLT:0) שיתוף פעולה בינלאומי: המחשה: 1:1 הוועדה שואפת להגדיל את השתתפותה של אסיה ואפריקה, שם ייצור ננוטכנולוגיה גדל במהירות פגישות וירטואליות ומסמכים הדרכה רב לשונית נחקרים כדי להפחית את המחסומים לכניסת כניסה.

מסקנה

תקני ASTM הם סלע שעליו מבוססים פיתוח nanomaterial ובדיקה מבוססים.הם מספקים שפה טכנית משותפת, להבטיח התחדשות על פני מעבדות וקשקשים, תמיכה תאימות רגולטורית, וטיפוח חדשנות על ידי הסרת אי הוודאות.ממדידה בגודל חלקיקים על ידי DLS ל רעילות מימית, קווים מנחים אלה נוגעים בכל שלב של חיי ננוטכנולוגיה.

עם זאת, סטנדרטיזציה היא תהליך דינמי.הקצב המהיר של גילוי, הופעתה של כיתות חומר חדשות, ואת התפקיד הגובר של כלים דיגיטליים לדרוש עדכונים רצופים וסטנדרטים חדשים.על ידי טיפוח מערכת אקולוגית שיתופית של חוקרים, תעשייה, רגולטורים ושותפים בינלאומיים, ASTM E56 נשאר בחזית של המאפשרת בטוח, יעיל וננוטכנולוגיה אמין.

(ב) [ה] ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]