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Vitrocell wird im Rahmen des Vorhabens eine neuartige Expositionsanlage aufbauen, mit der der Einfluss von Carbonfaser-Stäuben auf die menschliche Lunge möglichst realitätsnah untersucht werden kann. Hierzu soll ein kompaktes und standardisiertes Testsystem mit hohem Durchsatz für die Bestimmung der Exposition der Lunge realisiert und erprobt werden. Die mit dem Testsystem in einem möglichst realitätsnahen Modell der Lunge erfassten Partikel sollen anschließend hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Lungenzellen getestet werden. Besonderer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Herstellung und Zuführung des Aersolstroms zum Expositionssystem. Hier wird von Vitrocell ein neues Verfahren erarbeitet, mit dem von einem Probekörper Carbonfasern steuerbar abgeschliffen und anschließend gezielt in einen Aerosolstrom eingebracht werden können. Das Testsystem von Vitrocell ist eine wichtige Voraussetzung zur Prüfung der biologischen Wirkung von Carbonfaser-Stäuben auf die menschliche Lunge. Um ausreichend Untersuchungen mit den Stäuben durchführen zu können, muss das Expositionssystem so früh wie möglich zur Verfügung stehen. Daher werden von Vitrocell zu Beginn des Projektes mehrere Arbeitspakete parallel bearbeitet. Die Erforschung des Verfahrens zur Aerosolherstellung startet wie die Konstruktion des Expositionssystems im ersten Projektmonat. Der Aufbau beider Komponenten wird möglichst zeitgleich abgeschlossen, um im Anschluss alle Komponenten (Expositionsanlage, Aerosolgenerator und analytische Systeme) zu montieren und das Zellexpositionssystem in Betrieb zu nehmen. Während der Inbetriebnahme werden bereits erste Untersuchungen durchgeführt, um möglichst früh Optimierungsbedarf am System aufzudecken und entsprechende Arbeiten durchzuführen. Nach den Optimierungen beginnen die eigentlichen Untersuchungen, die von Vitrocell begleitet werden, um mögliche Probleme schnell vor Ort zu lösen. Zum Abschluss des Projektes werden die Expositionsversuche gemeinsam ausgewertet.
Beim Umgang mit Carbonbeton gibt es eine Reihe von Prozessen, bei denen mit einer möglichen Freisetzung von carbonfaserhaltigen Stäuben in die Umgebung zu rechnen ist. Diese Prozesse umfassen sowohl die Herstellung (Fertigung der Fasergelege), die Bearbeitung (Trennen, Bohren, Schleifen) als auch die Entsorgung (Brechen, Brechen nach Erhitzen) von Carbonbeton. Die bei diesen Prozessen auftretende Partikelfreisetzung soll quantifiziert und in einem Prüfstand reproduzierbar nachgestellt werden, um die Auswirkung der freiwerdenden Partikel auf Zellkulturen untersuchen zu können. Dazu wird dieser Prüfstand mit einem Air-Liquid-Interfacesystem (ALI) zur Exposition von Zellkulturen gegenüber Staubpartikeln gekoppelt und parallel zu einem Aerosolgenerator zur Bereitstellung von Referenzaerosolen betrieben.
Die Anwendung von Air-Liquid-Interfacesystemen (ALI) zur Exposition von Zellkulturen gegenüber Staubpartikeln aus Carbonbeton erfordert Referenzaerosole um Reaktionen der Zellen mit Stoffen bekannter Wirkung zu skalieren. Diese müssen hinsichtlich Massekonzentration und Partikelgrößenverteilung zum Carbonbetonstaub vergleichbar sein. Aus unterschiedlichen Bearbeitungsprozessen entstehen charakteristische Staubeigenschaften. Es soll ein Aerosolgenerator entwickelt werden, der die Dosierung und die Dispergierung von angepassten Referenzstoffsystemen ermöglicht. Zur Messung der Partikelgrößenverteilung sowohl des Carbonbetonstaubes als auch des Referenzaerosols soll ein System zur optischen Einzelpartikelanalyse an das ALI-System angebunden werden. Dazu ist die Konditionierung und Verdünnung der zu analysierenden Staubaerosole erforderlich. Die Arbeiten umfassen die Abstimmung der mit dem Aerosolgenerator zu verarbeitenden Stoffsysteme. Anhand deren Masseströme und Partikelgrößenspektrum erfolgt die Auswahl des Generierungsprinzips. Danach erfolgt der Aufbau eines Labormusters einschließlich experimenteller Prüfung. Ziel ist ein konstanter Massestroms und die Ermittlung der Arbeitsgrenzen des Aerosolgenerators. Die Anbindung des Generators an das ALI-System erfolgt danach. Die vom ALI gemessene Massekonzentration des Carbonbetonstaubes dient als Steuersignal für den Generator. Ziel ist die Angleichung der Massekonzentration des Carbonbetonstaubs. Neben der Massekonzentration bildet die Partikelgrößenverteilung einen weiteren wichtigen Parameter zur Beschreibung der Carbonstaubpartikel und der Referenzaerosole. Zur Messung der Partikelgrößenverteilung soll ein optisches Einzelpartikelmessverfahren genutzt werden. Die Anbindung und Konditionierung des Aerosols erfolgt mittels Verdünnungssystem.
Das IGF wirkt im Rahmen des AP 2 an verschiedenen Teilprojekten mit. Die Ziele lassen sich in zweierlei Hinsicht charakterisieren: 1. Qualitätssicherung der verwendeten und entwickelten Messverfahren im gesamten Projekt durch Vergleichsmessungen und Teilnahme an betrieblichen Expositionserhebungen sowie an der Planung einer geeigneten Messstrategie und 2. Durchführung von Staubungsmessungen an nanoskaligen Produkten, wobei einerseits das in NanoCare entwickelte Verfahren durch Erweiterung des Messbereiches für ultrafeine/nanoskalige Partikeln vervollkommnet werden soll und andererseits die Miniaturisierung eines Staubungsmessverfahrens, um mit geringeren Materialkosten auszukommen, vorgesehen ist. Im ersten Jahr ist dann die Durchführung einer Vergleichsmessung mit anderen Partnern zur Qualitätssicherung geplant. Später wird das IGF dann an betrieblichen Expositionsmessungen teilnehmen. In der ersten Projektphase ist die Komplettierung des vorhandenen Staubkanals im Technikum in Dortmund durch eine weitere Aerosolquelle vorgesehen (Flammgenerator). Parallel wird mit dem APS ein Gerät zur Messung der Partikelgrößenverteilung luftgetragener Aerosole im Bereich von ca. 500 nm bis ca. 15 mym beschafft. Der APS wird in das vorhandene Fallrohr integriert. Parallel wird mit der Entwicklung eines miniaturisierten Staubungsmessgerätes begonnen, dessen Prototyp in der 2. Projekthälfte eingesetzt werden soll.
Ölnebel sind Aerosole bestehend aus einem Trägergas und kondensierbaren Komponenten, die abhängig von ihrem thermodynamischen Zustand sowohl als feinste Tröpfchen, als auch dampfförmig vorliegen können. Die Charakterisierung und die Abscheidung von Ölnebeln kann durch eine Verschiebung der Stofffracht zwischen den Phasen erheblich erschwert werden. Am Beispiel von Kühlschmierstoffnebeln aus der Metallbearbeitung wurde ein neues Verfahren untersucht, das dem ambivalenten Charakter von Ölnebeln gerecht wird und die Prozessschritte Filtration und Absorption in einem Apparat kombiniert. Als Absorptionsmittel wurde gekühlter, schwerflüchtiger Kühlschmierstoff verwendet, mit dem eine Reduzierung der Dampfemission um ca. 15Prozent bis 25Prozent erreicht werden konnte. Ein neu entwickeltes hydrostatisches Flüssigkeitsdosiersystem für einen Aerosolgenerator gewährleistet eine zeitlich konstante Zusammensetzung des Ölnebels. Eine Abreicherung des Flüssigkeitsreservoirs an Leichtersiedern, wie sie in herkömmlichen Aerosolgeneratoren auftritt, wird dadurch vermieden. Kühlschmierstoffe auf Mineralölbasis sind typische Vertreter von Nichtgleichgewichtsaerosolen, da lange Verweilzeiten nötig sind, bis ein annähernd thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der Tropfenphase und der Dampfphase erreicht wird. Es wurde das Simulationspro-gramm AerSolve entwickelt, mit dem das Aerosolverhalten bei Entstehung, Transport, Abscheidung, Probenahme und Messung von Nichtgleichgewichtsaerosolen berechnet werden kann. Durch ein neuartiges HTU-NTU-Konzept für Aerosole lässt sich eine einheitliche Dar-stellung der Simulationsergebnisse erreichen. Durch Experimente und durch Simulationsrechnungen mit AerSolve wurde gezeigt, dass sowohl die Messung von Fraktionsabscheidegradverläufen, als auch die Messung der Dampfabscheidegrade durch Verdunstungseffekte erheblich beeinflusst werden kann. AerSolve erlaubt die Festlegung geeigneter Betriebsbedingungen für den Einsatz einer Absorptionsstufe.
Objective: To determine the carcinogenic risks through inhalation of man-made mineral fibers in comparison with the risks of asbestos exposure. General Information: The fibers are milled down to inhalable sizes and their distribution examined by scanning electron microscopy. Fibers are dispersed by a vibrating bed aerosol generator for animal exposure in a specially constructed exposure unit. Groups of about 100 rats are exposed to crocidolite, fibrous glass and rock wool. The control group inhales titanium dioxide. After exposure, animals are kept till their natural death. Organs are then examined histo-pathologically for tumours. Additionally, smaller groups of animals are exposed to the fiber aerosol and scarified at different times after the treatment for determination of the number of fibers in lungs.
Bei Untersuchungen ueber die Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphaere ist es vielfach noetig, kuenstliche, markierte Aerosole zu erzeugen, deren Verhalten im Hinblick auf die Sedimentation dem der natuerlichen adaequat ist. Auf der Basis einer pyrotechnisch-chemischen Verbindung ist daher ein Aerosolgenerator in Form einer pyrotechnischen Patrone entwickelt worden, bei dem die erzeugten Aerosole mit einem leicht aktivierbaren Element markiert sind. In Verbindung mit Andersen-Sammlern werden mit dem Generator die Einfluesse von Bodenbewuchs- und Struktur auf die Ausbreitung von Aerosolen in der bodennahen Atmosphaere untersucht.
Im Mittelpunkt dieses Forschungsvorhabens steht das Reaktionsverhalten von Fullerenen und deren Zerfallsprodukten. Fullerene sind die neben Graphit und Diamant dritte bekannte stabile Modifikation von elementarem Kohlenstoff. Bei Raumtemperatur liegt Fulleren als Pulver vor. Es kann somit in dem am Institut entwickelten Aerosolgenerator dispergiert werden. Das auf diese Weise erzeugte Fullerenaerosol wird anschliessend in einem Stosswellenrohr gasdynamisch auf Temperaturen T Dollar 1500 K aufgeheizt. Die erfolgreichen Messungen zur Pyrolyse von Fulleren C60 wurden als Anlass genommen, die Messtechnik weiter zu verbessern und neben Messung der spektralen Emission auch quantitative Absorptionsbestimmungen durchzufuehren. Die Absorptionsmessungen wurden auf das wichtigste beim Zerfall der Fullerene entstehende Zwischenprodukt, das C2 Molekuel, angewendet. Hierzu wurde ein durchstimmbarer Farbstoff-Ring-Laser auf eine fuer das C2 Molekuel charakteristische Wellenlaenge eingestellt und die Absorption gemessen. Aus der Absorption kann dann bei Kenntnis bestimmter Molekueldaten die tatsaechliche Konzentration im Reaktionssystem berechnet werden. Dieses Verfahren wurde sowohl auf den Zerfall von C60 als auch auf C70 angewendet. Aus diesen Messungen wurde einerseits ein kinetisches Modell des Zerfallswegs entwickelt, andererseits wurden erstmals kinetische Daten bei hohen Temperaturen fuer den thermischen Fullerenzerfall bestimmt. Die hierbei bestimmten Aktivierungsenergien stimmen sehr gut mit Ergebnissen anderer Arbeitsgruppen ueberein, die voellig andere Verfahren benutzten. Das entwickelte Zerfallsmodell erlaubt die Vorhersage der Konzentrationen der beteiligten Stoffe waehrend der zur Verfuegung stehenden Messzeit. Insbesondere kann der zeitliche Verlauf der C2 Konzentration sehr genau berechnet werden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 17 |
| Europa | 2 |
| Wissenschaft | 10 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 17 |
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| Offen | 17 |
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| Resource type | Count |
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| Keine | 11 |
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| Topic | Count |
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| Boden | 13 |
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