Effect of particle size on the flexural strength and phase transformation of an airborne-particle abraded yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal ceramic.

Statement of problem Because airborne-particle abrasion is an efficient method of improving the bond at the zirconia-cement interface, understanding its effect on the strength of yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal is important. Purpose The purpose of this study was to evaluate the effect of the particle size used for airborne-particle abrasion on the flexural strength and phase transformation of a commercially available yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal ceramic. Material and Methods For both flexural strength (20.0 × 4.0 × 1.2 mm) (n=14) and phase transformation (14.0-mm diameter × 1.3-mm thickness) (n=4), the zirconia specimens were made from Lava, and their surfaces were treated in the following ways: as-sintered (control); with 50-μm aluminum oxide (Al2O3) particles; with 120-μm Al2O3 particles; with 250-μm Al2O3 particles; with 30-μm silica-modified Al2O3 particles (Cojet Sand); with 120-μm Al2O3 particles, followed by 110-μm silica-modified Al2O3 particles (Rocatec Plus); and with Rocatec Plus. The phase transformation (%) was assessed by x-ray diffraction analysis. The 3-point flexural strength test was conducted in artificial saliva at 37°C in a mechanical testing machine. The data were analyzed by 1-way ANOVA and the Tukey honestly significant difference post hoc test (α=.05). Results Except for the Cojet Sand group, which exhibited statistically similar flexural strength to that of the as-sintered group and for the group abraded with 250-μm Al2O3 particles, which presented the lowest strength, airborne-particle abrasion with the other particle sizes provided the highest values, with no significant difference among them. The as-sintered specimens presented no monoclinic phase. The groups abraded with smaller particles (30 μm and 50 μm) and those treated with the larger ones (110 μm and/or 120 μm particles and 250 μm) exhibited percentages of monoclinic phase that varied from 4% to 5% and from 8.7% to 10%. Conclusions Except for abrasion with Cojet Sand, depending on the particle size, zirconia exhibited an increase or a decrease in its flexural strength. Airborne-particle abrasion promoted phase transformation (tetragonal to monoclinic), and the percentage of monoclinic phase varied according to the particle size.

Effect of the particle size of maize, rice, and sorghum in extruded diets for dogs on starch gelatinization, digestibility, and the fecal concentration of fermentation products

The influence of rice, maize, and sorghum raw material particle size in extruded dry dog food on the digestibility of nutrients and energy and the fecal concentration of fermentation products was investigated. Three diets with similar nutrient compositions were formulated, each with 1 starch source. Before incorporation into diets, the cereals were ground into 3 different particle sizes (approximately 300, 450, and 600 mu m); therefore, a total of 9 diets were in a 3 x 3 factorial arrangement (3 cereals and 3 particle sizes). Fifty-four beagle dogs (12.0 +/- 0.1 kg BW) were randomly assigned to the diets, with 6 dogs per diet. The digestibility was measured with the chromium oxide method. The data were evaluated with ANOVA considering the carbohydrate source, grinding effect, and interactions. The means were compared with the Tukey test and polynomial contrasts (P < 0.05). With the same grinding procedure, rice was reduced to smaller particles than other cereals. The cereal mean geometric diameter (MGD) was directly related to starch gelatini-zation (SG) during extrusion. For rice diets, the MGD and SG did not change nutrient digestibility (P > 0.05); only GE digestibility was reduced at the largest MGD (P < 0.01). For maize and sorghum diets, the total tract apparent nutrient digestibility was reduced for foods with greater MGD and less SG (P < 0.01). A linear reduction in nutrient digestibility according to cereal particle size was observed for sorghum (r(2) < 0.72; P < 0.01). Higher concentrations of fecal total shortchain fatty acids (SCFA) were observed for sorghum diets (P < 0.05) than for other diets. The rice diets led to the production of feces with less lactate (P < 0.05). The increase in raw material MGD did not influence fecal SCFA for rice diets, but for the dogs fed maize and sorghum foods, an increase in propionate and butyrate concentrations were observed as MGD increased (P < 0.05). In conclusion, for dogs fed different particle sizes of the cereal starches in the extruded diets, the digestibility and fecal characteristics were affected, and this effect was ingredient dependent.

Synthesis and characterization of silver/alanine nanocomposites for radiation detection in medical applications: the influence of particle size on the detection properties

Silver/alanine nanocomposites with varying mass percentage of silver have been produced. The size of the silver nanoparticles seems to drive the formation of the nanocomposite, yielding a homogeneous dispersion of the silver nanoparticles in the alanine matrix or flocs of silver nanoparticles segregated from the alanine crystals. The alanine crystalline orientation is modified according to the particle size of the silver nanoparticles. Concerning a mass percentage of silver below 0.1%, the nanocomposites are homogeneous, and there is no particle aggregation. As the mass percentage of silver is increased, the system becomes unstable, and there is particle flocculation with subsequent segregation of the alanine crystals. The nanocomposites have been analyzed by transmission electron microscopy (TEM), UV-Vis absorption spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and they have been tested as radiation detectors by means of electron spin resonance (ESR) spectroscopy in order to detect the paramagnetic centers created by the radiation. In fact, the sensitivity of the radiation detectors is optimized in the case of systems containing small particles (30 nm) that are well dispersed in the alanine matrix. As the agglomeration increases, particle growth (up to 1.5 mu m) and segregation diminish the sensitivity. In conclusion, nanostructured materials can be used for optimization of alanine sensitivity, by taking into account the influence of the particles size of the silver nanoparticles on the detection properties of the alanine radiation detectors, thus contributing to the construction of small-sized detectors.

Effect of the relationship between particle size, inter-particle distance, and metal loading of carbon supported fuel cell catalysts on their catalytic activity

The effect of the relationship between particle size (d), inter-particle distance (x(i)), and metal loading (y) of carbon supported fuel cell Pt or PtRu catalysts on their catalytic activity, based on the optimum d (2.5-3 nm) and x(i)/d (>5) values, was evaluated. It was found that for y < 30 wt%, the optimum values of both d and x(i)/d can be always obtained. For y >= 30 wt%, instead, the positive effect of a thinner catalyst layer of the fuel cell electrode than that using catalysts with y < 30 wt% is concomitant to a decrease of the effective catalyst surface area due to an increase of d and/or a decrease of x(i)/d compared to their optimum values, with in turns gives rise to a decrease in the catalytic activity. The effect of the x(i)/d ratio has been successfully verified by experimental results on ethanol oxidation on PtRu/C catalysts with same particle size and same degree of alloying but different metal loading. Tests in direct ethanol fuel cells showed that, compared to 20 wt% PtRu/C, the negative effect of the lower x(i)/d on the catalytic activity of 30 and 40 wt% PtRu/C catalysts was superior to the positive effect of the thinner catalyst layer.

Measurement of the concentration and size of aerosol particles and identification of the sources in orthopedic surgeries

In this study, the measurement of the concentration and size of particles and the identification of their sources were carried out at five orthopedic surgeries. The aerosol concentration and particle size distribution, ranging from 0.3 mu m 10 mu m, were measured and related to the type of indoor activity. The handling of surgical linen and gowns, handling of the patient, use of electrosurgical apparatus, use of a bone saw, handling of equipment, and cleaning of the room were identified as the most important sources of particles, with each of these activities posing different risks to the health of the patients and workers. The results showed that most of the particles were above 0.5 mu m and that there was a strong correlation among all particles of sizes above 1 mu m. Particles with diameters in the range of 0.3 mu m-0.5 mu m had a good correlation only with particles in the ranges of 0.5 mu m-1.0 mu m and 1.0 mu m-3.0 mu m in three of the surgeries analyzed. Findings led to the conclusion that most of the events responsible for generating aerosol particles in an orthopedic surgery room are brief, intermittent, and highly variable, thus requiring the use of specific instrumentation for their continuous identification and characterization.

Influence of particle size, density and concentration on bend erosive wear in pneumatic conveyors

Particle concentration is a principal factor that affects erosion rate of solid surfaces under particle impact, such as pipe bends in pneumatic conveyors; it is well known that a reduction in the specific erosion rate occurs under high particle concentrations, a phenomenon referred to as the “shielding effect”. The cause of shielding is believed to be increased likelihood of inter-particulate collisions, the high collision probability between incoming and rebounding particles reducing the frequency and the severity of particle impacts on the target surface. In this study, the effects of particle concentration on erosion of a mild steel bend surface have been investigated in detail using three different particulate materials on an industrial scale pneumatic conveying test rig. The materials were studied so that two had the same particle density but very different particle size, whereas two had very similar particle size but very different particle density. Experimental results confirm the shielding effect due to high particle concentration and show that the particle density has a far more significant influence than the particle size, on the magnitude of the shielding effect. A new method of correcting for change in erosivity of the particles in repeated handling, to take this factor out of the data, has been established, and appears to be successful. Moreover, a novel empirical model of the shielding effects has been used, in term of erosion resistance which appears to decrease linearly when the particle concentration decreases. With the model it is possible to find the specific erosion rate when the particle concentration tends to zero, and conversely predict how the specific erosion rate changes at finite values of particle concentration; this is critical to enable component life to be predicted from erosion tester results, as the variation of the shielding effect with concentration is different in these two scenarios. In addition a previously unreported phenomenon has been recorded, of a particulate material whose erosivity has steadily increased during repeated impacts.

Amphotericin B nano-formulations : development, characterisation and suitability for oral administration

In der Form von Nanokapseln (AmB-HST), Nanoemulsion beziehungsweise multilamellaren Vesikeln (MLV) wurden drei Amphotericin-B-Formulierungen für die orale Applikation entwickelt, charakterisiert und verglichen. Die neuartige homogene Nanokapsel-Formulierung des hydrophoben Polyen-Antimykotikums Amphotericin B wurde in Analogie zu einem für Simvastatin und andere Arzneistoffe etablierten Prozess aus der Reinsubstanz, Lezithin und Gelatine mit Hilfe des HST-Verfahrens hergestellt. Photometrische Untersuchungen zeigten, dass das Endprodukt aus Monomeren aufgebaut ist. Mittels Mikroskopie ließen sich die Aggregate vor der Umhüllung mit Lezithin und Gelatine im Ausgangsmaterial als individuelle kugelförmige Arzneistoffpartikel darstellen. Strukturuntersuchungen mit dynamischer licht streuung (DLS) zeigten eine enge Größenverteilung der verkapselten Partikel von ca. 1 µm. Die Struktur der Hülle der HST-Partikel wurde erstmalig mit Neutronenstreuung unter Verwendung der Deuterium-basierten Lösungsmittel kontrastmethode aufgeklärt. Durch die teilweise Kontrastmaskierung des Partikelkerns bei der Neutronenstreuung konnte die Lezithin-Gelatine-Hülle als eine dünne, 5,64 ± 0.18 nm dicke Schicht aufgelöst werden, welche der biologischen Lipidmembran ähnlich, im Vergleich aber geringfügig größer ist. Dieses Resultat eröffnet Wege für die Optimierung der Formulierung von pharmazeutischen Nanopartikeln, z.B. durch Oberflächenmodifizierungen. Weitere Untersuchungen mittels Kleinwinkelneutronenstreuung unter Verwendung der D-Kontrastvariation deuten darauf hin, dass die Komponenten der Nanokapseln nicht den gleichen Masseschwerpunkt haben, sondern asymmetrisch aufgebaut sind und dass die stärker streuenden Domänen weiter außen liegen. Die Partikel sind im Vergleich zu Liposomen dichter. In-Vitro Freisetzungsstudien belegen das Solubilisierungsvermögen des HST-Systems, wonach die Freisetzung des Arzneistoffes aus der Formulierung zu allen gemessenen Zeitpunkten höher als diejenige der Reinsubstanz war. rnDie Nanoemulsion-Formulierung von Amphotericin B wurde mit einem Öl und Tensid system, jedoch mit unterschiedlichen Co-Solvenzien, erfolgreich entwickelt. Gemäß der Bestimmung der Löslichkeit in verschiedenen Hilfsstoffen erwies sich der Arzneistoff Amphotericin B als nicht-lipophil, gleichzeitig aber auch als nicht-hydrophil. Die zur Ermittlung der für die Emulsionsbildung notwendigen Hilfstoffkonzentrationen erstellten ternären Diagramme veranschaulichten, dass hohe Öl- und Tensidgehalte zu keiner Emulsionsbildung führten. Dementsprechend betrug der höchste Ölgehalt 10%. Die Tröpfchengröße wuchs mit zunehmender Tensidkonzentration, wobei die Co-Solventmenge der Propylenglykol-haltigen Nanoemulsion indirekt verringert wurde. Für die Transcutol®P-haltige Nanoemulsion hingegen wurde das Gegenteil beobachtet, nämlich eine Abnahme der Tröpfchengröße bei steigenden Tensidkonzentrationen. Durch den Einschluss des Arzneistoffes wurde nicht die Viskosität der Formulierung, sondern die Tröpfchengröße beeinflusst. Der Wirkstoffeinschluss führte zu höheren Tröpfchengrößen. Mit zunehmender Propylenglykolkonzentration wurde der Wirkstoffgehalt erhöht, mit zunehmender Transcutol®P-Konzentration dagegen vermindert. UV/VIS-spektroskopische Analysen deuten darauf hin, dass in beiden Formulierungen Amphotericin B als Monomer vorliegt. Allerdings erwiesen sich die Formulierungen Caco-2-Zellen und humanen roten Blutkörperchen gegenüber als toxisch. Da die Kontrollproben eine höhere Toxizität als die wirkstoffhaltigen Formulierungen zeigten, ist die Toxizität nicht nur auf Amphotericin, sondern auch auf die Hilfsstoffe zurückzuführen. Die solubilisierte Wirkstoffmenge ist in beiden Formulierungen nicht ausreichend im Hinblick auf die eingesetzte Menge an Hilfsstoff nach WHO-Kriterien. Gemäß diesen Untersuchungen erscheinen die Emulsions-Formulierungen für die orale Gabe nicht geeignet. Dennoch sind Tierstudien notwendig, um den Effekt bei Tieren sowie die systemisch verfügbare Wirkstoffmenge zu ermitteln. Dies wird bestandskräftige Schlussfolgerungen bezüglich der Formulierung und Aussagen über mögliche Perspektiven erlauben. Nichtsdestotrotz sind die Präkonzentrate sehr stabil und können bei Raumtemperatur gelagert werden.rnDie multilamellar-vesikulären Formulierungen von Amphotericin B mit ungesättigten und gesättigten neutralen Phospholipiden und Cholesterin wurden erfolgreich entwickelt und enthielten nicht nur Vesikel, sondern auch zusätzliche Strukturen bei zunehmender Cholesterinkonzentration. Mittels Partikelgrößenanalyse wurden bei den Formulierungen mit gesättigten Lipiden Mikropartikel detektiert, was abhängig von der Alkylkettenlänge war. Mit dem ungesättigten Lipid (DOPC) konnten hingegen Nanopartikel mit hinreichender Verkapselung und Partikelgrößenverteilung gebildet werden. Die Ergebnisse der thermischen und FTIR-spektroskopischen Analyse, welche den Einfluss des Arzneistoffes ausschließen ließen, liefern den Nachweis für die mögliche, bereits in der Literatur beschriebene Einlagerung des Wirkstoffs in lipid- und/oder cholesterinreiche Membranen. Mit Hilfe eines linearen Saccharosedichtegradienten konnte die Formulierung in Vesikel und Wirkstoff-Lipid-Komplexe nach bimodaler Verteilung aufgetrennt werden, wobei der Arzneistoff stärker mit den Komplexen als mit den Vesikeln assoziiert ist. Bei den Kleinwinkelneutronenstreu-Experimenten wurde die Methode der Kontrastvariation mit Erfolg angewendet. Dabei konnte gezeigt werden, dass Cholesterol in situ einen Komplex mit Amphotericin B bildet. Diesen Sachverhalt legt unter anderem die beobachtete Differenz in der äquivalenten Streulängendichte der Wirkstoff-Lipid- und Wirkstoff-Lipid-Cholesterin-haltigen kleinen unilamellaren Vesikeln nahe. Das Vorkommen von Bragg-Peaks im Streuprofil weist auf Domänen hin und systematische Untersuchungen zeigten, dass die Anzahl der Domänen mit steigendem Cholesteringehalt zunimmt, ab einem bestimmten Grenzwert jedoch wieder abnimmt. Die Domänen treten vor allem nahe der Außenfläche der Modellmembran auf und bestätigen, dass der Wirkstoff in den Cholesterinreichen Membranen vertikal eingelagert ist. Die Formulierung war sowohl Caco-2-Zellen als auch humanen roten Blutkörperchen gegenüber nicht toxisch und erwies sich unter Berücksichtigung der Aufnahme in Caco-2-Zellen als vielversprechend für die orale Applikation. Die Formulierung zeigt sich somit aussichtsreich und könnte in Tabletten weiterverarbeitet werden. Ein Filmüberzug würde den Wirkstoff gegen die saure Umgebung im Magen schützen. Für die Bestimmung der systemischen Verfügbarkeit der Formulierung sind Tierstudien notwendig. Die entwickelten multilamellaren Formulierungen einschließlich der Wirkstoff-Cholesterin-Komplexe bieten somit gute Aussichten auf die mögliche medizinische Anwendung. rnrn