Physicochemical characterization of nebulized superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs)

Abstract Background: Aerosol-mediated delivery of nano-based therapeutics to the lung has emerged as a promising alternative for treatment and prevention of lung diseases. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) have attracted significant attention for such applications due to their biocompatibility and magnetic properties. However, information is lacking about the characteristics of nebulized SPIONs for use as a therapeutic aerosol. To address this need, we conducted a physicochemical characterization of nebulized Rienso, a SPION-based formulation for intravenous treatment of anemia. Methods: Four different concentrations of SPION suspensions were nebulized with a one-jet nebulizer. Particle size was measured in suspension by transmission electron microscopy (TEM), photon correlation spectroscopy (PCS), and nanoparticle tracking analysis (NTA), and in the aerosol by a scanning mobility particle sizer (SMPS). Results: The average particle size in suspension as measured by TEM, PCS, and NTA was 9±2 nm, 27±7 nm, and 56±10 nm, respectively. The particle size in suspension remained the same before and after the nebulization process. However, after aerosol collection in an impinger, the suspended particle size increased to 159±46 nm as measured by NTA. The aerosol particle concentration increased linearly with increasing suspension concentration, and the aerodynamic diameter remained relatively stable at around 75 nm as measured by SMPS. Conclusions: We demonstrated that the total number and particle size in the aerosol were modulated as a function of the initial concentration in the nebulizer. The data obtained mark the first known independent characterization of nebulized Rienso and, as such, provide critical information on the behavior of Rienso nanoparticles in an aerosol. The data obtained in this study add new knowledge to the existing body of literature on potential applications of SPION suspensions as inhaled aerosol therapeutics.

Toxicity screenings of nanomaterials: challenges due to interference with assay processes and components of classic in vitro tests.

Given the multiplicity of nanoparticles (NPs), there is a requirement to develop screening strategies to evaluate their toxicity. Within the EU-funded FP7 NanoTEST project, a panel of medically relevant NPs has been used to develop alternative testing strategies of NPs used in medical diagnostics. As conventional toxicity tests cannot necessarily be directly applied to NPs in the same manner as for soluble chemicals and drugs, we determined the extent of interference of NPs with each assay process and components. In this study, we fully characterized the panel of NP suspensions used in this project (poly(lactic-co-glycolic acid)-polyethylene oxide [PLGA-PEO], TiO2, SiO2, and uncoated and oleic-acid coated Fe3O4) and showed that many NP characteristics (composition, size, coatings, and agglomeration) interfere with a range of in vitro cytotoxicity assays (WST-1, MTT, lactate dehydrogenase, neutral red, propidium iodide, (3)H-thymidine incorporation, and cell counting), pro-inflammatory response evaluation (ELISA for GM-CSF, IL-6, and IL-8), and oxidative stress detection (monoBromoBimane, dichlorofluorescein, and NO assays). Interferences were assay specific as well as NP specific. We propose how to integrate and avoid interference with testing systems as a first step of a screening strategy for biomedical NPs.

Wollastoniittimarkkinat ja suomalaisen tuottajan asemoituminen markkinoilla

Työn tarkoituksena oli tehdä yleiskuvaus wollastoniittimarkkinoista, ja siten auttaa yritystä sisäisesti määrittämään asemansa kyseisillä markkinoillaWollastoniitin suurimmat kuluttajasektorit ovat keraaminen-, muovi-, maali- ja pinnoite-, sekä metallurginen teollisuus. Eniten mineraalin kulutuksen odotetaan kasvavan muoviteollisuudessa. Suurimmat wollastoniitin tuottajamaat ovat Kiina, Intia, Yhdysvallat, Meksiko ja Suomi. Kiinassa aktiivisia kaivoksia on tällä hetkellä noin 60 kappaletta, ja koko maan tuotanto kattaa noin puolet mineraalin kokonaistuotannosta. Kiinan ulkopuolella toimii yhteensä viisi suurta tuottajaa.Suurimmat wollastoniitin tuottajat ovat intialainen Wolkem India Ltd., kiinalaiset Dalian Huanqui Minerals Corp. ja Jilin Shanwei Wollastonite Mining Co. Ltd, yhdysvaltalaiset Nyco Minerals Inc. ja R.T. Vanderbilt Co., meksikolainen Nyco Minera S.A. de C.V. ja suomalainen Nordkalk Oyj Abp. Uusia tuotantolaitoksia suunnitellaan rakennettavaksi Venäjälle, Kanadaan ja Kazakstaniin.

Keraamisten laattojen luokittelu väripiirteiden avulla

Vaikka keraamisten laattojen valmistusprosessi onkin täysin automatisoitu, viimeinen vaihe eli laaduntarkistus ja luokittelu tehdään yleensä ihmisvoimin. Automaattinen laaduntarkastus laattojen valmistuksessa voidaan perustella taloudellisuus- ja turvallisuusnäkökohtien avulla. Tämän työn tarkoituksena on kuvata tutkimusprojektia keraamisten laattojen luokittelusta erilaisten väripiirteiden avulla. Oleellisena osana tutkittiin RGB- ja spektrikuvien välistä eroa. Työn teoreettinen osuus käy läpi aiemmin aiheesta tehdyn tutkimuksen sekä antaa taustatietoa konenäöstä, hahmontunnistuksesta, luokittelijoista sekä väriteoriasta. Käytännön osan aineistona oli 25 keraamista laattaa, jotka olivat viidestä eri luokasta. Luokittelussa käytettiin apuna k:n lähimmän naapurin (k-NN) luokittelijaa sekä itseorganisoituvaa karttaa (SOM). Saatuja tuloksia verrattiin myös ihmisten tekemään luokitteluun. Neuraalilaskenta huomattiin tärkeäksi työkaluksi spektrianalyysissä. SOM:n ja spektraalisten piirteiden avulla saadut tulokset olivat lupaavia ja ainoastaan kromatisoidut RGB-piirteet olivat luokittelussa parempia kuin nämä.

Keraamisten teräpalojen käyttö niukkaseosteisten terästen lastuamiseen normaaleissa toimitustiloissa

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia keraamisten kääntöterien soveltuvuus niukkaseosteräksille ja M-käsittelyn vaikutus teränkestoaikoihin. Lisäksi tavoitteena oli tutkia keraamiseosten erityisominaisuudet ja muodostaa käsitys keraamisilla kääntöterillä sorvaamisen erityisvaatimuksista. Kirjallisuusosassa selvitettiin tutkimushetkellä saatavissa olleet keraamiset teräaineseokset ja niiden ominaisuudet sekä selvitettiin keraamisten kääntöterien viimeaikaiset kehitystrendit. Lastuamistutkimus toteutettiin standardin ISO 3685:1993 mukaisesti, minkä lisäksi mitattiin lastuamisvoimat ja tehtiin kokeessa käytetyille terille lastunmurtokoe. Koemateriaalit olivat Imatra Steelin GreenCut, Hydax 25, M-käsittelemätön 42CrMo4 ja M-käsitelty MoC410M. Kokeissa käytetyt kääntöterät olivat eri valmistajien alumiinioksiditeriä, titaanikarbidiseostettuja alumiinioksiditeriä, kuituvahvisteisia ja yksi puhdas titaanikarbidiseosteinen terä. Koetulosten perusteella hyvän teränkestoajan saavuttamiseksi on tärkeää valita oikea keraamiseos ja sille soveltuvat parametrit. Oikein valituilla parametreilla M-terästä sorvattaessa tulokset ylittävät kovametalleilla saavutettavissa olevat arvot. Tulosten perusteella niukkaseostettujen terästen sorvaus onnistuu hyvin keraamisilla kääntöterillä, mutta kovametallisorvaukseen verrattuna syöttöä on laskettava ja lastuamisnopeutta lisättävä. Tämän työn tuloksia voidaan soveltaa sopivissa olosuhteissa toteutettavassa kappaletavaratuotannossa. Sovelluksen onnistuminen vaatii tukevat työstöolosuhteet ja riittävien lastuamisnopeuksien saavuttamisen.

Kaasutuskaasun puhdistus

Tässä diplomityössä on selvitetty hiilestä, jätteestä tai biopolttoaineesta kaasutetun kaasun märkä- ja kuivapuhdistusta. Kaasutuskaasun puhdistuksella voidaan likainen ja jopa ongelmallinen aines muuttaa tai puhdistaa sellaiseksi ympäristökelpoiseksi polttoaineeksi, että sitä voidaan käyttää nykyisissä kulutuskohteissa ongelmitta. Lisäkannustusta kaasutuskaasun puhdistus saa uusista EU-direktiiveistä, jotka tulevat rajoittamaan jätteiden läjittämistä kaatopaikoille. Loppusijoitukseen meneviä jätevirtoja voidaan energiakäytöllä pienentää huomattavasti.Työ on tehty PVO-Engineering Oy:n voimalaitostekniikan osastolle kevään 2001 aikana. Työn tavoitteena oli kasvattaa yrityksen tietomäärää kaasutuskaasun puhdistuksen osalta. Lisäksi pyrittiin selvittämään uuden keraamisen pussisuodatinmateriaalin käyttöä kaasutuskaasun kuumakuivasuodatuksessa. Työn ensimmäisessä osassa esitetään kaasutuskaasun koostumuksen ja syntymisen lisäksi tämän työn lähtökohdat ja tavoitteet. Toisessa osassa selvitetään kaasulle asetettavia vaatimuksia eri käyttötapojen mukaan. Kolmannessa ja neljännessä osassa selvitetään puhdistettavien komponenttien käyttäytymistä ja sopivia puhdistusmenetelmiä.Kaasutuskaasun puhdistustekniikka vaihtelee paljonkin riippuen kaasun käyttökohteesta. Eroja syntyy käyttökohteen asetettamista vaatimuksista polttoaineelle, kaasutettavan polttoaineen koostumuksesta ja laadun vaihtelusta. Puhdistuksessa keskitytään kloori -, rikki -, typpi - ja metalliyhdisteiden poistamiseen kaasuvirrasta. Erotuskyvyllä arvioituna eri puhdistusmenetelmistä tehokkaimpia ovat pesurisähkösuodatinyhdistelmät. Niiden suuret jätemäärät ovat kuitenkin iso ongelma. Kuumakuivapuhdistuksessa pyritään kehittämään menetelmä, jossa syntyvät jätemäärät ovat pieniä ja puhdistustulos on riittävä. Puhdistuksen apukeinona käytetään usein erilaisia katalyyttejä. Tunnetuimpia ovat erilaiset kalsiumpohjaiset materiaalit ja mineraalit. Katalyyteillä voidaan tehostaa tarpeellisia kemiallisia reaktioita puhdistusprosessissa. Kaikki puhdistukseen liittyvät ongelmat ovat kooltaan niin suuria, että niiden ratkaisemiseksi on tulevaisuudessa tehtävä lujasti töitä. Markkinanäkymät toimivalle puhdistustekniikalle ovat nykymaailmassa hyvät. Niinpä tuotekehitykseen laitetut panokset voivat tulevaisuudessa olla yritykselle kullan arvoisia.

Puumassapesurin suotautumisolojen kartoitus ja simulointi

Työn tavoitteena oli tutkia sellumassan suotautumiseen liittyviä tekijöitä Ahlstrom Machineryn Drum Displacer™ -puumassapesurissa (DD-pesuri). Teoriaosassa tarkasteltiin aluksi suotautumisen teoriaa kuitu-vesi-suspensiossa, minkä jälkeen esiteltiin suotautumisnopeuteen vaikuttavia fysikaalisia ja kemiallisia vaikutusmekanismeja. Seuraavaksi kuvattiin massan pesun yleisiä perusteita sekä teoriaa puumassapesureissa. Lopuksi tarkasteltiin pesurien kytkeytymistä muuhun kuitulinjaan sekä prosessista johtuvia pesun toiminnan ulkoisia häiriötekijöitä. Kokeellisen osan aluksi tarkasteltiin paine- ja lämpötilamittauksien avulla massapesurissa vallitsevia prosessioloja. Mittaustulosten perusteella pumppausolot pesurin suodoslinjoissa ovat vaikeahkot ja häiriötilanteita voi esiintyä, mutta käytäntö on osoittanut tästä olevan vain harvoin haittaa prosessin toiminnalle. Pesureissa toteutuneet syrjäytysnopeudet laskettiin ja niitä verrattiin syrjäytystestien antamiin tuloksiin. Kuitulinjasta riippuen testin vastaavuus tehdasprosessiin vaihteli suuresti. Syrjäytystesteillä kokeiltiin myös tehdasprosesseissa usein esiintyvien muuttujien vaikutusta sellukakun syrjäytettävyyteen. Kakun paksuus ja syrjäytyslämpötila vaikuttivat syrjäytysnopeuteen Darcyn lain mukaisesti. Alipaineen massakakun alapuolella havaittiin huonontavan syrjäytysnopeutta verrattuna tilanteeseen, jossa kakun alla vallitsi ilmanpaine. Tämä havainto on selvästi ristiriidassa suotautumisen teorian kanssa. Massakakun muodostumis-pH osoittautui ratkaisevaksi lopulliselle syrjäytysnopeudelle, sillä alkalisissa oloissa muodostetun kuitukakun syrjäytysnopeus ei enää parantunut happamalla syrjäytysnesteellä. Happamissa oloissa muodostetun kakun syrjäytysnopeus oli alkalisista parempi, mutta se alkoi hitaasti alentua, kun syrjäytysneste vaihtui alkaliseen. Massan laimentaminen ennen syrjäytystä alkalisella tehdassuodoksella puhtaan veden sijasta alensi ligniinipitoisella massalla lopullista syrjäytysnopeutta. Shirato-Tillerin mallilla ja Jönssonin staattisella mallilla simuloitiin numeerisesti syrjäytystestiä kahdessa eri pH:ssa, ja simulointituloksia verrattiin vastaavissa oloissa tehtyihin syrjäytystesteihin. Shirato-Tillerin mallin antamien syrjäytysnopeuksien havaittiin olevan lähellä syrjäytystestien nopeuksia, kun Jönssonin mallin antamat tulokset jäivät huomattavasti testituloksia alemmiksi. Herkkyystarkastelussa havaittiin mallien olevan varsin herkkiä parametrien virheille. Hajonta vaadittavien kuituparametrien määrityksissä ja menetelmien työläys rajoittavat numeerisen simuloinnin käytettävyyttä, sillä kuituparametrien määrityksen vaatima työmäärä on ainakin toistaiseksi syrjäytystestiä suurempi. Lopuksi todettiin, että oikeiden syrjäytysolosuhteiden käyttö on ensiarvoisen tärkeää oikeiden tulosten saamiseksi sekä kokeellisessa että numeerisessa simuloinnissa. Nykyinen syrjäytystestilaitteisto on pienin muutoksin käyttökelpoinen, kun massan testaus prosessioloissa tulee rutiininomaiseksi.

BS-SEM evaluation of the tisular interactions between cortical bone and calcium-phosphate covered titanium implants

The improvement of the reliability of the contact between the osseous tissues and the implant materials has been tested by recovering the metallic implants with ceramic materials, usually calcium phosphates. In our study, the calcium phosphate recovering layers were deposited by means of a pulsed-laser deposition technique. Our aim was to to evaluate the tissue interactions established between cortical bone and titanium implants covered by five different layers, ranging from amorphous calcium phosphate to crystalline hydroxyapatite, obtained by altering the parameters of the laser ablation process. The surgical protocol of the study consisted in the simultaneous implantation of the five types of implants in both the tibial dyaphisis of three Beagle dogs, sacrificed respectively one, two and three months after the last surgical procedures. After the sacrifice, the samples were submitted to a scheduled procedure of embedding in plastic polymers without prior decalcification, in order to perform the ultrastructural studies: scanning microscopy with secondary and backscattered electrons (BS-SEM). Our observations show that both in terms of the calcified tissues appearing as a response to the presence of the different coatings and of time of recovering, the implants coated with crystalline calcium phosphate layers by laser ablation present a better result than the amorphous-calcium-phosphate-coated implants. Moreover, the constant presence of chondroid tissue, related with the mechanical induction by forces applied on the recovering area, strongly suggests that the mechanisms implied in osteointegration are related to endomembranous, rather than endochondral ossification processes

BS-SEM evaluation of the tisular interactions between cortical bone and calcium-phosphate covered titanium implants

The improvement of the reliability of the contact between the osseous tissues and the implant materials has been tested by recovering the metallic implants with ceramic materials, usually calcium phosphates. In our study, the calcium phosphate recovering layers were deposited by means of a pulsed-laser deposition technique. Our aim was to to evaluate the tissue interactions established between cortical bone and titanium implants covered by five different layers, ranging from amorphous calcium phosphate to crystalline hydroxyapatite, obtained by altering the parameters of the laser ablation process. The surgical protocol of the study consisted in the simultaneous implantation of the five types of implants in both the tibial dyaphisis of three Beagle dogs, sacrificed respectively one, two and three months after the last surgical procedures. After the sacrifice, the samples were submitted to a scheduled procedure of embedding in plastic polymers without prior decalcification, in order to perform the ultrastructural studies: scanning microscopy with secondary and backscattered electrons (BS-SEM). Our observations show that both in terms of the calcified tissues appearing as a response to the presence of the different coatings and of time of recovering, the implants coated with crystalline calcium phosphate layers by laser ablation present a better result than the amorphous-calcium-phosphate-coated implants. Moreover, the constant presence of chondroid tissue, related with the mechanical induction by forces applied on the recovering area, strongly suggests that the mechanisms implied in osteointegration are related to endomembranous, rather than endochondral ossification processes

BS-SEM evaluation of the tisular interactions between cortical bone and calcium-phosphate covered titanium implants

The improvement of the reliability of the contact between the osseous tissues and the implant materials has been tested by recovering the metallic implants with ceramic materials, usually calcium phosphates. In our study, the calcium phosphate recovering layers were deposited by means of a pulsed-laser deposition technique. Our aim was to to evaluate the tissue interactions established between cortical bone and titanium implants covered by five different layers, ranging from amorphous calcium phosphate to crystalline hydroxyapatite, obtained by altering the parameters of the laser ablation process. The surgical protocol of the study consisted in the simultaneous implantation of the five types of implants in both the tibial dyaphisis of three Beagle dogs, sacrificed respectively one, two and three months after the last surgical procedures. After the sacrifice, the samples were submitted to a scheduled procedure of embedding in plastic polymers without prior decalcification, in order to perform the ultrastructural studies: scanning microscopy with secondary and backscattered electrons (BS-SEM). Our observations show that both in terms of the calcified tissues appearing as a response to the presence of the different coatings and of time of recovering, the implants coated with crystalline calcium phosphate layers by laser ablation present a better result than the amorphous-calcium-phosphate-coated implants. Moreover, the constant presence of chondroid tissue, related with the mechanical induction by forces applied on the recovering area, strongly suggests that the mechanisms implied in osteointegration are related to endomembranous, rather than endochondral ossification processes

Alteration and Contamination of Archaeological Ceramics: the Perturbation Problem

Alteration and contamination processes modify the chemical composition of ceramic artefacts. This is not restricted solely to the affected elements, but also affects general concentrations. This is due to the compositional nature of chemical data, enclosed by the restriction of unit sum. Since it is impossible to know prior to data treatment whether the original compositions have been changed by such processes, the methodological approach used in provenance studies must be robust enough to handle materials that might have been altered or contaminated. The ability of the logratio transformation proposed by Aitchison to handle compositional data is studied and compared with that of present data treatments. The logaratio transformation appears to offer the most robust approach

Pigmenttien suodatus

Työn tavoitteena oli tutkia neljän eri koesuotimen soveltuvuutta pigmenttilietteen kiintoainepitoisuuden nostoon. Työssä käytetyt suotimet olivat Larox PF 0,1, Certus-CU-0047, Crossflow-koesuodin ja Steuerung ET06-linko. Suodinväliaineena Larox PF 0,1-suotimessa ja Crossflow-koesuotimessa käytettiin Tamfelt Oyj:n suodinkankaita. Certus-CU-0047-suotimessa suodinväliaineena toimi keraaminen membraani. Työn kirjallisuusosassa tarkasteltiin partikkelien karakterisointia, suodatuksen teoriaa, kakkusuodatusta, suodinväliaineista suodinkankaita ja membraaneja. Lisäksi tarkasteltiin paperin päällystämiseen käytettyjen pigmenttien ominaisuuksia ja niiden suodatusta. Kokeet suoritettiin Larox PF 0,1, Certus-CU-0047 ja Crossflow-koesuotimella vakiopainesuodatuksena yhdellä paineella. Steuerung ET06-lingon kokeet suoritettiin vakiovirtaussuodatuksena käyttäen kolmea eri virtausnopeutta ja kolmea eri lingon ja ruuvin kierrossuhdetta. Työssä suodatettiin neljää erilaista pigmenttilietettä. Suodoksista otettiin näytteitä niiden sameuden määrittämiseksi. Larox Pf 0,1-suotimella ja Steuerung ET06-dekantterilingolla saatiin nostettua pigmenttilietteen kiintoainepitoisuutta erittäin hyvin. Loput kaksi suodinta eivät sovellu tähän tarkoitukseen ollenkaan. Vakiopainesuodatuksissa suodatusajat muodostuivat kuitenkin liian pitkiksi. Suodoksien kiintoainepitoisuudet olivat suurimmaksi osaltaan pieniä lukuun ottamatta tiettyjä suodinkankaita. Lietteen 2 kiintoainepitoisuuden nostaminen oli kaikilla suotimilla erittäin vaikeaa, muut lietteet suodattuivat kohtuullisen hyvin. Näiden kokeiden perusteella voidaan sanoa, että varsinkin vakiovirtaussuodatus soveltuu hyvin ainakin tiettyjen pigmenttilietteiden kiintoainepitoisuuden nostoon.

Technology transfer at the periphery of the Mycenaean world: the cases of Mycenaean pottery found in central Macedonia (Greece) and the Plain of Sybaris (Italy)

The study of technology transfer in pottery production to the periphery of the Mycenaean world has been addressed by considering two different areas, southern Italy and central Macedonia. Technological features such as ceramic paste, decoration and firing have been determined for different ceramic groups established according to provenance criteria. The studies of technology and provenance have been performed following an archaeometric approach, using neutron activation analysis, petrographic analysis, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results have revealed the existence of two different models. On the one hand, southern Italy seems to exhibit a more organized pottery production, which follows a Mycenaean-like technology, while in central Macedonia production is probably more varied, being based in part on the technology of the local tradition.

MgO/Ag(001) interface structure and STM images from first principles

The interface of MgO/Ag(001) has been studied with density functional theory applied to slabs. We have found that regular MgO films show a small adhesion to the silver substrate, the binding can be increased in off-stoichiometric regimes, either by the presence of O vacancies at the oxide film or by a small excess of O atoms at the interface between the ceramic to the metal. By means of theoretical methods, the scanning tunneling microscopy signatures of these films is also analyzed in some detail. For defect free deposits containing 1 or 2 ML and at low voltages, tunnelling takes place from the surface Ag substrate, and at large positive voltages Mg atoms are imaged. If defects, oxygen vacancies, are present on the surface of the oxide they introduce much easier channels for tunnelling resulting in big protrusions and controlling the shape of the image, the extra O stored at the interface can also be detected for very thin films.

Chemical characterization of tin-lead glazed ceramics from Aragon (Spain) by neutron activation analysis

Majolica pottery was the most characteristic tableware produced in Spain during the Medieval and Renaissance periods. A study of the three main production centers in the historical region of Aragon during Middle Ages and Renaissance was conducted on a set of 71 samples. The samples were analyzed by instrumental neutron activation analysis (INAA), and the resulting data were interpreted using an array of multivariate statistical procedures. Our results show a clear discrimination among different production centers allowing a reliable provenance attribution of ceramic sherds from the Aragonese workshops.