Nature 子刊：基于激光的金属零件增材制造过程中发射的超细颗粒的特征( 四 ) _纳米

如果认为沉积的团聚体/集合体由本研究中描述的约10 nm大小的初级粒子组成，这些粒子或多或少地松散地相互结合，那么评估这些粒子吸入后可能产生的生物效应的关键问题是：如果团聚体仍然是团聚体，或者团聚体分解为更小的团聚体，甚至与肺表面接触的初级颗粒，这可能会显著影响其毒理学特性。
Buckley等人将老鼠仅鼻腔暴露于粒径在10到75纳米之间的放射性铱-192颗粒气溶胶中，显示肺清除缓慢，二级靶器官(如肝脏和肾脏)中颗粒浓度增加，粒径减小，易位效率最高可达肺负荷的0.5% 。在他们看来，这种低剂量颗粒在肺以外的其他器官积聚是否会导致任何系统性影响还不清楚。
激光消融-电感耦合等离子体质谱（LA-ICM-PS）在暴露于10nm铱气溶胶（A）后3天和暴露于35nm铱-192气溶胶（B）后589天生成了老鼠BALF细胞样本的元素图；显示所分析细胞样本的光学显微镜图像（a）和铱的分布（b）。
体外和体内的动物实验研究表明，纳米颗粒在沉积后会形成较大尺寸的团聚体，而团聚体解体导致的颗粒数量增加似乎并不具有高度相关性。
因此，在个人呼吸区空气中测量的颗粒大小似乎是对肺部颗粒大小相关特性的合理估计。
据我们所知，本研究中排放的主要球形颗粒，其核心成分主要为铁、铬、镍和锰，表面有氧化涂层，尚未进行毒理学测试。然而，在固体不锈钢丝焊接过程中会产生相同尺寸范围和化学成分的可比初级颗粒。当在肺细胞和报告细胞系中研究此类颗粒时，它们对报告细胞没有毒性作用，没有细胞毒性、遗传毒性，也没有生成活性氧物种。
结论
本研究表明，在不锈钢粉末材料的激光增材加工过程中，会释放出大量超细颗粒。从高分辨率电子显微镜表征和数值模拟中可以看出，三种增材加工技术中排放的PM由复杂团聚体/团聚体组成，其主要等效投影面积直径主要在4–16 nm尺寸范围内，中值尺寸为8.0、9.4和11.2 nm 。初级粒子呈球形，由主要钢合金元素的氧化物组成。较大的初级粒子（>?30 nm）未完全氧化，但具有金属芯和氧化表面外壳的特征。根据对金属粉末激光加工的模拟，可以假设颗粒聚集在靠近热加热区的地方，在那里也会发生超细颗粒的二次熔化。对初级颗粒的详细检查表明，它们相互烧结，形成团聚体，其中颗粒通过化学和/或烧结力结合在一起。初级粒子通常是具有明显核壳结构的氧化物球。所有颗粒均含有所用不锈钢合金加工粉末中的主要元素。
在固体不锈钢丝焊接过程中，会产生具有相同尺寸范围和化学成分的初级颗粒的类似PM 。
来源：Characterization of ultrafine particles emitted during laser-based additive manufacturing of metal parts scientific reports doi.org/10.1038/s41598-020-78073-z
参考文献：ISO/ASTM 52900 2015 (ASTM F2792): Additive Manufacturing-General Principles-Terminology. ISO/ASTM International. https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso-astm:52900:dis:ed-2:v1:en (2015).

Nature 子刊：基于激光的金属零件增材制造过程中发射的超细颗粒的特征( 四 )

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