Размер 300 газосиликатного блока: Размеры газосиликатных блоков — таблица различных производителей

Содержание

Сколько газосиликатных блоков в 1 м3, формулы, пример расчета

Газосиликатные блоки относятся к востребованным кладочным и теплоизоляционным материалам, одним из главных преимуществ которых является монтаж на строительный клей. Это свойство и кратные высокоточные размеры изделий упрощает расчет их необходимого количества, толщиной швов можно пренебречь. Продукция отгружается в паллетах или поштучно, но ее стоимость обычно указывается в рублях за 1 м3. Это приводит к потребности перерасчета с учетом точного размера блоков и их необходимого количества для возведения конструкции. Процесс проводится на стадии подготовки проекта или составления схемы кладки.

Количество штук в 1 м3 в зависимости от размеров

Продукция из газосиликата характеризуется высокой точностью геометрических форм (особенно прошедшая автоклавную обработку), согласно требованиям качества отклонения не превышают 0,8 мм по длине (стандарт – 60 см), 0,7 – по ширине (обычно от 100 до 500), 0,7 – по высоте (100-300).

Взаимосвязь между размерами блоков и их объемом отражена в таблице (для самых востребованных видов):

Длина, ммШирина, ммВысота, ммОбъем, м3Всего в 1 м3, шт
6002001500,01855,56
2500,0333,33
3000,03627,78
4000,04820,83
2501000,01566,67
1500,022544,44
2500,037526,67
3000,04522,22
3750,0562517,78
4000,0616,67
5000,07513,33

Пример расчета газосиликата

Определить количество в 1 м3 очень просто: достаточно найти объем одной штуки и разделить на это значение 1. На примере газосиликатного блока 400х300х600 см:

V=0,4·0,3·0,6=0,072 м3.

Один кубометр газосиликата включает:

N=1/0,072=13,89 штук с типоразмером 400х300х600.

Все что требуется на этом этапе – не забывать переводить единицы измерения в метры. Значение не целое, при приобретении партии оптом владелец будущей постройки получит лишние штуки в случае округления в большую сторону и недостачу при уменьшении. Для исключения подобной ошибки продукцию реализуют в паллетах, где наряду с объемом указывается точное количество изделий.

Определить, сколько газосиликатных блоков в одном кубе кладки для конкретной строительной конструкции, сложнее. Обычно размеры стен делают кратными их длине или ширине, схема размещения и перевязки продумывается заранее. Исходными данными для расчета являются: габариты изделия, периметр здания, высота по углам, толщина будущей постройки, которая в свою очередь зависит от типа кладки (в полблока, 1, 1,5 или 2), вида используемого раствора (клея или цементно-песчаной смеси), выбранного армирования (отсутствия или частоты металлической сетки).

Для расчета общего числа газосиликатных блоков проще всего воспользоваться онлайн-калькуляторами, но полученные результаты стоит проверить с учетом выбранной схемы монтажа. Рекомендуемая последовательность действий в этом случае:

  • Составление плана, выбор толщины стен. При отсутствии опыта проще купить стандартные изделия, у которых длина больше ширины ровно в 2 раза (например, 600х300х200), проблем с подготовкой проекта, перевязкой и кладкой углов при их использовании не возникает.
  • Расчет периметра и общей площади. На этом этапе легко найти количество стройматериала для монтажа одного ряда, по понятным причинам оно должно быть целым.
  • Определение объема стен. При кладке на клей высота швов не превышает 2 мм, ей можно пренебречь. Но при использовании стандартных цементно-песочных смесей расстояния между рядами и соседними изделиями возрастает на 10-20 мм, что сказывается на итоговом числе газосиликатных блоков. На этом этапе периметр постройки умножают на высоту стен.
  • Расчет требуемого количества путем деления объема конструкции на параметры одной штуки.

На примере расчета небольшой постройки из газосиликата 6×4,2 м высотой в 3 м при кладке на клей в полблока, при размере 600х300х200 см толщина конструкции составит 30 см, периметр – 20,4, объем – (20,4·0,3)·3=18,36 м3.

Соответственно требуемое количество составляет 18,36/0,036=510 штук (или 15 рядов по 34 шт). С учетом толщины клея реальная высота стен увеличится на 3 см. Результат не учитывает размеры дверных или оконных проемов, на практике их также подгоняют к габаритам блоков и отнимают их объем от общего. На всех этапах расчета исходными являются проектные данные для конкретного сооружения. Полученные результаты также используются для определения веса возводимых стен (объем кладки делится на плотность газосиликата, последняя зависит от марки).

Газосиликатный блок 625*200*300 (Поритеп) — Блоки газосиликатные

Газосиликатный блок 625*200*300 (Поритеп)

Основные характеристики

Количество Шт на поддоне

50

Материал

Газосиликат

Размер поддона

1200*1000

Вес поддона

1300 кг

Вместимость поддонов в ТС (кузов 9х2. 40)

12

Количество М3 на поддоне

1,875

Газосиликатный блок 600х300х200 и 600х400х200, сколько штук в кубе, цены

Востребованность газосиликатных изделий при строительстве домов хорошо объяснима: с их помощью быстро возводятся прочные и ровные стены высотой в пределах 30 м, закладываются теплые и легкие перекрытия и перегородки. Большинство стандартных проектов подогнано под определенные размеры, самыми распространенными являются элементы 600х300х200 и 600х400х200, обеспечивающие ровную кладку вне зависимости от сложности схемы.

Исключить лишние траты помогает точный расчет количества штук в кубе и в стенах.

Оглавление:

  1. Технические параметры
  2. Количество в 1 м3
  3. Расценки

Свойства и характеристики

Данный материал представляет собой разновидность ячеистого бетона, изготавливаемого на основе извести, портландцемента, мелкофракционного песка (при необходимости – с размолотыми зернами), воды и порообразующих примесей, в качестве которых чаще всего используется алюминиевая пудра. Для улучшения параметров в состав также вводятся пластификаторы и отвердители. Активация всех компонентов приводит к вспениванию бетонной массы и пронизыванию ее мелкими ячейками правильной формы, заполненными водородом. Получаемые после застывания изделия имеют однородную структуру и совмещают легкость, хорошую прочность и отличные энергосберегающие и шумопоглощающие свойства.

В зависимости от технологии изготовления выделяют блоки из газосиликата, прошедшие автоклавную обработку, и обычные марки, набирающие прочность в условиях естественной сушки. В качестве вяжущего в составе последних чаще применяется портландцемент, чем известь, такая продукция более известна как неавтоклавный газобетон. Разница в надежности между ними довольно велика, у прошедшего обработку паром элемента ячейки имеют одинаковый диаметр и равномерно распределены по всему объему, такие разновидности ценятся за хорошую прочность на сжатие при меньшем удельном весе в сравнении с обычными дешевыми марками.

С другими популярными размерами можете ознакомиться в статье Разновидности и размеры блоков из газосиликата.

К общим свойствам и характеристикам относят:

1. Класс прочности от В2,5 и выше, достаточный для возведения малоэтажных домов и внутренних систем. Выдержка к нагрузкам на изгиб у таких изделий хуже (как минимум на 30 %), для обеспечения надежной эксплуатации конструкции армируются металлом или композитными материалами.

2. Хорошие способности к удержанию тепла и шумопоглощению. Однорядная кладка из блока 200х300х600 мм имеет индекс изоляции шума от 30 дБ у плотных марок и до 47 – у легких, после облицовки такие стены обеспечивают заданный стандартами уровень акустической комфортности. Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии не превышает 0,28 Вт/м·°C, что снижает требования к защите домов в плане наружного утепления.

3. Повышенную гигроскопичность. Автоклавные элементы с закрытыми ячейками лучше переносят влажностные нагрузки, но из-за риска разрушения при накапливании конденсата внутри нуждаются в защите от наружной влаги. При этом выбираемые отделки и покрытия не должны препятствовать ее выводу наружу, что отрицательно сказывается на их стоимости. Практика показывает, что газосиликатный блок с размерами 600х300х200 мм за сутки эксплуатации в открытом состоянии в условиях повышенной влажности накапливает ее на треть ширины, при этом просыхание занимает больше времени.

4. Низкую нагрузку на основание и строительные конструкции. Плотность зависит от выбранной марки, в частных целях используются D400-D800, остальные относятся к специализированным. Низкий вес упрощает перемещение по площадке и позволяет вести работу по возведению дома своими силами.

5. Высокую морозостойкость – от 15 циклов и более, у автоклавных разновидностей – в несколько раз больше, вплоть до 100.

6. Коэффициент паропроницаемости в пределах 0,14-0,2 мг/м2ч·Па. Стены из газосиликата обеспечивают хороший воздухообмен и микроклимат.

К учитываемым недостаткам относят низкую самоудерживающую способность, приводящую к необходимости применения специальных дюбелей и анкеров при закреплении навесных элементов (подробное описание механических крепежей по бетону вы найдете здесь). Усадка проявляется только у неавтоклавных разновидностей, в первые 1-2 месяца после кладки она достигает 1-4 м/мм.

При работе следует помнить, что все заявленные производителем характеристики должны подтверждаться сертификатом, приобретение некачественной продукции чревато растрескиванием стен в первый год эксплуатации.

Сколько блоков в кубе?

При покупке качественного резаного газосиликата отклонения в размерах не превышают ±2м, что позволяет осуществлять монтаж с тонкослойными швами. Толщиной последних пренебрегают, при скрытом армировании рядов количество кирпичей совпадает с расчетным с высокой точностью. При использовании элементов 600х300х200 в 1 кубе содержится 27,78 штук, 600х400х200 – 20,83. Соответственно, на 1 м2 классической однорядной кладки толщиной в 30 или 40 см уходит не менее 8,3 изделий. Округлять значения не рекомендуется, при расчете количества для дома со средней площадью ошибки могут превышать предусмотренный запас в несколько раз.

Вес напрямую зависит от плотности и варьируется в сухом состоянии от 14 до 22 кг при размерах 600х300х200 мм у востребованных марок D400-D600, и от 19 до 29 – для 600х400х200. Практика показывает, что данный материал склонен к накоплению влаги, разница между массой 1 кубометра, разгружаемого и перемещаемого при разных погодных условиях, достигает 100 кг. При нормальной влажности, хорошей вентиляции и положительной температуре воздуха изделия быстро высыхают, но оставлять их открытыми на долгий срок не рекомендуется. По этой причине дома не вводятся в эксплуатацию со стенами без отделки.

Стоимость газоблоков

К наиболее известным брендам относят Bonolit, ЭКО, Thermocube, продукцию Тверского ТД.

ПроизводительМаркаРазмеры, ммВес 1 шт, кгКол-во в кубеЦена за 1 куб, рублиЦена за шту, руб
Bonolit, г.Старая КупавнаD400600х300х20014,427,783150113
D500183200115
D60021,63300119
Drauber, г. ЭлектростальD500600х400х2002420,832550122
Thermocube, КЗСМD400600х300х20014,427,782800101
D50018
D60021,6
D400600х400х20019,220,83134
D50024
D60028,8

Стоимость зависит от известности производителя, марки плотности, объема закупаемой партии, удаленности строительной площадки от основных баз и сезона. Дешевле всего блоки обходятся в зимнее время, из-за затрат на закрытие конструкций пленкой и потребности в дорогостоящих клеях работы стараются проводить при плюсовой среднесуточной температуре. Продукция реализуется в упакованном виде, на поддонах от 0,5 кубических метров и выше, условия доставки и разгрузки газосиликата оговариваются отдельно.


 

Газосиликатные блоки ЛСЗ 600x200x288 на поддоне в плёнке. Продукция завода

4500.00 руб M3

Добавить в корзину

Газосиликатный блок из ячеистого бетона производства ООО «Липецкий силикатный завод», размер 600x200x288, на поддоне в фирменном полиэтиленовом пакете ГОСТ 31359-2007, ГОСТ-31360-2007, D-500, В 2,5 (35), D-600 морозостойкость не менее 25 циклов F-75 Прочность при сжатии (кгс/см2) 25-35 Количество на поддоне 1,94 м3 (56 штук) Вес поддона 1300 кг. , размер поддона: длина – 1200 мм; ширина – 1150 мм; высота пакета – 1500 мм. в 1м3 28,9 штук

ООО «Липецкий силикатный завод» производит качественный газосиликатный блок из ячеистого бетона автоклавного твердения по ГОСТ 21360-2007 «Изделия стеновые неармированные из ячеистых бетонов автоклавного твердения», ГОСТ 21359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения» предназначенные для кладки наружных стен и перегородок. Размеры производимых блоков по ширине 400, 300, 200 и 100 мм., высота 288 мм., длина 600, 550, 500, 400 мм. Марка по средней плотности газосиликатного блока (кг/м3) D-600, D-500, D-400. Коэффициент теплопроводности 0,10-0,14 (Вт/м °С), классы по средней прочности на сжатие B 1,5; B 2,0; B 2,5; B 3,0. Учитывая эти технические характеристики следует учесть что с увеличением плотности материала растёт прочность и увеличивается теплопроводность. У более прочного газосиликатного блока будет большая теплопроводность и он окажется «холоднее» чем блок с меньшей прочностью. Поэтому учитывайте характеристики  при выборе необходимого вам материала. Газобетон класса B 2,0 применяется для строительства несущих стен зданий не более двух этажей, из блока плотностью B 2,5 можно строить трёхэтажные дома. Благодаря относительно малому весу газосиликатных блоков снижается нагрузка нагрузка на фундамент и не требуется мощных межэтажных перекрытий. По экологичности ячеистый бетон близок с деревом, он «дышит» регулируя влажность помещении, имеет высокие тепло и звукоизоляционные свойства. Поэтому газосиликатные блоки производства ЛСЗ соответствуют духу строительного материала для стен и перегородок нынешнего времени. Липецкий силикатный завод — это крупнейшее строительное предприятие Липецка основанное в 1938 году, весь производимый газосиликатный блок строго сертифицирован и имеет санитарно-эпидемиологическое заключение

Газосиликатные блоки — основные свойства и характеристики.

Технические характеристики газосиликатных блоков Газобетонные блоки прочность

В современных строительных технологиях большое значение придается выбору материала для возведения того или иного типа здания. Газосиликатные блоки сегодня считаются одними из самых популярных строительных материалов, которые отличаются рядом преимуществ и используются достаточно часто.

Их широкое применение обусловлено оптимальным соотношением цены и качества – по большому счету ни один другой строительный материал не может так выгодно выдерживать эту пропорцию.

Если разобраться, то вряд ли газобетон относится к современным строительным материалам — он был разработан в конце 19 века. В начале прошлого века группа ученых даже запатентовала открытие нового чудо-материала, но его свойства были далеки от тех, которыми отличается сегодняшний газосиликат.

В современном виде газосиликатный материал был получен в конце 20 века – это бетон с ячеистой структурой, твердение которого происходит в автоклаве. Этот метод был найден еще в 30-х годах и с тех пор не претерпел существенных изменений. Улучшение характеристик произошло за счет внесения уточнений в технологию его производства.

Газобетон — одна из основ для производства газосиликатных блоков

Принцип производства

В качестве исходных ингредиентов для производства газобетона используются следующие вещества:

  • песок;
  • цемент
  • ;
  • известь;
  • гипс;
  • вода.

Для получения ячеистой структуры в состав добавляют порцию алюминиевой пудры, которая служит для образования пузырьков. После перемешивания массу выдерживают необходимое время, дожидаясь набухания, после чего разрезают на куски и помещают в автоклав. Там масса затвердевает в паровой среде – эта технология энергосберегающая и очень экологичная. При производстве газобетона не выделяются вредные вещества, способные нанести существенный вред окружающей среде или здоровью человека.

Свойства

Характеристики, которыми отличаются газосиликатные блоки, позволяют рассматривать их как строительный материал, хорошо подходящий для возведения зданий. Специалисты утверждают, что газобетон сочетает в себе лучшие качества камня и дерева – стены из него прочны и хорошо защищают от холода.

Пористая структура блоков гарантирует высокие показатели пожарной безопасности

Ячеистая структура объясняет малый коэффициент теплопроводности – он значительно ниже, чем у кирпича.Поэтому постройки из газосиликатного материала не столь требовательны к утеплению – в некоторых климатических зонах оно не требуется вовсе.

Ниже мы приводим основные свойства газосиликата, благодаря которым он стал так популярен в строительной сфере:

  • малая масса при внушительных габаритах — это свойство позволяет значительно снизить затраты на установку. Кроме того, для погрузки, транспортировки и возведения стен не требуется никакого крана – достаточно обычной лебедки. По этой причине скорость строительства также намного выше, чем при работе с кирпичом;
  • хорошая обрабатываемость — газосиликатный блок без проблем пилится, сверлится, фрезеруется обычным инструментом;
  • высокая экологичность – специалисты утверждают, что этот показатель для газобетона сравним с показателем дерева. Материал не выделяет никаких вредных веществ и не загрязняет окружающую среду, при этом, в отличие от дерева, не гниет и не стареет;
  • технологичность — газосиликатные блоки изготавливаются таким образом, чтобы с ними было удобно работать.Помимо небольшой массы, они отличаются удобной формой и технологическими выемками, захватами, пазами и т. д. Благодаря этому скорость работы с ними увеличивается в 4 раза по сравнению со строительством зданий из кирпича;
  • низкая теплопроводность газосиликатных блоков – это связано с тем, что газобетон на 80 процентов состоит из воздуха. В зданиях, построенных из этого материала, снижаются затраты на отопление, к тому же их можно утеплять на треть меньше;

В газосиликатном доме будет поддерживаться стабильный микроклимат в любое время года

  • морозостойкость — в конструкции есть специальные пустоты, куда при замерзании вытесняется влага. При соблюдении всех технических требований к изготовлению морозостойкость газобетона превышает двести циклов;
  • звукоизоляция — очень важный параметр, так как сегодня уровень шума на улицах достаточно высокий, а дома хочется отдыхать в тишине. Благодаря пористой структуре газосиликат хорошо подавляет звук, выгодно отличаясь в этом отношении от кирпича;
  • пожарная безопасность — минералы, используемые для изготовления газосиликата, не поддерживают горение.Газосиликатные блоки способны выдерживать воздействие огня в течение 3-7 часов, поэтому его используют для строительства дымоходов, лифтовых шахт, огнеупорных стен и т. д.
  • высокопрочный — газосиликат выдерживает очень большие нагрузки на сжатие, поэтому пригоден для строительства зданий с несущими стенами высотой до трех этажей или каркасно-монолитных зданий без каких-либо ограничений;
  • негигроскопичность — газобетон не впитывает воду, которая, попав на него, быстро высыхает, не оставляя следов. Это связано с тем, что пористая структура не удерживает влагу.

результаты Голосовать

Где бы Вы хотели жить: в частном доме или квартире?

Задняя часть

Где бы Вы хотели жить: в частном доме или квартире?

Задняя часть

Основным недостатком газосиликата является недостаточная прочность на изгиб, однако специфика его применения такова, что он практически исключает возможность изгибающих нагрузок, поэтому большой роли этот недостаток не играет.

Чем меньше воздуха в теле искусственного камня, тем выше его прочность и плотность.

Газоблок марки

Плотность газосиликатных блоков является основным критерием, который учитывается при маркировке. В зависимости от размера строительный материал имеет разные наборы характеристик, что определяет сферу его применения.

Ниже мы рассмотрим различные марки газосиликата и как они используются в строительстве:

  • D300 – наиболее подходящий строительный материал для возведения монолитных зданий. Плотность газосиликатных блоков этой марки составляет 300 кг/м 3 – он хорошо подходит для возведения стен малоэтажных домов в один слой или для двухслойных монолитных домов с высокой степенью теплоизоляции;
  • D400 — применяется для строительства двухэтажных домов и коттеджей, а также для теплоизоляции наружных несущих стен многоэтажек;
  • D500 — это тип с лучшим сочетанием изоляционных и строительных характеристик.По плотности он идентичен бревну или деревянному брусу и применяется для устройства перегородок и внутренних стен зданий, оконных и дверных проемов, а также оболочек армированных перемычек, стропил и ребер жесткости;
  • D 600 Газосиликатный блок с наибольшей плотностью, которая составляет 600 кг/м 3 , применяется там, где необходимо возведение прочных стен, подверженных высоким нагрузкам.

Ниже представлена ​​таблица, иллюстрирующая другие параметры, отличающие газосиликатные блоки разных марок.

В зависимости от плотности все газосиликатные блоки принято делить на конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные и теплоизоляционные.

Точность размеров

Газосиликаты могут иметь некоторые отклонения в размерах. В зависимости от размера различают три категории точности этого материала:

  • Первая категория предназначена для укладки блока всухую или на клей. Допускает погрешность размеров по высоте, длине и толщине до полутора миллиметров, прямоугольности и углов — до двух миллиметров, ребер — до пяти миллиметров.
  • Вторая категория используется для укладки газосиликатных блоков на клей. В нем допускается погрешность основных размеров до двух миллиметров, прямоугольности – до 3 миллиметров, углов – до 2 миллиметров и кромок – до 5 миллиметров.
  • Газоблоки третьей категории укладывают на раствор, у которого погрешность по основным размерам не более 3 миллиметров, по прямоугольности — менее 3 мм, углам — до 4 миллиметров, кромкам — до 10 миллиметров.

Выбор газосиликата

При покупке газосиликатных блоков обычно оценивают три критерия, которые влияют на решение:

  • функциональные характеристики — плотность, морозостойкость, коэффициент теплопроводности и др. .;
  • размеров одного блока;
  • объем одного блока;
  • Цена
  • .

Массовое применение газосиликатных блоков в строительстве свидетельствует об их огромной популярности. По соотношению цена/качество при замечательных характеристиках газобетонных блоков ничего оптимальнее газосиликата пока не придумали. Газобетон – это газобетон автоклавного твердения – проверенный временем строительный материал, применяемый практически во всех видах конструктивных элементов сооружений и зданий различного назначения.Но откуда взялась технология производства газобетона, и когда ее начали использовать в современном виде? Разработки, направленные на получение нового многофункционального строительного материала, ведутся с конца девятнадцатого века. К началу ХХ века нескольким зарубежным ученым-экспериментаторам удалось получить патент на изобретение так называемого «чудо-бетона», поскольку в то время мир остро нуждался в большом количестве искусственно добытого камня для строительства. Экспериментируя с составляющими элементами, методом проб и ошибок был получен прототип современного газобетонного раствора. Однако свойства и характеристики газосиликатных блоков, конечно же, были не такими, какими мы их знаем сейчас. Современные газоблоки появились только в 90-х годах. Это всем известные пенобетонные, полистиролбетонные и газобетонные блоки. Относительно последних они бывают 2-х видов: безавтоклавный и, соответственно, автоклавный способ закалки. Неавтоклавные газобетоны неоднородны и довольно часто содержат вредные воздуховоды, дающие усадку в процессе эксплуатации.Газобетон, полученный в результате применения автоклавного метода, намного экологичнее и прочнее, чем безавтоклавный метод (примерно в два раза). Способ изготовления газобетона был предложен в тридцатые годы и с тех пор в принципе мало изменился, хотя свойства газосиликатных блоков постоянно улучшались и расширялась сфера его применения. Для его изготовления используется песок, цемент, известь, гипс и обычная вода. В смесь этих материалов также добавляется небольшое количество алюминиевой пудры, которая способствует образованию в смеси мелких воздушных ячеек, делающих материал пористым. Сразу после набухания, кратковременной выдержки и разделки массы на изделия необходимых размеров ячеистобетонную массу помещают в автоклав, где она твердеет в паровой среде. Эта энергосберегающая технология не оставляет отходов, загрязняющих воздух, почву и воду. Автоклавные газосиликатные блоки – материал с уникальными свойствами.Ведь он сочетает в себе лучшие качества двух древних строительных материалов: дерева и камня. В последние годы в связи с заметным повышением требований к теплоизоляционным качествам ограждающих конструкций жилых и общественных зданий один из немногих видов бетона, из которого можно возводить действительно теплосберегающие конструкции оптимальной толщины, является ячеистым бетоном. Характеристики и свойства газосиликатных блоков дают этому строительному материалу ряд очень важных преимуществ:

Блоки газосиликатные легкие.

Это, пожалуй, главное и неоспоримое преимущество газосиликата перед кирпичом. Вес газосиликатного блока находится в пределах 488 – 500-соткилограмм/м3 в зависимости от размера газобетонных блоков.

Рядовой блок (по ГОСТ 21520-89) имеет марку плотности Д500 и размеры 250 на 625, толщину 400 мм и массу около 30,5 кг и по теплопроводности может заменить стену толщиной 64 см из двадцати восьми кирпичей, вес которых сто двадцать килограммов.Крупные размеры газосиликатных блоков при малом весе значительно снижают затраты на монтаж и значительно сокращают сроки строительства. Для осуществления подъема газобетона кран не нужен: с этим справятся несколько человек, а можно использовать обычную лебедку, поэтому малый вес такого газобетона позволяет сократить не только транспортно-монтажные работы, но и стоимость обустройства фундамента. Газобетонные блоки намного проще в обработке, чем пенобетонные.Их можно пилить, сверлить, строгать и фрезеровать обычным инструментом.

Газосиликатные блоки экологичность.

Поскольку автоклавный газобетон получают из песка, цемента, извести и алюминиевой пудры, они не могут выделять токсичные вещества, в результате по своей экологичности он близок к дереву, но в то же время не склонны к гниению и старению. Изделия из газобетона совершенно безопасны для человека, в доме, построенном из него, дышать так же легко, как и в доме, построенном из дерева.

Быстрый и экономичный при работе с газосиликатными блоками.

Благодаря такой характеристике газосиликатных блоков, как их внушительные размеры (600 на (50-500) на 250 мм) при малом весе, процесс строительства протекает быстро и легко. При этом значительно увеличивается скорость строительства (в 4 раза) и, соответственно, снижаются трудозатраты. В торцах некоторых видов газосиликатных блоков образованы специальные канавки и гребни, а также карманы для захвата рук.В кладке совершенно нет необходимости в 1-1,5 см раствора; слоя клея в 3-5 миллиметров, нанесенного зубчатой ​​кельмой, вполне достаточно для того, чтобы надежно укрепить блок. Газобетонные блоки имеют практически идеальную конфигурацию (поскольку допустимое отклонение их кромок не превышает одного миллиметра), что позволяет использовать технологию мелкошовной кладки, значительно удешевляет выполнение работ. Стоимость газосиликатных блоков невысока по сравнению с тем же кирпичом, но клей для выполнения тонких швов примерно в два раза дороже, чем цена песчано-цементного раствора, зато снижается расход материала при производстве кладки из газобетонных блоков примерно в шесть раз.В конечном итоге получаемая тонкошовная кладка позволяет втрое снизить затраты на кладочный раствор, кроме того, за счет минимальной толщины соединительного клея уменьшаются мостики холода в стенах и дом получается более теплым.

Газосиликатные блоки имеют низкую теплопроводность.

Обеспечивается пузырьками воздуха, которые занимают около 80 процентов материала. Ведь именно благодаря им среди положительных качеств газобетонных блоков выделяется высокая теплоизоляционная способность, благодаря которой расходы на отопление снижаются на 20-30 процентов и есть возможность отказаться от применения дополнительных теплоизоляционных материалов. Стены, выполненные из газосиликатных блоков, полностью соответствуют новым требованиям СНиП, которые предъявляются к теплопроводности стен общественных и жилых зданий. В сухом состоянии коэффициент теплопроводности газобетона составляет 0,12 Вт/м°С, при влажности 12 % — 0,145 Вт/м°С. В средней полосе России возможно возведение стен из газосиликатных блоков (с плотностью не более 500 кг/м3), толщина которого составляет 40 см.

Энергосбережение благодаря газосиликатным блокам.

Сегодня энергосбережение стало одним из важнейших показателей. Бывает, что пренебрежение этим параметром приводит к невозможности эксплуатации добротного кирпичного дома: владелец просто не мог финансово отапливать такое большое помещение. При использовании газобетонного блока массой 500 кг/м3 и толщиной 40 см показатели энергосбережения достигаются в пределах нормы. Применение газобетонных блоков плотностью более 500 кг/м3 приводит к заметному ухудшению параметров (термические свойства снижаются на пятьдесят процентов при использовании блоков плотностью 600-700 кг/м3). Газосиликатные блоки плотностью менее 400 кг/м3 могут применяться в строительстве только в качестве утеплителя, ввиду их невысоких прочностных характеристик.

Блоки газосиликатные морозостойкие.

Качества газобетонных блоков по морозостойкости позволяют им стать рекордсменами среди материалов, применяемых в малоэтажном строительстве. Отличная морозостойкость объясняется наличием резервных пустот, в которые при замерзании вытесняется вода, при этом сам газосиликатный блок не разрушается.При строгом соблюдении технологии строительства из газобетона морозостойкость строительного материала превышает двести циклов.

Звукоизоляционные качества газобетонных блоков.

Благодаря ячеистой мелкопористой структуре звукоизоляционные качества газосиликата во много раз выше, чем у кирпичной кладки. При наличии воздушного зазора между слоями газобетонных блоков или при отделке поверхности стен более плотными строительными материалами обеспечивается звукоизоляция около 50 дБ.

Блоки автоклавной закалки пожаробезопасные.

Блоки из ячеистого газобетона не боятся огня. Дымоходы из газосиликатных блоков прокладываются через любые деревянные конструкции без резки, так как они плохо проводят тепло. А так как для получения газобетона используется только минеральное сырье природного происхождения, газобетонные блоки относятся к группе негорючих материалов и способны выдерживать одностороннее воздействие огня в течение 3-7 часов. При использовании газобетонных блоков совместно с металлоконструкциями или в качестве облицовки они идеально подходят для возведения огнестойких стен, лифтовых и вентиляционных шахт.

Прочность газобетонных блоков.

При малой насыпной массе газосиликатного блока — 500 кг/м3 — он имеет достаточно высокую прочность на сжатие — в районе 28-40 кгс/см3 за счет автоклавной обработки (для сравнения тот же пенобетон — всего 15 кгс /см3). На практике прочность блока такова, что его смело можно использовать при возведении домов с несущими стенами до 3-х этажей, либо, не ограничивая этажность, в каркасно-монолитном строительстве.

Газосиликатные блоки легкость и рациональность обработки.

Газобетонные блоки легко поддаются любым видам механической обработки: их без проблем можно пилить, сверлить, строгать, фрезеровать, используя стандартные инструменты, которые применяются для обработки дерева. Каналы для труб и кабелей можно прокладывать с помощью обычного ручного инструмента, а можно использовать электроинструмент для ускорения процесса. Ручная пила позволит легко придать газосиликату любую конфигурацию, что полностью решает вопросы с дополнительными блоками, а также внешней архитектурной выразительностью конструкций.Каналы и отверстия для обустройства электропроводки, розеток, трубопроводов и т. д. можно вырезать с помощью электродрели.

Блоки газосиликатные.

Процесс изготовления автоклавных блоков гарантирует высокую точность размеров — обычно 250 на 625 миллиметров при различной толщине 50 — 500 миллиметров (+ — миллиметра). Отклонения, как видите, настолько минимальны, что только что выложенная стена представляет собой поверхность, абсолютно готовую к нанесению шпаклевки, являющейся основой для обоев или покраски.

Негигроскопичность газобетонных блоков.

Хотя газобетонный блок автоклавного твердения является высокопористым материалом (его пористость может достигать 90 процентов), материал не гигроскопичен. Попав, например, под дождь, газобетон, в отличие от той же древесины, довольно быстро высыхает и совершенно не коробится. По сравнению с кирпичом газобетон совершенно не «сосет» воду, так как его капилляры прерываются специальными сферическими порами.

Применение газобетонных блоков.

В качестве утеплителя используются самые легкие по весу газосиликатные блоки плотностью 350 кг/м³. Газобетонные блоки плотностью четыреста кг/м³ применяются для возведения несущих стен и перегородок в малоэтажном домостроении. Газосиликатные блоки с высокими прочностными свойствами – 500 кг/м³ – применимы для строительства как нежилых, так и жилых зданий, достигающих в высоту более 3-х этажей. И, наконец, те газосиликатные блоки, плотность которых равна 700 кг/м³, идеально подходят для строительства многоэтажных домов с армированием между рядами, а также используются для создания облегченных перекрытий. Недорогие газосиликатные блоки строители называют неприхотливыми и вечными. Автоклавный блок отлично подходит для тех, кто хочет снизить затраты на строительство. Стоимость газобетонных блоков невысокая, кроме того, для строительства газосиликатного дома требуется меньше отделочных и строительных материалов, чем из кирпича. А работать с газосиликатными блоками достаточно просто, что снижает трудозатраты и ускоряет процесс возведения зданий – строительство из газосиликатных блоков ведется в среднем в четыре раза быстрее, чем при работе с кирпичом.

Блоки газосиликатные поставка и хранение.

Газосиликатные блоки

упаковываются производителем в достаточно прочную термоусадочную герметичную пленку, надежно защищающую материал от воздействия влаги. Поэтому нет необходимости заботиться о должной защите газобетона от негативных атмосферных воздействий. Основная задача покупателя, который самостоятельно осуществляет транспортировку газобетонных блоков, – уберечь их от всевозможных механических повреждений. При перевозке в кузове поддоны с установленными блоками должны быть жестко закреплены мягкими ремнями, которые предназначены для предотвращения перемещения и трения поддонов с блоками. При разгрузке строительного материала также используются мягкие стропы. Если газобетонные блоки освобождают от защитной пленки и хранят на открытой площадке, подверженной осадкам, учтите, что характеристики газобетонных блоков ухудшаются от повышенной влажности, поэтому данный материал следует хранить под навесом или даже в закрытый склад.

Кладка из газобетонных блоков.

Работы по строительству зданий из газобетонных блоков можно проводить при температуре до -50 градусов; при использовании специального морозостойкого клея. Так как газобетон достаточно легкий материал, он не вызывает выдавливания клея. В отличие от кирпичных стен газобетон можно выкладывать без пауз. Согласно строительным нормам для кладки наружных стен применяют газосиликатные блоки толщиной 375 — 400 миллиметров, для внутренних стен не менее 250. она должна быть немного больше ширины газобетонных блоков в кладке. Первый слой газосиликатных блоков с целью выравнивания укладывают на раствор, чтобы компенсировать имеющуюся неровность фундамента. Кладку газосиликатного блока начинайте с самого высокого по размерам угла здания. Блоки выравнивают уровнем и резиновым молотком, шлифуют теркой, после чего кладку тщательно очищают от пыли. Укладке самого первого ряда газосиликатных блоков следует уделить особое внимание, ведь от его ровности зависит удобство всех дальнейших работ и конечное качество постройки.Контролировать укладку газосиликатных блоков можно с помощью уровня и шнура. Следующий ряд кладки газосиликатных блоков начинают с любого из углов. Чтобы обеспечить максимальную ровность рядов, не забывайте использовать уровень, а при большой длине стены – еще и маячные промежуточные блоки. Ряды кладут с обязательной перевязкой газосиликатных блоков – то есть смещением каждого последующего ряда относительно предыдущих. Минимальное смещение составляет 10 сантиметров. Клей, который выступает из швов, не растирают, а удаляют кельмой.Газосиликатные блоки сложной конфигурации и дополнительные изготавливаются ножовкой по блокам.

Внутренние перегородки из газосиликатных блоков.

Вне зависимости от того, какую из современных конструкций перегородок вы решите использовать в собственном доме (например, перегородки из металлопрофиля и гипсокартонных листов), вам все равно потребуется сделать какую-то сэндвич-систему с использованием утеплителя, чтобы добиться оптимальный уровень звукоизоляции. А, как известно, любая из сэндвич-систем по трудоемкости намного выше и дороже кладки из газосиликатных блоков.Газобетонный блок легко решит проблему с перегородками. Для возведения внутренних перегородок берутся газобетонные блоки, имеющие толщину 75 и 100 миллиметров и плотность 500. В результате стена получается достаточно прочной, тепло- и звукоизолированной, но при этом легкой.

Армирование при кладке из газосиликатных блоков.

При устройстве стен в малоэтажных жилых домах из газобетонных блоков применяется арматура, которая назначается по специальному расчету, в соответствии с конкретным проектом. Как правило, армирование производится через два-четыре ряда кладки; кроме того, в углах зданий устанавливается арматура.

Таким образом, газобетонные блоки

представляют собой действительно экономичный и эффективный строительный материал, свойства которого позволяют возводить здания различного назначения в кратчайшие сроки. Газосиликатные блоки производятся двух видов: стеновые и перегородочные. И те, и другие сертифицированы по ГОСТу. Этот высокоэкологичный материал производится по передовым технологиям на самом современном оборудовании, что обеспечивает газосиликатному блоку высочайшее качество и постоянство важных технических характеристик.Если вы заинтересованы в его покупке, обращайтесь в компанию Attribute-C , ведь мы знаем о газобетоне все и предлагаем своим клиентам только качественные газосиликатные блоки, изготовленные по всем технологическим нормам и имеющие безупречные характеристики прочности, теплоизоляции, долговечности и т.д. Атрибут-С обеспечим вас любыми объемами газобетонных блоков и, что немаловажно, помимо продажи, мы также предлагаем вам быструю доставку газосиликатных блоков с бережной разгрузкой. Вы оцените наш безупречный сервис и цены на газосиликатные блоки, которые значительно ниже, чем у многих аналогичных организаций Московской области. Заказать газосиликатные блоки с доставкой легко, Вам достаточно связаться с нами по телефону 8-499-340-35-47, или отправить запрос на адрес Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов, чтобы просмотреть его у вас должен быть включен Javascript. Вы можете быть уверены, что вам ответят и обсудят все условия оплаты и доставки газосиликатных блоков.А если у вас есть вопросы — пишите и получите все интересующие вас ответы.

Дополнительная информация о газобетонных блоках:

Газосиликатные блоки

пользуются большим спросом в жилищном и промышленном строительстве. Этот строительный материал по многим параметрам превосходит бетон, кирпич, натуральное дерево и т.д. Производится из экологически чистого сырья, отличается легкостью, огнестойкостью, удобством использования и транспортировки. Использование этого легкого материала позволяет сократить расходы на устройство тяжелого армированного фундамента и тем самым удешевить строительство здания.

Что такое газосиликатные блоки

Газосиликатный блок – легкий и прочный стеновой материал из газобетона. Изделия имеют пористую внутреннюю структуру, что положительно сказывается на их тепло- и звукоизоляционных свойствах. Такой строительный материал может быть использован в различных областях строительной индустрии — для строительства загородных и загородных домов, гаражей, хозяйственных построек, складских комплексов и т.д.

Как изготавливают газосиликатные блоки?

Существует две основные технологии производства газосиликатных строительных блоков.

  • Неавтоклавный … При таком способе производства затвердевание рабочей смеси происходит в естественных условиях. Неавтоклавные газосиликатные блоки выделяются более низкой стоимостью, но имеют ряд важных отличий от автоклавных. Во-первых, они менее долговечны. Во-вторых, при их сушке усадка происходит почти в 5 раз интенсивнее, чем в случае с автоклавными изделиями.
  • Автоклав . .. Для автоклавного производства газосиликата требуется больше энергетических и материальных ресурсов, что увеличивает конечную стоимость продукции.Изготовление осуществляется при определенном давлении (0,8-1,2 МПа) и температуре (до 200 градусов Цельсия). Готовые изделия более прочны и устойчивы к усадке.

Типы блоков

Блоки газосиликатные делятся на три основные категории в зависимости от плотности, состава и функционального назначения.

  • Конструкционная … Имеют высокие прочностные характеристики. Плотность изделий не менее 700 кг/м 3 . Их используют при строительстве высотных зданий (до трех этажей).Они способны выдерживать высокие механические нагрузки. Теплопроводность 0,18-0,2 Вт/(м·°С).
  • Конструкционно-теплоизоляционный … Блоки плотностью 500-700 кг/м 3 применяются при устройстве несущих стен в малоэтажных домах. Отличаются сбалансированным соотношением прочностных и теплоизоляционных характеристик [(0,12-0,18 Вт/(м·°С)].
  • Теплоизоляционные … Отличаются повышенными теплоизоляционными свойствами [(0.08-0,1 Вт/(м·°С)]. Из-за малой плотности (менее 400 кг/м 3 ) они не подходят для создания несущих стен, поэтому используются исключительно для утепления.

Размеры и вес

Газосиликатные стеновые блоки имеют стандартные размеры 600 х 200 х 300 мм. Габаритные характеристики полублоков составляют 600 х 100 х 300 мм. В зависимости от фирмы-производителя стандартные размеры изделий могут незначительно отличаться: 500 х 200 х 300, 588 х 300 х 288 мм и т. д.

Масса одного блока зависит от его плотности:

  • конструкционные блоки весят 20-40 кг, полублоки — 10-16 кг;
  • конструкционно-теплоизоляционные блоки и полублоки — 17-30 кг и 9-13 кг соответственно; Блоки теплоизоляционные
  • весят 14-21 кг, полублоки — 5-10 кг.

Состав газосиликатных блоков

Газосиликат — экологически чистый строительный материал, изготавливаемый из нетоксичного сырья природного происхождения. Блоки включают цемент, песок, известь и воду. Алюминиевая стружка используется в качестве пенообразователя, что способствует увеличению пустотности блоков. Также при производстве материала используется поверхностно-активное вещество – сульфонол С.

Характеристики материала

Газосиликатные строительные блоки имеют следующие характеристики.

  • Теплоемкость … Изделия, изготовленные по автоклавной технологии, имеют коэффициент теплопроводности 1 кДж/(кг·°С).
  • Теплопроводность … Конструкционно-теплоизоляционный газосиликат имеет среднюю теплопроводность около 0,14 Вт/(м·°С), в то время как для железобетона этот показатель достигает 2,04.
  • Звукопоглощение … Газосиликатные блоки значительно снижают амплитуду внешнего шума, показатель звукопоглощения у этого материала равен 0,2.
  • Морозостойкость … Материал плотностью 600 кг/м 3 выдерживает до 35 циклов замораживания и оттаивания (что соответствует индексу F35). Изделиям с большей плотностью присваивается класс морозостойкости F50.

Преимущества и недостатки газосиликатных блоков

Основные преимущества газосиликатных блоков следующие.

  • Легкость … Газосиликатные блоки весят почти в 5 раз меньше железобетонных изделий того же размера. Это облегчает строительные работы и снижает затраты на транспортировку строительных материалов.
  • Эффективная тепло- и звукоизоляция … Благодаря наличию внутренних микропор достигаются высокие тепло- и шумоизоляционные характеристики газосиликата. Это позволяет создать комфортный микроклимат в помещении.
  • Экологичность … Строительный материал не содержит опасных токсинов и канцерогенов, которые могут нанести вред окружающей среде и здоровью человека.
  • Огнеупорность … Газосиликат производится из негорючего сырья, поэтому при интенсивном нагревании не разрушается и не способствует распространению пламени при пожаре.

Насколько критичны недостатки

Как и любой другой строительный материал, газосиликат имеет ряд недостатков.

  • Низкий запас прочности … Материал с низкой плотностью (300-400 кг/м 3 ) имеет относительно низкие прочностные характеристики. Поэтому при строительстве обязательно нужно выполнять работы по армированию стен.
  • Гладкие поверхности … Лицевые части газосиликатных блоков имеют гладкую поверхность с низким коэффициентом шероховатости.Из-за этого ухудшается сцепление с отделочными материалами, что усложняет процесс отделки стен штукатуркой и другими покрытиями.
  • Низкая влагостойкость … Из-за повышенной пористости материал чувствителен к повышенной влажности. Вода и водяной пар проникают во внутренние микропоры и при замерзании увеличиваются в объеме, разрушая блоки изнутри. Поэтому газосиликатные стены нуждаются в дополнительной гидроизоляции.

Где применяются газосиликатные блоки?

Блоки газосиликатные применяются в жилищном и промышленном строительстве. Этот материал используется не только для возведения несущих элементов зданий, но и для повышения теплоизоляции, а также для защиты инженерных сетей (в частности, отопления).

Область применения газосиликата определяется его характеристиками, в первую очередь плотностью.

  • Изделия плотностью 300-400 кг/м 3 имеют низкий запас прочности, поэтому применяются в основном для утепления стен.
  • Газосиликат плотностью 400 кг/м 3 пригоден для строительства одноэтажных домов, гаражей, офисных и хозяйственных построек.Благодаря более высокой прочности материал способен выдерживать значительные нагрузки.
  • Блоки плотностью 500 кг/м 3 являются оптимальными по прочностным и теплоизоляционным свойствам. Их часто используют для строительства коттеджей, загородных домов и других построек высотой до 3-х этажей.

Наиболее прочными являются газосиликатные блоки плотностью 700 кг/м 3 . Их используют для строительства высотных жилых и производственных зданий. Но из-за повышенной плотности снижается коэффициент пористости материала и, следовательно, его теплоизоляционные свойства.Поэтому стены, построенные из таких блоков, требуют дополнительного утепления.

Процесс сборки и испытаний блоков.

В строительной отрасли применяют газосиликатные изделия. Процесс производства блоков осуществляется при высоком давлении, а также в естественных условиях. Благодаря пористой структуре они хорошо сохраняют тепло. Популярен газосиликатный блок Д500, характеристики которого позволяют использовать этот материал в строительстве домов.В результате использования блоков увеличенного размера сокращается цикл возведения здания. Рассмотрим основные технические характеристики, которые необходимо учитывать при выборе материала.

Что такое газосиликатные блоки

Изделия газосиликатные блочные — современный строительный материал, изготавливаемый из следующего сырья:

  • Портландцемент, который является вяжущим веществом;
  • песок кварцевый
  • , введенный в состав в качестве заполнителя;
  • известь, участвующая в реакции газообразования;
  • Для вспенивания массы добавлен алюминиевый порошок
  • .

При смешивании компонентов рабочая смесь увеличивается в объеме в результате активно протекающей химической реакции.

Блоки газосиликатные широко применяются в строительстве

Формовочные емкости, заполненные силикатной смесью замораживаемой в различных условиях:

  • естественно при температуре окружающей среды. Процесс закаливания длится 15-30 дней. Полученные изделия отличаются сниженной стоимостью, однако обладают недостаточно высокой прочностью;
  • в автоклавах, где продукты нагреваются при повышенном давлении.Пропаривание позволяет повысить прочностные характеристики и удельный вес газосиликатных изделий.

Показатели плотности и прочности меняются в зависимости от способа изготовления. Указанные характеристики материалов определяют область использования.

Блоки делятся на следующие виды:

  • Изделия конструкционного назначения. Имеют маркировку D700 и востребованы при возведении сплошных стен, высота которых составляет не более трех этажей;
  • Теплоизоляционные и строительные изделия. Марка D500 соответствует этим блокам. Применяются для возведения внутренних перегородок и возведения несущих стен небольших зданий;
  • теплоизоляционные изделия. Они характеризуются повышенной пористостью и сниженной до D400 плотностью. Это позволяет использовать газосиликатный материал для надежной теплоизоляции стен.

Цифровой индекс в маркировке блоков соответствует массе одного кубометра газосиликата, указанной в килограммах.С увеличением плотности материала снижаются его теплоизоляционные свойства. Изделия марки Д700 постепенно вытесняют традиционный кирпич, а изделия плотностью Д400 не уступают по теплоизоляционным свойствам современным утеплителям.


Газосиликатные блоки превосходят по механической прочности пенобетон

Газосиликатные блоки – плюсы и минусы материала

Газосиликатные изделия обладают комплексом серьезных преимуществ.Основные преимущества газосиликатных блоков:

  • Уменьшенный вес при увеличении объема. Плотность газосиликатного материала в 3 раза меньше по сравнению с кирпичом и примерно в 5 раз по сравнению с бетоном;
  • повышенный запас прочности, позволяющий воспринимать сжимающие нагрузки. Показатель прочности газосиликатного блока с маркировкой D500 составляет 0,04 т/см³;
  • повышенные теплоизоляционные свойства. Материал успешно конкурирует с обожженным кирпичом, теплопроводность которого в три раза выше, чем у газосиликата;
  • правильная форма блоков.За счет уменьшенных допусков на размеры и четкой геометрии блоки укладываются на тонкий слой клеевого раствора;
  • увеличенные габариты. Использование крупногабаритных силикатных блоков с малым весом для возведения стен зданий позволяет сократить сроки строительства;
  • хорошая работоспособность. При необходимости газосиликатному блоку легко придать заданную форму или разрезать блочный материал на отдельные заготовки;
  • приемлемая цена. Используя газосиликатный блок для строительства коттеджа, частного дома или дачи, легко значительно снизить сметную стоимость строительных мероприятий;
  • пожарная безопасность. Блоки не воспламеняются при нагревании и воздействии открытого огня. Они относятся к слабогорючим строительным материалам, входящим в группу горючести Г1;
  • высокие звукоизоляционные свойства. Они обеспечиваются за счет пористой структуры. По способности поглощать внешний шум блоки в десять раз превосходят керамический кирпич;
  • экологичность. При изготовлении газосиликатной смеси не используются токсичные ингредиенты и не выделяются вредные для здоровья компоненты в процессе эксплуатации;
  • паропроницаемость.Воздухообмен происходит через воздушные камеры внутри газосиликатного массива, что создает благоприятный микроклимат внутри здания;
  • Морозостойкость
  • . Газосиликатные блоки сохраняют структуру массива и эксплуатационные характеристики, выдерживая более двухсот циклов длительного замораживания с последующим оттаиванием;
  • свойства накопления тепла. Газосиликатные блоки – энергосберегающий материал, способный аккумулировать тепловую энергию и постепенно отдавать ее для повышения температуры в помещении.

Область применения зависит от плотности материала

Несмотря на множество преимуществ, газосиликатные блоки имеют слабые стороны. Основные недостатки материала:

  • повышенная гигроскопичность. Пористые газосиликатные блоки через незащищенную поверхность постепенно впитывают влагу, что разрушает конструкцию и снижает прочность;
  • необходимость использования специальных креплений для крепления подвесной мебели и оборудования. Стандартные крепления не обеспечивают надежной фиксации из-за ячеистой структуры блоков;
  • недостаточно высокая механическая прочность.Блочный материал крошится под нагрузкой, поэтому требует бережного обращения при транспортировке и укладке;
  • образование плесени и развитие грибковых колоний внутри и на поверхности блоков. За счет повышенного влагопоглощения создаются благоприятные условия для роста микроорганизмов;
  • увеличена величина усадки. В реальных условиях эксплуатации под действием нагрузок происходит постепенная усадка блоков, что через некоторое время вызывает образование трещин;
  • снижает адгезию к песчано-цементным штукатуркам. Для оштукатуривания газосиликата необходимо использовать специальные отделочные составы.

Несмотря на имеющиеся недостатки, газосиликатные блоки активно применяются для возведения капитальных стен в сфере малоэтажного строительства, а также для возведения утепленных стен многоэтажных домов и для теплоизоляции различных структуры. Профессиональные строители и частные застройщики отдают предпочтение газосиликатным блокам из-за значительных преимуществ материала.

Блок газосиликатный Д500 — характеристики стройматериала

Блок конструкционно-теплоизоляционный Д500 применяется различного назначения:

  • строительство коробов для малоэтажных зданий;
  • обустройство межкомнатных перегородок;
  • усиление дверных и оконных проемов.

Газосиликатные блоки обеспечивают хорошую теплоизоляцию помещения

Приняв решение приобрести силикатный блок с маркировкой Д500, следует подробно ознакомиться с эксплуатационными свойствами популярного стройматериала. Остановимся на основных характеристиках.

Прочностные характеристики

Класс прочности материала на сжатие зависит от способа изготовления блоков:

  • газосиликат марки Д500, полученный автоклавным способом, характеризуется показателем прочности В2,5-В3;
  • класс прочности на сжатие для аналогичных блоков, произведенных по неавтоклавной технологии, — В1,5.

Прочность блоков Д500 достигает 4 МПа, что является недостаточно высоким показателем.Для предотвращения растрескивания газосиликатного материала кладку армируют сеткой или арматурой. Относительно низкий запас прочности позволяет использовать блочные строительные материалы в сфере малоэтажного строительства. При возведении многоэтажных домов газосиликатные блоки применяют вместе с кирпичом для теплоизоляции возводимых стен.

Удельный вес

Плотность газосиликатных блоков является важным эксплуатационным показателем, характеризующим пористость блочного массива. Плотность указывается маркировкой в ​​виде латинской буквы D и цифрового индекса. Цифра в маркировке характеризует массу одного кубометра газосиликата. Так, один кубический метр газосиликата с маркировкой Д500 весит 500 кг. Зная маркировку изделий по плотности, размеру блоков и их количеству, легко рассчитать нагрузку на фундамент.


Газосиликатные блоки — экологически чистый материал

Характеристики теплопередачи

Теплопроводность газосиликатных блоков – это способность передавать тепловую энергию.Значение показателя характеризует коэффициент теплопроводности газосиликатных блоков.

Значение коэффициента меняется в зависимости от концентрации влаги в материале:

  • коэффициент теплопроводности сухого газосиликатного материала марки Д500 — 0,12 Вт/м⁰С;
  • при повышении влажности до 5% теплопроводность блоков Д500 возрастает до 0,47 Вт/м⁰С.

В зданиях, построенных из газосиликатных блоков, за счет пониженной теплопроводности материала круглогодично поддерживается благоприятный микроклимат.

Морозостойкость

Способность газосиликатных блоков воспринимать перепады температур, связанные с глубоким замораживанием и оттаиванием, характеризуется маркировкой. Показатель морозостойкости изделий D500 – F50. По сравнению с другими видами композитного бетона это достаточно хороший показатель. На морозостойкость влияет концентрация влаги в блоках. При снижении влажности материала повышается морозостойкость блоков.

Срок службы

Газосиликат имеет длительный срок использования. Структура газосиликатной массы сохраняется более полувека. Производители блоков гарантируют срок службы изделий 60-80 лет при условии защиты блоков от впитывания влаги. Оштукатуривание материала позволяет продлить срок службы.

Пожарная безопасность

Блоки газосиликатные – пожаробезопасные строительные материалы с пределом огнестойкости до 400 ⁰С. Испытания подтверждают, что газосиликатная стена, покрытая штукатуркой, выдерживает воздействие открытого огня в течение трех-четырех часов. Блоки подходят для возведения огнеупорных стен, перегородок и дымоходов.

Заключение

Газосиликатный блок

– проверенный материал для строительства малоэтажных домов. Характеристики блоков позволяют обеспечить устойчивость возводимых конструкций и поддерживать комфортный микроклимат внутри зданий.

ТОП-14 крупнейших покупателей силикатов в 🇺🇬 Уганде

Показать все Трейдинг Производство

Силикаты товары оптом

Торгово-скупочная компания

Вы хотите найти новых клиентов, покупающих силикаты оптом

  1. Стальной дивизион Madhvani Group

    Кроме кремнистой ископаемой муки из аналогичных кремнистых земель пористая пробка gpii

  2. Сабуни Нзури Ко.ООО

    Машины для производства мыла, силикатный фильтр: корзиночный фильтр ms для фильтрации жидкого силиката на входе и выходе, размер 50 мм

  3. Таско Индастриз Лтд.

    Сосуд для растворения силиката натрия вместимостью 10 тонн, изготовлен из чаши 14 мм и корпуса 12 мм = 01 комплект

  4. Cipla Quality Chemical Industr

    S. s.316 качественные просеивающие сита из чистого кремния одного формованного размера 340 мм внеш. диам. x 300 мм в.д. x 10 мм толщина ячейки astm-40 10 шт.

  5. Тембо Стилз Ю Лтд.

    1. Огнеупорный материал связующее из силиката натрия 1,4 г (8)
    2. Блок силиката кальция 0 г x 75 мм (5)
  6. Rmdc International Trading LLC

    Сосуд высокого давления для силикатов емкостью 10 кал

  7. В.Г. Кешвал&сонс Лтд.

    Установка силиката натрия м/с: масляный нагреватель для дуплексного нагревателя

  8. Roofings Rolling Mills Ltd.

    Металлопрокатное оборудование: hysil block (блок силиката кальция) марка 800 600 х 150 х 40 мм по накладной

  9. Хойма Шугар Лтд.

    Силикат кальция (900x600x50 мм)

  10. Сахарная Корпорация

    Поставка полной замены труб для котла, работающего на багассе, 2×65 тонн в час……огнеупорный материал силикат натрия — 50 кг / бочка

  11. Ауромера Индастриз Ю Лтд.

    Принадлежности для установок из силиката натрия — другие

  12. ООО «Энерген»

    Микронизированный силикат циркония (300 меш

  13. Кровельные прокатные станы

    К силикатная жидкость (бочка 250 кг

  14. Муквано Индастриз Уганда Лтд.

    Насос для перекачки силиката натрия с принадлежностями – запасные части для мыловаренного завода

Елена Еременко
менеджер по логистике в ЕС, Азию

логистика, сертификат
электронная почта: [email protected]

Крупнейшие производители и экспортеры силикатов

00
Company (размер) Product Страна
1. 🇭🇰 Hi Cherm Cinsulation Ltd. (12) Света Caltium Silitic Fire Chillication Boarding: Caltium Silicate Fire Chireding Гонконг С.А.Р.
2. 🇵🇰 Captain Pq Chemical Industries (11) СИЛИКАТ КАЛИЯ БЕЗОПАСНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА СИЛИКАТ КАЛИЯ БЕЗОПАСНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА Пакистан
3. 🇨🇳 Shanghai Top Insulation Co., Ltd. (8) КОМПЬЮТЕРНОЕ КРЕСЛО С СИЛИКАТНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ КАЛЬЦИЯ Китай
4. 🇨🇭 Van Baerle AG (8) СИЛИКАТЫ; КОММЕРЧЕСКИЕ СИЛИКАТЫ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ OT S. T. C. IBC INOBOND K СИЛИКАТ КАЛИЯ X KGS IBC НЕ ПОДЛЕЖИТ IMDG: IBC И ПОДДОНЫ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ТОЛЬКО ДЛЯ НАПОЛНЕНИЯ ПУНКТ: ЗАЯВЛЯЕТ, ЧТО ЛЮБОЙ APPL Швейцария
5.🇨🇦 Силикаты National (7) СИЛИКАТ НАТРИЯ CROSFIX Канада

СИЛИКАТЫ оптовая цена в Уганде

Продукт Силикаты Price Per KG, MT вес
2 $ Master «- это состав $ 1.1 / кг 10-100 кг
Силикаты натрия 1,2 долл. США за кг 100–1000 кг
Силикаты натрия 0 долл. США.6 / кг 1.000 — 10.000 кг
60708
60708
Водный раствор натрия (жидкое стекло) $ 318 на MT выше 10mt
. , Пакет 9 $ 10 / кг 10-100 кг 10-100 кг 10-100 кг
Фильтрующие пластины для McDonald’s. Аморфный магний силикат $ 6.7 на KG 100 — 1.000 кг
Гидрофобизером для минеральных баз (водный раствор калия Метилсиликонат) Предназначен для объемной и поверхностной обработки конструкций и строительных материалов $3.3 / KG 1.000 — 10.000 кг
Conalicate Siliacate: жидкое стекло калия $ 1997 на MT выше 10mt выше 10mt
Силикаты: фильтр Материал MFP 2-5 $ 5 / кг 10-100 кг
Силикаты: сорбент As; 0,7 — 1,4. Является гранулированным пористым фильтрующим материалом 2,8 долл. США за кг 100–1000 кг
Синтетический цеолит Naa-bs 2,5 долл. США за кг 1.000 — 10. 000 кг
$ 2148 на MT $ 2148 на MT
$ 5.5 / кг $ 5.5 / кг 10-100 кг
Моющие средства и чистящие средства $ 2.9 за кг 100 — 1.000 кг
$ 1,4 / кг $ 1.4 / кг 1.000 — 10.000 кг
$ 804 на MT выше 10mt
Активированные натуральные минералы $4.4 / кг 10-100 кг 10-100 кг
Гигиеничный наполнитель для кошек туалеты «Кацан» $ 1.8 на кг 100 — 1.000 кг 100 — 1.000 кг
Гигиенический наполнитель для кошек Туалеты «Кацан» $ 1,7 / кг 1.000 — 10.000 кг

силикаты Склад

  1. Склад в Кампале
  2. Силикаты в Мбале
  3. Склад Джинджа
  4. Аруа Уганда
  5. Склад Энтеббе Уганда

Просмотрите эту статью:

Лицо: Thiti 13 января 2022 г.
Образование: Миланский университет, Италия

© Copyright 2016 — 2022 «Экспорт из России».Все права защищены. Сайт не является публичной офертой. Вся информация на сайте носит ознакомительный характер. Все тексты, изображения и товарные знаки на этом веб-сайте являются интеллектуальной собственностью их соответствующих владельцев. Мы не являемся дистрибьютором бренда или компаний, представленных на сайте, Политика конфиденциальности

Синтез и функционализация поверхности наночастиц диоксида кремния для наномедицины

Реферат

Существует большое разнообразие наноформ кремнезема, которые исследуются для биомедицинских применений.Наночастицы кремнезема могут быть получены с использованием широкого спектра синтетических методов с точным контролем их физических и химических характеристик. Неорганические нанопрепараты часто критикуют или игнорируют из-за их плохой переносимости; однако обширные исследования биораспределения и токсикологии наночастиц кремнезема показали, что наночастицы кремнезема могут хорошо переноситься, а в некоторых случаях выводятся из организма или биоразлагаемы. Надежные синтетические методы позволили разработать наночастицы диоксида кремния для таких применений, как контрастные вещества для биомедицинской визуализации, сенсибилизаторы для абляционной терапии и средства доставки лекарств.В этом обзоре рассматриваются синтетические методы, используемые для создания и модификации ассортимента нанопрепаратов диоксида кремния, а также некоторые диагностические и терапевтические применения.

Ключевые слова: диоксид кремния, наночастицы, биомедицинская визуализация, биораспределение, токсикология, абляционная технология и терапевтических приложений.Существует несколько мотивов разработки нанопрепаратов для биомедицинских применений, таких как увеличение времени жизни лекарств и макромолекул in vivo, адресная доставка терапевтических средств с высокой полезной нагрузкой для расширения терапевтического индекса, тераностические и мультимодальные применения, выходящие за рамки отдельных молекул, и новые методы лечения или диагностики. Среди многих исследуемых составов наночастицы на основе диоксида кремния являются многообещающими и привлекли большое внимание.

Наночастицы диоксида кремния рассматриваются для нескольких биомедицинских применений из-за их биосовместимости, низкой токсичности и масштабируемой синтетической доступности. Можно точно контролировать размер частиц кремнезема, пористость, кристалличность и форму, чтобы настроить наноструктуру для различных применений. Кроме того, множество возможных модификаций поверхности наночастиц диоксида кремния позволяют точно контролировать химию поверхности, чтобы модулировать лекарственную или химическую нагрузку, дисперсию наночастиц, кровообращение и нацеливание на конкретные участки.Способность сочетать эти свойства делает наночастицы кремнезема желаемой платформой для биомедицинской визуализации, анализа, терапевтической доставки, мониторинга и абляционной терапии. С использованием различных присадок, модификаций поверхностных групп и методов сборки можно создавать мультимодальные наночастицы с тераностическими применениями, например, включая компонент визуализации вместе с терапевтической полезной нагрузкой или абляционным компонентом внутри частицы.

Этот обзор состоит из пяти частей: (1) Методы синтеза и определения характеристик частиц однородных форм и размеров.(2) Биораспределение и токсикология, а также параметры, которые изменяют эти свойства. (3) Применение в общей биомедицинской визуализации и интеграции в качестве контрастных агентов для визуализации. (4) Применение в абляционных технологиях. (5) Применение в контролируемой доставке лекарств.

2. Методы синтеза

Было разработано несколько методов синтеза, позволяющих получать частицы с узким диапазоном размеров и почти однородным составом. В большинстве синтетических методов используется золь-гель обработка при 25 ° C с тщательным контролем соотношения реагента и растворителя или использованием шаблонов для контроля размеров частиц.изображает методы, которые обычно используются для синтеза наночастиц диоксида кремния. Примечание: реагенты и подходы, перечисленные в этой схеме, являются одними из наиболее распространенных, но многие другие заменяют их для конкретных приложений.

Общие методы синтеза наночастиц диоксида кремния.

2.1. Метод Штёбера

Метод Штёбера, разработанный в 1968 г., продолжает оставаться широко используемым методом синтеза наночастиц кремнезема [1–6]. Вкратце, тетраэтилортосиликат (ТЭОС) или другие силикаты смешивают в смеси воды, спирта и аммиака и перемешивают с образованием частиц, размер которых зависит от концентрации растворителей и силикатных добавок.Метод Штёбера можно использовать без шаблонов для формирования твердых частиц. Было проведено множество исследований кинетики и характеристик частиц, образующихся в процессе Штёбера, с целью точного контроля их размера, формы и однородности. Например, Нодзава и др. изучали скорость добавления TEOS по сравнению с . полученный размер синтезированных частиц [3]. Размер частиц уменьшался с увеличением скорости добавления ТЭОС, и точное регулирование скорости добавления приводило к получению однородных частиц.Как видно из рисунка, увеличение скорости добавления ТЭОС с 0,005 мл/мин () до 0,05 мл/мин привело к уменьшению размера частиц на 30% (). Дальнейшее увеличение скорости добавления до 0,5 мл/мин привело к уменьшению размера частиц на 60% (). Более высокая скорость добавления ТЭОС, вероятно, обеспечивает более высокую плотность центров зародышеобразования, соответствующих более мелким частицам.

СЭМ-изображения твердых наночастиц кремнезема, синтезированных методом Штёбера с различной скоростью добавления ТЭОС [3]: (а) скорость добавления: 0.005 мл/мин, (b) скорость добавления: 0,05 мл/мин и (c) скорость добавления: 0,5 мл/мин. Увеличение скорости добавления ТЭОС на каждый порядок приводило к уменьшению размера частиц на 33% с ~ 1800 до 600 нм в диаметре.

Дальнейшие эксперименты с процессами типа Штёбера показали, что регулирование соотношения растворитель/ТЭОС позволяет точно контролировать размер частиц [6]. Как правило, по мере увеличения отношения растворителя к ТЭОС диаметр синтезированной частицы уменьшается нелинейно (за исключением соотношений метанол/ТЭОС ниже 1125), как показано на рис.При изменении соотношения метанол/ТЭОС от 1125 до 6000 синтезировались однородные и хорошо диспергированные частицы, диаметр которых уменьшался от 1500 нм до 10 нм.

Наночастицы диоксида кремния, синтезированные методом Штёбера с переменным соотношением метанол/ТЭОС до и после прокаливания [6]. Отношения синтеза МеОН/ТЭОС и прокаливания против . некальцинированные: (а) 300/некальцинированные, (б) 750/некальцинированные, (в) 1125/некальцинированные, (г) 1500/некальцинированные, (д) ​​и (е) 1500/кальцинированные, (ж) 2250/ некальцинированные, (h) и (i) 2250/кальцинированные, (j) 3000/некальцинированные и (k) и (1) 3000/кальцинированные.При увеличении соотношения метанол/ТЭОС с 300 до 1125 размер частиц увеличивался. Однако с 1125 до 6000 размер частиц уменьшился с 1500 нм до 10 нм в диаметре.

Было высказано предположение, что рост наночастиц на основе золь-гель можно моделировать с помощью уравнений, описывающих гомогенное зародышеобразование. Хотя кинетику трудно смоделировать, критический размер, выше которого термодинамически благоприятно для роста частицы, можно смоделировать аналитически. Вкратце, когда раствор перенасыщен растворенным веществом, свободная энергия Гиббса в растворе высока, и в ответ на уменьшение свободной энергии может происходить зародышеобразование роста частиц. Свободная энергия зародышеобразования (ΔG) зависит от радиуса зародышей ( r ), а также объемной свободной энергии (Δ G v ) и поверхностной свободной энергии (γ)

При данном критическом радиус зародышеобразования dG/dr = 0, поэтому критический барьер свободной энергии будет преодолен, и начнут формироваться ядра частиц, чтобы уменьшить свободную энергию, чтобы сбалансировать растворимость растворенного вещества. Для равномерного роста частиц лучше всего иметь короткое время зародышеобразования, чтобы при последующем росте частиц все зародыши могли расти в течение равного периода времени. R N — количество зародышей, выращенных в единице объема в единицу времени, C o — начальная концентрация растворенного вещества, λ — диаметр ростовых частиц, η — вязкость и Δ G * — критическая свободная энергия, которую необходимо преодолеть, чтобы началась нуклеация.

R R N N = [ C O K T / (3 π λ 3 η )] E (-Δ G o */ k T )

Непрерывный рост частиц зависит от диффузии и кинетики реакции, которые зависят от времени, концентрации, температуры, вязкости раствора, и т. д. .[7]. В работе, показанной в , вполне вероятно, что повышенная скорость добавления раствора ТЭОС привела к увеличению начальной концентрации ядер, что привело к большему значению R N и, таким образом, объясняет уменьшение размера частиц. Представленная работа следует этой же тенденции до тех пор, пока молярное соотношение метанол/ТЭОС не превысит 1125. При соотношении метанол/ТЭОС от 300 до 1125 размер частиц увеличивается по мере уменьшения исходной концентрации. Это, скорее всего, можно отнести к уменьшенным R N .В исследовании, проведенном в 2010 г., при мольном соотношении метанол/ТЭОС более 1500 размер частиц уменьшается. Предполагается, что при очень низких концентрациях член λ -3 (λ — диаметр ростовых частиц) становится доминирующим членом в уравнении, которое позволяет формировать более мелкие зародыши и увеличивает R N . Кроме того, в исследовании в 2009 г. соотношение воды и ТЭОС поддерживалось постоянным, а объем метанола поддерживался постоянным. Следовательно, количество воды для гидролиза ТЭОС также было уменьшено, что также могло повлиять на результат.Относительно низкие концентрации как ТЭОС, так и воды могли привести к очень короткой фазе роста после зародышеобразования, что привело к более мелким частицам.

Высокая степень контроля над кинетикой роста и реакции в процессе Штёбера позволяет синтезировать многие разновидности частиц кремнезема, которые были получены с тех пор. Хотя существует множество уникальных синтетических методов для создания наночастиц диоксида кремния, большинство методов синтеза мезопористых, полых частиц и частиц различной формы в основном основаны на процессе Штёбера, но включают дополнительные компоненты, определяющие структуру.

2.2. Мезопористые частицы

Преимуществом использования мезопористых наночастиц диоксида кремния является преимущественно очень большая площадь поверхности за счет контролируемого размера и объема пор. Это позволяет загружать или адсорбировать на частицах большую полезную нагрузку лекарственного средства. Наночастицы мезопористого диоксида кремния могут быть синтезированы путем модификации процесса Штёбера с добавлением поверхностно-активных веществ (, например, , бромида цетилтриметиламмония [CTAB]), материалов, образующих мицеллы, полимеров и других добавок [8–10].Мицеллы действуют как маски для роста кремнезема на основе ТЭОС; после удаления мицелл внутри наночастиц кремнезема образуются поры. Изменение материалов и концентраций, используемых для создания пор, позволяет точно контролировать размер пор, структуру и кристалличность частиц. Сообщается, что размеры пор варьируются от 10 до 300 А в зависимости от материала, направляющего структуру. Постсинтетическая модификация наночастиц также может быть использована для корректировки размера пор [11]. При росте мезопористых частиц происходит повышенная конденсация кремния, что приводит к большей степени связей Si-O-Si и меньшему количеству групп Si-OH по сравнению с типичными непористыми частицами Штёбера [12].На степень конденсации Si также может влиять прокаливание, которое уменьшает количество групп Si-OH.

Жесткий контроль концентрации поверхностно-активного вещества и ТЭОС может привести к получению мезопористых частиц с однородной структурой. Кай и др. использовали ТЭОС в присутствии ЦТАБ, который является амфифильным и образует мицеллюлярные структуры, для получения высокоупорядоченных наночастиц типа MCM-41. MCM-41 (Mobil Composition of Matter Number 41) является одним из наиболее изученных классов наночастиц кремнезема.Гексагональную пористую структуру МСМ-41 можно наблюдать с помощью дифракции электронов и ПЭМ высокого разрешения, как показано в [8]. Как правило, частицы типа MCM-41 имеют высокоупорядоченную пористую структуру с размером пор от 1 до 3 нм.

Анализ мезопористых частиц методом просвечивающей электронной микроскопии [8]. Верхнее левое изображение представляет собой электронограмму мезопористых частиц, на которой отчетливо видна гексагональная структура пор. Верхние правые изображения представляют собой изображения ПЭМ с малым увеличением.Нижнее изображение представляет собой ПЭМ с большим увеличением, показывающую высокоупорядоченную пористую структуру частиц.

Для более крупных размеров пор в качестве структурообразующих компонентов используют триблок-полимеры, состоящие из полиэтиленоксида и полипропиленоксида [13]. Блок-сополимеры образуют шаблоны, которые в сочетании с ТЭОС образуют материалы с размером пор от 46 до 300 Å. Этот материал, SBA-15 (материал аморфного типа из Санта-Барбары-15), также представляет собой хорошо изученную наночастицу кремнезема.Размеры пор варьируются в зависимости от конкретного полимера, используемого в синтезе, и являются одинаковыми для данного полимера. Как правило, использование поверхностно-активных веществ в качестве структурообразующего элемента приводит к тому, что размер пор ограничен размером менее 40 Å. Большие размеры пор позволяют загружать более крупные материалы, такие как белки или более мелкие частицы, после грубого синтеза наноматериала диоксида кремния.

Джамбхрункар и др. разработали методику точного контроля размеров пор в наночастицах мезопористого кремнезема [11].Было высказано предположение, что идеальный размер пор улучшит растворимость гидрофобных препаратов в растворе, который был адсорбирован наночастицами кремнезема. Несколько циклов добавления испаренного TEOS или тетраметилортосиликата (TMOS) добавляли к частицам с использованием вакуумного осаждения из паровой фазы (WD) с последующим прокаливанием. Использование этого подхода с известными материалами, такими как MCM-41 и SBA-15, позволило сохранить гексагональную наноструктуру, а размер пор можно было уменьшить на 0,29 нм с помощью TEOS и 0.54 нм с TMOS за цикл в течение не менее 3 циклов процесса WD. С помощью различных структурообразующих агентов и постсинтетических модификаций можно добиться очень точного размера пор и площади поверхности мезопористых частиц. Тонкий синтетический контроль, приводящий к большой площади поверхности, хорошо контролируемым размерам частиц и различным формам, привел к тому, что наночастицы мезопористого кремнезема оказались в центре внимания исследований [8,11,14].

2.3. Полые частицы или частицы ядро-оболочка

Существует множество подходов к созданию матричных или полых наночастиц диоксида кремния с использованием таких методов, как конденсация триалкоксисиланов на полимерных темплатах, металлоорганических каркасах (MOF) и других наноматериалах или даже рост островного типа с использованием более мелких наночастиц. на матрицу с последующим растворением или прокаливанием [15–19].Эти методы могут производить частицы, которые являются полыми и способны нести очень большую полезную нагрузку или содержат ядра, изготовленные из желаемых материалов, таких как золото, серебро или различные полимеры.

Карузо и др. первоначально исследовали технику послойной сборки полых наночастиц кремнезема на полимерном шаблоне с использованием коллоидных наночастиц кремнезема размером 25 нм для формирования оболочки [20]. Когда 2 или более последовательных слоев диоксида кремния были нанесены на полистироловые шаблоны, покрытые полиэлектролитом, перед прокаливанием, частицы образовались бы однородно.Кроме того, было замечено, что повторные покрытия могут давать толщину оболочки от 25 до 210 нм. Карузо и др. исследовали этот метод шаблонирования, используя коммерчески доступные частицы полистирола и наночастицы коллоидного кремнезема переменного размера, чтобы в конечном итоге синтезировать полые наночастицы кремнезема [21]. Отрицательно заряженные шаблоны сначала покрывали полиэлектролитами, такими как поли(диаллилдиметиламмонийхлорид), поли(4-стиролсульфонат натрия) и поли(аллиламингидрохлорид), чтобы лучше облегчить адсорбцию/отложение кремнезема.Были исследованы наночастицы кремнезема в трех размерных режимах (100–70 нм, 50–40 нм и 10–20 нм). Наночастицы всех трех размеров последовательно добавляли к темплатам со слоем полиэлектролита между каждым этапом осаждения частиц кремнезема. После того, как осаждение диоксида кремния было завершено, частицы прокаливали для удаления полистирольной матрицы, в результате чего получались полые частицы диоксида кремния. ТЭМ показала, что более мелкие частицы кремнезема заполняют промежутки, образованные начальным осаждением более крупных (100–70 нм) частиц кремнезема, что позволяет частицам иметь большую площадь поверхности.

Ян и его коллеги разработали метод быстрого синтеза полых сфер из диоксида кремния, сначала покрыв коммерчески доступные полистирольные шаблоны поли-L-лизином, а затем проведя реакцию поликонденсации с гидролизованным тетраметилортосиликатом [22]. После прокаливания полученные полые нанооболочки обычно имели толщину оболочки 6–10 нм, как видно на рисунке , но диаметр частиц после прокаливания изотропно уменьшался на 10–20%. Этот метод можно было адаптировать для шаблонов размером от 100 до 500 нм.Этот метод с некоторыми вариациями чаще всего используется для синтеза частиц ядро-оболочка. Ядро состоит из полистирольного латекса, который испаряется при прокаливании, в результате чего образуются полые частицы. Однако можно использовать другие материалы в качестве ядра для шаблонов, такие как металлы, что приведет к получению частиц ядро-оболочка, которые также имеют широкий спектр применений.

Просвечивающая электронная микроскопия прокаленных полых наночастиц кремнезема размером 100 нм, синтезированных из полистирольных темплатов [22].Благодаря коммерческому шаблону, используемому для синтеза, полученные нанооболочки имеют высокую однородность с толщиной оболочки 10 нм. Масштабная линейка составляет 100 нм.

2.4. Формованные частицы

Модификация формы наночастиц может существенно повлиять на их свойства in vivo , такие как биораспределение, биодоступность и потенциал эндоцитоза [23–25]. Как правило, синтез наночастиц модифицируют, добавляя различные примеси в качестве предшественников, резко изменяя рН или температуру во время синтеза или начиная с шаблона уникальной формы.Тревин и др. исследовали различные шаблоны ионной жидкости при комнатной температуре для синтеза наночастиц кремнезема и их влияние на размер пор кремнезема, морфологию, размер и форму частиц. [14]. Различные кристаллизованные органические производные C n -метилимидазолия ( n = 14, 16, 18) объединяли с TEOS в растворе гидроксида натрия. Площадь поверхности и размер пор увеличиваются с увеличением длины алкильной цепи. Кроме того, частицы, производные C 14 MIM и C 16 MIM, давали сферические структуры, но частицы, производные C 18 MIM и C 14 OCMIM, давали стержнеобразную или червеобразную структуру.Используя другой подход, Reiter et al. готовили полые наностержни кремнезема с различным соотношением сторон [26]. Эти наностержни могут быть синтезированы путем покрытия наноразмерных металлоорганических каркасов (MOF) TEOS и выполнения растворения при низком pH для удаления основного металлоорганического каркаса. Контролируя соотношение воды в микроэмульсии начального синтеза металлоорганического каркаса, можно было достичь различных соотношений размеров от 2,5 до 40 с конечной толщиной кремнеземной оболочки 8–9 нм, как показано на рис.

Трансмиссионная электронная микроскопия наночастиц диоксида кремния различной формы, шаблонированных на металлоорганических каркасных шаблонах [26]: (A) и (B) MOF, функционализированный поливинилпирролидоном, со слоем кремнезема толщиной 2–3 нм. (C) MOF, функционализированный поливинилпирролидоном, со слоем кремнезема толщиной 8–9 нм. (D) Полый наностержень кремнезема, полученный в результате обработки MOF, функционализированного поливинилпирролидоном, с низким pH слоем кремнезема толщиной 8–9 нм. Пустые шкалы соответствуют 50 нм.

2.5. Травленные частицы

Травление — еще один синтетический метод, в котором используется структура наночастиц путем удаления определенных химических структур или элементов, ранее существовавших в наночастицах, с помощью химической или физической обработки. Частицы могут быть синтезированы с помощью процесса Штёбера или других методов (, например, . Мезопористые, полые частицы или частицы другой формы), а структурные свойства модифицируются постсинтетическим травлением [27]. Чен и др. разработали селективное травление на основе структурных различий [12]. Твердые наночастицы кремнезема использовали в качестве матрицы или затравки, на которой проводили золь-гель реакцию для роста мезопористого кремнезема с использованием C 18 TMS и TEOS. После этого твердое ядро ​​кремнезема подвергали травлению гидротермальной обработкой в ​​растворе аммиака, в результате чего получались полые мезопористые наночастицы кремнезема.Селективность травления основана на более высоком соотношении групп Si-OH, чем Si-O-Si, в ядре из твердого кремнезема по сравнению с оболочкой из мезопористого кремнезема; более высокое отношение Si-OH к Si-O-Si в твердом кремнеземе по сравнению с . мезопористый кремнезем является результатом большей степени конденсации при росте мезопористых частиц [12]. Используя тот же метод, Chen et al. синтезировали однородно эллипсоидальные частицы мезопористого кремнезема для биомедицинской визуализации и доставки лекарств, сначала создав шаблон роста твердого кремнезема и мезопористого кремнезема на эллипсоидальном ядре нанокристаллов оксида железа перед травлением для удаления твердого кремнезема [28].В результате были получены эллипсоидальные мезопористые наночастицы кремнезема с ядром из оксида железа.

Вонг и его коллеги синтезировали наночастицы желтка и скорлупы, а также концентрические многооболочечные частицы [29]. Частицы желточной скорлупы представляют собой полые частицы, но внутри них есть меньшая частица, напоминающая яичный желток или погремушку. Синтез частиц начинается с наночастиц Au (), затем осуществляется рост Штёбера с ТЭОС, в результате чего получается частица ядро ​​Au-кремнезем (). Частицы обрабатывают 2-пропанолом с последующей гидротермической обработкой, в результате чего получают желточно-оболочечную частицу (). Цель обработки 2-пропанолом состоит в том, чтобы сделать внешний слой кремнезема непригодным для травления, в то время как гидротермическая обработка вытравливает кремнезем, непосредственно прилегающий к золотому ядру. Было высказано предположение, что часть селективности травления была обусловлена ​​неоднородностью конденсации кремнезема во время синтеза Штёбера, что приводило к менее сшитой сетке по направлению к центру частицы. Кроме того, степень сшивки на поверхности частиц увеличивалась при обработке 2-пропанолом при 60°С.Было показано, что с помощью альтернативного отвердителя можно упрочнить всю кремнеземную оболочку так, чтобы ни одна из ее частей не подвергалась травлению при гидротермальной обработке. Для синтеза многооболочечных частиц частицы подвергаются трем циклам покрытия кремнеземом с последующей обработкой 2-пропаналем для отверждения (). После роста и отверждения оболочки частицы протравливают в воде, чтобы выявить отчетливые слои кремнезема ().

ПЭМ-изображения ступенчатого синтеза желточно-оболочечных и многооболочечных наночастиц Au-ядро-кремнезем [29]. (а) Au–ядро, (б) Au–ядро, инкапсулированное в кремнезем с наружным слоем, упрочненным 2-пропанолом, (в) Au–ядро–кремнезем, желток–оболочка частицы после травления внутреннего слоя кремнезема, (г) мультиоболочка Au – частица ядра, подвергающаяся нескольким стадиям роста Штёбера до обработки 2-пропанолом. (д) Многооболочечные частицы Au–ядро–кремнезем после травления. Масштабная линейка 50 нм.

Другие получили частицы желточной оболочки с аналогичной структурой, используя боргидрид натрия в качестве травильного агента или используя защитные группы для сохранения слоя кремнезема [30,31].Чжан и др. продемонстрировали, что поли(винилпирролидон) (ПВП) может быть использован в качестве защитного лиганда против травления NaOH наночастиц кремнезема [32]. ПВП адсорбировали на поверхности частиц кипячением с обратным холодильником в водном растворе. После адсорбции ПВП замачивание частиц в растворе гидроксида натрия приводило к образованию пористых и полых оболочек из кремнезема без изменения диаметра наночастиц. Через 60 мин травления в растворе NaOH с концентрацией 0,02 г/мл частицы потеряли ~30% своей массы, а через 180 мин потеря увеличилась до ~90%.Было высказано предположение, что ПВП защищает поверхность за счет водородных связей между карбонильными группами ПВП и силанольными группами. Это взаимодействие предотвращало/ослабляло локальные взаимодействия ионов ОН , которые могли травить кремнезем.

Помимо щелочного или гидротермального травления кремнезема, частицы кремнезема были синтезированы путем травления в кислотных условиях. Чен и его коллеги разработали гибридные сферы из твердого кремнезема (HSSS), которые можно избирательно травить в растворе плавиковой кислоты [33].HSSS были синтезированы в три слоя, начиная с (1) ядра кремнезема, полученного из ТЭОС, затем (2) слоя, синтезированного из комбинации ТЭОС и N-[3-(триметоксисилил)пропил]этилендиамина (ТСД), и, наконец, (3) слоя. Только оболочка TEOS. После замачивания в растворе HF промежуточный слой из ТЭОС и ТСД был вытравлен, в результате чего были получены частицы желточно-оболочечного типа диаметром 460 нм с толщиной оболочки 50 нм и твердым ядром диаметром 300 нм. Эти размеры можно было регулировать в широком диапазоне благодаря использованию метода Штёбера.В качестве альтернативы Ю и соавт. продемонстрировали, что наночастицы кремнезема могут быть протравлены для получения полых частиц или частиц типа желточной оболочки с использованием более традиционных кислот, таких как H 2 SO 4 , в сочетании с гидротермальной обработкой [34]. Синтезированные Stöber частицы диспергировали в растворе с pH ~ 3,0, перемешивали в течение 24 ч и проводили последующую гидротермальную обработку при 180 °C. Степень травления менялась в зависимости от продолжительности гидротермальной обработки; через 10 ч из частиц было удалено 63% содержания Si, что привело к образованию полых мезопористых частиц.

В целом, травление может придать отдельным частицам множество свойств, которые могут быть недоступны при использовании одного синтетического метода. Например, приготовление частиц, которые являются как полыми, так и мезопористыми или имеют желточно-оболочечную структуру.

2.6. Методы модификации поверхности

Модификация поверхности частиц кремнезема наиболее легко достигается путем реакции с одним из многих имеющихся в продаже алкоксисиланов/галогенсиланов. Большое разнообразие алкоксисиланов/галосиланов доступно от Sigma Aldrich, Gelest, Strem Chemicals и многих других химических корпораций.Алкоксисиланы будут связываться с поверхностью, образуя 1–3 связи Si–O–Si в реакции конденсации с поверхностными силанольными группами. связи с поверхностными силанольными группами [35]. В безводных условиях галогенсиланы будут реагировать непосредственно с силанольными группами на поверхности. Чаще всего наночастицы функционализируют 3-аминопропилтриэтоксисиланом (АТПС), 3-меркаптопропилтриметоксисиланом (МПТС) и различными ПЭГ-силанами.Первые два допускают несложную химию линкера с другими часто используемыми связывающими фрагментами, такими как молекулы, функционализированные n-гидроксисукцинидом (NHS), изотиоцинаты, малемиды, и т.д. . [36]. Пегилирование наночастиц часто используется для улучшения стабильности в биологических жидкостях, биосовместимости и времени циркуляции наночастиц in vivo [37–39].

Функционализация поверхности частиц позволяет использовать наночастицы диоксида кремния для конкретных и уникальных применений, которые иначе были бы недоступны.Например, Кнежевич и др. поверхностно-модифицированные наночастицы диоксида кремния с рН- или светочувствительными триггерами для высвобождения доксорубицина путем закрытия частиц, функционализированных аминопропилтриметоксисиланом (APTS), нитровератрилкарбаматом, который отщепляется от аминопропильной группы в присутствии УФ-излучения или в кислой среде [40]. Ультрафиолетовый свет или низкий уровень pH вызывают высвобождение защитной группы нитровератрилкарбамата, создавая электростатическое отталкивание с адсорбированным доксорубицином и поверхностью наночастицы, тем самым высвобождая лекарство из наночастицы.После 80 мин УФ-облучения примерно 75% лекарственного средства, загруженного в частицы, было высвобождено в фосфатный буфер с рН 7,4.

Примером использования APTS для уникального применения было связывание меченого 1–125 реагента Болтона-Хантера с наночастицами кремнезема для изучения биораспределения в течение 30 дней [41]. Реактив Болтона–Хантера смешивали с Na 125 I в присутствии хлорамина для мечения реактива радиоактивным изотопом. Соединение с радиоактивной меткой смешивали с наночастицами диоксида кремния, модифицированными APTS; часть NHS в реагенте Болтона-Хантера диссоциировала и позволила реагенту прикрепиться к поверхности частиц.Для изучения биораспределения частицы вводили мышам внутривенно, а отдельные органы анализировали с помощью гамма-счетчика на наличие излучения от 125 I, связанного с частицами.

Цай и др. использовали MPTS для закрепления моноклонального антитела (анти-Her2/neu) для специфического нацеливания частиц кремнезема на клетки рака молочной железы [42]. Антитело сначала связывали с NHS-PEG-малемидом и смешивали с наночастицами мезопористого диоксида кремния, функционализированными MPTS. В исследовании с помощью проточной цитометрии частицы, функционализированные моноклональными антителами (mAB), проникали более чем в 80% Her2/neu-положительных клеток и менее чем в 20% Her2/neu-отрицательных клеток в течение 1 часа, демонстрируя потенциал для селективной доставки лекарств.

Лин и др. подготовили наночастицы мезопористого диоксида кремния, модифицированные двойным органосиланом, для улучшения доставки доксорубицина при сохранении высокой биосовместимости и стабильности in vitro в биологических жидкостях [43]. Двойная силановая модификация поддерживает хорошую дисперсию в растворе с использованием гидрофильного органосилана (ПЭГ), в то же время уменьшая гидролиз диоксида кремния с помощью гидрофобной функционализации (триметилхлорсилан) для большей выживаемости in vivo . В наночастицы загружали гидрофильный доксорубицин-HCl и гидрофобный доксорубицин без HCl.Несмотря на то, что два препарата имели примерно одинаковую нагрузку на наночастицы, частицы, содержащие доксорубицин-HCl, демонстрировали примерно в 10 раз более низкие значения IC 50 при времени инкубации 24, 48 и 72 часа. Это объясняется медленным высвобождением гидрофобного доксорубицина, не содержащего HCl, из частиц из-за низкой растворимости доксорубицина в растворе, а также более высокой степенью гидрофобных взаимодействий с частицами, модифицированными триметилхлорсиланом. Ясно, что модификация поверхности кремнезема может изменить кинетику высвобождения лекарственного средства.

3-бромпропилтрихлорсилан был связан с поверхностью наночастиц диоксида кремния в качестве связующего агента между наночастицами диоксида кремния и другими фрагментами. Частицы, модифицированные бромпропилом, можно вводить в реакцию с азидом натрия, что приводит к получению частиц, функционализированных азидом, которые являются универсальными для функционализации с помощью клик-реакций. [44,45]. Используя эту технику, Balamurugan et al. d продемонстрировали, что α-спирали, функционализированные алкином, могут быть связаны с поверхностью частиц кремнезема [45].Это было сделано, чтобы продемонстрировать связывание полипептидов с кремнеземом и смоделировать взаимодействие белков на границе раздела неорганической поверхности.

Таким образом, легкость и разнообразие свойств поверхности можно использовать для разумного конструирования частиц с определенными функциями и свойствами, и во многих отношениях это является основой для разнообразия применений наночастиц диоксида кремния.

3. Биораспределение и токсикология

Известно, что размер, форма, морфология, заряд и свойства поверхности наночастиц могут сильно влиять на их биораспределение, токсикологию и биодоступность.Понимая эти параметры, можно разработать наночастицы для улучшения кровообращения, снижения токсичности и адресной доставки, тем самым создавая более эффективные и безопасные терапевтические и диагностические средства.

3.1. Биораспределение

Для изучения биораспределения наночастиц диоксида кремния доступны различные методы: чаще всего используются методы ИСП-ОЭС/МС, радиоактивное мечение и флуоресценция. Преимущество ICP-OES/MS заключается в том, что органы обычно перевариваются для анализа, что позволяет напрямую измерять атомный состав органов. Тем не менее, радиоактивное мечение и флуоресценция позволяют в режиме реального времени визуализировать и динамически анализировать биораспределение нативных наночастиц. Кроме того, с помощью счетчиков гамма-излучения после умерщвления животных можно количественно определить количество введенной дозы на грамм органа путем измерения радиоактивности оставшегося органа.

Decuzzi и коллеги оценили влияние размера и формы частиц кремнезема на биораспределение [24]. Сферические частицы диаметром 0,7–3 мкм вводили в дозах 10 7 или 10 8 частиц на животное мышам с опухолью молочной железы MDA-MB-231.Через 2–6 ч животных забивали и анализировали органы с помощью ИСП-ОЭС. Как видно из рисунка, частицы в основном задерживались органами ретикулоэндотелиальной системы (РЭС), такими как печень, селезенка и легкие. При увеличении дозы в 10 раз увеличивалось накопление частиц всех размеров преимущественно в органах РЭС. Как для высокой дозы, так и для низкой дозы частиц по мере уменьшения диаметра частиц в каждом органе, за исключением легких, задерживалось большее количество частиц.

Биораспределение наночастиц диоксида кремния разного размера в мышах с опухолями MDA-MB-231 с помощью ИСП-АЭС [24]: (A) животные, получившие низкую дозу частиц (10 7 частиц/животное) и (B) животные которые получили высокую дозу частиц (10 8 частиц/животное). При увеличении дозы в 10 раз увеличивалось накопление частиц всех размеров преимущественно в органах РЭС.

Пегилирование может значительно снизить агрегацию кремнезема в биологических условиях in vitro и in vivo .Лин и др. продемонстрировали, что гидротермальная обработка наряду с пегилированием частиц кремнезема размером менее 50 нм позволяет частицам сохранять свой гидродинамический радиус даже после 10 дней инкубации в готовых клеточных средах, тогда как необработанные частицы в тех же условиях быстро агрегируют [46]. Кроме того, было показано, что пегилированные частицы имеют значительно сниженное поглощение клетками макрофагов по сравнению с чистыми частицами, что обеспечивает возможность более длительной циркуляции и уклонения от RES. Он и др. также изучали распределение пегилированного по сравнению с . непегилированные частицы в зависимости от размера (80–360 нм) у мышей ICR. Показано, что крупные частицы быстрее поглощаются органами РЭС, но это поглощение снижается при пегилировании. Кроме того, уменьшение размера частиц и включение пегилирования приводило к увеличению времени циркуляции крови [39].

В соответствии с эффектом пегилирования, поверхностный заряд и морфология могут сильно влиять на биораспределение наночастиц кремнезема.Ю и др. исследовали влияние пористости и поверхностного заряда на биораспределение наночастиц кремнезема [48]. Мезопористые частицы и непористые частицы Штёбера одинакового размера (~ 120 нм) сравнивались с модификацией поверхности амином и без нее. Обе частицы накапливались в органах РЭС, причем мезопористые частицы имели значительно большее накопление в легких по сравнению с непористыми частицами. Однако поверхностное аминирование уменьшало накопление мезопористых частиц в легких, но приводило к увеличению их накопления в печени и селезенке. Сурис и др. продемонстрировали, что поверхностный заряд наночастиц кремнезема может даже влиять на удержание наночастиц in vivo , при этом положительно заряженные аминированные частицы быстро выводятся через гепатобилиарный тракт [47]. Положительно заряженные наночастицы мезопористого кремнезема с дзета-потенциалом +34,4 мВ начинали выведение из желудочно-кишечного тракта менее чем через 30 минут по сравнению с более чем 3 днями для отрицательно заряженных частиц -17,6 мВ. Было несколько сообщений, которые подтвердили экскрецию с мочой и фекалиями различных составов и размеров частиц кремнезема [39,49,50].Хуанг и его коллеги исследовали биораспределение различных наночастиц кремнезема с различным соотношением сторон с помощью ИСП-ОЭС и продемонстрировали, что могут выделяться даже более крупные наночастицы кремнезема [51]. В соответствии с другими сообщениями, большинство введенных частиц оказывалось в органах РЭС, но более длинные наностержни (~ 720 нм × 140 нм) по сравнению с более короткими наностержнями (~ 185 нм × 120 нм) показали меньшее накопление в печени и многое другое. накопление в селезенке через 2 часа, которое стабилизировалось в течение 24 часов.Через 7 дней % вводимой дозы на грамм во все органы для всех составов снизился, но все еще мог быть обнаружен в моче и фекалиях (подтверждено с помощью ТЭМ и ИСП-ОЭС). Это ясно демонстрирует экскрецию этих больших наночастиц. В целом наблюдаются различия в биораспределении частиц кремнезема разного размера, формы и функционализации поверхности. Частицы преимущественно накапливаются в печени, легких и селезенке животных, и некоторые исследователи наблюдали снижение содержания кремния в организме животных с течением времени из-за экскреции.

3.2. Toxicology

Токсикология наночастиц диоксида кремния имеет нюансы, поскольку токсикология может резко меняться в зависимости от состава частиц, их размера, формы и типа. Тем не менее, существует множество сообщений о различных составах, показывающих, что наночастицы диоксида кремния обычно хорошо переносятся при большой максимально переносимой дозе.

Лу и др. провели исследования острой токсичности многократных доз с наночастицами мезопористого кремнезема размером от 100 до 130 нм.Голым мышам вводили один раз в день в течение 10 дней дозы до 200 мг/кг. Хотя более высокие дозы не были особенно вредными для мышей, мыши, получавшие дозы более 100 мг/кг, имели более высокие уровни аспартатаминотрансферазы (АСТ), что указывает на воспаление или повреждение печени. В долгосрочном исследовании токсичности мышам два раза в неделю вводили дозу 1 мг частиц на мышь (~ 50 мг/кг) в течение двух месяцев, и у них не было выявлено аномального поведения, гистологии или гематологии [52]. Луи и др. обнаружили аналогичные результаты при эквивалентных дозах в обширном токсикологическом исследовании с наночастицами мезопористого кремнезема размером 110 нм [53].Меньшие разовые дозы частиц (ниже 500 мг/кг) очень мало влияли на химический состав сыворотки и гистологическую оценку. Однако более высокие дозы (выше 500 мг/кг) оказывали явное влияние на такие маркеры, как аланинтрансаминаза (АЛТ), АСТ и количество лейкоцитов. АЛТ и АСТ являются индикаторами здоровья печени, и внезапное повышение этих параметров свидетельствует о повреждении или воспалении печени и подтверждается гистологическим исследованием ткани, как показано на рис. Хотя в селезенке наблюдалось незначительное повреждение (1), в печени были обнаружены значительные дегенеративные некрозы и грануляции (2) при дозах 500 и 1280 мг/кг.

Гистология окрашенных гематоксилином и эозином печени и селезенки мышей после введения различных доз наночастиц мезопористого кремнезема [53]. Дозы варьировались от 0 до 1280 мг/кг: (А) ткани печени и (В) ткани селезенки. Дегенеративный некроз и микрогрануляция (красные стрелки) наблюдаются в тканях печени при дозах, превышающих 500 мг/кг. Шкала бара составляет 100 мкм.

Гемолиз – разрыв эритроцитов; цитотоксичность является мерой клеточной токсичности в ответ на материал или химическое вещество; оба свойства неоценимы при оценке биосовместимости чужеродного вещества.Поскольку многие составы наночастиц, скорее всего, будут вводиться внутривенно, крайне важно установить гемолитическую активность вводимых частиц, а также их стабильность в цельной крови. Высвобождение белков гема при гемолизе связано с почечной недостаточностью у человека [54]. Гемолитическая активность наночастиц мезопористого кремнезема и частиц аморфного коллоидного кремнезема была первоначально исследована Слоунингом и др., которые обнаружили, что мезопористые частицы обладают существенно меньшей гемолитической активностью, чем наночастицы аморфного кремнезема [55].Гемолиз измеряли с помощью УФ-видимой спектроскопии после инкубации эритроцитов кролика с частицами и измерения поглощения гемоглобина при 541 нм в супернатанте. Было высказано предположение, что повышение гемолитической активности аморфного коллоидного кремнезема может быть связано с увеличением взаимодействия между поверхностными силанольными группами и аммониевыми головными группами фосфолипидов, что способствует разрыву клеточных мембран. Лин и Хейнс исследовали гемолитическую активность и цитотоксичность нескольких многофункциональных наночастиц кремнезема [56].Непористые частицы кремнезема, синтезированные методом Штёбера, сравнивали с мезопористыми частицами. Непористые частицы имели гораздо большую гемолитическую активность (почти 100%), что согласуется с повышенным клеточным взаимодействием из-за большего количества поверхностных силанольных групп на непористых частицах; непористые и мезопористые частицы имеют сходные, но разные процессы синтеза, что приводит к различному соотношению групп Si–OH и групп Si–O–Si на поверхности материалов [12]. При обработке непористых частиц ПЭГ-силаном силанольные группы маскировались.Гемолитическая активность была снижена и не обнаруживалась ниже концентрации 600 мкг/мл. Пегилированные мезопористые частицы не проявляли гемолитической активности даже при дозах до 1000 мкг/мл. В отличие от результатов Lin et al. Ю и его коллеги исследовали токсикологию in vitro и гемолитическую активность беспористых и различных мезопористых наночастиц кремнезема [57]. Ю и др. сравнили токсические эффекты in vitro между непористыми наночастицами, мезопористыми наночастицами и мезопористыми стержнями с различным соотношением сторон. При концентрациях ниже 190 мкг/мл непористые частицы обладали большей гемолитической активностью, чем мезопористые; однако при более высоких концентрациях мезопористые частицы обладали большей гемолитической активностью, что контрастирует с описанной выше работой Slowing, Lin и Hayes. Кроме того, для мезопористых частиц увеличение соотношения размеров снижает гемолитическую активность. Никакой острой токсичности не наблюдалось ниже 100 мкг/мл in vitro ни для одной из частиц, но наблюдалась токсичность, зависящая от типа клеток.В концентрациях, превышающих 250 мкг/мл, как непористые, так и мезопористые частицы вызывали снижение жизнеспособности клеток макрофагов RAW 264.7, но не оказывали влияния на клетки рака легкого A549.

Чжан и др. сравнили токсичность наночастиц коллоидного/пиролитического диоксида кремния, традиционных наночастиц диоксида кремния Stöber [58]. Коллоидальный кремнезем подвергается термообработке при температуре от 1200 до 1400 ° C, что создает структуру, принципиально отличную от структуры частиц пористого силикагеля типа Штёбера. Как правило, частицы Штёбера были гораздо менее цитотоксичными, чем дымящиеся частицы, и приводили к меньшему гемолизу цельной крови мышей.Очень небольшая цитотоксичность или гемолиз были обнаружены при дозах частиц Штёбера 200 мкг/мл, в то время как 60% гемолиза был обнаружен при использовании коллоидного кремнезема при дозах всего 25 мкг/мл, которые проявляли нарастающую дозозависимую токсичность. Было высказано предположение, что повышенная токсичность пирогенного кремнезема связана с наличием натянутых трехчленных колец на поверхности частиц пирогенного кремнезема, которые могут образовывать гидроксильные радикалы при разрыве колец.

Митчелл и др. обнаружили, что путем легирования нанооболочек диоксида кремния железом (III) кальцинированный диоксид кремния становится биоразлагаемым в сыворотке крови человека, что потенциально может снизить долгосрочную токсичность, связанную с некоторыми нанопрепаратами на основе диоксида кремния.[59]. Частицы расщепляются хелатами металлов и, in vitro , частицы полностью разлагаются через 1 месяц в человеческой сыворотке, хранящейся при физиологической температуре. Частицы кальцинированного кремнезема, которые могут биоразлагаться, потенциально обеспечивают большую биодоступность с меньшей вероятностью дозозависимой токсичности и длительного силикоза. Легирование этих оболочек железом также увеличивало эндоцитоз нанооболочек в раковых клетках, которые сверхэкспрессируют рецепторы трансферрина, таких как различные виды рака яичников и молочной железы.Исследование конкурентного ингибирования с использованием голотрансферрина показало, что частицы подвергаются опосредованному трансферрином эндоцитозу в эпителиальных клетках рака молочной железы MDA-MB-231, хотя традиционный эндоцитоз также наблюдался из-за относительно небольшого размера (100 нм) частиц [60].

Пегилирование может значительно улучшить стабильность диоксида кремния в биологических условиях in vitro и in vivo . Лин и др. продемонстрировали после гидротермальной обработки наряду с пегилированием, что частицы кремнезема размером менее 50 нм сохраняют свой гидродинамический радиус даже после 10 дней инкубации в полных клеточных средах, тогда как необработанные частицы в тех же условиях начинали быстро агрегировать [46]. Пегилированные частицы также демонстрировали пониженное поглощение клетками макрофагов по сравнению с чистыми частицами, что предполагает возможность более длительной циркуляции и уклонения от РЭС.

В целом было продемонстрировано, что частицы диоксида кремния обладают относительно низкой токсичностью как in vitro, , так и in vivo. Токсичность in vitro обычно ограничивалась дозами ниже 200 мкг/мл, при этом наблюдалась различная степень гемолиза. Дозы in vivo хорошо переносятся для различных составов с дозами, превышающими 50–100 мг/кг.Низкая токсичность и высокая биосовместимость наночастиц кремнезема делают его потенциальным средством для применения в биомедицинской визуализации, доставке лекарств и абляционной терапии. Кроме того, биосовместимость этих частиц можно улучшить с помощью модификации поверхности, такой как пегилирование. Разработка полностью биоразлагаемых частиц предлагает многообещающие долгосрочные решения проблемы токсичности и гемолитических реакций, которые наблюдались в предыдущих исследованиях

4.

Биомедицинская визуализация

Основой современной медицинской терапии являются усовершенствованные технологии визуализации, которые позволяют получать более ранние и более точные результаты. диагностика, руководство и оценка заболеваний и методов лечения.Визуализация небольших опухолей особенно важна для диагностики рака на ранней или предраковой стадии, когда хирургические методы могут предложить лечение. Наночастицы диоксида кремния были разработаны и адаптированы во многих существующих технологиях в качестве контрастных агентов. В технологиях визуализации наночастицы диоксида кремния обычно действуют как носители или экраны для защиты вещества, дающего контраст, такого как флуорофор, перфторуглерод или суперпарамагнитный материал.

4.1. Ультразвуковая визуализация

Ультразвук является общедоступной, недорогой технологией медицинской визуализации с низким риском и используется для диагностики, прогноза и интраоперационного контроля.Были разработаны наночастицы кремнезема, которые могут повысить контрастность изображения по сравнению с существующими ультразвуковыми технологиями за счет включения перфторуглеродов в частицы; однако также было показано, что твердые и полые частицы кремнезема обнаруживаются даже с помощью неконтрастных методов визуализации [61–67]. Луи и др. показали, что систематическое введение коммерческих наночастиц твердого кремнезема размером 100 нм мышам может вызывать обнаруживаемый ультразвуковой ответ [68]. Частицы кремнезема накапливаются в печени и могут быть измерены с помощью ультразвука как увеличение значений серой шкалы в печени от 23% до 35%.Присутствие этих частиц в печени было подтверждено с помощью cyro-TEM, и они были наиболее заметны в клетках Купфера. Подобное поведение ультразвука наблюдалось in vitro Casciaro и его коллегами с фантомами из агарозы [69]. Значения амплитуды обратного рассеяния ультразвука увеличивались по мере увеличения размера частиц от 160 нм до 660 нм для частиц чистого твердого кремнезема при постоянном числе частиц.

Было показано, что при заполнении полых наночастиц кремнезема газообразным перфторпентаном наночастицы кремнезема могут демонстрировать существенный контраст при ультразвуковой визуализации [61–63].Использование полых частиц кремнезема изучалось для обнаружения опухолей и визуализации с помощью ультразвука. Например, 200 мкг (примерно 8 мг/кг) частиц размером 2 мкм и 500 нм систематически доставляли мышам с опухолью IGROV-1 и визуализировали с помощью ультразвукового секвенирования контрастных импульсов. Как видно из рисунка, частицы накапливаются в опухоли в течение часа. Используя методы выборочной фильтрации изображения, сигнал от частиц может быть дополнительно усилен, как показано на рис.

Кремнеземные оболочки размером 2 мкм вводили внутрибрюшинно мышам IGROV-1 с опухолью яичников nu/nu.Красные стрелки на всех изображениях указывают на опухоль, зеленые стрелки указывают на позвоночник мыши, а синие стрелки указывают на нижнюю часть мыши [61]: (А) патологоанатомическое исследование мыши показывает большую белую опухоль IGROV-1. массы в брюшине. (B) Контрастное импульсное секвенирование (CPS) изображения опухоли мыши, некоторый сигнал, зависящий от частиц, можно увидеть в опухолевой массе. (C) B-режим визуализации опухоли мыши. (D). Интегрированная тепловая карта контрастного сигнала, полученная при визуализации CPS, наложенная на визуализацию в B-режиме, чтобы подчеркнуть наличие кремнеземных оболочек в опухоли.

Наночастицы диоксида кремния могут использоваться в качестве долгоживущих стационарных направляющих маркеров на основе ультразвукового контраста, в отличие от существующих мягких микропузырьковых ультразвуковых контрастных веществ, которые недолговечны (~ 10 мин). Либерман и др. продемонстрировали, что наполненные газом ПФУ полые железо-кремнеземные наночастицы могут поддерживать контрастный сигнал in vivo в мышиной модели с опухолями в течение десяти дней после внутриопухолевой инъекции [64]. В этом исследовании 400 мкг нанооболочек кремнезема железа размером 500 нм вводили мышам Nu/Nu с опухолями Py8119 и визуализировали с помощью цветного допплеровского ультразвука.Как видно на , частицы хорошо удерживались, и сигнал сохранялся в течение 10 дней с линейным спадом сигнала. Опухоль определялась круглой формой на всех изображениях, и цветовой доплеровский сигнал хорошо сохранялся в этом объеме.

Долговечность визуализации внутриопухолевых нанооболочек железа и кремнезема, наполненных ПФУ [64]: (A–F) 50 мкл нанооболочек вводили непосредственно в эпителиальную опухоль молочной железы Py8119, несущую мышей nu/nu, и визуализировали с помощью цветного допплеровского ультразвука с перерывами в течение 10 дней. (G) Ширина сигнала цветового доплера была построена в зависимости от времени, чтобы показать линейное затухание сигнала в течение 10 дней.

Наибольшим преимуществом наночастиц диоксида кремния по сравнению с коммерческими липидными/полимерными составами в качестве контрастного вещества при ультразвуковой визуализации является их потенциал высокой стабильности in vivo (более медленная деградация по сравнению с липидными/полимерными составами), что может привести к эффективному длительному -термографический агент. Традиционные ультразвуковые контрастные вещества состоят из липосомальных и полимерных составов.У них короткое время жизни in vivo , что требует многократных доз или больших объемов контрастного вещества для продолжительной визуализации, превышающей несколько минут.

4.2. Магнитно-резонансная томография

Есть три основных метода, которые были исследованы для обеспечения МРТ с наночастицами кремнезема: включение (1) суперпарамагнитных наночастиц оксида железа [70–73], (2) гадолиния [74–77] или (3) ) оксид марганца [78–81].

Было много сообщений об использовании покрытых диоксидом кремния суперпарамагнитных наночастиц оксида железа (SPION) в качестве контрастного агента для Т2 МРТ.Херли и др. . охарактеризовали влияние кремнеземного покрытия и постсинтетической обработки на эффективность SPION в качестве контрастного вещества [70]. Различные покрытия из кремнезема влияют на поперечную релаксацию ( r 2 ) частиц: непористые покрытия из кремнезема по своей природе уменьшают взаимодействие воды с магнитным полем SPION, что снижает значение r 2 и, следовательно, мезопористое покрытие является предпочтительным. При постоянном количестве инкапсулированных SPIONS изменение диаметра частиц практически не влияло на эффективность визуализации частиц.Однако гидротермическая обработка частиц после синтеза уменьшала изменение поперечной релаксации в течение 30 сут. Однако гидротермическая обработка частиц позволила им лучше выжить в кислой среде, которая в противном случае могла бы растворить суперпарамагнитное ядро. Это может быть ключевой особенностью при визуализации многих видов рака, которые, как известно, обладают кислой средой.

Ким и его коллеги инкапсулировали наночастицы оксида марганца в наночастицы мезопористого кремнезема для отслеживания клеток in vivo на мышиной модели [80].Результаты согласовывались с предыдущими выводами в том, что использование мезопористой оболочки было более эффективным для достижения большей продольной релаксации ( r 1 ), чем использование плотного или непористого кремнезема из-за увеличения доступа воды к керну. Эти частицы подвергали электропорации с мезенхимальными стволовыми клетками, полученными из жировой ткани, чтобы пометить их для отслеживания клеток in vivo . Клетки трансплантировали в скорлупу мышей C15/BL6 и контролировали с помощью МРТ. Чтобы пересадить клетки в мозг мышей, делают хирургическое иссечение, чтобы получить доступ к наноинъектору, который вводит 10 5 меченых мезенхимальных стволовых клеток. После инъекции разрез заклеивают хирургическим клеем. Как видно из рисунка, мыши, которым вводили клетки, инкубированные с частицами, имели четкое яркое пятно на МРТ-срезе головного мозга, которое можно было четко визуализировать даже через 14 дней после трансплантации. Яркое пятно является результатом контраста T1, обеспечиваемого оксидом марганца внутри наночастиц кремнезема. Было высказано предположение, что этот метод может помочь в обнаружении опухоли, поскольку стволовые клетки имеют тенденцию перемещаться в места роста опухоли, и было показано, что эти стволовые клетки эффективно метятся наночастицами оксида марганца и кремнезема.

МРТ-срез мозга мыши с трансплантированными мезенхимальными стволовыми клетками, нагруженными наночастицами мезопористого кремнезема, нагруженными оксидом марганца [80]: (а) Контрольные МСК у мышей без оксида марганца не показывают сигнала на МРТ, как показано красной стрелкой. (b) Частицы кремнезема, содержащие оксид марганца, инкубированные в МСК, показывают сильный сигнал МРТ в течение 14 дней, обозначенных зеленой стрелкой.

Метод послойной сборки был использован для разработки многофункциональных люминесцентных/флуоресцентных/МРТ-активных наночастиц [74].Ядро трис(бипиридин)дихлорида рутения(II) было покрыто оболочкой из кремнезема и ковалентно связанным слоем силоксипропил-Gd-диэтилентриаминтетрауксусной кислоты (ДТТА) и различными ионно-уложенными слоями Gd-тетраазациклододекантетрауксусной кислоты (ДОТА) и полистиролсульфоната. . Люминесценция в частице была приписана ядру трис(бипиридин)дихлорида рутения(II), а флуоресценция в частице – флуоресцеину, ковалентно связанному с комплексом Gd–DOTA. Возрастающие наклоны значений релаксации оставались постоянными на основе Gd 3 + .Это нетипично для ранее опубликованных значений, когда релаксационные способности уменьшаются из-за Gd 3+ , включенного в частицы. Было высказано предположение, что, поскольку большинство комплексов Gd-хелат не были ковалентно связаны, было большее взаимодействие с водой в различных слоях, что позволяло отдельным ионам Gd 3+ работать с высокой эффективностью. Однако ковалентно связанные наночастицы мезопористого кремнезема Gd-Si-DTTA также имели измеримое усиление in vivo [76].15-20%-ная загрузка Gd-DTTA приводила к уменьшению размера пор внутри частиц с 2,4 нм до 1,0 нм, но этого было достаточно для усиления T2 in vivo в мышиной модели при дозе 31 мкмоль/моль/л. кг.

Эти частицы были модифицированы путем замены хелатора диэтилентриаминпентауксусной кислотой (DTPA), которая была привита к частицам, чтобы иметь восстанавливаемую дисульфидную связь, а также слой ПЭГ для увеличения срока службы in vivo и биосовместимости [77]. ].Расщепляемая дисульфидная связь была намеренно интегрирована в конструкцию частицы, чтобы Gd-DTPA мог высвобождаться из частиц и очищаться почечной системой. Клиренс в мочевом пузыре наблюдали in vivo в течение 15 мин после введения частиц в дозе 80 мкмоль/кг. Использование расщепляемых дисульфидных связей привело к слишком быстрому клиренсу Gd-DTPA, так что эту частицу нельзя было использовать в качестве эффективного визуализирующего агента. Также было замечено, что в пересчете на Gd пэгилирование частиц действительно увеличивало значения как поперечной, так и продольной релаксации.

4.3. Оптическая визуализация

Эти методы визуализации реже используются в диагностической визуализации из-за ограниченного проникновения света в ткани и из них, но они бесценны для характеристики взаимодействий наночастиц и путей поглощения на клеточном уровне. Можно использовать более длинные волны света и улучшить проникновение в ткани для визуализации in vivo и фотодинамической терапии. Для этих технологий визуализации частицы обычно инкапсулируют люминесцентное/флуоресцентное ядро ​​[75,82,83] или функционализируют флуоресцентными или двухфотонными красителями [84,85].

Путем инкапсулирования [Ru(bpy) 3 ]Cl 2 внутри ядра частицы вместе со слоями хелатного Gd 3 + , Reiter et al. удалось синтезировать наночастицы кремнезема, которые были как люминесцентными, так и суперпарамагнитными [82]. Поглощение частиц клетками моноцитов можно было четко увидеть с помощью конфокальной сканирующей лазерной микроскопии, но это было дополнительно подтверждено анализом FACS. Используя аналогичный метод ядро-оболочка, Оу и его коллеги синтезировали флуоресцентные частицы размером 20–30 нм со спектром флуоресцентных ядер и поверхностных оболочек из кремнезема, которые имели интенсивность флуоресценции, сравнимую с наблюдаемой в квантовых точках [83].Чтобы продемонстрировать эффективность этих частиц в качестве агентов биоимиджинга или метки, эти частицы присоединяли к иммуноглобулину Е (IgE) и инкубировали с клетками базофильного лейкоза крысы. Как видно из , меченые частицы четко прилипают к поверхности клеток, которые имеют соответствующий рецептор клеточной поверхности FcεRI. Наоборот, когда свободный IgE предварительно инкубировали с клеткой перед добавлением частиц для конкурентного ингибирования рецептора FcεRI в клетках, очень немногие частицы метили клетки.

Флуоресцентная визуализация тучных клеток базофильного лейкоза крыс, меченных наночастицами кремнезема [83]: (A) и (B) рецепторы тучных клеток, меченные IgE-функционализированными флуоресцентными наночастицами кремнезема. (C) и (D) Конкурентное ингибирование рецептора FcεRI свободным IgE предотвращает мечение наночастиц. Шкала бара составляет 10 мкм.

Slowing et al. использовали флуоресцентно меченные наночастицы мезопористого кремнезема, чтобы продемонстрировать, что частицы могут проникать в клетки, но наночастицы могут не удерживаться клетками [85].Две разные популяции клеток HUVEC инкубировали с наночастицами кремнезема, меченными одним из двух разных флуорофоров. Клетки собирали из одной группы и трансплантировали в другую группу. После трансплантации некоторые клетки имели эндоцистизированные частицы с обоими флуорофорами, что указывает на то, что некоторые клетки должны были высвободить частицы, которые они ранее эндоцитозировали, и позволить другим клеткам поглощать эти частицы.

Чтобы преодолеть некоторые недостатки флуоресцентно меченных наночастиц диоксида кремния, такие как фотообесцвечивание и ухудшение свойств поверхности, Yang et al.интегрировали небольшое количество Eu 3 + в кремнеземные оболочки, что позволило оболочкам стать фотолюминесцентными [86]. При использовании Eu(NO 3 ) 3 в процессе роста золь-гель наночастицы имели возбуждение при 415 нм и эмиссию при 620 нм, что также можно было отобразить с помощью двухфотонной микроскопии. Инкубируя эти нанооболочки Eu-SiO 2 с клетками рака шейки матки HeLa, Yang et al. продемонстрировали, что положительно заряженные нанооболочки Eu–SiO 2 , покрытые ПЭИ, имели повышенную люминесценцию на 34% в цитоплазме клеток и на 223% на периферии/мембране клеток по сравнению с контрольными клетками.Это указывало на то, что частицы хорошо прилипали к клеточной поверхности, но не проникали эффективно через клеточные стенки. Отсутствие эндоцитоза было связано с большим размером частиц (332 нм по DLS) и отсутствием нацеливающего фрагмента.

Существует большое разнообразие возможных красителей, легирующих примесей и сердцевин, используемых для люминесцентной/флуоресцентной визуализации наночастиц кремнезема, что позволяет легко проводить исследования наночастиц кремнезема in vitro и in vivo. В подавляющем большинстве случаев работа, выполненная с этим классом частиц, была направлена ​​на лучшее понимание взаимодействий наночастиц при клеточном поглощении и путей, по которым проходят частицы кремнезема, что влияет на понимание и разработку таргетинга наночастиц.

4.4. Сцинтиграфия/ПЭТ

Эти технологии визуализации основаны на распаде радиоактивных частиц, что обеспечивает очень высокую чувствительность. Предыдущие сообщения с наночастицами диоксида кремния в этой области обычно связывали хелатирующий агент с поверхностью частицы, чтобы прикрепить и удержать ион металла-радиоиндикатора [87–90]. В альтернативном подходе йод-124 ковалентно связывается с реагентом Болтона-Хантера, который затем связывается с поверхностью частицы [91].

Чен и др. разработали 64 Cu меченые мезопористые наночастицы кремнезема для визуализации ПЭТ [87].Частицы функционализировали с помощью MPTMS, чтобы получить реакционноспособную тиоловую группу для связывания малемид-ПЭГ-амин. Амин подвергали взаимодействию с п-SCN-бензол-триазациклононантриуксусной кислотой (НОТА), которая действовала как хелатирующий агент для иона 64 Cu(II). Частицы также модифицировали путем добавления нацеливающего антитела TRC105, которое нацелено на эндоглин, ангиогенный маркер опухоли. У мышей 4T1 с опухолью молочной железы накопление в опухоли и удержание целевых частиц сравнивали с частицами, которые не были мишенью, или частицами, которые были конкурентно ингибированы.Как видно из рисунка, через 5 ч в опухоли явно присутствует большее количество целевых частиц по сравнению с нецелевыми или ингибированными частицами. Иммунофлуоресцентное окрашивание на антитело TRC105 на поверхности частиц показало, что частицы прилипли к сосудистой сети опухоли.

ПЭТ/КТ и ПЭТ-визуализация мышей с опухолью 4T1 через 5 ч после введения наночастиц Cu-NOTA-мезопористого кремнезема [87]. Левое изображение содержит изображение ПЭТ/КТ, которое четко демонстрирует расположение имплантированной опухоли 4T1, также обозначенное желтым треугольником на всех изображениях. Сравнивая изображения ПЭТ, в опухоли присутствует больше целевых частиц TRC105 по сравнению с нецелевыми и ингибированными частицами.

Либерман и др. функционализировали поверхность нанооболочек железо-кремнезем и чистый кремнезем размером 500 нм с помощью 111 In-DTPA для изучения удержания и накопления нанооболочек в опухолях рака молочной железы у мышей [64]. Нанооболочки с радиоактивной меткой вводили внутривенно животным с опухолями, и у каждого животного было по две опухоли Py8119 на каждом из его задних боков.Как видно из плоскостной сцинтиграфии, в течение 72 ч как в железно-кремнеземной, так и в чистой двуокиси кремния нанооболочки сохранялись опухолями на флангах. Кроме того, данные гамма-счетчика показали, что одинаковое количество частиц сохраняется во всех опухолях на грамм опухоли. Было высказано предположение, что накопление в опухолях возникло из-за эффекта ЭПР, поскольку на частицах не проводилось никакого дополнительного нацеливания или функционализации поверхности.

Гамма-сцинитография внутривенно введенных 111 In-DTPA–Fe–SiO 2 и чистый SiO 2 нанооболочек у мышей с опухолью Py8119 [56]: (A)–(D) Гамма-сцинитография 114 In -ДТПА–Fe–SiO 2 в течение 72 ч.(E)–(H) Гамма-сцинитография 111 In-DTPA–SiO 2 в течение 72 часов.

Чтобы помочь в изучении биораспределения наночастиц диоксида кремния размером 20 нм, Kumar et al. радиоактивно меченые частицы с йодом-124, контрастным веществом для визуализации ПЭТ [91]. 124 I был связан с реагентом Болтона-Хантера, который был связан с поверхностью частицы с помощью APTES. Хотя это позволило визуализировать наночастицы с помощью ПЭТ, было высказано предположение, что эта функционализация изменила биораспределение частиц на основе сравнения флуоресцентно меченных частиц и частиц, которые были как флуоресцентно мечены, так и радиоактивно мечены.Для сравнения, частицы с радиоактивной меткой значительно увеличили накопление в селезенке.

Самым большим преимуществом использования этих методов визуализации с наночастицами диоксида кремния является высокая степень чувствительности метода визуализации относительно количества материала, необходимого для достижения контраста для приложений in vivo . Для достижения контраста требуется небольшая модификация, которая может позволить отслеживать наночастицы для других приложений, таких как абляционные технологии или доставка лекарств, без нарушения химии поверхности или биораспределения.

5. Абляционные технологии

Многие абляционные технологии уже используются во всем мире в клинической практике, такие как гамма-излучение, криоабляция, высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук (HIFU) и многие другие. Наночастицы кремнезема использовались в качестве носителей для сенсибилизирующих агентов, усиливающих агентов и агентов для наведения для абляционных технологий. Одним из преимуществ использования состава наночастиц для абляционной терапии является универсальность переноса нескольких полезных нагрузок или наличия многофункциональных частиц, позволяющих проводить как визуализацию, так и абляционную терапию. Во многих случаях наночастицы диоксида кремния, разработанные в качестве визуализирующих агентов, могут быть адаптированы для абляционной технологии, поскольку абляционная техника обычно представляет собой более энергетическую форму ранее существовавшей функции визуализации.

5.1. Фототермическая/фотодинамическая терапия

Существует множество подходов, сочетающих фототермическую терапию и составы наночастиц. Частицы с кремнеземным ядром и золотой оболочкой на поверхности использовались для фототермической терапии в ближнем ИК-диапазоне [92–95]. Донг и др.разработали гибрид Fe 3 O 4 – наночастицы диоксида кремния Au для фототермической терапии и МРТ. При взаимодействии наночастиц Fe 3 O 4 с органическим полимером и последующем добавлении меркаптопропилтриметоксисилана образуется композитная частица из диоксида кремния и железа, а поверхностные тиоловые группы позволяют затравить золотую оболочку на поверхности. Золотой корпус позволяет проводить фототермическую терапию. Это было показано in vivo на мышиной модели с опухолью, где наночастицы диоксида кремния Fe 3 O 4 – Au вводились внутрь опухоли, а температура ткани в опухоли повышалась до 60 °C в течение минуты с помощью лазерного облучения при 808 нм и 2 Вт/см 2 [96].В одном исследовании нанооболочки вводили внутриопухолево в заразные венерические опухоли у мышей SCID/j, а лазер ближнего ИК-диапазона (820 нм) применяли в течение 4–6 минут вместе с МРТ, что привело к повышению температуры на 37,4 °C ± 6,6 по сравнению с до повышения температуры на 9,1 ± 4,7 °С без нанооболочек [93]. В случае нанооболочек повышение температуры было достаточным для того, чтобы вызвать значительное необратимое повреждение опухоли, о чем свидетельствует повреждение при макроскопической патологии и гистологии.

Исследование венерической опухоли у мышей SCID/j после фототермического облучения внутриопухолевым введением Fe 3 O 4 – наночастицы диоксида кремния Au [93]: (а) Макроскопическое исследование показывает участок обесцвеченной поврежденной ткани в нижней правой области ткани. (b) На срез ткани наносили окрашивание серебром, чтобы определить расположение частиц, обведенных красным. (c) Окрашивание ткани H&E показывает, что поврежденная ткань, обведенная красным, перекрывается с расположением частиц. (d) Магнитно-резонансная тепловизия также показывает область термического повреждения, перекрывающуюся в области частиц.

Для фотодинамической терапии частицы загружаются химическим фотосенсибилизатором [84,97–99], и фотосенсибилизатор при возбуждении генерирует цитотоксические частицы, такие как свободные радикалы.Бревет и др. ковалентно связали порфириновые фотосенсибилизаторы в мезопористые частицы и продемонстрировали их жизнеспособность в качестве абляционного фотоактивирующего агента in vitro в клетках рака молочной железы MDA-MB-231 [97]. Ни одних частиц, ни монофотонного облучения в течение 1 часа было недостаточно, чтобы вызвать значительный цитотоксический ответ. Сочетание частиц и облучения вызвало 45% гибель клеток. При добавлении маннозы на поверхность частиц наблюдалась 99% гибель клеток при той же концентрации частиц и времени облучения. Эта частица может быть улучшена для исследований in vivo путем замены порфирина двухфотонно возбудимым фотосенсибилизатором, который обеспечивает более глубокое проникновение в ткани [98]. Частицы вводили в дозах 16 мг/кг мышам с опухолями HCT-116. Мыши были разделены на три группы: мыши, получавшие физиологический раствор, мыши, получавшие частицы (MSN-1, нос человека), и мыши, получавшие частицы и облучение. Было проведено три процедуры облучения при 760 нм в течение 3 минут при мощности 80 мВт для сравнения с необлученными контролями.После инъекций/лечения, как видно из рисунка, частицы с фотодинамической обработкой привели к 70% снижению массы опухоли по сравнению с солевым раствором и частицами без облучения.

Фотодинамическая терапия с двухфотонным возбуждением наночастиц мезопористого кремнезема, загруженных фотосенсибилизатором, у мышей с опухолями HCT-116 через 30 дней после лечения [98]. Верхний ряд представляет собой контрольные опухоли без лечения или частиц ( n =3). Средний ряд получил загруженные фотосенсибилизатором наночастицы мезопористого кремнезема, но без фотодинамического облучения ( n =4).Нижний ряд получил как частицы, так и облучение ( n =4). Все образцы в каждой группе показаны слева направо. Масштабные линейки 2 см.

5.2. Радионоситель/радиосенсибилизатор

Существует множество клинических методов лучевой терапии; однако суть всех этих методов заключается в том, чтобы ионизирующее излучение вызывало повреждение ДНК и клеток в фокусе, обычно в опухоли. Функция наночастиц в такой роли заключается в повышении чувствительности клеток к излучению.Это может обеспечить более короткую или более эффективную лучевую терапию, что может уменьшить побочные эффекты и кумулятивный ущерб для пациентов. Основной метод использования кремнезема для этого применения — это сосуд для перевозки материалов с высоким Z, которые действуют как фактический сенсибилизирующий агент.

Оболочки из мезопористого кремнезема были выращены поверх золотых наностержней для работы в качестве радиосенсибилизатора/усилителя дозы для рентгеновской лучевой терапии [100,101]. Хуанг и др. инкубированный диоксид кремния инкапсулировал золотые наностержни с клетками рака желудка MGC803, а затем облучали дозой 6 Гр с использованием клинического рентгеновского терапевтического инструментария [100].В то время как доза облучения оставалась постоянной при различных концентрациях частиц, увеличение дозы частиц с 0,625 мкМ до 12,5 мкМ приводило к увеличению цитотоксичности, когда жизнеспособность клеток снижалась с 90% до 40%. Было установлено, что не было никакого цитотоксического эффекта от одних частиц в дозе ниже 62,5 мкМ, что указывает на то, что частицы действуют как агент, увеличивающий дозу для рентгеновской лучевой терапии при относительно благоприятных уровнях концентрации.

Вместо того, чтобы полагаться исключительно на материалы с высоким Z, Fan et al.синтезировали частицы желточной оболочки с ядром, содержащим Yb, Y и Gd, и оболочкой из кремнезема, загруженной цисплатином в качестве агента, повышающего дозу лучевой терапии [102]. Нагруженные цисплатином частицы показали большую эффективность при облучении по сравнению с частицами, не нагруженными цисплатином. Сенсибилизирующий эффект объясняется высокой Z-компонентой частиц. Цисплатин сам по себе уже используется как химиотерапевтическое средство, а также как радиосенсибилизирующий агент в клиниках. При сравнении относительного роста объема опухоли in vivo через 16 дней после однократной дозы рентгеновского излучения 8 Гр у мышей, получавших цисплатин, наблюдался 2.6-кратное увеличение объема опухоли по сравнению с 1,8-кратным увеличением объема опухоли в нагруженных цисплатином частицах желточной оболочки.

Сяо и его коллеги использовали аналогичное металлическое ядро ​​и кремнеземную оболочку, но поверхность кремнезема также была функционализирована наночастицами CuS для комбинаторной лучевой терапии и фототермической терапии [103]. Мышам имплантировали мышиные опухоли молочной железы 4T 1 и подвергали терапии. Мыши получали некоторую комбинацию следующего: внутривенная доза частиц (CSNT), обработка в ближней инфракрасной области (MR) при 980 нм при 1.5 Вт/см 2 в течение 8 мин или рентгенолучевая терапия (ЛТ) в дозе 6 Гр в течение 5 мин. Как видно из , после однократной обработки CSNT, NIR и RT в этих дозах недостаточно для получения существенного ответа. Однако CSNT в сочетании либо с NIR, либо с RT приводит к существенному уменьшению увеличения относительного объема опухоли. Однако CSNT с обработкой как NIR, так и RT приводила к полной регрессии опухоли и сохранению выживаемости мышей, как показано на рис.

In vivo Анализ реакции опухоли молочной железы 4T1 у мышей на CSNT (редкоземельные наночастицы с оболочкой из кремнезема и CuS) в сочетании с рентгеновской лучевой терапией и облучением в ближнем ИК-диапазоне [103].Внутриопухолево вводили ~200 мкг частиц; NIR применяли при 980 нм с мощностью 1,5 Вт/см 2 ; применялась лучевая терапия в дозе 6 Гр: (а) относительный ответ объема опухоли с течением времени при лечении CSNT и/или NIR/рентгеновской лучевой терапии и (b) наблюдение за мышами из группы, которая получала CSNT+RT+NIR в течение курса или через 120 дней после лечение. Роста/рецидива опухоли не наблюдается.

Повсеместное распространение лучевой терапии в сочетании с ее проблематичными побочными эффектами создает потребность в более эффективных и менее токсичных методах лечения.Кроме того, при лучевой терапии существуют приемлемые пределы дозирования из-за нецелевого повреждения ионизирующим излучением, что ограничивает количество и частоту доз. Было продемонстрировано, что кремнеземные оболочки являются эффективными носителями для материалов с высоким Z и лекарств, которые в противном случае вызвали бы токсическую реакцию. Когда эти частицы сочетаются с лучевой терапией, можно давать меньшие и более эффективные дозы.

5.3. Сфокусированный ультразвук высокой интенсивности

Традиционный сфокусированный ультразвук высокой интенсивности (HIFU) использует конический преобразователь для фокусировки ультразвукового луча в фокальном объеме, где ультразвуковая энергия передается в виде тепловой энергии.В идеале термическое осаждение происходит только в фокальном объеме HIFU, но из-за нелинейных рассеивающих свойств ткани обычно существуют области абляции за фокальным объемом и на пути луча. Кроме того, традиционная HIFU-терапия требует длительного времени облучения и контроля температуры с помощью МРТ. Наночастицы кремнезема исследовались как средство преодоления ограничений текущих процедур HIFU.

Было несколько примеров, в которых наночастицы кремнезема использовались в качестве HIFU-сенсибилизаторов путем инкапсуляции перфторгексана (ПФГ) в мезопористые наночастицы кремнезема.В этом случае частицы эхогенны и увеличивают рассеяние ультразвука, что усиливает локальное термическое осаждение [67, 104, 105]. Обычная HIFU-терапия в настоящее время использует МРТ для мониторинга и управления тепловым осаждением HIFU. Чтобы улучшить как наведение, так и термическое осаждение, Чен и его коллеги разработали наночастицы кремнезема, функционализированные оксидом марганца PFH, которые могут действовать одновременно как контрастный агент Tl для МРТ и HIFU-сенсибилизатор [104]. Накопление частиц в опухоли измеряли с помощью МРТ после внутривенного введения частиц.В течение времени после введения увеличивалась интенсивность сигнала внутри опухоли, что подтверждало присутствие частиц. После подтверждения присутствия частиц с помощью МРТ, HIFU применяли при 150 Вт в течение 5 с, как видно из рисунка, частицы, загруженные PFH, оказывали максимальный эффект на повреждение тканей. Ван и др. использовали загруженные PFH нанооболочки Au-кремнезема, чтобы уменьшить время воздействия HIFU, необходимое для достижения термического поражения [105]. В этом исследовании 12 мг частиц Au-кремнезема размером 250 нм вводили кроликам с опухолями VX2 и позволяли им циркулировать.Через 30 мин дважды применяли HIFU при мощности 400 Вт по 2 с на каждое применение. содержит изображение печени кролика в B-режиме, и опухоль можно легко увидеть в печени в области между красными стрелками. После применения HIFU были эхогенные изменения, как видно на рисунке, где значение шкалы серого в области HIFU резко увеличилось.

Внутривенное введение заполненных PFH полых мезопористых оболочек из функционализированного MnO кремнезема кроликам с опухолями VX2 [96]. (A) Сигнал МРТ T1 в опухоли после введения наночастиц используется для определения того, когда следует вводить HIFU. (B) Ответ на HIFU при 150 Вт в течение 5 с в присутствии частиц без частиц (PBS), незагруженных частиц и частиц, загруженных PFH. Частицы акустически рассеиваются, что приводит к повышенному тепловому осаждению, которое усиливается, когда также присутствует PFH.

In vivo HIFU нагруженных PFH мезопористых частиц Au-кремнезема в опухолях VX2 в печени кроликов [105]. Частицы вводили внутривенно и оставляли для циркуляции в течение 30 минут; после этого применяли HIFU мощностью 400 Вт в течение 2 с. По сравнению с пре-HIFU (A), каждое применение HIFU ((B) и (C)) можно было наблюдать по эхогенному изменению опухоли.

Термическое повреждение не всегда легко обнаружить с помощью ультразвука, что создает необходимость одновременного проведения МРТ для мониторинга HIFU-терапии. Альтернативный подход к HIFU-терапии заключается в использовании HIFU высокой мощности и низкого рабочего цикла, так что механическое повреждение ткани наносится с минимальным термическим осаждением. Было показано, что нанооболочки из железа и кремнезема, заполненные перфторпентаном, полезны для механической абляции, которая может сократить как время, так и мощность применяемого ультразвука [106]. В этом исследовании 800 мкг (~40 мг/кг) нанооболочек вводили внутривенно мышам с опухолью Py8119; через 24 ч применяли HIFU в течение 1 мин при 3.5 МПа и 1,1 МГц. Как видно из сравнения, в фокальной зоне HIFU образуется почерневшая область, которая при общем исследовании оказалась полостью, заполненной разжиженной тканью. показывает процесс HIFU, где в фокальной зоне HIFU можно наблюдать кавитирующий пузырь. Используя строго механический HIFU и не создавая термических повреждений, можно контролировать HIFU-терапию строго с помощью ультразвука и устранить необходимость в МРТ-термометрии.

In vivo HIFU нанооболочек кремнезема, заполненных PFP, в опухолях Py8119 у мышей nu/nu: (A) B-режим представьте перед HIFU [106].(B) Пузырьковая кавитация наблюдается в фокальной зоне HIFU. (C) Черная зона присутствует в области пузырьковой кавитации, которая заполнена разжиженной тканью.

Как уже говорилось, наночастицы диоксида кремния могут значительно помочь в применении HIFU, увеличивая количество повреждений, наносимых при заданной мощности HIFU. Это может обеспечить более короткую HIFU-терапию или использование более низких настроек мощности, что может уменьшить нецелевое повреждение тканей, которое происходит при традиционной HIFU-терапии.Это увеличивает потенциал HIFU как жизнеспособного неинвазивного терапевтического подхода во многих методах лечения рака.

5.4. Магнитная гипертермия

В отличие от других абляционных подходов, гипертермия с МРТ требует использования контрастного вещества для выделения тепла. Контрастные агенты в МРТ обычно являются либо парамагнитными, либо суперпарамагнитными, которые в присутствии переменного магнитного поля (ПМП) выделяют тепло из-за гистерезисных потерь при намагничивании. В этом приложении использовались частицы кремнезема, объединяющие или инкапсулирующие частицы суперпарамагнитного оксида железа [107–109], а также перовскит марганца [110–112].

Инкапсулированные кремнеземом SPION исследуются для лечения гипертермией из-за доступности коммерческих SPION, а также одобрения FDA различных составов SPION. Использование SPION в гипертермии имеет небольшой недостаток, заключающийся в том, что температуру Кюри нелегко регулировать. Это приводит к потенциальному нецелевому нагреву гетерогенной ткани. Чтобы преодолеть этот недостаток, были исследованы частицы перовскита оксида марганца, покрытые диоксидом кремния. Они имеют настраиваемую температуру Кюри, которая ограничивает максимальную температуру частиц в AMF, чтобы не повредить ткани, не входящие в мишень [110–112].Вильянуэва и его коллеги исследовали влияние частиц перовскита кремнезема и марганца (температура Кюри ограничена 44 °C) на клеточном уровне [110]. Клетки рака шейки матки HeLa инкубировали с частицами в течение 3 часов, тщательно промывали и применяли AMF при 100 кГц и 15 мТл в течение 30 минут. Через 24 ч в ядрах клеток можно было наблюдать существенные изменения. являются контролями и не обнаруживают морфологических изменений, тогда как , демонстрируют значительное повреждение ядра, апоптоз и высвобождение прикрепившихся клеток в раствор.Это демонстрирует, что клетки, которые интернализовали частицы, могут быть достаточно повреждены без создания большого температурного градиента, как это обычно происходит при проведении терапии на основе гипертермии. Может потребоваться модификация методики in vivo из-за ограниченной максимальной температуры и высокой степени терморегуляции в организме благодаря кровотоку.

Реакция клеток In vitro HeLa на содержащие перовскит частицы кремнезема и АМФ. Все клетки окрашены Hoechst 33258 [110]: (А) контрольные клетки без частиц или АМФ, (Б) контрольные клетки с частицами и без АМФ.(C)–(F) Деформация, отслоение и гибель клеток после инкубации с частицами и воздействия АМП при 100 кГц и 15 мТл в течение 30 мин.

Ле Ренар и др. синтезировали суперпарамагнитные наночастицы кремнезема с длиной волны 900 нм, инкапсулирующие SPION, и провели гипертермическую терапию in vivo на мышах Swiss nude с колоректальным раком [108]. Болюс 84 мг микрочастиц вводили внутриопухолево и применяли AMF на частоте 141 кГц в течение 20 минут с напряженностью поля от 9 до 12 мТл. По мере увеличения напряженности поля количество жизнеспособной опухолевой ткани уменьшалось, а площади тканей, поврежденных в результате гипертермии, увеличивались.Кроме того, при использовании этих частиц мыши, получавшие однократное 20-минутное лечение при 12 мТл, имели медиану выживания 37 дней по сравнению с 12 днями без лечения. Кроме того, 45% животных выживали в течение 1 года после лечения. Ву и его коллеги также обнаружили положительные результаты при проведении гипертермии с внутриопухолевым введением магнитных наночастиц кремнезема [113]. Частицы кремнезема были синтезированы поверх ядра Fe-CaS, в результате чего было получено ядро ​​Fe-CaS размером 48 нм, частицы оболочки SiO 2 .От 300 до 500 мкл частиц с концентрацией 150 мг/мл вводили непосредственно в ксенотрансплантаты рака толстой кишки CT-26 у мышей Balb/c и проводили гипертермическую обработку в течение 20 минут с помощью AMF на частоте 750 кГц с напряженностью поля 10 Э. Объем опухоли у контрольных мышей увеличился в 3,5 раза в течение 15 дней по сравнению с почти полным уменьшением опухоли у мышей, получавших частицы. В а1 и а2 после лечения гипертермией опухоль была заменена черной рубцовой областью примерно того же размера, что и исходная опухоль, через 15 дней после лечения в результате локальной гипертермии, в то время как контрольные опухоли значительно увеличились в объеме в b1 и b2.

Гипертермия с Fe-CaS-SiO 2 наночастиц в мышах Balb/c с опухолями CT-26. Обе группы подвергались воздействию АМП в течение 20 мин при частоте 750 кГц и 10 Э [113]: (а1) исходная опухоль, инъецированная магнитными наночастицами. (а2) Через 15 дней после первоначального лечения опухолевая масса заменяется черной рубцовой областью. (b1) Исходный контроль без частиц. (b2) Контрольная мышь с быстрым увеличением объема опухоли через 15 дней.

Альтернативную стратегию использовали Ruan et al.которые вместо внутриопухолевой инъекции для доставки частиц непосредственно в опухоль сначала инкубировали аминированные частицы кремнезема, нагруженные SPION, с мезенхимальными стволовыми клетками, которые, как известно, проникают в места заживления ран и рака [114]. Мезенхимальные стволовые клетки, нагруженные частицами кремния-SPION, вводили внутривенно мышам с подкожным раком желудка. Эти мыши получали еженедельное лечение AMF при 63 кГц и 7 кА/м в течение 4 минут. У мышей, получавших лечение как частицами, так и АМФ, наблюдалось замедление прогрессирования опухоли в течение месяца.У мышей, получавших либо частицы, либо только АМФ, в течение этого периода объем опухоли увеличивался в 2–3 раза.

Преимущество этой гипертермической терапии заключается в том, что частицы по своей сути являются визуализирующим агентом для МРТ, что позволяет точно понять, какие ткани обрабатываются. Кроме того, были примеры снижения намагниченности частиц с различной степенью покрытия кремнеземом, что может помочь контролировать температуру Кюри и уменьшить нецелевое выгорание [110].А с покрытием из диоксида кремния простая синтетическая модификация, такая как аминирование, может облегчить поглощение клетками альтернативных стратегий доставки, таких как доставка мезенхимальных стволовых клеток [114].

6. Реагирующая на раздражители доставка лекарств

Наночастицы диоксида кремния являются привлекательными носителями для доставки лекарств из-за их большой и стабильной площади поверхности, стабильности in vivo и легкости модификации поверхности. Модификация поверхности кремнезема может увеличить время циркуляции in vivo , снизить токсичность и увеличить адсорбцию/загрузку лекарственного средства.Существует множество подходов с использованием твердых частиц кремнезема, которые не разлагаются быстро, для инкапсулирования лекарств для запускаемого или контролируемого высвобождения. Часто доксорубицин или различные флуорофоры используются в качестве модельных препаратов для загрузки наночастиц диоксида кремния, поскольку флуоресценция препарата упрощает их обнаружение и количественную оценку.

6.1. Внутреннее высвобождение лекарственного средства

Другие исследователи исследовали различные методы блокировки, такие как функциональное закупоривание пор в наночастицах до тех пор, пока ткане- или клеточно-специфические химические или ферментативные триггеры не отключат поры [115–117]. Чтобы создать наночастицы с очень высокой степенью удержания лекарственного средства и триггерным высвобождением, Giri et al. синтезировали наночастицы мезопористого диоксида кремния, функционализированные пропилдисульфанилпропионовой кислотой, которые были покрыты аминопропилтриэтоксисилил-SPION, которые действовали как химически расщепляемые поры [115]. Колпачки SPION имели диаметр приблизительно 10 нм и были связаны с поверхностью наночастиц мезопористого кремнезема, чтобы физически блокировать высвобождение лекарственного средства. Кепки высвобождаются за счет восстановления дисульфидной связи в функционализированных частицах внутриклеточными восстановителями.Закрытые частицы показали более чем 3-кратное уменьшение площади поверхности за счет адсорбции/десорбции N 2 до 296 м 2 г -1 , что ожидалось от непористого материала. При загрузке флуоресцеина в частицы наблюдалось отсутствие высвобождения в течение 132 часов без присутствия восстановителя in vitro , что демонстрирует потенциал строго контролируемой и специфической системы доставки лекарств. Были синтезированы наночастицы, управляемые ротаксаном, которые могут запускаться ферментами эстеразами [117, 118].Ротаксан действует как клапан, который блокирует поры, содержащие лекарства, до тех пор, пока частица не столкнется с эстеразой, обнаруженной в клеточной цитоплазме. Несмотря на относительно большой размер используемых частиц (~200 нм), Porta et al. продемонстрировали, что частицы, покрытые ротаксаном, способны проникать через ядерные мембраны клеток U20, что было связано с функционализацией частиц фолиевой кислотой [117]. С помощью анализа TUNEL было показано, что они не вызывали повреждения ДНК внутри ядер, если только частицы не были загружены цитотоксическими препаратами.

Чжао и др. синтезировали мезопористые частицы, которые были закрыты инсулином, модифицированным глюконовой кислотой, который диссоциировал в присутствии различных сахаридов с высвобождением инсулина или циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), который запускает путь в клетках поджелудочной железы для производства инсулина [119]. Для достижения этого специфического высвобождения частицы были функционализированы фенилбороновой кислотой, которая образует связи с вицинальными диолами на глюконовом инсулиновом колпачке. Однако было показано, что эта связь разрывается в присутствии соседних диолов, присутствующих в различных сахаридах.демонстрирует высвобождение модифицированного FITC инсулина, модифицированного глюконовой кислотой, в зависимости от концентрации различных сахаридов при pH 7,4. Также было продемонстрировано, что цАМФ, загруженный в частицы, может высвобождаться в зависимости от концентрации глюкозы при рН 7,4 на основании высвобождения инсулиновых колпачков, модифицированных глюконовой кислотой.

Высвобождение глюконовой кислоты-инсулина, связанной FITC, из наночастиц мезопористого кремнезема в присутствии различных сахаридов при pH 7,4 [119]. Глюконовая кислота-инсулиновый колпачок предпочтительнее чувствителен к фруктозе и глюкозе по сравнению с другими сахаридами.

Одним из методов внутреннего запуска высвобождения лекарства из наночастиц является рН. Кислая среда, запускаемая высвобождением, может быть выгодна для высокоцитотоксичных препаратов, потому что многие опухоли и эндосомы, как сообщалось, имеют кислую среду по сравнению с кровью, которая имеет pH 7,4. Fang и его коллеги синтезировали мезопористые частицы ядра Pd/Ag, которые были модифицированы APTES, дигидроксибензальдегидом и Fe 3 + для pH и фотозависимого высвобождения доксорубицина [120].APTES, дигидроксибензальдегид и Fe 3+ были связаны с частицей, чтобы координировать доксорубицин с аминогруппами и Fe 3+ , но в кислой среде эти координационные связи менее стабильны, что приводит к высвобождению доксорубицина из наночастицы. В течение 1 ч при нейтральном рН частицы высвобождали 5% загруженного лекарственного средства, а при рН 4 высвобождалось около 30% доксорубицина. Применение лазерного излучения к частицам с длиной волны 808 нм создавало фототермический эффект с ядром Pd/Ag, который приблизительно удваивал высвобождение лекарства за 1 час из-за более слабых координационных связей при более высоких температурах.

6.2. Внешнее высвобождение лекарственного средства

Другой метод контроля доставки лекарственного средства из наночастиц диоксида кремния заключается в ограничении высвобождения лекарственного средства внешним триггером, таким как световое возбуждение или AMF. Были проведены исследования наночастиц SPION ядро-кремнеземная оболочка, которые высвобождают AMF на основе лекарственного средства с использованием градиента тепла, чтобы способствовать диффузии лекарственного средства из наночастицы [121, 122]. Конг и др. нагрузили наночастицы кремнезема-SPION камптотецином и доксорубицином, а затем продемонстрировали, что AMF может вызывать высвобождение лекарственного средства путем нагревания внутри частицы.Как видно из рисунка, во время циклов, когда AMF включен, лекарство высвобождается из частицы, а в течение периода, когда AMF выключено, лекарство не высвобождается. С этими частицами также было показано, что магнитное поле можно использовать для увеличения накопления частиц в модели опухоли [121] или даже для проникновения через гематоэнцефалический барьер [122].

Внешнее высвобождение полезной нагрузки из различных наночастиц кремнезема [121]: (а) высвобождение камптотецина из ядра SPION-наночастиц кремнезема, запускаемое переменным магнитным полем.Для снятия сопротивления AMF был «включен» в течение 10 с и «выключен» в течение 5 минут. ( б ) Высвобождение доксорубицина из наночастиц ядра SPION-кремнезема, вызванное радиочастотным магнитным полем. Когда АМФ выключен, высвобождения лекарства не происходит. (c) Пульсирующее высвобождение полезной нагрузки (сафранин O) из наночастиц Au, покрытых наночастицами мезопористого кремнезема, при возбуждении лазером с длиной волны 1064 нм [123]. 5 импульсов с частотой 4,3 нс/импульс создали пакетный выпуск, который длился несколько минут, после чего можно было выпустить дополнительную полезную нагрузку с последующими импульсами.

Было несколько сообщений о фотозапускаемой доставке лекарств из наночастиц диоксида кремния [40,123].Аснар и др. частицы мезопористого кремнезема, покрытые наночастицами золота, которые могут подвергаться обратимому расщеплению под действием света с высвобождением лекарств; в качестве модельного препарата использовали гидрофильный краситель сафранин О [123]. Частицы мезопористого диоксида кремния функционализировали многоатомным спиртом, который будет реагировать с наночастицами золота, функционализированными бороновой кислотой, которая может реагировать со спиртом с образованием сложных эфиров боронатной кислоты. Плазмонный нагрев наночастиц золота использовался для расщепления связей сложного эфира бороновой кислоты и высвобождения красителя, захваченного частицей.Как видно на , удалось добиться пульсирующего выброса груза, каждая из пунктирных линий представляет активацию лазера на 1064 нм на 5 импульсов по 4,3 нс/импульс. После каждого облучения наблюдалось выделение красителя, однако через несколько минут выделение препарата прекращалось до следующего облучения частиц.

Ким и др. смогли внешне вызвать высвобождение лекарственного средства с помощью наночастиц мезопористого кремнезема, отлитых в полидиметилсилоксановую (ПДМС) пленку с помощью ультразвука [124].Наночастицы мезопористого кремнезема, нагруженные только ибупрофеном, продемонстрировали «взрывное» высвобождение лекарственного средства с немедленным высвобождением почти 50% инкапсулированного лекарственного средства, после введения в ПДМС скорость высвобождения без стимуляции стала почти такой же, как у ПДМС: сразу высвобождая около 10% полезной нагрузки лекарственного средства, но в остальном оставаясь в устойчивом состоянии. Как только ультразвук применяется к частицам, отлитым в PDMS, высвобождение лекарства происходит почти мгновенно и поддерживается на протяжении всего применения ультразвука.Импульсное высвобождение лекарственного средства было достигнуто за счет воздействия на PDMS/частиц ультразвука с небольшими приращениями, а не непрерывного воздействия.

Существует несколько техник, которые были исследованы для высвобождения лекарств извне с помощью наночастиц диоксида кремния, которые могут обеспечить высвобождение лекарств в очень специфических областях с небольшим неспецифическим высвобождением. Смысл этих технологий заключается в том, что они потенциально могут увеличить терапевтический индекс высокоцитотоксичных препаратов, позволяя их высвобождению только в интересующей области и не затрагивая ткани-мишени.

7. Заключительные замечания

За последние несколько лет исследования наночастиц диоксида кремния расширили применение и клиническую значимость, что отражает зрелость области в целом. Повышенный интерес к наночастицам диоксида кремния привел к усилению поиска и понимания биосовместимости диоксида кремния, биораспределения и токсикологии. Сообщалось, что кальцинированный диоксид кремния может быть синтезирован таким образом, чтобы он был биоразлагаемым, или его можно было вывести из организма различными путями.Как правило, наночастицы диоксида кремния хорошо переносятся, но степень переносимости зависит от состава, размера и свойств поверхности. Поскольку эти отчеты расходятся, для любой частицы в клиническом применении потребуются специальные токсикологические исследования. Однако в целом частицы диоксида кремния обладают чрезвычайно низкой токсичностью по сравнению с другими нанопрепаратами.

Наночастицы диоксида кремния обычно служат средством переноса или доставки визуализирующего или терапевтического агента и экранирования его от тела.Наночастицы диоксида кремния использовались в исследованиях на животных для визуализации контрастных агентов и сенсибилизирующих агентов для абляционной терапии. Было показано, что частицы кремнезема можно адаптировать для различных технологий визуализации, что является многообещающим для установления начального клинического присутствия. При разработке визуализирующих агентов приемлемый риск намного ниже, чем при терапевтическом лечении, потому что технология предназначена либо для помощи в диагностике, либо для прогнозирования. Однако сообщения о том, что частицы диоксида кремния очень хорошо переносятся in vivo , а относительно небольшое количество частиц, необходимых для достижения значительного улучшения контрастности изображения, дает надежду на коммерческое развитие контрастных агентов для визуализации на основе диоксида кремния.

Интерес к использованию наночастиц диоксида кремния в качестве терапевтических средств также остается высоким. Толерантность частиц кремнезема in vivo делает их очень привлекательными абляционными сенсибилизаторами, поскольку они сокращают время или мощность абляционной техники, но остаются относительно безвредными до тех пор, пока не будет применен внешний источник абляционной энергии. Кроме того, в области доставки лекарств были достигнуты успехи в разработке более интеллектуальных средств доставки лекарств, которые реагируют на раздражители, в отличие от простых средств доставки лекарств «впитывай и высвобождай».Частицы кремнезема, используемые для абляционной терапии, очень похожи на частицы кремнезема, используемые для доставки лекарств, которые требуют внешнего триггера для высвобождения лекарства. Оба подхода могут увеличить терапевтический индекс и безопасность этих методов лечения, которые, как известно, имеют существенные побочные эффекты. Однако оба подхода требуют, чтобы местоположение опухоли или пораженной ткани было известно и было доступно для внешнего источника энергии. В этом смысле частицы диоксида кремния, разработанные с химическим или ферментативным триггером для высвобождения лекарства, могут быть более выгодными.В таких случаях, как метастатическое заболевание или заболевание всего организма, когда лекарство необходимо доставлять в несколько мест, желателен носитель, который высвобождает лекарство тканеспецифическим образом. Риск этого подхода заключается в том, что в нецелевых тканях все еще могут присутствовать химические вещества или ферменты, которые могут высвобождать лекарства из частиц. Тем не менее, все эти подходы разумно разработаны для улучшения существующих методов лечения, и они могут использовать силикагель в качестве основы.

В целом, различные синтетические методы и структуры, которые могут быть получены с помощью наночастиц диоксида кремния, помогли облегчить инновации и исследования во многих биомедицинских приложениях. По мере роста интереса к этой области увеличились исследования безопасности частиц и токсикологии, так что наночастицы кремнезема могут найти биомедицинское применение для улучшения существующих технологий визуализации и терапии.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Что такое кварцевая пыль и почему она так опасна

 

Это всего лишь немного пыли, мне не повредит.

Будучи горняком, строителем или инженером по добыче нефти и газа, вы можете изо дня в день иметь дело с тяжелыми машинами и оборудованием, поэтому небольшое количество пыли может показаться пустяком.

Но строительная пыль — это гораздо больше, чем просто неприятность — она может серьезно повлиять на ваше здоровье, а некоторые виды со временем могут даже убить.

Вдыхаемая пыль кристаллического кремнезема является одним из таких убийц, и поскольку более 2 миллионов рабочих ежегодно подвергаются воздействию пыли кремнезема на рабочем месте, жизненно важно, чтобы все участники понимали риски и то, что можно сделать для предотвращения непоправимого вреда.

 

Что такое диоксид кремния?

Если говорить по-научному, то «диоксид кремния» — это химическое соединение, состоящее из атомов кремния и кислорода. Он бывает двух видов; опасные кристаллические или неопасные аморфные. И именно кристаллический кремнезем вызывает все беды.

Кристаллический кремнезем — один из самых распространенных минералов на Земле, который содержится во многих природных материалах, таких как камень, песок, камень, глина и гравий.

Эти материалы являются основными строительными блоками, используемыми для изготовления строительных и ландшафтных материалов, таких как кирпич, черепица, шифер, бетон, стекло, керамика и некоторые пластмассовые композиты.Кремнезем также присутствует во многих обычных строительных работах, таких как раскопки, добыча полезных ископаемых, разработка карьеров и прокладка туннелей.

Поэтому кремнезем широко распространен в горнодобывающей, строительной и машиностроительной отраслях по всему миру.

Оставшийся в своем материале силикагель безопасен.

При нарушении кристаллический кремнезем становится одной из самых распространенных опасностей на рабочем месте.

 

Что такое респирабельный кристаллический кремнезем (RCS)?

Респирабельный кристаллический диоксид кремния представляет собой пыль, которая выделяется из материалов, содержащих диоксид кремния, во время операций с высокой энергией, таких как пиление, резка, сверление, шлифование, измельчение, дробление или шлифование.

Эти очень мелкие частицы кристаллического кремнезема теперь выбрасываются в воздух, превращаясь в вдыхаемую пыль.

Обычные сценарии, в которых люди могут подвергаться вдыханию пыли кристаллического кремнезема, включают абразивно-струйную обработку, горные работы и земляные работы, производство цемента, стали и керамики и многое другое.

  • Воздействие кремнезема в горнодобывающей промышленности

Шахтеры часто добывают породу с высоким содержанием кремнезема из угольного пласта или окружающих пластов.Во время резки может образовываться большое количество кремнеземной пыли, которая может уноситься вентиляционным воздухом, который может переносить пыль в зоны дыхания горняков.

Узнайте больше о Howden Mine Ventilation

  • Воздействие кремнезема при производстве цемента

При работе с цементом может образовываться высокий уровень пыли, например, при опорожнении или утилизации мешков. Строгание или резка бетона также может привести к образованию большого количества пыли, которая может содержать кремнезем.

Узнайте больше о центробежных вентиляторах Howden, используемых при производстве цемента

 

Смертельная пыль

Кварцевая пыль очень мелкая, намного меньше крошечной песчинки, найденной на пляже. Именно поэтому его так легко вдохнуть.

Если вы посмотрите на точку в конце предыдущего предложения, это около 200-300 микрометров в диаметре. В то время как вдыхаемые частицы кристаллического кремнезема имеют размер всего 5 микрометров.

При вдыхании может представлять опасность для здоровья: от простого и мгновенного раздражения до изменяющих жизнь и часто опасных для жизни заболеваний легких.

 

Кристаллический диоксид кремния является обозначенным известным канцерогеном для человека , что означает, что он является определенной причиной рака у людей.

После того, как вы вдохнете его, он может проникнуть глубоко в ваши легкие и остаться там, необратимо оставляя шрамы и повреждая легочную ткань.

Вдыхание этой пыли в течение длительного периода времени может в конечном итоге привести к жизненно важным и очень серьезным заболеваниям легких, таким как эмфизема, бронхит и силикоз.А также рак легких, заболевания почек и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).

Вероятность развития этих заболеваний увеличивается с большей и большей продолжительностью воздействия.

Наибольшему риску развития этих заболеваний подвержены шахтеры, строители и инженеры-нефтяники, которые часто выполняют задачи или процессы, приводящие к выделению опасной вдыхаемой пыли кристаллического кремнезема.

ФАКТ: Приблизительно 2,3 миллиона рабочих подвергались воздействию кварцевой пыли на рабочем месте.Считается, что ежегодно более 500 строителей умирают от воздействия кварцевой пыли.

Что такое силикоз?

Силикоз — это неизлечимое и необратимое заболевание легких, возникающее в результате вдыхания пыли кремнезема, которая вызывает воспаление и рубцевание легких, вызывая одышку, кашель и со временем может стать потенциально смертельным состоянием, приводящим к смерти.

Обычная продолжительность развития силикоза при регулярном воздействии составляет от 10 до 20 лет.Но в некоторых случаях при чрезвычайно сильном воздействии кремнезема он может развиться в течение от нескольких месяцев до года.

Углубленный…
После вдыхания очень мелких частиц кремнеземной пыли они проникают глубоко в легкие, где их атакует иммунная система.

Это вызывает отек и затвердение легочной ткани, также называемое фиброзом, в результате чего легочная ткань становится необратимо рубцовой и больше не может функционировать должным образом.

Симптомы силикоза могут проявиться через годы, даже после того, как вы перестали работать с кварцевой пылью.Они необратимы и будут продолжать ухудшаться, чем дольше вы подвергаетесь воздействию.

Основными симптомами силикоза являются:

  • Постоянный кашель
  • Одышка
  • Слабость и усталость

 

Сколько пыли слишком много пыли?

Типичное воздействие диоксида кремния в строительной отрасли по закону должно быть ограничено максимальным воздействием 0,1 мг/м3, а во многих странах оно дополнительно ограничивается до 0.05 мг/м3 или всего 0,025 в некоторых штатах Канады.

Чтобы представить в контексте максимальное ежедневное воздействие кремнезема по сравнению с пенни —

 

Как можно предотвратить или контролировать образование кремнеземной пыли?

Чрезвычайно важно соблюдать должную осмотрительность для предотвращения любых опасностей для здоровья, связанных с кварцевой пылью.

И работодатели, и работники должны полностью понимать, с чем они работают и с какими рисками связаны.

В некоторых странах, включая Великобританию, работодатель несет юридическую ответственность за проведение оценки риска в случае воздействия кремнезема и за принятие эффективных мер контроля, где это необходимо.

Соблюдение действующих законов об охране здоровья и безопасности не только важно, но и спасает жизнь.

Обратите внимание, что эти законы и законодательство могут различаться в зависимости от страны, территории и штата.

Кто следит за соблюдением законов?

В Великобритании наиболее актуальным является Контроль веществ, опасных для здоровья (COSHH). В других европейских странах основным источником правовых требований является Директива о химических агентах .

Существуют и другие органы, такие как Управление по охране труда и здоровья (OSHA) и Управление по охране труда и технике безопасности (HSE), которые также составляют руководящие принципы и меры, которым необходимо следовать.

Как работодатель, вы должны сделать три ключевых вещи, чтобы уменьшить или предотвратить контакт с работниками:

  1. Оценка рисков
  2. Контроль рисков
  3. Проверить элементы управления

1.Получите доступ к рискам

Здесь работодатель должен определить любые риски и опасности, связанные с кварцевой пылью, и, в идеале, посмотреть, можно ли их устранить, заменить или, если это не удастся, ввести средства контроля для снижения любого риска.

Они должны посмотреть на каждое из следующего:

  • Сама задача или деятельность — какие материалы используются с какими инструментами
  • Сколько пыли будет образовываться
  • Кто будет разоблачен
  • Рабочая зона — находится ли она в закрытом помещении или за его пределами
  • Время работы над задачей
  • Частота выполнения задачи за период времени
  • Как будет очищаться задача


2.Контролируйте риски

Цель состоит в том, чтобы устранить или свести к минимуму образование кварцевой пыли или предотвратить ее чрезмерное вдыхание.

Для наиболее распространенных строительных работ, связанных с высоким уровнем воздействия RCS, OSHA предоставило таблицу мер контроля, которые работодатель должен полностью и должным образом применять для соблюдения установленных пределов воздействия. Таблица 1. Определенные методы контроля воздействия при работе с материалами, содержащими кристаллические соединения. Кремнезем стандарта кремнезема.

Если задачи нет в этом списке, можно реализовать ряд общих элементов управления, включая:

  • Выбирайте материалы, которые не содержат диоксид кремния или имеют низкое содержание диоксида кремния, например.использовать металлическую дробь, шлаковые продукты или песок для абразивоструйной очистки, а не песок
  • Используйте местную вытяжную вентиляцию или системы пылеудаления, которые всасывают пыль до того, как ее можно будет вдохнуть. Существуют инструменты со встроенными средствами управления вытяжкой, используемые для улавливания пыли во время работы — часто это мешки для сбора пыли
  • Влажное подавление пыли, также известное как подавление мокрой пыли — это может быть с помощью установленной водяной насадки или водяных форсунок для подавления пыли
  • Установка больших машин/автомобилей с кабинами, оснащенными эффективной системой фильтрации воздуха
  • В дополнение к другим средствам контроля используйте средства защиты органов дыхания (СИЗОД)


ФАКТ: доказано, что местная вытяжная вентиляция или влажное пылеподавление снижают запыленность до 99 % риски воздействия кристаллического кремнезема, меры контроля и способы их использования, а также любые требования по наблюдению за состоянием здоровья.

3. Проверьте элементы управления

Теперь, когда были реализованы меры по устранению, уменьшению или управлению воздействием кремнеземной пыли, их следует регулярно проверять и контролировать, чтобы убедиться в их эффективности.

Это можно сделать:

  • Мониторинг воздуха — чтобы убедиться, что уровни ниже максимальных пределов, установленных в стране или штате. Это можно сделать с помощью пылевой лампы, также известной как «луч Тиндаля»
  • .
  • Наблюдение за состоянием здоровья Использование оборудования для измерения объема и качества воздушного потока, которым дышит человек
  • Записи о тренировках Отслеживание того, кто прошел обучение, — это простой способ быть в курсе событий
  • Обслуживание оборудования и любой ремонт


Независимо от того, в какой стране, какая задача или на каком рабочем месте работодатели и работники обязаны заботиться о соблюдении и соблюдении стандартов здоровья и безопасности.

 

Вентиляторы Howden играют ключевую роль в обеспечении безопасности процессов в горнодобывающей, сталелитейной и цементной промышленности.

От перемещения материалов и сбора пыли в процессе производства цемента и стали или подачи чистого воздуха в шахты.

Узнайте все, что вам нужно знать о вентиляторах Howden


Характеристики огнестойкой гипсокартонной перегородки из плиты из силиката кальция с распределительной коробкой в ​​условиях пожара стену через однократное стандартное испытание на огнестойкость на площади 300 см × 300 см и пять стандартных испытаний на огнестойкость на площади 120 см × 120 см.Результаты показывают, что качество плит из силиката кальция играет большую роль в огнезащитной эффективности. Встроенная распределительная коробка, расположенная с обратной стороны камина, может снизить эффективность стены, особенно области над розеткой. Толщина минеральной ваты может увеличить производительность, но в ограниченной степени. Внешняя распределительная коробка может не влиять на противопожарные характеристики стены, но все же создает определенные риски для безопасности. Закладная распределительная коробка размером 101×55 мм уже могла повредить противопожарный отсек, а в реальности могут быть и более сложные ситуации, которые следует отметить и исправить.

1. Введение

Стены, установленные в противопожарных зонах, должны обладать огнезащитной эффективностью. Поскольку тенденция архитектурной инженерии направлена ​​​​на увеличение размеров и высотности, традиционные тяжелые строительные материалы и трудоемкие методы снижаются. Возьмем, к примеру, панельные стены; Система закрытия легких панелей с металлическим каркасом хорошо известна благодаря характеристикам стационарного метода строительства, сокращенному периоду, различным технологиям, легким материалам и стабильному качеству материала по сравнению с бетоном.В настоящее время проводится много исследований по вопросам производительности системы перегородок из гипсокартона с металлическими стойками. Чуанг и др. [1] предложили прямое влияние комнатной температуры на температуру поверхности испытуемого образца для испытания на огнестойкость, Хо и Цай [2] предположили, что качество материала плиты играет важную роль в показателях огнестойкости, До и др. [3] провели микроскопическое исследование теплопроводности плит из силиката кальция, Lin et al. [4] провели исследование поведения при сдвиге комбинации металлических каркасов и плит из силиката кальция, Maruyama et al.[5] провели исследование старения плит из силиката кальция и обнаружили, что прочность может снижаться со временем, Нитьядхаран и Кальянараман [6] провели исследование прочности соединения между шурупами и плитами из силиката кальция, Кольер и Бьюкенен [7] использовали метод конечных элементов для создания модели прогнозирования огнестойкости гипсокартона, а Nassif et al. [8] предложили сравнительное исследование теплопроводности гипсокартона с использованием натурных испытаний и численного моделирования. Все вышеперечисленное проводится в условиях разумной установки гипсокартона.Однако в действительности контроль качества плат может быть неудовлетворительным или качество плат, имеющихся в продаже, может не соответствовать тем, которые отправляются в лабораторию для испытаний; это фактические причины, влияющие на огнестойкость системы гипсокартона с металлическими стойками. Практический вопрос заключается в том, чтобы выяснить, могут ли устройства, выключатели или розетки на платах влиять на показатели пожарной безопасности, что также требует реальных испытаний на огнестойкость.

Это исследование отличается от ранее опубликованных исследований тем, что оно не информирует производителей о предстоящих огневых испытаниях, а вместо этого напрямую закупает имеющиеся в продаже плиты для использования в качестве испытательных образцов.Все ранее опубликованные исследования сосредоточены на теплопроводности материала плит [3] или численном моделировании гипсокартона [7, 8], которые находятся в идеальных условиях, когда плиты не повреждаются во время пожара. Фактических описаний влияния поврежденных досок на огнестойкость не было. Поэтому в этом исследовании особое внимание уделяется тому, может ли установка розеток повлиять на противопожарную защиту стен при реальном пожаре. Из предыдущих испытаний известно, что сторона плиты из силиката кальция, обращенная к огню, может лопнуть.В зависимости от состояния материала и в сочетании с установленными розетками на плате мы пытаемся узнать оставшиеся показатели огнестойкости гипсокартона в плохих условиях. Короче говоря, это исследование предназначено для понимания фактических показателей огнестойкости системы гипсокартона с металлическими стойками. Это исследование никогда ранее не проводилось, и есть надежда, что его результаты помогут разработчикам, поставщикам и правительственным учреждениям быть более бдительными в обеспечении качества брандмауэров. В этом исследовании проводится в общей сложности шесть испытаний на огнестойкость. Испытание 1 использует стандарты ISO 834-1 [9] для выполнения на испытательном образце размером 300  см (ширина) × 300  см (высота).Из испытаний 2–6 испытательные образцы, подвергшиеся огню, имеют размеры 120 см (ширина) × 120 см (высота) (розетки встроены в некоторые стены). Чтобы подчеркнуть достоверность испытаний и облегчить будущие исследования по пониманию типа и производительности печи для соответствующих исследований, в этом исследовании добавлено дополнительное описание давления, температуры и конструкции испытательной печи, поскольку Султан [10] предложил, чтобы печь размер может генерировать различные уровни лучистого тепла, оказывая влияние на результаты испытаний в разных испытательных лабораториях.

2. Детали эксперимента
2.1. Печи для огневых испытаний

В этом исследовании используются два набора испытательного оборудования, которые могут проводить испытания материалов в горизонтальном или вертикальном положении. Первая печь имеет размеры 300 см в ширину, 300 см в высоту и 240 см в глубину. Второй имеет размеры 120 см в ширину, 120 см в высоту и 120 см в глубину. Оба комплекта оборудования используют электронное зажигание, а системы управления представляют собой компьютеризированные ПИД-регуляторы температуры. Печи производятся компанией Kuo Ming Refractory Industrial Co., ООО Полноразмерная печь имеет 8 горелок, из которых только 4 включаются для испытания стенки. Внутри находятся две термопары контроля температуры, контролирующие работу 2-х горелок с левой и правой стороны. Остальные 7 термопар измеряют температуру печи, и все они вставляются сверху испытательной печи (см. рис. 1). Малая печь имеет 4 горелки, из которых только 2 включаются для проверки стенки. Внутри находятся две термопары контроля температуры, контролирующие работу 1 горелки с левой и правой стороны соответственно.Оставшиеся 2 термопары измеряют температуру печи и вставляются с двух сторон печи (см. рис. 2). Внутреннее перекрытие и стена печи покрыты керамической ватой производства Isolite Insulating Products Co. с максимальной термостойкостью при 1400°C, плотностью 240 кг/м 3 , изготовлена ​​из Al 2 O 3 35,0%, SiO 2 49,7% и ZrO 2 15,0%, толщиной 30 см и белого цвета. Дно состоит из огнеупорных кирпичей производства Kuo Ming Refractory Industrial Co., Ltd., марки С-2 с максимальной термостойкостью при 1400°C и плотностью 1140 кг/м 3 и размерами 23 см (Д) × 11,4 см (Ш) × 6,5 см (толщина). Зазоры и соединительные детали между кирпичами изолируют глиной. Внешний корпус всей печи выполнен из стальных щитов и рам. Удлинительный провод WCA-h5/0,65×2, сопротивление внешней температуре 0~200°C, внешняя поверхность окружена стекловолокном. В задней части испытательной печи имеется вентиляционное отверстие для отработанного воздуха, которое соединено с наружным дымоходом.Транспортировка испытательного образца осуществляется мостовым краном грузоподъемностью 3,5 тонны внутри завода. Регистратор данных изготовлен YOKOGAWA, при этом все сигналы оборудования сначала подключаются к регистратору данных DS 600, а затем обрабатываются и отправляются в DC 100. Наконец, регистратор данных преобразует сигналы и экспортирует их на ноутбук ASUS A55VD i5-3210 через сетевой линии, и регистратор записывает данные каждые шесть секунд. Посередине внутренней стенки печи находится Т-образная трубка, и этот конец соединен с манометром, который отправляет данные на регистратор данных DS 600.Каждая термопара внутри печи находится на расстоянии 10 см от поверхности горения испытуемого образца. Температура внутри печи измеряется термопарами типа К производства Yi-Tai System Technology Co., Ltd. Технические характеристики соответствуют CNS 5534 [11] с показателями 0,75 и выше. Провода термопар обернуты трубками из жаропрочной нержавеющей стали (калибр 16) диаметром 6,35 мм. Трубы помещены внутрь других изолированных труб из нержавеющей стали диаметром 14 мм с одним открытым концом.Передний торец с теплопроводностью выступает на 25 мм. Все термопары внутри печи были помещены в среду при температуре 1000°C на один час, чтобы повысить их чувствительность измерения температуры, а требования к точности находятся в пределах ±3%.



2.2. Образцы для испытаний

В этом исследовании использовались имеющиеся в продаже плиты из силиката кальция толщиной 9 мм (плиты из силиката кальция в испытании 1: прочность на изгиб: 125 кгс/см 2 , теплопроводность: 0.14 Вт/мК, объемный удельный вес: 0,81 г/см 3 ; плиты из силиката кальция в испытаниях 2~6: прочность на изгиб: 124 кгс/см 2 , теплопроводность: 0,13 Вт/мК, объемный удельный вес: 0,81 г/см 3 ). Он использует вертикальные закрывающие доски и саморезы для их стабилизации. Винты имеют диаметр 3,5 мм, длину 25,4 мм и расстояние между ними 250 мм. Колонны представляют собой железо с каналом CH размером 65 × 35 × 0,6 мм, верхняя и нижняя прорези представляют собой железо с каналом C размером 67 × 25 × 0.6 мм, а расстояние внутри колонны 406 мм. Используемая минеральная вата имеет толщину 50 мм и плотность 60 кг/м 3 и 100 кг/м 3 соответственно. Для встраиваемых розеток внешняя часть представляет собой панель выключателей размером 120 мм × 70 мм, а внутренняя часть представляет собой распределительную коробку размером 101×55×36 мм. Для внешних розеток внешняя часть представляет собой панель переключателей 120 мм × 70 мм, а внутренняя часть представляет собой распределительную коробку 120 × 70 × 47 мм. Все внешние панели переключателей изготовлены из АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирола), а внутренняя часть представляет собой коробку из оцинкованного железа.

ISO 834-1 [9] указывает, что слабое место испытуемого образца должно быть прямо в центре, так что мы делаем соединительный шов посередине, как показано на рисунке 3. Было проведено шесть стандартных 60-минутных испытаний на нагрев. как показано в Таблице 1. Испытание 1 представляет собой стандартное испытание полноразмерной печи размером 3 м × 3 м. Образец для испытаний представляет собой материал плиты, предоставленный поставщиком, а не купленный. Плотность огнеупорного хлопка 60 кг/м 3 . Испытание 2 проводится в небольшой высокотемпературной печи размерами 1,2 м × 1,2 м.Приобретается плита из силиката кальция плотностью огнеупорной ваты 60 кг/м 3 . Испытание 3 проводится в небольшой высокотемпературной печи размером 1,2 м × 1,2 м, с розеткой и распределительной коробкой, встроенными в заднюю часть испытуемого образца, а плотность огнеупорного хлопка составляет 60 кг/м 3 . Испытание 4 проводится в небольшой высокотемпературной печи размером 1,2 м × 1,2 м, с розеткой и распределительной коробкой, встроенными в заднюю часть испытуемого образца, а плотность огнеупорного хлопка составляет 100 кг/м 3 .Испытание 5 проводится в небольшой высокотемпературной печи размером 1,2 м × 1,2 м, с розеткой и распределительной коробкой, установленной снаружи на задней стороне испытуемого образца, а плотность огнеупорного хлопка составляет 60 кг/м 3 . Испытание 6 проводится в небольшой высокотемпературной печи размером 1,2 м × 1,2 м, с розеткой и распределительной коробкой, встроенными в переднюю часть испытуемого образца, обращенную к огню, а плотность огнеупорного хлопка составляет 60 кг/м 3 . Поскольку не существует закона, определяющего высоту размещения розетки и распределительной коробки на брандмауэре, в этом исследовании предполагается выявить самые основные повреждения.Розетка и соединительная коробка размещаются на высоте 60 см над землей, так как давление в топке снижается ближе к низу. Давление в печи увеличивается линейно с высотой образца для испытаний. Однако давление в печи ниже 50  см от дна отрицательное, поэтому розетка и распределительная коробка размещаются в положении с положительным давлением.

2,3
2.3 . Условия испытаний

Испытание 1 соответствует спецификациям ISO 834-1 [9]. Площадь возгорания испытательного образца составляет 3 м (высота) × 3 м (ширина). Зона нулевого давления находится на высоте 50  см от дна печи. Согласно ISO 834-1 [9], по высоте печи существует линейный градиент давления, и при оценке состояния давления в печи можно принять среднее значение 8 Па на метр высоты.Печь должна работать так, чтобы на высоте 50  см над условным уровнем пола устанавливалось нулевое давление, при этом давление в печи у самого верхнего края образца не должно превышать 20 Па. показано в (1), а давление в топке регистрируется компьютером каждые 6 секунд. Учтите, где : средняя стандартная температура печи (°C) и : время (мин).

В испытаниях с 2 по 6 температура нагрева соответствует стандартной кривой нагрева согласно ISO 834-1 [9].Давление в печи на высоте 50  см от дна также установлено равным нулю. Согласно ISO 834-1 [9], каждый 1 метр высоты добавляет 8 Па, поэтому в верхней части испытуемого образца давление в печи составляет 5,6 Па. Давление у распределительной коробки составляет около 0,8 Па.

2.4. Испытательные измерения

В испытании 1 8 термопар помещаются на поверхность образца вдали от огня, как показано на рис. 3. Все выполняется в соответствии с требованиями ISO 834-1 [9] для наблюдения за распределением температуры поверхность вдали от огня.Поместите термопары на поверхность образца для испытаний со 2 по 6, как показано на рисунке 4. Четыре размещаются вблизи центров четырех краев образца, одна расположена в центре стенки, одна вблизи стыка. панель коробки, одна над панелью распределительной коробки, а другая в центре минеральной ваты. Измерение температуры регистрируется компьютером каждые 6 секунд, а в процессе эксперимента делаются фотографии.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Результаты эксперимента

Время для теста 1 составляет 60 минут. Через семь минут после начала теста в зазоре между верхними правыми углами неэкспонированной поверхности вдали от правого кадра начинает появляться немного пахучий белый дым. Температура во всех точках детектирования также имеет значительный восходящий тренд и продолжает расти до 11-й минуты, затем показывает нисходящий тренд до 27-й минуты, а затем снова идет вверх до конца теста. На 27-й минуте самая высокая температура находится в левом верхнем углу в центре на уровне 73.9°С. В этот момент на поверхности, не обращенной к огню, на левой панели и в центре появляется горизонтальная трещина. На 37-й минуте горизонтальная трещина слева продолжает расширяться к центру. На 60-й минуте, когда тест заканчивается, самая высокая температура в верхнем левом углу по центру составляет 97,6°C, а самая высокая средняя температура составляет 89,5°C (см. рис. 5). Он никогда не выходит за рамки требований ISO 834-1 [9] и, следовательно, соответствует требованию огнестойкости 60 минут.


Тест 2 длится 40.5 минут. Через шесть минут после начала теста, кажется, произошел взрыв. Температура внутри центра минеральной ваты в это время также показывает четкую тенденцию к повышению, что указывает на то, что плита из силиката кальция, обращенная к огню, повреждена из-за повышения температуры. На 8-й минуте крестообразная щель, не обращенная к огню, начинает дымить. На 12-й минуте температура в центре минеральной ваты продолжает повышаться, указывая на то, что минеральная вата продолжает соприкасаться с более высокой температурой. На 39-й минуте температура в середине нагревается до 180°С (см. рис. 6).В соответствии с требованиями к огнестойкости в ISO 834-1 [9], огнестойкость считается поврежденной, если самая высокая температура на задней стороне превышает 180 °C, и, следовательно, испытуемый образец не соответствует требованиям к огнестойкости ISO 834-1 [9]. 60 минут.


Тест 3 длится 40 минут. Через шесть минут после начала теста, кажется, произошел взрыв. Температура внутри центра минеральной ваты также показывает четкую тенденцию к повышению, что указывает на то, что плита из силиката кальция, обращенная к огню, повреждена из-за повышения температуры печи.На 15-й минуте, когда температура печи составляет 750°С, температура в точке обнаружения уже выше 180°С, а затем она быстро приближается к температуре печи, указывая на то, что центр минеральной ваты полностью горит. Плита из силиката кальция, обращенная к огню, и часть минеральной ваты также сгорают, что приводит к постоянно более высокой температуре, измеренной с поверхности, не обращенной к огню. На 19-й минуте панель распределительной коробки начала плавиться, и из зазора между коробкой и платой начал выходить нагретый газ, что привело к значительному повышению измеряемой термопарой температуры верхней распределительной коробки.На 31-й минуте точка обнаружения превышает 180°C (см. рис. 7), что не соответствует требованиям к огнестойкости ISO 834-1 [9].


Тест 4 длится 43,8 минуты. Через шесть минут после начала испытания, кажется, произошел взрыв. Температура внутри огнеупорного хлопкового центра также показывает четкую тенденцию к повышению, что указывает на то, что плита из силиката кальция, обращенная к огню, могла быть повреждена из-за повышения температуры печи. На 17-й минуте температура в центре минеральной ваты уже превышает 180°C, а на 20-й минуте она быстро приближается к температуре печи, что указывает на то, что центр минеральной ваты полностью горит.Плита из силиката кальция, обращенная к огню, и часть минеральной ваты также сжигаются. На 25-й минуте начала плавиться панель распределительной коробки. На 34-й минуте температура в верхней распределительной коробке превышает 180°C (см. рис. 8), что не соответствует требованиям к огнестойкости ISO 834-1 [9].


Тест 5 длится 39 минут. Через шесть минут после начала теста, кажется, произошел взрыв. Температура внутри центра минеральной ваты также демонстрирует четкую тенденцию к повышению после 7-й минуты, что указывает на то, что плита из силиката кальция, обращенная к огню, повреждена из-за повышения температуры.После 7-й минуты крестообразная щель, не обращенная к огню, начинает дымить. На 25-й минуте распределительная коробка начала плавиться из-за жары. На 29-й минуте часть, соединенная с винтом, полностью расплавляется, а затем отваливается. В этот момент температура в распределительной коробке составляет 53,9°C, поскольку коробка уже отвалилась от печи (см. рис. 9). Температура постепенно повышается до 62,6°С, а затем постепенно снижается. Хотя это, по-видимому, соответствует требованиям ISO 834-1 [9], после расплавления распределительной коробки винты выступают и обнажаются на поверхности, не обращенной к огню, так что термопары находятся не слишком далеко от винтов, поскольку им следует.Температура шнеков, снятая на 31-й минуте, составляет 236,9°С. В этот момент все точки обнаружения на поверхности, не обращенной к огню, не превышали 180°C, но открытые винты действительно превышали 180°C (см. рис. 10) после расплавления внешней распределительной коробки. На 37-й минуте температура в среднем центре составляет более 180°C, что не соответствует требованиям ISO 834-1 [9] к 60-минутной огнестойкости.



Тест 6 длится 37,6 минут. Через шесть минут после начала теста, кажется, произошел взрыв.Температура внутри центра минеральной ваты также показывает четкую тенденцию к повышению, что указывает на то, что плита из силиката кальция, обращенная к огню, повреждена из-за повышения температуры. На 9-й минуте крестообразная щель, не обращенная к огню, начинает дымить. На 12-й минуте температура в центре минеральной ваты продолжает повышаться, указывая на то, что минеральная вата продолжает достигать более высокой температуры. На 36,8-й минуте температура в середине нагревается до 180°C (см. рис. 11), что не соответствует требованиям ISO 834-1 [9] к 60-минутным пределам огнестойкости.


3.2. Всестороннее обсуждение

Плата, используемая в тесте 1, предоставляется поставщиком. Эти материалы для плит известны как лабораторные. Хотя во время эксперимента на поверхности, обращенной к огню, есть несколько трещин, поверхность не взрывается, и при визуальном осмотре ее целостность является хорошей (см. Рисунок 12). После испытания в течение 60 минут огнестойкость соответствует требованиям ISO 834-1 [9] и пределам огнестойкости 60 мин. С 11-й по 27-ю минуту температура неуклонно снижается, что указывает на то, что внутри доски и минеральной ваты есть некоторое количество влаги, которая поглощает тепло.Затем температура на поверхности с обратной стороны начинает повышаться только после полного высыхания самого материала. Это часто происходит при тестировании брандмауэра, когда материал более последователен. Например, металлическая многослойная стена в Chuang et al. [1] показывает такое явление. Металлическая поверхность не обгорает, а слой изоляции (минеральная вата) между ними может постоянно поглощать тепло в течение некоторого времени. Только когда тепло достигает насыщения, температура на поверхности, не обращенной к огню, продолжает расти.Таким образом, при использовании коэффициента теплопроводности материала [3] и численного моделирования комбинации материалов перегородок [7, 8] для прогнозирования их соответствия определенным классам огнестойкости исходят из того обстоятельства, что поверхность доски, обращенная к огню, не взрывается. Однако, глядя на другие тесты в этом исследовании и зная, что одной теории может быть недостаточно, необходимо также учитывать постоянство свойств материала.


В тестах 2–6 используются имеющиеся в продаже плиты из силиката кальция.Утверждается, что эти доски прошли проверку на огнестойкость, но каждое испытание показывает, что на 6-й минуте поверхность, обращенная к огню, взрывается. Без защиты плиты из силиката кальция огонь в печи может напрямую повредить минеральную вату. Минеральная вата может обладать некоторой прочностью и напряжением из-за клея, добавленного во время производства, но она начинает иметь поры после повреждения клея [12]. Таким образом, тепло может проникать через минеральную вату и напрямую достигать плиты из силиката кальция, не обращенной к огню.После нагревания минеральная вата может испытать небольшое сжатие в некоторых частях (см. рис. 13), и огонь может пройти через незаполненную часть, чтобы достичь плиты из силиката кальция, не обращенной к огню, в результате чего испытательный образец не соответствует 60°. минут огнестойкости. Все плиты из силиката кальция из испытаний 2–6 взрываются на 6-й минуте. Во-первых, это означает, что эти материалы имеют одинаковый производственный процесс и формулу. Во-вторых, это означает, что температура печи повышается с нормальной скоростью, в результате чего поверхность, обращенная к огню в этих 5 испытаниях, взрывается одновременно, что полезно для последующего обсуждения.Из результатов испытаний с 2 ​​по 6 мы узнаем, что когда испытуемый образец теряет защиту на стороне, обращенной к огню, предел огнестойкости составляет в лучшем случае около 30 минут. Хотя в испытаниях со 2 по 6 используются тестовые образцы меньшего размера, предел огнестойкости составляет всего 30 минут, что указывает на то, что у более крупных кусков рама может быть согнута, а минеральная вата отвалилась, что приведет к еще меньшему пределу огнестойкости. Это может быть отражено в реальности, когда минеральная вата, не заполненная полностью, и плиты, используемые для реконструкции, не соответствующие требованиям, могут не соответствовать требованиям по огнестойкости и отсеку.Это говорит о важности качества плиты, напрямую связанной с пожарной безопасностью [2].


Плиты из силиката кальция в основном состоят из неорганического силиката и извести. Все производители используют разную формулу, и некоторые могут добавлять определенную пропорцию угольной золы вместо цемента, чтобы снизить себестоимость производства. Кроме того, плиты изготавливаются путем отверждения паром под высоким давлением, поэтому, если соотношение материалов меняется, плохой контроль среды с паром под высоким давлением может вызвать изменение прочности плит из силиката кальция, что еще больше повлияет на термостойкость во время испытания на огнестойкость.Воздействие можно наблюдать из теста 1 и других тестов. Прежде чем принимать во внимание возможные срезы поставщиков или низкое качество, мы просто хотим показать, какие могут быть обстоятельства, если плиты из силиката кальция имеют низкое качество. Это действительно может произойти на Тайване и в других местах, поэтому этому вопросу необходимо уделить особое внимание. Коммерчески доступные материалы для плит должны подвергаться проверке образцов или другим методам контроля, чтобы предотвратить несоответствие качества между теми, что есть на рынке, и теми, которые отправлены на испытания.

Это исследование предназначено для понимания реальной противопожарной эффективности стен в повседневной жизни. Например, тесты 1 и 2 показывают, что продукты, предположительно изготовленные одной и той же компанией, но в действительности содержащие разные материалы, могут иметь разницу в огнестойкости почти на 20 минут. Тесты с 3 по 6 показывают влияние сокета и распределительной коробки на брандмауэры. Судя по испытаниям огнестойкости брандмауэров, проведенным во всем мире, пока еще не было проведено ни одного испытания с установленной розеткой и распределительной коробкой.Встраивание розетки и распределительной коробки в гипсокартон требует разрушения корпуса стены, и практически неизбежен их монтаж на стену. Установленная сумма может быть больше, чем одна, и существует больше вариантов (например, для Интернета или телефонных линий), поэтому эти комбинированные проблемы действительно необходимо решить. Когда неквалифицированная плата установлена ​​с розеткой и распределительной коробкой, фактические характеристики пожара могут заставить людей беспокоиться.

Сравнивая результаты тестов 3 и 4 с тестом 2, мы видим, что встроенная распределительная коробка значительно влияет на огнестойкость тела стены.Противопожарные характеристики определяются плитами из силиката кальция с двух сторон и огнеупорным хлопком между ними. Когда плита из силиката кальция на стороне, не обращенной к огню, повреждается, образуется слабое место. Из этого места может выходить горячий воздух. Металлическая распределительная коробка (крепится к раме винтами и металлическими стержнями) устанавливается после вырезания отверстия в доске, не обращенной к огню, и между металлической коробкой и плитой из силиката кальция должны быть зазоры. Рама также может деформироваться после нагревания, увеличивая зазор, а окружающие края и место над ними могут подвергаться воздействию тепла.Хотя панели и розетки могут быть установлены снаружи распределительной коробки, они не являются негорючими материалами и, следовательно, могут расплавиться под действием горячего воздуха или сгореть (см. рис. 14 и 15).



Панель распределительной коробки в Тесте 3 начинает дымить на 8-й минуте, начинает плавиться на 19-й минуте и полностью тает, в результате чего панель падает на землю на 27-й минуте, а на 31-й в минуту температура поверхности, не обращенной к огню, превышает ограничение, установленное в ISO 834-1 [9].Показатели огнестойкости теста 2 удается поддерживать на уровне 39 минут, а у теста 3 всего 31 минута. У них разница около 8 минут; Таким образом, это показывает, что установка розетки и распределительной коробки на поверхности, обращенной в сторону от огня, может повысить региональную температуру розетки и распределительной коробки, а также пространства над ними. Тест 4 пытается увеличить плотность минеральной ваты (с 60 кг/м 3 до 100 кг/м 3 ), чтобы улучшить показатели огнестойкости при сохранении других условий постоянными.Панель распределительной коробки начинает дымить на 10-й минуте, начинает плавиться на 25-й минуте и полностью плавится на 32-й минуте. В конце концов, на 34-й минуте температура поверхности вдали от огня превышает максимально допустимую в ISO 834-1 [9]. Области с более высокой температурой в тестах 3 и 4 находятся рядом с розеткой и распределительной коробкой, а также в пространстве над ними, поэтому повреждение плиты из силиката кальция вдали от огня представляет определенный риск. Это также объясняет, что добавление плотности минеральной ваты не может значительно улучшить показатели огнестойкости.В этом исследовании делается попытка добавить еще больше плотности минеральной ваты; однако в этом типе системы гипсокартона больше нельзя добавлять минеральную вату с еще более высокой плотностью. Поскольку толщина 5 см и плотность 100 кг/м 3 считаются предельными, испытаний с еще более высокой плотностью минеральной ваты не проводится. Тест 5 должен понять влияние внешнего блока на брандмауэр. Поскольку плита из силиката кальция вдали от огня пронизана двумя винтами, общее распределение температуры становится более равномерным.Однако имеющиеся в продаже материалы для плит имеют низкое качество, поэтому они не соответствуют требованиям огнестойкости в течение 60 минут. На 37-й минуте испытания на стороне, удаленной от огня, уже превышена максимальная температура, разрешенная в ISO 834-1 [9]. В целом огнестойкость лучше, чем в испытаниях 3 и 4, но примерно такая же, как и в испытании 2. Испытание 6 предназначено для коробки, встроенной в плиту из силиката кальция, обращенную к огню. Поскольку имеющиеся в продаже доски имеют низкое качество, вся сторона взрывается на 6-й минуте; поэтому влияние встраивания распределительной коробки в противопожарную сторону не столь очевидно.Распределение температуры стороны, не обращенной к огню, аналогично испытаниям 5 и 2, без резких изменений чрезвычайно высокой температуры. Так как плита, обращенная к огню, имеет низкое качество, она все равно может взорваться даже без встроенной распределительной коробки. Поэтому, чтобы изучить, как встроить распределительную коробку в сторону, обращенную к огню, необходимо в будущем выбрать материал более высокого качества для дальнейшего тестирование.

Приведенный выше анализ показал следующее: (1) Когда поверхности воспламеняются и падают, эффективность огнезащиты снижается на 20 минут (эффективность огнезащиты составляет 40 минут) (без вставленной распределительной коробки).(2) Когда поверхности со вставленной распределительной коробкой воспламеняются и падают, эффективность огнестойкости дополнительно снижается в течение 9 минут (эффективность огнестойкости составляет 31 минуту). (3) Когда поверхности со вставленной распределительной коробкой воспламеняются и падают, а плотность минеральной ваты увеличивается с 60 кг/м 3 до 100 кг/м 3 , огнезащитная эффективность увеличивается не более чем на 3 минуты (огнезащитная эффективность составляет 34 минуты).(4)При фиксированной распределительной коробке на поверхности не воздействует пламя, огнезащитная эффективность составляет 37 мин.(5) Когда распределительная коробка, вставленная на поверхности, не подвергается воздействию пламени и горящие поверхности падают, огнезащитная эффективность составляет приблизительно 36,8 мин.

Проанализировав приведенный выше анализ, мы видим, что имеющиеся в продаже панели имеют значительно более слабые огнестойкие характеристики, а встраивание распределительной коробки в сторону от огня не только еще больше снизит огнестойкость, но и сконцентрирует слабое место в верхнем стыке. коробка. Добавление плотности минеральной ваты может помочь улучшить показатели огнестойкости, но эффективность не столь значительна.Распределительная коробка, используемая в этом исследовании, имеет размеры 101 × 55 мм и близка к 100 × 57 мм, указанным в Национальном электротехническом кодексе [13]. Хотя размеры соответствуют требованиям, в тесте могут быть риски. В реальности гипсокартон может иметь не одну распределительную коробку. Коробки могут быть установлены с двух сторон стены. Поэтому самым рискованным обстоятельством является установка нескольких ящиков по обеим сторонам стены и на верхних местах. В мире нет четких правил.На объектах с более высоким классом огнестойкости панели розеток могут быть изготовлены из металлических материалов, но центральные розетки по-прежнему изготавливаются из пластика для предотвращения проводимости. Они могут плавиться при высокой температуре и генерировать горячий воздух; поэтому встроенная розетка и распределительная коробка в брандмауэр могут значительно снизить противопожарные характеристики. В тестах со 2 по 6 используется только печь меньшего размера. Использование полноразмерного 3 м × 3 м для испытаний, безусловно, делает ситуацию еще более опасной, а предел огнестойкости еще меньше.Таким образом, только наличие хорошего контроля качества плат и отсутствие розеток и распределительных коробок может эффективно соответствовать реальным показателям огнестойкости брандмауэра. В этом исследовании бедные доски используются в качестве тестового образца, чтобы сообщить проектировщикам зданий и государственным учреждениям, чтобы они уделяли больше внимания этому вопросу.

4. Выводы

Установка встроенной распределительной коробки в гипсокартон может представлять определенный уровень риска. Коробка размером 101×55 мм уже может повредить противопожарный отсек. В реальности ящиков, установленных на стене, гораздо больше, поэтому это требует большего внимания и доработки.Выводы следующие: (1) Когда поверхности воспламеняются и падают, эффективность огнезащиты снижается на 20 минут (эффективность огнезащиты составляет 40 минут) (без вставленной распределительной коробки). (2) Когда поверхности со вставленным соединением коробка воспламеняется и падает, огнезащитная эффективность снижается в течение 9 минут (огнезащитная эффективность составляет 31 минуту). (3) Когда поверхности со вставленной распределительной коробкой воспламеняются и падают, а плотность минеральной ваты увеличивается с 60 кг /м 3 до 100 кг/м 3 , огнезащитная эффективность увеличивается не более чем на 3 мин (огнезащитная эффективность составляет 34 мин).(4) Когда распределительная коробка, закрепленная на поверхности, не подвергается воздействию пламени, огнезащитная эффективность составляет 37  мин. (5) Когда распределительная коробка, вставленная на поверхности, не подвергается воздействию пламени и пламенные поверхности падают, огнезащитная эффективность составляет приблизительно 36,8 мин.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

Благодарность

Авторы хотели бы поблагодарить лабораторию TFPT за техническую поддержку этого исследования.

Snorre Глубокий отвод воды с использованием силиката натрия — крупномасштабный межскважинный полевой пилот | SPE EOR Conference at Oil and Gas West Asia

Здесь мы сообщаем о глубинном отводе воды с использованием силиката натрия для повышения нефтеотдачи на месторождении Снорре на шельфе Норвегии. Комплексная программа квалификации показала, что начало гелеобразования можно контролировать; это было продемонстрировано в реалистичных экспериментах по заводнению керна, а также в пилотной закачке в одну скважину. В этом документе освещаются ключевые конструкции, план измерения отклика и опыт эксплуатации крупномасштабного межскважинного межскважинного пилотного проекта по закачке силиката натрия в сегмент пласта на месторождении Снорре на норвежском континентальном шельфе.Операция по закачке 113 000 м 3 предварительной промывки, 240 000 м 3 силиката натрия и 49 000 м 3 последующей промывки была выполнена с июня по октябрь 2013 года. нагнетательная скважина и нефтедобывающая платформа с расстоянием между скважинами около 2 000 м и, таким образом, улучшить охват пласта закачкой воды.

Для проведения опытно-промысловых работ челночный танкер водоизмещением 35 000 тонн был переоборудован в судно для интенсификации скважин с необходимым оборудованием для размещения большего количества людей, опреснительной установкой, накопительным и смесительным оборудованием и насосами высокого давления.Судно было подключено непосредственно к подводной скважине для нагнетания воды и закачивалось в течение 5 месяцев. Выбранная схема заключалась в том, чтобы (а) умягчить пластовую воду с помощью предварительной промывки KCl, (b) контролировать кинетику гелеобразования с использованием кислоты HCl в качестве активатора, смешанной с разбавленным раствором силиката, и (c) вытеснить раствор силиката с помощью последующей промывки KCl с последующей промывкой. закачка морской воды.

Операция опытно-промышленной закачки завершена, продолжается вытеснение силиката натрия с последующей закачкой морской воды в запланированную позицию для глубокого тампонирования.Критерии эксплуатационного успеха, доказывающие способность выполнять крупномасштабную транспортировку, смешивание и закачку силиката натрия из челночного танкера непосредственно в подводную скважину без закупоривания ствола скважины, соблюдены. Дальнейшие действия при добыче покажут, будут ли соблюдены критерии успеха глубокого тампонирования, улучшенного охвата коллектора и снижения обводненности.

LEAVE A REPLY

Ваш адрес email не будет опубликован.




Выставленная поверхность Поверхность Поверхностная поверхность Плотность огнеупорных хлопка Размер металлической гвоздики. Высота (м) × Ширина (м)

Тест 1 Нет Нет 60 кг/м 3 3.0 м × 3.0 м
Тест 2 NOTE NOTE 60 кг / м 3 1,2 м × 1,2 м
Тест 3 None Встроенный внутренний сокет 60 KG / M 3 1,2 м × 1.2 м
Тест 4 NOTE Встроенный внутренний сокет 100 кг / м 3 1,2 м × 1,2 м
тест 5 Нет Установленная внешняя розетка 60 кг/м 3 1.2 м × 1,2 м
тест 6 встроенный внутренний сокет None 60703 1,2 м × 1,2 м