航空分野での応用の可能性を秘めたナノ結晶金属合金の毒性評価

May 27, 2024

Scientific Reports volume 12、記事番号: 1523 (2022) この記事を引用

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航空分野で使用するための優れた特性を備えた新しい候補合金の開発は、この分野の主要な優先事項の 1 つです。 これに関連して、ナノ結晶 (nc) 合金は、その卓越した物理的および機械的特性などの特殊な特徴により、適切な材料とみなされます。 しかし、新しく開発された合金に関して考慮する必要があるもう 1 つの重要な点は、これらの材料が人間や他の生物に及ぼす可能性のある潜在的な毒性影響です。 この研究の目的は、標準粒径の W-Cu 粉末の混合物など、さまざまな in vitro アッセイを適用して、メカニカルアロイングによって製造された粉末状の 3 つの nc 金属合金 (WCu、WAl、TiAl) の予備毒性評価を実行することでした。比較を安定させるための実験で。 粉末懸濁液および/またはそれに由来する浸出液への直接曝露の影響は、ヒトおよび環境曝露を代表する 3 つのモデル生物 (腺癌性ヒト肺胞基底上皮細胞株 A549、酵母サッカロミセス セレビシエおよびグラム陰性細菌ビブリオ フィシェリ) で分析されました。 ）。 まとめると、得られた結果は、選択した nc 合金の潜在的な有害な影響に関する新たな洞察を提供し、毒物学的観点から、nc TiAl が、テストされたモデル生物および条件において最も安全な候補であることを示しています。

Gleiter1 によって初めて導入されたナノ結晶 (nc) 材料​​の概念は、合金の特定の場合において、ナノメートルスケールの平均粒径を示す金属を指し、この値は 100 nm 未満です。 これらの材料が示す並外れた機械的、化学的、物理的特性は科学界の注目を集めており、そのため、NC 金属は熱心な学際的研究の対象となっています 2,3,4,5,6。 これらの材料が持つ優れた特性の中でも、優れた触媒特性と熱特性、優れた強度、硬度、耐摩耗性の強化が強調されます7。これらはすべて、特定の構造特性によってもたらされます。 したがって、NC 合金の使用は、航空宇宙産業や航空産業など、これらの特殊な機能を備えた材料の応用が必要な分野に大きな影響を与える可能性があります。

ここ数年、この分野で存在する激しい競争に促されて、航空用途向けの新材料の開発がこの分野の主要な優先事項の 1 つと考えられてきました8。 したがって、この問題に対処するために広範な研究が行われ、コストを削減しながら、ハードな条件（耐摩耗性、耐腐食性、損傷耐性など）にさらされたときの挙動を改善できる材料の探索に力が注がれてきました9。 10、11。 したがって、新しい候補合金を開発するための元素の選択は、慎重に検討する必要がある重要なステップです。 これに関連して、他の従来の手順では溶解が困難または不可能な元素の組み合わせを可能にするメカニカルアロイング技術12は、新しい合金の製造に関連する方法論として優れています。 さらに、金属ナノ材料の場合、合金化により粗大化が抑制される温度範囲が大幅に拡大することが証明されており、これはこれらの材料が常に高温にさらされた場合に生じる可能性のある悪影響の 1 つです 4,13,14。 この点において、いくつかの nc 金属合金は、純粋な金属合金と比較して、高温での挙動が改善されています 15、16。

新しく開発された合金が対象分野での使用を可能にするために備えるべき優れた機械的および物理的特性に加えて、人体および環境の安全性も考慮する必要があります。 実際、生物医学や軍事（医療機器の製造、弾薬の製造など）などのさまざまな分野で広く使用されているさまざまな関連金属合金の毒性は、すでに in vitro と in vivo の両方の方法を使用して評価されています 19、20、21。 22. しかし、ここ数年の積層造形産業の台頭により、現在では金属粉末の使用がはるかに普及しています。 金属粉末はバルクの粉末よりも毒性が高くなる可能性があるため23、その劣化や分解による浸出の可能性も考慮し、その取り扱いと管理に関連して起こり得る影響に関する情報の提供が非常に重要であると考慮する必要があります。