Kompozyty polimerowo - włókiennicze do pomiarów promieniowania wysokoenergetycznego

• Autorzy: Sąsiadek E.

Warianty tytułu

EN

Textile dosimetry for high - energy radiation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niniejsza praca doktorska dotyczy dwuwymiarowego monitorowania rozkładów dawek promieniowania jonizującego i ultrafioletowego za pomocą kompozytu na bazie podłoża włókienniczego i związków czułych na promieniowanie. Celem pracy był rozwój metody dozymetrycznej promieniowania ultrafioletowego i jonizującego oparty na dozymetrach włókienniczych, poprzez zaproponowanie składów dozymetrów i ich charakterystykę oraz sposobu optymalnego pomiaru dozymetrów i analizy wyników w 2D. Zakres przeprowadzonych prac obejmował: wyselekcjonowanie nośników włókienniczych i związków czułych na promieniowanie, opracowanie metody modyfikacji powierzchniowej wyrobów włókienniczych, ocenę wpływu stężenia składników dozymetrów na ich parametry pomiarowe, ocenę wpływu tlenu i zawartości wody na przemiany radiacyjne, zbadanie odporności układów na pranie, opracowanie systemu obrazowania dozymetrów włókienniczych i przetwarzania uzyskanych danych z obrazowania dozymetrów w 2D, opracowanie procedury zastosowania wybranych układów dozymetrycznych do pomiaru dawek promieniowania jonizującego (60Co,192 Ir). Pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego zastosowane związki aktywne zmieniały swoją barwę. Na podstawie zależności zmiany intensywności barwy w funkcji zaabsorbowanej energii promieniowania (UVA, UVB, UVC, 60Co,192 Ir), wyznaczono parametry kalibracyjne układów: zakres pomiarowy, zakres liniowej odpowiedzi na dawkę, dawkę progową oraz czułość układu. Zmiany barwy dozymetrów włókienniczych były rejestrowane za pomocą spektrofotometru odbiciowego lub poprzez skanowanie próbek. W pracy zbadano m.in.: przemiany radiacyjne związków czułych na promieniowanie, wpływ doboru podłoża tekstylnego na pomiary remisji światła, wpływ modyfikacji polimerowych i odporność dozymetrów włókienniczych na pranie. Zbadano także przydatność opracowanych układów do dwuwymiarowego pomiaru rozkładu promieniowania UV i jonizującego. Stwierdzono, że dozymetry włókiennicze do pomiarów promieniowania UV powinny zawierać: podłoże poliamidowe modyfikowane 10 g/dm3 TTC lub 10 g/dm3 NBT z 4% żelatyny. Wykazano, że dozymetry tekstylne można z powodzeniem stosować do pomiarów promieniowania jonizującego, w tym rozkładów dawki od radioaktywnych izotopów stosowanych w brachyterapii nowotworów. Dozymetr włókienniczy na bazie TTC powinien zawierać: podłoże poliamidowe zmodyfikowane 10 g/dm3 TTC, pokryte hydrożelem (7,5% żelatyny) z tBuOH (0,5 mol/dm3) i dodatkowo zapakowane próżniowo (99% próżni) w rękaw foliowy PA-PE. Układ dozymetryczny na bazie NBT powinien zawierać: podłoże poliamidowe zmodyfikowane 10g/dm3 NBT z 4% żelatyny; pokryte hydrożelem (7,5% żelatyny) z tBuOH (0,5 mol/dm3) i dodatkowo zapakowane próżniowo (99% próżni) w rękaw foliowy PA-PE.

EN

Presented PhD thesis concerns the monitoring of a two - dimensional ionizing and ultraviolet radiation dose distribution using textile - based composite and compounds that are sensitive to high - energy radiation. The aim of the study was the development and characterization of textile dosimeters for ionizing and UV radiation measurements in 2D. The scope of the work included: selection of textiles and compounds sensitive to radi ation; studies of the mechanism of radiation - induced transformations of selected compounds (2,3,5 - triphenylo - tetrazolum chloride and nitro blue tetrazolium chloride) in stationary conditions; the development of methods for surface modification of textiles; assessment of the impact of the dosimeters components’ concentration on their performance; assessment of the impact of oxygen and water content on the dosimeters; examination of the dosimeters’ resistance to washing process; a proposition of the imaging system for textile dosimeters and processing the imaging data in 2D; a procedure of application of selected dosimeters for ionizing radiation doses measurements (60 Co, 192 Ir) . Based on colour intensity changes ,as a f unction of the absorbed energy, the following calibration parameters of the elaborated dosimeters were derived: the measurement range, the range of linear do se response, threshold dose and the dose sensitivity. The dosimeters samples were measured with the aid of a reflectance spectrophotometer or a flat - bed scanner. The digital image processing allowed for analysis of radiation dose - induced changes of a selected RGB channel. This was used for derivation of the calibration characteristics. In this work the following issues were examined: radiation - induced conversion of compounds; the impact of the textiles on the measurements of light reflectance; the impact of the polymer modification and textile dosimeters resistance to washing; also the usefulness of developed systems were examined for 2D measurements of ionizing and UV radiation dose distribution. It was shown that the textile dosimeters can be used for ionizing and UV dose distribution measurements including the dose distribution from the radioactive isotopes used in brachytherapy of tumors. The results were published in international journals and patented EN 208 671 B1, 2011.

Słowa kluczowe

PL

promieniowanie wysokoenergetyczne; promieniowanie jonizujące; promieniowanie UV; dozymetry włókiennicze; związki czułe; nośniki włókiennicze

EN

high energy radiation; ionizing radiation; UV radiation; textile dosimeters; compounds sensitive; textiles

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Włókiennictwo / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 70
• Strony: 57--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 60 poz.

Twórcy

autor

Sąsiadek E.

• Wydział Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów

Bibliografia

• [1] Pościk A., Wolska A., Owczarek G.: Ocena narażenia na promieniowanie nadfioletowe z zastosowaniem indywidualnych fotochromowych dozymetrów. Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy, 2009, TZ/370/36/09/P/5.
• [2] Kovács A., Wojnárovits L., EI-Assy N. B., Afeefy H. Y., Walker M. L., McLaughlin W. L.: Alcohol solutions of triphenyl-tetrazolium chloride as high-doseradiochromicdosimeters. Radiat. Phys. Chem., 46, 1995, 1217-1225.
• [3] Kovács A., Baranyaia M., Wojnárovits L., Moussa A., Othman I., McLaughlin W.L.: Aqueous-ethanol nitro blue tetrazolium solutions for high dose dosimetry. Radiat. Phys. Chem., 55, 1999a, 799-803.
• [4] Kovács A., Baranyai M., Wojnárovits L., Slezsák I., McLaughlin W.L., Miller A., Moussa A.: Dose determination with nitro blue tetrazolium containing radiochromic dye films by measuring absorbed and reflected light. Radiat. Phys. Chem., 57, 2000, 711-716.
• [5] Puišo J., Laurikaitienė J., Adlienė D., Prosyčevas I.: Liquid Radiation Detectors Based on Nanosilver Surface Plasmon Resonance Phenomena. Radiat Prot Dosimetry, 139, 2010, 353-356.
• [6] Pruzak L.P., Sciarrone B.J.: Effects of ionizing radiation on two gelatin fractions. I. Material preparation, dosimetry and acid-basebehavior. J. Pharmaceutical Sc., 51, 1962, 1046-1050.
• [7] Cataldo F., Ursini O., Lilla E., Angelini G.: Radiation-induced crosslinking of collagengelatin into a stable hydrogel. J. Radioana. Nuc. Chem., 286, 2010, 125-131.
• [8] Kozicki M.: How domonomeric components of a polymer gel dosimeter respond to ionizing radiation: A steady-state radiolysis towards preparation of a 3D polymer gel dosimeter. Radiat. Phys. Chem., 80, 2011, 1419-1436.
• [9] Haque M.E., Dafader N.C., Akhtar F., Ahmad M.U.: Radiation dose required for the vulcanization of natural rubber latex. Radiat. Phys. Chem., 48, 1996, 505-510.
• [10] McLaughlin W.L., Desrosiers M.F.L.: Dosimetry System for Radiation Processing. Radiat. Phys. Chem., 46, 1995, 1163-1174.
• [11] Kovács A., Wojnárovits L., McLaughlin W.L., Ebrhim S.E., Miller A.: Radiation-Chemical Reaction of 2,3,5-Triphenyl-Tetrazolium Chloride in Liquid and Solid State. Radiat. Phys. Chem., 47, 1996, 83-486.
• [12] Pikaev A.K., Kriminskaya Z.K.: Radiolysis of solutions of tetrazolium salts. Russ. Chem. Rev., 67, 1998a , 671-680.
• [13] Ali Z.I., Said H.M., Ali H.E.: Effect of electron beam irradiation on the structural properties of poly (vinylalcohol) formulations with triphenyltetrazolium chloride dye (TTC). Radiat. Phys. Chem., 75, 2006, 53-60.
• [14] Cathcart R.F.: Vitamin C : thenontoxic, nonrated-limited, antioxidant free radical scavenger. Med. Hypotheses, 18, 1985, 61-77.
• [15] Bielski B.H.J., Shiue G.G., Bajuk S.: Reduction of nitro blue tetrazolium by CO2 – and O2 - radicals. J. Phys. Chem., 84, 1980, 830-833.
• [16] Kovács A., Wojnárovits L., Baranyai M., Moussa A., Othman I., McLaughlin W.L.: Radiolytic reactions of nitro blue tetrazolium under oxidative and reductive conditions: a pulse radiolysis study . Radiat. Phys. Chem., 55, 1999b, 795 - 798.
• [17] Pikaev A. K., Kriminskaya Z. K.: Use of Tetrazolium Salts in Dosimetry of Ionising Radiation . Radiat. Phys. Chem., 52, 1998b, 555 - 561.
• [18] Mills A., Grosshans P., McFarlane M.: UV dosimeters based on neotetrazolium chloride . J. Photochem. Photobiol. Chem., 201, 2009, 136 - 141.
• [19] Ebraheem S., Beshir W. B., Kovacs A., Wojnarovits L., McLaughlin W. L.: A new spectrophotometric readout for the alanine - triphenyl tetrazolium chloride system f or high - dose dosimetry . Radiat. Phys. Chem., 55, 1999 , 785 - 787.
• [20] Ebraheem S., Abdel - Fattah A.A., Said F.I., Ali Z. I.: Polymer - based triphenyl tetrazolium chloride films for ultraviolet radiation monitoring . Radiat. P hys. Chem., 57, 2000, 195 - 202.
• [21] Wzorek Z. , Konopka M.: Nanosrebro – nowy środek bakteriobójczy . Czasopismo Techniczne z. 1 - Ch., Politechnika Krakowska, Kraków, 2007.
• [22] Tien D. - C., Tseng K. - H., Liao C. - Y., Huang J. - C., Tsung T. - T. : Discovery of ionic silver in silver nanoparticle suspension fabricated by arc discharge method . Journal of Alloys and Compounds, 463, 2008, 408 - 411.
• [23] Rai M., Yadav A., Gade A.: Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials . Biotechnology Advances, 27, 2009, 76 - 83.
• [24] Xu J., Han X., Liu H., Hu Y.: Synthesis and optical properties of silver nanoparticles stabilized by gemini surfactant . Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 273, 2006, 179 - 183.
• [25] Zhang W., Qiao X., Chen J.: Synthesis of silver nanoparticles – Effects of concerned parameters in water/oil microemulsion . Mater. Sci. Eng., 142, 2007, 1 - 15.
• [26] Chen D., Q iao X., Qiu X., Chen J.: Synthesis and electrical properties of uniform silver nanoparticles for electronic applications . J. Mater. Sci., 44, 2009, 1076 - 1081.
• [27] Pai S., Das J.F., Lam K.L., LoSasso T. J., Olch A.J., Palta J.R., Reinstein L. E., Ritt D., Wilcox E. E.: Radiographic film for megavoltage beam dosimetry . Med. Phys., 34, 2007, 2228 - 2258.
• [28] Schwob N., Orion I.: Film dosimetry calibration method for pulsed - dose - rate brachytherapy with an 192Ir source . Med. Phys., 34, 2007, 1678 - 1683.
• [29] Funaro M., Di Ba rtolomeo A., Pelosi P., Sublimi - Saponetti M., Proto A.: Dosimeter based on silver - nanoparticle precursors for medical applications with linear response over a wide dynamic range . M icro & Nano Lett., 6, 2 011, 759 - 762.
• [30] Panigrahi S., Kundu S ., Ghosh S. K., Nath S., Pal T.: General method of synthesis for metal nanoparticles . JNR, 6, 2004, 411 - 414.
• [31] Panyala N. R., Peña - Méndez E. M., Havel J.: Silver or silver nanoparticles: a hazardous threat t o environment and human health? J. Appl. Biomed., 6, 2008, 117 - 129.
• [32] Song J.Y., Kim B. S.: Rapid biological synthesis of silver nanoparticles using plant leaf extracts . Bioprocess Biosyst. Eng., 32, 2009, 79 - 84.
• [33] Ghosh S. K., Kundu S., Mandal M., Nath S., Pal T.: Studies on the evolution of silver nanoparticles in micelle by UV - photoactivation . Journal of Nanoparticle Research, 5, 2003, 577 - 587.
• [34] Nath N., Chilkoti A.: Label Free Colorimetric Biosensing Using Nanoparticles . Journal of Fluorescence, 14, 2004, 377 - 389.
• [35] Gajbhiye M., Kesharwan i J., Ingle A., Gade A., Rai M.: Fungus - mediated synthesis of silver nanoparticles and their activity against pathogeni c fungi in combination with fluconazole . Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 5, 2009, 382 - 386.
• [36] Amal K. M., Sanjuk ta M., Sumana S., Sudebi M.: Synthesis of Ecofriendly Silver Nanoparticle from Plant Latexused as an Important Taxonomic Tool for Phylogenetic Interrelationship . Adv. Biores., 2, 2011, 122 - 133.
• [37] Mohanty J., Palit D.K., Shastri L.V., Sapre A. V.: Pulsed laser excitation of phosphate stabilised silver nanoparticles . Proc. Indian Acad. Sc. Chem. Sci., 112, 2000, 63 - 72.
• [38] Abid J.P., Wark A.W., Brevet P.F., Girault H. H.: Preparation of silver nanoparticles in solution from silver salt by laser irradiation . Chem. Commun., 7, 2002, 792 - 793.
• [39] Kozicki M . , Sąsiadek E., Kołodziejczyk M., Komasa J., Adamus A., Maniukiewicz W., Pawlaczyk A., Szynkowska M., Rogowski J., Rybicki E.: Facile and durable antimicrobial finishing of cotton textiles using a silver salt and UV light . Carbohydr. Polym., 91, 2013, 115 - 127.
• [40] Henglein A.: Small - Particle Research: Physicochemical Properties of Extremely Small Colloidal Metal and Semiconductor Particles . Chem. Rev., 89, 1989, 1861 - 1873.
• [41] Yang L., Shen Y., Xie A., Zhang B.: Facile Size - Controlled Synthesis of Silver Nanoparticles in UV Irradiated Tungstosilicate Acid Solution . J. Phys. Chem., 111, 2007, 5300 - 5308.
• [42] Sha rma V.K., Yngard R. A., Lin Y.: Silver nanoparticles: Green synthesis and their antimicrobial activities Adv . J. Colloid Interface Sci., 145, 2009, 83 - 90.
• [43] Temgire M.K., Joshi S. S.: Optical and structural studies of silver nanoparticles. Radiat . Phys. Chem., 71, 2004, 1039 - 1044 .
• [44] Lee P. C., Meisel D.: Adsorption and Surface - Enhanced Raman of Dyes on Silver and Gold Sols . J. Phys. Chem. , 86, 1982, 3391 - 3395.
• [45] Kassaee M. Z., Akhavan A., Sheikh N., Beteshobabrud R.: γ - Ray synthesis of starch - stabilised silver nanoparticles . Radiat. Phys. Chem., 77, 2008, 1074 - 1078.
• [46] Sondi I., Salope - Sondi B.: Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a cas e study on E. coli as a model for Gram - negative bacteria . J. Colloid Interface Sci., 275, 2004, 177 - 182.
• [47] Chen X., Schluesener H. J.: Nanosilver: A nanoproduct in medical application . Toxicol. Lett., 176, 2008, 1 - 12.
• [48] Poon V.K. M., Burd A.: In vitro cytotoxity of silver: implication for clinical wound care . Burns, 30, 2004 , 140 - 147.
• [49] Soto K., Garza K.M., Murr L. E.: Cytotoxic effects of aggregated nanomaterials . Acta Biomaterialia, 3, 2007, 351 - 358.
• [50] Kozicki M., Sąsiadek E.: Textile UV detector with 2,3,5 - tripheny ltetrazolium chloride as an active compound . Radiat. Meas., 46, 2011a, 510 – 526.
• [51] Kozicki M., Sąsiadek E.: UV dosimeter based on polyamide woven fabric and nitro blue tetrazolium chloride as an active compound . Radiat. Meas., 46, 2011b, 1123 - 1137.
• [52] Kozicki M. , Sąsiadek E .: UV - assisted screen - printing of flat textiles . Color. Tech., 128, 2012a, 251 - 260.
• [53] Kozicki M., Sąsiadek E.: Polyamide woven fabrics with 2,3,5 - triphenyltetrazoluim chloride or nitro blue tetrazolium as 2D ionizing radiation dosimeters . Radiat. Meas., 47, 2012b, 614 - 621.
• [54] Sąsiadek E., Andrzejczak R., Kozicki M.: The importance of fabric structure in the construction of 2D textile radiation dosimeters . Radiat. Meas., 47, 2012, 662 - 627.
• [55] Kozicki M., Sąsiadek E.: Scanning of flat textile - based radiation dosimeters: influence of parameters on quality of results . Radiat . Meas . , 58, 2013, 87 - 93.
• [56] Sąsiadek E.: Kompozyty polimerowo - włókiennicze do dozymetrii promieniowania wysokoenergetycznego . Praca doktorska pod kierunkiem dr hab. i nż. Marka Kozickiego, Politechnika Łódzka, Łódź, 2013.
• [57] Stempień Z., Tokarska M., Gniotek K.: UV adiation measurement system for UV curing of fluids disposed on textiles . Fibres Text. East. Eur., 78 , 2010a , 59 - 62.
• [58] Stempień Z., Tokarska M., Gniotek K.: Laboratory stand for optimization of UV curing of fluids disposed on textiles . Fibres Text. East. Eur., 79, 2010b, 65 - 69.
• [59] Rybicki E., Matyjas - Zgondek E., Bacciarelli A., Kozicki M., Nossent K., Pawlaczyk A. i in.: Antibacterial finishing of flat textiles by ink - jet printing . In Proceedings of 26th International Conference on Digital Printing Technologies, NIP26 and 6th International Conference on Digital Fabrication Austin, USA, September 19 - 23, 2010.
• [60] Matyjas - Zgondek E., Bacciarell i A., Rybicki E., Szynkowska M. I., Kołodziejczyk M.: Antibacterial properties of silver - finished textiles . Fibres and Textiles in Eastern Europe , 16, 2008, 101 – 107.