Project

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Nanotechnology: Implications for the Wood (Preservation) Industry

English title Nanotechnology: Implications for the Wood (Preservation) Industry
Applicant Petri-Fink Alke
Number 136976
Funding scheme NRP 66 Resource Wood
Research institution Adolphe Merkle Institute Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Inorganic Chemistry
Start/End 01.02.2012 - 31.12.2016
Approved amount 470'488.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Inorganic Chemistry
Material Sciences

Keywords (4)

size distribution; nanotoxicology; ultrasmall nanoparticles; preservation

Lay Summary (German)

Lead
Nanotechnologie im Dienste der Holzkonservierung Um das Potenzial der Nanotechnologie im Holzschutz abzuschätzen, untersuchen die Forschenden in diesem Projekt systematisch, wie (in Hinblick auf Grösse und Oberfläche) klar definierte, ultrakleine Partikel auf Holz einwirken können. Zudem werden Nanotoxikologen beurteilen, inwieweit das mit Nanopartikeln behandelte Holz die menschliche Gesundheit gefährden kann.
Lay summary

Hintergrund
Im Fokus der Holzschutzforschung standen in den vergangenen Jahren umweltfreundliche Holzschutzmittel und -methoden, bei denen auch Nanomaterialien zur Anwendung kommen. Frühere Studien haben gezeigt, dass deren Wirksamkeit zum einen von der Grösse und der Einheitlichkeit der Partikel abhängt und zum anderen davon, wie gut die Nanomaterialien Zellwände durchdringen und mit den Bestandteilen des Holzes in eine Wechselbeziehung treten können. Allerdings lassen sich die Studienergebnisse nur schwer miteinander vergleichen, weil die Partikelgrössen in den untersuchten Präparaten stark variieren. Es bedarf also systematischer Untersuchungen, um das Potenzial der Nanotechnologie im Holzschutz abschätzen zu können.

Ziel
In dieser Studie untersuchen die Forschenden systematisch die Wechselwirkung zwischen den unterschiedlich grossen, definierten, ultrakleinen Partikeln und dem Holz. Ziel ist es, die Eigenschaften von neuen Nanomaterialien und deren Wirkungsweise in der Holzforschung besser zu verstehen und mögliche Umwelt- und Gesundheitsrisiken abzuschätzen. Die komplexe Fragestellung bearbeiten in diesem Projekt Experten der Partikelsynthese und -charakterisierung, der Holztechnologie, der Mikroskopie und der Nanotoxikologie.

Bedeutung
Dieses Projekt kann eine Brücke von der Grundlagenforschung hin zu einer möglichen kommerziellen Nutzung neuer, nanotechnologisch basierter Holzbehandlungen schlagen. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die bestehenden Holzschutzmethoden zu verbessern und die Entwicklung neuer Anwendungen der Nanotechnologie im wirtschaftlich bedeutenden Gebäude- und Bausektor vorantreiben.

Direct link to Lay Summary Last update: 25.01.2013

Lay Summary (French)

Lead
La nanotechnologie au service de la conservation du bois Afin d’évaluer les solutions qu’offre la nanotechnologie en matière de protection du bois, les chercheurs de ce projet examinent de manière systématique comment les particules ultrafines définies et de taille diverse peuvent agir sur le bois. Par ailleurs, une équipe d’experts en nanotoxicologie étudie les risques potentiels que pourrait présenter, pour la santé humaine, le bois traité avec des nanoparticules.
Lay summary

Contexte
Ces dernières années, la recherche en matière de protection du bois était surtout axée sur les produits et méthodes écologiques de protection du bois, en faisant notamment appel aux nanomatériaux. Certaines études antérieures ont montré que leur efficacité dépendait, d’une part, de la taille et de l’homogénéité de ces particules et, d’autre part, de la capacité des nanomatériaux à traverser les parois cellulaires et à entrer en interaction avec les composants du bois. Or, en raison de la grande diversité de tailles des particules dans les préparations examinées, il s’avère délicat de comparer les résultats des études. Des examens systématiques s’imposent donc si l’on veut évaluer les solutions potentielles qu’offre la nanotechnologie en matière de protection du bois.

But
Dans le cadre de cette étude, les chercheurs examinent systématiquement l’interaction qui s’opère entre le bois et les particules ultrafines définies et de taille diverse. L’objectif poursuivi est une meilleure compréhension des propriétés de nouveaux nanomatériaux et de leur mode d'action dans la recherche sur le bois, ceci afin d’évaluer les risques potentiels qu’ils présentent pour l’environnement et la santé humaine. L’examen de cette problématique complexe est confié à des experts dans le domaine de la synthèse et la caractérisation des particules, de la technologie du bois, de la microscopie et de la nanotoxicologie.

Portée
Ce projet peut jeter un pont entre la recherche fondamentale et les applications commerciales potentielles de nouveaux traitements du bois se basant sur la nanotechnologie. Les résultats ainsi obtenus peuvent contribuer à améliorer les méthodes existantes de protection du bois et favoriser le développement de nouvelles applications, issues de la nanotechnologie, dans le secteur économique majeur du bâtiment et de la construction.

Direct link to Lay Summary Last update: 25.01.2013

Lay Summary (English)

Lead
Nanotechnology in the service of wood preservation In order to estimate the potential of nanotechnology for wood protection, researchers in this project are systematically studying how ultra-small particles with clearly defined size and surface may affect wood. In addition, nanotoxicologists will assess to what extent wood treated with nanoparticles can be a health hazard for humans.
Lay summary

Background
In recent years, wood preservation research has focused on environmentally friendly wood protection agents and methods which include nanomaterials. Previous studies have shown that their effectiveness depends, on the one hand, on the size and uniformity of the particles and, on the other hand, on how well the nanomaterials can penetrate cell walls and enter into a reciprocal relationship with the wood components. However, the results of the studies are not easy to compare as the size of the particles in the analysed specimens varies strongly. Systematic tests are therefore needed to assess the potential of nanotechnology for wood preservation.

Aim
In this project, researchers systematically study the reciprocity between the defined, ultra-small particles of various sizes, on the one hand, and wood, on the other. The aim is to better understand the properties of new nanomaterials and their effects from the point of view of wood research and to evaluate any possible environmental and health risks. Experts from the areas of particle synthesis and characterisation, timber technology, microscopy and nanotoxi-cology will study these complex questions in the course of the project.

Significance
This project can serve as a bridge between basic research and the possible commercial use of new, nanotechnology-based wood treatments. The insights gained could contribute towards improving existing wood protection methods and accelerate the development of new nano-technology applications in the economically important sector of buildings and construction.

Direct link to Lay Summary Last update: 25.01.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
A new angle on dynamic depolarized light scattering: number-averaged size distribution of nanoparticles in focus
Geers Christoph, Rodriguez-Lorenzo Laura, Andreas Urban Dominic, Kinnear Calum, Petri-Fink Alke, Balog Sandor (2016), A new angle on dynamic depolarized light scattering: number-averaged size distribution of nanoparticles in focus, in Nanoscale, 8(34), 15813-15821.
Distribution of Silica-Coated Silver/Gold Nanostars in Soft- and Hardwood Applying SERS-Based Imaging
Geers C., Rodríguez-Lorenzo L., Placencia Peña M. I., Brodard P., Volkmer T., Rothen-Rutishauser B., Petri-Fink A. (2016), Distribution of Silica-Coated Silver/Gold Nanostars in Soft- and Hardwood Applying SERS-Based Imaging, in Langmuir, 32(1), 274-283.
Avoiding drying-artifacts in transmission electron microscopy: Characterizing the size and colloidal state of nanoparticles
Michen Benjamin, Geers Christoph, Vanhecke Dimitri, Endes Carola, Rothen-Rutishauser Barbara, Balog Sandor, Petri-Fink Alke (2015), Avoiding drying-artifacts in transmission electron microscopy: Characterizing the size and colloidal state of nanoparticles, in Scientific Reports, 5, 9793-9793.
Visualization of gold/silver nanostars in wood by surface enhanced Raman spectroscopy
Geers Christoph, Rodriguez-Lorenzo Laura, Placencia Pena Maria Inés, Brodard Pierre, Volkmer Thomas, Rothen-Ruthishauser Barbara, Petri-Fink Alke (2014), Visualization of gold/silver nanostars in wood by surface enhanced Raman spectroscopy, The International Research Group on Wood Protection, Proceedings 45th IRG Annual Meeting: St George, Utah, USA.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
University Basel Switzerland (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure
EMPA Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Barbara Rothen-Rutishauser, University Bern Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
Georg-August-Universität Göttingen Germany (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure
Bernard Grobéty, University Fribourg Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
College of Engineering and Architecture of Fribourg Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
Spiess-Urania Chemicals GmbH Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
FriMat Day Talk given at a conference Visualization of gold/silver nanostars in wood by surface enhanced Raman spectroscopy 27.06.2014 Fribourg, Switzerland Geers Christoph;
IRG45 annual meeting Talk given at a conference Visualization of gold/silver nanostars in wood by surface enhanced Raman spectroscopy 11.05.2014 St George, Utah, USA , United States of America Geers Christoph;
IRG44 annual meeting Poster Impregnation and distribution studies of model nanoparticles in wood 10.06.2013 Stockholm, Sweden Geers Christoph;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Media relations: radio, television Nanoparticules et bois Radio Fribourg Western Switzerland 2014

Awards

Title Year
Christoph Geers has just won the Ron Cockroft Award for his project "Visualization of gold/silver nanostars in wood by surface enhanced Raman spectroscopy". 2014

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
150731 Laboratory multi-scale nano-CT scanner for 3D visualization and 4D experimentation in Earth and Material Sciences 01.05.2014 R'EQUIP

Abstract

Here, we propose a systematic study using various differently sized ultrasmall inorganic nanoparticles (NP) to test their interaction with wood in general starting from the initial exposure, imaging their distribution as well as their fate and impact on the structural components of wood.
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