سونو التوليف من نانو هيدروكسيباتيت

هيدروكسيباتيت (HA أو HAp) هو سيراميك نشط بيولوجيا يتردد عليه كثيرا للأغراض الطبية بسبب تركيبته المشابهة لمواد العظام. التوليف بمساعدة الموجات فوق الصوتية (توليف سونو) من هيدروكسيباتيت هو تقنية ناجحة لإنتاج HAp نانوي البنية بأعلى معايير الجودة. يسمح المسار بالموجات فوق الصوتية بإنتاج HAp البلوري النانوي وكذلك الجسيمات المعدلة ، مثل الكرات النانوية ذات القشرة الأساسية ، والمركبات.

هيدروكسيباتيت: معدن متعدد الاستخدامات

هيدروكسيلاباتيت أو هيدروكسيباتيت (HAp ، أيضا HA) هو شكل معدني طبيعي من أباتيت الكالسيوم مع الصيغة Ca5(ص.ب4)3(أوه). للدلالة على أن خلية الوحدة البلورية تتكون من كيانين ، وعادة ما تكتب Ca10(ص.ب4)6(أوه)2. هيدروكسيلاباتيت هو العضو النهائي للهيدروكسيل في مجموعة الأباتيت المعقدة. يمكن استبدال أيون OH- بالفلورايد أو الكلوريد أو الكربونات ، مما ينتج عنه فلوراباتيت أو كلوراباتيت. يتبلور في نظام الكريستال السداسي. يعرف HAp باسم مادة العظام حيث أن ما يصل إلى 50٪ من العظام هو شكل معدل من هيدروكسيباتيت.
في الطب ، تعتبر HAp المسامية ذات البنية النانوية مادة مثيرة للاهتمام لتطبيق العظام الاصطناعية. نظرا لتوافقه الحيوي الجيد في ملامسة العظام وتركيبته الكيميائية المماثلة لمواد العظام ، فقد وجد سيراميك HAp المسامي استخداما هائلا في التطبيقات الطبية الحيوية بما في ذلك تجديد أنسجة العظام وتكاثر الخلايا وتوصيل الأدوية.
"في هندسة أنسجة العظام ، تم تطبيقه كمواد حشو لعيوب العظام وتكبيرها ، ومواد ترقيع العظام الاصطناعية ، وجراحة مراجعة الأطراف الاصطناعية. تؤدي مساحة سطحه العالية إلى توصيل عظمي ممتاز وقابلية امتصاص توفر نموا سريعا للعظام. [سويبان وآخرون 2007] لذلك ، يتم طلاء العديد من الغرسات الحديثة بهيدروكسيلاباتيت.
تطبيق واعد آخر لهيدروكسيلاباتيت الجريزوفولفين هو استخدامه ك “بناء العظام” مكمل مع امتصاص متفوق بالمقارنة مع الكالسيوم.
إلى جانب استخدامه كمواد إصلاح للعظام والأسنان ، يمكن العثور على تطبيقات أخرى ل HAp في الحفز ، وإنتاج الأسمدة ، كمركب في المنتجات الصيدلانية ، وفي تطبيقات كروماتوغرافيا البروتين ، وعمليات معالجة المياه.

الموجات فوق الصوتية السلطة: الآثار والتأثير

يوصف Sonication بأنه عملية يتم فيها استخدام مجال صوتي ، والذي يقترن بوسط سائل. تنتشر الموجات فوق الصوتية في السائل وتنتج دورات متناوبة للضغط العالي / الضغط المنخفض (الضغط والتخلخل). خلال مرحلة التخلخل تظهر فقاعات فراغ صغيرة أو فراغات في السائل ، والتي تنمو على مدار دورات الضغط العالي / الضغط المنخفض المختلفة حتى لا تستطيع الفقاعة امتصاص المزيد من الطاقة. في هذه المرحلة ، تنفجر الفقاعات بعنف أثناء مرحلة الضغط. خلال انهيار الفقاعة هذا ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة في شكل موجات صدمة ودرجات حرارة عالية (حوالي 5000 كلفن) وضغوط (حوالي 2000 ضغط جوي). علاوة على ذلك ، تتميز هذه "النقاط الساخنة" بمعدلات تبريد عالية جدا. ينتج عن انفجار الفقاعة أيضا نفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280 م / ث. وتسمى هذه الظاهرة التجويف.
عندما تتوسع هذه القوى المتطرفة ، التي تتولد أثناء انهيار فقاعات التجويف ، في الوسط الصوتي ، تتأثر الجسيمات والقطرات – مما يؤدي إلى تصادم بين الجسيمات بحيث تتحطم المادة الصلبة. وبالتالي ، يتم تحقيق تقليل حجم الجسيمات مثل الطحن وإزالة التكتل والتشتت. يمكن تحويل الجسيمات إلى حجم أقل من ميكرون ونانو.
إلى جانب التأثيرات الميكانيكية ، يمكن للصوتنة القوية إنشاء الجذور الحرة ، وجز الجزيئات ، وتنشيط أسطح الجسيمات. تعرف هذه الظاهرة باسم سونوكيمياء.

سونو التوليف

ينتج عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية للملاط جزيئات دقيقة جدا ذات توزيع متساو بحيث يتم إنشاء المزيد من مواقع التنوي لهطول الأمطار.
Hp الجسيمات توليفها تحت الموجات فوق الصوتية تظهر انخفاض مستوى التكتل. تم تأكيد الميل المنخفض إلى تكتل HAp المركب بالموجات فوق الصوتية على سبيل المثال من خلال تحليل FESEM (المجهر الإلكتروني الماسح بالانبعاث الميداني) ل Poinern et al. (2009).

تساعد الموجات فوق الصوتية وتعزز التفاعلات الكيميائية عن طريق التجويف بالموجات فوق الصوتية وآثاره الفيزيائية التي تؤثر بشكل مباشر على مورفولوجيا الجسيمات خلال مرحلة النمو. الفوائد الرئيسية للموجات فوق الصوتية الناتجة عن إعداد مخاليط تفاعل متناهية الصغر هي

  • 1) زيادة سرعة رد الفعل ،
  • 2) انخفاض وقت المعالجة
  • 3) تحسين شامل في الاستخدام الفعال للطاقة.

طور Poinern et al. (2011) طريقا كيميائيا رطبا يستخدم رباعي هيدرات نترات الكالسيوم (Ca[NO3]2 · 4H2O) وفوسفات هيدروجين البوتاسيوم (KH2PO4) كمواد متفاعلة رئيسية. للتحكم في قيمة الأس الهيدروجيني أثناء التوليف ، تمت إضافة هيدروكسيد الأمونيوم (NH4OH).
كان معالج الموجات فوق الصوتية UP50H (50 واط ، 30 كيلو هرتز ، MS7 Sonotrode مع قطر 7 مم) من Hielscher Ultrasonics.

تشتت بالموجات فوق الصوتية الكالسيوم هيدروكسيباتيت

خفض بالموجات فوق الصوتية وتشتت الكالسيوم هيدروكسيباتيت

خطوات تخليق نانو HAP:

محلول 40 مل من 0.32M Ca(NO3)2 · 4 ساعات2تم تحضير O في دورق صغير. ثم تم تعديل الرقم الهيدروجيني للمحلول إلى 9.0 مع حوالي 2.5 مل NH4وا. تم صوتنة الحل مع UP50H في إعداد السعة بنسبة 100٪ لمدة 1 ساعة.
في نهاية الساعة الأولى محلول 60 مل من 0.19M [KH2بو4] ثم تمت إضافته ببطء بالتنقيط إلى المحلول الأول أثناء خضوعه للساعة الثانية من التشعيع بالموجات فوق الصوتية. أثناء عملية الخلط ، تم فحص قيمة الأس الهيدروجيني والحفاظ عليها عند 9 بينما تم الحفاظ على نسبة الكالسيوم / P عند 1.67. ثم تم ترشيح المحلول باستخدام الطرد المركزي (~ 2000 جم) ، وبعد ذلك تم تناسب الراسب الأبيض الناتج في عدد من العينات للمعالجة الحرارية.
إن وجود الموجات فوق الصوتية في إجراء التوليف قبل المعالجة الحرارية له تأثير كبير في تكوين سلائف جسيمات nano-HAP الأولية. ويرجع ذلك إلى أن حجم الجسيمات مرتبط بالتنوي ونمط نمو المادة ، والذي يرتبط بدوره بدرجة التشبع الفائق داخل الطور السائل.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتأثر كل من حجم الجسيمات ومورفولوجيتها بشكل مباشر خلال عملية التوليف هذه. أظهر تأثير زيادة طاقة الموجات فوق الصوتية من 0 إلى 50 واط أنه من الممكن تقليل حجم الجسيمات قبل المعالجة الحرارية.
تشير قوة الموجات فوق الصوتية المتزايدة المستخدمة لتشعيع السائل إلى أنه يتم إنتاج أعداد أكبر من الفقاعات / التجاويف. وهذا بدوره أنتج المزيد من مواقع التنوي ونتيجة لذلك تكون الجسيمات المتكونة حول هذه المواقع أصغر. علاوة على ذلك ، تظهر الجسيمات المعرضة لفترات أطول من التشعيع بالموجات فوق الصوتية تكتلا أقل. أكدت بيانات FESEM اللاحقة انخفاض تكتل الجسيمات عند استخدام الموجات فوق الصوتية أثناء عملية التوليف.
تم إنتاج جسيمات Nano-HAp في نطاق حجم النانومتر والتشكل الكروي باستخدام تقنية الترسيب الكيميائي الرطب في وجود الموجات فوق الصوتية. وقد وجد أن التركيب البلوري ومورفولوجيا مساحيق nano-HAP الناتجة كان يعتمد على قوة مصدر التشعيع بالموجات فوق الصوتية والمعالجة الحرارية اللاحقة المستخدمة. كان من الواضح أن وجود الموجات فوق الصوتية في عملية التوليف عزز التفاعلات الكيميائية والتأثيرات الفيزيائية التي أنتجت لاحقا مساحيق nano- HAp متناهية الصغر بعد المعالجة الحرارية.

الموجات فوق الصوتية المستمرة مع خلية تدفق الزجاج

Sonication في غرفة مفاعل بالموجات فوق الصوتية

هيدروكسيباتيت:

  • المعادن الرئيسية غير العضوية فوسفات الكالسيوم المعدنية
  • التوافق الحيوي العالي
  • بطء التحلل البيولوجي
  • موصل العظام
  • غير سامة
  • غير مناعي
  • يمكن دمجه مع البوليمرات و / أو الزجاج
  • مصفوفة بنية امتصاص جيدة للجزيئات الأخرى
  • بديل ممتاز للعظام
المجانسات بالموجات فوق الصوتية هي أدوات قوية لتجميع الجسيمات وتشغيلها ، مثل HAp

مسبار نوع الموجات فوق الصوتية UP50H

توليف HAp عبر طريق سول جل بالموجات فوق الصوتية

طريق سول جل بمساعدة الموجات فوق الصوتية لتوليف جزيئات HAp ذات البنية النانوية:
مادي:
– المواد المتفاعلة: نترات الكالسيوم Ca(NO3)2، ثنائي فوسفات هيدروجين الأمونيوم (NH4)2هبو4، هيدروكسيد الصوديوم هيدروكسيد هيدروكسيد الصوديوم ;
– أنبوب اختبار 25 مل

  1. حل الكالسيوم (NO3)2 و (NH4)2هبو4 في الماء المقطر (النسبة المولية الكالسيوم إلى الفوسفور: 1.67)
  2. أضف بعض هيدروكسيد الصوديوم إلى المحلول للحفاظ على الأس الهيدروجيني حوالي 10.
  3. العلاج بالموجات فوق الصوتية مع UP100H (سونوترودي MS10 ، السعة 100٪)
  • تم إجراء التوليفات الحرارية المائية عند 150 درجة مئوية لمدة 24 ساعة في فرن كهربائي.
  • بعد التفاعل ، يمكن حصاد HAp البلوري عن طريق الطرد المركزي والغسيل بالماء منزوع الأيونات.
  • تحليل مسحوق HAp النانوي الذي تم الحصول عليه عن طريق الفحص المجهري (SEM ، TEM ،) و / أو التحليل الطيفي (FT-IR). تظهر الجسيمات النانوية HAp المركبة تبلورا عاليا. يمكن ملاحظة مورفولوجيا مختلفة اعتمادا على وقت الصوتنة. يمكن أن يؤدي صوتنة أطول إلى نانورود HAp موحدة مع نسبة عرض إلى ارتفاع عالية وتبلور فائق. [cp. منافي وآخرون 2008]

تعديل HAp

نظرا لهشاشته ، فإن تطبيق HAp النقي محدود. في أبحاث المواد ، تم بذل العديد من الجهود لتعديل HAp بواسطة البوليمرات لأن العظم الطبيعي مركب يتكون أساسا من بلورات HAp بحجم النانو تشبه الإبرة (تمثل حوالي 65٪ بالوزن من العظام). يوفر التعديل بمساعدة الموجات فوق الصوتية ل HAp وتوليف المركبات ذات خصائص المواد المحسنة إمكانيات متعددة (انظر بعض الأمثلة أدناه).

أمثلة عملية:

تخليق نانو HAp

في دراسة Poinern et al. (2009) ، وهو Hielscher UP50H تم استخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار بنجاح لتوليف سونو من HAp. مع زيادة طاقة الموجات فوق الصوتية ، انخفض حجم جزيئات بلورات HAp. تم تحضير هيدروكسيباتيت ذو البنية النانوية (HAp) بواسطة تقنية الترسيب الرطب بمساعدة الموجات فوق الصوتية. Ca(NO3) و KH25بو4 werde تستخدم كمادة رئيسية و NH3 كمرسب. أدى الترسيب الحراري المائي تحت التشعيع بالموجات فوق الصوتية إلى جزيئات HAp بحجم النانو مع مورفولوجيا كروية في نطاق حجم نانومتر (حوالي 30 نانومتر ± 5٪). وجد بوانرن وزملاؤه في العمل أن تخليق سونو هيدروحراري طريقا اقتصاديا يتمتع بقدرة قوية على توسيع نطاق الإنتاج التجاري.

تخليق جيلانتين-هيدروكسيباتيت (Gel-HAp)

نجح بروندافانام وزملاؤه في العمل في تحضير مركب جيلانتين-هيدروكسيباتيت (Gel-HAp) في ظل ظروف صوتنة معتدلة. لتحضير الجلانتين هيدروكسيباتيت ، تم إذابة 1 جرام من الجيلاتين تماما في 1000 مل من ماء MilliQ عند 40 درجة مئوية. ثم تمت إضافة 2 مل من محلول الجيلاتين المحضر إلى Ca2 + / NH3 مزاج. تم صوتنة الخليط مع UP50H الموجات فوق الصوتية (50W ، 30kHz). أثناء الصوتنة ، 60 مل من 0.19 مليون KH2بو4 تمت إضافتها بحكمة إلى الخليط.
تم صوتنة الحل كله لمدة 1 ساعة. تم فحص قيمة الأس الهيدروجيني والحفاظ عليها عند الرقم الهيدروجيني 9 في جميع الأوقات وتم تعديل نسبة الكالسيوم / P إلى 1.67. تم تحقيق ترشيح الراسب الأبيض عن طريق الطرد المركزي ، مما أدى إلى ملاط سميك. تم معالجة عينات مختلفة حراريا في فرن أنبوبي لمدة 2 ساعة عند درجات حرارة 100 و 200 و 300 و 400 درجة مئوية. وبالتالي ، تم الحصول على مسحوق Gel-HAp في شكل حبيبي ، والذي تم طحنه إلى مسحوق ناعم ويتميز ب XRD و FE-SEM و FT-IR. تظهر النتائج أن الموجات فوق الصوتية الخفيفة ووجود الجيلاتين خلال مرحلة نمو HAp يعززان التصاق أقل - مما يؤدي إلى شكل كروي أصغر وتشكيل شكل كروي منتظم لجسيمات النانو Gel-HAp. تساعد الصوتنة الخفيفة على تخليق جزيئات Gel-HAp بحجم النانو بسبب تأثيرات التجانس بالموجات فوق الصوتية. ترتبط أنواع الأميد والكربونيل من الجيلاتين لاحقا بجسيمات النانو HAp خلال مرحلة النمو عن طريق التفاعل بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
[بروندافانام وآخرون 2011]

ترسب HAp على صفائح التيتانيوم

Ozhukil Kollatha et al. (2013) قد غطت لوحات Ti مع هيدروكسيباتيت. قبل الترسيب ، تم تجانس تعليق HAp مع UP400S (جهاز بالموجات فوق الصوتية 400 واط مع بوق بالموجات فوق الصوتية H14 ، وقت صوتنة 40 ثانية بسعة 75٪).

HAp المطلي بالفضة

طور Ignatev وزملاؤه (2013) طريقة التخليق الحيوي حيث تم ترسيب جسيمات الفضة النانوية (AgNp) على HAp للحصول على طلاء HAp بخصائص مضادة للبكتيريا ولتقليل التأثير السام للخلايا. من أجل إزالة تكتل جسيمات الفضة النانوية وترسيبها على هيدروكسيباتيت ، أ Hielscher UP400S تم استخدامه.

استخدم Ignatev وزملاؤه جهاز UP400S من نوع المسبار بالموجات فوق الصوتية لإنتاج HAp المطلي بالفضة.

إعداد النمام المغناطيسي والموجات فوق الصوتية UP400S تم استخدامه لإعداد Hap المطلي بالفضة [Ignatev et al 2013]

أجهزتنا القوية بالموجات فوق الصوتية هي أدوات موثوقة لمعالجة الجسيمات في نطاق حجم الميكرون والنانو. سواء كنت ترغب في تجميع الجسيمات أو تفريقها أو تشغيلها في أنابيب صغيرة لأغراض البحث أو تحتاج إلى معالجة كميات كبيرة من ملاط مسحوق النانو للإنتاج التجاري – Hielscher يقدم الموجات فوق الصوتية المناسبة لمتطلباتك!

UP400S مع مفاعل بالموجات فوق الصوتية

الخالط بالموجات فوق الصوتية UP400S

اتصل بنا / اطلب المزيد من المعلومات

تحدث إلينا حول متطلبات المعالجة الخاصة بك. سوف نوصي بأنسب معلمات الإعداد والمعالجة لمشروعك.





يرجى ملاحظة سياسة الخصوصية.


الأدب / المراجع

  • بروندافانام ، ر. ك. ؛ جيناج ، ز. ت. ، تشابمان ، ب. ؛ لي ، إكس تي ؛ موندينوس ، ن. ؛ فوسيت ، د. ؛ Poinern، G. E. J. (2011): تأثير الجيلاتين المخفف على التوليف بمساعدة حرارية بالموجات فوق الصوتية من نانو هيدروكسيباتيت. الموجات فوق الصوتية. سونوكيم. 18, 2011. 697-703.
  • جنكيز ، ب. ؛ جوكسي ، ي. يلدز ، ن. ؛ أكتاس ، ز. ؛ كاليملي ، أ. (2008): توليف وتوصيف الجسيمات النانوية hydroyapatite. الغرويات والأسطح أ: فيزيكومياء. جوانب المهندس 322 ؛ 2008. 29-33.
  • إجناتيف ، م. ؛ ريباك ، ت. ؛ كولونج ، ج. ؛ شارف ، دبليو ؛ Marke، S. (2013): رش البلازما طلاء هيدروكسيباتيت بجزيئات الفضة النانوية. أكتا ميتالورجيكا سلوفاكا ، 19/1 ؛ 2013. 20-29.
  • جيفتيكا ، م. رادولوفيتش ، أ. إغناتوفيتشا، ن.؛ ميتريشب، م.؛ Uskoković، D. (2009): التجميع الخاضع للرقابة للكرات النانوية poly (d ، l-lactide-co-glycolide) / hydroxyapatite core - shell تحت التشعيع بالموجات فوق الصوتية. أكتا المواد الحيوية 5/1 ؛ 2009. 208–218.
  • كوسريني ، إي ؛ بودجياستوتي ، أ. ر. ؛ أستوتينينجسيه ، س. ؛ Harjanto، S. (2012): إعداد هيدروكسيباتيت من عظم البقر بطرق الجمع بين التجفيف بالموجات فوق الصوتية ورذاذ. المؤتمر الدولي للعلوم الكيميائية والكيميائية الحيوية والبيئية (ICBEE'2012) سنغافورة ، 14-15 ديسمبر 2012.
  • منافي، س.; بديع ، س. ه. (2008): تأثير الموجات فوق الصوتية على تبلور نانو هيدروكسيباتيت عبر الطريقة الكيميائية الرطبة. Ir J فارما العلوم 4/2 ؛ 2008. 163-168
  • أوزوكيل كولاثا ، ف. ؛ تشينك ، كيو ؛ كلوسيتب ، ر. ؛ لويتينا ، ج. ؛ تريناب ، ك. مولينسا ، س. ؛ بوكاتشينيك ، أ. ر. ؛ كلوتسب ، ر. (2013): AC مقابل DC ترسب كهربائي من هيدروكسيباتيت على التيتانيوم. مجلة الجمعية الأوروبية للسيراميك 33 ؛ 2013. 2715–2721.
  • بوينرن ، جي إي جي ؛ بروندافانام ، ر. ك. ثي لي ، إكس ؛ Fawcett، D. (2012): الخواص الميكانيكية للسيراميك المسامي المشتق من مسحوق قائم على الجسيمات بحجم 30 نانومتر من هيدروكسيباتيت لتطبيقات هندسة الأنسجة الصلبة المحتملة. المجلة الأمريكية للهندسة الطبية الحيوية 2/6; 2012. 278-286.
  • بوينرن ، جي جي إي ؛ بروندافانام ، ر. ؛ ثي لي ، إكس ؛ جورجيفيتش ، س. ؛ بروكيك ، م. ؛ فوسيت ، د. (2011): التأثير الحراري والموجات فوق الصوتية في تكوين السيراميك الحيوي هيدروكسيباتيت على نطاق نانومتر. المجلة الدولية لطب النانو 6 ؛ 2011. 2083–2095.
  • بوينرن ، جي جي إي ؛ بروندافانام ، ر. ك. موندينوس ، ن. ؛ جيانغ ، ز.-ت. (2009): توليف وتوصيف نانوهيدروكسيباتيت باستخدام طريقة بمساعدة الموجات فوق الصوتية. الموجات فوق الصوتية سونوكيمياء ، 16/4 ؛ 2009. 469- 474.
  • سويبان ، الأول ؛ ميل ، م. ؛ راميش ، س. ؛ خالد ، ك.أ: (2007): هيدروكسيباتيت مسامي لتطبيقات العظام الاصطناعية. علوم وتكنولوجيا المواد المتقدمة 8. 2007. 116.
  • Suslick، KS (1998): موسوعة كيرك أوثمر للتكنولوجيا الكيميائية. 4 إد جيه وايلي & الأبناء: نيويورك، المجلد 26، 1998. 517-541.

مواضيع ذات صلة

توفر أجهزة الموجات فوق الصوتية لمقاعد البدلاء والإنتاج مثل UIP1500hd درجة صناعية كاملة.

جهاز الموجات فوق الصوتية UIP1500hd مع مفاعل التدفق

سنكون سعداء لمناقشة العملية الخاصة بك.

Let's get in contact.


✕