الغرسات ذات البنية النانوية بالموجات فوق الصوتية تعمل على تحسين الاندماج العظمي
تصنع الغرسات والأطراف الاصطناعية العظمية وزراعة الأسنان بشكل أساسي من التيتانيوم والسبائك. يستخدم Sonication لإنشاء أسطح ذات بنية نانوية على الغرسات المعدنية. يسمح الهيكل النانوي بالموجات فوق الصوتية بتعديل الأسطح المعدنية التي تولد أنماطا بحجم نانو موزعة بشكل موحد على أسطح الزرع. تظهر هذه الغرسات المعدنية ذات البنية النانوية تحسنا ملحوظا في نمو الأنسجة والاندماج العظمي مما يؤدي إلى تحسين معدلات النجاح السريري.
يزرع بالموجات فوق الصوتية النانوية لتحسين الاندماج العظمي
ينتشر استخدام المعادن ، بما في ذلك التيتانيوم والسبائك ، في تصنيع زراعة العظام والأسنان بسبب خصائصها السطحية المواتية ، مما يتيح إنشاء واجهة متوافقة حيويا مع الأنسجة المحيطة بالزرع. لتحسين أداء هذه الغرسات ، تم تطوير استراتيجيات لتعديل طبيعة هذه الواجهة من خلال تنفيذ تعديلات نانوية على السطح. تمارس هذه التعديلات تأثيرا ملحوظا على الجوانب الحرجة ، بما في ذلك امتزاز البروتين ، والتفاعلات بين الخلايا وسطح الزرع (تفاعلات الخلية والركيزة) ، والتطور اللاحق للأنسجة المحيطة. من خلال هندسة هذه التغييرات على مستوى النانومتر بدقة ، يهدف العلماء إلى تعزيز التكامل الحيوي والفعالية الشاملة للزرع ، مما يؤدي إلى تحسين النتائج السريرية في مجال زراعة الأسنان.
أظهر الدكتور د. أندريفا البنية النانوية الكيميائية لأسطح التيتانيوم باستخدام صوتنيكاتور UIP1000hdT.
بروتوكول للهيكلة النانوية بالموجات فوق الصوتية لزراعة التيتانيوم
أظهرت العديد من الدراسات البحثية البنية النانوية البسيطة والفعالة العالية لأسطح التيتانيوم والسبائك باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة. يؤدي العلاج الكيميائي بالموجات فوق الصوتية (أي العلاج بالموجات فوق الصوتية) إلى تكوين طبقة تيتانيا خشنة من بنية تشبه الإسفنج ، مما يدل على أنه يعزز بشكل كبير تكاثر الخلايا.
هيكلة سطح التيتانيوم عن طريق المعالجة الكيميائية بالموجات فوق الصوتية: تم تلميع عينات التيتانيوم من 20 × 20 × 0.5 مم مسبقا وغسلها بالماء منزوع الأيونات والأسيتون والإيثانول على التوالي للقضاء على أي ملوثات. بعد ذلك ، تمت معالجة عينات التيتانيوم بالموجات فوق الصوتية في محلول 5 أمتار هيدروكسيد الصوديوم باستخدام الموجات فوق الصوتية Hielscher UIP1000hd تعمل عند 20 كيلو هرتز (انظر الصورة اليسرى). تم تجهيز sonicator مع sonotrode BS2d22 (مساحة سطح الطرف 3.8 سم 2) والداعم B4-1.4 ، تكبير سعة العمل 1.4 مرة. كانت السعة الميكانيكية ≈81 ميكرومتر. كانت الكثافة المتولدة 200 واط سم −2. كان الحد الأقصى لمدخلات الطاقة 760 واط ناتج عن ضرب الشدة مع المنطقة الأمامية (مع 3.8 سم 2) من sonotrode BS2d22 المستخدمة. تم تثبيت عينات التيتانيوم في حامل تفلون محلي الصنع ومعالجتها لمدة 5 دقائق.
(راجع أولاسيفيتش وآخرون ، 2020)
مورفولوجيا سطح التيتانيوم البكر (أ) ، سطح تيتانيا المسامي المصنع كيميائيا (TMS) المنظر العلوي والمقطع العرضي (ب) ، والمنظر العلوي والمقطع العرضي لأنابيب تيتانيا النانوية (TNT) التي تم الحصول عليها عن طريق الأكسدة الكهروكيميائية (ج). تظهر الأجزاء الداخلية مخططات البنية النانوية السطحية. مخطط يوضح ترسب هيدروكسيباتيت (HA) في مسام مصفوفة تيتانيا (d-f). صور SEM لأسطح التيتانيوم ذات البنية النانوية (TMS) و TNT مع HA: TMS-HA (g) و TNT-HA (h) ، على التوالي.
(دراسة وصور: ©كوفيركوف وآخرون ، 2020)
a + b) AFM و e + f) صور SEM لسطح التيتانيوم الأولي (a ، e) ؛ سطح التيتانيوم ذو البنية النانوية (ب ، و)
(دراسة وصور: ©أولاسيفيتش وآخرون ، 2021)
آلية الهيكلة النانوية بالموجات فوق الصوتية للأسطح المعدنية
تؤدي المعالجة بالموجات فوق الصوتية للأسطح المعدنية إلى النقش الميكانيكي لأسطح التيتانيوم مما يؤدي إلى تكوين هيكل مسامي على التيتانيوم.
تعتمد آلية الموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي ، والذي يحدث عندما تقترن الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد وعالية الكثافة بسائل. عندما تنتقل الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة عبر سائل ، يتم إنشاء دورات الضغط العالي / الضغط المنخفض بالتناوب. خلال دورات الضغط المنخفض فقاعات فراغ دقيقة ، ما يسمى فقاعات التجويف تنشأ في السائل. تنمو فقاعات التجويف هذه على مدار عدة دورات ضغط حتى لا تتمكن من امتصاص أي طاقة إضافية. عند هذه النقطة من نمو الفقاعة الأقصى ، تنفجر فقاعة التجويف مع انفجار عنيف وتخلق بيئة دقيقة كثيفة الطاقة. يتميز مجال التجويف الصوتي / فوق الصوتي الكثيف الطاقة بفروق الضغط العالي ودرجات الحرارة التي تظهر ضغوطا تصل إلى 2000 ضغط جوي ودرجات حرارة تبلغ حوالي 5000 كلفن ، ونفاثات سوائل عالية السرعة بسرعات تصل إلى 280 مترا / ثانية وموجات صدمية. عندما يحدث هذا التجويف بالقرب من سطح معدني ، لا تحدث القوى الميكانيكية فحسب ، بل تحدث أيضا تفاعلات كيميائية.
في هذه الظروف ، تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال مما يؤدي إلى تفاعلات مؤكسدة وتكوين طبقة تيتانيا. إلى جانب توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) التي أكسدت سطح التيتانيوم ، توفر تفاعلات تقليل الأكسدة الناتجة بالموجات فوق الصوتية حفرا سطحيا فعالا يؤدي إلى الحصول على طبقة ثاني أكسيد التيتانيوم بسمك 1 ميكرومتر. هذا يعني أن ثاني أكسيد التيتانيوم يذوب جزئيا في محلول قلوي مما يؤدي إلى توزيع المسام بشكل غير منظم.
توفر طريقة سونوكيميائية سريعة ومتعددة الاستخدامات لتصنيع المواد ذات البنية النانوية ، غير العضوية والعضوية على حد سواء ، والتي غالبا ما لا يمكن تحقيقها بالطرق التقليدية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أن انتشار التجويف يولد تدرجات حرارة محلية كبيرة في المواد الصلبة ، مما ينتج عنه مواد ذات طبقة مسامية وهياكل نانوية مضطربة في ظروف الغرفة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام تشعيع الموجات فوق الصوتية الخارجية لتحفيز إطلاق الجزيئات الحيوية المغلفة من خلال المسام في طلاء نانوي.
الرسم التخطيطي لخلية الصوتنة (أ) ، التوضيح التخطيطي لعملية هيكلة السطح التي تحدث أثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية لسطح التيتانيوم في محلول قلوي مائي (ب) والسطح المشكل (ج) ، صورة غرسات التيتانيوم (د): يتم زرع العينة الخضراء (العينة اليسرى في اليد) بعد العلاج بالموجات فوق الصوتية ، والأصفر (تقع العينة على اليمين) هو زرع غير معدل.
(دراسة وصور: ©كوفيركوف وآخرون ، 2020)
أجهزة سونيك عالية الأداء لأسطح الزرع المعدنية ذات البنية النانوية
Hielscher Ultrasonics يقدم مجموعة كاملة من الصوتيات لتطبيقات النانو مثل الهيكلة النانوية للأسطح المعدنية (مثل التيتانيوم والسبائك). اعتمادا على المواد، مساحة السطح وإنتاجية إنتاج يزرع، Hielscher يقدم لك سونيكاتور المثالي وسونوترودي (مسبار) بالنسبة لك تطبيق هيكلة النانو.
واحدة من المزايا الرئيسية للصوتيات Hielscher هو التحكم الدقيق في السعة والقدرة على تقديم سعات عالية جدا في عملية مستمرة 24/7. السعة ، وهي إزاحة المسبار بالموجات فوق الصوتية ، هي المسؤولة عن شدة الصوتنة) وبالتالي فهي معلمة حاسمة للعلاج بالموجات فوق الصوتية الموثوقة والفعالة.
- كفاءة عالية
- أحدث التقنيات
- موثوقيه & متانه
- تحكم دقيق وقابل للتعديل في العملية
- الدفعه & مضمنه
- لأي وحدة تخزين
- برنامج ذكي
- الميزات الذكية (على سبيل المثال ، قابلة للبرمجة ، وبروتوكول البيانات ، والتحكم عن بعد)
- سهل وآمن للعمل
- صيانة منخفضة
- التنظيف المكاني (التنظيف المكاني)
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا
Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة جيدا لأعلى معايير الجودة والتصميم. المتانة والتشغيل السهل تسمح بالتكامل السلس للموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة بواسطة الموجات فوق الصوتية Hielscher.
Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.
اتصل بنا! / اسألنا!
أنماط XRD من طلاء تيتانيا المصنعة عن طريق المعالجة الحرارية للتيتانيوم المصقول (أ) والتيتانيوم المصقول المعالج بالموجات فوق الكيميائية (ب) ؛ صور SEM لسطح التيتانيوم المصقول (c) وسطح ثاني أكسيد التيتانيوم المسامي الناتج عن الموجات فوق الصوتية (d). تم تنفيذ Sonication باستخدام صوتنة UIP1000hdT.
(دراسة وصور: ©Kuvyrkov et al. ، 2018)
تجويف قوي بالموجات فوق الصوتية في Hielscher Cascatrode
الأدب / المراجع
- Kuvyrkou, Yauheni; Brezhneva, Nadzeya; Skorb, Ekaterina; Ulasevich, Sviatlana (2021): The influence of the morphology of titania and hydroxyapatite on the proliferation and osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells. RSC Advances 11, 2021. 3843-3853.
- Ulasevich, Sviatlana; Ryzhkov, Nikolay; Andreeva, Daria; Özden, Dilek; Piskin, Erhan; Skorb, Ekaterina (2020): Light-to-Heat Photothermal Dynamic Properties of Polypyrrole-Based Coating for Regenerative Therapy and Lab-on-a-Chip Applications. Advanced Materials Interfaces 7, 2020.
- Kuvyrkov, Evgeny; Brezhneva, Nadezhda; Ulasevich, Sviatlana; Skorb, Ekaterina (2018): Sonochemical nanostructuring of titanium for regulation of human mesenchymal stem cells behavior for implant development. Ultrasonics Sonochemistry 52, 2018.
حقائق تستحق المعرفة
تشير الخاصية الاستقرائية العظمية أو الخاصية العظمية إلى القدرة الجوهرية للمادة على تحفيز تكوين أنسجة عظمية جديدة إما من جديد (من البداية) أو خارج الرحم (في المواقع غير المكونة للعظام). هذه الخاصية ذات أهمية قصوى في مجال هندسة أنسجة العظام والطب التجديدي. تمتلك المواد الحثية العظمية إشارات بيولوجية محددة أو عوامل نمو تبدأ سلسلة من الأحداث الخلوية ، مما يؤدي إلى تجنيد وتمايز الخلايا الجذعية في بانيات العظم ، وهي الخلايا المسؤولة عن تكوين العظام. تسمح هذه الظاهرة بإنشاء عظام جديدة في المناطق التي تتطلب تجديد العظام ، مثل عيوب العظام الكبيرة أو الكسور غير الاتحادية. إن القدرة على تحفيز تكوين العظام من جديد أو في المواقع غير المكونة للعظام تحمل إمكانات علاجية كبيرة لتطوير أساليب مبتكرة لعلاج اضطرابات الهيكل العظمي وتعزيز عمليات إصلاح العظام. يمكن أن يساهم فهم وتسخير الآليات الكامنة وراء الحث العظمي في تطوير بدائل فعالة للطعم العظمي ومواد الزرع التي تعزز تجديد العظام بنجاح.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.