Osseointeqrasiyanı yaxşılaşdıran sonokimyəvi üsulla nanostrukturlaşdırılmış implantlar

İmplantlar, ortopedik protezlər və diş implantları əsasən titandan və ərintilərdən hazırlanır. Ultrasəslə emal metal implantlarda nanostrukturlu səthlər yaratmaq üçün istifadə olunur. Ultrasəslə nanostrukturlaşdırma implant səthlərində bərabər paylanmış nanoölçülü naxışlar yaradaraq metal səthləri dəyişdirməyə imkan verir. Bu nanostrukturlu metal implantlarda toxumanın böyüməsi və osseointeqrasiya əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşır ki, bu da klinik uğur göstəricilərinin yüksəlməsinə gətirib çıxarır.

Osseointeqrasiyanı yaxşılaşdırmaq üçün ultrasəslə nanostrukturlaşdırılmış implantlar

Titan və ərintilər də daxil olmaqla metallar, əlverişli səth xüsusiyyətləri sayəsində implantətrafı toxumalarla biouyğun təmas səthinin yaradılmasına imkan verdiyinə görə, ortopedik və diş implantlarının hazırlanmasında geniş istifadə olunur. Bu implantların fəaliyyətini optimallaşdırmaq üçün səthdə nanoölçülü dəyişikliklər etməklə bu təmas səthinin xarakterini dəyişdirməyə yönəlmiş strategiyalar hazırlanmışdır. Belə dəyişikliklər zülalların adsorbsiyası, hüceyrələrlə implant səthi arasındakı qarşılıqlı təsirlər (hüceyrə–substrat qarşılıqlı təsirləri) və ətraf toxumanın sonrakı inkişafı da daxil olmaqla mühüm aspektlərə nəzərəçarpacaq təsir göstərir. Alimlər nanometr səviyyəsindəki bu dəyişiklikləri dəqiq şəkildə layihələndirməklə implantların biointeqrasiyasını və ümumi effektivliyini artırmağı, bununla da implantologiya sahəsində klinik nəticələri yaxşılaşdırmağı hədəfləyirlər.
 

Titan implantların ultrasəslə nanostrukturlaşdırılması protokolu

Bir neçə tədqiqat yüksək intensivlikli ultrasəsdən istifadə etməklə titan və ərinti səthlərinin sadə, lakin yüksək effektivliklə nanostrukturlaşdırılmasını nümayiş etdirmişdir. Sonokimyəvi emal (yəni ultrasəslə emal) hüceyrə proliferasiyasını əhəmiyyətli dərəcədə artıran, süngərəbənzər strukturlu nahamar titan dioksid təbəqəsinin əmələ gəlməsinə səbəb olur.
Titan səthinin sonokimyəvi emalla strukturlaşdırılması: 20 × 20 × 0,5 mm ölçülü titan nümunələri əvvəlcədən cilalanmış və bütün çirkləndiriciləri aradan qaldırmaq üçün ardıcıl olaraq deionlaşdırılmış su, aseton və etanolla yuyulmuşdur. Daha sonra titan nümunələri 20 kHz tezlikdə işləyən Hielscher ultrasəs cihazı UIP1000hd istifadə edilərək 5 m NaOH məhlulunda ultrasəslə emal edilmişdir (soldakı şəklə baxın). Sonikator BS2d22 sonotrodu (ucun səth sahəsi 3,8 cm2) və iş amplitudasını 1,4 dəfə artıran B4-1.4 amplituda gücləndiricisi ilə təchiz edilmişdi. Mexaniki amplituda ≈81 μm idi. Yaradılan intensivlik 200 W cm−2 idi. Maksimum daxil olan güc 760 W idi və intensivliyin istifadə olunan BS2d22 sonotrodunun ön səth sahəsinə (3,8 cm2) vurulması ilə hesablanmışdı. Titan nümunələri əl işi Teflon tutacaqda bərkidilmiş və 5 min ərzində emal edilmişdir.
(müqayisə edin: Ulasevich et al., 2020)
 

İlkin titan səthinin morfologiyası (a), sonokimyəvi üsulla hazırlanmış titan dioksidin mezoməsaməli səthinin (TMS) üstdən görünüşü və en kəsiyi (b), həmçinin elektrokimyəvi oksidləşmə ilə əldə edilmiş titan dioksid nanoborularının (TNT) üstdən görünüşü və en kəsiyi (c). İçliklərdə səthin nanostrukturlaşdırılması sxemləri göstərilir. Hidroksiapatitin (HA) titan dioksid matrisinin məsamələrinə çökdürülməsini göstərən sxem (d–f). Üzərinə kimyəvi üsulla HA çökdürülmüş sonokimyəvi üsulla nanostrukturlaşdırılmış titan (TMS) və TNT səthlərinin SEM təsvirləri: müvafiq olaraq TMS-HA (g) və TNT-HA (h).
(tədqiqat və təsvirlər: ©Kuvyrkov et al., 2020)

Metal səthlərin ultrasəslə nanostrukturlaşdırılması mexanizmi

Metal səthlərin ultrasəslə emalı titan səthlərinin mexaniki aşındırılmasına gətirib çıxarır və bu, titan üzərində mezoməsaməli strukturun əmələ gəlməsinə səbəb olur.
Ultrasəslə emalın mexanizmi aşağı tezlikli, yüksək intensivlikli ultrasəs dalğalarının enerjisi mayeyə ötürüldükdə baş verən akustik kavitasiyaya əsaslanır. Yüksək güclü ultrasəs mayedən keçdikdə növbələşən yüksək təzyiq / aşağı təzyiq dövrləri yaranır. Aşağı təzyiq dövrləri zamanı mayedə kavitasiya qabarcıqları adlanan çox kiçik vakuum qabarcıqları əmələ gəlir. Bu kavitasiya qabarcıqları daha çox enerji uda bilməyənədək bir neçə təzyiq dövrü ərzində böyüyür. Qabarcığın böyüməsinin bu maksimum nöqtəsində kavitasiya qabarcığı şiddətli şəkildə içəriyə doğru çökür və yüksək enerji sıxlığına malik mikromühit yaradır. Akustik/ultrasəs kavitasiyasının yüksək enerji sıxlığına malik sahəsi böyük təzyiq və temperatur fərqləri ilə xarakterizə olunur: təzyiq 2.000atm-ə qədər, temperatur təxminən 5000 K olur; sürəti 280m/sec-ə qədər olan yüksək sürətli maye şırnaqları və zərbə dalğaları yaranır. Belə kavitasiya metal səthin yaxınlığında baş verdikdə həm mexaniki qüvvələr təsir göstərir, həm də kimyəvi reaksiyalar baş verir.
Bu şəraitdə oksidləşmə reaksiyalarına və titan dioksid təbəqəsinin əmələ gəlməsinə səbəb olan redoks reaksiyaları baş verir. Ultrasəslə yaradılan oksidləşmə-reduksiya reaksiyaları titan səthini oksidləşdirən reaktiv oksigen növlərini (ROS) yaratmaqla yanaşı, səthin effektiv aşındırılmasını təmin edir və nəticədə 1 μm qalınlığında titan dioksid təbəqəsi əldə olunur. Bu o deməkdir ki, titan dioksid qələvi məhlulda qismən həll olur və nizamsız paylanmış məsamələr yaradır.
Sonokimyəvi üsul ənənəvi üsullarla çox vaxt əldə edilməsi mümkün olmayan həm qeyri-üzvi, həm də üzvi nanostrukturlu materialların hazırlanması üçün sürətli və çoxməqsədli bir üsul təqdim edir. Bu texnikanın əsas üstünlüyü ondan ibarətdir ki, kavitasiyanın yayılması bərk cisimlərdə böyük yerli temperatur qradiyentləri yaradır və nəticədə otaq şəraitində məsaməli təbəqəyə və nizamsız nanostrukturlara malik materiallar əldə olunur. Bundan əlavə, xarici ultrasəs şüalanmasından kapsullaşdırılmış biomolekulların nanostrukturlu örtükdəki məsamələr vasitəsilə sərbəst buraxılmasını başlatmaq üçün istifadə edilə bilər.
 

Ultrasəslə emal hüceyrəsinin sxematik təsviri (a), titan səthinin sulu qələvi məhlulda ultrasəslə emalı zamanı baş verən səthin strukturlaşdırılması prosesinin sxematik təsviri (b) və əmələ gələn səth (c), titan implantların fotoşəkli (d): yaşılımtıl olan (əldəki sol nümunə) ultrasəslə emaldan sonrakı implantdır, sarımtıl olan (sağda yerləşən nümunə) isə dəyişdirilməmiş implantdır.
(tədqiqat və təsvirlər: ©Kuvyrkov et al., 2020)

Metal implant səthlərinin nanostrukturlaşdırılması üçün yüksək məhsuldarlıqlı sonikatorlar

Hielscher Ultrasonics metal səthlərin (məsələn, titan və ərintilərin) nanostrukturlaşdırılması kimi nanotətbiqlər üçün sonikatorların tam çeşidini təklif edir. İmplantların materialından, səth sahəsindən və istehsal məhsuldarlığından asılı olaraq, Hielscher nanostrukturlaşdırma tətbiqiniz üçün sizə ideal sonikator və sonotrod (zond) təklif edir.
Hielscher sonikatorlarının əsas üstünlüklərindən biri amplitudaya dəqiq nəzarət və fasiləsiz 24/7 iş rejimində çox yüksək amplitudaları təmin etmək qabiliyyətidir. Ultrasəs zondunun yerdəyişməsi olan amplituda ultrasəslə emalın intensivliyini müəyyən edir) və buna görə də etibarlı və effektiv ultrasəslə emalın mühüm parametridir.

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət – Almaniyada yaradılmış keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istifadə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rahat inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitin və yüksək tələbləri olan mühitlərin öhdəsindən asanlıqla gəlir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya, eləcə də istifadəçi rahatlığına malik yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərini yerinə yetirir.

Cilalanmış titanın (a) və sonokimyəvi üsulla emal edilmiş cilalanmış titanın (b) termik emalı ilə hazırlanmış titan dioksid örtüyünün XRD difraksiya mənzərələri; cilalanmış titan səthinin (c) və sonokimyəvi üsulla yaradılmış mezoməsaməli titan dioksid səthinin (d) SEM təsvirləri. Ultrasəslə emal UIP1000hdT sonikatorundan istifadə etməklə aparılmışdır.
(tədqiqat və təsvirlər: ©Kuvyrkov et al., 2018)