Sono-Синтез на нано-хидроксиапатит

Хидроксиапатит (НА или НАР) е силно посещавани биоактивен керамични за медицински цели поради подобна структура на костен материал. Ултразвука подпомага синтеза (Sono-синтез) на хидроксиапатит е успешен техника за производство на наноструктурирано Хеп най-високите стандарти за качество. Ултразвуковите начин позволява да се произвеждат нано-кристален НАР както и модифицирани частици, например ядро-обвивка наносфери и композити.

Хидроксиапатит: Универсален Минерални

Хидроксилапатит или хидроксиапатит (НАР, също НА) е естествен минерална форма на калциев апатит с формула Са₅(PO₄)₃(ОН). За да се обозначи, че кристал единица клетка се състои от две лица, обикновено е написано Са₁₀(PO₄)₆(ОН)₂, Хидроксилапатит е хидроксилна endmember на комплекс апатит група. На ОН- йони могат да бъдат заменени от флуорид, хлорид или карбонат, производство флуорапатит или хлорапатит. Той кристализира в шестоъгълна кристална система. НАР е известен като костен материал, до 50 тегловни% на костната е модифицирана форма на хидроксиапатит.
В медицината наноструктурирано порест НАР е интересен материал за изкуствено прилагане на костите. Поради добрата си биосъвместимост на костната контакт и подобен химичен състав на костен материал, порьозен керамичен НАР е намерено огромно използване в биомедицински приложения, включително регенериране костната тъкан, клетъчна пролиферация, и подаване на лекарство.
"В тъканното инженерство кост е бил прилаган като материал за запълване на костни дефекти и увеличаване, изкуствен материал присаждане на кост, както и протези повторна хирургическа намеса. Нейната висока повърхностна площ води до отлична osteoconductivity и резорбционната осигурява бързо костно врастване. "[Soypan и сътр. 2007] Така че, много от съвременните импланти са покрити с хидроксиапатит.
Друг обещаващ прилагане на микрокристална хидроксиапатит е използването му като “костно-сграда” допълнят с добра абсорбция в сравнение с калций.
Освен използването му като материал за поправка на костите и зъбите, други приложения на НАР могат да бъдат намерени в катализа, производство на торове, като съединение с фармацевтични продукти, в приложения протеин хроматография и процеси за обработка на вода.

Мощност на ултразвука: ефектите и въздействието

Соникацията се описва като процес, при който се използва акустично поле, което е съчетано с течна среда. Ултразвуковите вълни се разпространяват в течността и произвеждат редуващи се цикли с високо налягане/ниско налягане (компресия и разреждане). По време на фазата на разреждане се появяват малки мехурчета вакуум или кухини в течността, които растат през различни цикли с високо налягане/ниско налягане, докато балончето не може да абсорбира повече енергия. На тази фаза, мехурчетата имфади бурно по време на фазата на компресия. По време на този балон колапс голямо количество енергия се освобождава под формата на ударни вълни, високи температури (прибл. 5000 к) и налягане (прибл. 2,000 м). Освен това, тези "горещи петна" се характеризират с много високи скорости на охлаждане. Плозията на балона също води до течни струи с скорост до 280 м/сек. Това явление се нарича кавитация.
Когато тези екстремни сили, които се генерират по време на разпадането често той кавитация мехурчета, се разширяват в ултразвук среда, частици и капчици са засегнати – в резултат на което между частиците сблъсък, така че твърдо разбие. По този начин се постига намаляване на размера на частиците, като смилане, деагломерация и дисперсия. Частиците могат да бъдат diminuted да submicron- и нано размери.
Освен от механични въздействия, мощен соникация може да създаде свободни радикали, срязване молекули и активиране частици повърхности. Това явление е известно като sonochemistry.

Sono синтез

Ултразвуков лечение на резултатите от суспензия в много фини частици, с равномерно разпределение, така че се създават повече зародиши сайтове за утаяване.
НАР частици синтезирани под ултразвук показват намалено ниво на агломерация. Долната тенденцията към агломерация на ултразвуково синтезира НАР е потвърдена например от FESEM (поле сканираща електронна микроскопия с емисии) анализ на Poinern и сътр. (2009 г.).

Блокада подпомага и насърчава химични реакции от ултразвукова кавитация и неговите физични реакции, които директно влияят върху морфологията на частиците по време на фазата на растеж. Основните предимства на ултразвук в резултат получаването на фин реакционни смеси са

1) увеличава скоростта на реакцията,
2) намалява времето за обработка
3) цялостно подобрение на ефективно използване на енергията.

Poinern и сътр. (2011) разработи мокро химически път, който използва калциев нитрат тетрахидрат (Са [NO3] 2 · 4H2O) и калиев дихидроген фосфат (КН2РО4) като основни реагенти. За контрол на стойността на рН по време на синтеза, се прибавя амониев хидроксид (NH4OH).
Процесорът ултразвук е UP50H (50 W, 30 кХц, MS7 ултразвуков w диаметър / 7 мм) от Hielscher Ultrasonics.

Стъпки на синтеза нано НАР:

Към 40 мл разтвор на 0,32 М Ca (NO₃)₂ · 4 ः₂О се получава в малка чаша. След това рН на разтвора се довежда до 9,0 с приблизително 2.5 mL NH₄ОН. Разтворът се обработва с ултразвук с UP50H на 100% обстановка амплитуда в продължение на 1 час.
В края на първия час на 60 мл разтвор на 0.19М [KH₂Po₄] След това бавно се прибавя на капки в първия разтвор докато подложени на втория час на ултразвуково облъчване. По време на процеса на смесване, стойността на рН се проверява и се поддържа при 9 докато съотношението на Са / Р се поддържа при 1.67. След това разтворът се филтрира с помощта на центрофугиране (~ 2 000 грама), след което получената бяла утайка се пропорции на няколко проби за топлинна обработка.
Наличието на ултразвук в процедурата за синтез преди термичната обработка има значително влияние при формирането на първоначалните прекурсори на частиците нано НАР. Това се дължи на размера на частиците са свързани с образуване на активни центрове и схемата на нарастване на материала, който от своя страна е свързан със степента на супер насищане в течната фаза.
В допълнение, както размера на частиците и морфология може директно да бъде повлияно по време на този процес синтез. Ефектът на повишаване на ултразвукова мощност от 0 до 50W показа, че е възможно да се намали размерът на частиците преди термична обработка.
увеличаване на ултразвукова мощност, използвана за облъчва течността показва, че по-голям брой мехурчета / кавитации са били произведени. Това от своя страна произвежда повече зародиши сайтове и в резултат на частиците, образувани около тези сайтове са по-малки. Освен това, частици, изложени на по-дълги периоди на ултразвуково облъчване показват по-малко агломерация. След данни FESEM потвърди понижено агломерацията на частиците, когато ултразвук се използва по време на процеса на синтез.
Нано-НАР частици в диапазона на размера нанометра и сферична морфология са произведени с помощта на мокро техника химическо утаяване в присъствие на ултразвук. Установено е, че кристалната структура и морфологията на получените нано НАР праховете беше зависи от силата на ултразвуков източник на облъчване и последваща топлинна обработка. Това е очевидно, че присъствието на ултразвук в процеса на синтез повишен химичните реакции и физически ефекти, които впоследствие произведени на ултрафини нано- НАР прахове след термична обработка.

Непрекъснато ултразвук с клетка на стъкления поток

Sonication в камера ултразвукова реактор

5-та международна електронна конференция по лечебна химия

хидроксиапатит:

основна неорганична калциев фосфат минерална
висока биосъвместимост
бавен биоразградимост
остеогенен
нетоксичен
неимуногенен
могат да бъдат комбинирани с полимери и / или стъклени
добро усвояване структура матрица за други молекули
отличен заместител на костите

Ултразвукови хомогенизатори са мощни инструменти, за да синтезират и функционализира частици, като Хеп

Сонда тип ултрасоникатор UP50H

НАР Синтез чрез ултразвукова зол-гел Route

Ултразвуково подпомага маршрут зол-гел за синтез на наноструктурирани частици НАР:
Материал:
– реагенти: калциев нитрат Ca (NO₃)₂, Ди-амониев хидрогенфосфат (NH₄)₂НРО₄Натриев hydroxyd NaOH;
– 25 мл епруветка

Разтваря Ca (NO₃)₂ и (NH₄)₂НРО₄ в дестилирана вода (моларно съотношение калций към фосфорен: 1.67)
Добавете няколко NaOH до решението да се запази своето рН около 10.
лечение Ултразвуково с UP100H (Издатина MS10, амплитуда 100%)

Синтезът на хидротермичната бяха проведени при 150 ° С в продължение на 24 часа в електрическа пещ.
След реакцията, кристална НАР могат да бъдат събрани чрез центрофугиране и промиване с дейонизирана вода.
Анализ на получената НАР nanopowder чрез микроскопия (SEM, ТЕМ), и / или спектроскопия (FT-IR). Синтезираните НАР наночастиците показват висока кристалност. Различни морфология може да се наблюдава в зависимост от времето на ултразвук. Дълъг ултразвук може да доведе до еднакви НАР nanorods с високо съотношение и ултра-висока кристалност. [Ср. Manafi и сътр. 2008]

Модификация на Хеп

Поради своята крехкост, прилагането на чист Хеп е ограничен. В материал изследвания, са направени много усилия, за да променят НАР от полимери от естествена кост е съставна състои главно от наноразмерни, иглоподобни кристали (НАР сметки за около 65wt% от кост). В ултразвуково подпомага промяната на НАР и синтеза на композитни материали с подобрени характеристики материал предлага многобройни възможности (виж няколко примера по-долу).

Практически примери:

Синтез на нано НАР

В проучването на Poinern и сътр. (2009), а Hielscher UP50H сонда тип ултрасоннкаторът се използва успешно за Sono-синтеза на НАР. С нарастване на ултразвукова енергия, размерът на частиците на кристалите Хеп намалява. Наноструктурирани хидроксиапатит (НАР) се получава чрез ултразвуково подпомага техника на мокро утаяване. Ca (NO₃) И KH₂₅Po₄ werde използва като основен материал и NH₃ като утаителя. утаяване на хидротермичната под ултразвуково облъчване доведе наноразмерни НАР частици със сферична морфология в диапазона на размера на нано метра (прибл. 30nm ± 5%). Poinern и колеги намериха Sono-хидротермален синтез икономически маршрут със силно мащаба възможност за производство с търговска цел.

Синтез на gelantine-хидроксиапатит (НАР-гел)

Brundavanam и сътрудници са успешно получени по gelantine-хидроксиапатит (НАР-гел) композитен при меки условия ултразвук. За получаването на gelantine-хидроксиапатит, 1 гр от желатин е напълно разтворен в 1000 mL MilliQ вода при 40 ° С. 2 ml от приготвения разтвор желатин след това се добавя към Са2 + / NH₃ смес. Сместа се обработва с ултразвук с UP50H ултрасоннкаторът (50W, 30kHz). По време на озвучаването 60 ml от 0.19М KH₂Po₄ бяха падащото разумно добавя към сместа.
Цялото решение се обработва с ултразвук за 1 час. Стойността на рН се проверява и поддържа при pH 9 по всяко време, а съотношението на CA/P е коригирано до 1,67. Филтрирането на Бялата утайка се постига чрез центрофугиране, което води до гъста суспензия. Различни проби са термично обработени в епруветка за 2 часа при температури 100, 200, 300 и 400 ° c. По този начин се получават гел-нар прах в гранулирана форма, който се смила на фин прах и се характеризира с XRD, FE-SEM и FT-IR. Резултатите показват, че мек ултразвук и наличие на желатин по време на фазата на растеж на нар насърчаване на по-ниско сцепление – по този начин води до по-малък и формиране на редовна сферична форма на гел-нар нано-частици. Мекият ултразвук подпомага синтеза на Нано размер гел-нар частици поради ултразвукови хомогенизация ефекти. Амидни и карбонилни видове от желатинът впоследствие се прикрепят към нар нано-частици по време на фазата на растеж чрез сохимически асистирана взаимодействие.
[Brundavanam и сътр. 2011]

Нанасяне на Хеп на Титан Тромбоцитите

Ozhukil Kollatha и сътр. (2013) са покрити Ti плочи с хидроксиапатит. Преди нанасяне, суспензията НАР се хомогенизира с UP400S (400 вата ултразвуково устройство с ултразвуков трансдюсер H14, ултразвук време 40 сек. При 75% от амплитудата).

Сребърно покритие Хеп

Ignatev и колеги (2013) разработени метод биосинтетичен където сребърни наночастици (AgNp) бяха депозирани на НАР за получаване на НАР покритие с антибактериални свойства и за намаляване на цитотоксичния ефект. За агломерати от сребърни наночастици и за тяхното утаяване на хидроксиапатит, а Hielscher UP400S беше използван.

Ignatev и колегите му използват ултразвукови UP400S на сонда тип устройство за сребро покритие производство на НАР.

А за настройка на магнитна бъркалка и ултрасоникатор UP400S се използва за сребро покритие препарат Хеп [Ignatev сътр 2013]

Нашите мощни ултразвукови устройства са надеждни инструменти за лечение на частици в суб micron- и нано размери, обхват. Независимо дали искате да се синтезира, разпръснат или функционализира частици в малки епруветки за научни изследвания цел или имате нужда за лечение на високи обеми на нано-прах шлам за търговско производство – Hielscher предлага подходящ ултрасоникатор за вашите изисквания!

Ултразвуков хомогенизатор UP400S

Позоваването литература /

Brundavanam, R. К .; Jinag, Z.-T., Chapman, P .; Le, X.-Т .; Mondinos, N .; Fawcett, D .; Poinern, G. Е., J. (2011): Ефект на разредена желатин на ултразвукова термично подпомага синтеза на нано хидроксиапатит. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
"Дженгиз", б.; Гьео, Y.; Йълдъз, н.; Aktas, Z.; Calimli, а. (2008): синтез и характеризиране на хидрояапатит наночастици. Колоиди и повърхности а: Фисикочем. Аспекти 322; 2008.29-33.
Ignatev, М .; Rybak, Т .; Colonges, G .; Scharff, W .; Marke, S. (2013): плазмени напръскват хидроксиапатит покрития със сребърни наночастици. Acta Metallurgica Slovaca, 19/1; 2013 20-29.
Jevtića, М .; Radulovićc, A .; Ignjatovića, N .; Mitrićb, М .; Uskokovic, D. (2009): Контролирано монтаж на поли (Б, Ь-лактид-ко-гликолид) / хидроксиапатит ядро-обвивка наносфери под ултразвуково облъчване. Acta Biomaterialia 5/1; 2009 208-218.
Kusrini, Е .; Pudjiastuti, A. R .; Astutiningsih, S .; Harjanto, S. (2012): Получаване на хидроксиапатит от говежди костен чрез комбинирани методи на ултразвукова и спрей сушене. Intl. Conf. по химическа, биохимически и науки за околната среда (ICBEE'2012) Сингапур, 14-15 декември, 2012 година.
Manafi, S .; Badiee, S. Н. (2008): Ефект на Ултразвукова на кристализация на нано-хидроксиапатит чрез мокро химически метод. Ir J Pharma Sci 4/2; 2008 163-168
Ozhukil Kollatha, V .; Chenc, Q .; Clossetb, R .; Luytena, J .; Trainab, К .; Mullensa, S .; Boccaccinic, A. R .; Clootsb, Р. (2013): AC DC срещу Електрофорезно отлагане на хидроксиапатит на титан. Вестник на Европейския Керамични общество 33; 2013 2715-2721.
Poinern, G.E.J .; Brundavanam, R.K .; Thi Le, X .; Фосет, Д. (2012): механичните свойства на порьозна керамична Последица от 30 нанометра Sized частиците прах на базата на хидроксиапатит за Потенциални твърда тъкан инженерни приложения. American Journal по биомедицинско инженерство 2/6; 2012 278-286.
Г.Ж.Е.; Брундаванам, р.; Ето го, х. Йорданик, с.; Проози, м.; Фосет, д. (2011): термично и ултразвуково влияние при образуването на нанометър мащаб хидроксиапатит био-керамични. Международен вестник на наномедицината 6; 2011.2083 – 2095.
Г.Ж.Е.; Брундаванам, R.K.; Мондинос, н.; Цзян, ц.-т. (2009): синтез и характеризиране на нанохидроксиапатит с помощта на метод с ултразвук, подпомаган. Ултразвук Ехохимия, 16/4; 2009.469-474.
Soypan, аз .; Мел, М .; Ramesh, S .; Халид, K.A: (2007): пореста хидроксиапатит за изкуствени кости приложения. Наука и технологии на съвременни материали 8. 2007 г. 116.
Suslick, К. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia на химичните технологии; Четвъртия Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.

Подобни публикации

Ултразвукови устройства за пейка-отгоре и производство, като UIP1500hd осигуряват пълно промишлени клас.

Ултразвуков апарат UIP1500hd с реактор потока