Sonochemicky nanostrukturované implantáty zlepšující oseointegraci

Implantáty, ortopedické protézy a zubní implantáty jsou vyráběny převážně z titanu a slitin. Sonikace se používá k vytvoření nanostrukturovaných povrchů na kovových implantátech. Ultrazvukové nanostrukturování umožňuje modifikovat kovové povrchy generující rovnoměrně rozložené nano-velké vzory na povrchu implantátů. Tyto nanostrukturované kovové implantáty vykazují výrazně zlepšený růst tkání a oseointegraci, což vede ke zlepšení klinické úspěšnosti.

Ultrazvukem nanostrukturované implantáty pro lepší oseointegraci

Využití kovů, včetně titanu a slitin, převládá při výrobě ortopedických a zubních implantátů díky jejich příznivým povrchovým vlastnostem, které umožňují vytvoření biokompatibilního rozhraní s periimplantačními tkáněmi. Pro optimalizaci výkonu těchto implantátů byly vyvinuty strategie pro změnu povahy tohoto rozhraní implementací změn v nanoměřítku na povrchu. Tyto modifikace mají významný vliv na kritické aspekty, včetně adsorpce proteinů, interakcí mezi buňkami a povrchem implantátu (interakce mezi buňkou a substrátem) a následného vývoje okolní tkáně. Přesným inženýrstvím těchto změn na úrovni nanometrů se vědci snaží zlepšit biointegraci a celkovou účinnost implantátů, což vede ke zlepšení klinických výsledků v oblasti implantologie.
 

Žádost o informace





Nanostrukturování mezoporézních kovových povrchů pro lepší oseointegraci implantátů. Obrázek ukazuje Dr. Daria Andreeva pomocí Hielscher sonicator UIP1000hdT.

Dr. D. Andreeva demonstrovala sonochemickou nanostrukturu titanových povrchů pomocí sonikátoru UIP1000hdT.

Protokol pro ultrazvukové nanostrukturování titanových implantátů

Sonicator UIP1000hdT pro nanostrukturování kovových povrchů, např. titan a slitiny pro lepší proliferaci osteogenních buněk na implantátechNěkolik výzkumných studií prokázalo jednoduché, ale vysoce účinné nanostrukturování povrchů titanu a slitin pomocí ultrazvuku s vysokou intenzitou. Sonochemická léčba (tj. ultrazvuková léčba) vede k tvorbě hrubé titanové vrstvy houbovité struktury, která výrazně zvyšuje proliferaci buněk.
Strukturování titanového povrchu sonochemickým ošetřením: Vzorky titanu o velikosti 20 × 20 × 0,5 mm byly předem vyleštěny a promyty deionizovanou vodou, acetonem a ethanolem, aby se odstranily veškeré kontaminanty. Poté byly vzorky titanu ultrazvukem ošetřeny v roztoku 5 m NaOH pomocí Hielscher ultrasonicator UIP1000hd provozovaného při 20 kHz (viz obrázek vlevo). Sonikátor byl vybaven sonotrodou BS2d22 (povrch špičky 3,8 cm2) a posilovačem B4-1,4, který zvětšuje pracovní amplitudu 1,4krát. Mechanická amplituda byla ≈81 μm. Generovaná intenzita byla 200 W cm−2. Maximální příkon byl 760 W vyplývající z vynásobení intenzity čelní plochou (s 3,8 cm2) použité sonotrody BS2d22. Vzorky titanu byly fixovány v domácím teflonovém držáku a ošetřeny po dobu 5 minut.
(srov. Ulasevič et al., 2020)
 

Vědecké schéma sonochemické nanostrukturování titanových povrchů. Intenzivní sonikace vytváří na titanovém povrchu houbovité nano-vzory

Morfologie původního titanového povrchu (a), sonochemicky vyrobeného titanového mezoporézního povrchu (TMS) shora a průřezu (b) a pohledu shora a průřezu titanových nanotrubic (TNT) získaných elektrochemickou oxidací (c). Vložky ukazují schémata povrchové nanostrukturace. Schéma znázorňující ukládání hydroxyapatitu (HA) do pórů titanové matrice (d-f). SEM snímky sonochemických nanostrukturovaných titanů (TMS) a TNT povrchů s chemicky uloženým HA: TMS-HA (g) a TNT-HA (h).
(studie a obrázky: ©Kuvyrkov et al., 2020)

AFM a SEM snímky neošetřených a ultrazvukem nanostrukturovaných titanových povrchů.

a+b) AFM a e+f) SEM snímky počátečního titanového povrchu (a,e); Sonochemicky nanostrukturovaný titanový povrch (B,F)
(studie a obrázky: ©Ulasevich et al., 2021)

Žádost o informace





Ultrazvukový procesor UIP1000hdT pro vibrační drátové matrice pro lepší tažení a čištění drátu

Mechanismus ultrazvukové nanostrukturování kovových povrchů

Ultrazvuková úprava kovových povrchů vede k mechanickému leptání titanových povrchů, což způsobuje tvorbu mezoporózní struktury na titanu.
Mechanismus ultrazvukového mechanismu je založen na akustické kavitaci, ke které dochází, když jsou nízkofrekvenční ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou spojeny do kapaliny. Když ultrazvuk s vysokým výkonem prochází kapalinou, generují se střídavé vysokotlaké / nízkotlaké cykly. Během nízkotlakých cyklů vznikají v kapalině minutové vakuové bubliny, tzv. Kavitační bubliny. Tyto kavitační bubliny rostou v několika tlakových cyklech, dokud nemohou absorbovat žádnou další energii. V tomto bodě maximálního růstu bubliny se kavitační bublina imploduje s násilným výbuchem a vytváří vysoce energeticky husté mikroprostředí. Energeticky husté pole akustické / ultrazvukové kavitace je charakterizováno vysokými tlakovými a teplotními rozdíly, které vykazují tlaky až 2 000 atm a teplotami cca. 5000 K, vysokorychlostními kapalnými tryskami s rychlostmi až 280 m / s a rázovými vlnami. Když se taková kavitace vyskytuje v blízkosti kovového povrchu, dochází nejen k mechanickým silám, ale také k chemickým reakcím.
Za těchto podmínek probíhají redoxní reakce, které vedou k oxidačním reakcím a tvorbě titanové vrstvy. Kromě generování reaktivních forem kyslíku (ROS), které oxidovaly povrch titanu, ultrazvukem generované oxidačně-redukční reakce poskytují účinné leptání povrchu, které vedou k získání vrstvy oxidu titaničitého o tloušťce 1 μm. To znamená, že oxid titaničitý se částečně rozpouští v alkalickém roztoku, čímž vytváří póry distribuované neuspořádaně.
Sonochemická metoda nabízí rychlou a všestrannou výrobu nanostrukturovaných materiálů, anorganických i organických, které jsou často nedosažitelné konvenčními metodami. Hlavní výhodou této techniky je, že šíření kavitace vytváří velké lokální teplotní gradienty v pevných látkách, což vede k materiálům s porézní vrstvou a neuspořádanými nanostrukturami v pokojových podmínkách. Kromě toho může být externí ultrazvukové ozařování použito ke spuštění uvolňování zapouzdřených biomolekul póry v nanostrukturovaném povlaku.
 

Sonochemická úprava titanu vede k nanostrukturovaným mezoporézním povrchům, které vykazují zlepšené osteogenní vlastnosti.

Schematické znázornění sonikační buňky (a), Schematické znázornění procesu strukturování povrchu probíhajícího během ultrazvukového ošetření titanového povrchu ve vodném alkalickém roztoku (b) a vytvořeného povrchu (c), fotografie titanových implantátů (d): nazelenalý (levý vzorek v ruce) je implantát po ultrazvukovém ošetření, nažloutlý (vzorek je umístěn vpravo) je nemodifikovaný implantát.
(studie a obrázky: ©Kuvyrkov et al., 2020)

 

Vysoce výkonné sonikátory pro nanostrukturování kovových povrchů implantátů

Ultrasonicator UIP1000hdT s ultrazvukovou sondou a buňkou pro nanostrukturování ortopedických implantátů.Hielscher Ultrasonics nabízí celou řadu sonicators pro nano-aplikace, jako je nanostrukturování kovových povrchů (např. titan a slitiny). V závislosti na materiálu, ploše povrchu a výrobní propustnosti implantátů vám Hielscher nabízí ideální sonikátor a sonotrodu (sondu) pro aplikaci nanostrukturování.
Jednou z hlavních výhod Hielscher sonicators je přesné řízení amplitudy a schopnost dodávat velmi vysoké amplitudy v nepřetržitém provozu 24/7. Amplituda, která je posunem ultrazvukové sondy, je zodpovědná za intenzitu sonikace), a proto je rozhodujícím parametrem spolehlivého a účinného ultrazvukového ošetření.

Proto Hielscher Ultrazvuk?

  • vysoká účinnost
  • Nejmodernější technologie
  • spolehlivost & robustnost
  • nastavitelné, přesné řízení procesu
  • várka & v souladu
  • pro jakýkoli svazek
  • inteligentní software
  • inteligentní funkce (např. programovatelné, datové protokolování, dálkové ovládání)
  • Snadné a bezpečné ovládání
  • Nízké nároky na údržbu
  • CIP (čisté na místě)

Návrh, výroba a poradenství – Kvalita Vyrobeno v Německu

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známé pro jejich nejvyšší kvalitu a designové standardy. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrasonicators do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators představovat state-of-the-art technologie a uživatelská přívětivost. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou CE kompatibilní a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o našich sonikátorech pro nanostrukturování kovových povrchů, podrobnosti o aplikaci a ceny. Rádi s vámi probereme váš proces nanostrukturování a nabídneme vám ultrazvukovou sondu splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


 

Sonikace vytváří mezoporézní nanostruktury na kovových površích, jako je titan a slitiny. Ultrazvukem nanostrukturovaný titan vykazuje zlepšenou proliferaci osteogenních buněk a zvýšenou osseointegraci implantátů.

XRD vzory titanového povlaku vyrobeného tepelným zpracováním leštěného titanu (a) a sonochemicky ošetřeného leštěného titanu (b); SEM snímky leštěného titanového povrchu (c) a sonochemicky generovaného mezoporézního povrchu oxidu titaničitého (d). Sonikace byla provedena pomocí sonikátoru UIP1000hdT.
(studie a obrázky: ©Kuvyrkov et al., 2018)

Silná Ultrazvuková kavitace v Hielscher Cascats

Silná Ultrazvuková kavitace v Hielscher Cascats



Literatura / Reference

Fakta Worth Knowing

Osteoinduktivita nebo osteogenní vlastnost se týká vnitřní schopnosti materiálu stimulovat tvorbu nové kostní tkáně buď de novo (od počátku) nebo ektopicky (v místech, která netvoří kosti). Tato vlastnost má zásadní význam v oblasti inženýrství kostní tkáně a regenerativní medicíny. Osteoinduktivní materiály mají specifické biologické signály nebo růstové faktory, které iniciují kaskádu buněčných událostí, což vede k náboru a diferenciaci kmenových buněk do osteoblastů, buněk odpovědných za tvorbu kostí. Tento jev umožňuje tvorbu nové kosti v oblastech, kde je vyžadována regenerace kosti, jako jsou velké kostní defekty nebo zlomeniny bez spojení. Schopnost indukovat tvorbu kostí de novo nebo v nekostotvorných místech má významný terapeutický potenciál pro vývoj inovativních přístupů k léčbě kostních poruch a zlepšení procesů opravy kostí. Pochopení a využití mechanismů, které jsou základem osteoinduktivity, může přispět k rozvoji účinných náhrad kostních štěpů a implantačních materiálů, které podporují úspěšnou regeneraci kostí.


Vysoce výkonný ultrazvuk! Sortiment produktů Hielscher pokrývá celé spektrum od kompaktního laboratorního ultrasonicatoru přes bench-top jednotky až po plně průmyslové ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.


Rádi probereme váš proces.

Pojďme se spojit.