سونو سنتز نانو هیدروکسی آپاتیت

هیدروکسی آپاتیت (HA یا HAP) سرامیک فعال زیستی بسیار آباد برای مقاصد پزشکی با توجه به ساختار مشابه آن به مواد استخوان است. سنتز التراسونیک کمک (سونو سنتز) هیدروکسی آپاتیت یک تکنیک موفق به تولید نانوساختار HAP در بالاترین استانداردهای کیفیت است. مسیر اولتراسونیک اجازه می دهد تا به تولید HAP نانو کریستالی و همچنین ذرات اصلاح شده، به عنوان مثال، نانوکرههای هسته-پوسته، و کامپوزیت.

هیدروکسی آپاتیت: همه کاره مواد معدنی

Hydroxylapatite یا هیدروکسی آپاتیت (HAP، همچنین HA) به شکل معدنی طبیعی از آپاتیت کلسیم با فرمول شیمیایی Ca است₅(صندوق پستی)₄)₃(OH). به معنی که سلول واحد بلور شامل دو نهاد، آن است که معمولا نوشته شده کلسیم₁₀(صندوق پستی)₄)₆آه_H2S. Hydroxylapatite endmember هیدروکسیل از گروه آپاتیت پیچیده است. OH- یون را می توان با فلورید، کلرید یا کربنات، تولید fluorapatite یا chlorapatite جایگزین شده است. آن را در سیستم کریستالی شش گوشه متبلور. HAP به عنوان ماده استخوان شناخته شده به عنوان تا 50 درصد وزنی از استخوان فرم اصلاح شده از هیدروکسی آپاتیت است.
در طب، نانوساختار متخلخل HAP یک ماده جالب برای استفاده استخوان مصنوعی است. با توجه به زیست سازگاری خوب آن در تماس استخوان و ترکیب شیمیایی مشابه آن به مواد استخوان، متخلخل سرامیک HAP استفاده زیادی در کاربردهای زیست پزشکی از جمله استخوان بازسازی بافت، تکثیر سلولی، و تحویل دارو پیدا کرده است.
"در مهندسی بافت استخوان از آن شده است به عنوان ماده پر نقص استخوان و تقویت، استخوان مصنوعی مواد پیوند و جراحی پروتز تجدید نظر اعمال می شود. مساحت سطح بالا آن منجر به osteoconductivity عالی و resorbability ارائه رشد استخوان سریع می باشد. "[Soypan و همکاران 2007] بنابراین، بسیاری از ایمپلنت مدرن با hydroxylapatite پوشیده شده است.
یکی دیگر از کاربردهای امیدوار کننده از hydroxylapatite ریز استفاده از آن به عنوان است “استخوان ساز” مکمل با جذب برتر در مقایسه با کلسیم.
علاوه بر استفاده از آن به عنوان ماده تعمیر برای استخوان و دندان ها، برنامه های کاربردی دیگر از HAP را می توان در تجزیه، تولید کود، به عنوان ترکیب در محصولات دارویی، در استفاده در کروماتوگرافی پروتئین، و فرایندهای تصفیه آب.

قدرت سونوگرافی: آثار و ضربه

روش فراصوت به عنوان یک فرایند که در آن یک میدان آکوستیک استفاده شده است ، که به یک محیط مایع همراه توصیف شده است. امواج اولتراسوند در مایع انتشار و تولید متناوب فشار بالا/چرخه فشار کم (فشرده سازی و حجم). در طول فاز حجم ظهور حباب های خلاء کوچک و یا حفره در مایع ، که رشد بیش از فشار های مختلف/چرخه فشار کم تا حباب می تواند انرژی بیشتری جذب نمی کند. در این مرحله ، حباب ها به شدت در طول یک فاز فشرده سازی با خشونت. در طول سقوط حباب ، مقدار زیادی از انرژی در قالب یک موج شوک ، درجه حرارت بالا (حدود 5 ، 000K) و فشار (حدود 2 ، 000 atm) منتشر می شود. علاوه بر این ، این "نقاط داغ" با نرخ خنک کننده بسیار بالا مشخص می شود. انفجار از حباب نیز در جت مایع تا 280 متر/ثانیه سرعت نتایج. این پدیده کاویتاسیون نامیده می شود.
هنگامی که این نیروهای افراطی، که در سقوط تولید بارها او حباب های کاویتاسیون، گسترش در محیط فراصوت داده، ذرات و قطرات تحت تاثیر قرار – در نتیجه برخورد بین ذره ای به طوری که شکستن جامد. در نتیجه، کاهش اندازه ذرات مانند فرز، deagglomeration، و پراکندگی به دست آورد. ذرات را می توان diminuted به submicron- و اندازه نانو.
در کنار از اثرات مکانیکی، فراصوت قدرتمند می تواند رادیکال های آزاد، مولکول های برشی ایجاد و فعال شدن ذرات سطوح. این پدیده به عنوان آواشیمی شناخته شده است.

سونو سنتز

درمان مافوق صوت از نتایج دوغاب در ذرات بسیار ریز با توزیع به طوری که هسته بیشتر برای بارش ایجاد می کند.
ذرات HAP سنتز تحت امواج فراصوت نشان می دهد کاهش سطح تراکم. گرایش های پایین تر به تراکم التراسونیک سنتز HAP مثلا تایید شد با تجزیه و تحلیل FESEM (درست انتشار میکروسکوپ الکترونی روبشی) از Poinern و همکاران (2009).

کمک سونوگرافی و ترویج واکنش های شیمیایی توسط اولتراسونیک کاویتاسیون و اثرات فیزیکی آن که به طور مستقیم مورفولوژی ذرات در طول مرحله رشد را تحت تاثیر قرار. مزایای اصلی امواج فراصوت در نتیجه آماده سازی مخلوط واکنش دانه های خیلی ریز هستند

1) افزایش سرعت واکنش،
2) کاهش زمان پردازش
3) بهبود کلی در استفاده بهینه از انرژی.

Poinern و همکاران (2011) توسعه یک مسیر مرطوب شیمیایی که با استفاده از نیترات کلسیم طترهدرت (CA [NO3] 2 · 4H2O) و پتاسیم فسفات dihydrogen (KH2PO4) به عنوان واکنش دهنده اصلی. برای کنترل مقدار pH در طول سنتز، هیدروکسید آمونیوم (NH4OH) اضافه شده است.
پردازنده مافوق صوت بود UP50H (50 W، 30 کیلو هرتز، MS7 Sonotrode W قطر 7 / میلی متر) از Hielscher فرا صوت.

مراحل سنتز نانو HAP:

40 میلی لیتر محلول از 0.32M کلسیم (NO₃)_H2S · 4 ः_H2SO در یک بشر کوچک آماده شد. pH محلول پس از آن به 9.0 با حدود 2.5mL NH تنظیم شد₄OH. راه حل با فراصوت داده شد UP50H در 100٪ تنظیم دامنه به مدت 1 ساعت.
در پایان ساعت اول یک راه حل 60 میلی لیتر از 0.19M [KH_H2Sصندوق₄] سپس به آرامی قطره قطره به راه حل اول اضافه شد در حالی که تحت یک ساعت دوم از امواج فراصوت. در طول فرآیند اختلاط، مقدار pH بررسی قرار گرفت و نگهداری در 9 در حالی که نسبت Ca / P در 1.67 حفظ شد. سپس راه حل با استفاده از سانتریفیوژ (~ 2000 گرم)، و پس از آن رسوب سفید حاصل را به تعدادی از نمونه ها برای عملیات حرارتی متناسب بود فیلتر شد.
حضور اولتراسوند در روش سنتز قبل از درمان حرارتی تأثیر قابل توجهی در شکل گیری پیش سازهای ذرات نانو HAP اولیه. این است با توجه به اندازه ذرات که مربوط به هسته و الگوی رشد از مواد، که به نوبه خود مربوط به درجه فوق اشباع در فاز مایع است.
علاوه بر این، هر دو اندازه ذرات و مورفولوژی آن را می توان به طور مستقیم در طول این فرایند سنتز تحت تاثیر قرار. اثر افزایش قدرت اولتراسوند از 0 تا 50W نشان داد که ممکن بود به کاهش اندازه ذرات قبل از درمان حرارتی.
قدرت مافوق صوت افزایش استفاده در تابش مایع نشان داد که تعداد بیشتری از حباب / cavitations حال تولید شده است. این به نوبه خود هسته بیشتری تولید و در نتیجه ذرات تشکیل شده در اطراف این سایت ها کوچکتر هستند. علاوه بر این، ذرات در معرض دوره های طولانی تر از امواج فراصوت، تراکم کمتر نشان می دهد. داده FESEM بعدی تراکم ذرات کاهش می یابد تایید کرده است که سونوگرافی در طول فرایند سنتز استفاده می شود.
ذرات نانو HAP در محدوده اندازه نانومتر و مورفولوژی کروی با استفاده از یک تکنیک شیمیایی بارش مرطوب در حضور امواج فراصوت تولید شد. مشخص شد که ساختار کریستالی و مورفولوژی در نتیجه پودر نانو HAP وابسته به قدرت از منبع تابش فراصوت و عملیات حرارتی پس از آن استفاده می شود. بدیهی است که حضور اولتراسوند در فرایند سنتز ترویج واکنش های شیمیایی و اثرات فیزیکی که بعدها بسیار ریز نانو پودر HAP پس از درمان حرارتی تولید شده بود.

امواج فراصوت به طور مداوم با یک سلول جریان شیشه ای

روش فراصوت در محفظه راکتور مافوق صوت

پنجمین کنفرانس بین المللی شیمی دارویی

هیدروکسی آپاتیت:

اصلی کلسیم معدنی مواد معدنی فسفات
زیست سازگاری بالا
زیست تخریب پذیری آهسته
استئو
غیر سمی
غیر ایمنی
را می توان با پلیمرها و / یا شیشه ای ترکیب
خوب ماتریس ساختار جذب مولکول های دیگر
جایگزین استخوانی عالی

اسیاب التراسونیک از ابزارهای قدرتمند برای سنتز و functionalize ذرات، مانند HAP هستند

پروب نوع ultrasonicator UP50H

HAP سنتز از طریق سونوگرافی سل ژل مسیر

التراسونیک کمک سل- ژل برای سنتز ذرات نانوساختار HAP:
مواد:
– رجنتس: نیترات کلسیم کلسیم (NO₃)_H2S، دی آمونیوم هیدروژن فسفات (NH₄)_H2Sصندوق پستی₄، سدیم hydroxyd سود؛
– 25 میلی لیتر لوله آزمایش

حل کلسیم (NO₃)_H2S و (NH₄)_H2Sصندوق پستی₄ در آب مقطر (مولر نسبت کلسیم به فسفر: 1.67)
اضافه کردن برخی از NaOH به راه حلی برای حفظ pH آن حدود 10.
درمان فراصوت با UP100H (sonotrode MS10، دامنه 100٪)

از سنتز هیدروترمال در 150 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت در یک کوره الکتریکی انجام شد.
پس از انجام واکنش، بلوری HAP می توان با استفاده از سانتریفیوژ و شستشو با آب مقطر برداشت شده است.
تجزیه و تحلیل از نانوپودر HAP به دست آمده با استفاده از میکروسکوپ (SEM، TEM،) و / یا طیف سنجی (FT-IR). نانوذرات HAP سنتز نشان تبلور بالا. مورفولوژی مختلف را می توان بسته به زمان فراصوت مشاهده شد. فراصوت دیگر نمی توانید به نانومیله HAP یکنواخت با نسبت ابعاد بالا و تبلور فوق العاده بالا منجر شود. [CP. منافی و همکاران 2008]

اصلاح HAP

با توجه به شکنندگی آن، استفاده از خالص HAP محدود است. در پژوهش مواد، بسیاری تلاش شده است به تغییر HAP پلیمری از استخوان طبیعی است یک کامپوزیت به طور عمده از اندازه نانو، کریستال HAP-سوزن مانند (حدود 65wt درصد از استخوان)، بودند. اصلاح التراسونیک کمک HAP و سنتز کامپوزیت با ویژگی های مواد بهبود یافته ارائه می دهد امکانات چند برابر (چند مثال زیر را ببینید).

نمونه های عملی:

سنتز نانو HAP

در این مطالعه از Poinern و همکاران (2009)، یک Hielscher UP50H پروب نوع ultrasonicator موفقیت برای سونو سنتز HAP استفاده شد. با افزایش انرژی اولتراسوند، اندازه ذرات از بلورهای HAP کاهش یافته است. هیدروکسی آپاتیت نانوساختار (HAP)، توسط تکنیک التراسونیک کمک مرطوب بارش آماده شد. کلسیم (NO₃) و KH₂₅صندوق₄ werde به عنوان ماده اصلی و NH استفاده₃ عنوان و غبار. میزان بارش هیدروترمال از امواج فراصوت، در ذرات HAP در اندازه نانو با مورفولوژی کروی در محدوده اندازه نانو متر (تقریبا 30nm 5٪ ±) منجر شده است. Poinern و همکاران پیدا سونو هیدروترمال سنتز یک مسیر اقتصادی با قابلیت مقیاس بالا قوی برای تولید تجاری.

سنتز gelantine-هیدروکسی آپاتیت (ژل HAP)

Brundavanam و همکاران با موفقیت یک (ژل HAP) کامپوزیت gelantine-هیدروکسی آپاتیت در شرایط فراصوت خفیف آماده شده است. برای تهیه gelantine-هیدروکسی آپاتیت، 1G از ژلاتین به طور کامل در آب 1000ML MilliQ در 40 درجه سانتی گراد حل می شود. 2ml از راه حل ژلاتین آماده سپس به های Ca2 + / NH اضافه شد₃ مخلوط. مخلوط با فراصوت داده شد UP50H ultrasonicator (50W، 30kHz). در طول فراصوت، اس 60ml از 0.19M KH_H2Sصندوق₄ شد قطره عاقلانه به مخلوط اضافه شده است.
تمام راه حل برای 1h فراصوت داده شد. مقدار pH در هر زمان بررسی و در pH 9 نگهداری شد و نسبت Ca/P به ۱/۶۷ تنظیم شد. فیلتراسیون از رسوب سفید با سانتریفوژ ، و در نتیجه یک دوغاب ضخیم به دست آورد. نمونه های مختلف تحت درمان با حرارت در کوره لوله برای 2h در دمای ۱۰۰ ، ۲۰۰ ، ۳۰۰ و 400 درجه سانتی گراد بود. در نتیجه ، یک پودر ژل-اتفاق می افتد به شکل دانه به دست آمد ، که به یک پودر خوب دانه شد و توسط XRD ، FE-SEM و FT-IR مشخص شده است. نتایج نشان می دهد که امواج فراصوت خفیف و حضور ژلاتین در طول مرحله رشد اتفاق افتد ترویج چسبندگی پایین تر-در نتیجه در کوچکتر و تشکیل یک شکل کروی به طور منظم از ژل-اتفاق می افتد نانو ذرات. فراصوت خفیف کمک سنتز ژل نانو اندازه-اتفاق می افتد ذرات به علت اثرات همگن مافوق صوت. گونه های آمید و کربونیل از ژلاتین پس از آن به اتفاق می افتد نانو ذرات در طول فاز رشد از طریق تعامل سونوشیمیایی کمک متصل.
[Brundavanam و همکاران 2011]

رسوب و HAP بر روی تیتانیوم پلاکت

Ozhukil Kollatha و همکاران (2013) صفحات Ti با هیدروکسی آپاتیت پوشش داده شده اند. قبل از رسوب، تعلیق HAP با هموژن UP400S (400 وات دستگاه اولتراسونیک با H14 شاخ مافوق صوت، زمان فراصوت 40 ثانیه. در دامنه 75٪).

پوشش نقره HAP

ها Ignatev و همکاران (2013) یک روش بیوسنتز که در آن نانوذرات نقره (AgNp) در HAP نهشته شده اند برای به دست آوردن یک پوشش HAP با خواص ضد باکتریایی و کاهش اثر سیتوتوکسیک توسعه یافته است. برای deagglomeration نانوذرات نقره و رسوب آنها در هیدروکسی آپاتیت، یک Hielscher UP400S مورد استفاده قرار گرفت.

ها Ignatev و همکارانش اولتراسونیک پروب نوع UP400S دستگاه برای تولید HAP-نقره پوشش داده شده استفاده می شود.

راه اندازی و همزن مغناطیسی ultrasonicator UP400S برای تهیه HAP-نقره پوشش داده شده مورد استفاده قرار گرفت [ها Ignatev و همکاران 2013]

دستگاه های اولتراسونیک قدرتمند ما ابزار قابل اعتماد برای درمان ذرات میکرونی در زیر و محدوده اندازه نانو می باشد. این که آیا شما می خواهید برای سنتز، پراکنده و یا functionalize ذرات در لوله های کوچک برای هدف تحقیق و یا شما نیاز به درمان به حجم بالایی از دوغاب نانو پودر برای تولید تجاری – Hielscher ارائه می دهد ultrasonicator مناسب برای نیازهای خود را!

هموژنایزر التراسونیک UP400S

ادبیات / منابع

Brundavanam، R. K؛ Jinag، Z.-T.، چپمن، P .؛ لو، X.-T؛ Mondinos، N .؛ فاوست، D .؛ Poinern، G. E. J. (2011): اثر ژلاتین رقیق در مافوق صوت سنتز حرارتی به کمک نانو هیدروکسی آپاتیت. مافوق صوت،. Sonochem. 18، 2011. 697-703.
Cengiz, B.; Gokce, Y.; Yildiz, N.; آتاس ، ز. Calimli ، A. (۲۰۰۸): سنتز و خصوصیات نانوذرات hydroyapatite. کلوئید و سطوح A: Physicochem. مهندس جنبه ۳۲۲ ؛ ۲۰۰۸. 29-33.
ها Ignatev، M .؛ رایبک، T؛ Colonges، G؛ Scharff، W .؛ مارک، S. (2013): پلاسما اسپری هیدروکسی آپاتیت پوشش های با نانوذرات نقره. مجله Metallurgica Slovaca، 19/1؛ 2013. 20-29.
Jevtića، M .؛ Radulovićc، A .؛ Ignjatovića، N .؛ Mitrićb، M .؛ Uskoković، D. (2009): مونتاژ کنترل از پلی (D، L-لاکتید-CO-glycolide) / هیدروکسی آپاتیت نانوکرههای هسته-پوسته امواج فراصوت. مجله Biomaterialia 5/1؛ 2009. 208-218.
Kusrini، E .؛ Pudjiastuti، A. R .؛ Astutiningsih، S .؛ Harjanto، S. (2012): تهیه هیدروکسی آپاتیت از گاو استخوان با روش ترکیبی از سونوگرافی و اسپری خشک کردن. بین المللی. کنفرانس در شیمیایی، زیستی و شیمیایی و علوم محیط زیست (ICBEE'2012) سنگاپور، دسامبر 14-15، 2012.
منافی، S .؛ بدیعی، S.H. (2008): اثر التراسونیک در تبلور نانو هیدروکسی آپاتیت از طریق مرطوب روش شیمیایی. IR J دارویی علمی 04/02؛ 2008. 163-168
Ozhukil Kollatha، V؛ Chenc، Q؛ Clossetb، R .؛ Luytena، J .؛ Trainab، K؛ Mullensa، S .؛ Boccaccinic، A. R .؛ Clootsb، R. (2013): AC DC در مقابل الکتروفورتیک رسوب و هیدروکسی آپاتیت بر روی تیتانیوم. مجله اروپا انجمن سرامیک 33؛ 2013. 2715-2721.
Poinern، G.E.J؛ Brundavanam، R.K؛ تی لو، X .؛ فاوست، D. (2012): خواص مکانیکی از یک سرامیک متخلخل به دست آمده از ذرات به اندازه نانومتر پودر 30 بر اساس هیدروکسی آپاتیت برای پتانسیل سخت نرم افزار مهندسی بافت. مجله آمریکایی مهندسی پزشکی 02/06؛ 2012. 278-286.
Poinern ، G.J.E. ؛ بروداوام ، رضا ؛ Thị Le, X.; گئورگ ، س. ، م. (prokic) ، فاوست ، D. (۲۰۱۱): نفوذ حرارتی و التراسونیک در شکل گیری هیدروکسی آپاتیت در مقیاس نانومتر سرامیک. مجله بین المللی نانوپزشکی 6 ؛ ۲۰۱۱. 2083--2095.
Poinern ، G.J.E. ؛ بروداوام ، R.K. ؛ Mondinos ، N.; جیانگ ، Z.-T. (۲۰۰۹): سنتز و ترکیب نانوهیدروکسی آپاتیت با استفاده از روش کمک اولتراسوند. فرا صوت آواشیمی ، 16/4 ؛ ۲۰۰۹. ۴۶۹-۴۷۴.
Soypan، من؛ مل، M .؛ رامش، S .؛ خالد، K.A: (2007): هیدروکسی آپاتیت متخلخل برای برنامه های کاربردی استخوان مصنوعی. علوم و فناوری مواد پیشرفته 8. 2007. 116.
Suslick، K. S. (1998): دایره المعارف کرک روش othmer از تکنولوژی شیمیایی؛ 4 اد. J. ویلی & پسران: نیویورک، جلد. 26، 1998. 517-541.

پست های مرتبط

دستگاه سونوگرافی برای نیمکت بالا و تولید مانند UIP1500hd ارائه درجه کامل صنعتی.

دستگاه التراسونیک UIP1500hd با راکتور جریان