سنتز نانو هیدروکسی آپاتیت

هیدروکسی آپاتیت (HA یا HAp) یک سرامیک زیست فعال است که به دلیل ساختار مشابه با مواد استخوانی بسیار پربازدید برای اهداف پزشکی است. سنتز به کمک اولتراسونیک (sono-سنتز) هیدروکسی آپاتیت یک تکنیک موفق برای تولید HAp نانوساختار در بالاترین استانداردهای کیفیت است. مسیر اولتراسونیک اجازه می دهد تا برای تولید HAp نانو کریستالی و همچنین ذرات اصلاح شده، به عنوان مثال نانوکره های هسته پوسته، و کامپوزیت ها.

هیدروکسی آپاتیت: یک ماده معدنی همه کاره

هیدروکسی لاپاتیت یا هیدروکسی آپاتیت (HAp، همچنین HA) یک شکل معدنی طبیعی از آپاتیت کلسیم با فرمول شیمیایی Ca است₅(ص)₄)₃(آه). برای نشان دادن اینکه سلول واحد کریستالی از دو موجود تشکیل شده است ، معمولا Ca نوشته می شود₁₀(ص)₄)₆(آه)_H2S. هیدروکسی لاپاتیت عضو نهایی هیدروکسیل گروه آپاتیت کمپلکس است. یون OH- را می توان با فلوراید ، کلرید یا کربنات جایگزین کرد و فلوراپاتیت یا کلراپاتیت تولید کرد. در سیستم کریستالی شش ضلعی متبلور می شود. HAp به عنوان ماده استخوانی شناخته می شود زیرا تا 50 درصد وزنی استخوان شکل اصلاح شده هیدروکسی آپاتیت است.
در پزشکی، HAp متخلخل نانوساختار ماده جالبی برای کاربرد استخوان مصنوعی است. سرامیک HAp متخلخل به دلیل زیست سازگاری خوب در تماس با استخوان و ترکیب شیمیایی مشابه آن با مواد استخوانی ، کاربرد زیادی در کاربردهای زیست پزشکی از جمله بازسازی بافت استخوان ، تکثیر سلولی و تحویل دارو پیدا کرده است.
در مهندسی بافت استخوان از آن به عنوان ماده پرکننده برای نقایص و تقویت استخوان، مواد پیوند استخوان مصنوعی و جراحی تجدید نظر پروتز استفاده شده است. سطح بالای آن منجر به هدایت استخوانی عالی و قابلیت جذب می شود و رشد سریع استخوان را فراهم می کند. [سویاپان و همکاران 2007] بنابراین، بسیاری از ایمپلنت های مدرن با هیدروکسی لاپاتیت پوشانده شده اند.
یکی دیگر از کاربردهای امیدوارکننده هیدروکسی لاپاتیت میکروکریستالی استفاده از آن به عنوان “استخوان سازی” مکمل با جذب برتر در مقایسه با کلسیم.
علاوه بر استفاده از آن به عنوان ماده ترمیم کننده استخوان و دندان ، سایر کاربردهای HAp را می توان در کاتالیز ، تولید کود ، به عنوان ترکیب در محصولات دارویی ، در کاربردهای کروماتوگرافی پروتئین و فرآیندهای تصفیه آب یافت.

سونوگرافی قدرت: اثرات و تاثیر

فراصوت به عنوان فرآیندی توصیف می شود که در آن از یک میدان صوتی استفاده می شود که به یک محیط مایع متصل می شود. امواج اولتراسوند در مایع منتشر می شوند و چرخه های فشار بالا / فشار پایین متناوب (فشرده سازی و کمیاب سازی) ایجاد می کنند. در طول مرحله کمیاب بودن حباب ها یا حفره های خلاء کوچک در مایع ظاهر می شوند که در چرخه های مختلف فشار بالا / فشار کم رشد می کنند تا زمانی که حباب نتواند انرژی بیشتری جذب کند. در این مرحله، حباب ها در مرحله فشرده سازی به شدت منفجر می شوند. در طول چنین فروپاشی حبابی مقدار زیادی انرژی به شکل امواج شوک، دمای بالا (تقریبا 5000 کلاین) و فشار (تقریبا 2000 اتمسفر) آزاد می شود. علاوه بر این، این "نقاط داغ" با نرخ خنک کننده بسیار بالا مشخص می شوند. انفجار حباب همچنین منجر به جت های مایع با سرعت 280 متر بر ثانیه می شود. این پدیده کاویتاسیون نامیده می شود.
هنگامی که این نیروهای شدید ، که در هنگام فروپاشی حباب های کاویتاسیون ایجاد می شوند ، در محیط فراصوت منبسط می شوند ، ذرات و قطرات تحت تأثیر قرار می گیرند – در نتیجه برخورد بین ذرات به طوری که جامد خرد می شود. بدین ترتیب، کاهش اندازه ذرات مانند آسیاب، آگلومراسیون و پراکندگی حاصل می شود. ذرات را می توان به اندازه زیر میکرون و نانو کاهش داد.
علاوه بر اثرات مکانیکی، فراصوت قدرتمند می تواند رادیکال های آزاد ایجاد، مولکول های برشی، و فعال کردن سطوح ذرات. این پدیده ها به عنوان سونوشیمی شناخته می شوند.

سونو سنتز

درمان اولتراسونیک از دوغاب منجر به ذرات بسیار ریز با توزیع یکنواخت به طوری که سایت های هسته ای بیشتری برای بارش ایجاد می شود.
ذرات HAp سنتز شده تحت امواج فراصوت نشان می دهد کاهش سطح تجمع است. تمایل پایین تر به تجمع HAp سنتز شده به صورت اولتراسونیک به عنوان مثال توسط تجزیه و تحلیل FESEM (میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار میدانی) از Poinern و همکاران (2009) تأیید شد.

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

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

Poinern و همکاران (2011) یک مسیر شیمیایی مرطوب ایجاد کردند که از تتراهیدرات نیترات کلسیم (Ca[NO3]2 · 4H2O) و دی هیدروژن فسفات پتاسیم (KH2PO4) به عنوان واکنش دهنده های اصلی استفاده می کند. برای کنترل مقدار pH در طول سنتز، هیدروکسید آمونیوم (NH4OH) اضافه شد.
پردازنده اولتراسوند یک UP50H (50 وات، 30 کیلوهرتز، MS7 Sonotrode W / 7 قطر میلی متر) از Hielscher اولتراسونیک.

التراسونیک پراکنده کلسیم هیدروکسی آپاتیت

التراسونیک کاهش یافته و پراکنده کلسیم هیدروکسی آپاتیت

مراحل سنتز نانو HAP:

محلول 40 میلی لیتری 0.32M Ca (NO₃)_H2S · 4 ساعت_H2SO در یک لیوان کوچک آماده شد. سپس pH محلول با حدود 5/2 میلی لیتر NH به 9.0 تنظیم شد₄آه. راه حل با فراصوت شد UP50H در تنظیم دامنه 100٪ به مدت 1 ساعت.
در پایان ساعت اول محلول 60 میلی لیتری 0.19 مولار [KH_H2Sصندوق₄] سپس به آرامی قطره ای به محلول اول اضافه شد در حالی که تحت یک ساعت دوم تابش اولتراسونیک قرار گرفت. در طول فرآیند اختلاط، مقدار pH بررسی و در 9 حفظ شد در حالی که نسبت Ca/P در 1.67 حفظ شد. سپس محلول با استفاده از سانتریفیوژ (~2000 گرم) فیلتر شد و پس از آن رسوب سفید حاصل برای عملیات حرارتی به تعدادی نمونه متناسب شد.
حضور سونوگرافی در فرآیند سنتز قبل از عملیات حرارتی تأثیر قابل توجهی در تشکیل پیش سازهای اولیه ذرات نانو HAP دارد. این به این دلیل است که اندازه ذرات مربوط به هسته و الگوی رشد ماده است که به نوبه خود به درجه اشباع فوق العاده در فاز مایع مربوط می شود.
علاوه بر این، هم اندازه ذرات و هم مورفولوژی آن می تواند به طور مستقیم در طول این فرآیند سنتز تحت تأثیر قرار گیرد. اثر افزایش توان فراصوت از 0 به 50 وات نشان داد که امکان کاهش اندازه ذرات قبل از عملیات حرارتی وجود دارد.
افزایش قدرت سونوگرافی مورد استفاده برای تابش مایع نشان می دهد که تعداد بیشتری حباب / کاویتاسیون تولید می شود. این به نوبه خود باعث ایجاد مکان های هسته ای بیشتری شد و در نتیجه ذرات تشکیل شده در اطراف این مکان ها کوچکتر هستند. علاوه بر این، ذرات در معرض دوره های طولانی تر تابش اولتراسونیک تجمع کمتری را نشان می دهند. داده های بعدی FESEM کاهش تجمع ذرات را هنگام استفاده از سونوگرافی در طول فرآیند سنتز تأیید کرده است.
ذرات نانو HAp در محدوده اندازه نانومتر و مورفولوژی کروی با استفاده از تکنیک رسوب شیمیایی تر در حضور سونوگرافی تولید شدند. مشخص شد که ساختار کریستالی و مورفولوژی پودرهای نانو HAP حاصل به قدرت منبع تابش اولتراسونیک و عملیات حرارتی بعدی مورد استفاده بستگی دارد. بدیهی بود که حضور امواج فراصوت در فرآیند سنتز باعث افزایش واکنش های شیمیایی و اثرات فیزیکی می شود که متعاقبا پودرهای بسیار ریز نانو HAp را پس از تیمار حرارتی تولید می کند.

فراصوت در محفظه راکتور اولتراسونیک

Hielscher Ultrasonics با افتخار حامی 7 کنفرانس بین المللی الکترونیکی در شیمی دارویی. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد ارائه ها و مشارکت اینجا را کلیک کنید!

هیدروکسی آپاتیت:

ماده معدنی اصلی فسفات کلسیم معدنی
زیست سازگاری بالا
زیست تخریب پذیری آهسته
استئورسانا
غیر سمی
غیر ایمنی زا
می تواند با پلیمرها و / یا شیشه ترکیب شود
ماتریس ساختار جذب خوب برای مولکول های دیگر
جایگزین استخوان عالی

هموژنایزرهای اولتراسونیک ابزار قدرتمندی برای سنتز و عملکردی ذرات مانند HAp هستند

پروب نوع اولتراسونیک UP50H

سنتز HAp از طریق مسیر التراسونیک سل ژل

مسیر سل ژل به کمک اولتراسونیک برای سنتز ذرات HAp نانوساختار:
مواد:
– واکنش دهنده ها: نیترات کلسیم کلسیم (NO₃)_H2S، دی آمونیوم هیدروژن فسفات (NH₄)_H2SHPO₄، هیدروکسید سدیم NaOH ;
– لوله test 25 میلی لیتری

Ca (NO) را حل کنید₃)_H2S و (NH₄)_H2SHPO₄ در آب مقطر (نسبت مولی کلسیم به فسفر: 1.67)
مقداری NaOH به محلول اضافه کنید تا pH آن در حدود 10 نگه داشته شود.
درمان اولتراسونیک با UP100H (سونوترود MS10 ، دامنه 100٪)

سنتزهای گرمابی در دمای 150 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت در آون الکتریکی انجام شد.
پس از واکنش، HAp کریستالی را می توان با سانتریفیوژ و شستشو با آب دیونیزه برداشت کرد.
آنالیز نانوپودر HAp به دست آمده توسط میکروسکوپ (SEM، TEM) و / یا طیف سنجی (FT-IR). نانوذرات HAp سنتز شده تبلور بالایی را نشان می دهند. مورفولوژی های مختلف را می توان بسته به زمان فراصوت مشاهده کرد. فراصوت طولانی تر می تواند به نانومیله های یکنواخت HAp با نسبت ابعاد بالا و تبلور فوق العاده بالا منجر شود. [cp. منافی و همکاران 2008]

اصلاح HAp

به دلیل شکنندگی آن، کاربرد HAp خالص محدود است. در تحقیقات مواد، تلاش های زیادی برای اصلاح HAp توسط پلیمرها انجام شده است، زیرا استخوان طبیعی ترکیبی است که عمدتا از کریستال های HAp با اندازه نانو و سوزنی تشکیل شده است (حدود 65 درصد وزنی استخوان را تشکیل می دهد). اصلاح اولتراسونیک به کمک HAp و سنتز کامپوزیت ها با ویژگی های مواد بهبود یافته امکانات چندگانه را ارائه می دهد (به چند نمونه در زیر مراجعه کنید).

مثال های عملی:

سنتز نانو-HAp

در مطالعه Poinern و همکاران (2009) ، یک Hielscher UP50H اولتراسونیک نوع پروب با موفقیت برای سنتز سونو HAp مورد استفاده قرار گرفت. با افزایش انرژی اولتراسوند، اندازه ذرات کریستالیت های HAp کاهش یافت. هیدروکسی آپاتیت نانوساختار (HAp) با استفاده از تکنیک بارش مرطوب به کمک اولتراسونیک تهیه شد. کلسیم (NO₃) و KH₂₅صندوق₄ werde به عنوان ماده اصلی و NH استفاده می شود₃ به عنوان رسوب دهنده. رسوب گرمابی تحت تابش فراصوت منجر به ایجاد ذرات HAp با اندازه نانو با مورفولوژی کروی در محدوده اندازه نانومتر (تقریبا 30 نانومتر ± 5 درصد) شد. پواینرن و همکارانش سنتز سونو-هیدروترمال را یک مسیر اقتصادی با قابلیت افزایش مقیاس قوی برای تولید تجاری یافتند.

سنتز ژلانتین هیدروکسی آپاتیت (Gel-HAp)

Brundavanam و همکاران با موفقیت یک ژلانتین هیدروکسی آپاتیت (ژل-HAp) کامپوزیت تحت شرایط فراصوت خفیف آماده کرده اند. برای تهیه ژلانتین-هیدروکسی آپاتیت، 1 گرم ژلاتین در 1000 میلی لیتر آب در دمای 40 درجه سانتی گراد به طور کامل حل شده است. سپس 2 میلی لیتر از محلول ژلاتین تهیه شده به Ca2+/NH اضافه شد₃ مخلوط. این مخلوط با یک فراصوت شد UP50H ultrasonicator (50W، 30kHz). در طول فراصوت، 60 میلی لیتر از 0.19M KH_H2Sصندوق₄ عاقلانه به مخلوط اضافه شدند.
کل راه حل به مدت 1 ساعت فراصوت شد. مقدار pH در همه زمان ها در pH 9 بررسی و حفظ شد و نسبت Ca/P به 1.67 تعدیل شد. فیلتراسیون رسوب سفید با سانتریفیوژ حاصل شد و در نتیجه دوغاب غلیظی ایجاد شد. نمونه های مختلف در کوره لوله ای به مدت 2 ساعت در دماهای 100، 200، 300 و 400 درجه سانتی گراد عملیات حرارتی شدند. بدین ترتیب یک پودر ژل-HAp به شکل دانه ای به دست آمد که به صورت پودر ریز آسیاب شده و با XRD، FE-SEM و FT-IR مشخص شد. نتایج نشان می دهد که فراصوت خفیف و حضور ژلاتین در مرحله رشد HAp باعث چسبندگی کمتر می شود - در نتیجه منجر به کوچکتر شدن و تشکیل یک شکل کروی منظم از نانوذرات ژل - HAp می شود. فراصوت خفیف کمک به سنتز ذرات ژل - HAp نانو اندازه با توجه به اثرات همگن سازی مافوق صوت. گونه های آمید و کربونیل از ژلاتین متعاقبا در مرحله رشد از طریق برهمکنش به کمک سونوشیمیایی به نانوذرات HAp متصل می شوند.
[Brundavanam و همکاران 2011]

رسوب HAp روی پلاکت های تیتانیوم

Ozhukil Kollatha و همکاران (2013) صفحات Ti را با هیدروکسی آپاتیت پوشش داده اند. قبل از رسوب، سوسپانسیون HAp با یک UP400S (دستگاه اولتراسونیک 400 وات با شاخ اولتراسونیک H14 ، زمان فراصوت 40 ثانیه در دامنه 75٪).

HAp با روکش نقره ای

Ignatev و همکارانش (2013) یک روش بیوسنتز را توسعه دادند که در آن نانوذرات نقره (AgNp) روی HAp رسوب کردند تا پوشش HAp با خواص ضد باکتریایی به دست آید و اثر سیتوتوکسیک را کاهش دهد. برای گلوبه زدایی نانوذرات نقره و رسوب آنها بر روی هیدروکسی آپاتیت، یک Hielscher UP400S استفاده شد.

Ignatev و همکارانش از دستگاه پروب اولتراسونیک UP400S برای تولید HAp با روکش نقره استفاده کردند.

راه اندازی همزن مغناطیسی و اولتراسونیک UP400S برای آماده سازی Hap با روکش نقره ای استفاده شد [Ignatev و همکاران 2013]

دستگاه های اولتراسونیک قدرتمند ما ابزار قابل اعتمادی برای درمان ذرات در محدوده زیر میکرون و نانو هستند. این که آیا می خواهید ذرات را در لوله های کوچک برای اهداف تحقیقاتی سنتز، پراکنده یا عامل سازی کنید یا نیاز به درمان حجم بالایی از دوغاب های نانو پودر برای تولید تجاری داشته باشید. – Hielscher ارائه می دهد ultrasonicator مناسب برای نیازهای شما!

هموژنایزر اولتراسونیک UP400S

ادبیات/منابع

Brundavanam، R. K.; جیناگ ، Z.-T. ، چپمن ، پی. Le, X.-T.; Mondinos, N.; فاوست ، دی. Poinern، G. E. J. (2011): اثر ژلاتین رقیق در سنتز مافوق صوت به کمک حرارتی نانو هیدروکسی آپاتیت. اولتراسون. سونوچم. 18, 2011. 697-703.
چنگیز ، بی. گوکچه، ی.; ییلدیز ، ن. Aktas, Z.; Calimli، A. (2008): سنتز و مشخصه یابی نانوذرات هیدرویاپاتیت. کلوئیدها و سطوح A: فیزیکوشیمی. جنبه های مهندسی 322; 2008. 29-33.
Ignatev, M.; ریبک ، تی. Colonges, G.; شارف ، دبلیو. Marke، S. (2013): پوشش های هیدروکسی آپاتیت پاشیده شده با پلاسما با نانوذرات نقره. Acta Metallurgica Slovac, 19/1; 2013. 20-29.
Jevtića, M.; Radulovićc, A.; Ignjatovića, N.; Mitrićb, M.; Uskoković، D. (2009): مونتاژ کنترل شده نانوکره های هسته ای - پوسته پلی (d، l-lactide-co-glycolide) / هیدروکسی آپاتیت تحت تابش مافوق صوت. Acta Biomaterialia 5/ 1; 2009. 208–218.
کوسرینی، ای. Pudjiastuti, A. R.; Astutiningsih, S.; Harjanto، S. (2012): تهیه هیدروکسی آپاتیت از استخوان گاو با روش های ترکیبی التراسونیک و خشک کردن اسپری. کنفرانسی بین المللی علوم شیمیایی، بیوشیمیایی و محیطی (ICBEE'2012) سنگاپور، 14-15 دسامبر 2012.
منافی, سعید; Badiee، S.H. (2008): اثر اولتراسونیک بر تبلور نانو هیدروکسی آپاتیت به روش شیمیایی مرطوب. IR J داروسازی علمی 4/2; 2008. 163-168
اوزوکیل کولاتا، V.; چنک، کیو؛ Clossetb, R.; لویتنا ، ج. ترایناب ، ک. مولنسا ، اس. Boccaccinic, A. R.; Clootsb، R. (2013): رسوب الکتروفورتیک AC در مقابل DC هیدروکسی آپاتیت روی تیتانیوم. مجله انجمن سرامیک اروپا 33; 2013. 2715–2721.
Poinern, G.E.J.; Brundavanam، R.K.; Thi Le, X.; Fawcett، D. (2012): خواص مکانیکی یک سرامیک متخلخل مشتق شده از پودر هیدروکسی آپاتیت بر پایه ذرات به اندازه 30 نانومتر برای کاربردهای بالقوه مهندسی بافت سخت. مجله آمریکایی مهندسی پزشکی 2/6; 2012. 278-286.
Poinern، G.J.E.; Brundavanam، R.; Thi Le, X.; Djordjevic، S.; پروکیچ ، م. Fawcett، D. (2011): تأثیر حرارتی و اولتراسونیک در تشکیل بیوسرامیک هیدروکسی آپاتیت در مقیاس نانومتری. مجله بین المللی نانوپزشکی 6; 2011. 2083–2095.
Poinern، G.J.E.; Brundavanam، R.K.; Mondinos, N.; جیانگ ، Z.-T. (1388): سنتز و مشخصه یابی نانوهیدروکسی آپاتیت با استفاده از روش به کمک اولتراسوند. سونوشیمی اولتراسونیک ، 16 /4 ؛ 2009. 469- 474.
سویاپان، I.; مل ، م. رامش، س.; خالد ، ک.ا: (2007): هیدروکسی آپاتیت متخلخل برای کاربردهای استخوان مصنوعی. علم و فناوری مواد پیشرفته 8. 2007. 116.
Suslick، K. S. (1998): دائرlopالمعارف فناوری شیمیایی کرک-اوتمر. ویرایش چهارم جی ویلی & پسران: نیویورک ، جلد 26 ، 1998. 517-541.

موضوعات مرتبط

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

دستگاه اولتراسونیک UIP1500hd با راکتور جریان