ઇમ્પ્લાન્ટ્સ, ઓર્થોપેડિક પ્રોસ્થેસિસ અને ડેન્ટલ ઇમ્પ્લાન્ટ મુખ્યત્વે ટાઇટેનિયમ અને એલોયમાંથી બનાવવામાં આવે છે. સોનિકેશનનો ઉપયોગ મેટાલિક ઇમ્પ્લાન્ટ્સ પર નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સપાટીઓ બનાવવા માટે થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક નેનોસ્ટ્રક્ચરિંગ ઇમ્પ્લાન્ટ સપાટી પર સમાનરૂપે વિતરિત નેનો-કદની પેટર્ન પેદા કરતી ધાતુની સપાટીને સંશોધિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ મેટાલિક ઇમ્પ્લાન્ટ્સ નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલ પેશીઓની વૃદ્ધિ અને ઓસીઓઇન્ટિગ્રેશન દર્શાવે છે જે ક્લિનિકલ સફળતા દરમાં સુધારો કરે છે.

સુધારેલ Osseointegration માટે અલ્ટ્રાસોનિકલી નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ પ્રત્યારોપણ

ટાઇટેનિયમ અને એલોય સહિતની ધાતુઓનો ઉપયોગ ઓર્થોપેડિક અને ડેન્ટલ ઇમ્પ્લાન્ટના ફેબ્રિકેશનમાં પ્રચલિત છે, કારણ કે તેની સપાટીના સાનુકૂળ ગુણધર્મોને કારણે પેરી-ઇમ્પ્લાન્ટ પેશીઓ સાથે બાયોકોમ્પેટીબલ ઇન્ટરફેસની સ્થાપના કરવામાં સક્ષમ બને છે. આ પ્રત્યારોપણની કામગીરીને શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે, સપાટી પર નેનોસ્કેલ ફેરફારોનો અમલ કરીને આ ઇન્ટરફેસની પ્રકૃતિને સંશોધિત કરવા માટે વ્યૂહરચનાઓ વિકસાવવામાં આવી છે. આવા ફેરફારો પ્રોટીન શોષણ, કોષો અને પ્રત્યારોપણની સપાટી વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ (સેલ-સબસ્ટ્રેટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ) અને આસપાસના પેશીઓના અનુગામી વિકાસ સહિતના નિર્ણાયક પાસાઓ પર નોંધપાત્ર પ્રભાવ પાડે છે. નેનોમીટર-સ્તરના આ ફેરફારોને ચોક્કસ રીતે એન્જિનિયરિંગ કરીને, વૈજ્ઞાનિકો પ્રત્યારોપણની જૈવસંકલન અને એકંદર અસરકારકતાને વધારવાનું લક્ષ્ય રાખે છે, જે ઇમ્પ્લાન્ટોલોજીના ક્ષેત્રમાં સુધારેલા ક્લિનિકલ પરિણામો તરફ દોરી જાય છે.
 

ટાઇટેનિયમ ઇમ્પ્લાન્ટ્સના અલ્ટ્રાસોનિક નેનોસ્ટ્રક્ચરિંગ માટે પ્રોટોકોલ

કેટલાક સંશોધન અભ્યાસોએ ઉચ્ચ-તીવ્રતાના અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને ટાઇટેનિયમ અને એલોય સપાટીઓની સરળ, છતાં ઉચ્ચ અસરકારક નેનોસ્ટ્રક્ચરિંગ દર્શાવ્યું છે. સોનોકેમિકલ ટ્રીટમેન્ટ (એટલે કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ટ્રીટમેન્ટ) સ્પોન્જ જેવી રચનાના ખરબચડી ટાઇટેનિયા સ્તરની રચના તરફ દોરી જાય છે, જે દર્શાવે છે કે સેલ પ્રસારને નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે.
સોનોકેમિકલ ટ્રીટમેન્ટ દ્વારા ટાઇટેનિયમ સપાટીનું માળખું: 20 × 20 × 0.5 mm ના ટાઇટેનિયમ નમૂનાઓ અગાઉ પોલિશ કરવામાં આવ્યા હતા અને કોઈપણ દૂષકોને દૂર કરવા માટે સળંગ ડીયોનાઇઝ્ડ પાણી, એસેટોન અને ઇથેનોલથી ધોવાઇ ગયા હતા. પછીથી, 20 kHz પર સંચાલિત Hielscher ultrasonicator UIP1000hd નો ઉપયોગ કરીને 5 m NaOH સોલ્યુશનમાં ટાઇટેનિયમના નમૂનાઓની અલ્ટ્રાસોનિકલી સારવાર કરવામાં આવી હતી (ડાબે ચિત્ર જુઓ). સોનિકેટર સોનોટ્રોડ BS2d22 (ટીપ 3.8 સેમી 2 નો સપાટી વિસ્તાર) અને બૂસ્ટર B4-1.4 થી સજ્જ હતું, જે કાર્યકારી કંપનવિસ્તારને 1.4 ગણો વિસ્તૃત કરે છે. યાંત્રિક કંપનવિસ્તાર ≈81 μm હતું. પેદા થયેલી તીવ્રતા 200 W cm−2 ની હતી. વપરાયેલ સોનોટ્રોડ BS2d22 ના આગળના વિસ્તાર (3.8 cm2 સાથે) સાથે તીવ્રતાના ગુણાકારના પરિણામે મહત્તમ પાવર ઇનપુટ 760 W હતું. ટાઇટેનિયમના નમૂનાઓ હોમમેઇડ ટેફલોન ધારકમાં નિશ્ચિત કરવામાં આવ્યા હતા અને 5 મિનિટ માટે સારવાર કરવામાં આવી હતી.
(cf. Ulasevich et al., 2020)
 

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન (c) દ્વારા મેળવેલા પ્રિસ્ટીન ટાઇટેનિયમ સરફેસ (a), સોનોકેમિકલી ફેબ્રિકેટેડ ટાઇટેનિયા મેસોપોરસ સપાટી (TMS) ટોપ-વ્યૂ અને ક્રોસસેક્શન (b), અને ટોપ-વ્યૂ અને ટાઇટેનિયા નેનોટ્યુબ્સ (TNT) ના ક્રોસ-સેક્શનનું મોર્ફોલોજી. ઇન્સેટ્સ સપાટીના નેનોસ્ટ્રક્ચરિંગની યોજનાઓ દર્શાવે છે. ટાઇટેનિયા મેટ્રિક્સ (df) ના છિદ્રોમાં હાઇડ્રોક્સાપેટાઇટ (HA) નું નિરાકરણ દર્શાવતી યોજના. રાસાયણિક રીતે જમા થયેલ HA: TMS-HA (g) અને TNT-HA (h), અનુક્રમે સોનોકેમિકલ નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ ટાઇટેનિયમ (TMS) અને TNT સપાટીઓની SEM છબીઓ.
(અભ્યાસ અને છબીઓ: ©કુવીર્કોવ એટ અલ., 2020)

મેટલ સપાટીઓના અલ્ટ્રાસોનિક નેનોસ્ટ્રક્ચરિંગની પદ્ધતિ

ધાતુની સપાટીઓની અલ્ટ્રાસોનિક સારવારથી ટાઇટેનિયમ સપાટીની યાંત્રિક કોતરણી તરફ દોરી જાય છે જે ટાઇટેનિયમ પર મેસોપોરસ સ્ટ્રક્ચરની રચનાનું કારણ બને છે.
અલ્ટ્રાસોનિક મિકેનિઝમની પદ્ધતિ એકોસ્ટિક પોલાણ પર આધારિત છે, જે ત્યારે થાય છે જ્યારે ઓછી-આવર્તન, ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોને પ્રવાહીમાં જોડવામાં આવે છે. જ્યારે હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહીમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે વૈકલ્પિક ઉચ્ચ-દબાણ / લો-પ્રેશર ચક્રો ઉત્પન્ન થાય છે. ઓછા દબાણના ચક્ર દરમિયાન શૂન્યાવકાશ પરપોટા, કહેવાતા પોલાણ પરપોટા પ્રવાહીમાં ઉદ્ભવે છે. આ પોલાણ પરપોટા ઘણા દબાણ ચક્રમાં વધે છે જ્યાં સુધી તેઓ વધુ ઊર્જાને શોષી શકતા નથી. પરપોટાની મહત્તમ વૃદ્ધિના આ બિંદુએ, પોલાણનો બબલ હિંસક વિસ્ફોટ સાથે ફૂટે છે અને અત્યંત ઉર્જા-ગીચ સૂક્ષ્મ પર્યાવરણ બનાવે છે. એકોસ્ટિક/અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણનું ઉર્જા-ગાઢ ક્ષેત્ર 2,000 એટીએમ સુધીના દબાણ અને આશરે તાપમાનનું પ્રદર્શન કરતા ઉચ્ચ દબાણ અને તાપમાનના તફાવતો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. 5000 K, 280m/sec ની વેગ અને શોકવેવ્સ સાથે હાઇ-સ્પીડ લિક્વિડ જેટ. જ્યારે આવા પોલાણ ધાતુની સપાટીની નજીક થાય છે ત્યારે માત્ર યાંત્રિક દળો જ નહીં પરંતુ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પણ થાય છે.
આ પરિસ્થિતિઓમાં, રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે જે ઓક્સિડેટીવ પ્રતિક્રિયાઓ અને ટાઇટેનિયા સ્તરની રચના તરફ દોરી જાય છે. ટાઇટેનિયમની સપાટીને ઓક્સિડેશન કરતી પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (ROS) પેદા કરવા ઉપરાંત, અલ્ટ્રાસોનિકલી જનરેટેડ ઓક્સિડેશન-ઘટાડાની પ્રતિક્રિયાઓ અસરકારક સપાટીની કોતરણી પૂરી પાડે છે જેના પરિણામે 1 μm જાડા ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડ સ્તર પ્રાપ્ત થાય છે. આનો અર્થ એ છે કે, ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડ આલ્કલાઇન દ્રાવણમાં આંશિક રીતે ઓગળી જાય છે જે અવ્યવસ્થિત રીતે વિતરિત છિદ્રો પેદા કરે છે.
સોનોકેમિકલ પદ્ધતિ અકાર્બનિક અને ઓર્ગેનિક એમ બંને નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ મટિરિયલ્સના ફેબ્રિકેશન માટે ઝડપી અને બહુમુખી તક આપે છે, જે પરંપરાગત પદ્ધતિઓ દ્વારા ઘણીવાર પ્રાપ્ત કરી શકાતી નથી. આ તકનીકનો મુખ્ય ફાયદો એ છે કે પોલાણના પ્રસારથી ઘન પદાર્થોમાં મોટા સ્થાનિક તાપમાનના ગ્રેડિયન્ટ્સ ઉત્પન્ન થાય છે, પરિણામે છિદ્રાળુ સ્તરવાળી સામગ્રી અને ઓરડાની સ્થિતિમાં અવ્યવસ્થિત નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ થાય છે. વધુમાં, બાહ્ય અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઇરેડિયેશનનો ઉપયોગ નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ કોટિંગમાં છિદ્રો દ્વારા એન્કેપ્સ્યુલેટેડ બાયોમોલેક્યુલ્સના પ્રકાશનને ટ્રિગર કરવા માટે કરી શકાય છે.
 

સોનિકેશન સેલ (એ) નું યોજનાકીય ચિત્ર, જલીય આલ્કલાઇન દ્રાવણમાં ટાઇટેનિયમ સપાટીની અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર દરમિયાન થતી સપાટીની રચનાની પ્રક્રિયાનું યોજનાકીય ચિત્ર (b) અને બનેલી સપાટી (c), ટાઇટેનિયમ પ્રત્યારોપણનો ફોટો (d): અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રીટમેન્ટ પછી લીલોતરી (હાથમાં ડાબો નમૂનો) રોપવામાં આવે છે, પીળો રંગ (નમૂનો જમણી બાજુએ આવેલું છે) બિન-સંશોધિત ઇમ્પ્લાન્ટ છે.
(અભ્યાસ અને છબીઓ: ©કુવીર્કોવ એટ અલ., 2020)

નેનોસ્ટ્રક્ચરિંગ મેટાલિક ઇમ્પ્લાન્ટ સપાટીઓ માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સોનિકેટર્સ

Hielscher Ultrasonics નેનો-એપ્લીકેશન માટે સોનિકેટર્સની સંપૂર્ણ શ્રેણી ઓફર કરે છે જેમ કે મેટાલિક સપાટીઓ (દા.ત. ટાઇટેનિયમ અને એલોય્સ) ના નેનોસ્ટ્રક્ચરિંગ. પ્રત્યારોપણની સામગ્રી, સપાટી વિસ્તાર અને ઉત્પાદન થ્રુપુટ પર આધાર રાખીને, Hielscher તમને નેનો-સ્ટ્રક્ચરિંગ એપ્લિકેશન માટે આદર્શ સોનીકેટર અને સોનોટ્રોડ (પ્રોબ) ઓફર કરે છે.
Hielscher sonicators ના મુખ્ય ફાયદાઓમાંનું એક ચોક્કસ કંપનવિસ્તાર નિયંત્રણ અને સતત 24/7 ઓપરેશનમાં ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર પહોંચાડવાની ક્ષમતા છે. કંપનવિસ્તાર, જે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબનું વિસ્થાપન છે, તે sonication તીવ્રતા માટે જવાબદાર છે) અને તેથી વિશ્વસનીય અને અસરકારક અલ્ટ્રાસોનિક સારવારનું નિર્ણાયક પરિમાણ છે.

ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને કન્સલ્ટિંગ – જર્મનીમાં બનાવેલ ગુણવત્તા

Hielscher ultrasonicators તેમના ઉચ્ચતમ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇન ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતાઈ અને સરળ કામગીરી ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સના સરળ એકીકરણને મંજૂરી આપે છે. ખરબચડી પરિસ્થિતિઓ અને માંગવાળા વાતાવરણને Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ દ્વારા સરળતાથી નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે.

Hielscher Ultrasonics એ ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ પર વિશેષ ભાર મૂકે છે જેમાં અત્યાધુનિક ટેકનોલોજી અને વપરાશકર્તા-મિત્રતા દર્શાવવામાં આવે છે. અલબત્ત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ CE અનુરૂપ છે અને UL, CSA અને RoHs ની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે.

પોલિશ્ડ ટાઇટેનિયમ (a) અને સોનોકેમિકલી ટ્રીટેડ પોલિશ્ડ ટાઇટેનિયમ (b) ની થર્મલ ટ્રીટમેન્ટ દ્વારા ફેબ્રિકેટેડ ટાઇટેનિયા કોટિંગની XRD પેટર્ન; પોલિશ્ડ ટાઇટેનિયમ સપાટી (c) અને સોનોકેમિકલી જનરેટેડ મેસોપોરસ ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડ સપાટી (d) ની SEM છબીઓ. Sonication Sonicator UIP1000hdT નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું.
(અભ્યાસ અને છબીઓ: ©કુવીર્કોવ એટ અલ., 2018)