सोनोकेमिकल रूप से नैनोस्ट्रक्चर्ड इम्प्लांट्स ऑसियोइंटीग्रेशन में सुधार

प्रत्यारोपण, आर्थोपेडिक कृत्रिम अंग और दंत प्रत्यारोपण मुख्य रूप से टाइटेनियम और मिश्र धातुओं से बने होते हैं। सोनिकेशन का उपयोग धातु प्रत्यारोपण पर नैनोस्ट्रक्चर्ड सतहों को बनाने के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिक नैनोस्ट्रक्चरिंग प्रत्यारोपण सतहों पर समान रूप से वितरित नैनो आकार के पैटर्न उत्पन्न करने वाली धातु सतहों को संशोधित करने की अनुमति देता है। ये नैनोस्ट्रक्चर्ड धातु प्रत्यारोपण काफी बेहतर ऊतक विकास और ऑसियोइंटीग्रेशन दिखाते हैं जिससे नैदानिक सफलता दर में सुधार होता है।

Ultrasonically Nanostructured प्रत्यारोपण बेहतर Osseointegration के लिए

टाइटेनियम और मिश्र धातुओं सहित धातुओं का उपयोग, उनके अनुकूल सतह गुणों के कारण आर्थोपेडिक और दंत प्रत्यारोपण के निर्माण में प्रचलित है, जिससे पेरी-इम्प्लांट ऊतकों के साथ जैव-संगत इंटरफ़ेस की स्थापना को सक्षम किया जा सकता है। इन प्रत्यारोपण के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए, सतह पर नैनोस्केल परिवर्तनों को लागू करके इस इंटरफ़ेस की प्रकृति को संशोधित करने के लिए रणनीतियों का विकास किया गया है। इस तरह के संशोधन प्रोटीन सोखना, कोशिकाओं और प्रत्यारोपण सतह (सेल-सब्सट्रेट इंटरैक्शन) के बीच बातचीत, और आसपास के ऊतक के बाद के विकास सहित महत्वपूर्ण पहलुओं पर उल्लेखनीय प्रभाव डालते हैं। इन नैनोमीटर-स्तरीय परिवर्तनों को सटीक रूप से इंजीनियरिंग करके, वैज्ञानिकों का लक्ष्य प्रत्यारोपण की जैव-एकीकरण और समग्र प्रभावकारिता को बढ़ाना है, जिससे इम्प्लांटोलॉजी के क्षेत्र में नैदानिक परिणामों में सुधार हुआ है।
 

टाइटेनियम प्रत्यारोपण के अल्ट्रासोनिक nanostructuring के लिए प्रोटोकॉल

कई शोध अध्ययनों ने उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके टाइटेनियम और मिश्र धातु सतहों के सरल, अभी तक उच्च प्रभावी नैनोस्ट्रक्चरिंग का प्रदर्शन किया है। सोनोकेमिकल उपचार (यानी अल्ट्रासाउंड उपचार) स्पंज जैसी संरचना की एक खुरदरी टाइटेनिया परत के गठन की ओर जाता है, जो सेल प्रसार को काफी बढ़ाता है।
सोनोकेमिकल उपचार के माध्यम से टाइटेनियम सतह की संरचना: 20 × 20 × 0.5 मिमी के टाइटेनियम नमूनों को पहले पॉलिश किया गया था और किसी भी दूषित पदार्थों को खत्म करने के लिए लगातार विआयनीकृत पानी, एसीटोन और इथेनॉल से धोया गया था। बाद में, टाइटेनियम नमूनों को अल्ट्रासोनिक रूप से 20 kHz पर संचालित Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर UIP1000hd का उपयोग करके 5 m NaOH समाधान में इलाज किया गया (चित्र बाएं देखें)। सोनिकेटर सोनोट्रोड BS2d22 (टिप 3.8 सेमी 2 का सतह क्षेत्र) और बूस्टर B4-1.4 से लैस था, जो काम के आयाम को 1.4 गुना बढ़ाता है। यांत्रिक आयाम ≈81 माइक्रोन था। उत्पन्न तीव्रता 200 W cm-2 थी। अधिकतम पावर इनपुट 760 डब्ल्यू था जिसके परिणामस्वरूप प्रयुक्त सोनोट्रोड बीएस 2 डी 22 के ललाट क्षेत्र (3.8 सेमी 2 के साथ) के साथ तीव्रता के गुणन के परिणामस्वरूप टाइटेनियम नमूने तय किए गए थे और 5 मिन के लिए इलाज किया गया था।
(सीएफ. उलसेविच एट अल., 2020)
 

प्राचीन टाइटेनियम सतह (ए), सोनोकेमिकल रूप से गढ़े गए टाइटेनिया मेसोपोरस सतह (टीएमएस) शीर्ष-दृश्य और क्रॉससेक्शन (बी), और इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण (सी) द्वारा प्राप्त टाइटेनिया नैनोट्यूब (टीएनटी) के शीर्ष-दृश्य और क्रॉस-सेक्शन की आकृति विज्ञान। इनसेट सतह नैनोस्ट्रक्चरिंग की योजनाओं को दिखाते हैं। टाइटेनिया मैट्रिक्स (डी-एफ) के छिद्रों में हाइड्रोक्सीपाटाइट (एचए) के जमाव को दिखाने वाली योजना। सोनोकेमिकल नैनोस्ट्रक्चर्ड टाइटेनियम (टीएमएस) और टीएनटी सतहों की एसईएम छवियां क्रमशः रासायनिक रूप से जमा एचए: टीएमएस-एचए (जी) और टीएनटी-एचए (एच) के साथ।
(अध्ययन और चित्र: ©कुविरकोव एट अल।

धातु सतहों के अल्ट्रासोनिक नैनोस्ट्रक्चरिंग का तंत्र

धातु सतहों के अल्ट्रासोनिक उपचार से टाइटेनियम सतहों की यांत्रिक नक़्क़ाशी होती है जो टाइटेनियम पर एक मेसोपोरस संरचना के गठन का कारण बनती है।
अल्ट्रासोनिक तंत्र का तंत्र ध्वनिक कैविटेशन पर आधारित है, जो तब होता है जब कम आवृत्ति, उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों को तरल में जोड़ा जाता है। जब उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड एक तरल के माध्यम से यात्रा करता है, तो बारी-बारी से उच्च दबाव / कम दबाव चक्र मिनट वैक्यूम बुलबुले के दौरान, तथाकथित गुहिकायन बुलबुले तरल में उत्पन्न होते हैं। ये गुहिकायन बुलबुले कई दबाव चक्रों पर बढ़ते हैं जब तक कि वे आगे की ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते। अधिकतम बुलबुला विकास के इस बिंदु पर, गुहिकायन बुलबुला एक हिंसक फट के साथ फट जाता है और एक अत्यधिक ऊर्जा-घने सूक्ष्म वातावरण बनाता है। ध्वनिक/अल्ट्रासोनिक गुहिकायन के ऊर्जा-घने क्षेत्र में उच्च दबाव और तापमान अंतर की विशेषता है जो 2,000atm तक के दबाव और लगभग 5000 K के तापमान, 280m/sec और शॉकवेव के वेग वाले उच्च गति वाले तरल जेट विमानों का प्रदर्शन करते हैं। जब इस तरह के गुहिकायन धातु की सतह के पास होते हैं, तो न केवल यांत्रिक बल, बल्कि रासायनिक प्रतिक्रियाएं भी होती हैं।
इन स्थितियों में, रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं होती हैं जिससे ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाएं और टाइटेनिया परत का निर्माण होता है। टाइटेनियम सतह को ऑक्सीकरण करने वाली प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) को उत्पन्न करने के अलावा, अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं प्रभावी सतह नक़्क़ाशी प्रदान करती हैं जिसके परिणामस्वरूप 1 माइक्रोन मोटी की टाइटेनियम डाइऑक्साइड परत प्राप्त होती है। इसका मतलब है, टाइटेनियम डाइऑक्साइड आंशिक रूप से क्षारीय घोल में घुल जाता है जिससे छिद्रों को अव्यवस्थित रूप से वितरित किया जाता है।
सोनोकेमिकल विधि नैनोस्ट्रक्चर्ड सामग्रियों के निर्माण के लिए एक तेज़ और बहुमुखी प्रदान करती है, दोनों अकार्बनिक और कार्बनिक, जो अक्सर पारंपरिक तरीकों के माध्यम से अप्राप्य होते हैं। इस तकनीक का प्रमुख लाभ यह है कि गुहिकायन का प्रसार ठोस पदार्थों में बड़े स्थानीय तापमान ढाल उत्पन्न करता है, जिसके परिणामस्वरूप कमरे की स्थिति में एक झरझरा परत और अव्यवस्थित नैनोस्ट्रक्चर वाली सामग्री होती है। इसके अतिरिक्त, बाहरी अल्ट्रासाउंड विकिरण का उपयोग नैनोस्ट्रक्चर्ड कोटिंग में छिद्रों के माध्यम से एन्कैप्सुलेटेड बायोमोलेक्यूल्स की रिहाई को ट्रिगर करने के लिए किया जा सकता है।
 

सोनीशन सेल (ए) का योजनाबद्ध चित्रण, जलीय क्षारीय समाधान (बी) और गठित सतह (सी) में टाइटेनियम सतह के अल्ट्रासोनिक उपचार के दौरान होने वाली सतह संरचना प्रक्रिया का योजनाबद्ध चित्रण, टाइटेनियम प्रत्यारोपण की तस्वीर (डी): हरा एक (हाथ में बायां नमूना) अल्ट्रासोनिक उपचार के बाद प्रत्यारोपण है, पीले रंग का एक (नमूना दाईं ओर स्थित है) गैर-संशोधित प्रत्यारोपण है।
(अध्ययन और चित्र: ©कुविरकोव एट अल।

नैनोस्ट्रक्चरिंग धातु प्रत्यारोपण सतहों के लिए उच्च प्रदर्शन Sonicators

Hielscher Ultrasonics धातु सतहों (जैसे टाइटेनियम और मिश्र धातु) के nanostructuring के रूप में नैनो अनुप्रयोगों के लिए sonicators की पूरी श्रृंखला प्रदान करता है। प्रत्यारोपण की सामग्री, सतह क्षेत्र और उत्पादन थ्रूपुट के आधार पर, Hielscher आपको नैनो-संरचना अनुप्रयोग के लिए आदर्श सोनिकेटर और सोनोट्रोड (जांच) प्रदान करता है।
Hielscher sonicators के मुख्य लाभों में से एक सटीक आयाम नियंत्रण और निरंतर 24/7 ऑपरेशन में बहुत उच्च आयाम देने की क्षमता है। आयाम, जो अल्ट्रासोनिक जांच का विस्थापन है, सोनीशन तीव्रता के लिए जिम्मेदार है) और इसलिए विश्वसनीय और प्रभावी अल्ट्रासोनिक उपचार का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

डिजाइन, विनिर्माण और परामर्श – गुणवत्ता जर्मनी में निर्मित

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपने उच्चतम गुणवत्ता और डिजाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मजबूती और आसान संचालन औद्योगिक सुविधाओं में हमारे अल्ट्रासोनिकेटर के सुचारू एकीकरण की अनुमति देता है। किसी न किसी स्थिति और मांग वातावरण आसानी से Hielscher ultrasonicators द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं।

Hielscher Ultrasonics एक आईएसओ प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक प्रौद्योगिकी और उपयोगकर्ता-मित्रता की विशेषता वाले उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर पर विशेष जोर देती है। बेशक, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर सीई के अनुरूप हैं और उल, सीएसए और RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

पॉलिश टाइटेनियम (ए) और सोनोकेमिकल रूप से इलाज पॉलिश टाइटेनियम (बी) के थर्मल उपचार द्वारा निर्मित टाइटेनिया कोटिंग के एक्सआरडी पैटर्न; पॉलिश टाइटेनियम सतह (सी) और सोनोकेमिकल रूप से उत्पन्न मेसोपोरस टाइटेनियम डाइऑक्साइड सतह (डी) की एसईएम छवियां। सोनिकेटर UIP1000hdT का उपयोग करके Sonication किया गया था।
(अध्ययन और चित्र: ©कुविरकोव एट अल।