Նանո-հիդրօքսիապատիտի սոնո-սինթեզ
Հիդրօքսիապատիտը (HA կամ HAp) բժշկական նպատակների համար շատ հաճախ հանդիպող կենսաակտիվ կերամիկա է՝ ոսկրային նյութին իր նման կառուցվածքի պատճառով: Հիդրօքսիապատիտի ուլտրաձայնային օգնությամբ սինթեզը (սոնո-սինթեզ) հաջող տեխնիկա է նանոկառուցվածքային HAp-ի արտադրության ամենաբարձր որակի չափանիշներով: Ուլտրաձայնային երթուղին թույլ է տալիս արտադրել նանո-բյուրեղային HAp, ինչպես նաև փոփոխված մասնիկներ, օրինակ՝ միջուկի կեղևի նանոսֆերաներ և կոմպոզիտներ:
Հիդրօքսիապատիտ. բազմակողմանի հանքանյութ
Բժշկության մեջ նանոկառուցվածքային ծակոտկեն HAp-ը հետաքրքիր նյութ է արհեստական ոսկորների կիրառման համար: Ոսկրերի հետ շփման մեջ իր լավ կենսահամատեղելիության և ոսկրային նյութի հետ իր նման քիմիական բաղադրության շնորհիվ ծակոտկեն HAp կերամիկան հսկայական կիրառություն է գտել կենսաբժշկական կիրառություններում, ներառյալ ոսկրային հյուսվածքի վերածնում, բջիջների բազմացում և դեղամիջոցների առաքում:
„In bone tissue engineering it has been applied as filling material for bone defects and augmentation, artificial bone graft material, and prosthesis revision surgery. Its high surface area leads to excellent osteoconductivity and resorbability providing fast bone ingrowth.” [Soypan et al. 2007] So, many modern implants are coated with hydroxylapatite.
Միկրոկրիստալային հիդրօքսիլապատիտի մեկ այլ խոստումնալից կիրառություն դրա օգտագործումն է որպես “ոսկորաշինություն” հավելում կալցիումի համեմատ գերազանց կլանմամբ:
Բացի ոսկորների և ատամների համար որպես վերականգնող նյութ օգտագործելուց, HAp-ի այլ կիրառություններ կարելի է գտնել կատալիզի, պարարտանյութերի արտադրության մեջ, որպես դեղագործական արտադրանքի միացություն, սպիտակուցային քրոմատոգրաֆիայի կիրառություններում և ջրի մաքրման գործընթացներում:
Ուլտրաձայնային հզորություն. ազդեցություն և ազդեցություն
Երբ այս ծայրահեղ ուժերը, որոնք առաջանում են փլուզման ժամանակ, հաճախ կավիտացիոն փուչիկները, ընդլայնվում են ձայնային միջավայրում, ազդում են մասնիկները և կաթիլները: – ինչը հանգեցնում է միջմասնիկների բախմանը, այնպես որ պինդը քայքայվում է: Դրանով ձեռք է բերվում մասնիկների չափի կրճատում, ինչպիսիք են ֆրեզումը, ապաագլոմերացումը և ցրումը: Մասնիկները կարող են փոքրացվել մինչև ենթամիկրոն և նանո չափսեր:
Բացի մեխանիկական էֆեկտներից, հզոր ձայնային ազդեցությունը կարող է ստեղծել ազատ ռադիկալներ, կտրել մոլեկուլներ և ակտիվացնել մասնիկների մակերեսները: Այս երևույթը հայտնի է որպես սոնոքիմիա:
սոնո-սինթեզ
Կաղապարի ուլտրաձայնային մշակումը հանգեցնում է շատ նուրբ մասնիկների՝ հավասարաչափ բաշխվածությամբ, այնպես որ ստեղծվում են տեղումների ավելի շատ միջուկային վայրեր:
Ուլտրաձայնային ազդեցության տակ սինթեզված HAp մասնիկները ցույց են տալիս ագլոմերացիայի նվազում: Ուլտրաձայնային եղանակով սինթեզված HAp-ի ագլոմերացման ավելի ցածր միտումը հաստատվել է, օրինակ, FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) Poinern et al-ի վերլուծությամբ: (2009):
Ուլտրաձայնը օգնում և խթանում է քիմիական ռեակցիաները ուլտրաձայնային կավիտացիայի և դրա ֆիզիկական ազդեցությունների միջոցով, որոնք ուղղակիորեն ազդում են մասնիկների մորֆոլոգիայի վրա աճի փուլում: Հիմնական առավելությունները Ultrasonication արդյունքում պատրաստման գերնուրբ ռեակցիայի խառնուրդներ են
- 1) արձագանքման արագության բարձրացում,
- 2) կրճատվել է մշակման ժամանակը
- 3) էներգիայի արդյունավետ օգտագործման ընդհանուր բարելավում.
Պոյներն և այլք։ (2011) մշակել է խոնավ-քիմիական երթուղի, որն օգտագործում է կալցիումի նիտրատ քառահիդրատ (Ca[NO3]2 · 4H2O) և կալիումի երկհիդրածին ֆոսֆատ (KH2PO4) որպես հիմնական ռեակտիվներ: Սինթեզի ընթացքում pH արժեքի վերահսկման համար ավելացվել է ամոնիումի հիդրօքսիդ (NH4OH):
Ուլտրաձայնային պրոցեսորը եղել է UP50H (50 Վտ, 30 կՀց, MS7 Sonotrode w/ 7 մմ տրամագծով) Hielscher Ultrasonics-ից:
Նանո-HAP սինթեզի քայլերը.
40 մլ 0,32 մ Ca (NO3)2 · 4ժ2O-ն պատրաստվում էր փոքրիկ բաժակի մեջ։ Այնուհետև լուծույթի pH-ը ճշգրտվել է մինչև 9,0՝ մոտավորապես 2,5 մլ NH-ով4Օհ. Լուծումը sonicated հետ UP50H 100% ամպլիտուդի կարգավորմամբ 1 ժամ:
Առաջին ժամի վերջում 0,19M 60 մլ լուծույթ [KH2PO4]-ն այնուհետև դանդաղորեն կաթիլ-կաթիլով ավելացվեց առաջին լուծույթի մեջ՝ երկրորդ ժամվա ընթացքում անցնելով ուլտրաձայնային ճառագայթման: Խառնման գործընթացում pH-ի արժեքը ստուգվել և պահպանվել է 9-ի վրա, մինչդեռ Ca/P հարաբերակցությունը պահպանվել է 1,67-ի վրա: Այնուհետև լուծույթը զտվել է ցենտրիֆուգման միջոցով (~2000 գ), որից հետո ստացված սպիտակ նստվածքը համամասնվել է մի շարք նմուշների՝ ջերմային մշակման համար:
Ջերմային բուժումից առաջ սինթեզի պրոցեդուրաներում ուլտրաձայնի առկայությունը զգալի ազդեցություն ունի սկզբնական նանո-HAP մասնիկների պրեկուրսորների ձևավորման վրա: Դա պայմանավորված է մասնիկների չափի հետ կապված միջուկացման և նյութի աճի ձևի հետ, որն իր հերթին կապված է հեղուկ փուլում գերհագեցվածության աստիճանի հետ:
Բացի այդ, և՛ մասնիկների չափը, և՛ դրա մորֆոլոգիան կարող են ուղղակիորեն ազդվել այս սինթեզի գործընթացում: Ուլտրաձայնային հզորությունը 0-ից մինչև 50 Վտ ավելացնելու ազդեցությունը ցույց տվեց, որ հնարավոր է նվազեցնել մասնիկների չափը մինչև ջերմային բուժումը:
Հեղուկը ճառագայթելու համար օգտագործվող ուլտրաձայնային հզորության աճը ցույց է տալիս, որ ավելի մեծ թվով փուչիկներ/կավիտացիաներ են արտադրվում: Սա իր հերթին ստեղծեց ավելի շատ միջուկային տեղամասեր, և արդյունքում այդ տեղամասերի շուրջ ձևավորված մասնիկները ավելի փոքր են: Ավելին, ուլտրաձայնային ճառագայթման ավելի երկար ժամանակահատվածների ենթարկված մասնիկները ցույց են տալիս ավելի քիչ ագլոմերացիա: FESEM-ի հետագա տվյալները հաստատել են մասնիկների կրճատված ագլոմերացիան, երբ սինթեզի գործընթացում օգտագործվում է ուլտրաձայնային հետազոտություն:
Նանո-HAp մասնիկները նանոմետրի չափերի և գնդաձև մորֆոլոգիայի մեջ արտադրվել են խոնավ քիմիական տեղումների տեխնիկայի միջոցով՝ ուլտրաձայնի առկայության դեպքում: Պարզվել է, որ ստացված նանո-HAP փոշիների բյուրեղային կառուցվածքը և մորֆոլոգիան կախված են ուլտրաձայնային ճառագայթման աղբյուրի հզորությունից և հետագա օգտագործվող ջերմային մշակումից: Ակնհայտ էր, որ սինթեզի գործընթացում ուլտրաձայնի առկայությունը նպաստում էր քիմիական ռեակցիաներին և ֆիզիկական ազդեցություններին, որոնք հետագայում ջերմային մշակումից հետո արտադրում էին ծայրահեղ նուրբ նանո-HAp փոշիներ:
- հիմնական անօրգանական կալցիումի ֆոսֆատ հանքանյութը
- բարձր կենսահամատեղելիություն
- դանդաղ կենսաքայքայվածություն
- օստեոհաղորդիչ
- Ոչ թունավոր
- ոչ իմունոգեն
- կարող է համակցվել պոլիմերների և/կամ ապակու հետ
- լավ կլանման կառուցվածքի մատրիցա այլ մոլեկուլների համար
- գերազանց ոսկրային փոխարինող
զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարք UP50H
HAp սինթեզ ուլտրաձայնային Sol-Gel երթուղու միջոցով
Նանոկառուցվածքային HAp մասնիկների սինթեզման ուլտրաձայնային օգնությամբ sol-gel երթուղի.
Նյութը՝
– ռեակտիվներ՝ կալցիումի նիտրատ Ca (NO3)2երկամոնիումի ջրածնային ֆոսֆատ (NH4)2HPO4Նատրիումի հիդրոքսիդ NaOH;
– 25 մլ փորձանոթ
- Լուծել Ca (NO3)2 և (NH4)2HPO4 թորած ջրի մեջ (կալցիումի և ֆոսֆորի մոլային հարաբերակցությունը՝ 1,67)
- Լուծույթին ավելացրեք մի քիչ NaOH, որպեսզի դրա pH-ը պահպանվի 10-ի սահմաններում:
- Ուլտրաձայնային բուժում ան UP100H (sonotrode MS10, ամպլիտուդ 100%)
- Հիդրոջերմային սինթեզներն անցկացվել են 150°C ջերմաստիճանում 24 ժամվա ընթացքում էլեկտրական վառարանում:
- Ռեակցիայից հետո բյուրեղային HAp-ը կարող է հավաքվել ցենտրիֆուգման և դեիոնացված ջրով լվանալու միջոցով:
- Ստացված HAp նանոփոշու անալիզը մանրադիտակի (SEM, TEM,) և/կամ սպեկտրոսկոպիայի միջոցով (FT-IR): Սինթեզված HAp նանոմասնիկները ցույց են տալիս բարձր բյուրեղականություն։ Տարբեր մորֆոլոգիա կարելի է դիտարկել՝ կախված sonication ժամանակից: Ավելի երկար հնչյունավորումը կարող է հանգեցնել միատեսակ HAp նանոձողերի՝ բարձր կողմի հարաբերակցությամբ և գերբարձր բյուրեղականությամբ: [cp. Մանաֆին և այլք: 2008]
HAp-ի փոփոխություն
Իր փխրունության պատճառով մաքուր HAp-ի կիրառումը սահմանափակ է: Նյութերի հետազոտության ընթացքում բազմաթիվ ջանքեր են գործադրվել պոլիմերներով HAp-ը փոփոխելու համար, քանի որ բնական ոսկորը կոմպոզիտ է, որը հիմնականում բաղկացած է նանո չափի, ասեղանման HAp բյուրեղներից (կազմում է ոսկրի մոտ 65 wt%-ը): HAp-ի ուլտրաձայնային օգնությամբ ձևափոխումը և նյութի բարելավված բնութագրերով կոմպոզիտների սինթեզը բազմազան հնարավորություններ են տալիս (տես ստորև բերված մի քանի օրինակներ):
Գործնական օրինակներ.
Նանո-HAp-ի սինթեզ
Ժելանտին-հիդրօքսիապատիտի սինթեզ (Gel-HAp)
Ամբողջ լուծումը sonicated է 1h. pH-ի արժեքը ստուգվել և մշտապես պահպանվել է pH 9-ում, իսկ Ca/P հարաբերակցությունը ճշգրտվել է մինչև 1,67: Սպիտակ նստվածքի ֆիլտրումը ձեռք է բերվել ցենտրիֆուգման միջոցով, որի արդյունքում ստացվել է հաստ լուծույթ: Տարբեր նմուշներ ջերմային մշակվել են խողովակային վառարանում 2 ժամ 100, 200, 300 և 400°C ջերմաստիճաններում: Այդպիսով ստացվել է Գել–ՀԱփ փոշի՝ հատիկավոր տեսքով, որը մանրացնելով վերածվել է նուրբ փոշու և բնութագրվել է XRD, FE-SEM և FT-IR: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ մեղմ ուլտրաձայնային ազդեցությունը և ժելատինի առկայությունը HAp-ի աճի փուլում նպաստում են ավելի ցածր կպչունությանը, ինչը հանգեցնում է գել-HAp նանոմասնիկների ավելի փոքր և կանոնավոր գնդաձև ձևի: Մեղմ ձայնային ազդեցությունը նպաստում է նանո չափի Գել-ՀԱփ մասնիկների սինթեզին՝ ուլտրաձայնային հոմոգենացման ազդեցության շնորհիվ: Ժելատինից ամիդը և կարբոնիլային տեսակները հետագայում միանում են HAp նանոմասնիկներին աճի փուլում՝ սոնոքիմիապես օժանդակվող փոխազդեցության միջոցով:
[Brundavanam et al. 2011]
HAp-ի նստեցում տիտանի թրոմբոցիտների վրա
Արծաթապատ HAp
Մագնիսական խառնիչի և ուլտրաձայնային սարքի տեղադրում UP400S օգտագործվել է արծաթով պատված Hap պատրաստման համար [Ignatev et al 2013]
Մեր հզոր ուլտրաձայնային սարքերը հուսալի գործիքներ են ենթամիկրոն և նանո չափերի մասնիկները բուժելու համար: Անկախ նրանից, թե դուք ցանկանում եք սինթեզել, ցրել կամ ֆունկցիոնալացնել մասնիկները փոքր խողովակների մեջ հետազոտական նպատակներով, թե դուք պետք է մշակեք մեծ ծավալներով նանոփոշի լուծույթներ կոմերցիոն արտադրության համար: – Hielscher-ն առաջարկում է ձեր պահանջներին համապատասխան ուլտրաձայնային սարք:
Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր UP400S
Գրականություն/Հղումներ
- Brundavanam, RK; Jinag, Z.-T., Chapman, P. Le, X.-T.; Մոնդինոս, Ն. Ֆոսեթ, Դ. Poinern, GEJ (2011): Նոսրացած ժելատինի ազդեցությունը նանո հիդրօքսիապատիտի ուլտրաձայնային ջերմային օժանդակությամբ սինթեզի վրա: Ուլտրաձայնային. Սոնոչեմ. 18, 2011. 697-703.
- Ջենգիզ, Բ. Գյոքչե, Յ. Յըլդըզ, Ն. Աքթաս, Զ. Calimli, A. (2008): Հիդրոյապատիտ նանոմասնիկների սինթեզ և բնութագրում: Կոլոիդներ և մակերեսներ Ա. ֆիզիկաքիմ. Անգլ. Ասպեկտներ 322; 2008. 29-33.
- Իգնատև, Մ. Ռիբակ, Տ. Քոլոնգես, Գ. Շարֆ, Վ. Marke, S. (2013): Plasma Sprayed Hydroxyapatite Coatings with Silver Nanoparticles. Acta Metallurgica Slovaca, 19/1; 2013. 20-29.
- Ջեվտիչա, Մ. Ռադուլովիչ, Ա. Իգնատովիչա, Ն. Միտրիչբ, Մ. Uskoković, D. (2009): Պոլի(d,l-lactide-co-glycolide)/ հիդրօքսիապատիտ միջուկ-պատյան նանոսֆերների վերահսկվող հավաքում ուլտրաձայնային ճառագայթման տակ: Acta Biomaterialia 5/ 1; 2009. 208–218.
- Կուսրինի, Է. Պուջիաստուտի, Ա.Ռ. Աստուտինինգսիհ, Ս. Harjanto, S. (2012). Տավարի ոսկորից հիդրօքսիապատիտի պատրաստում ուլտրաձայնային և լակի չորացման համակցված մեթոդներով: Միջազգային Conf. Քիմիական, կենսաքիմիական և բնապահպանական գիտությունների վերաբերյալ (ICBEE'2012) Սինգապուր, դեկտեմբերի 14-15, 2012 թ.
- Մանաֆի, Ս. Badiee, SH (2008): Ուլտրաձայնային ազդեցությունը նանո-հիդրօքսիապատիտի բյուրեղության վրա խոնավ քիմիական մեթոդի միջոցով: Ir J Pharma Sci 4/2; 2008. 163-168
- Օժուկիլ Կոլլաթա, Վ. Չենչ, Ք. Կլոսսեթբ, Ռ. Լույտենա, Ջ. Թրեյնաբ, Կ. Մուլենսա, Ս. Boccaccinic, AR; Clootsb, R. (2013): AC vs. Journal of the European Ceramic Society 33; 2013. 2715–2721 թթ.
- Poinern, GEJ; Brundavanam, RK; Thi Le, X.; Fawcett, D. (2012). Ծակոտկեն կերամիկայի մեխանիկական հատկությունները, որոնք ստացվում են 30 նմ չափի մասնիկների վրա հիմնված հիդրօքսիապատիտի փոշիից՝ պոտենցիալ կոշտ հյուսվածքների ճարտարագիտական կիրառությունների համար: American Journal of Biomedical Engineering 2/6; 2012. 278-286.
- Poinern, GJE; Բրունդավանամ, Ռ. Thi Le, X.; Ջորջևիչ, Ս. Պրոկիչ, Մ. Fawcett, D. (2011): Ջերմային և ուլտրաձայնային ազդեցություն նանոմետրային մասշտաբով հիդրօքսիապատիտ կենսակերամիկական ձևավորման մեջ: Նանոբժշկության միջազգային հանդես 6; 2011. 2083–2095 թթ.
- Poinern, GJE; Brundavanam, RK; Մոնդինոս, Ն. Ցզյան, Զ.-Թ. (2009): Նանոհիդրօքսիապատիտի սինթեզ և բնութագրում ուլտրաձայնային օգնությամբ: Ultrasonics Sonochemistry, 16 /4; 2009. 469- 474.
- Սոյպան, Ի. Մել, Մ. Ռամեշ, Ս. Khalid, KA: (2007): Ծակոտկեն հիդրօքսիապատիտ արհեստական ոսկորների կիրառման համար: Առաջադեմ նյութերի գիտություն և տեխնոլոգիա 8. 2007. 116.
- Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4-րդ Էդ. Ջ. Ուայլի & Որդիներ՝ Նյու Յորք, հատ. 26, 1998. 517-541.
Ուլտրաձայնային սարք UIP1500hd հոսքային ռեակտորով

