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:
«Ոսկրային հյուսվածքի ճարտարագիտության մեջ այն կիրառվել է որպես ոսկրային արատների և մեծացման լցնող նյութ, արհեստական ոսկրային փոխպատվաստման նյութ և պրոթեզի վերանայման վիրահատություն: Նրա բարձր մակերեսը հանգեցնում է գերազանց օստեհաղորդունակության և ներծծման՝ ապահովելով ոսկրերի արագ աճ» [Soypan et al. 2007] Այսպիսով, շատ ժամանակակից իմպլանտներ պատված են հիդրօքսիլապատիտով:
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
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
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:
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.