Sonochemically Nanostructured Իմպլանտներ Բարելավում Osseointegration
Իմպլանտները, օրթոպեդիկ պրոթեզները և ատամնաբուժական իմպլանտները պատրաստվում են հիմնականում տիտանից և համաձուլվածքներից։ Sonication-ը օգտագործվում է մետաղական իմպլանտների վրա նանոկառուցվածքային մակերեսներ ստեղծելու համար: Ուլտրաձայնային նանոկառուցվածքը թույլ է տալիս փոփոխել մետաղական մակերեսները՝ իմպլանտների մակերեսների վրա ստեղծելով միատեսակ բաշխված նանո չափերի նախշեր: Այս նանոկառուցվածքային մետաղական իմպլանտները ցույց են տալիս զգալիորեն բարելավված հյուսվածքների աճ և օսսեոինտեգրում, ինչը հանգեցնում է կլինիկական հաջողության բարելավման:
Ուլտրաձայնային նանոկառուցվածքային իմպլանտներ բարելավված օսսեոինտեգրման համար
Մետաղների, ներառյալ տիտանի և համաձուլվածքների օգտագործումը տարածված է օրթոպեդիկ և ատամնաբուժական իմպլանտների արտադրության մեջ՝ շնորհիվ դրանց մակերեսային բարենպաստ հատկությունների, ինչը հնարավորություն է տալիս ստեղծել կենսահամատեղելի միջերես պերիիմպլանտային հյուսվածքների հետ: Այս իմպլանտների աշխատանքը օպտիմալացնելու համար մշակվել են ռազմավարություններ՝ փոփոխելու այս ինտերֆեյսի բնույթը՝ մակերեսի վրա նանոմաշտաբի փոփոխություններ իրականացնելով: Նման փոփոխությունները զգալի ազդեցություն են ունենում կրիտիկական ասպեկտների վրա, ներառյալ սպիտակուցի կլանումը, բջիջների և իմպլանտի մակերեսի միջև փոխազդեցությունը (բջջ-սուբստրատ փոխազդեցությունը) և շրջակա հյուսվածքի հետագա զարգացումը: Ճշգրիտ նախագծելով այս նանոմետրային մակարդակի փոփոխությունները՝ գիտնականները նպատակ ունեն բարձրացնել իմպլանտների բիոինտեգրումը և ընդհանուր արդյունավետությունը՝ հանգեցնելով իմպլանտոլոգիայի ոլորտում կլինիկական արդյունքների բարելավմանը:
Դոկտոր Դ. Անդրեևան ցուցադրեց տիտանի մակերեսների սոնոքիմիական նանոկառուցվածքը օգտագործելով sonicator UIP1000hdT:
Տիտանի իմպլանտների ուլտրաձայնային նանոկառուցվածքի արձանագրություն
Մի քանի հետազոտական հետազոտություններ ցույց են տվել տիտանի և համաձուլվածքների մակերեսների պարզ, բայց բարձր արդյունավետ նանոկառուցվածքը՝ օգտագործելով բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային հետազոտություն: Սոնոքիմիական բուժումը (այսինքն՝ ուլտրաձայնային բուժումը) հանգեցնում է սպունգի նման կառուցվածքի կոպիտ տիտանային շերտի ձևավորմանը, որը ցույց է տալիս զգալիորեն ուժեղացնում է բջիջների բազմացումը:
Տիտանի մակերևույթի կառուցվածքը սոնոքիմիական մշակման միջոցով. 20 × 20 × 0,5 մմ տիտանի նմուշները նախապես փայլեցվել և լվացվել են դեիոնացված ջրով, ացետոնով և էթանոլով հաջորդաբար՝ ցանկացած աղտոտիչ վերացնելու համար: Այնուհետև տիտանի նմուշները ուլտրաձայնային եղանակով մշակվել են 5 մ NaOH լուծույթում՝ օգտագործելով Hielscher ultrasonicator UIP1000hd, որն աշխատում է 20 կՀց հաճախականությամբ (տես ձախ նկարը): Sonicator-ը համալրված էր sonotrode BS2d22 (ծածկի մակերեսը 3,8 սմ2) և B4-1,4 խթանիչով, մեծացնելով աշխատանքային ամպլիտուդը 1,4 անգամ: Մեխանիկական ամպլիտուդը ≈81 մկմ էր: Ստեղծված ինտենսիվությունը եղել է 200 Վտ սմ−2: Առավելագույն մուտքային հզորությունը 760 Վտ էր, որն առաջացել է օգտագործված sonotrode BS2d22-ի ճակատային տարածքի հետ (3,8 սմ2-ով) ինտենսիվության բազմապատկման արդյունքում: Տիտանի նմուշները ամրացվել են տնական տեֆլոնի պահարանում և մշակվել 5 րոպե:
(տես Ուլասևիչ և այլք, 2020 թ.)
Տիտանի մաքուր մակերևույթի ձևաբանություն (a), տիտանիայի միջածակոտային մակերեսի (TMS) վերևի տեսք և խաչմերուկ (b), և տիտանի նանոխողովակների (TNT) վերևի տեսք և խաչմերուկ, որոնք ստացվել են էլեկտրաքիմիական օքսիդացումով (c): Ներդիրները ցույց են տալիս մակերեսի նանոկառուցվածքի սխեմաները: Սխեման, որը ցույց է տալիս հիդրօքսիապատիտի (HA) նստվածքը տիտանիայի մատրիցայի ծակոտիներում (df): SEM պատկերներ սոնոքիմիական նանոկառուցվածքային տիտանի (TMS) և TNT մակերևույթների քիմիապես նստեցված HA-ով. համապատասխանաբար TMS-HA (g) և TNT-HA (h):
(ուսումնասիրություն և պատկերներ՝ ©Kuvyrkov et al., 2020)
ա+բ) AFM և e+f) Տիտանի սկզբնական մակերեսի SEM պատկերներ (a,e); sonochemically nanostructured տիտանային մակերես (b,f)
(ուսումնասիրություն և պատկերներ. ©Ulasevich et al., 2021)
Մետաղական մակերեսների ուլտրաձայնային նանոկառուցվածքի մեխանիզմ
Մետաղական մակերեսների ուլտրաձայնային մշակումը հանգեցնում է տիտանի մակերևույթների մեխանիկական փորագրման, ինչը հանգեցնում է տիտանի վրա միջածակային կառուցվածքի ձևավորմանը:
Ուլտրաձայնային մեխանիզմի մեխանիզմը հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի վրա, որը տեղի է ունենում, երբ ցածր հաճախականության, բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքները միացվում են հեղուկի մեջ: Երբ բարձր հզորության ուլտրաձայնը անցնում է հեղուկի միջով, առաջանում են փոփոխվող բարձր ճնշման / ցածր ճնշման ցիկլեր: Ցածր ճնշման ցիկլերի ընթացքում հեղուկում առաջանում են րոպեական վակուումային պղպջակներ, այսպես կոչված, կավիտացիոն փուչիկներ: Այս կավիտացիոն փուչիկները աճում են մի քանի ճնշման ցիկլերի ընթացքում, մինչև նրանք չեն կարող կլանել հետագա էներգիան: Պղպջակների առավելագույն աճի այս պահին կավիտացիոն փուչիկը պայթում է կատաղի պոռթկումով և ստեղծում է էներգիայի խիտ միկրո միջավայր: Ակուստիկ/ուլտրաձայնային կավիտացիայի էներգիայի խիտ դաշտը բնութագրվում է բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի տարբերություններով, որոնք դրսևորում են մինչև 2000 ատմ ճնշում և մոտավորապես ջերմաստիճան: 5000 K, բարձր արագությամբ հեղուկների շիթեր մինչև 280 մ/վ արագությամբ և հարվածային ալիքներով: Երբ նման կավիտացիա տեղի է ունենում մետաղական մակերեսի մոտ, տեղի են ունենում ոչ միայն մեխանիկական ուժեր, այլև քիմիական ռեակցիաներ։
Այս պայմաններում տեղի են ունենում ռեդոքս ռեակցիաներ, որոնք հանգեցնում են օքսիդատիվ ռեակցիաների և տիտանի շերտի ձևավորմանը: Բացի ռեակտիվ թթվածնի տեսակների (ROS) առաջացումից, որոնք օքսիդացնում են տիտանի մակերեսը, ուլտրաձայնային ձևով առաջացած օքսիդացում-վերականգնման ռեակցիաները ապահովում են մակերեսի արդյունավետ փորագրում, ինչը հանգեցնում է 1 մկմ հաստությամբ տիտանի երկօքսիդի շերտի ստացմանը: Սա նշանակում է, որ տիտանի երկօքսիդը մասամբ լուծվում է ալկալային լուծույթում՝ առաջացնելով ծակոտիները, որոնք բաշխվում են անկարգ։
Սոնոքիմիական մեթոդն առաջարկում է արագ և բազմակողմանի նանոկառուցվածքային նյութերի արտադրության համար, ինչպես անօրգանական, այնպես էլ օրգանական, որոնք հաճախ անհնարին են սովորական մեթոդներով: Այս տեխնիկայի հիմնական առավելությունն այն է, որ կավիտացիայի տարածումը պինդ մարմիններում առաջացնում է մեծ տեղական ջերմաստիճանի գրադիենտներ, ինչը հանգեցնում է ծակոտկեն շերտ ունեցող նյութերի և սենյակային պայմաններում անսարք նանոկառուցվածքների: Բացի այդ, արտաքին ուլտրաձայնային ճառագայթումը կարող է օգտագործվել նանոկառուցվածքային ծածկույթի ծակոտիների միջով պարուրված բիոմոլեկուլների ազատման համար:
Ձայնային բջիջի սխեմատիկ նկարազարդումը (ա), մակերևույթի կառուցվածքի գործընթացի սխեմատիկ նկարազարդումը, որը տեղի է ունենում տիտանի մակերեսի ուլտրաձայնային մշակման ժամանակ ջրային ալկալային լուծույթում (բ) և ձևավորված մակերեսի (գ), տիտանի իմպլանտների լուսանկար (d): Կանաչավունը (ձեռքի ձախ նմուշը) տեղադրվում է ուլտրաձայնային բուժումից հետո, դեղնավունը (նմուշը գտնվում է աջ կողմում) չմոդիֆիկացված իմպլանտ է:
(ուսումնասիրություն և պատկերներ՝ ©Kuvyrkov et al., 2020)
Նանոկառուցվածքային մետաղական իմպլանտների մակերեսների համար բարձր արդյունավետության Sonicators
Hielscher Ultrasonics-ն առաջարկում է ձայնային սարքերի ամբողջ տեսականին նանո-կիրառությունների համար, ինչպիսիք են մետաղական մակերեսների նանոկառուցվածքը (օրինակ՝ տիտան և համաձուլվածքներ): Կախված իմպլանտների նյութից, մակերեսի մակերեսից և արտադրական թողունակությունից՝ Hielscher-ը ձեզ առաջարկում է իդեալական sonicator և sonotrode (զոնդ) ձեր նանո կառուցվածքային կիրառման համար:
Hielscher sonicators-ի հիմնական առավելություններից մեկը ամպլիտուդի ճշգրիտ կառավարումն է և 24/7 շարունակական աշխատանքի ընթացքում շատ բարձր ամպլիտուդներ մատուցելու հնարավորությունը: Լայնությունը, որը հանդիսանում է ուլտրաձայնային զոնդի տեղաշարժը, պատասխանատու է ձայնային արտանետման ինտենսիվության համար) և, հետևաբար, հուսալի և արդյունավետ ուլտրաձայնային բուժման կարևոր պարամետր:
- բարձր արդյունավետություն
- գերժամանակակից տեխնոլոգիա
- հուսալիություն & ամրություն
- կարգավորելի, ճշգրիտ գործընթացի վերահսկում
- խմբաքանակ & ներդիր
- ցանկացած ծավալի համար
- խելացի ծրագրակազմ
- խելացի գործառույթներ (օրինակ՝ ծրագրավորվող, տվյալների արձանագրություն, հեռակառավարում)
- հեշտ և անվտանգ գործելու համար
- ցածր սպասարկում
- CIP (մաքուր տեղում)
Դիզայն, արտադրություն և խորհրդատվություն – Որակյալ Արտադրված է Գերմանիայում
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են իրենց բարձր որակի և դիզայնի չափանիշներով: Հզորությունը և հեշտ շահագործումը թույլ են տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի սահուն ինտեգրումը արդյունաբերական օբյեկտներում: Կոպիտ պայմանները և պահանջկոտ միջավայրերը հեշտությամբ կառավարվում են Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի կողմից:
Hielscher Ultrasonics-ը ISO սերտիֆիկացված ընկերություն է և հատուկ շեշտադրում է կատարում բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքերի վրա, որոնք բնութագրվում են ժամանակակից տեխնոլոգիաներով և օգտագործողների համար հարմարավետությամբ: Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են ԵԽ-ին և համապատասխանում են UL, CSA և RoH-ների պահանջներին:
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Տիտանի ծածկույթի XRD նախշերը, որոնք պատրաստված են փայլեցված տիտանի (ա) և սոնոքիմիապես մշակված փայլեցված տիտանի (b) ջերմային մշակմամբ. Հղկված տիտանի մակերևույթի SEM պատկերներ (գ) և սոնոքիմիապես առաջացած մեզոպորոզ տիտանի երկօքսիդի մակերեսը (դ): Sonication-ը կատարվել է Sonicator UIP1000hdT սարքի միջոցով:
(ուսումնասիրություն և պատկերներ. ©Kuvyrkov et al., 2018)
Հզոր ուլտրաձայնային կավիտացիա Hielscher Cascatrode-ում
Գրականություն / Հղումներ
- Kuvyrkou, Yauheni; Brezhneva, Nadzeya; Skorb, Ekaterina; Ulasevich, Sviatlana (2021): The influence of the morphology of titania and hydroxyapatite on the proliferation and osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells. RSC Advances 11, 2021. 3843-3853.
- Ulasevich, Sviatlana; Ryzhkov, Nikolay; Andreeva, Daria; Özden, Dilek; Piskin, Erhan; Skorb, Ekaterina (2020): Light-to-Heat Photothermal Dynamic Properties of Polypyrrole-Based Coating for Regenerative Therapy and Lab-on-a-Chip Applications. Advanced Materials Interfaces 7, 2020.
- Kuvyrkov, Evgeny; Brezhneva, Nadezhda; Ulasevich, Sviatlana; Skorb, Ekaterina (2018): Sonochemical nanostructuring of titanium for regulation of human mesenchymal stem cells behavior for implant development. Ultrasonics Sonochemistry 52, 2018.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Օստեոինդուկտիվությունը կամ օստեոգեն հատկությունը վերաբերում է նյութի ներքին կարողությանը` խթանելու նոր ոսկրային հյուսվածքի ձևավորումը դե նոր (ի սկզբանե) կամ էլտոպիկ եղանակով (ոսկոր չառաջացնող վայրերում): Այս հատկությունը առաջնային նշանակություն ունի ոսկրային հյուսվածքի ճարտարագիտության և վերականգնողական բժշկության ոլորտում: Օստեոինդուկտիվ նյութերն ունեն հատուկ կենսաբանական ազդանշաններ կամ աճի գործոններ, որոնք առաջացնում են բջջային իրադարձությունների կասկադ՝ հանգեցնելով ցողունային բջիջների հավաքագրմանը և տարբերակմանը օստեոբլաստների՝ ոսկրերի ձևավորման համար պատասխանատու բջիջների: Այս երևույթը թույլ է տալիս ստեղծել նոր ոսկոր այն հատվածներում, որտեղ ոսկորների վերականգնում է պահանջվում, ինչպիսիք են ոսկրային մեծ արատները կամ չմիավորվող կոտրվածքները: Ոսկրածուծի ձևավորումը դե նոր կամ ոչ ոսկոր ձևավորող վայրերում հրահրելու ունակությունը զգալի թերապևտիկ ներուժ ունի կմախքի խանգարումների բուժման և ոսկորների վերականգնման գործընթացները բարելավելու նորարարական մոտեցումների մշակման համար: Օստեոինդուկտիվության հիմքում ընկած մեխանիզմների ըմբռնումը և կիրառումը կարող է նպաստել ոսկրային փոխպատվաստման արդյունավետ փոխարինիչների և իմպլանտների նյութերի առաջխաղացմանը, որոնք նպաստում են ոսկրերի հաջող վերականգնմանը:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.