ナノハイドロキシアパタイトのソノ合成

ハイドロキシアパタイト(HAまたはHAp)は、骨材料に類似した構造を持つため、医療目的で非常に頻繁に使用される生体活性セラミックである。ハイドロキシアパタイトの超音波補助合成（ソノシンセシス）は、ナノ構造のHApを最高品質基準で製造するのに成功した技術である。超音波ルートは、ナノ結晶HApだけでなく、コア-シェルナノスフェアのような修飾粒子や複合体の製造を可能にする。

ソノシンセシス

スラリーを超音波処理すると、粒子が非常に細かくなり、均一な分布になるため、沈殿の核生成サイトが増える。
超音波処理下で合成されたHAp粒子は、凝集のレベルが減少している。超音波で合成したHApの凝集傾向が低いことは、例えばPoinernら(2009)のFESEM（電界放出走査電子顕微鏡）分析によって確認された。

超音波は、超音波キャビテーションとその物理的効果によって化学反応を補助・促進し、成長段階の粒子形態に直接影響を与えます。超微細反応混合物の調製をもたらす超音波処理の主な利点は以下の通りです。

• 1) 反応速度の向上、
• 2) 処理時間の短縮
• 3) エネルギーの効率的利用の全体的改善。

Poinernら（2011）は、硝酸カルシウム四水和物（Ca[NO3]2 - 4H2O）とリン酸二水素カリウム（KH2PO4）を主反応物質として使用する湿式化学ルートを開発した。合成中のpH値を制御するために、水酸化アンモニウム（NH4OH）を添加した。
超音波プロセッサは UP50H (Hielscher Ultrasonics社製（50 W、30 kHz、MS7ソノトロード、直径7 mm）。

超音波で還元分散されたカルシウム-ヒドロキシアパタイト

ナノHAP合成のステップ：

0.32MのCa(NO)の40mL溶液。₃)₂ - 4H₂Oを小さなビーカーに調製した。溶液のpHは、約2.5mLのNH₄OH。で超音波処理した。 UP50H 振幅100％設定で1時間。
最初の1時間の終わりに、60mLの0.19M [KH₂プライベートオファーリング₄その後、2時間目の超音波照射を行いながら、最初の溶液にゆっくりと滴下した。混合プロセス中、pH値をチェックし、9に維持し、Ca/P比は1.67に維持した。その後、溶液を遠心分離（～2000g）で濾過し、得られた白色沈殿物を熱処理用の多数のサンプルに分けた。
熱処理前の合成手順における超音波の存在は、初期のナノHAP粒子前駆体の形成に大きな影響を与える。これは、粒子径が核生成と材料の成長パターンに関係するためであり、ひいては液相内の超飽和度にも関係する。
さらに、この合成プロセスでは、粒子径とその形態の両方に直接影響を与えることができる。超音波出力を0から50Wまで増加させた効果は、熱処理前に粒子径を減少させることが可能であることを示した。
液体に照射する超音波の出力が上がるにつれて、より多くの気泡／キャビテーションが生成されることが示された。その結果、核生成部位が増え、その周囲に形成される粒子が小さくなる。さらに、より長時間の超音波照射にさらされた粒子は、凝集がより少ないことを示した。その後のFESEMデータにより、合成プロセス中に超音波を使用すると粒子の凝集が減少することが確認された。
超音波の存在下で湿式化学沈殿法を用いて、ナノメートルサイズのナノHAp粒子と球状形態を製造した。得られたナノHAP粉末の結晶構造と形態は、超音波照射源の出力とその後の熱処理に依存することがわかった。合成プロセスにおける超音波の存在が、化学反応と物理的効果を促進し、熱処理後に超微細なナノHAp粉末を生成することが明らかになった。

超音波ゾルゲル法によるHAp合成

超音波アシストゾルゲル法によるナノ構造HAp粒子の合成：
素材：
– 反応物硝酸カルシウム Ca(NO₃)₂リン酸水素二アンモニウム（NH₄)₂HPO₄水酸化ナトリウム NaOH ；
– 25ml試験管

1. Ca(NO)を溶かす₃)₂ と（NH₄)₂HPO₄ 蒸留水中（カルシウムとリンのモル比：1.67）
2. 溶液にNaOHを加え、pHを10前後に保つ。
3. による超音波治療 UP100H (ソノトロードMS10、振幅100）

• 水熱合成は、電気オーブンを用いて150℃で24時間行った。
• 反応後、遠心分離と脱イオン水での洗浄により結晶性HApを採取することができる。
• 得られたHApナノパウダーを顕微鏡（SEM、TEM）および/または分光法（FT-IR）で分析した。合成されたHApナノ粒子は高い結晶性を示した。超音波処理の時間によって異なる形態が観察される。超音波処理を長くすると、高アスペクト比と超高結晶性の均一なHApナノロッドになる。[cp. Manafi et al.］

HApの修飾

そのもろさのため、純粋なHApの応用は限られている。材料研究において、天然骨は主にナノサイズの針状HAp結晶からなる複合体であるため（骨の約65wt％を占める）、ポリマーによってHApを修飾する多くの努力がなされてきた。超音波アシストによるHApの修飾と、材料特性を改善した複合体の合成は、多様な可能性を提供する（以下のいくつかの例を参照）。

実践例：

銀コートHAp

Ignatev and co-workers (2013)は、銀ナノ粒子(AgNp)をHAp上に沈着させる生合成法を開発し、抗菌特性を持つHApコーティングを得、細胞毒性効果を減少させた。銀ナノ粒子の脱凝集とハイドロキシアパタイト上への沈降のために、Hielscher UP400S が使われた。

マグネチックスターラーと超音波発生装置のセットアップ UP400S 銀でコーティングされたHapの調製には、Ignatev et al 2013]が使用された。

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