იმპლანტები, ორთოპედიული პროთეზები და სტომატოლოგიური იმპლანტები ძირითადად მზადდება ტიტანისა და შენადნობებისგან. Sonication გამოიყენება მეტალის იმპლანტებზე ნანოსტრუქტურული ზედაპირების შესაქმნელად. ულტრაბგერითი ნანოსტრუქტურა საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ მეტალის ზედაპირები, რომლებიც წარმოქმნიან ერთნაირად განაწილებულ ნანო ზომის ნიმუშებს იმპლანტის ზედაპირებზე. ეს ნანოსტრუქტურული მეტალის იმპლანტანტები აჩვენებენ მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულ ქსოვილის ზრდას და ოსეოინტეგრაციას, რაც იწვევს კლინიკური წარმატების მაჩვენებლების გაუმჯობესებას.

ულტრაბგერითი ნანოსტრუქტურული იმპლანტანტები გაუმჯობესებული ოსეოინტეგრაციისთვის

ლითონების, მათ შორის ტიტანისა და შენადნობების გამოყენება გავრცელებულია ორთოპედიული და სტომატოლოგიური იმპლანტების წარმოებაში მათი ხელსაყრელი ზედაპირის თვისებების გამო, რაც საშუალებას იძლევა შეიქმნას ბიოთავსებადი ინტერფეისი პერიიმპლანტის ქსოვილებთან. ამ იმპლანტების მუშაობის ოპტიმიზაციის მიზნით, შემუშავებულია სტრატეგიები ამ ინტერფეისის ბუნების შესაცვლელად, ზედაპირზე ნანომასშტაბიანი ცვლილებების განხორციელებით. ასეთი ცვლილებები მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს კრიტიკულ ასპექტებზე, მათ შორის ცილის ადსორბციაზე, უჯრედებსა და იმპლანტის ზედაპირს შორის ურთიერთქმედებაზე (უჯრედ-სუბსტრატის ურთიერთქმედება) და მიმდებარე ქსოვილის შემდგომ განვითარებაზე. ამ ნანომეტრის დონის ცვლილებების ზუსტად ინჟინერიით, მეცნიერები მიზნად ისახავს გააძლიერონ იმპლანტების ბიოინტეგრაცია და საერთო ეფექტურობა, რაც გამოიწვევს კლინიკური შედეგების გაუმჯობესებას იმპლანტოლოგიის სფეროში.
 

ტიტანის იმპლანტების ულტრაბგერითი ნანოსტრუქტურიზაციის პროტოკოლი

რამდენიმე კვლევითმა კვლევამ აჩვენა ტიტანისა და შენადნობების ზედაპირების მარტივი, მაგრამ ეფექტური ნანოსტრუქტურიზაცია მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი გამოკვლევით. სონოქიმიური მკურნალობა (ე.ი. ულტრაბგერითი მკურნალობა) იწვევს ღრუბლის მსგავსი სტრუქტურის უხეში ტიტანის ფენის წარმოქმნას, რაც მნიშვნელოვნად აძლიერებს უჯრედების პროლიფერაციას.
ტიტანის ზედაპირის სტრუქტურირება სონოქიმიური დამუშავებით: 20 × 20 × 0,5 მმ ტიტანის ნიმუშები ადრე იყო გაპრიალებული და გარეცხილი დეიონიზებული წყლით, აცეტონით და ეთანოლით თანმიმდევრულად, რათა აღმოფხვრას ნებისმიერი დამაბინძურებელი. ამის შემდეგ, ტიტანის ნიმუშები ულტრაბგერითი იყო დამუშავებული 5 მ NaOH ხსნარში Hielscher ულტრაბგერითი UIP1000hd-ის გამოყენებით, რომელიც მუშაობს 20 kHz-ზე (იხილეთ სურათი მარცხნივ). სონიკატორი აღჭურვილი იყო sonotrode BS2d22 (წვერის ზედაპირის ფართობი 3,8 სმ2) და ბუსტერი B4-1,4, რომელიც ადიდებდა სამუშაო ამპლიტუდას 1,4-ჯერ. მექანიკური ამპლიტუდა იყო ≈81 μm. წარმოქმნილი ინტენსივობა იყო 200 W სმ−2. მაქსიმალური შეყვანის სიმძლავრე იყო 760 W, რაც გამოწვეული იყო გამოყენებული sonotrode BS2d22-ის შუბლის არეალთან (3.8 სმ2) ინტენსივობის გამრავლებით. ტიტანის ნიმუშები დაფიქსირდა ხელნაკეთი ტეფლონის დამჭერში და დამუშავდა 5 წუთის განმავლობაში.
(შდრ. Ulasevich et al., 2020)
 

ხელუხლებელი ტიტანის ზედაპირის მორფოლოგია (a), სონოქიმიურად დამზადებული ტიტანის მეზოპოროზული ზედაპირის (TMS) ზედა ხედვა და კვეთა (b), და ტიტანის ნანომილაკების (TNT) ზედა ხედვა და განივი კვეთა, მიღებული ელექტროქიმიური დაჟანგვით (c). ჩანართები აჩვენებს ზედაპირის ნანოსტრუქტურის სქემებს. სქემა, რომელიც აჩვენებს ჰიდროქსიაპატიტის (HA) დეპონირებას ტიტანის მატრიცის ფორებში (df). სონოქიმიური ნანოსტრუქტურული ტიტანის (TMS) და TNT ზედაპირების SEM გამოსახულებები ქიმიურად დეპონირებული HA: TMS-HA (g) და TNT-HA (h), შესაბამისად.
(კვლევა და სურათები: ©Kuvyrkov et al., 2020)

ლითონის ზედაპირების ულტრაბგერითი ნანოსტრუქტურირების მექანიზმი

ლითონის ზედაპირების ულტრაბგერითი დამუშავება იწვევს ტიტანის ზედაპირების მექანიკურ გრავირებას, რაც იწვევს ტიტანზე მეზოპოროზული სტრუქტურის წარმოქმნას.
ულტრაბგერითი მექანიზმის მექანიზმი დაფუძნებულია აკუსტიკური კავიტაციაზე, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც დაბალი სიხშირის, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები თხევადში ერწყმის. როდესაც მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი მოძრაობს სითხეში, წარმოიქმნება მაღალი წნევის / დაბალი წნევის მონაცვლეობითი ციკლები. დაბალი წნევის ციკლების დროს სითხეში წარმოიქმნება წვრილი ვაკუუმის ბუშტები, ეგრეთ წოდებული კავიტაციის ბუშტები. ეს კავიტაციის ბუშტები იზრდება წნევის რამდენიმე ციკლის განმავლობაში, სანამ ისინი ვერ შთანთქავენ დამატებით ენერგიას. ბუშტების მაქსიმალური ზრდის ამ ეტაპზე, კავიტაციის ბუშტი იშლება ძალადობრივი აფეთქებით და ქმნის ენერგიით მკვრივ მიკროგარემოს. აკუსტიკური/ულტრაბგერითი კავიტაციის ენერგიით მკვრივი ველი ხასიათდება მაღალი წნევისა და ტემპერატურის დიფერენციალებით, რომლებიც ავლენენ წნევას 2000 ატმ-მდე და ტემპერატურა დაახლოებით. 5000 K, მაღალსიჩქარიანი სითხეები 280 მ/წმ სიჩქარით და დარტყმითი ტალღებით. როდესაც ასეთი კავიტაცია ხდება მეტალის ზედაპირთან, ხდება არა მხოლოდ მექანიკური ძალები, არამედ ქიმიური რეაქციებიც.
ამ პირობებში ხდება რედოქს რეაქციები, რაც იწვევს ჟანგვის რეაქციებს და ტიტანის შრის წარმოქმნას. გარდა იმისა, რომ წარმოქმნის რეაქტიული ჟანგბადის სახეობებს (ROS), რომლებიც აჟანგებენ ტიტანის ზედაპირს, ულტრაბგერითი წარმოქმნილი დაჟანგვა-აღდგენითი რეაქციები უზრუნველყოფს ზედაპირის ეფექტურ გრავირებას, რაც იწვევს ტიტანის დიოქსიდის ფენის მიღებას 1 μm სისქით. ეს ნიშნავს, რომ ტიტანის დიოქსიდი ნაწილობრივ იხსნება ტუტე ხსნარში და წარმოქმნის ფორებს უწესრიგოდ.
სონოქიმიური მეთოდი გვთავაზობს სწრაფ და მრავალმხრივ ნანოსტრუქტურული მასალების, როგორც არაორგანული, ასევე ორგანული წარმოებისთვის, რომლებიც ხშირად მიუღწეველია ჩვეულებრივი მეთოდებით. ამ ტექნიკის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ კავიტაციის გავრცელება წარმოქმნის დიდ ლოკალურ ტემპერატურულ გრადიენტებს მყარ სხეულებში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება მასალები ფოროვანი ფენით და აწესრიგებული ნანოსტრუქტურები ოთახის პირობებში. გარდა ამისა, გარე ულტრაბგერითი დასხივება შეიძლება გამოყენებულ იქნას ინკაფსულირებული ბიომოლეკულების გათავისუფლებისთვის ნანოსტრუქტურული საფარის ფორებში.
 

ბგერითი უჯრედის სქემატური ილუსტრაცია (a), ზედაპირის სტრუქტურირების პროცესის სქემატური ილუსტრაცია, რომელიც მიმდინარეობს ტიტანის ზედაპირის ულტრაბგერითი დამუშავებისას წყალტუტე ხსნარში (b) და ჩამოყალიბებული ზედაპირის (c), ტიტანის იმპლანტების ფოტო (d): მომწვანო (ხელში მარცხენა ნიმუში) იმპლანტირდება ულტრაბგერითი მკურნალობის შემდეგ, მოყვითალო (ნიმუში მდებარეობს მარჯვნივ) არის არამოდიფიცირებული იმპლანტი.
(კვლევა და სურათები: ©Kuvyrkov et al., 2020)

მაღალი წარმადობის Sonicators ნანოსტრუქტურული მეტალის იმპლანტის ზედაპირებისთვის

Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ სონიკატორების სრულ ასორტიმენტს ნანო-აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა მეტალის ზედაპირების ნანოსტრუქტურიზაცია (მაგ. ტიტანი და შენადნობები). იმპლანტანტების მასალის, ზედაპირის ფართობიდან და წარმოების გამტარუნარიანობიდან გამომდინარე, Hielscher გთავაზობთ იდეალურ სონიკატორს და სონოტროდს (ზონდს) თქვენთვის ნანო-სტრუქტურული აპლიკაციისთვის.
Hielscher sonicators-ის ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობა არის ზუსტი ამპლიტუდის კონტროლი და ძალიან მაღალი ამპლიტუდის მიწოდების შესაძლებლობა უწყვეტი 24/7 მუშაობის დროს. ამპლიტუდა, რომელიც არის ულტრაბგერითი ზონდის გადაადგილება, პასუხისმგებელია ბგერის ინტენსივობაზე) და, შესაბამისად, გადამწყვეტი პარამეტრი საიმედო და ეფექტური ულტრაბგერითი მკურნალობისთვის.

დიზაინი, წარმოება და კონსულტაცია – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში

Hielscher ულტრაბგერითები ცნობილია მათი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი ოპერაცია საშუალებას იძლევა ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების გლუვი ინტეგრაცია სამრეწველო ობიექტებში. უხეში პირობები და მომთხოვნი გარემო ადვილად უმკლავდება Hielscher ულტრაბგერითებს.

Hielscher Ultrasonics არის ISO სერთიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებული აქცენტი კეთდება მაღალი ხარისხის ულტრაბგერაზე, რომელიც აღჭურვილია უახლესი ტექნოლოგიით და მომხმარებლის კეთილგანწყობით. რა თქმა უნდა, Hielscher ულტრაბგერითები შეესაბამება CE და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.

ტიტანის საფარის XRD ნიმუშები, რომლებიც დამზადებულია გაპრიალებული ტიტანის (a) და სონოქიმიურად დამუშავებული გაპრიალებული ტიტანის (b) თერმული დამუშავებით; გაპრიალებული ტიტანის ზედაპირის (c) და სონოქიმიურად წარმოქმნილი მეზოპოროზული ტიტანის დიოქსიდის ზედაპირის (დ) SEM გამოსახულებები. Sonication ჩატარდა sonicator UIP1000hdT გამოყენებით.
(კვლევა და სურათები: ©Kuvyrkov et al., 2018)