나노하이드록시아파타이트의 Sono-합성

하이드록시아파타이트(HA 또는 HAp)는 뼈 재료와 유사한 구조로 인해 의료 목적으로 자주 사용되는 생체 활성 세라믹입니다. 하이드록시아파타이트의 초음파 보조 합성(sono-synthesis)은 최고 품질 표준에서 나노 구조의 HAp를 생산하는 성공적인 기술입니다. 초음파 경로를 통해 나노 결정질 HAp뿐만 아니라 변형 된 입자 (예 : 코어 쉘 나노 구체 및 복합 재료)를 생산할 수 있습니다.

소노 합성

슬러리의 초음파 처리는 균일한 분포를 가진 매우 미세한 입자를 생성하여 침전을 위한 더 많은 핵 형성 부위를 생성합니다.
초음파로 합성 된 HAp 입자는 응집 수준이 감소 된 것을 보여줍니다. 초음파로 합성된 HAp의 응집에 대한 낮은 경향은 예를 들어 Poinern et al. (2009)의 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy) 분석에 의해 확인되었습니다.

초음파는 초음파 캐비테이션에 의한 화학 반응과 성장 단계에서 입자 형태에 직접적인 영향을 미치는 물리적 효과를 돕고 촉진합니다. 초 미세 반응 혼합물의 제조로 인한 초음파의 주요 이점은 다음과 같습니다

• 1) 반응 속도 증가,
• 2) 처리 시간 단축
• 3) 에너지의 효율적 사용에 대한 전반적인 개선.

Poinern et al. (2011)은 질산 칼슘 테트라 하이드레이트 (Ca[NO3]2 · 4H2O)와 인산 이수소 칼륨(KH2PO4)을 주요 반응물로 사용하는 습식 화학 경로를 개발했습니다. 합성 중 pH 값을 제어하기 위해 수산화 암모늄 (NH4OH)을 첨가했습니다.
초음파 처리기는 업50H (50 W, 30 kHz, MS7 Sonotrode 승 / 7 mm 직경) Hielscher 초음파에서.

초음파로 환원되고 분산 된 칼슘-하이드록시아파타이트

나노 HAP 합성 단계 :

0.32M Ca의 40mL 용액(NO₃)₂ · 4시간₂(을)는 작은 비커에 준비되었습니다. 그런 다음 용액 pH를 약 2.5mL NH로 9.0으로 조정했습니다₄오. 용액은 다음과 같이 초음파 처리되었습니다. 업50H 1시간 동안 100% 진폭 설정에서.
첫 번째 시간이 끝날 때 0.19M[KH₂포₄]를 두 번째 시간의 초음파 조사를 받으면서 첫 번째 용액에 천천히 적하 적으로 첨가했습니다. 혼합 과정에서 pH 값을 확인하고 9로 유지했으며 Ca/P 비율은 1.67로 유지했습니다. 그런 다음 용액을 원심분리(~2000g)를 사용하여 여과한 후 생성된 백색 침전물을 열처리를 위해 여러 샘플로 비례시켰습니다.
열처리 전 합성 절차에서 초음파의 존재는 초기 나노 HAP 입자 전구체를 형성하는 데 상당한 영향을 미칩니다. 이는 입자 크기가 핵 형성 및 물질의 성장 패턴과 관련이 있기 때문이며, 이는 다시 액상 내의 과포화 정도와 관련이 있습니다.
또한 입자 크기와 그 형태는 모두 이 합성 과정에서 직접적인 영향을 받을 수 있습니다. 초음파 출력을 0에서 50W로 증가시키는 효과는 열처리 전에 입자 크기를 줄일 수 있음을 보여주었다.
액체를 조사하는 데 사용되는 초음파 출력이 증가한다는 것은 더 많은 수의 기포/캐비테이션이 생성되고 있음을 나타냅니다. 이로 인해 더 많은 핵 형성 부위가 생성되었고, 그 결과 이러한 부위 주변에 형성된 입자가 더 작아졌습니다. 또한, 장시간의 초음파 조사에 노출된 입자는 응집이 적습니다. 후속 FESEM 데이터는 합성 과정에서 초음파를 사용할 때 입자 응집이 감소하는 것을 확인했습니다.
나노미터 크기 범위와 구형 형태의 나노-HAp 입자는 초음파가 있는 상태에서 습식 화학 침전 기술을 사용하여 생성되었습니다. 생성 된 나노 HAP 분말의 결정 구조와 형태는 초음파 조사 소스의 힘과 사용 된 후속 열처리에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다. 합성 과정에서 초음파의 존재는 화학 반응 및 물리적 효과를 촉진하여 열처리 후 초미세 나노-HAp 분말을 생성한다는 것이 분명했습니다.

초음파 Sol-Gel Route를 통한 HAp 합성

nanostructured HAp 입자의 종합을 위한 초음파 보조 졸-겔 경로:
재료:
– 반응물 : 질산 칼슘 Ca(NO₃)₂, 디암모늄 수소 인산염(NH₄)₂HPO(주)₄, 수산화 나트륨 NaOH;
– 25 ml 시험관

1. Ca(NO 용해₃)₂ 및 (NH₄)₂HPO(주)₄ 증류수(몰 비율 칼슘 대 인 : 1.67)
2. 용액에 약간의 NaOH를 첨가하여 pH를 약 10으로 유지합니다.
3. 를 가진 초음파 처리 업100H (sonotrode MS10, 진폭 100%)

• 열수 합성은 전기 오븐에서 150°C에서 24시간 동안 수행되었습니다.
• 반응 후, 결정질 HAp는 원심 분리 및 탈 이온수로 세척하여 수확 할 수 있습니다.
• 현미경 (SEM, TEM) 및 / 또는 분광학 (FT-IR)에 의한 얻은 HAp 나노 분말 분석. 합성된 HAp 나노입자는 높은 결정성을 보여줍니다. 초음파 처리 시간에 따라 다른 형태를 관찰 할 수 있습니다. 더 긴 초음파 처리는 높은 종횡비와 매우 높은 결정성을 가진 균일 한 HAp 나노로드로 이어질 수 있습니다. [cp. Manafi 외. 2008]

HAp 수정

취성으로 인해 순수 HAp의 적용이 제한됩니다. 재료 연구에서는 천연 뼈가 주로 나노 크기의 바늘 모양의 HAp 결정(뼈의 약 65wt%를 차지)으로 구성된 복합체이기 때문에 고분자에 의해 HAp를 변형시키기 위해 많은 노력이 이루어졌습니다. HAp의 초음파 보조 변형 및 개선 된 재료 특성을 가진 복합 재료의 합성은 다양한 가능성을 제공합니다 (아래 몇 가지 예 참조).

실제 예:

실버 코팅 HAp

Ignatev와 동료들 (2013)은 항균 특성이있는 HAp 코팅을 얻고 세포 독성 효과를 줄이기 위해은 나노 입자 (AgNp)를 HAp에 증착하는 생합성 방법을 개발했습니다. 은 나노 입자의 deagglomeration 및 hydroxyapatite에 대한 침전을 위해, Hielscher 업400S 사용되었다.

자기 교반기 및 초음파기 설정 업400S 은으로 코팅된 Hap 제조에 사용되었다[Ignatev et al 2013]

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