Hielscher Ultraschall Technologie

Sono-Synthese vun Nano-Hydroxyapatit

Hydroxyapatit (HA oder HAp) ass eng héich frequentéiert bioaktesch Keramik fir medezinesch Zwecker wéinst senger ähnlecher Struktur op Knuewëss. D'Ultraschall assistéiert Synthese (Sono-Synthese) vun Hydroxyapatit ass eng erfollegräich Technik fir nanostrukturéiert HAp zu héchste Qualitéitsnormen ze produzéieren. D'Ultraschallstrooss erlaabt Nano-crystalline HAp ze produzéieren, wéi och modifizéiert Partikel, zB Core-Shell-Nanospheres, an Compositee.

Hydroxyapatit: E versatile Mineral

Hydroxylapatit oder Hydroxyapatit (HAp, och HA) ass eng natierlech ervirsträifend mineral Form vu Kalziumapatit mat der Formel Ca5(PO4) Fir3(OH). Fir ze bezeechen datt d'Kristallzitt Zelle zwei Entitéiten enthält, gëtt et normalerweis Ca geschriwwen10(PO4) Fir6(OH)2. Hydroxylapatit ass den Hydroxylendement vun der komplexer Apatit-Grupp. D'OH- Ion kann duerch Fluorid, Chlor oder Karbonat ersetzt ginn, wat Fluorapatit oder Chlorapatit produzéiert. Et kristalliséiert am sechseckegen Kristallsystem. HAp ass bekannt als Knuewermaterial wéi bis zu 50% vu Knuet ass eng modifizéiert Form vun Hydroxyapatit.
An der Medizin, Nanostrukturéiert porous HAp ass en interessante Material fir artifizéiert Knochenapplikatioun. Wéinst sengem gudden Biokompatibilitéit am Knochenkontakt an der ähnlecher chemescher Zesummesetzung vum Knochenmaterial huet poröse HAp Keramik enorm gebrauche fir biomedizinesch Applikatiounen, dorënner Knochengewënnregeneratioun, Zellproliferatioun an Drogeniwwerbrieche.
"An de Knuewëssenschaftstechnik ass et als Füllmaterial fir Knuewleken a Vergréisserung, kënschtlech Knuewelte Gratulatioun a Prothese Revisionschirurgie. Seng héich Uewerfläch leeft zu exzellente Osteoinduktivitéit a Ressourverkapazitéit mat engem schnellen Knueweeg. "[Soypan et al. 2007] Also, vill modernen Implantater gi mat Hydroxylapatit beschichtet.
Eng aner verspriechend Applikatioun vu mikrokristalline Hydroxylapatit ass hir Benotzung wéi “Knachsen” Zousaz mat bessere Absorption am Verglach zum Kalzium.
Nieft senger Benotzung als Reparaturmaterial fir Knach a Zänn, sinn aner Applikatioune vu HAp an der Katalyse, der Düngerproduktioun, als Verbindung an den pharmazeuteschen Produkter, an de Protein Chromatographie-Applikatiounen a vun der Waasserbehandlung.

Power Ultrasound: Effects and Impact

Sonication gëtt als e Prozess beschriwwen, wou en akustescht Feld benotzt gëtt, wat un e flëssegt Medium gekoppelt ass. D'Ultraschallwellen propagéieren an der Flëssegkeet a produzéieren ofwiesselnd héijen Drock / niddregen Drockzyklen (Kompressioun a rarefaction). Während der Rieffaktiounsphase entstinn kleng Vakuumblasen oder Vullen an der Flëssegkeet, déi wuessen iwwer verschidden héijen Drock / niddregen Drockzyklen, bis d'Buble net méi Energie absorbéiere kann. An dëser Phas implodéiere sech d'Bléiser gewalteg während enger Kompressiounsphase. Wärend sou engem Bubble-Zesummebroch gëtt eng grouss Quantitéit un Energie a Form vun enger Schockwellen, héijen Temperaturen (ca. 5.000K) a Drock (ongeféier 2.000atm) verëffentlecht. Ausserdeem, dës "Hotspots" charakteriséieren sech duerch ganz héich Killkäschten. D'Implosioun vun der Blase féiert och zu Flëssegkeetsstraler vu bis zu 280m / s Geschwindegkeet. Dëst Phänomen gëtt Kavitatioun bezeechent.
Wann dës extrem Kräfte ginn, déi während dem Zesummeliewen heiansdo Kavitationblasen entstammen, erweideren am sonicéierte Medium, de Partikelen an d'Drëpsen aféiert – déi zu enger Partnerschaft Kollisioun entstinn, sou datt de massive Krachmaart. Dofir gëtt d'Reduktioun vun der Partikelgréisst wéi de Fräsen, Diagglomeratioun a Dispersioun realiséiert. D'Partikel kënnen zu Submicron- a Nano-Gréisst reduzéiert ginn.
Niewent de mechanesche Effekter kënnen d'Staarkautoen gratis fräi Radikaler, Schërmoleküle maachen an d'Surface Fläsche aktivéieren. Dëst Phänomen ass bekannt als Sonochemie.

Sono-Synthese

Eng Ultraschallbehandlung vun der Schlämmung entstinn bei ganz feinste Partikelen mat souguer Verdeelung, sou datt méi Keelebuchungsplazen fir d'Ausfällung erstallt ginn.
HAp Partikel déi ënner Ultraschall synthetiséiert ginn, weisen e verréngert Niveau vun der Agglomeratioun. Déi ënnescht Tendenz op d'Agglomeratioun vun Ultraschallsynthese vun HAp gouf z. B. duerch FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) Analyse vu Poinern et al. (2009).

Ultraschall hëlleft a fördert chemesch Reaktiounen duerch Ultraschallkavitation a seng physesch Effekter, déi direkt un der Morphologie deelhuelen. Déi Haaptvirdeeler vun der Ultraschall entstinn d'Virbereedung vun iwwerflësseg Reaktiounsmiessungen

  • 1) d'Reaktiounsgeschwindigkeit erhéicht,
  • 2) verréngert Veraarbechtter Zäit
  • 3) eng allgemeng Verbesserung vun der effizient Utilitéit vun Energie.

Poinern et al. (2011) huet e naacht chemesche Wee entwéckelt, deen Kalziumnitrat-Tetrahydrat (Ca [NO3] 2 · 4H2O) a Kaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4) als Haaptreaktanten benotzt. Fir Kontroll vu de pH-Wäert während der Synthese ass Ammoniumhydroxid (NH4OH) hinzugefügt.
Den Ultraschallprozessor ass en UP50H (50 W, 30 kHz, MS7 Sonotrode w / 7 mm Duerchmiesser) vun Hielscher Ultrasonics.

Schrëtt vun der Nano-HAP Synthese:

A 40 ml Léisung vun 0,32 M Ca (NO3) Fir2 · 4H2O war preparéiert an engem klenge Becher. D'Léisung vum pH gouf dann op 9,0 mat ongeféier 2,5mL NH ugepasst4OH. D'Léisung gouf mat dem UP50H Bei 100% Amplitude vun 1 Stonn.
Am Ende vun der éischter Stonn eng 60 mL Léisung vun 0,19 M [KH2PO4] gouf duerno lues drop drop drop an d'éischt Léisung doduerch während enger zweeter Stonn vun der Ultraschallstrahlung nogezunn. Während dem Mëschprozess huet de pH-Wäerter gepréift a gehuewen an 9 geparkt, während de Ca / P-Verhältnis op 1,67 gepflegt gouf. D'Léisung gouf dann duerch Zentrifugatioun (~ 2000 g) filtriéiert, duerno gouf de resultéierende wäiss Präzis an enger Rei vu Prouf fir Hëtzt behandelt.
D'Präsenz vum Ultraschall an der Syntheseprozedur virun der Wärmebehandlung huet e wesentlechen Afloss op d'Ausbildung vun der initialer Nano-HAP-Partikelvorstoe. Dëst ass wéinst der Partikelgréisst relancéiert mat der Nukleéierung an dem Wuesstemmuster vum Material, wat sech ëm den Grad vun der Super Sättigung innerhalb der flësseger Phase bezuelt.
Zousätzlech kann och d'Partikelgréisst an d'Morphologie direkt während dësem Syntheseprozess beaflosst ginn. Den Effekt vun der Erhéijung vun der Ultraschallkraaft aus 0 bis 50W huet bewisen, datt et méiglech war d'Partikelgréisst virum Wärmebehand ze reduzéieren.
D'Erhéijung vun der Ultraschall, déi zur Bestralung vun der Liquiditéit benotzt gouf, weist datt méi grousser Quantitéiten vu Blasen / Kavitationen produzéiert ginn. Dëst huet erëm méi Keimferstellungsplazen produzéiert an als Resultat hunn d'Partikelen sou dës Site méi kleng ginn. Ausserdeem hunn Partikelen déi méi laang Perioden vun Ultraschallbestrahlung ausgesat ginn, manner Agglomeratioun. Déi spéider FESEM-Donnéeën hunn d'reduzéiert Deelchen-Agglomeratioun bestätegt, wann Ultraschall am Syntheseprozess benotzt gëtt.
Nano-HAp Partikelen am Nanometer-Gréisst Räich a sphäresch Morphologie goufe produzéiert mat enger naasser chemescher Ausfällungstechnik an der Presenz vum Ultraschall. Et gouf festgestallt, datt d'Kristallin Struktur an d'Morphologie vun de resultéierende nano-HAP-Puder onofhängeg vun der Kraaft vun der Ultraschall-Bestrahlungsquelle an der an der spéider Thermoprüfung gebraucht gouf. Et ass evident datt d'Präsenz vum Ultraschall am Syntheseprozess de chemesche Reaktiounen a physesch Effekter huet, déi duerno d'ultrafine Nanophydpuder erofgeholl hunn, no der thermescher Behandlung.

Kontinuier Ultraschall mat enger Glas Flosszelle

Sonication an enger Ultraschallreaktor Kammer

Hydroxyapatit:

  • main anorganesch Kalziumphosphatmineral
  • héich Biokompatibilitéit
  • lues biologesch Abnehmbarkeet
  • osteoconductive
  • Non-toxesch
  • net immunogen
  • kann kombinéiert mat Polymeren a / oder Glas
  • Good Matrix op d'Absorptiounsstruktur fir aner Molekülen
  • exzellente Knuet

Ultraschall Homogenisatoren si krank Instrumente fir Partikel ze benotzen, wéi HAp

Probe-Typ Ultraschall UP50H

HAp Synthese iwwer Ultraschall Sol-Gel Route

Ultraschall assistéierte Sol-Gel-Route fir d'Synthese vun Nanostrukturéiert HAp Partikel:
Material:
– Reaktanten: Kalziumnitrat Ca (NO3) Fir2, Di-Ammonium-Waasserstoffphosphat (NH4) Fir2HPO4, Natriumhydroxyd NaOH;
– 25 ml Teströsch

  1. Kaalwer Ca (NO3) Fir2 a (NH4) Fir2HPO4 am distilléierten Waasser (Molverhältnis vu Calcium bis Phosphor: 1,67)
  2. Doduerch e puer NaOH op d'Léisung fir eist pH ëm 10 ze halen.
  3. Ultraschallbehandlung mat engem UP100H (Sonotrode MS10, Amplitude 100%)
  • D'hydrothermale Syntheses goufen op enger Temperatur vun 150 ° C fir 24h an engem elektresche Ofen geleet.
  • Nodeems d'Reaktioun krystallinesch HAp kann duerch Zentrifugatioun gefaasst a wäschen mat deyoniséiertem Waasser.
  • Analyse vum gewielten HAp Nanopowder duerch Mikroskopie (SEM, TEM,) a / oder Spektroskopie (FT-IR). Déi synthetiséierter HAp Nanopartikel weisen héich Kristallinitéit. Verschidde Morphologie kënnen ofhängeg vun der Undeelung beobachtet ginn. Méi luesen Ophänkungsfall kann zu Uniform HAp nanorods mat engem héigen Aspekt Verhältnis an ultrahoch Kristallinitéit féieren. [cp. Manafi et al. 2008]

Modifikatioun vu HAp

Wéinst hirem Verwierklecht ass d'Applikatioun vu pure HAp limitéiert. Mat materiellem Fuerschung sinn et vill Efforte gemaach ginn fir den Hyp zu Polymere ze modifizéieren, well de natierleche Knäppchen e Composit haaptsächlech bestoung aus nano-séissen, needelähnlechen HAp-Kristallen (Konten fir ongeféier 65 Gew% vu Knuew). D'Ultraschall assistéiert Modifikatioun vum HAp an d'Synthese vun Kompositë mat besseren Materialeigenschaften bitt villfäeg Méiglechkeet (kucke puer Beispiller méi).

Praktesch Beispiller:

Synthese vun Nano-HAp

An der Uni vu Poinern et al. (2009), Hielscher UP50H Sondentyp Ultraschall gouf mat der Sono-Synthese vun HAp erfollegräich benotzt. Duerch d'Erhéijung vun der Ultraschallenergie goufen d'Partikelgréisst vum HAp Kristallite verréngert. Nanostrukturéiert Hydroxyapatit (HAp) gouf duerch eng ultraschall gehielte Naassegeschéckmethodik entwéckelt. Ca (NO3) a KH25PO4 deen als Haaptmaterial an NH benotzt gëtt3 als Ausféierger. D'hydrothermesch Ausfällung ënnert der Ultraschallbestrahlung huet zu Nano-Partikelen vun Nanoprodukter mat enger sphärescher Morphologie am Nano-Metergröße (ongeféier 30nm ± 5%) geformt. Poinern a Co-workers hunn d'sono-hydrothermale Synthese eng wirtschaftlech Streck mat staarker Skala nei Méiglechkeete fir eng kommerziell Produktioun fonnt.

Synthese vun Gelantin-Hydroxyapatit (Gel-HAp)

Brundavanam an d'Mataarbechter hunn e Gelantine-Hydroxyapatit (Gel-HAp) Composite ënner milde Sonikatbedingungen erstallt. Fir d'Preparatioun vu Gelantin-Hydroxyapatit, gëtt 1 g Gelatine komplett op 1000 ° MilliQ Waasser op 40 ° C opgeléist. 2mL vun der preparéierter Gelatine Léisung gouf duerno an d'Ca2 + / NH addéiert3 Mëschung. D'Mëschung gouf mat engem UP50H Ultraschall (50W, 30kHz). Während der Opléisung, 60mL vun 0,19M KH2PO4 waren drop drop sinn an d'Gemeng ginn.
Déi ganz Léisung gouf fir 1 h sonikéiert. De pH-Wäert gouf zu pH 9 zu all Moment iwwerpréift an de Ca / P-Verhältnis gouf op 1,67 ugepasst. Filtratioun vum wäisse Nidderschlag gouf duerch Zentrifugéierung erreecht, wat zu engem décke Schlaangen koum. Verschidde Proben goufen an engem Tube-Uewen fir 2h bei enger Temperaturen vun 100, 200, 300 a 400 ° C waarm behandelt. Doduerch gouf e Gel – HAp-Pulver a granular Form kritt, dat zu engem feine Pulver gemëscht an duerch XRD, FE-SEM a FT-IR geprägt. D'Resultater weisen datt mëll Ultrasonicatioun an d'Präsenz vu Gelatin während der Wuesstumsphase vum HAp eng niddereg Adhäsioun fördert - doduerch zu enger méi klenger a féieren eng reegelméisseg sphäresch Form vun de Gel – HAp Nano-Partikelen. Déi mëll Sonikatioun hëlleft der Synthese vu Nano-Gréisst Gel – HAp Partikelen wéinst ultrasonic Homogeniséierungseffekter. D'amid a Carbonyl Arten aus der Gelatine befestigen sech spéider un den HAp Nano-Partikelen während der Wuesstumsphase iwwer sonochemesch assistéiert Interaktioun.
[Brundavanam et al. 2011]

Depositioun vu HAp op Titaniumplateletten

Ozhukil Kollatha et al. (2013) hunn Ti-Placke mat Hydroxyapatit beschichtet. Virun der Depositioun gouf d'HAp-Suspension homogeniséiert UP400S (400 Watt Ultraschall-Apparat mat Ultraschallhormon H14, Bannzäit 40 Sekonnen bei 75% Amplitude).

Silver Coated HAp

D'Ignatev an d'Mataarbechter (2013) entwéckelt en biosyntheseschen Verfahren wou d'Silber Nanopartikel (AgNp) op HAp deposéiert goufen fir eng HAp Beschichtung mat antibakteriellen Eegeschaften ze kréien an d'Zytotoxie ze verréngeren. Fir d'Dekagglomeratioun vun de Silber Nanopartikel a fir hir Sedimentatioun op den Hydroxyapatit, ass e Hielscher UP400S gouf benotzt.

Ignatev a seng Mataarbechter benotzt den Ultraschallsonde-Gerät UP400S fir d'Silberbeschichtete HAp-Produktioun.

E Setup vu Magnéitrührer an Ultraschall UP400S gouf fir d'Sëlwer-beschlagnahmt Hap preparéiert [Ignatev et al 2013]


Eis staark ugehollen Geräter sinn zuverlässeg Tools fir d'Partikel am Submiro- an Nano-Gréisst ze behandelen. Ob Dir Partikelen an klengen Tubelen fir Fuerschung benotzt, oder Dir musst méi héich Volumen vu Nano-Puder Stëppchen fir kommerziell Produktioun benotzen – Hielscher bitt de gudde Ultraschall fir Är Ufuerderungen!
UP400S mat Ultraschallreaktor

Ultraschall Homogenisateur UP400S


Kontaktéiert eis / frot bei méi Informatiounen

Diskussioun un eis iwwert Är Veraarbechtung Ufuerderunge. Mir wäerten déi gëeegent charge an Veraarbechtung Parameteren fir Äre Projet recommandéieren.






Literatur / nëmmen

  • Brundavanam, RK; Jinag, Z.-, Chapman, P .; Le, X.-T .; Mondinos, N .; Fawcett, D .; Poinern, GEJ (2011): Auswierkunge vu verdënnter Gelatine op der Ultraschall thermisch assistéierte Synthese vun Nano-Hydroxyapatit. Ultrason. Sonochem. 18. Mee 2011. 697-703.
  • Cengiz, B.; Gokce, Y .; Yildiz, N.; Aktas, Z .; Calimli, A. (2008): Synthese a Charakteriséierung vun Hydroyapatit Nanopartikelen. Kolloiden a Fläch A: Physicochem. Eng. Aspekter 322; 2008. 29-33.
  • Ignatev, M .; Rybak, T .; Colongen, G .; Scharff, W.; Marke, S. (2013): Plasma gesprëtzt Hydroxyapatit Coatings mat Silver Nanopartikel. Acta Metallurgica Slovaca, 19/1; 2013. 20-29.
  • Jevtića, M .; Radulovićc, A .; Ignjatovića, N .; Mitrićb, M .; Uskoković, D. (2009): Kontrolléiert Assemblée vun Poly (d, l-Lactide-Co-Glycolid) / Hydroxyapatit Core-Shell-Nano-Sphären ënnert Ultraschallbestralung. Acta Biomaterialia 5/1; 2009. 208-218.
  • Kusrini, E .; Pudjiastuti, AR; Astutiningsih, S .; Harjanto, S. (2012): Virbereedung vun Hydroxyapatit aus Bovine Bone duerch Kombinatiounsmethoden vun Ultraschall a Spraydrock. Intl. Conf. iwwer chemesch, Biochemesch an Ëmweltwëssenschaften (ICBEE'2012) Singapur, 14. Dezember, 2012.
  • Manafi, S.; Badiee, SH (2008): Effekt vun Ultraschall iwwer Kristallinitéit vun Nano-Hydroxyapatit iwwer wäiss chemesch Method. Ir J Pharma Sci 4/2; 2008. 163-168
  • Ozhukil Kollatha, V.; Chenc, Q .; Clossetb, R .; Luytena, J .; Trainab, K .; Mullensa, S.; Boccaccinesch, AR; Clootsb, R. (2013): AC vs. DC Electrophoretic Deposition vun Hydroxyapatit op Titan. Journal of the European Ceramic Society 33; 2013. 2715-2721.
  • Poinern, GEJ; Brundavanam, RK; Thi Le, X .; Fawcett, D. (2012): D'mechanesch Eegeschafte vun enger poröer Keramik ofgeleet vun engem 30 nm Grousse Partikelbasispuid vum Hydroxyapatit fir potentielle Hard Tissue Engineering Applikatiounen. American Journal of Biomedical Engineering 2/6; 2012. 278-286.
  • Poinern, GJE; Brundavanam, R.; Thi Le, X .; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): Thermesch an ultrasonic Afloss op d'Bildung vu Nanometer Skala Hydroxyapatit Bio-Keramik. Internationalen Journal vun der Nanomedizin 6; 2011. 2083–2095.
  • Poinern, GJE; Brundavanam, RK; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): Synthese a Charakteriséierung vum Nanohydroxyapatit mat enger Ultraschall assistéierter Method. Ultrasonics Sonochemistry, 16/4; 2009. 469-474.
  • Soypan, ech .; Mel, M .; Ramesh, S.; Khalid, KA: (2007): Porous Hydroxyapatit fir künstlech Knochenapplikatiounen. Wëssenschaft an Technologie vun de Advanced Materials 8. 2007. 116.
  • Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Enzyklopedie vun chemescher Technologie; 4. Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26. Abrëll 1998. 517-541.

Ultraschall-Apparater fir Bank-Top a Produktioun wéi de UIP1500hd bidden déi vollstänneg industriell Grad.

Ultrasonic Apparat UIP1500hd mat Flux-duerch Reaktergebai