Sonochemesch Nanostrukturéiert Implantate verbesseren Osseointegratioun

Implantate, orthopädesch Prothesen an Zännimplantate ginn haaptsächlech aus Titan an Legierungen gemaach. Sonication gëtt benotzt fir nanostrukturéiert Flächen op metallesche Implantater ze kreéieren. Ultraschall Nanostrukturéierung erlaabt metallesch Flächen z'änneren, déi eenheetlech verdeelt Nano-Gréisst Musteren op Implantatflächen generéieren. Dës nanostrukturéiert metallesch Implantate weisen e wesentlech verbesserte Gewësswachstum an Osseointegratioun, wat zu verbesserte klineschen Erfollegsraten féiert.

Ultraschall Nanostrukturéiert Implantate fir verbessert Osseointegratioun

D'Notzung vu Metalle, dorënner Titan an Legierungen, ass verbreet an der Fabrikatioun vun orthopädeschen an Zännimplantater wéinst hire favorabele Uewerflächeegenschaften, wat d'Etablissement vun enger biokompatibeler Interface mat Peri-Implantatgewebe erméiglecht. Fir d'Performance vun dësen Implantater ze optimiséieren, goufen Strategien entwéckelt fir d'Natur vun dëser Interface z'änneren andeems se Nanoskala Ännerungen op der Uewerfläch implementéiert. Esou Ännerunge maachen e bemierkenswäerten Afloss op kritesch Aspekter, dorënner Proteinadsorptioun, Interaktiounen tëscht Zellen an der Implantatfläch (Zell-Substrat Interaktiounen), an déi spéider Entwécklung vum Ëmgéigend Tissu. Duerch genee dës Nanometer-Niveau Ännerungen ze manipuléieren, zielen d'Wëssenschaftler d'Biointegratioun an d'allgemeng Effizienz vun Implantate ze verbesseren, wat zu verbesserte klineschen Resultater am Beräich vun der Implantologie féiert.
 

Protokoll fir Ultraschall Nanostrukturéierung vun Titanimplantater

Verschidde Fuerschungsstudien hunn déi einfach, awer héich effektiv Nanostrukturéierung vun Titan- a Legierungsflächen mat héijer Intensitéit Ultraschall bewisen. Déi sonochemesch Behandlung (dh Ultraschallbehandlung) féiert zur Bildung vun enger rauer Titaneschicht vu Schwammähnlecher Struktur, déi däitlech d'Zellproliferatioun verbessert.
Strukturéiere vun Titan Uewerfläch iwwer sonochemical Behandlung: D'Titan Proben vun 20 × 20 × 0,5 mm goufen virdru poléiert a mat deioniséiertem Waasser, Aceton an Ethanol konsekutiv gewascht fir all Verschmotzung ze eliminéieren. Duerno goufen Titan Proben ultraschall an 5 m NaOH Léisung behandelt mat Hielscher Ultrasonicator UIP1000hd op 20 kHz operéiert (kuckt Bild lénks). De Sonicator gouf mat der Sonotrode BS2d22 (Uewerfläch vum Tipp 3,8 cm2) an dem Booster B4-1,4 ausgestatt, wat d'Aarbechtsamplitude 1,4 Mol vergréissert. Déi mechanesch Amplitude war ≈81 μm. Déi generéiert Intensitéit war vun 200 W cm−2. Déi maximal Muecht Input war 760 W entsteet aus der Multiplikatioun vun der Intensitéit mat der frontal Beräich (mat 3,8 cm2) vun der benotzt sonotrode BS2d22. Titan Proben goufen an engem hausgemaachte Teflonhalter fixéiert a fir 5 min behandelt.
(cf. Ulasevich et al., 2020)
 

Morphologie vun der pristine Titan Uewerfläch (a), sonochemically fabrizéiert Titania mesoporous Uewerfläch (TMS) Top-Vue a Querschnitt (b), an Top-Vue an Querschnitt vun Titania Nanotubes (TNT) kritt duerch elektrochemesch Oxidatioun (c). Insets weisen d'Schemae vun der Uewerfläch Nanostrukturéierung. Schema weist d'Oflagerung vun Hydroxyapatit (HA) an d'Pore vun der Titania Matrix (df). SEM Biller vun der sonochemical nanostrukturéiert Titan (TMS) an TNT Uewerfläch mat chemesch deposéiert HA: TMS-HA (g) an TNT-HA (h), respektiv.
(Etude a Biller: ©Kuvyrkov et al., 2020)

Mechanismus vun der Ultraschall Nanostrukturéierung vu Metallflächen

D'Ultraschallbehandlung vu Metalloberflächen féiert zu mechanesch Ätzen vun Titanflächen, déi d'Bildung vun enger mesoporöser Struktur op Titan verursaacht.
De Mechanismus vum Ultraschallmechanismus baséiert op der akustescher Kavitatioun, déi geschitt wann niddereg-Frequenz, héich Intensitéit Ultraschallwellen an eng Flëssegkeet gekoppelt sinn. Wann Héichkraaft-Ultraschall duerch eng Flëssegkeet reest, ginn alternéierend Héichdrock- / Low-Drock-Zyklen generéiert. Wärend den nidderegen Drockzyklen Minutt Vakuumblasen entstinn sougenannte Kavitatiounsblasen an der Flëssegkeet. Dës Kavitatiounsblasen wuessen iwwer verschidden Drockzyklen bis se keng weider Energie absorbéieren kënnen. Op dësem Punkt vum maximale Bubblewuesstum implodéiert d'Kavitatiounsblase mat engem gewaltege Burst a schaaft eng héich energiedicht Mikro-Ëmfeld. D'Energie-dichte Feld vun der akustescher / ultrasonescher Kavitatioun ass charakteriséiert duerch Héichdrock- an Temperaturdifferenzen, déi Drock vu bis zu 2.000atm an Temperaturen vun ca. 5000 K, Héichgeschwindeg Flëssegjets mat Geschwindegkeete vu bis zu 280m/s a Schockwellen. Wann esou Kavitatioun no bei enger metallescher Uewerfläch geschitt net nëmme mechanesch Kräften, mee och chemesch Reaktiounen.
An dëse Bedéngungen féiere Redoxreaktiounen statt, déi zu oxidativen Reaktiounen an der Titaneschichtbildung féieren. Nieft der Generatioun vun de reaktive Sauerstoffspezialitéiten (ROS), déi d'Titanfläche oxidéiert hunn, bidden ultraschall generéiert Oxidatiounsreduktiounsreaktiounen effektiv Uewerfläch Ässung, déi d'Titandioxidschicht vun 1 μm décke kritt. Dëst bedeit datt Titandioxid deelweis an enger alkalescher Léisung opléist, wat d'Poren generéiert, déi onregelméisseg verdeelt ginn.
Déi sonochemesch Method bitt eng séier a villsäiteg fir d'Fabrikatioun vun nanostrukturéierte Materialien, souwuel anorganesch wéi och organesch, déi dacks iwwer konventionell Methoden net erreechbar sinn. De grousse Virdeel vun dëser Technik ass datt d'Ausbreedung vun der Kavitatioun grouss lokal Temperaturgradienten a Feststoffer generéiert, wat zu Materialien mat enger poröser Schicht an ongewollte Nanostrukturen bei Raumbedéngungen resultéiert. Zousätzlech kann déi extern Ultraschallbestralung benotzt ginn fir d'Verëffentlechung vu verschlësselte Biomolekülen duerch Poren an der nanostrukturéierter Beschichtung auszeléisen.
 

Déi schematesch Illustratioun vun der Sonikatiounszell (a), Schematesch Illustratioun vum Uewerflächestrukturéierungsprozess, deen stattfënnt während der Ultraschallbehandlung vun enger Titanoberfläch an wässerlecher alkalescher Léisung (b) a geformter Uewerfläch (c), Foto vun Titanimplantater (d): déi gréng (déi lénks Probe an der Hand) gëtt no Ultraschallbehandlung implantéiert, déi gielzeg (d'Probe läit riets) ass net modifizéiert Implantat.
(Etude a Biller: ©Kuvyrkov et al., 2020)

High-Performance Sonicators fir Nanostrukturéierend metallesch Implantatflächen

Hielscher Ultrasonics bitt déi ganz Palette vun Sonicatoren fir Nano-Applikatiounen wéi d'Nanostrukturéierung vu metallesche Flächen (zB Titan an Legierungen). Ofhängeg vum Material, der Uewerfläch an der Produktioun vun Implantate, bitt Hielscher Iech den ideale Sonicator a Sonotrode (Sonde) fir Är Nano-Strukturéierungsapplikatioun.
Ee vun den Haaptvirdeeler vun Hielscher Sonicatoren ass déi präzis Amplitude Kontroll an d'Fäegkeet fir ganz héich Amplituden an enger kontinuéierlecher 24/7 Operatioun ze liwweren. D'Amplitude, déi d'Verschiebung vun der Ultraschallsonde ass, ass verantwortlech fir d'Sonicatiounsintensitéit) an dofir e entscheedende Parameter vun zouverlässeg an effektiv Ultraschallbehandlung.

Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit Made in Germany

Hielscher Ultraschaller si bekannt fir hir héchst Qualitéit an Designnormen. Robustheet an einfach Operatioun erlaben déi glat Integratioun vun eisen Ultraschaller an industriellen Ariichtungen. Rau Konditiounen an erfuerderlech Ëmfeld ginn einfach vun Hielscher Ultraschaller gehandhabt.

Hielscher Ultrasonics ass eng ISO zertifizéiert Firma a setzt spezielle Wäert op High-Performance Ultrasonicatoren mat modernste Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Natierlech sinn Hielscher Ultraschaller CE konform an entspriechen d'Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.

D'XRD Mustere vun der Titanbeschichtung fabrizéiert duerch thermesch Behandlung vu poléiertem Titan (a) a sonochemesch behandelt poléiert Titan (b); SEM Biller vun ausgeräiften Titan Uewerfläch (c) an sonochemically generéiert mesoporous Titan Dioxid Uewerfläch (d). Sonication gouf mat Hëllef vum Sonicator UIP1000hdT gemaach.
(Etude a Biller: ©Kuvyrkov et al., 2018)