Hielscher ultraskaņas tehnoloģija

Nano-Hidroksiapatīta Sono sintēze

Hidroksiapatīts (HA vai HAp) ir ļoti plaši apmeklēta bioaktīvā keramika medicīniskiem nolūkiem, jo tā ir līdzīga struktūra kaulu materiālam. Ultrasoniski Assisted sintēze (Sono-sintēze) hidroksiapatīta ir veiksmīga tehnika, lai iegūtu nanostrukturēto HAp visaugstākās kvalitātes standartus. Ultraskaņas maršruts ļauj ražot Nano-kristālisko HAp, kā arī pārveidotas daļiņas, piemēram, kodols-apvalks nanosfēras un kompozītu.

Hidroksiapatīts: daudzpusīgs minerālu

Hidroksilapatīts vai hidroksiapatīts (HAp, arī HA) ir dabā sastopams kalcija apatīta minerāls ar formulu CA5(PP)4)3(OH). Lai norādītu, ka kristāla vienības šūna sastāv no divām vienībām, tā parasti tiek rakstīta10(PP)4)6Ak2. Hidroksilapatīts ir kompleksa apatite grupas hidroksilends. OH-ION var aizstāt ar fluorīds, hlorīds vai karbonāts, kas ražo fluorapatīts vai hlorapatīts. Tā kristalizējas ar sešstūra kristāla sistēmu. HAp ir pazīstama kā kaulu materiāls, kā līdz 50 WT% kaulu ir modificēta forma hidroksiapatīta.
Medicīnā nanostrukturētā poraina HAp ir interesants materiāls mākslīga kaula lietošanai. Pateicoties labai biosaderībai kaulu saskarnē un līdzīgam ķīmiskajam sastāvam kaulu materiālam, porainā HAp keramikas viela ir atradusi milzīgu pielietojumu biomedicīnas pielietojumos, ieskaitot kaulu audu reģenerāciju, šūnu proliferāciju un narkotiku piegādi.
"In kaulu audu inženierijas tas ir piemērots kā uzpildes materiāls kaulu defektiem un palielināšanu, mākslīgo kaulu transplantāta materiālu, un protēzes pārskatīšanas operācijas. Tās augstā virsma noved pie lieliskas osteovadītspējas un resorbability nodrošinot ātru kaulu ingrowth. [Soypan et al. 2007] Tātad, daudzi mūsdienu implanti ir pārklāts ar hidroksilapatītu.
Vēl viena daudzsološa mikrokristāliskā hidroksilapatīta lietošana ir “kaulu veidošanā” Papildinājums ar izcilu uzsūkšanos, salīdzinot ar kalciju.
Papildus tā izmantošanai par remonta materiālu kauliem un zobiem, citu HAp lietojumu var atrast katalīzi, mēslojuma ražošanu, kā savienojumu farmaceitiskos produktos, olbaltumvielu hromatogrāfijā un ūdens attīrīšanas procesos.

Power ultraskaņa: efekti un ietekme

Ultraskaņas apstrāde tiek aprakstīta kā process, kurā izmanto akustisko lauku, kas ir savienots ar šķidro barotni. Ultraskaņas viļņi izplatās šķidrumā un rada mainīgu augstspiediena/zema spiediena ciklus (kompresiju un rarefrakcija). Laikā retināšanas posmā parādās mazie vakuuma burbuļi vai tukšumu šķidrumā, kas aug vairāk nekā dažādu augstspiediena/zema spiediena cikliem, līdz burbulis nevar absorbēt ne vairāk enerģijas. Šajā fāzē, burbuļi implodes vardarbīgi laikā kompresijas fāzē. Laikā šāda burbulis sabrukums lielu enerģijas daudzumu atbrīvo formā šoka viļņiem, augstas temperatūras (apm. 5, 000K) un spiedieniem (apm. 2, 000atm). Turklāt šie "karstajiem punktiem" raksturo ļoti augstas dzesēšanas likmes. Burbuļa sabrukums izraisa arī šķidro strūklu līdz 280M/s ātrumu. Šī parādība tiek saukts kavitāciju.
Kad šie ekstrēmie spēki, kas tiek radīti sabrukuma Kavitāciju burbuļi, paplašināt ar apstrādāt ultraskaņu vidē, daļiņas un pilienu ietekmē – izraisot starpdaļiņu sadursmi, lai cietā satricināt. Tādējādi tiek sasniegta daļiņu lieluma samazināšana, piemēram, malšana, Deagglomeration un dispersija. Daļiņas var samazināt līdz submicron-un nano-Size.
Blakus mehāniskās sekas, spēcīgs ultraskaņu var radīt brīvos radikāļus, bīdes molekulas, un aktivizēt daļiņu virsmām. Šī parādība ir pazīstama kā sonoķīmija.

Sono-sintēze

Ar ultraskaņas apstrādi, vircas rada ļoti smalkas daļiņas ar vienmērīgu sadali tā, ka vairāk nukleācijas vietu nokrišņiem tiek radītas.
HAp daļiņas, kas sintezētas saskaņā ar ultrasonication liecina pazemināts aglomerācijas līmenis. Tika apstiprināta zemākā nosliece uz ultrasoniski sintezēto HAp aglomerāciju, piemēram, FESEM (lauka emisijas skenēšanas elektronu mikroskopijas) analīze Poinern et al. (2009).

Ultraskaņas palīdz un veicina ķīmiskās reakcijas ar ultraskaņas kavitāciju un tās fizikālās sekas, kas tieši ietekmē daļiņu morfoloģiju augšanas fāzē. Galvenās priekšrocības ultrasonication rezultātā sagatavošanu superfine reakcijas maisījumi ir

  • 1) palielināts reakcijas ātrums,
  • 2) samazināts apstrādes laiks
  • 3) vispārējs uzlabojums efektīvai enerģijas izmantošanai.

Poinern et al. (2011) izstrādāja slapju ķīmisko ceļu, kas izmanto kalcija nitrāta tetrahidrātu (CA [NO3] 2 · 4H2O) un kālija dihidrogēnfosfāta (KH2PO4) kā galvenie reactants. Lai kontrolētu pH vērtību sintēzes laikā, pievienoja amonija hidroksīdu (NH4OH).
Ultraskaņas procesors bija UP50H (50 w, 30 kHz, MS7 sonotrode W/7 mm diametrā) no Hielscher Ultrasonics.

Nano-HAP sintēzes posmi:

A 40 mL šķīdums 0,32 M Ca (NO3)2 · 4H2O tika sagatavots mazā vārglāzē. Pēc tam šķīdumu pH koriģē līdz 9,0 ar aptuveni 2,5 mL NH4Ak. Risinājums bija ar ultraskaņu UP50H pie 100% amplitūdas iestatījuma 1 stundai.
Pēc pirmās stundas beigām ir 60 mL šķīdums 0,19 M [KH2Po4] tad lēnām tika pievienots pirmais risinājums, vienlaikus veicot otro stundu ultraskaņas apstarošana. Sajaukšanas procesa laikā pH vērtību pārbaudīja un saglabāja 9, bet CA/P attiecība saglabājās pie 1,67. Pēc tam šķīdumu filtrē, izmantojot centrifugēšanu (~ 2000 g), pēc tam iegūtais balto nogulšņu daudzums tika proporcionāli sadalīts vairākos paraugos termiskai apstrādei.
Ultraskaņas klātbūtne sintēzes procedūrā pirms termiskā apstrāde ir būtiska ietekme, kas veido sākotnējo Nano-HAP daļiņu prekursoriem. Tas ir tāpēc, ka daļiņu izmērs ir saistīts ar nukleācijas un augšanas modelis materiāla, kas savukārt ir saistīts ar pakāpi Super piesātinājuma laikā šķidrā fāzē.
Turklāt šajā sintēzes procesā var tieši ietekmēt daļiņu izmēru un morfoloģiju. Ultraskaņas jaudas palielināšanas efekts no 0 līdz 50W parādīja, ka pirms termiskās apstrādes ir iespējams samazināt daļiņu izmēru.
Pieaugošā Ultraskaņas jauda, ko izmanto, lai izstarotu šķidrumu, liecināja, ka tiek ražots lielāks burbuļu/kavitāciju skaits. Tas savukārt radīja vairāk nukleācijas vietu un kā rezultātā daļiņas veidojas ap šīm vietām ir mazākas. Turklāt daļiņas, kas pakļautas ilgāku ultraskaņas apstarošanas laiku, uzrāda mazāk aglomerāciju. Sekojošie FESEM dati ir apstiprinājuši samazināto daļiņu aglomerāciju, kad sintēzes procesā tiek izmantota ultraskaņa.
Nano-HAp daļiņas nanometru lieluma diapazonā un sfēriskā morfoloģija tika ražotas, izmantojot mitru ķīmisku nokrišņu tehniku ultraskaņas klātbūtnē. Konstatēja, ka iegūto Nano-HAP pulveru kristāliskā struktūra un morfoloģija bija atkarīgas no ultraskaņas apstarošanas avota jaudas un turpmākās termiskās apstrādes. Tas bija acīmredzams, ka ultraskaņas klātbūtne sintēzes procesā veicināja ķīmiskās reakcijas un fizisko ietekmi, kas vēlāk radīja smalko Nano-Hap pulveri pēc termiskās apstrādes.

Nepārtraukta ultrasonikācija ar stikla plūsmas šūnu

Ultraskaņa ultraskaņas reaktora kamerā

Hidroksiapatīts

  • galvenie neorganiskie kalcija fosfāta minerālie
  • augsta biosaderība
  • lēna bionoārdīšanās
  • osteokonduktīvas
  • Nav toksisks
  • neimunogēno
  • var kombinēt ar polimēriem un/vai stikla
  • laba absorbcijas struktūras matrica citām molekulām
  • Excellent kaulu Aizvietotājs

Ultraskaņas homogenizatori ir spēcīgi instrumenti, lai sintezētu un funkcionalizētu daļiņas, piemēram, HAp

Zondes tipa ultrasonikators UP50H

HAp sintēze caur ultraskaņas Sol-Gel Route

Ultrasoniski atbalstītā Sol-Gel trase nanostrukturēto HAp daļiņu sintēzei:
Materiālu:
– reactants: kalcija nitrāts CA (NO3)2, diamonija hidrogēnfosfāts (NH4)2HPO4, Nātrija hidroksid NaOH;
– 25 ml mēģenē

  1. Izšķīdina CA (NO3)2 un (NH4)2HPO4 destilētā ūdenī (molārā attiecība kalcijs un fosfors: 1,67)
  2. Pievienot NaOH šķīdumu, lai saglabātu tā pH ap 10.
  3. Ultraskaņas apstrāde ar UP100H (sonotrode MS10, amplitūda 100%)
  • Hidrotermiskās sintēzes ar elektrisko cepeškrāsni tika veiktas 150 ° c temperatūrā 24 stundas.
  • Pēc reakcijas kristālisko HAp var ievākt, centrifugējot un mazgājot ar dejonizētu ūdeni.
  • Iegūtā HAp nanopulvera analīze ar mikroskopiju (SEM, TEM,) un/vai spektroskopiju (FT-IR). Sintezētās HAp nanodaļiņas rāda augstu kristāliskumu. Atkarībā no ultraskaņas apstrādes laika var novērot atšķirīgu morfoloģiju. Ilgāks ultraskaņas apstrāde var novest pie vienota HAp nanorods ar augstu aspekta attiecība un Ultra-augstu crystallinity. [CP. Manafi et al. 2008]

HAp modifikācija

Sakarā ar tās trauslumu, piemērošana tīra HAp ir ierobežota. Materiālā pētniecībā ir pieliktas daudzas pūles, lai pārveidotu HAp polimērus, jo dabiskais kauls ir salikts, kas galvenokārt sastāv no Nano-izmēra, adatas-līdzīga HAp kristāli (apmēram 65wt% no kaula). Ultrasoniski Assisted modifikācija HAp un kompozītmateriālu sintēze ar uzlabotām materiāla īpašībām piedāvā kolektora iespējas (skat. dažus piemērus zemāk).

Praktiskie piemēri:

Nano-HAp sintēze

Pētījumā Poinern et al. (2009) Hielscher UP50H ultrasonikatoru veiksmīgi izmantoja HAp Sono sintēzei. Palielinot ultraskaņas enerģiju, samazinās HAp kristalītu daļiņu izmērs. Nanostrukturēto hidroksiapatītu (HAp) sagatavoja ultrasoniski atbalstītā slapjās nogulsnēšanās tehnika. CA (NO3) un KH25Po4 werde izmanto kā galveno materiālu un NH3 kā nogulsnētājs. Hidrotermiskie nokrišņi zem ultraskaņas apstarošanas izraisīja nanoizmēra HAp daļiņas ar sfērisko morfoloģiju Nano metra izmēru diapazonā (apm. 30 nm ± 5%). Poinern un līdzstrādnieki konstatēja, ka Sono-hidrotermālā sintēze ir ekonomisks ceļš ar spēcīgu jaudas kapacitāti komerciālai ražošanai.

Gelantine-hidroksiapatīta (GEL-HAp) sintēze

Brundavanam un kolēģiem ir sekmīgi sagatavojuši gelantine-hidroksiapatīts (GEL-HAp) kompozītmateriālu saskaņā ar vieglu ultraskaņas apstākļos. Želatīna-hidroksiapatīta pagatavošanai 1G želatīns ir pilnībā izšķīdis 1000mL ūdenī pie 40 ° c. 2mL sagatavotā želatīna šķīduma tika pievienots Ca2 +/NH3 Maisījumu. Maisījums bija ar ultraskaņu UP50H ultrasonikators (50W, 30kHz). Ultraskaņas apstrādes laikā 60 ml 0,19 M KH2Po4 bija ļoti gudri pievienoti maisījumam.
Viss risinājums bija sonicated 1h. PH vērtība tika pārbaudīta un uzturēta pH 9 visu laiku, un CA/P attiecība tika koriģēta līdz 1,67. Balto nogulu filtrēšana tika sasniegta centrifugējot, izraisot biezu vircu. Cauruļu krāsnī 2 stundas laikā tika termiski apstrādāti dažādi paraugi 100, 200, 300 un 400 ° c temperatūrā. Tādējādi želeja – Hap pulveris granulu veidā tika iegūti, kas bija sasmalcina, lai smalka pulvera un raksturojas ar xrd, Fe-SEM un FT-ir. Rezultāti liecina, ka viegla ultrasonication un želatīna klātbūtne augšanas fāzē HAp veicina zemāku saķeri-tādējādi radot mazāku un veido regulāru sfērisku gela formas – HAp Nano-daļiņas. Vieglā ultraskaņas apstrāde palīdz Nano izmēra gela sintēzei – HAp daļiņām ultraskaņas homogenizācijas efektu dēļ. AMĪDA un karbonilamīdu sugas no želatīna pēc tam pievieno HAp Nano-daļiņām augšanas fāzē, izmantojot sonoķīmiski veicinātu mijiedarbību.
[Brundavanam et al. 2011]

Uzkrāšanās HAp titāna trombocītiem

Ozhukil Kollatha et al. (2013) ir pārklāts ti plāksnes ar hidroksiapatītu. Pirms nogulsnēšanās HAp suspensija tika viendabēta ar UP400S (400 vati ultraskaņas ierīce ar ultraskaņas ragu H14, ultraskaņas apstrādes laiks 40 SEC pie 75% amplitūdas).

Sudraba pārklājuma HAp

Ignatev un līdzstrādnieki (2013) izstrādāja biosintētisko metodi, kur sudraba nanodaļiņas (AgNp) tika deponēti uz HAp, lai iegūtu HAp pārklājumu ar antibakteriālām īpašībām un samazinātu citotoksisko iedarbību. Par Deagglomeration no sudraba nanodaļiņas un to sedimentācija uz hydroxyapatite, Hielscher UP400S izmantots.

Ignatev un viņa kolēģiem izmanto ultraskaņas zondes tipa ierīce UP400S par sudraba pārklājumu HAp ražošanu.

Magnētiskā maisītāja un ultrasonikatora iestatīšana UP400S tika izmantota Hap sudraba pārklājuma sagatavošanai [Ignatev et al 2013]


Mūsu jaudīgās ultraskaņas ierīces ir uzticami instrumenti, lai ārstētu daļiņas sub mikronu un nano izmēra diapazonā. Neatkarīgi no tā, vai vēlaties sintezēt, izkliedēt vai funkcionalizēt daļiņas mazās mēģenēs pētnieciskā nolūkā, vai arī jums ir nepieciešams ārstēt lielu daudzumu Nano-pulvera, kas paredzēts komerciālai ražošanai – Hielscher piedāvā piemērotu ultraskaņotājs jūsu prasībām!
UP400S ar ultraskaņas reaktoru

Ultraskaņas homogenizators UP400S


Sazinieties ar mums / lūdzam papildu informāciju

Runājiet ar mums par savām apstrādes prasībām. Mēs iesakām vispiemērotākās uzstādīšanas un apstrādes parametrus savam projektam.





Lūdzu, ņemiet vērā mūsu Privātuma politika.


Literatūra / Literatūras saraksts

  • Brundavanam, R. K.; Jinag, Z.-T., Chapman, P.; Le, X.-T.; Mondinos, N.; Fawcett, D.; Poinern, G. E. J. (2011): atšķaidīta želatīna ietekme uz ultraskaņas siltumsintēzē Nano hidrokapatītu. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
  • , B.; Gokce, Y.; Yildiz, N.; , Z.; Calimli, A. (2008): hydroyapatite nanodaļiņu sintēze un raksturošana. Koloīdi un virsmas: Fizicochem. Eng. aspekti 322; 2008.29-33.
  • Melis, M.; Raimis, T.; Kolonāžas, G.; Gērfs, m.; Marke, S. (2013): plazmas izsmidzināts Hydroxyapatite pārklājumi ar sudraba nanodaļiņām. ACTA Metallurgica Slovaca, 19/1; 2013.20-29.
  • , M. Radulovićc, A.; "Ignjatovića", N.; "Mitrićb, M.; Uskoković, D. (2009): poli (D, l-laktīda-koglikolīda)/hidroksiapatīta kodola kontrolēta montāža – apvalka nanolodītes zem ultraskaņas apstarošanas. ACTA Biomaterialia 5/1; 2009.208 – 218.
  • , E.; Pudjiastuti, A. R.; Astutiningsih, S.; Harjanto, S. (2012): Hydroxyapatite sagatavošana no liellopu kaula ar kombinētās metodes ultraskaņas un smidzināšanas žāvēšanai. Intl. conf par ķīmisko, bio-Chemical un vides zinātņu (ICBEE ' 2012) Singapūra, December 14-15, 2012.
  • Manafi, S.; Badiee, S.H. (2008): ultraskaņas ietekme uz Crystallinity Nano-Hydroxyapatite via mitrās ķīmiskās metodes. Ir J Pharma Sci 4/2; 2008.163-168.
  • Ozhukil Kollatha, V.; Chenc, Q.; Clossetb, R.; Luytena, J.; Trainab, K.; Mullensa, S.; Boccaccinic, A. R.; Clootsb, R. (2013): AC vs DC Electrophoretic nogulsnēšanās no Hydroxyapatite uz titāna. Eiropas keramikas sabiedrības 33; 2013.2715 – 2721.
  • G.E.J.; Brundavanam, R.K.; Thi, X.; Fawcett, D. (2012.): porainu keramikas mehāniskās īpašības, kas iegūtas no 30 nm lieluma daļiņu bāzes pulvera ar Hidroksiapatītu iespējamai cieto audu inženierijas lietojumiem. American Journal Biomedical Engineering 2/6; 2012.278-286.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): termiskā un ultraskaņas ietekme nanometru skalas hidroksiapatīta bio-keramikas veidošanā. Starptautiskais Journal Of Nanomedicine 6; 2011.2083 – 2095.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.K.; S, mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): nanohidroksiapatīta sintēze un raksturojums, izmantojot ultraskaņas palīgmetodi. Ultrasonics Sonochemistry, 16/4; 2009.469-474.
  • Soypan, I.; Melis, M.; Ramesh, S.; Khalid, K. A: (2007): porains hidroksiapatīts mākslīgiem kaulu lietojumiem. Zinātne un tehnoloģijas modernu materiālu 8. 2007.116.
  • , C. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia ķīmisko tehnoloģiju; 4. Ed. J. Wiley & Dēli: Ņujorka, 26. sēj., 1998. 517-541.

Ultraskaņas ierīces stenda augšai un ražošanai, piemēram, UIP1500hd nodrošina pilnu industriālo klasi.

Ultraskaņas ierīce UIP1500hd ar caurplūdes reaktorā