Synteza sono-Nano-hydroksyapatytu

Hydroksyapatyt (HA albo HAP) jest dużym natężeniu bioaktywny ceramiczne dla celów medycznych ze względu na podobnej strukturze do materiału kostnego. Wspomagane ultradźwiękami syntezy (sono-synteza), hydroksyapatyt jest skuteczne techniki do wytwarzania nanostrukturalnych HAP przy najwyższych standardów jakości. Ultradźwiękowy droga umożliwia wytworzenie nanokrystalicznych HAP, a także modyfikowane cząsteczki, np nanosfery rdzeń-powłoka, i kompozyty.

Hydroksyapatytu: Uniwersalny mineralne

Hydroksyapatycie lub hydroksyapatyt (HAP także HA) jest naturalnie występującym mineralnych wapnia, apatyt o wzorze Ca5(PO4)3(O). Oznaczający, że komórka elementarna kryształu składa się z dwóch jednostek, to jest zwykle napisane Ca10(PO4)6(O)2, Hydroksyapatycie jest endmember hydroksylową złożonej grupy apatytu. OH jonowy może być zastąpiony przez fluorek, chlorek lub węglan, albo fluoroapatyt produkcji chlorapatyt. Krystalizuje w układ heksagonalny. HAP jest jako materiał kostny w ilości do 50% wagowych kości jest zmodyfikowaną formą hydroksyapatytu.
W medycynie, nanostrukturalnych porowatych HAp jest interesującym materiałem do zastosowania sztucznej kości. Ze względu na dobrą biozgodność z kontakcie kości i jego skład chemiczny podobny do materiału kostnego, porowate HAp ceramiczny znalazła ogromne zastosowanie w zastosowaniach biomedycznych oraz regeneracji tkanki kostnej, proliferację komórek i dostarczania leków.
„W inżynierii tkankowej kości został zastosowany jako materiał wyjściowy do ubytków kostnych oraz augmentacji kości tworzywa sztucznego przeszczepu i zabiegu zmiany wypełniania protezy. Jego wysoka powierzchnia prowadzi do doskonałej osteoconductivity i resorpcji zapewniając szybki wrastania kości. „[Soypan et al. 2007] Tak więc, wiele nowoczesnych implantów są pokryte hydroksyapatytu.
Innym obiecującym stosowanie mikrokrystaliczna hydroksyapatytu jest jego zastosowanie jako “kości budynek” uzupełnić doskonałą absorpcję w stosunku do wapnia.
Oprócz zastosowania jako materiał do naprawy kości i zębów, inne aplikacje HAP można znaleźć w katalizie, produkcji nawozów, jako związek produktów farmaceutycznych w zastosowaniach w chromatografii białkowej, i sposobów uzdatniania wody.

Moc Ultradźwięki: Efekty i Impact

Sonizacja jest opisana jako proces, w którym wykorzystywane jest pole akustyczne, które jest sprzężone z płynnym medium. Fale ultradźwiękowe rozprzestrzeniają się w cieczy i wytwarzają zmienne cykle wysokociśnieniowe/niskociśnieniowe (kompresja i rzadkie działanie). Podczas rzadkiej fazy działania powstają małe pęcherzyki podciśnienia lub puste przestrzenie w cieczy, które rosną w różnych cyklach wysokiego ciśnienia/niskiego ciśnienia, dopóki pęcherzyk nie będzie w stanie wchłonąć więcej energii. W tej fazie, pęcherzyki implodują gwałtownie podczas fazy kompresji. Podczas takiego zawalenia się pęcherzyka uwalnia się duża ilość energii w postaci fal uderzeniowych, wysokich temperatur (ok. 5.000 K) i ciśnień (ok. 2.000atm). Ponadto, te "gorące punkty" charakteryzują się bardzo wysokimi szybkościami chłodzenia. W wyniku implozji pęcherzyka powstaje również strumień cieczy o prędkości do 280 m/s. Zjawisko to określa się mianem kawitacji.
Kiedy te skrajne siły, które są generowane podczas upadku oft he pęcherzyki kawitacji rozwinąć w dźwiękami medium cząstki i kropelki są dotknięte – w wyniku zderzenia między cząstkami tak, że stały rozbicia. W ten sposób, zmniejszenie wielkości cząstek, takie jak mielenie, deaglomeracji i dyspersji osiągnięty. Cząstki mogą być diminuted do submicron- i nano-rozmiaru.
Oprócz efektów mechanicznych, mocny sonikacja może tworzyć wolne rodniki, cząsteczki, ścinania i aktywować powierzchnię cząstek. Są Zjawisko to znane jest jako sonochemii.

Sono syntezę

Działaniem ultradźwięków z papki w bardzo drobnych cząstek o równomiernym rozkładzie tak, że kolejne miejsca zarodkowania dla wytrącania są tworzone.
Cząstki otrzymane w HAp ultradźwiękami wykazują zmniejszony poziom scalenia. Im mniejsza skłonność do aglomeracji ultradźwiękowo syntetyzowany HAP potwierdzono np przez FESEM (polową Scanning Electron Microscopy) Analiza Poinern i in. (2009).

pomaga ultradźwiękowe i promuje reakcje chemiczne przez kawitacji ultradźwiękowej i jego wpływ fizyczne, które bezpośrednio wpływają na morfologię cząstek w fazie wzrostu. Główne zalety wynikające z ultradźwiękami przygotowania mieszanin reakcyjnych są Superfine

  • 1) zwiększenie szybkości reakcji,
  • 2) skrócony czas obróbki
  • 3) ogólną poprawę efektywnego wykorzystania energii.

Poinern i in. (2011) opracowali drogą chemicznej na mokro, która wykorzystuje tetrahydratu azotanu wapnia (Ca [NO3] 2 ° 4H2O) i diwodorofosforanu potasu (KH2PO4) jako głównych reagentów. Do kontroli wartości pH w trakcie syntezy, dodano wodorotlenek amonu (NH4OH).
Procesor ultradźwięków był UP50H (50 W, 30 kHz MS7 Sonotroda w średnicy / 7 mm) Hielscher ultradźwięków.

Ultrasonicznie zdyspergowany wapniowo-hydroksyapatyt

Ultrasonicznie zredukowany i zdyspergowany wapniowo-hydroksyapatyt

Etapy syntezy nanocząstek HAP:

40 ml roztworu 0,32 M Ca (NO3)2 · 4 ः2O wytwarza się w małej zlewce. PH roztworu doprowadzono do 9,0 za pomocą około 2,5 ml NH4O. Roztwór poddawano działaniu ultradźwięków z UP50H przy ustawieniu 100% amplitudy przez 1 godzinę.
Na koniec pierwszej godziny roztwór 60 ml 0.19M [KH2PO4] Następnie powoli dodano kroplami do pierwszego roztworu, w trakcie drugiego godzinę ultradźwięków. Podczas procesu mieszania, a wartość pH sprawdza się i utrzymuje na 9, podczas gdy stosunek Ca / P utrzymywano na poziomie 1,67. Następnie roztwór sączy się przez odwirowanie (~ 2000 g), po czym uzyskany biały osad proporcjonalną do liczby próbek w przypadku obróbki cieplnej.
Obecność ultradźwięków w procedurze syntezy przed obróbką cieplną ma znaczący wpływ na formowanie początkowych prekursory cząstek Nano-HAP. Jest to w związku z czym wielkość cząstek związanych zarodkowania i typu wzrostu z materiału, który z kolei jest związany ze stopniem przesycenia w fazie ciekłej.
Ponadto, zarówno wielkość cząstek i morfologię można bezpośrednio wpływa w procesie syntezy. Wpływ zwiększania mocy ultradźwięków od 0 do 50 W wykazały, że jest możliwe, aby zmniejszyć rozmiar cząstek, przed obróbką cieplną.
Wzrastająca moc ultradźwiękowa wykorzystywane do napromieniowywania cieczowej wykazała, że ​​większe ilości pęcherzyków / kawitacja były produkowane. To z kolei wytwarza więcej miejsc nukleacji w wyniku czego cząsteczki utworzone wokół tych miejsc są mniejsze. Ponadto cząstki narażone na dłuższe okresy ultradźwięków wykazują mniejsze aglomeracji. Pozostałe dane FESEM potwierdziła zmniejszonej aglomeracji cząstek, gdy ultradźwięki stosuje się w procesie syntezy.
nanocząsteczki HAp w zakresie wielkości nanometrycznej i morfologii sferycznej wytworzono stosując techniki wytrącania mokrej chemicznej w obecności ultradźwięków. Ustalono, że struktura krystaliczna i morfologii otrzymanych proszków nano-HAP zależy od energii ultradźwiękowej źródło promieniowania, a następnie obróbce cieplnej wykorzystywane. Było oczywiste, że obecność ultradźwięków w procesie syntezy promuje reakcje chemiczne i fizyczne, które następnie powstaję Ultrafine nano- HAP proszków po obróbce cieplnej.

Ciągłe działanie ultradźwiękami w komórkę z przepływem szkła

Obróbkę w komorze reakcyjnej ultradźwiękowy

hydroksyapatyt:

  • Głównym mineralnego fosforanu wapnia nieorganiczny
  • wysoka biozgodność
  • powolny rozkład biologiczny
  • osteokonduktywny
  • atoksyczny
  • nieimmunogenne
  • można łączyć z polimerami i / lub szkło
  • dobry matryca struktury absorpcji innych cząsteczek
  • doskonały zamiennik kości
homogenizatory ultradźwiękowe są potężnym narzędziem do syntezy i funkcjonalizacji cząsteczek, takich jak HAp

Sonda typu ultrasonicator UP50H

HAp Synteza poprzez ultradźwiękowe Sol-Gel trasy

Wspomagane ultradźwiękami trasy zol-żel do syntezy nanostrukturalnych cząstek HAp:
Materiał:
– Reagenty: azotan wapnia Ca (NO3)2Di-wodorofosforan amonu (NH4)2HPO4Sodu hydroxyd NaOH;
– 25 ml probówka

  1. Rozpuścić Ca (NO3)2 i (NH4)2HPO4 w wodzie destylowanej (stosunek molowy wapnia do fosforu: 1,67)
  2. Dodaj kilka NaOH do roztworu, aby zachować jej pH około 10.
  3. Zabieg ultradźwiękowy ze związkiem UP100H (Sonotroda MS10, Amplituda: 100%)
  • Syntezy hydrotermalne prowadzono w temperaturze 150 ° C przez 24 godzin w piecu elektrycznym.
  • Po zakończeniu reakcji, krystaliczną HAp mogą być zbierane przez odwirowanie i przemyto zdejonizowaną wodą.
  • Analiza otrzymanego HAp nanoproszków przy użyciu mikroskopii SEM (TEM) i / lub spektroskopii (FT-IR). Zsyntetyzowane nanocząstki HAp wykazują wysoką krystaliczność. Inna morfologia można zaobserwować w zależności od czasu ultradźwięków. Dłuższe działanie ultradźwiękami prowadzi do jednolitych nanopręty HAp o wysokiej proporcji i ultra wysokiej krystaliczności. [Por. Manafi i in. 2008]

Modyfikacja HAp

Ze względu na jego kruchość, stosowanie czystego HAp jest ograniczona. W badaniach materiału, wiele czyniono wysiłki modyfikacji HAP polimerami ponieważ Kość naturalna jest składał się głównie z nanowymiarowych, igłowatych kryształów HAp (przypada około 65% wag kości). Wspomagane ultradźwiękami modyfikacji HAP i synteza kompozytów ulepszone właściwości materiałowych stwarza możliwości rozgałęźnej (patrz kilka przykładów poniżej).

Praktyczne przykłady:

Synteza nano HAp

W badaniu Poinern et al. (2009), A Hielscher UP50H Sonda typu ultrasonicator z powodzeniem stosować do syntezy sono-HAP. Wraz ze wzrostem energii ultradźwiękowej, wielkość cząstek krystalicznych HAp zmniejszona. Nanostrukturalnych hydroksyapatyt (SZP) wytworzono techniką mokrego wytrącania ultradźwiękowo pomocą. Ca (NO3) I KH25PO4 werde stosowany jako główny materiał i NH3 jak odpylacza. Wytrącanie hydrotermiczną pod działaniem ultradźwięków w wyniku nano-wielkości cząstek HAp o morfologii sferycznej w zakresie rozmiaru miernika nano (ok. 30 nm ± 5%). Poinern i współpracownicy uznało sono-hydrotermalnych syntezy trasy gospodarczej z silną zdolność skalę działalności dla produkcji komercyjnej.

Synteza gelantine hydroksyapatytu (żel-SZP)

Brundavanam i współpracownicy z powodzeniem wytwarzać z (żel-HAP) kompozytu gelantine hydroksyapatytu w łagodnych warunkach sonikacji. Do wytwarzania gelantine hydroksyapatytu, 1 g żelatyny został całkowicie rozpuszcza się w 1000 ml wody MilliQ w temperaturze 40 ° C. 2 ml przygotowanego roztworu żelatyny dodano do Ca2 + / NH3 mieszanina. Mieszaninę poddano działaniu ultradźwięków ze związkiem UP50H ultrasonicator (50 W, 30 kHz). Podczas ultradźwiękami, 60 ml 0.19M KH2PO4 rozwijane były rozsądnie dodano do mieszaniny.
Całe rozwiązanie zostało zsynchronizowane przez 1h. Wartość pH była zawsze sprawdzana i utrzymywana na poziomie pH 9, a stosunek Ca/P dostosowano do 1,67. Filtrację białego osadu uzyskano przez odwirowanie, w wyniku czego otrzymano gęstą zawiesinę. Różne próbki były poddawane obróbce cieplnej w piecu rurowym przez 2h w temperaturach 100, 200, 300 i 400°C. W ten sposób otrzymano proszek Gel-HAp w postaci granulatu, który rozdrobniono na drobny proszek i scharakteryzowano za pomocą XRD, FE-SEM i FT-IR. Wyniki wskazują, że łagodna ultrasonizacja i obecność żelatyny w fazie wzrostu HAp sprzyjają niższej przyczepności - w rezultacie czego uzyskujemy mniejszy i regularny kulisty kształt nanocząsteczek Gel-HAp. Łagodna sonizacja wspomaga syntezę nanowymiarowych cząstek Gel-HAp dzięki efektowi homogenizacji ultradźwiękowej. Gatunki amidowe i karbonylowe z żelatyny następnie łączą się z nanocząsteczkami HAp podczas fazy wzrostu poprzez interakcję wspomaganą sonochemicznie.
[Brundavanam i in. 2011]

Osadzanie HAp na tytanie płytek krwi

Ozhukil Kollatha i in. (2013) posiadają płyty Ti pokryta hydroksyapatytem. Przed osadzeniem zawiesinę HAP homogenizowano UP400S (400 watów ultradźwiękowe urządzenie z ultradźwiękowym H14, czas sonikacji 40 sek. W 75% amplitudy).

Silver Nano HAp

Ignatev i współpracownicy (2013) opracowali metodę biosyntezy gdzie nanocząstki srebra (AgNp) zdeponowano HAp uzyskać powłokę HAP o właściwościach przeciwbakteryjnych i zmniejszenia efektu cytotoksycznego. Do deaglomeracji nanocząstek srebra i ich osadzania na hydroksyapatyt, a Hielscher UP400S użyto.

Ignatev i jego współpracownicy wykorzystali urządzeń ultradźwiękowych UP400S sonda typu do produkcji HAp powlekane srebrem.

A konfiguracja mieszadła magnetycznego i ultrasonicator UP400S została użyta do przygotowania Hap srebra powlekane [Ignatev wsp 2013]

Nasze potężne ultradźwiękowe urządzenia są niezawodne narzędzia do leczenia cząstki w micron- sub i nano-wielkości zasięgu. Czy chcesz do syntezy, dyspersji lub grup funkcyjnych cząsteczki w małych rurek dla celów badawczych lub trzeba traktować duże ilości zawiesin nano-proszku do produkcji komercyjnej – Hielscher oferuje odpowiednie ultrasonicator dla Twoich potrzeb!

UP400S z reaktora ultradźwiękowego

homogenizator ultradźwiękowy UP400S

Kontakt / Poproś o więcej informacji

Porozmawiaj z nami o swoich wymagań technologicznych. My polecamy najbardziej odpowiednie parametry konfiguracyjne i przetwarzania dla danego projektu.





Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Literatura / Referencje

  • Brundavanam R. K .; Jinag, Z.-T. Chapman, P .; Le, X-T .; Mondinos, N .; Fawcett, D .; Poinern G. E. J. (2011): Effect rozcieńczonego żelatyny w ultradźwiękowej wspomaganego cieplnie syntezy nano hydroksyapatytu. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
  • Cengiz, B.; Gokce, Y.; Yildiz, N.; Aktas, Z.; Calimli, A. (2008): Synteza i charakterystyka nanocząsteczek hydroyapatytu. Koloidy i powierzchnie A: Fizykochemiczne. Eng. Aspekty 322; 2008. 29-33.
  • Ignatev, M .; Rybak, T .; Colonges, G .; Scharff, W .; Marke, S. (2013): Plasma rozpylany Hydroxyapatite Pokrycia z nanocząstkami srebra. Acta Metallurgica Slovaca, 19/1; 2013. 20-29.
  • Jevtića, M .; Radulovićc, A .; Ignjatovića, N .; Mitrićb, M .; Uskoković, D. (2009): Controlled montaż poli (D, L-laktyd-ko-glikolid) / hydroksyapatytu nanosfery rdzeń-skorupa, pod działaniem ultradźwięków. Acta Biomaterialia 5/1; 2009. 208-218.
  • Kusrini E .; PUDJIASTUTI, A. R .; Astutiningsih, S .; Harjanto, S. (2012) Wytwarzanie hydroksyapatytu bydlęcej kości metodami kombinowane ultradźwiękowych i suszenie rozpyłowe. Intl. Konf. na Chemicznej, biochemicznej i Nauk o Środowisku (ICBEE'2012) Singapur, 14-15 grudnia 2012 r.
  • Manafi, S .; Badiee, S.H. (2008): Wpływ ultradźwiękowej na krystaliczności Nano-hydroksyapatytu poprzez mokro Chemicznego. IR J. Pharma Sci 4/2; 2008 163-168
  • Ozhukil Kollatha, V .; Chenc, P .; Clossetb R .; Luytena J .; Trainab K .; Mullensa, S .; Boccaccinic, A. R .; Clootsb, R. (2013): AC vs DC elektroforetycznego osadzania hydroksyapatytu na tytanie. Urzędowy Unii Europejskiej Towarzystwa Ceramicznego 33; 2013. 2715-2721.
  • Poinern, G.E.J .; Brundavanam, R.K .; Le Thi, X .; Fawcett, D. (2012): Właściwości mechaniczne porowatego ceramicznego pochodzącego z nm Sized cząstek stałych Proszek 30 hydroksyapatytu dla potencjalnych zastosowań inżynierii tkankowej twarde. American Journal of Inżynierii Biomedycznej 2/6; 2012. 278-286.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): Wpływ termiczny i ultradźwiękowy w tworzeniu bio-ceramiki w skali nanometrowej hydroksyapatytu. International Journal of Nanomedicine 6; 2011. 2083–2095.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.K.; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): Synteza i charakterystyka nanohydroksyapatytu przy użyciu metody wspomaganej ultradźwiękami. Ultrasonics Sonochemistry, 16 /4; 2009. 469- 474.
  • Soypan, I .; Mel, K .; Ramesh, S .; Khalid, K.A: (2007): porowaty hydroksyapatyt na sztucznej kości. Nauka i Technologia Advanced Materials 8. 2007. 116.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. wyd. J. Wiley & Synowie: New York, wol. 26, 1998. 517-541.

Podobne artykuły

Urządzenia ultradźwiękowe na ławce-top i produkcji takich jak UIP1500hd zapewniają pełną klasy przemysłowej.

urządzenie ultradźwiękowe UIP1500hd w reaktorze przepływowym