Implanturi nanostructurate sonochimic care îmbunătățesc osteointegrarea

Implanturile, protezele ortopedice și implanturile dentare sunt realizate în principal din titan și aliaje. Sonicare este utilizat pentru a crea suprafețe nanostructurate pe implanturi metalice. Nanostructurarea cu ultrasunete permite modificarea suprafețelor metalice generând modele nano-dimensiuni distribuite uniform pe suprafețele implanturilor. Aceste implanturi metalice nanostructurate prezintă o creștere semnificativ îmbunătățită a țesuturilor și o osteointegrare, ceea ce duce la îmbunătățirea ratelor de succes clinic.

Ultrasonically nanostructurate implanturi pentru osteointegrare îmbunătățită

Utilizarea metalelor, inclusiv a titanului și a aliajelor, este predominantă în fabricarea implanturilor ortopedice și dentare datorită proprietăților lor favorabile de suprafață, permițând stabilirea unei interfețe biocompatibile cu țesuturile peri-implant. Pentru a optimiza performanța acestor implanturi, au fost dezvoltate strategii pentru a modifica natura acestei interfețe prin implementarea modificărilor la scară nanometrică pe suprafață. Astfel de modificări exercită o influență notabilă asupra aspectelor critice, inclusiv adsorbția proteinelor, interacțiunile dintre celule și suprafața implantului (interacțiunile celulă-substrat) și dezvoltarea ulterioară a țesutului înconjurător. Prin ingineria precisă a acestor modificări la nivel nanometric, oamenii de știință își propun să sporească biointegrarea și eficacitatea generală a implanturilor, ceea ce duce la rezultate clinice îmbunătățite în domeniul implantologiei.
 

Cerere de informatie





Nanostructurarea suprafetelor metalice mezoporoase pentru o mai buna oseeointegrare a implanturilor. Imaginea arată Dr. Daria Andreeva folosind sonicator Hielscher UIP1000hdT.

Dr. D. Andreeva a demonstrat nanostructurarea sonochimică a suprafețelor de titan folosind sonicator UIP1000hdT.

Protocol pentru nanostructurarea cu ultrasunete a implanturilor din titan

Sonicator UIP1000hdT pentru nanostructurarea suprafețelor metalice, de exemplu. titan și aliaje, pentru îmbunătățirea proliferării celulelor osteogene pe implanturiMai multe studii de cercetare au demonstrat nanostructurarea simplă, dar eficientă a suprafețelor din titan și aliaje folosind ultrasunete de înaltă intensitate. Tratamentul sonochimic (adică tratamentul cu ultrasunete) duce la formarea unui strat dur de titan cu structură asemănătoare buretelui, care arată că îmbunătățește semnificativ proliferarea celulelor.
Structurarea suprafeței titanului prin tratament sonochimic: Probele de titan de 20 × 20 × 0,5 mm au fost lustruite anterior și spălate cu apă deionizată, acetonă și etanol consecutiv pentru a elimina orice contaminanți. După aceea, probele de titan au fost tratate ultrasonically în 5 m soluție NaOH folosind ultrasonicator Hielscher UIP1000hd operat la 20 kHz (vezi imaginea din stânga). Sonicatorul a fost echipat cu sonotrode BS2d22 (suprafața vârfului 3.8 cm2) și rapelul B4-1.4, mărind amplitudinea de lucru 1.4 ori. Amplitudinea mecanică a fost de ≈81 μm. Intensitatea generată a fost de 200 W cm−2. Puterea maximă de intrare a fost de 760 W rezultată din înmulțirea intensității cu suprafața frontală (cu 3,8 cm2) a sonotrodului BS2d22 utilizat. Probele de titan au fost fixate într-un suport de teflon de casă și tratate timp de 5 minute.
(cf. Ulasevich et al., 2020)
 

Schema științifică de nanostructurare sonochimică a suprafețelor de titan. Sonicare intensă creează nano-modele asemănătoare buretelui pe suprafața titanului

Morfologia suprafeței de titan imaculate (a), a secțiunii superioare și transversale a suprafeței mezoporoase a titanului (TMS) fabricate sonochimic (b) și a secțiunii superioare și transversale a nanotuburilor de titan (TNT) obținute prin oxidare electrochimică (c). Inserțiile arată schemele nanostructurării suprafeței. Schemă care arată depunerea hidroxiapatitei (HA) în porii matricei titaniei (d-f). Imagini SEM ale suprafețelor sonochimice nanostructurate din titan (TMS) și TNT cu HA DEPUS CHIMIC: TMS-HA (g) și, respectiv, TNT-HA (h).
(studiu și imagini: ©Kuvyrkov et al., 2020)

Imagini AFM și SEM ale suprafețelor de titan nanostructurate netratate și ultrasonically.

a+b) AFM și e+f) imagini SEM ale suprafeței inițiale din titan (a,e); Suprafața de titan nanostructurată sonochimic (B,F)
(studiu și imagini: ©Ulasevich și colab., 2021)

Cerere de informatie





Procesor cu ultrasunete UIP1000hdT pentru matrițe de sârmă vibratoare pentru desenarea și curățarea sârmei îmbunătățite

Mecanismul nanostructurării cu ultrasunete a suprafețelor metalice

Tratamentul cu ultrasunete al suprafețelor metalice duce la gravarea mecanică a suprafețelor de titan, ceea ce determină formarea unei structuri mezoporoase pe titan.
Mecanismul mecanismului ultrasonic se bazează pe cavitație acustică, care apare atunci când undele cu ultrasunete de joasă frecvență, de înaltă intensitate sunt cuplate într-un lichid. Când ultrasunetele de mare putere se deplasează printr-un lichid, se generează cicluri alternative de înaltă presiune / joasă presiune. În timpul ciclurilor de joasă presiune apar bule de vid minute, așa-numitele bule de cavitație apar în lichid. Aceste bule de cavitație cresc pe parcursul mai multor cicluri de presiune până când nu mai pot absorbi nicio altă energie. În acest punct de creștere maximă a bulelor, bula de cavitație implodează cu o explozie violentă și creează un micro-mediu extrem de dens din punct de vedere energetic. Câmpul dens energetic al cavitației acustice / ultrasonice se caracterizează prin presiuni ridicate și diferențe de temperatură care prezintă presiuni de până la 2.000atm și temperaturi de aproximativ 5000 K, jeturi lichide de mare viteză cu viteze de până la 280m / sec și unde de șoc. Atunci când o astfel de cavitație are loc în apropierea unei suprafețe metalice, apar nu numai forțe mecanice, ci și reacții chimice.
În aceste condiții, au loc reacții redox care duc la reacții oxidative și formarea stratului de titan. Pe lângă generarea speciilor reactive de oxigen (ROS) care au oxidat suprafața titanului, reacțiile de oxidare-reducere generate ultrasonically asigură o gravare eficientă a suprafeței care are ca rezultat obținerea stratului de dioxid de titan de 1 μm grosime. Aceasta înseamnă că dioxidul de titan se dizolvă parțial în soluție alcalină generând porii distribuiți dezordonat.
Metoda sonochimică oferă o soluție rapidă și versatilă pentru fabricarea materialelor nanostructurate, atât anorganice, cât și organice, care sunt adesea imposibil de realizat prin metode convenționale. Avantajul major al acestei tehnici este că propagarea cavitației generează gradienți mari de temperatură locală în solide, rezultând materiale cu un strat poros și nanostructuri dezordonate în condiții de cameră. În plus, iradierea externă cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a declanșa eliberarea biomoleculelor încapsulate prin pori în acoperire nanostructurată.
 

Tratamentul sonochimic al titanului conduce la suprafețe mezoporoase nanostructurate, care prezintă proprietăți osteogenice îmbunătățite.

Ilustrarea schematică a celulei sonicare (a), Ilustrarea schematică a procesului de structurare a suprafeței care are loc în timpul tratamentului cu ultrasunete al unei suprafețe de titan în soluție alcalină apoasă (b) și suprafața formată (c), fotografie a implanturilor de titan (d): cea verzuie (proba stângă în mână) este implant după tratamentul cu ultrasunete, cea gălbuie (proba este situată pe dreapta) este implant nemodificat.
(studiu și imagini: ©Kuvyrkov et al., 2020)

 

Sonicatori de înaltă performanță pentru nanostructurarea suprafețelor implanturilor metalice

Ultrasonicator UIP1000hdT cu sondă cu ultrasunete și celulă pentru nanostructurarea implanturilor ortopedice.Hielscher Ultrasonics oferă întreaga gamă de sonicatori pentru nano-aplicații, ar fi nanostructurarea suprafețelor metalice (de exemplu, titan și aliaje). În funcție de materialul, suprafața și randamentul producției de implanturi, Hielscher vă oferă sonicator ideal și sonotrode (sondă) pentru aplicarea nano-structurare.
Unul dintre principalele avantaje ale sonicatoare Hielscher este controlul precis al amplitudinii și capacitatea de a furniza amplitudini foarte mari în funcționare continuă 24/7. Amplitudinea, care este deplasarea sondei cu ultrasunete, este responsabil pentru intensitatea sonicare) și, prin urmare, un parametru crucial al tratamentului cu ultrasunete fiabil și eficient.

De ce Hielscher Ultrasonics?

  • Eficiență ridicată
  • Tehnologie de ultimă generație
  • fiabilitate & robusteţe
  • reglabil, control precis al procesului
  • lot & in linie
  • pentru orice volum
  • software inteligent
  • caracteristici inteligente (de exemplu, programabile, protocolare de date, telecomandă)
  • Ușor și sigur de operat
  • întreținere redusă
  • CIP (curat pe loc)

Proiectare, Productie si Consultanta – Calitate fabricată în Germania

Ultrasonicators Hielscher sunt bine-cunoscute pentru cele mai înalte standarde de calitate și design. Robustețea și funcționarea ușoară permit integrarea fără probleme a ultrasonicators noastre în instalații industriale. Condiții dure și medii solicitante sunt ușor de manevrat de ultrasonicators Hielscher.

Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și a pus un accent special pe ultrasonicators de înaltă performanță featuring tehnologie de ultimă oră și ușurința în utilizare. Desigur, ultrasonicators Hielscher sunt conforme cu CE și îndeplinesc cerințele ul, CSA și RoHs.

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să utilizați formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre sonicatoarele noastre pentru nanostructurarea suprafețelor metalice, detalii de aplicare și prețuri. Vom fi bucuroși să discutăm procesul de nanostructurare cu dvs. și să vă oferim o sondă cu ultrasunete care să îndeplinească cerințele dvs.!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


 

Sonicare creează nanostructuri mezoporoase pe suprafețe metalice, ar fi titan și aliaje. Titan nanostructurat ultrasonically arată proliferarea îmbunătățită a celulelor osteogenice și osteointegrarea îmbunătățită a implanturilor.

Modelele XRD de acoperire cu titan fabricate prin tratament termic al titanului lustruit (a) și al titanului lustruit tratat sonochimic (b); Imagini SEM ale suprafeței de titan lustruit (c) și ale suprafeței mezoporoase de dioxid de titan generate sonochimic (d). Sonicare a fost efectuată folosind sonicator UIP1000hdT.
(studiu și imagini: ©Kuvyrkov et al., 2018)

Puternic cu ultrasunete Cavitatie la Hielscher cascatrode

Puternic cu ultrasunete Cavitatie la Hielscher cascatrode



Literatură / Referințe

Ce trebuie să știți

Osteoinductivitatea sau proprietatea osteogenică se referă la capacitatea intrinsecă a unui material de a stimula formarea de țesut osos nou, fie de novo (de la început), fie ectopic (în locurile care nu formează oase). Această proprietate este de o importanță capitală în domeniul ingineriei țesutului osos și al medicinei regenerative. Materialele osteoinductive posedă semnale biologice specifice sau factori de creștere care inițiază o cascadă de evenimente celulare, ducând la recrutarea și diferențierea celulelor stem în osteoblaste, celulele responsabile de formarea osoasă. Acest fenomen permite crearea de os nou în zonele în care este necesară regenerarea osoasă, cum ar fi defectele osoase mari sau fracturile non-unionale. Capacitatea de a induce formarea osoasă de novo sau în locuri care nu formează oase deține un potențial terapeutic semnificativ pentru dezvoltarea unor abordări inovatoare pentru tratarea afecțiunilor osoase și îmbunătățirea proceselor de reparare osoasă. Înțelegerea și valorificarea mecanismelor care stau la baza osteoinductivității poate contribui la avansarea unor înlocuitori eficienți ai grefei osoase și a materialelor implantului care promovează regenerarea osoasă cu succes.


Ultrasonics de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru de la ultrasonicator de laborator compact peste banc-top unități la sisteme cu ultrasunete complet industriale.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.


Vom fi bucuroși să discutăm despre procesul dvs.

Să intrăm în contact.