Sono-Синтез нано-гидроксилапатита

Гидроксиапатита (ГА или HAP) является весьма часто биоактивный керамической для медицинских целей, из-за свою аналогичную структуру на костный материал. Ультразвуковая помощь синтез (Соно-синтез) гидроксиапатит является успешным методом для получения наноструктурированных HAP на самом высокие стандартах качества. Ультразвуковой маршрут позволяет производить нано-кристаллический НАР, а также модифицированные частицы, например ядро-оболочка наносферы, и композиты.

Гидроксиапатита: Универсальный Минеральное

Гидроксилапатита или гидроксиапатит (НАР, а также ГА) является естественным минерал форма апатита кальция с формулой Ca₅(По₄)₃(ОЙ). Для обозначения того, что элементарная ячейка кристалла содержит две сущности, оно обычно записывается Са_{10 Лет}(По₄)₆(ОЙ)₂, Гидроксилапатита является гидроксильной endmember комплексной группы апатита. ОН- ионов можно заменить фторид, хлорид или карбонат, производя фторапатит или chlorapatite. Он кристаллизуется в гексагональной сингонии. HAP известен как костный материал, как вплоть до 50% мас кости является модифицированной формой гидроксиапатита.
В медицине, наноструктурные пористый HAP представляет собой интересный материал для искусственного применения костной ткани. Из-за его хорошую биосовместимость в контакте кости и ее аналогичном химический состав на костный материал, пористый керамический HAP нашел огромное применение в биомедицинских применениях, включая регенерацию костной ткани, пролиферации клеток и доставки лекарственных средств.
«В инженерии костной ткани она была нанесена в качестве наполнителя для костных дефектов и увеличения, искусственного костного трансплантата материала и пересмотра Протез хирургии. Его высокая площадь поверхности приводит к превосходной Остеокондуктивности и резорбируемости, обеспечивающей быстрое врастание кости. «[Soypan и др. 2007] Таким образом, многие современные имплантаты покрыты гидроксиапатита.
Другим перспективным применение микрокристаллической гидроксиапатита является его использование в качестве “кости здание” дополнить превосходящей поглощения по сравнению с кальцием.
Помимо его использования в качестве ремонтного материала для костей и зубов, другие применения HAP могут быть найдены в катализе, производстве удобрений, в качестве соединения в фармацевтических продуктах, в приложениях белков хроматографии и процессах обработки воды.

Мощность ультразвука: эффекты и влияние

Соникация описывается как процесс, в котором используется акустическое поле, которое соединено с жидкой средой. Ультразвуковые волны размножаются в жидкости и производят чередующиеся циклы высокого давления/низкого давления (сжатие и разрефракция). Во время фазы разрефракции возникают небольшие вакуумные пузырьки или пустоты в жидкости, которые растут в течение различных циклов высокого давления / низкого давления, пока пузырь не может поглощать больше энергии. На этом этапе пузырьки сильно взрывается во время фазы сжатия. Во время такого коллапса пузырьков выделяется большое количество энергии в виде ударных волн, высоких температур (около 5000 тыс.) и давления (около 2000ат). Кроме того, эти "горячие точки" характеризуются очень высокими показателями охлаждения. Имплозия пузыря также приводит к жидкостным струям скорости до 280 м/с. Это явление называется кавитация.
Когда эти крайние силы, генерируемые в процессе коллапса часто он кавитационные пузырьки, расширяться в среде ультразвука, частица и капли страдают – в результате межчастичного столкновения, так что твердый разбиться. Таким образом, уменьшение размеров частиц, такие как фрезерование, деагломерация и дисперсии достигается. Частицы могут быть diminuted к субмикронного и нано-размера.
Помимо механических эффектов, мощное Озвучивание может создавать свободные радикалы, молекулы сдвига и активировать частицы поверхности. Это явление известно как сонохимия.

Sono-Синтез

Ультразвуковая обработка результатов суспензии в очень мелких частиц с равномерным распределением, так что созданы более нуклеации сайты для осаждения.
Частицы HAP, синтезированные в соответствии с ультразвуком показывают сниженный уровень агломерации. Ниже, склонность к агломерации ультразвуковым синтезированного HAP было подтверждено, например, по FESEM (поле сканирования эмиссии электронной микроскопии) анализа Poinern и соавт. (2009).

Ультразвуковые помогает и способствует химической реакции от ультразвуковой кавитации и его физические эффекты, которые непосредственно влияют на морфологию частиц во время фазы роста. Основные преимущества в результате обработки ультразвука приготовления реакционных смесей сверхтонкого являются

1) повышение скорости реакции,
2) уменьшение времени обработки
3) общее улучшение эффективности использования энергии.

Poinern и др. (2011) разработал мокрого химического маршрут, который использует тетрагидрата нитрата кальци (Са [NO3] 2 · 4H2O) и дигидрофосфат калия (KH2PO4) в качестве основных реагентов. Для контроля значения рН в процессе синтеза, добавляли гидроксид аммония (NH 4 OH).
Ультразвуковой процессор был UP50H (50 Вт, 30 кГц, MS7 сонотрода Вт Диаметр / 7 мм) от Hielscher ультразвука.

Ультразвуково диспергированный кальций-гидроксиапатит

Ультразвуково восстановленный и диспергированный кальций-гидроксиапатит

Этапы синтеза нано-ГАП:

A 40 мл раствора 0,32 М Са (NO₃)₂ · 4 ः₂Вывода был подготовлен в небольшом стакане. РН раствора доводили до 9,0 с приблизительно 2,5 мл NH₄ОЙ. Раствор обрабатывают ультразвуком с UP50H при 100% настройке амплитуды в течение 1 часа.
В конце первого часа в 60 мл раствора 0,19 [KH₂Po₄] Затем медленно по каплям добавляют в первый раствор во время прохождения второго часа ультразвукового облучения. Во время процесса смешивания, значение рН было проверено и поддерживается в 9, а отношение Са / Р поддерживали на уровне 1,67. Раствор затем фильтруют с помощью центрифугирования (~ 2000 г), после чего полученный белый осадок распределяемый в ряд образцов для термообработки.
Наличие ультразвука в процедуре синтеза до термической обработки оказывает существенное влияние на формирование исходных предшественников частиц нано-HAP. Это связано с размером частиц будучи связанной с зародышеобразования и модели роста материала, который, в свою очередь, связан со степенью пересыщения в жидкой фазе.
Кроме того, как размер частиц и его морфология может быть непосредственное влияние во время этого процесса синтеза. Эффект увеличения ультразвуковой мощности от 0 до 50 Вт, показал, что это было возможно, чтобы уменьшить размер частиц перед термической обработкой.
Увеличение мощности ультразвука используется для облучения жидкости показал, что большее число пузырьков / кавитация были произведены. Это, в свою очередь, получает больше центров кристаллизации, в результате чего частицы, сформированная вокруг этих участков меньше. Кроме того, частицы подвергаются воздействию более длительных периодов ультразвукового облучения показывают меньшую агломерацию. Последующие данные FESEM подтвердили пониженную агломерацию частиц, когда ультразвук используются в процессе синтеза.
частицы нано-HAP в диапазоне размеров нанометра и сферической морфологии были получены с использованием влажного методики химического осаждения в присутствии ультразвука. Было обнаружено, что кристаллическая структура и морфология полученных порошков нано-HAP зависит от мощности ультразвукового источника облучения и последующей термической обработки, используемой. Было очевидно, что присутствие ультразвука в процессе синтеза способствовали химические реакции и физические эффекты, которые впоследствии полученные сверхмелкозернистых нано- HAP порошков после термической обработки.

Непрерывные ультразвуковой с ячейкой потока стекла

Обработка ультразвуком в ультразвуковой камере реактора

Hielscher Ultrasonics с гордостью спонсирует 7-ю Международную электронную конференцию по медицинской химии. Нажмите здесь, чтобы узнать больше о презентациях и участии!

гидроксиапатита:

Основной неорганический фосфат кальция минерал
высокая биосовместимость
медленная биоразлагаемость
остеокондуктивный
нетоксичным
неиммуногенными
могут быть объединены с полимерами и / или стекла
хорошая структура матрица поглощения для других молекул
отличная заменитель кости

Ультразвуковые гомогенизаторы являются мощными инструментами для синтезирующего и функционализации частицы, таких как HAP

Ультразвуковой зонд UP50H

HAP Синтез с помощью ультразвуковой золь-гель Маршрута

Ультразвук золь-гель путь синтеза наноструктурных частиц HAP:
Материал:
– Реагенты: нитрат кальция Ca (NO₃)₂, Ди-фосфат аммония водорода (NH₄)₂HPO₄, Натрия hydroxyd NaOH;
– Пробирка 25 мл

Растворите Са (NO₃)₂ и (NH₄)₂HPO₄ в дистиллированной воде (мольное соотношение кальция фосфора: 1,67)
Добавьте несколько NaOH к раствору, чтобы сохранить его рН около 10.
Ультразвуковая обработка с UP100H (Волновод MS10, амплитуда 100%)

В гидротермальных синтезах проводили при температуре 150 ° С в течение 24 ч в электрической печи.
После завершения реакции, кристаллический НАР, могут быть собраны путем центрифугирования и промывки деионизированной водой.
Анализ полученного HAP нанопорошка с помощью микроскопии (SEM, TEM,) и / или спектроскопии (FT-IR). Синтезированные наночастицы HAP показывают высокую степень кристалличности. Различные морфологии можно наблюдать в зависимости от времени обработки ультразвука. Более длинные обработки ультразвука может привести к равномерному наностержний HAP с высоким соотношением сторон и ультра-высокой степенью кристалличностью. [Ср. Manafi и др. 2008]

Модификация HAP

Из-за своей хрупкости, применение чистого HAP ограничено. В исследовании материалов, многие были предприняты усилия для изменения HAP полимерами, так как естественная кость является композит в основном состоял из наноразмерных, игольчатых кристаллов HAP (приходится около 65% веса кости). Ультразвуковой помощи модификации ГАП и синтез композиционных материалов с улучшенными характеристиками материала предлагают многочисленные возможности (см несколько примеров ниже).

Практические примеры:

Синтез нано-HAP

При исследовании Poinern и соавт. (2009), A Хильшер UP50H Зонд типа ультразвуковой дезинтегратор был успешно использован для соно-синтеза ГАП. С увеличением ультразвуковой энергии, размер частиц кристаллитов HAP уменьшается. Наноструктурированные гидроксиапатит (НАР) получали с помощью методики ультразвуком мокрого осаждения. Са (NO₃) И KH₂₅Po₄ Werde используется в качестве основного материала и NH₃ в качестве осадителя. Осадков гидротермальной под ультразвуковым облучением в результате наноразмерных частиц HAP со сферической морфологии в диапазоне размеров нано метров (прибл. 30 нм ± 5%). Poinern и соавторы обнаружили, что Соо-гидротермальный синтез на экономический маршрут с сильным масштабном до возможности коммерческого производства.

Синтез gelantine-гидроксиапатит (гель-HAP)

Brundavanam и сотрудники успешно подготовили gelantine-гидроксиапатит (гель-НАР) композит в мягких условиях обработки ультразвуком. Для приготовления gelantine-гидроксиапатита, 1 г желатина полностью растворяют в 1000 мл воды Milli-Q при температуре 40 ° C. 2 мл полученного раствора желатина затем добавляли к Са2 + / NH₃ смесь. Смесь обрабатывают ультразвуком с UP50H ультразвуковой дезинтегратор (50W, 30 кГц). Во время озвучивания, 60 мл 0,19 КН₂Po₄ были раскрывающимися благоразумно добавляют к смеси.
Все решение было sonicated для 1h. Значение pH всегда проверялось и поддерживалось на рН 9, а соотношение Ca/P было скорректировано до 1,67. Фильтрация белого осадка была достигнута путем центрифугирования, в результате чего толстый шлам. Различные образцы были обработаны теплом в трубной печи для 2h при температуре 100, 200, 300 и 400 градусов по Цельсию. Таким образом, был получен порошок Gel-HAp в гранулированной форме, который был измельчен до мелкого порошка и характеризуется XRD, FE-SEM и FT-IR. Результаты показывают, что мягкая ультразвуковая и наличие желатина во время фазы роста HAp способствуют снижению адгезии, что приводит к уменьшению и формированию регулярной сферической формы наночастиц Gel-HAp. Мягкая звукозагация способствует синтезу наноразмерных частиц Гель-ХАП из-за ультразвуковых гомогенизации. Амид и карбонил видов из желатина впоследствии прикрепляются к HAp наночастиц во время фазы роста через sonochemically помощь взаимодействия.
[Brundavanam и др. 2011]

Отложение HAP на титановые Тромбоциты

Ozhukil Kollatha и др. (2013) были покрыты Ti пластины с гидроксиапатита. Перед осаждением суспензии HAP гомогенизируют с Up400s (400 Вт ультразвуковой прибор с ультразвуковым волноводом H14, время обработки ультразвука 40 сек. При 75% амплитуде).

Silver Coated HAP

Игнатьев и его сотрудники (2013) разработали метод биосинтетического, где наночастицы серебра (AgNp) наносились на HAP, чтобы получить покрытие HAP с антибактериальными свойствами, а также уменьшить цитотоксический эффект. Для деагломерации наночастиц серебра и их осаждение на гидроксиапатит, в Hielscher Up400s был использован.

Игнатьев и его сотрудники использовали ультразвуковые устройства UP400S зонда типа для серебра покрытия производства HAP.

Описана установка магнитной мешалкой и ультразвукового дезинтегратора Up400s был использован для серебра покрытия препарата Hap [Ignatev и др 2013]

Наши мощные ультразвуковые приборы являются надежными инструментами для лечения частиц в суб микронных и наноразмерного диапазона. Если вы хотите, чтобы синтезировать, разбрасывание или функционализация частиц в трубочках для научно-исследовательских целей или вы должны относиться большими объемами нано-порошковые суспензии для промышленного производства – Hielscher предлагает подходящий для ультразвукового дезинтегратора ваших требований!

Ультразвуковые гомогенизаторы Up400s

Литература / Ссылки

Brundavanam, Р. К .; Jinag, Z.-T., Чапмен, Р .; Ле, Х.-Т .; Mondinos, Н .; Фосетт, D .; Poinern, Г. Е. Дж (2011): Влияние разбавленного желатина на ультразвуковом термически при содействии синтеза нано гидроксиапатита. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
Ченгиз, Б.; Гокче, Y.; Илдиз, Н.; Актас, З.; Calimli, A. (2008): Синтез и характеристика наночастиц гидрояпатитов. Коллоиды и поверхности A: Physicochem. Eng. Аспекты 322; 2008. 29-33.
Игнатьев, М .; Рыбак, Т .; Colonges, G .; Шарфф, W .; Marke, S. (2013): Плазма напыленных гидроксиапатит Покрытие с серебряными наночастицами. Acta Metallurgica Slovaca, 19/1; 2013. 20-29.
Jevtića, М .; Radulovićc, A .; Ignjatovića, Н .; Mitrićb, М .; Uskokovic, D. (2009): Controlled сборка поли (D, L-лактид-со-гликолид) / гидроксиапатит наносферы ядро-оболочка под ультразвуковым облучением. Acta Biomaterialia 5/1; 2009. 208-218.
Kusrini, Е .; Pudjiastuti, А. Р .; Astutiningsih, S .; Harjanto, С. (2012): Получение гидроксиапатита из бычьей кости с помощью комбинированных методов ультразвуковой и распылительной сушки. Intl. Conf. по химической, биохимической и экологических наук (ICBEE'2012) Сингапур, 14-15 декабря 2012 года.
Manafi, S .; Бади, S.H. (2008): Влияние ультразвуковой на кристалличности Nano-гидроксилапатита с помощью влажного химического метода. Ir J Pharma Sci 4/2; 2008. 163-168
Ozhukil Kollatha, В .; Chenc, Q .; Clossetb, R .; Luytena, J .; Trainab, К .; Mullensa, S .; Boccaccinic, А. Р .; Clootsb, R. (2013): AC vs. DC электрофоретического осаждения гидроксиапатита на титане. Журнал Европейского керамического общества 33; 2013. 2715-2721.
Poinern, G.E.J .; Brundavanam, R.K .; Тхи Ле, X .; Фосетт, D. (2012): Механические свойства пористого керамического производных от нм Sized частиц порошка на основе 30 гидроксиапатита для потенциальной жесткой тканевой инженерии. Американский журнал биомедицинской инженерии 2/6; 2012. 278-286.
Пуанерн, G.J.E.; Брундаванам, Р.; Тхи Ле, X.; Джорджевич, С.; Прокич, М.; Фосетт, D. (2011): Тепловое и ультразвуковое влияние в формировании нанометрового масштаба гидроксиапатита биокерамики. Международный журнал наномедицины 6; 2011. 2083–2095.
Пуанерн, G.J.E.; Брундаванам, Р.К.; Мондинос, Н.; Цзян, З.-Т. (2009): Синтез и характеристика наногидроксиапатита с помощью ультразвукового метода. Ультразвуковая сонохимия, 16 /4; 2009. 469- 474.
Soypan, я .; Мел, М .; Рамеш, S .; Халид, K.A: (2007): Пористый гидроксиапатит для искусственных приложений костей. Наука и технологии Advanced Materials 8. 2007. 116.
Suslick, KS (1998): энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера; 4-е изд. J. Wiley & Sons: Нью-Йорк, Vol. 26, 1998. 517-541.