Sonochemicky nanoštruktúrované implantáty zlepšujúce osseointegráciu

Implantáty, ortopedické protézy a zubné implantáty sú vyrobené hlavne z titánu a zliatin. Sonikácia sa používa na vytvorenie nanoštruktúrovaných povrchov na kovových implantátoch. Ultrazvukové nanoštruktúrovanie umožňuje modifikovať kovové povrchy generujúce rovnomerne rozložené vzory nano-veľkosti na povrchoch implantátov. Tieto kovové implantáty s nanoštruktúrou vykazujú významne zlepšený rast tkaniva a osseointegráciu, čo vedie k zlepšeniu miery klinickej úspešnosti.

Ultrazvukovo nanoštruktúrované implantáty pre zlepšenú osseointegráciu

Využitie kovov, vrátane titánu a zliatin, prevláda pri výrobe ortopedických a zubných implantátov kvôli ich priaznivým povrchovým vlastnostiam, čo umožňuje vytvorenie biokompatibilného rozhrania s periimplantátovými tkanivami. Na optimalizáciu výkonu týchto implantátov boli vyvinuté stratégie na úpravu povahy tohto rozhrania implementáciou nanoskopických zmien na povrchu. Takéto modifikácie majú značný vplyv na kritické aspekty, vrátane adsorpcie proteínov, interakcií medzi bunkami a povrchom implantátu (interakcie bunka-substrát) a následného vývoja okolitého tkaniva. Presným inžinierstvom týchto zmien na úrovni nanometrov sa vedci snažia zlepšiť biointegráciu a celkovú účinnosť implantátov, čo vedie k zlepšeniu klinických výsledkov v oblasti implantológie.
 

Žiadosť o informácie





Nanoštruktúrovanie mezoporéznych kovových povrchov pre lepšiu oseeointegráciu implantátov. Obrázok ukazuje Dr. Daria Andreeva pomocou Hielscher sonicator UIP1000hdT.

Dr. D. Andreeva demonštrovala sonochemickú nanoštruktúru titánových povrchov pomocou sonikátora UIP1000hdT.

Protokol pre ultrazvukovú nanoštruktúru titánových implantátov

Sonicator UIP1000hdT pre nanoštruktúrovanie kovových povrchov, napr. titán a zliatiny pre lepšiu proliferáciu osteogénnych buniek na implantátochNiekoľko výskumných štúdií preukázalo jednoduché, ale vysoko účinné nanoštruktúrovanie povrchov titánu a zliatiny pomocou ultrazvuku s vysokou intenzitou. Sonochemická liečba (t.j. ultrazvuková liečba) vedie k vytvoreniu hrubej vrstvy titánie štruktúry podobnej špongii, ktorá výrazne zvyšuje proliferáciu buniek.
Štruktúrovanie povrchu titánu sonochemickou úpravou: Vzorky titánu 20 × 20 × 0,5 mm boli predtým leštené a následne premyté deionizovanou vodou, acetónom a etanolom, aby sa odstránili akékoľvek kontaminanty. Potom boli vzorky titánu ultrazvukom ošetrené v 5 m roztoku NaOH pomocou Hielscher ultrasonicator UIP1000hd prevádzkovaný pri 20 kHz (pozri obrázok vľavo). Sonikátor bol vybavený sonotródou BS2d22 (povrch špičky 3,8 cm2) a posilňovačom B4-1,4, ktorý zväčšuje pracovnú amplitúdu 1,4-krát. Mechanická amplitúda bola ≈81 μm. Generovaná intenzita bola 200 W cm−2. Maximálny príkon bol 760 W, čo vyplýva z násobenia intenzity s čelnou plochou (s 3,8 cm2) použitého sonotródu BS2d22. Vzorky titánu boli upevnené v podomácky vyrobenom teflónovom držiaku a spracované 5 min.
(porov. Ulasevich et al., 2020)
 

Vedecká schéma sonochemickej nanoštruktúrácie povrchov titánu. Intenzívna ultrazvukom vytvára na povrchu titánu nano-vzory podobné špongii

Morfológia nedotknutého povrchu titánu a), sonochemicky vyrobeného mezoporézneho povrchu titánie (TMS) pohľadu zhora a prierezu b) a zhora a prierez nanorúrok titánie (TNT) získaných elektrochemickou oxidáciou c). Vložky ukazujú schémy povrchovej nanoštruktúry. Schéma znázorňujúca ukladanie hydroxyapatitu (HA) do pórov titánskej matrice (d-f). SEM snímky sonochemického nanoštruktúrovaného titánu (TMS) a povrchu TNT s chemicky usadenými HA: TMS-HA (g) a TNT-HA (h).
(štúdia a obrázky: ©Kuvyrkov et al., 2020)

AFM a SEM obrázky neošetrených a ultrazvukovo nanoštruktúrovaných titánových povrchov.

a+b) AFM a e+f) SEM obrazy počiatočného povrchu titánu (a,e); sonochemicky nanoštruktúrovaný titánový povrch (B,F)
(štúdia a obrázky: ©Ulasevich et al., 2021)

Žiadosť o informácie





Ultrazvukový procesor UIP1000hdT pre vibračné drôtové lisy pre lepšie kreslenie a čistenie drôtu

Mechanizmus ultrazvukovej nanoštruktúry kovových povrchov

Ultrazvukové ošetrenie kovových povrchov vedie k mechanickému leptaniu titánových povrchov, čo spôsobuje tvorbu mezoporéznej štruktúry na titáne.
Mechanizmus ultrazvukového mechanizmu je založený na akustickej kavitácii, ku ktorej dochádza, keď sú nízkofrekvenčné ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou spojené do kvapaliny. Keď vysokovýkonný ultrazvuk prechádza kvapalinou, vytvárajú sa striedavé vysokotlakové / nízkotlakové cykly. Počas nízkotlakových cyklov vznikajú v kvapaline minútové vákuové bubliny, takzvané kavitačné bubliny. Tieto kavitačné bubliny rastú počas niekoľkých tlakových cyklov, až kým nemôžu absorbovať žiadnu ďalšiu energiu. V tomto bode maximálneho rastu bublín kavitačná bublina prudko praskne a vytvorí vysoko energeticky husté mikroprostredie. Energeticky husté pole akustickej / ultrazvukovej kavitácie sa vyznačuje vysokými tlakovými a teplotnými rozdielmi vykazujúcimi tlaky až 2 000 atm a teploty približne 5000 K, vysokorýchlostné kvapalné trysky s rýchlosťou až 280m / s a rázové vlny. Keď k takejto kavitácii dôjde v blízkosti kovového povrchu, vyskytujú sa nielen mechanické sily, ale aj chemické reakcie.
Za týchto podmienok prebiehajú redoxné reakcie, ktoré vedú k oxidačným reakciám a tvorbe vrstvy titánie. Okrem generovania reaktívnych foriem kyslíka (ROS), ktoré oxidovali povrch titánu, rozpúšťadle generované oxidačno-redukčné reakcie poskytujú účinné povrchové leptanie, ktoré vedie k získaniu vrstvy oxidu titaničitého s hrúbkou 1 μm. To znamená, že oxid titaničitý sa čiastočne rozpúšťa v alkalickom roztoku, čím vytvára neusporiadane rozložené póry.
Sonochemická metóda ponúka rýchle a všestranné pre výrobu nanoštruktúrovaných materiálov, anorganických aj organických, ktoré sú často nedosiahnuteľné konvenčnými metódami. Hlavnou výhodou tejto techniky je, že šírenie kavitácie vytvára veľké lokálne teplotné gradienty v pevných látkach, čo vedie k materiálom s poréznou vrstvou a neusporiadanými nanoštruktúrami v podmienkach miestnosti. Okrem toho sa externé ultrazvukové ožarovanie môže použiť na spustenie uvoľňovania zapuzdrených biomolekúl cez póry v nanoštruktúrovanom povlaku.
 

Sonochemická úprava titánu vedie k nanoštruktúrovaným mezoporéznym povrchom, ktoré vykazujú zlepšené osteogénne vlastnosti.

Schematické znázornenie ultrazvukom bunky (a), Schematické znázornenie procesu štruktúrovania povrchu prebiehajúceho počas ultrazvukového ošetrenia povrchu titánu vo vodnom alkalickom roztoku (b) a vytvorenom povrchu (c), fotografia titánových implantátov (d): zelenkastá (ľavá vzorka v ruke) je implantovaná po ultrazvukovom ošetrení, žltkastá (vzorka je umiestnená vpravo) je nemodifikovaný implantát.
(štúdia a obrázky: ©Kuvyrkov et al., 2020)

 

Vysokovýkonné ultrazvukom pre nanoštruktúrovanie kovových povrchov implantátov

Ultrasonicator UIP1000hdT s ultrazvukovou sondou a bunkou pre nanoštruktúrovanie ortopedických implantátov.Hielscher Ultrasonics ponúka celý rad ultrazvukom pre nano-aplikácie, ako je nanoštruktúrovanie kovových povrchov (napr. Titán a zliatiny). V závislosti od materiálu, povrchovej plochy a výrobnej priepustnosti implantátov, Hielscher vám ponúka ideálny sonicator a sonotrode (sonda) pre vašu nano-štruktúru aplikácie.
Jednou z hlavných výhod Hielscher sonicators je presné riadenie amplitúdy a schopnosť dodávať veľmi vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke 24/7. Amplitúda, ktorá je posunom ultrazvukovej sondy, je zodpovedná za intenzitu ultrazvukom) a preto je rozhodujúcim parametrom spoľahlivej a účinnej ultrazvukovej liečby.

Prečo Hielscher Ultrasonics?

  • vysoká účinnosť
  • Najmodernejšia technológia
  • Spoľahlivosť & Robustnosť
  • nastaviteľné, presné riadenie procesu
  • Dávkové & Inline
  • pre akýkoľvek objem
  • inteligentný softvér
  • inteligentné funkcie (napr. programovateľné, dátové protokoly, diaľkové ovládanie)
  • Jednoduché a bezpečné ovládanie
  • nízka údržba
  • CIP (čisté miesto)

Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku

Hielscher ultrasonicators sú známe svojimi najvyššími štandardmi kvality a dizajnu. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú hladkú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredia ľahko zvládajú ultrazvukové prístroje Hielscher.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť certifikovaná podľa ISO a kladie osobitný dôraz na vysoko výkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Samozrejme, Hielscher ultrasonicators sú v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Použite nižšie uvedený formulár a požiadajte o ďalšie informácie o našich ultrazvukom pre nanoštruktúrovanie kovových povrchov, podrobnosti o aplikácii a ceny. Radi s vami prediskutujeme váš proces nanoštruktúrovania a ponúkneme vám ultrazvukovú sondu spĺňajúcu vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


 

Sonikácia vytvára mezoporézne nanoštruktúry na kovových povrchoch, ako je titán a zliatiny. Rozpúšťadle nanoštruktúrovaný titán vykazuje zlepšenú proliferáciu osteogénnych buniek a zvýšenú osseointegráciu implantátov.

XRD vzory titánskeho povlaku vyrobeného tepelnou úpravou lešteného titánu (a) a sonochemicky upraveného lešteného titánu (b); SEM obrázky lešteného povrchu titánu (c) a sonochemicky generovaného povrchu mezoporézneho oxidu titaničitého (d). Sonikácia bola vykonaná pomocou sonikátora UIP1000hdT.
(štúdia a obrázky: ©Kuvyrkov et al., 2018)

Mocný Ultrazvukový kavitácie na Hielscher Cascatrode

Mocný Ultrazvukový kavitácie na Hielscher Cascatrode



Literatúra/referencie

Fakty stojí za to vedieť

Osteoinduktívnosť alebo osteogénna vlastnosť sa vzťahuje na vnútornú schopnosť materiálu stimulovať tvorbu nového kostného tkaniva buď de novo (od začiatku) alebo ektopicky (v miestach, ktoré netvoria kosti). Táto vlastnosť má prvoradý význam v oblasti inžinierstva kostného tkaniva a regeneratívnej medicíny. Osteoinduktívne materiály majú špecifické biologické signály alebo rastové faktory, ktoré iniciujú kaskádu bunkových udalostí, čo vedie k náboru a diferenciácii kmeňových buniek na osteoblasty, bunky zodpovedné za tvorbu kostí. Tento jav umožňuje vytvorenie novej kosti v oblastiach, kde je potrebná regenerácia kostí, ako sú veľké kostné defekty alebo zlomeniny bez spojenia. Schopnosť indukovať tvorbu kostí de novo alebo na miestach, ktoré nevytvárajú kosti, má významný terapeutický potenciál pre rozvoj inovatívnych prístupov k liečbe porúch kostry a zlepšeniu procesov opravy kostí. Pochopenie a využitie mechanizmov, ktoré sú základom osteoinduktívnosti, môže prispieť k rozvoju účinných náhrad kostných štepov a implantátov, ktoré podporujú úspešnú regeneráciu kostí.


Vysoko výkonné ultrazvukom! Produktový rad Hielscher pokrýva celé spektrum od kompaktného laboratórneho ultrasonicator cez stolové jednotky až po plne priemyselné ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.


Radi prediskutujeme váš proces.

Poďme sa skontaktovať.