Hielscher Ultrazvočna tehnologija

Sono-Sinteza nano-hidroksiapatita

Hidroksiapatit (HA ali HAP) je zelo pogosto zadržujejo bioaktivna keramika za medicinske namene zaradi podobne konstrukcije kostnina. Sinteza ultrazvočno pomaga (sono-sinteza) hidroksiapatita je uspešna tehnika za izdelavo nanostrukturo HAP pri najvišjih kakovostnih standardih. Ultrazvočni pot omogoča proizvodnjo nano-kristalni HAP kot tudi modificirani delci, npr core-shell nanosfer in kompozitov.

Hidroksiapatit: Vsestranska Mineral

Hidroksilapatita ali hidroksiapatit (HAP tudi HA) je naravna mineralna oblika kalcijevega apatita s formulo Ca5(PO4)3(OH). Za označitev, da kristal osnovne celice obsega dve subjekte, ki se običajno napisano Ca10(PO4)6Oh2. Hidroksilapatita je hidroksilna endmember kompleksnega apatita skupine. OH- ionov se lahko nadomesti z fluorid, klorid ali karbonat, ki proizvaja fluorapatite ali chlorapatite. To kristalizira v heksagonalni kristalni sistem. HAP je znan kot kostnina kot do 50 mas% kosti je modificirana oblika hidroksiapatita.
V medicini, nanostrukturo porozna HAP je zanimiv material za umetno uporabo kosti. Zaradi svoje dobre biokompatibilnosti v stiku kosti in njegovi podobni kemijski sestavi kosti materiala, je porozna HAP keramični našel ogromno uporabo v biomedicinskih aplikacijah, vključno s kostnega tkiva regeneracijo, celično proliferacijo in dostavo zdravil.
"V kostnem tkivnega inženirstva je bila uporabljena kot polnilo za okvare kosti in bogatenja, umetne kosti presadka materiala in proteza ponovni operaciji. Visoka površina vodi do odličnega osteoconductivity in resorbability zagotavlja hiter kosti vraščanje. "[Soypan et al. 2007] Torej, veliko sodobnih vsadki prevlečena z hidroksilapatita.
Še ena obetavna uporaba mikrokristalna hidroksilapatita je njegova uporaba kot “kostno-building” dopolni z vrhunsko absorpcijo v primerjavi s kalcijem.
Poleg njihove uporabe kot popravljalno snovjo za kosti in zobe, lahko druge aplikacije HAP mogoče najti v katalizi, proizvodnjo gnojil, kakor je spojina v farmacevtskih izdelkih, pri aplikacijah proteina kromatografije, in postopke za čiščenje vode.

Moč Ultrazvočni: Učinki in Impact

Ultrazvoka je opisan kot proces, kjer se uporablja akustično polje, ki je vezana na tekoči medij. Ultrazvočni valovi širijo v tekočino in proizvajajo izmenično visokim tlakom/nizkim tlakom ciklov (stiskanje in rarefaction). Med fazo redčenje pojavljajo majhne vakuumske mehurčke ali praznin v tekočino, ki rastejo v različnih Visokotlačni/Nizkotlačni ciklov, dokler mehurček ne more absorbirati nič več energije. V tej fazi, mehurčki implodes nasilno med kompresijsko fazo. Med takimi mehurček kolaps veliko količino energije se sprosti v obliki udarnih valov, visoke temperature (približno 5, 000K) in pritiskov (približno 2, 000atm). Poleg tega so ti "vročih točk" značilna zelo visoke hitrosti hlajenja. Implozija mehurčkov tudi rezultate v tekočih curki do 280m/s hitrosti. Ta pojav je imenovana kavitacija.
Pri teh ekstremnih sil, ki nastanejo med razpadu pogosto he kavitacija mehurčki, razširi v sonicira mediju, na katere vpliva delcev in kapljic – posledico interparticle trka tako da trdna razbili. S tem se doseže zmanjšanje velikosti delcev, kot je mletje, deaglomeracijo in disperzije. Delci lahko diminuted za submicron- in nano velikosti.
Poleg mehanskih učinkov, lahko močna ultrazvoka ustvarjajo proste radikale, strižna molekule in aktiviranje delcev površine. Ta pojav imenujemo sonokemija.

Sono-Sinteza

Ultrazvočni obdelava gošče v zelo finih delcev z enakomerno porazdelitvijo, tako da se ustvarijo več nukleacije mest za obarjanje.
HAP delci sintetizirane pod ultrazvokom kažejo zmanjšano raven aglomeraciji. Spodnji tendenca k aglomeraciji ultrazvočno sintetiziranega HAP bila potrjena npr z analizo FESEM (Polje emisijami vrstično elektronsko mikroskopijo) z dne Poinern sod. (2009).

Ultrazvočni pomaga in pospešuje kemijske reakcije z ultrazvokom kavitacija in njihovih fizikalnih učinkov, ki neposredno vplivajo na morfologijo delcev v fazi rasti. Glavne prednosti ultrazvoka izhajajo pripravo fina reakcijskih zmeseh

  • 1) povečana hitrost reakcij,
  • 2) zmanjšan čas obdelave
  • 3) zaradi splošnega izboljšanja učinkovite rabe energije.

Poinern sod. (2011) so razvili mokro kemijsko pot, ki uporablja kalcijev nitrat tetrahidrat (Ca [NO3] 2 · 4H2O) in kalijevega dihidrogen fosfata (KH2PO4) kot glavni reaktantov. Za kontrolo pH vrednosti med sintezo, dodamo amonijev hidroksid (NH4OH).
Procesor ultrazvok bila UP50H (50 W, 30 kHz, MS7 sonotroda w premerom / 7 mm) iz Hielscher Ultrazvočna.

Koraki sintezo nano HAP:

40 ml Raztopino 0.32M Ca (NI3)2 · 4 ः2O pripravimo v majhni čaši. PH raztopine smo nato naravnamo na 9,0 s približno 2,5 ml NH4OH. Raztopino sonificiramo z UP50H pri 100% nastavitev amplitudnega 1 uro.
Ob koncu prve ure 60 ml raztopine 0.19M [KH2PO4] Nato smo počasi dodajali po kapljicah v prvi raztopini, medtem ko doživlja drugo uro ultrazvočnega valovanja. Med procesom mešanja, smo pH vrednost preveri in vzdržujemo pri 9, medtem ko je razmerje Ca / P vzdržujemo pri 1,67. Raztopino smo nato filtrirali z uporabo centrifugiranjem (~ 2000 g), nakar smo nastalo belo oborino razmerji v številnih vzorcev za toplotno obdelavo.
Prisotnost ultrazvoka v sinteznega postopka pred toplotni obdelavi ima pomemben vpliv na tvorbo začetnih nano HAP delcev prekurzorje. To je zaradi velikosti delcev, ki v zvezi s nukleacije in vzorec rasti materiala, ki pa je povezana s stopnjo prenasičenja v tekoči fazi.
Poleg tega lahko tudi velikost delcev in morfologijo neposredno vplivati ​​v tem Postopek sinteze. Učinek povečanja ultrazvočno moč od 0 do 50W je pokazala, da je bilo mogoče zmanjšati velikost delcev pred toplotno obdelavo.
Naraščajoča ultrazvočna energija uporablja za obsevanje tekočino navedeno, da večje število mehurčkov / kavitacije so bili proizvedeni. To pa proizvaja več nukleacije mest in kot rezultat so delci oblikujejo okrog teh območij manjša. Poleg tega delci izpostavljeni dalj ultrazvočnega valovanja kažejo manjšo aglomeracijo. Kasnejši podatki FESEM je potrdila nižjo aglomeracijo delcev, ko se med postopkom sinteze uporablja ultrazvok.
Nano-HAP delce v območju velikosti nanometrov in sferične morfologije bili proizvedeni z mokro tehniko kemijski obarjanju v prisotnosti ultrazvoka. Ugotovljeno je bilo, da je kristalna struktura in morfologija dobljenih nano HAP praškov odvisna od moči ultrazvočnega vira obsevanja in naknadno termično obdelavo znamke. Očitno je bilo, da prisotnost ultrazvoka v postopku sinteze sprejet kemičnih reakcij in fizičnih učinkov, ki nato proizvajajo ultrafinih nano- HAP praškov po toplotni obdelavi.

Neprekinjeno ultrazvokom s celico stekleno toka

Sonifikacijo v ultrazvočno reaktorski komori

hidroksiapatit:

  • Glavni anorganski kalcijev fosfat mineralnih
  • visoka biokompatibilnost
  • počasi biorazgradljivost
  • osteokonduktivno
  • nestrupeno
  • ne-imunogenski
  • je mogoče kombinirati s polimeri in / ali steklo
  • dobra absorpcija struktura matrico za druge molekule
  • Izjemno kostni nadomestek

Ultrazvočne homogenizatorji so močna orodja za sintezo in funkcionaliziranje delce, kot so HAP

Sonda tipa ultrasonicator UP50H

HAP Sinteza preko Ultrazvočna Sol-gel pot

Ultrazvočno pomaga sol-gel pot za sintezo nanodelcev delcev HAP:
Material:
– Reaktanti: kalcijev nitrat Ca (NI3)2Di-amonijev hidrogenfosfat (NH4)2OVP4Natrijev hidroksiCt.ealkila NaOH;
– 25 ml epruveta

  1. Raztopimo Ca (NI3)2 in (NH4)2OVP4 v destilirani vodi (molsko razmerje kalcij fosfor: 1,67)
  2. Dodamo nekaj NaOH do rešitev, da svoj pH okoli 10.
  3. Zdravljenje ultrazvočni z UP100H (Sonotroda MS10, amplituda 100%)
  • V hidrotermalni Sinteze so bile izvedene pri 150 ° C 24 ur v električni pečici.
  • Po reakciji lahko kristalinično HAP se zberemo s centrifugiranjem in izpiranjem z deionizirano vodo.
  • Analiza dobljenega HAP Nanopowder z mikroskopijo (SEM, TEM,) in / ali spektroskopije (FTIR). Sintetizirane HAP nanodelci kažejo na visoko kristaliničnost. Različne morfologija je mogoče opaziti glede na čas sonifikacijo. Daljše ultrazvočno razbijanje lahko vodi do enotnih HAP nanopalčk z visokim razmerjem in ultra visokih kristaliničnosti. [Prim. Manafi sod. 2008]

Sprememba HAP

Zaradi svoje krhkosti, uporaba čistega HAP je omejeno. V području raziskav, ki so bila veliko truda, da spremeni HAP s polimeri, ker je naravna kost je sestavljen v glavnem sestavljena iz nanodelce, igličastih HAP kristale (znaša približno 65wt% kosti). modifikacija ultrazvočno pomaga HAP in sintezo kompozitov z izboljšanimi lastnostmi materiala nudi mnogovrstne možnosti (glej nekaj primerov spodaj).

Praktični primeri:

Sinteza nano-HAP

V študiji Poinern et al. (2009), ki je Hielscher UP50H Sonda tipa ultrasonicator je bil uspešno uporabljen za sono-sintezo HAP. S povečanjem ultrazvočne energije, velikost delcev kristalitov HAP zmanjšala. Nanostrukturirani hidroksiapatit (HAP) smo pripravili z ultrasonically pomaga mokro padavin tehniko. Ca (NI3) In KH25PO4 Werde uporabljajo kot glavni material in NH3 kot filtrom. Hidroter padavin pod ultrazvočnega valovanja povzročila nanodelce HAP delcev z okroglim morfologijo velikosti območju nano metrov (pribl. 30 nm ± 5%). Poinern in sodelavci ugotovili, sono-hidrotermalno sintezo na gospodarsko pot z močnim obsegu-up zmogljivosti za komercialno proizvodnjo.

Sinteza gelantine-hidroksiapatita (gel-HAP)

Brundavanam in sodelavci so uspešno pripravili gelantine-hidroksiapatita (gel-HAP) sestavljeni pod milimi pogoji ultrazvočno razbijanje. Za pripravo gelantine-hidroksipatitnim, 1 g želatine se popolnoma raztopi v 1000ml MilliQ vodi pri 40 ° C. 2 ml pripravljene raztopine želatine Nato dodamo k Ca2 + / NH3 zmes. Zmes smo podvrgli sonikaciji tekom s UP50H ultrasonicator (50W, 30kHz). Med ultrazvočno razbijanje, 60 ml od 0.19M KH2PO4 so padec-modro dodamo k zmesi.
Celotna rešitev je bila sonificiramo za 1H. Vrednost pH je bila ves čas preverjena in vzdrževana pri pH 9, razmerje CA/P pa je bilo prilagojeno na 1,67. Filtracija bele oborine je bila dosežena s centrifugiranjem, kar je povzročilo gosto gnojevko. Različni vzorci so bili toplotno obdelani v cevni peči za 2H pri temperaturah 100, 200, 300 in 400 ° c. S tem je bil pridobljen gel-HAp prašek v zrnat obliki, ki je bil brušen do fine prahu in značilna XRD, FE-SEM in FT-IR. Rezultati kažejo, da blage ultrasonication in prisotnost želatine v fazi rasti HAp spodbujanje nižje adhezije – s čimer se zmanjša in tvori redno sferične oblike gel-HAp nano-delcev. Blage ultrazvočno razbijanje pomaga sintezo nano velikih gel-HAp delcev zaradi ultrazvočne učinke homogenizacije. Amidna in karbonilna vrsta iz želatine se nato veže na nano-delce HAp med fazo rasti preko sonokemično podprto interakcijo.
[Brundavanam sod. 2011]

Odlaganje HAP na Titanium trombociti

Ozhukil Kollatha sod. (2013) so prevlečene TI plošč z hidroksiapatita. Pred odlaganjem smo suspenzijo HAP homogenizirali z UP400S (400 vatov Ultrazvočna naprava z ultrazvočnim rogom H14, ultrazvoka čas 40 sek. Pri 75% amplitude).

Silver Coated HAP

Ignatev in sodelavci (2013) so razvili metode biosintezno kjer so srebrni nanodelci (AgNp) nanesen na HAP da dobimo HAP premaza z antibakterijskimi lastnostmi in zmanjšamo citotoksični učinek. Za deaglomeriranja srebrne nanodelcev in njihovo sedimentacijo na hidroksiapatita, ki Hielscher UP400S je bila uporabljena.

Ignatev in njegovi sodelavci uporabili ultrazvočno UP400S naprave sonda tipa za srebrno prevleko HAP proizvodnje.

Z nastavitvami magnetnega mešala in ultrasonicator UP400S smo uporabili za pripravo na srebrno obložene HAP [Ignatev et al 2013]


Naši močni ultrazvočni naprave so zanesljivo orodje za zdravljenje delce v pomožnem micron- in nano velikosti območja. Ali želite sintetizirati, razprševanje ali funkcionaliziranju delcev v manjše cevi za raziskovalne namene ali morate za zdravljenje velike količine nano-praškastih zmesi za komercialno proizvodnjo – Hielscher ponuja ustrezno ultrasonicator za vaše potrebe!

UP400S z ultrazvočno reaktorju

Ultrasonic homogenizator UP400S


Kontaktirajte nas / Vprašajte za več informacij

Pogovorite se z nami o vaših zahtev obdelave. Mi bo priporočil najustreznejše namestitev in obdelavo parametrov za vaš projekt.





Prosimo, upoštevajte naše Politika zasebnosti.


Literatura / Reference

  • Brundavanam, R. K .; Jinag, Z.-T., Chapman, P .; Le, X.-T .; Mondinos, N .; Fawcett, D .; Poinern G. E. J. (2011): Vpliv razredčene želatine za sintezo ultrazvočno toplotno skupaj nano hidroksiapatita. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
  • Cengiz, B.; Gokce, Y.; Yildiz, N.; Aktas, Z.; Calimli, A. (2008): sinteza in karakterizacija hidroyapatitov nanodelcev. Koloidi in površine A: Physicochem. Eng. vidiki 322; 2008.29-33.
  • Ignatev, M .; Rybak, T .; Colonges, G .; Scharff, W .; Marke, S. (2013): Plazma poškropiti hidroksiapatita Premazi s Silver nanodelcev. Acta METALLURGICA Slovaca, 19/1; 2013. 20-29.
  • Jevtića, M .; Radulovićc, A .; Ignjatovića, N .; Mitrićb, M .; Uskoković, D. (2009): Controlled sestav iz poli (D, L-laktid-ko-glikolid) / hidroksiapatita core-shell nanosfere pod ultrazvočnega valovanja. Acta Biomaterialia 5/1; 2009. 208-218.
  • Kusrini, E .; Pudjiastuti, A. R .; Astutiningsih, S .; Harjanto, S. (2012): Priprava hidroksiapatita iz goveda Bone s kombinacijo metod ultrazvočnih in sušenje s pršilom. Intl. Conf. za kemijsko, biokemično in znanosti o okolju (ICBEE'2012) Singapurju, december 14-15, 2012.
  • Manafi, S .; Badiee, S.H. (2008): Vpliv ultrazvočnih na kristaliničnosti Nano-hidroksiapatita s pomočjo mokre kemijske metode. 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 Elektroforetskimi usedline hidroksiapatita na Titanium. List Evropske Ceramic Society 33; 2013. 2715-2721.
  • Poinern, G.E.J .; Brundavanam, R.K .; Thi Le X .; Fawcett, D. (2012): Mehanske lastnosti porozne keramike Izhaja iz 30 nm velikih delcev, prahu hidroksiapatita za potencialne trdi Tissue Engineering Applications. Ameriški list biomedicinsko tehniko 2/6; 2012. 278-286.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.; Thi le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): toplotni in ultrazvočni vpliv pri tvorbi nanometrov lestvice hidroksiapatita bio-keramike. Mednarodni list Nanomedicine 6; 2011.2083 – 2095.
  • Poinern, G.J.E.; Brundavanam, R.K.; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): sinteza in karakterizacija nanohidroksiapatita z ultrazvočno podprto metodo. Ultrazvočna Sonokemija, 16/4; 2009.469-474.
  • Soypan sem .; Mel, M .; Ramesh, S .; Khalid, K.A: (2007): porozni hidroksiapatitov za umetno aplikacije kosti. Znanost in tehnologijo naprednih materialov 8. 2007. 116.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmerjevem Enciklopedija kemijsko tehnologijo; 4. Ed. J. Wiley & Sinovi: New York, vol. 26, 1998. 517-541,

Ultrazvočne naprave za namizni in proizvodnje, kot so UIP1500hd zagotavljajo celovite industrijske razred.

ultrazvočne naprave UIP1500hd z reaktorjem pretočni