Teknologjia e ultrazërit Hielscher

Sono-Synthesis of Nano-Hydroxyapatite

Hydroxyapatite (HA ose HAp) është një qeramike bioaktive shumë e frekuentuar për qëllime mjekësore për shkak të strukturës së saj të ngjashme me materialin e kockave. Sinteza e asistuar ultrasonically (sono-synthesis) e hydroxyapatite është një teknikë e suksesshme për të prodhuar HAp nanostructured në standardet më të larta të cilësisë. Rruga tejzanor lejon të prodhojë HAp nano-kristaline, si dhe grimcat e modifikuara, p.sh. nanospheres core-shell, dhe composites.

Hydroxyapatite: Një mineral i gjithanshëm

Hydroxylapatite ose hydroxyapatite (HAp, gjithashtu HA) është një formë minerale e natyrshme e apatitit të kalciumit me formulën Ca5(PO4)3(OH). Për të treguar se qeliza njësi kristal përbëhet nga dy entitete, zakonisht është shkruar Ca10(PO4)6(OH)2. Hydroxylapatite është endemember hidroksil i grupit kompleks apatit. OH-jon mund të zëvendësohet me fluor, klorid ose karbonat, duke prodhuar fluorapatit ose klorapatit. Ajo kristalizon në sistemin kristalor gjashtëkëndor. HAp njihet si material i eshtrave, derisa deri në 50% të kockave është një formë e modifikuar e hydroxyapatitit.
Në mjekësi, HAp poroz nanostructured është një material interesant për aplikimin e kockave artificiale. Për shkak të biocompatibility saj të mirë në kontakt kockave dhe përbërjen e saj të ngjashme kimike të materialit kockave, qeramike porous HAp ka gjetur përdorim të madh në aplikimet biomjekësore duke përfshirë rigjenerimin e indeve të kockave, përhapjen e qelizave dhe shpërndarjen e drogës.
"Në inxhinieri të indeve të eshtrave është aplikuar si material mbushës për defektet dhe shtimin e kockave, materialin artificial të transplantimit të kockave dhe kirurgjinë e revizionit të protezave. Sipërfaqja e saj e lartë çon në osteoconductivity dhe resorbability shkëlqyer siguruar ingrowth kockave të shpejtë. "[Soypan et al. 2007] Pra, shumë implante moderne janë të veshura me hydroxylapatite.
Një tjetër aplikim premtues i hydroxylapatite mikrokristaline është përdorimi i tij si “Ndërtimin e kockave” shtojme me thithje superiore ne krahasim me kalcium.
Përveç përdorimit të saj si material riparues për kocka dhe dhëmbë, aplikime të tjera të HAp mund të gjenden në katalizat, prodhimin e plehrave, si përbërës në produktet farmaceutike, në aplikimet e kromatografisë së proteinave dhe në proceset e trajtimit të ujit.

Energjia me ultratinguj: Efektet dhe ndikimi

Sonication përshkruhet si një proces ku përdoret një fushë akustike, e cila është e bashkuar në një medium të lëngshëm. Valët e ultrazërit përhapen në të lëngshme dhe prodhojnë cikle alternative të presionit të lartë / presionit të ulët (kompresim dhe zbehje). Gjatë fazës së zbutjes shfaqen flluska të vogla vakumi ose boshllëqe në lëng, të cilat rriten gjatë cikleve të ndryshme të presionit të lartë / presionit të ulët, derisa flluska të mos mund të thithë më shumë energji. Në këtë fazë, flluskat shpërthejnë dhunshëm gjatë një faze të ngjeshjes. Gjatë kolapsit të tillë të flluskave, një sasi e madhe e energjisë lëshohet në formën e valëve të goditjes, temperaturave të larta (rreth 5.000K) dhe presioneve (afërsisht 2,000 amm). Për më tepër, këto "pika të nxehta" karakterizohen nga shkalla e lartë e ftohjes. Shpërthimi i flluskës rezulton gjithashtu në avionë të lëngshëm me shpejtësi deri në 280m / s. Ky fenomen quhet kavitacion.
Kur këto forca ekstreme, të cilat krijohen gjatë rënies së flluskave të kavitimit, zgjerohet në mesazhin e zërit, ndahen grimcat dhe pikat – duke rezultuar në përplasje interparticle në mënyrë që të thyej të ngurta. Në këtë mënyrë, arrihen reduktimi i madhësisë së grimcave si mulliri, deaglomerimi dhe shpërndarja. Grimcat mund të zvogëlohen në madhësi submicron dhe nano.
Përveç efekteve mekanike, sonikimi i fuqishëm mund të krijojë radikalet e lira, molekulat e qethjes dhe të aktivizojë sipërfaqet e grimcave. Këto dukuri njihen si sonokimi.

Sono-sinteze

Një trajtim tejzanor i slurry rezulton në grimca shumë të mira me shpërndarje të barabartë në mënyrë që të krijohen më shumë vende për nukleacion për reshjet.
Grimcat HAp të sintetizuara nën ultratinguj tregojnë një nivel të zvogëluar të aglomerimit. Tendenca më e ulët për aglomerimin e HAp të sintetizuara ultrasonically u konfirmua p.sh. analiza e FESEM (Scanning Electron Microscopy Field Emisioneve) të Poinern et al. (2009).

Ultratinguj ndihmon dhe nxit reagimet kimike përmes cavitation tejzanor dhe efektet e saj fizike që ndikojnë drejtpërdrejt morfologjinë e grimcave gjatë fazës së rritjes. Përfitimet kryesore të ultrasonication që rezultojnë në përgatitjen e përzierjeve superfine reagimi janë

  • 1) rritja e shpejtësisë së reagimit,
  • 2) ulet koha e përpunimit
  • 3) një përmirësim të përgjithshëm në përdorimin efikas të energjisë.

Poinern et al. (2011) zhvilluar një rrugë lagësht kimike që përdor nitratet kalciumi tetrahydrate (Ca [NO3] 2 · 4H2O) dhe fosfat dihidrogjen kalium (KH2PO4) si reagents kryesore. Për kontrollin e vlerës së pH gjatë sintezës, u shtua hidroksid amoniak (NH4OH).
Procesori i ultrazërit ishte një UP50H (50 W, 30 kHz, MS7 Sonotrode w / 7 mm diametër) nga Hielscher Ultrasonics.

Hapat e sintezës nano-HAP:

Një 40 mL zgjidhje e 0.32M Ca (NO3)2 · 4H2O ishte përgatitur në një gotë të vogël. PH e solucionit u rregullua pastaj në 9.0 me afërsisht 2.5mL NH4OH. Zgjidhja ishte sonicated me UP50H në 100% amplitudë vendosjen për 1 orë.
Në fund të orës së parë një zgjidhje 60 ml prej 0.19M [KH2PO4] u shtua ngadalë në mënyrë të pjesshme në zgjidhjen e parë duke kaluar një orë të dytë të rrezatimit tejzanor. Gjatë procesit të përzierjes, vlera e pH u kontrollua dhe u mbajt në 9 ndërsa raporti i Ca / P u ruajt në 1.67. Zgjidhja u filtrua pastaj duke përdorur centrifugimin (~ 2000 g), pas së cilës precipitati i bardhë rezultues u përpilua në një numër të mostrave për trajtim të ngrohjes.
Prania e ultrazërit në procedurën e sintezës para trajtimit termik ka një ndikim të rëndësishëm në formimin e prekursorëve fillestar nano-HAP të grimcave. Kjo është për shkak të madhësisë së grimcave që lidhet me nucleation dhe modelin e rritjes së materialit, e cila nga ana e tij është e lidhur me shkallën e ngopjes super brenda fazës së lëngshme.
Përveç kësaj, si madhësia e grimcave dhe morfologjia e saj mund të ndikohen drejtpërdrejt gjatë këtij procesi sintezë. Efekti i rritjes së fuqisë së ultrazërit nga 0 në 50W tregoi se ishte e mundur të zvogëlohej madhësia e grimcave para trajtimit termik.
Fuqia me ultratinguj në rritje e përdorur për të rrezatuar lëngun tregoi se një numër më i madh i flluskave / kavitacioneve po prodhoheshin. Kjo nga ana tjetër ka prodhuar më shumë vende të nukleacioneve dhe si rezultat grimcat e formuara rreth këtyre vendeve janë më të vogla. Për më tepër, grimcat e ekspozuara ndaj periudhave më të gjata të rrezatimit tejzanor tregojnë më pak aglomerim. Të dhënat e mëvonshme FESEM kanë konfirmuar aglomerimin e grimcave të reduktuar kur ultrazërit përdoren gjatë procesit të sintezës.
Grimcat Nano-HAp në gamën e madhësisë së nanometrës dhe morfologjinë sferike janë prodhuar duke përdorur një teknikë të reshjeve kimike të lagësht në praninë e ultrazërit. Është konstatuar se struktura kristaline dhe morfologjia e pluhurave nano-HAP që rezultojnë vareshin nga fuqia e burimit tejzanor të rrezatimit dhe trajtimi termik i mëpasshëm i përdorur. Ishte e qartë se prania e ultrazërit në procesin e sintezës nxiti reaksionet kimike dhe efektet fizike që më pas prodhuan pluhurat ultrafine nano-HAp pas trajtimit termik.

Ultrasonication e vazhdueshme me një qelizë rrjedhëse xhami

Sonication në një dhomë reaktori tejzanor

Hydroxyapatite:

  • minerali kryesor i fosforit kalciumi inorganik
  • biocompatibility te larte
  • biodegradueshmëria e ngadaltë
  • osteoconductive
  • Jo-toksike
  • non-imunogjenike
  • mund të kombinohen me polimere dhe / ose qelqi
  • matricë e mirë e absorbimit të strukturës për molekulat e tjera
  • zëvendësues i shkëlqyer i kockave

Homogenizers tejzanor janë mjete të fuqishme për të sintetizuar dhe funksionalizuar grimcat, të tilla si HAp

Sondë tip ultrasonicator UP50H

HAp Sinteza me anë të ultrazërit Sol-Gel Route

Rruga Sol-xhel ndihmës ultrasonically për sintezën e grimcave nanostructured HAp:
materiali:
– reagentët: Nitrat kalciumi Ca (NO3)2, diamoni hidrogjeni fosfat (NH4)2HPO4, Hidroksid natriumi NaOH;
– 25 ml test tub

  1. Shkrijeni Ca (NO3)2 dhe (NH4)2HPO4 në ujë të distiluar (raporti molar kalcium deri në fosfor: 1,67)
  2. Shtoni disa NaOH në zgjidhje për të mbajtur pH rreth 10.
  3. Trajtim tejzanor me një UP100H (sonotrode MS10, amplitudë 100%)
  • Sintetet hidrotermale u zhvilluan në 150 ° C për 24 orë në një furrë elektrike.
  • Pas reagimit, HAp kristaline mund të korrret me centrifugim dhe larje me ujë të deionizuar.
  • Analiza e nanoproduktit HAp të arritur përmes mikroskopisë (SEM, TEM) dhe / ose spektroskopi (FT-IR). Nanopartikalet e sintetizuara të HAp tregojnë kristalitet të lartë. Morfologjia e ndryshme mund të vërehet në varësi të kohës së sonifikimit. Sonication më të gjatë mund të çojë në nanorods HAp uniforme me një raport të lartë aspekt dhe kristalitet ultra-të lartë. [Krah. Manafi et al. 2008]

Modifikimi i HAp

Për shkak të brishtë të saj, aplikimi i HAp të pastër është i kufizuar. Në hulumtimin material, janë bërë shumë përpjekje për të modifikuar HAp nga polimere pasi që kocka natyrore është një përbërje e përbërë kryesisht nga kristale HAp me gjilpërë me madhësi të vogël (llogaritet për rreth 65% të kockave). Modifikimi i ndihmës ultrasonically i HAp dhe sinteza e përbërësve me karakteristika të përmirësuar të materialit ofron mundësi të shumta (shih disa shembuj më poshtë).

Shembuj praktikë:

Sinteza e nano-HAp

Në studimin e Poinern et al. (2009), një Hielscher UP50H sondë tip ultrasonicator u përdorur me sukses për sono-sintezë e HAp. Me rritjen e energjisë së ultrazërit, madhësia e grimcave të kristaleve HAp ulet. Hidroaksapati (Nanostructured hydroxyapatite, HAp) është përgatitur nga një teknikë ultrasonically assisted wet-precipitation. Ca (NO3) dhe KH25PO4 werde përdoret si material kryesor dhe NH3 si precipituesi. Reshjet hidrotermale nën rrezatim tejzanor rezultojnë në grimca të huaja me madhësi nano me morfologji sferike në madhësinë e madhësisë së nano (rreth 30nm ± 5%). Poinern dhe bashkëpunëtorët e gjetën sintetinë-Hidrotermale një rrugë ekonomike me aftësi të forta në prodhimin komercial.

Sinteza e gelantine-hydroxyapatite (Gel-HAp)

Brundavanam dhe bashkëpunëtorët kanë përgatitur me sukses një përbërje Gelantine-hydroxyapatite (Gel-HAp) nën kushte të butë sonikimi. Për përgatitjen e gelantine-hydroxyapatite, 1g e xhelatinës është tretur plotësisht në 1000mL MilliQ ujë në 40 ° C. 2mL e solucionit të përgatitur të xhelatinës u shtua më pas në Ca2 + / NH3 përzierje. Përzierja ishte sonicated me një UP50H ultrasonicator (50W, 30kHz). Gjatë sonication, 60mL e 0.19M KH2PO4 u shtuan me mençuri në përzierje.
E gjithë zgjidhja u bë për 1 orë. Vlera e pH u kontrollua dhe u mbajt në pH 9 në çdo kohë dhe raporti Ca / P u rregullua në 1.67. Filtrimi i precipitatit të bardhë u arrit me centrifugim, duke rezultuar në një slurry të trashë. Mostra të ndryshme u trajtuan me nxehtësi në një furrë tubi për 2 orë në temperaturë 100, 200, 300 dhe 400 ° C. Në këtë mënyrë, u mor një pluhur Gel-HAp në formë kokrrize, e cila ishte bluar në një pluhur të imët dhe karakterizohej nga XRD, FE-SEM dhe FT-IR. Rezultatet tregojnë se ultrasonifikimi i butë dhe prania e xhelatinës gjatë fazës së rritjes së HAp promovojnë ngjitjen më të ulët - duke rezultuar kështu në një më të vogël dhe duke formuar një formë sferike të rregullt të nano-grimcave Gel-HAp. Sonication e butë ndihmon në sintezën e grimcave të nano-madhësisë Gel-HAp për shkak të efekteve të homogjenizimit tejzanor. Llojet amide dhe karbonil nga xhelatina më pas bashkëngjiten nano-grimcave të HAp gjatë fazës së rritjes përmes bashkëveprimit të asistuar Sonokimikisht.
[Brundavanam et al. 2011]

Depozita e HAp në Titanium Trombocitet

Ozhukil Kollatha et al. (2013) kanë veshur pllaka Ti me hydroxyapatite. Para depozitimit, suspensioni HAp u homogjenizua me një UP400S (400 watt pajisje tejzanor me bri tejzanor H14, koha sonication 40 sekonda në 75% amplitudë).

Silver mbuluar HAp

Ignatev dhe kolegët (2013) zhvilluan një metodë biosintetike ku nanopartikalet argjendi (AgNp) u depozituan në HAp për të marrë një shtresë HAp me vetitë antibakteriale dhe për të ulur efektin citotoksik. Për deagglomeration e nanoparticles argjendi dhe për sedimentimin e tyre në hydroxyapatite, një Hielscher UP400S u përdor.

Ignatev dhe bashkëpunëtorët e tij përdorën UP400S tipin e tipit të hetimit tejzanor për prodhimin e argjendtë HAp.

Një skelet magnetik dhe ultrasonicator UP400S u përdor për përgatitjen e Hapit të veshur me argjend [Ignatev et al 2013]


Pajisjet tona të fuqishme tejzanore janë mjete të besueshme për të trajtuar grimcat në vargun nën mikron dhe nano. Nëse doni të sintetizoni, shpërndani ose funksionalizoni grimcat në tuba të vegjël për qëllime kërkimore ose keni nevojë për të trajtuar vëllime të larta të slurries nano-pluhur për prodhimin komercial – Hielscher ofron ultrasonicator të përshtatshëm për kërkesat tuaja!

UP400S me reaktorin tejzanor

Homogenizues tejzanor UP400S


Na kontaktoni / kërkoni më shumë informacion

Bisedoni me ne në lidhje me kërkesat tuaja të përpunimit. Ne do të rekomandojë më të përshtatshme instalimit dhe përpunimit parametrat për projektin tuaj.





Ju lutem vini re tonë Politika e privatësisë.


Letërsi / Referencat

  • Brundavanam, RK; Jinag, Z.-T., Chapman, P .; Le, X.-T .; Mondinos, N .; Fawcett, D .; Poinern, GEJ (2011): Efekti i xhelatinës holluar në sintezën tejzanore me ndihmën termale të nano hydroxyapatitit. Ultrason. Sonochem. 18, 2011. 697-703.
  • Cengiz, B .; Gokce, Y .; Yildiz, N.; Aktas, Z.; Calimli, A. (2008): Sinteza dhe karakterizimi i nanopartikujve hidroyapatite. Koloidet dhe sipërfaqet A: Fizikokemi. Eng. Aspekte 322; 2008. 29-33.
  • Ignatev, M .; Rybak, T .; Colonges, G .; Scharff, W .; Marke, S. (2013): Coatings me Hidroksapatite të Spërkatur me Plasma me Nanopartikele Argjendi. Acta Metallurgica Slovaca, 19/1; 2013. 20-29.
  • Jevtića, M .; Radulovićc, A .; Ignjatovića, N .; Mitrićb, M .; Uskoković, D. (2009): Asambleja e kontrolluar e nanospheres me poli-d (l-lactide-co-glycolide) / hydroxyapatite core-shell nën rrezatim tejzanor. Acta Biomaterialia 5/1; 2009. 208-218.
  • Kusrini, E .; Pudjiastuti, AR; Astutiningsih, S .; Harjanto, S. (2012): Përgatitja e Hydroxyapatite nga Bone gjedhit nga Metodat Kombinimi i tejzanor dhe tharjes Spray. Intl. Conf. në Shkencat Kimike, Bio-Kimike dhe Mjedisore (ICBEE'2012) Singapor, 14-15 dhjetor 2012.
  • Manafi, S .; Badiee, SH (2008): Efekti i tejzanor në kristalitetin e Nano-Hydroxyapatite nëpërmjet metodës së lagësht kimike. Ir J Pharma Sci 4/2; 2008. 163-168
  • Ozhukil Kollatha, V .; Chenc, Q .; Clossetb, R .; Luytena, J .; Trainab, K .; Mullensa, S .; Boccaccinic, AR; Clootsb, R. (2013): Depërtimi elektroforetik AC vs DC ndaj Hydroxyapatite në Titanium. Gazeta e Shoqërisë Evropiane të Qeramikës 33; 2013. 2715-2721.
  • Poinern, GEJ; Brundavanam, RK; Thi Le, X .; Fawcett, D. (2012): Vetitë mekanike të një qeramike poroze të prejardhura nga një pluhur me bazë grimcash me madhësi 30 nm të hidroksiapatitit për aplikimet e mundshme të induktimit të indit të fortë. American Journal of Biomedical Engineering 2/6; 2012. 278-286.
  • Poinern, GJE; Brundavanam, R .; Thi Le, X .; Gjordjeviç, S .; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): Ndikimi termik dhe tejzanor në formimin e bio-qeramikës hidroksapatite të shkallës nanometër. International Journal of Nanomedicine 6; 2011. 2083–2095.
  • Poinern, GJE; Brundavanam, RK; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): Sinteza dhe karakterizimi i nanohidroksapatitit duke përdorur një metodë të ndihmuar me ultratinguj. Sonokimi ultrasonik, 16/4; 2009. 469- 474.
  • Soypan, I .; Mel, M .; Ramesh, S .; Khalid, KA: (2007): hydroxyapatite poroze për aplikimet e kockave artificiale. Shkenca dhe Teknologjia e Materialeve të Avancuara 8. 2007. 116.
  • Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Enciklopedia e Teknologjisë Kimike; Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.

Pajisjet tejzanor për stol të lartë dhe të prodhimit të tilla si UIP1500hd ofrojnë klasën e plotë industriale.

pajisje tejzanor UIP1500hd me reaktor të fluksit-përmes