Implantet, protezat ortopedike dhe implantet dentare janë bërë kryesisht nga titani dhe lidhjet. Sonication përdoret për të krijuar sipërfaqe me nanostrukturë në implantet metalike. Nanostrukturimi tejzanor lejon modifikimin e sipërfaqeve metalike duke gjeneruar modele me madhësi nano të shpërndara në mënyrë uniforme në sipërfaqet e implanteve. Këto implante metalike me nanostrukturë tregojnë një rritje të konsiderueshme të përmirësuar të indeve dhe osseointegrim që çon në norma të përmirësuara të suksesit klinik.

Implante me nanostrukturë tejzanor për përmirësimin e osteointegrimit

Përdorimi i metaleve, duke përfshirë titanin dhe lidhjet, është i përhapur në fabrikimin e implanteve ortopedike dhe dentare për shkak të vetive të tyre të favorshme sipërfaqësore, duke mundësuar krijimin e një ndërfaqeje biokompatibile me indet peri-implantare. Për të optimizuar performancën e këtyre implanteve, janë zhvilluar strategji për të modifikuar natyrën e kësaj ndërfaqeje duke zbatuar ndryshime në shkallë nano në sipërfaqe. Modifikime të tilla ushtrojnë një ndikim të dukshëm në aspektet kritike, duke përfshirë adsorbimin e proteinave, ndërveprimet midis qelizave dhe sipërfaqes së implantit (ndërveprimet qelizë-substrat) dhe zhvillimin pasues të indeve përreth. Duke inxhinieruar saktësisht këto ndryshime të nivelit nanometër, shkencëtarët synojnë të rrisin biointegrimin dhe efikasitetin e përgjithshëm të implanteve, duke çuar në përmirësime të rezultateve klinike në fushën e implantologjisë.
 

Protokolli për Nanostrukturimin tejzanor të Implanteve të Titanit

Disa studime kërkimore kanë demonstruar nanostrukturimin e thjeshtë, por shumë efektiv të sipërfaqeve të titanit dhe aliazheve duke përdorur ultratinguj me intensitet të lartë. Trajtimi sonokimik (dmth. trajtimi me ultratinguj) çon në formimin e një shtrese të përafërt titanie me strukturë sfungjeri, e cila tregon se rrit ndjeshëm proliferimin e qelizave.
Strukturimi i sipërfaqes së titanit nëpërmjet trajtimit sonokimik: Mostrat e titanit prej 20 × 20 × 0,5 mm janë lëmuar më parë dhe janë larë me ujë të dejonizuar, aceton dhe etanol në mënyrë të njëpasnjëshme për të eliminuar çdo ndotës. Më pas, mostrat e titanit u trajtuan në mënyrë ultrasonike në solucion 5 m NaOH duke përdorur Hielscher ultrasonicator UIP1000hd të operuar në 20 kHz (shih foton majtas). Sonicatori ishte i pajisur me sonotrode BS2d22 (sipërfaqja e majës 3,8 cm2) dhe përforcuesi B4-1,4, duke zmadhuar amplituda e punës 1,4 herë. Amplituda mekanike ishte ≈81 μm. Intensiteti i gjeneruar ishte 200 W cm−2. Fuqia maksimale e hyrjes ishte 760 W si rezultat i shumëzimit të intensitetit me zonën ballore (me 3,8 cm2) të sonotrode BS2d22 të përdorur. Mostrat e titanit u fiksuan në një mbajtëse teflon të bërë vetë dhe u trajtuan për 5 minuta.
(krh. Ulasevich et al., 2020)
 

Morfologjia e sipërfaqes së pacenuar të titaniumit (a), sipërfaqja mezoporoze e titanisë e fabrikuar në mënyrë sonokimike (TMS) nga pamja e sipërme dhe seksioni kryq (b), dhe pamja e sipërme dhe seksioni kryq i nanotubave titania (TNT) të përftuara nga oksidimi elektrokimik (c). Insetat tregojnë skemat e nanostrukturimit të sipërfaqes. Skema që tregon depozitimin e hidroksiapatitit (HA) në poret e matricës së titanisë (df). Imazhet SEM të sipërfaqeve të titanit me nanostrukturë sonokimike (TMS) dhe TNT me HA të depozituar kimikisht: TMS-HA (g) dhe TNT-HA (h), përkatësisht.
(studim dhe imazhe: ©Kuvyrkov et al., 2020)

Mekanizmi i Nanostrukturimit tejzanor të Sipërfaqeve Metalike

Trajtimi me ultratinguj i sipërfaqeve metalike çon në gdhendje mekanike të sipërfaqeve të titanit që shkakton formimin e një strukture mezoporoze në titan.
Mekanizmi i mekanizmit tejzanor bazohet në kavitacionin akustik, i cili ndodh kur valët ultratinguj me frekuencë të ulët dhe me intensitet të lartë bashkohen në një lëng. Kur ultrazërit me fuqi të lartë udhëtojnë përmes një lëngu, krijohen cikle alternative të presionit të lartë / presionit të ulët. Gjatë cikleve me presion të ulët, flluska të vogla vakumi, të ashtuquajturat flluska të kavitacionit lindin në lëng. Këto flluska të kavitacionit rriten gjatë disa cikleve të presionit derisa nuk mund të thithin energji të mëtejshme. Në këtë pikë të rritjes maksimale të flluskave, flluska e kavitacionit shpërthen me një shpërthim të dhunshëm dhe krijon një mikro-mjedis shumë të dendur me energji. Fusha e dendur me energji e kavitacionit akustik/tejzanor karakterizohet nga presione të larta dhe diferenca të temperaturës që shfaqin presione deri në 2000 atm dhe temperatura përafërsisht. 5000 K, avionë lëngjesh me shpejtësi të lartë me shpejtësi deri në 280 m/sek dhe valë goditëse. Kur një kavitacion i tillë ndodh pranë një sipërfaqeje metalike, ndodhin jo vetëm forca mekanike, por edhe reaksione kimike.
Në këto kushte, ndodhin reaksione redoks që çojnë në reaksione oksiduese dhe formimin e shtresës së titanisë. Përveç gjenerimit të specieve reaktive të oksigjenit (ROS) që oksidojnë sipërfaqen e titanit, reaksionet e reduktimit të oksidimit të gjeneruara në mënyrë ultrasonike sigurojnë gravurë efektive të sipërfaqes që rezulton në marrjen e shtresës së dioksidit të titanit me trashësi 1 μm. Kjo do të thotë, dioksidi i titanit shpërndahet pjesërisht në tretësirën alkaline duke gjeneruar poret e shpërndara në mënyrë të çrregullt.
Metoda sonokimike ofron një të shpejtë dhe të gjithanshme për fabrikimin e materialeve me nanostrukturë, si inorganike ashtu edhe organike, që shpesh janë të paarritshme nëpërmjet metodave konvencionale. Avantazhi kryesor i kësaj teknike është se përhapja e kavitacionit gjeneron gradient të madh të temperaturës lokale në trupat e ngurtë, duke rezultuar në materiale me një shtresë poroze dhe nanostruktura të çrregullta në kushtet e dhomës. Për më tepër, rrezatimi i jashtëm me ultratinguj mund të përdoret për të shkaktuar lirimin e biomolekulave të kapsuluara përmes poreve në veshjen me nanostrukturë.
 

ilustrimi skematik i qelizës së sonikacionit (a), Ilustrimi skematik i procesit të strukturimit të sipërfaqes që ndodh gjatë trajtimit me ultratinguj të një sipërfaqeje titani në tretësirën ujore alkaline (b) dhe sipërfaqes së formuar (c), foto e implanteve të titanit (d): ajo e gjelbër (kampioni i majtë në dorë) implantohet pas trajtimit me ultratinguj, ai i verdhë (kampioni ndodhet djathtas) është implant i pa modifikuar.
(studim dhe imazhe: ©Kuvyrkov et al., 2020)

Sonicatorë me performancë të lartë për sipërfaqet e implanteve metalike me nanostrukturë

Hielscher Ultrasonics ofron gamën e plotë të sonikatorëve për nano-aplikacione të tilla si nanostrukturimi i sipërfaqeve metalike (p.sh. titani dhe lidhjet). Në varësi të materialit, sipërfaqes dhe xhiros së prodhimit të implanteve, Hielscher ju ofron sonikatorin ideal dhe sonotrode (sondë) për aplikimin tuaj të nano-strukturimit.
Një nga avantazhet kryesore të sonikatorëve Hielscher është kontrolli i saktë i amplitudës dhe aftësia për të dhënë amplituda shumë të larta në funksionim të vazhdueshëm 24/7. Amplituda, e cila është zhvendosja e sondës tejzanor, është përgjegjëse për intensitetin e sonikimit) dhe për këtë arsye një parametër vendimtar i trajtimit të besueshëm dhe efektiv me ultratinguj.

Dizajn, Prodhim dhe Konsulencë – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Ultrasonikët Hielscher janë të njohur për cilësinë e tyre më të lartë dhe standardet e dizajnit. Fortësia dhe funksionimi i lehtë lejojnë integrimin e qetë të ultrasonikëve tanë në objektet industriale. Kushtet e vështira dhe mjediset kërkuese trajtohen lehtësisht nga ultrasonikët Hielscher.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar ISO dhe i kushton theks të veçantë ultratingujve me performancë të lartë që paraqesin teknologjinë më të fundit dhe lehtësinë ndaj përdorimit. Sigurisht, ultrasonikët Hielscher janë në përputhje me CE dhe plotësojnë kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.

Modelet XRD të veshjes me titania të fabrikuara nga trajtimi termik i titanit të lëmuar (a) dhe titanit të lëmuar të trajtuar kimikisht (b); Imazhet SEM të sipërfaqes së lëmuar të titanit (c) dhe sipërfaqes së dioksidit të titanit mesoporoz të krijuar në mënyrë sonokimike (d). Sonication është kryer duke përdorur sonicator UIP1000hdT.
(studim dhe imazhe: ©Kuvyrkov et al., 2018)