Соно-синтеза нано-хидроксиапатита

Хидроксиапатит (ХА или ХАп) је веома популарна биоактивна керамика у медицинске сврхе због своје структуре сличне коштаном материјалу. Ултразвучно потпомогнута синтеза (соно-синтеза) хидроксиапатита је успешна техника за производњу наноструктурисаног ХАп-а по највишим стандардима квалитета. Ултразвучна рута омогућава производњу нано-кристалног ХАп-а као и модификованих честица, нпр. наносфера језгро-љуска и композита.

соно-синтеза

Ултразвучна обрада суспензије резултира веома финим честицама са равномерном дистрибуцијом тако да се ствара више места нуклеације за падавине.
ХАп честице синтетизоване под ултразвучном обрадом показују смањен ниво агломерације. Нижа тенденција агломерације ултразвучно синтетизованог ХАп-а је потврђена нпр. ФЕСЕМ (Фиелд Емиссион Сцаннинг Елецтрон Мицросцопи) анализом Поинерн ет ал. (2009).

Ултразвук помаже и промовише хемијске реакције ултразвучном кавитацијом и њеним физичким ефектима који директно утичу на морфологију честица током фазе раста. Главне предности ултразвучне обраде која резултира припремом суперфиних реакционих смеша су

• 1) повећана брзина реакције,
• 2) смањено време обраде
• 3) опште побољшање у ефикасном коришћењу енергије.

Поинерн ет ал. (2011) развили су влажну хемијску руту која користи калцијум нитрат тетрахидрат (Ца[НО3]2 · 4Х2О) и калијум дихидроген фосфат (КХ2ПО4) као главне реактанте. За контролу пХ вредности током синтезе додат је амонијум хидроксид (НХ4ОХ).
Ултразвучни процесор је био ан УП50Х (50 В, 30 кХз, МС7 Сонотроде са пречником 7 мм) компаније Хиелсцхер Ултрасоницс.

Ултразвучно редуковани и дисперговани калцијум-хидроксиапатит

Кораци нано-ХАП синтезе:

40 мЛ раствора 0,32 М Ца (НО₃)₂ · 4Х₂О је припремљен у малој чаши. пХ раствора је затим подешен на 9,0 са приближно 2,5 мЛ НХ₄ОХ. Решење је соникирано са УП50Х при подешавању амплитуде од 100% током 1 сата.
На крају првог сата 60 мЛ раствора 0,19 М [КХ₂ПО₄] је затим полако додаван у капима у први раствор док је био подвргнут ултразвучном зрачењу другог сата. Током процеса мешања, пХ вредност је проверена и одржавана на 9, док је однос Ца/П одржаван на 1,67. Раствор је затим филтриран коришћењем центрифугирања (~2000 г), након чега је добијени бели талог пропорциониран у више узорака за термичку обраду.
Присуство ултразвука у поступку синтезе пре термичке обраде има значајан утицај на формирање почетних прекурсора нано-ХАП честица. Ово је због тога што је величина честица повезана са нуклеацијом и обрасцем раста материјала, што је заузврат повезано са степеном супер засићености унутар течне фазе.
Поред тога, и величина честица и њихова морфологија могу се директно утицати током овог процеса синтезе. Ефекат повећања снаге ултразвука са 0 на 50В показао је да је могуће смањити величину честица пре термичке обраде.
Повећана снага ултразвука која се користи за озрачивање течности показала је да се производи већи број мехурића/кавитација. Ово је заузврат произвело више места нуклеације и као резултат тога честице формиране око ових места су мање. Штавише, честице изложене дужим периодима ултразвучног зрачења показују мање агломерације. Каснији ФЕСЕМ подаци су потврдили смањену агломерацију честица када се користи ултразвук током процеса синтезе.
Нано-ХАп честице у нанометарском опсегу величине и сферној морфологији произведене су техником влажне хемијске преципитације у присуству ултразвука. Утврђено је да кристална структура и морфологија добијених нано-ХАП прахова зависе од снаге извора ултразвучног зрачења и накнадног термичког третмана који се користи. Било је очигледно да је присуство ултразвука у процесу синтезе подстакло хемијске реакције и физичке ефекте који су касније произвели ултрафине нано-ХАп прахове након термичке обраде.

ХАп синтеза преко ултразвучног сол-гел пута

Ултразвучно потпомогнут сол-гел пут за синтезу наноструктурираних ХАп честица:
Материјал:
– реактанти: калцијум нитрат Ца(НО₃)₂, ди-амонијум хидроген фосфат (НХ₄)₂ХПО₄, Натријум хидроксид НаОХ;
– 25 мл епрувете

1. Растворити Ца(НО₃)₂ и (НХ₄)₂ХПО₄ у дестилованој води (моларни однос калцијума и фосфора: 1,67)
2. Додајте мало НаОХ у раствор да задржите пХ око 10.
3. Ултразвучни третман са УП100Х (сонотрода МС10, амплитуда 100%)

• Хидротермалне синтезе су спроведене на 150 ° Ц током 24 сата у електричној пећи.
• Након реакције, кристални ХАп се може сакупити центрифугирањем и испирањем дејонизованом водом.
• Анализа добијеног ХАп нанопраха микроскопијом (СЕМ, ТЕМ,) и/или спектроскопијом (ФТ-ИР). Синтетизоване ХАп наночестице показују високу кристалност. Може се уочити различита морфологија у зависности од времена соникације. Дужа соникација може довести до уједначених ХАп наношипова са високим односом ширине и висине кристалности. [цп. Манафи и др. 2008]

Модификација ХАп

Због своје крхкости, примена чистог ХАп-а је ограничена. У истраживању материјала уложено је много напора да се ХАп модификује полимерима пошто је природна кост композит који се углавном састоји од кристала ХАп нано величине, игличастих (чини око 65 теж% кости). Ултразвучна модификација ХАп-а и синтеза композита са побољшаним карактеристикама материјала нуди многоструке могућности (погледајте неколико примера у наставку).

Практични примери:

Силвер Цоатед ХАп

Игнатев и сарадници (2013) развили су биосинтетичку методу где су наночестице сребра (АгНп) депоноване на ХАп да би се добио ХАп премаз са антибактеријским својствима и да би се смањио цитотоксични ефекат. За деагломерацију сребрних наночестица и за њихову седиментацију на хидроксиапатиту, Хиелсцхер УП400С је коришћен.

Подешавање магнетне мешалице и ултразвучног апарата УП400С је коришћен за препарат Хап пресвучен сребром [Игнатев ет ал 2013]

Наши моћни ултразвучни уређаји су поуздани алати за третирање честица субмикронских и нано-величина. Било да желите да синтетишете, диспергујете или функционализујете честице у малим епруветама у сврху истраживања или требате да третирате велике количине нано-прашкасте суспензије за комерцијалну производњу – Хиелсцхер нуди одговарајући ултрасоникатор за ваше захтеве!