การสังเคราะห์ Sono ของ Nano-Hydroxyapatite
ไฮดรอกซีอะพาไทต์ (HA หรือ HAp) เป็นเซรามิกที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่พบบ่อยเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์เนื่องจากมีโครงสร้างคล้ายกับวัสดุกระดูก การสังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิกช่วย (การสังเคราะห์โซโน) ของไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นเทคนิคที่ประสบความสําเร็จในการผลิต HAp ที่มีโครงสร้างนาโนด้วยมาตรฐานคุณภาพสูงสุด เส้นทางอัลตราโซนิกช่วยให้สามารถผลิต HAp แบบนาโนผลึกและอนุภาคดัดแปลงเช่นนาโนสเฟียร์เปลือกแกนและคอมโพสิต
ไฮดรอกซีอะพาไทต์: แร่ธาตุอเนกประสงค์
ในทางการแพทย์ HAp ที่มีรูพรุนโครงสร้างนาโนเป็นวัสดุที่น่าสนใจสําหรับการใช้งานกระดูกเทียม เนื่องจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีในการสัมผัสกระดูกและองค์ประกอบทางเคมีที่คล้ายคลึงกันกับวัสดุกระดูกเซรามิก HAp ที่มีรูพรุนจึงพบว่ามีการใช้งานอย่างมหาศาลในการใช้งานทางชีวการแพทย์รวมถึงการสร้างเนื้อเยื่อกระดูกการเพิ่มจํานวนของเซลล์และการส่งยา
"ในวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก ได้มีการนำไปใช้เป็นวัสดุเติมเต็มสำหรับความบกพร่องของกระดูกและการเสริมสร้าง เป็นวัสดุปลูกถ่ายกระดูกเทียม และในการผ่าตัดแก้ไขอวัยวะเทียม พื้นที่ผิวที่สูงของมันนำไปสู่การนำทางของเซลล์กระดูกและการดูดซึมกลับที่ยอดเยี่ยม ส่งผลให้เกิดการงอกของกระดูกอย่างรวดเร็ว” [Soypan et al. 2007] ดังนั้น รากฟันเทียมสมัยใหม่หลายชนิดจึงถูกเคลือบด้วยไฮดรอกซีลาพไตต์
การประยุกต์ใช้ไมโครคริสตัลไลน์ไฮดรอกซีลาพาไทต์ที่มีแนวโน้มอีกประการหนึ่งคือการใช้เป็น “การสร้างกระดูก” เสริมอาหารที่มีการดูดซึมที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับแคลเซียม
นอกเหนือจากการใช้เป็นวัสดุซ่อมแซมกระดูกและฟันแล้วการใช้งานอื่น ๆ ของ HAp ยังสามารถพบได้ในตัวเร่งปฏิกิริยาการผลิตปุ๋ยเป็นสารประกอบในผลิตภัณฑ์ยาในการใช้งานโครมาโตกราฟีโปรตีนและกระบวนการบําบัดน้ํา
Power Ultrasound: เอฟเฟกต์และผลกระทบ
เมื่อแรงสุดขั้วเหล่านี้ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการยุบตัวของฟองอากาศขยายตัวในตัวกลางที่โซนิคอนุภาคและหยดน้ําจะได้รับผลกระทบ – ส่งผลให้เกิดการชนกันระหว่างอนุภาคเพื่อให้ของแข็งแตก ด้วยเหตุนี้จึงสามารถลดขนาดอนุภาคเช่นการกัดการแยกตัวเป็นก้อนและการกระจายตัว อนุภาคสามารถย่อยสลายได้เป็นขนาดย่อยและนาโน
นอกเหนือจากผลกระทบทางกลแล้ว sonication ที่ทรงพลังสามารถสร้างอนุมูลอิสระ เฉือนโมเลกุล และเปิดใช้งานพื้นผิวอนุภาค ปรากฏการณ์เหล่านี้เรียกว่าโซโนเคมี
โซโนสังเคราะห์
การบําบัดด้วยอัลตราโซนิกของสารละลายส่งผลให้อนุภาคละเอียดมากมีการกระจายตัวอย่างสม่ําเสมอเพื่อให้เกิดไซต์นิวเคลียสสําหรับการตกตะกอนมากขึ้น
อนุภาค HAp ที่สังเคราะห์ภายใต้อัลตราโซนิกแสดงระดับการรวมตัวกันลดลง แนวโน้มที่ต่ํากว่าในการรวมตัวกันของ HAp ที่สังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิกได้รับการยืนยัน เช่น โดยการวิเคราะห์ FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) ของ Poinern et al. (2009)
อัลตราซาวนด์ช่วยและส่งเสริมปฏิกิริยาทางเคมีโดยการโพรงอากาศอัลตราโซนิกและผลกระทบทางกายภาพที่มีอิทธิพลโดยตรงต่อสัณฐานวิทยาของอนุภาคในช่วงการเจริญเติบโต ประโยชน์หลักของอัลตราโซนิกที่ส่งผลให้การเตรียมสารผสมปฏิกิริยาละเอียดยิ่งคือ
- 1) เพิ่มความเร็วในการตอบสนอง
- 2) ลดเวลาในการประมวลผล
- 3) การปรับปรุงโดยรวมในการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
Poinern et al. (2011) ได้พัฒนาเส้นทางเคมีเปียกที่ใช้แคลเซียมไนเตรตตระไฮเดรต (Ca[NO3]2 · 4H2O) และโพแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต (KH2PO4) เป็นสารตั้งต้นหลัก สําหรับการควบคุมค่า pH ระหว่างการสังเคราะห์ ได้เติมแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ (NH4OH)
โปรเซสเซอร์อัลตราซาวนด์เป็น UP50H (50 W, 30 kHz, MS7 Sonotrode พร้อมเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 มม.) จาก Hielscher Ultrasonics
ขั้นตอนการสังเคราะห์ nano-HAP:
สารละลาย 40 มล. ของ 0.32M Ca(NO3)2 · 4 ชม.2O ถูกเตรียมไว้ในบีกเกอร์ขนาดเล็ก จากนั้นปรับ pH ของสารละลายเป็น 9.0 โดยมี NH ประมาณ 2.5 มล.4โอ้ สารละลายถูก sonicated ด้วย UP50H ที่ 100% amp การตั้งค่าความสว่างเป็นเวลา 1 ชั่วโมง
เมื่อสิ้นสุดชั่วโมงแรกสารละลาย 60 มล. ขนาด 0.19M [KH2ป.ป.4] จากนั้นค่อยๆ เพิ่มหยดลงในสารละลายแรกในขณะที่ผ่านการฉายรังสีอัลตราโซนิกเป็นเวลาสองชั่วโมง ในระหว่างกระบวนการผสม ค่า pH จะถูกตรวจสอบและรักษาไว้ที่ 9 ในขณะที่อัตราส่วน Ca/P อยู่ที่ 1.67 จากนั้นสารละลายจะถูกกรองโดยใช้การหมุนเหวี่ยง (~ 2000 กรัม) หลังจากนั้นการตกตะกอนสีขาวที่ได้จะถูกจัดสัดส่วนเป็นตัวอย่างจํานวนหนึ่งสําหรับการอบชุบด้วยความร้อน
การปรากฏตัวของอัลตราซาวนด์ในขั้นตอนการสังเคราะห์ก่อนการบําบัดด้วยความร้อนมีอิทธิพลอย่างมากในการสร้างสารตั้งต้นของอนุภาคนาโน-HAP เริ่มต้น นี่เป็นเพราะขนาดอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียสและรูปแบบการเจริญเติบโตของวัสดุ ซึ่งเกี่ยวข้องกับระดับความอิ่มตัวของซุปเปอร์ภายในเฟสของเหลว
นอกจากนี้ ทั้งขนาดอนุภาคและสัณฐานวิทยาอาจได้รับอิทธิพลโดยตรงในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์นี้ ผลของการเพิ่มกําลังอัลตราซาวนด์จาก 0 เป็น 50W แสดงให้เห็นว่าสามารถลดขนาดอนุภาคก่อนการอบชุบด้วยความร้อนได้
พลังอัลตราซาวนด์ที่เพิ่มขึ้นที่ใช้ในการฉายรังสีของเหลวบ่งชี้ว่ามีการผลิตฟองอากาศ/โพรงอากาศจํานวนมากขึ้น สิ่งนี้ทําให้เกิดไซต์นิวเคลียสมากขึ้น และส่งผลให้อนุภาคที่เกิดขึ้นรอบๆ ไซต์เหล่านี้มีขนาดเล็กลง นอกจากนี้อนุภาคที่สัมผัสกับการฉายรังสีอัลตราโซนิกเป็นเวลานานแสดงการรวมตัวกันน้อยลง ข้อมูล FESEM ที่ตามมาได้ยืนยันการรวมตัวของอนุภาคที่ลดลงเมื่อใช้อัลตราซาวนด์ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์
อนุภาคนาโน-HAp ในช่วงขนาดนาโนเมตรและสัณฐานวิทยาทรงกลมถูกผลิตขึ้นโดยใช้เทคนิคการตกตะกอนทางเคมีแบบเปียกในที่ที่มีอัลตราซาวนด์ พบว่าโครงสร้างผลึกและสัณฐานวิทยาของผงนาโน HAP ที่ได้นั้นขึ้นอยู่กับพลังของแหล่งกําเนิดรังสีอัลตราโซนิกและการบําบัดด้วยความร้อนในภายหลังที่ใช้ เห็นได้ชัดว่าการปรากฏตัวของอัลตราซาวนด์ในกระบวนการสังเคราะห์ส่งเสริมปฏิกิริยาทางเคมีและผลกระทบทางกายภาพที่ต่อมาผลิตผงนาโน HAp ที่ละเอียดเป็นพิเศษหลังจากการอบชุบด้วยความร้อน
- แร่ธาตุแคลเซียมฟอสเฟตอนินทรีย์หลัก
- ความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูง
- การย่อยสลายทางชีวภาพช้า
- กระดูกนําไฟฟ้า
- ปลอดสารพิษ
- ไม่สร้างภูมิคุ้มกัน
- สามารถใช้ร่วมกับโพลีเมอร์และ/หรือแก้วได้
- เมทริกซ์โครงสร้างการดูดซึมที่ดีสําหรับโมเลกุลอื่น ๆ
- ทดแทนกระดูกที่ดีเยี่ยม
เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ UP50H
การสังเคราะห์ HAp ผ่านเส้นทางอัลตราโซนิก Sol-Gel
เส้นทางโซลเจลช่วยอัลตราโซนิกสําหรับการสังเคราะห์อนุภาค HAp ที่มีโครงสร้างนาโน:
วัตถุ:
– สารตั้งต้น: แคลเซียมไนเตรต Ca (NO3)2, ไดแอมโมเนียมไฮโดรเจนฟอสเฟต (NH4)2เอชพีโอ4, โซเดียมไฮดรอกซิด NaOH ;
– หลอดทดลอง 25 มล.
- ละลาย Ca (NO3)2 และ (NH4)2เอชพีโอ4 ในน้ํากลั่น (อัตราส่วนโมลาร์แคลเซียมต่อฟอสฟอรัส: 1.67)
- เติม NaOH ลงในสารละลายเพื่อรักษาค่า pH ไว้ประมาณ 10
- การรักษาด้วยอัลตราโซนิกด้วย UP100H (sonotrode MS10 แอมพลิจูด 100%)
- การสังเคราะห์ความร้อนใต้น้ําดําเนินการที่อุณหภูมิ 150°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมงในเตาอบไฟฟ้า
- หลังจากปฏิกิริยา HAp ผลึกสามารถเก็บเกี่ยวได้โดยการหมุนเหวี่ยงและล้างด้วยน้ําปราศจากไอออน
- การวิเคราะห์ผงนาโน HAp ที่ได้รับโดยกล้องจุลทรรศน์ (SEM, TEM) และ/หรือสเปกโทรสโกปี (FT-IR) อนุภาคนาโน HAp ที่สังเคราะห์แสดงความเป็นผลึกสูง สามารถสังเกตสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันได้ขึ้นอยู่กับเวลาของ sonication การ sonication ที่ยาวนานขึ้นสามารถนําไปสู่ nanorods HAp ที่สม่ําเสมอด้วยอัตราส่วนภาพสูงและความเป็นผลึกสูงเป็นพิเศษ [cp. Manafi et al. 2008]
การดัดแปลง HAp
เนื่องจากความเปราะบางการใช้ HAp บริสุทธิ์จึงมีจํากัด ในการวิจัยวัสดุมีความพยายามหลายอย่างในการดัดแปลง HAp ด้วยโพลีเมอร์เนื่องจากกระดูกธรรมชาติเป็นคอมโพสิตส่วนใหญ่ประกอบด้วยผลึก HAp ขนาดนาโนคล้ายเข็ม (คิดเป็นประมาณ 65wt% ของกระดูก) การดัดแปลง HAp ด้วยอัลตราโซนิกและการสังเคราะห์คอมโพสิตที่มีลักษณะของวัสดุที่ได้รับการปรับปรุงมีความเป็นไปได้มากมาย (ดูตัวอย่างด้านล่าง)
ตัวอย่างที่นําไปใช้ได้จริง:
การสังเคราะห์นาโน-HAp
การสังเคราะห์เจลันไทน์-ไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Gel-HAp)
สารละลายทั้งหมดถูก sonicated เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ค่า pH ได้รับการตรวจสอบและรักษาไว้ที่ pH 9 ตลอดเวลา และปรับอัตราส่วน Ca/P เป็น 1.67 การกรองตะกอนสีขาวทําได้โดยการหมุนเหวี่ยงส่งผลให้เกิดสารละลายหนา ตัวอย่างต่างๆ ได้รับการอบชุบด้วยความร้อนในเตาเผาเป็นเวลา 2 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 100, 200, 300 และ 400 °C ด้วยเหตุนี้จึงได้ผง Gel-HAp ในรูปแบบเม็ดซึ่งบดเป็นผงละเอียดและมีลักษณะเป็น XRD, FE-SEM และ FT-IR ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าอัลตราโซนิกที่ไม่รุนแรงและการมีเจลาตินในระหว่างระยะการเจริญเติบโตของ HAp ส่งเสริมการยึดเกาะที่ลดลง ซึ่งจะส่งผลให้อนุภาคนาโน Gel – HAp มีขนาดเล็กลงและก่อตัวเป็นทรงกลมปกติ การ sonication ที่อ่อนโยนช่วยในการสังเคราะห์อนุภาค Gel - HAp ขนาดนาโนเนื่องจากผลการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราโซนิก เอไมด์และคาร์บอนิลสปีดจากเจลาตินจะยึดติดกับอนุภาคนาโน HAp ในระหว่างระยะการเจริญเติบโตผ่านปฏิสัมพันธ์ช่วยโซโนเคมี
[Brundavanam และคณะ 2011]
การสะสมของ HAp บนเกล็ดเลือดไทเทเนียม
HAp เคลือบเงิน
การตั้งค่าเครื่องกวนแม่เหล็กและเครื่องอัลตราโซนิก ยูพี 400 เอส ใช้สําหรับการเตรียม Hap เคลือบเงิน [Ignatev et al 2013]
อุปกรณ์อัลตราโซนิกอันทรงพลังของเราเป็นเครื่องมือที่เชื่อถือได้ในการรักษาอนุภาคในช่วงขนาดย่อยไมครอนและนาโน ไม่ว่าคุณจะต้องการสังเคราะห์ กระจายตัว หรือทําให้อนุภาคในหลอดขนาดเล็กเพื่อการวิจัย หรือคุณต้องการบําบัดสารละลายนาโนผงในปริมาณมากสําหรับการผลิตเชิงพาณิชย์ – Hielscher เสนอเครื่องอัลตราโซนิกที่เหมาะสมสําหรับความต้องการของคุณ!
โฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิก ยูพี 400 เอส
วรรณกรรม/อ้างอิง
- บรันดาวานัม, RK; จินาก, ZT, แชปแมน, พี.; เล, เอ็กซ์ที; มอนดิอส, N.; ฟอว์เซ็ตต์, ดี.; Poinern, GEJ (2011): ผลของเจลาตินเจือจางต่อการสังเคราะห์ด้วยความร้อนแบบอัลตราโซนิกของนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์ อัลตราโซน. โซโนเคม. 18, 2011. 697-703.
- เซนกิซ, บี.; ก็อกเซ่, วาย.; ยิลดิซ, N.; อัคตัส, Z.; Calimli, A. (2008): การสังเคราะห์และการกําหนดลักษณะของอนุภาคนาโนไฮโดรยาพาไทต์ คอลลอยด์และพื้นผิว A: ฟิสิกเคมี Eng. แง่มุม 322; 2008. 29-33.
- อิกนาเตฟ, เอ็ม.; ไรบัค, ที.; โคโลนจ์ส จี.; ชาร์ฟฟ์, ดับเบิลยู.; Marke, S. (2013): การเคลือบไฮดรอกซีอะพาไทต์พ่นพลาสม่าด้วยอนุภาคนาโนเงิน Acta Metallurgica Slovaca, 19/1; 2013. 20-29.
- เจฟติชนา, เอ็ม.; ราดูโลวิช, เอ.; อิกญาโตวิช a, N.; มิตริชบ, เอ็ม.; Uskoković, D. (2009): การควบคุมการประกอบของโพลี (d, l-lactide-co-glycolide) / นาโนสเฟียร์แกนเปลือกไฮดรอกซีอะพาไทต์ภายใต้การฉายรังสีอัลตราโซนิก Acta Biomaterialia 5/1; 2009. 208–218.
- คูสรินี, พุดเจียสตูติ, AR; Astutiningsih, S.; Harjanto, S. (2012): การเตรียม Hydroxyapatite จากกระดูกวัวโดยวิธีการผสมผสานระหว่างอัลตราโซนิกและการอบแห้งแบบสเปรย์ นานาชาติคอนเฟอเรชั่น on Chemical, Bio-Chemical and Environmental Sciences (ICBEE'2012) สิงคโปร์, 14-15 ธันวาคม 2012
- มานาฟี, S.; Badiee, SH (2008): ผลของอัลตราโซนิกต่อความเป็นผลึกของนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์ด้วยวิธีทางเคมีเปียก Ir J Pharma Sci 4/2; 2008. 163-168
- Ozhukil Kollatha, V.; เชนซ์, คิว.; คลอสเซ็ตบ์, อาร์.; ลุยทีน่า, เจ.; เทรนแนบ, เค.; มัลเลนซ่า, เอส.; บอคคาซินิก, AR; Clootsb, R. (2013): การสะสมด้วยไฟฟ้า AC กับ DC ของ Hydroxyapatite บนไทเทเนียม วารสารสมาคมเซรามิกยุโรป 33; 2013. 2715–2721.
- โพเอเนิร์น, GEJ; บรันดาวานัม, RK; Thi Le, X.; Fawcett, D. (2012): คุณสมบัติทางกลของเซรามิกที่มีรูพรุนที่ได้จากผงไฮดรอกซีอะพาไทต์ขนาดอนุภาคขนาด 30 นาโนเมตรสําหรับการใช้งานทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อแข็งที่มีศักยภาพ วารสารวิศวกรรมชีวการแพทย์อเมริกัน 2/6; 2012. 278-286.
- โพเนิร์น, จีเจ; บรันดาวานัม, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; โพรคิก, เอ็ม.; Fawcett, D. (2011): อิทธิพลทางความร้อนและอัลตราโซนิกในการก่อตัวของไบโอเซรามิกไฮดรอกซีอะพาไทต์ระดับนาโนเมตร วารสารนาโนเวชศาสตร์นานาชาติ 6; 2011. 2083–2095.
- โพเนิร์น, จีเจ; บรันดาวานัม, RK; มอนดิอส, N.; เจียง, ZT (2009): การสังเคราะห์และการกําหนดลักษณะของนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์โดยใช้วิธีการช่วยอัลตราซาวนด์ อัลตราโซนิกส์โซโนเคมี, 16 /4; 2009. 469- 474.
- กระทะถั่วเหลือง, I.; เมล, เอ็ม.; ราเมช, เอส.; Khalid, KA: (2007): ไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่มีรูพรุนสําหรับการใช้งานกระดูกเทียม 8. วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของวัสดุขั้นสูง 2007. 116.
- Suslick, KS (1998): สารานุกรมเทคโนโลยีเคมี Kirk-Othmer; ฉบับที่ 4 เจ. ไวลีย์ & ลูกชาย: นิวยอร์ก ฉบับที่ 26 ปี 1998 517-541.
อุปกรณ์อัลตราโซนิก UIP1500hd ด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่าน

