รากฟันเทียมที่มีโครงสร้างนาโน Sonochemical ปรับปรุงการรวมตัวของกระดูก

รากฟันเทียม อวัยวะเทียมออร์โธปิดิกส์ และรากฟันเทียมทําจากไททาเนียมและโลหะผสมเป็นหลัก Sonication ใช้เพื่อสร้างพื้นผิวที่มีโครงสร้างนาโนบนรากฟันเทียมโลหะ โครงสร้างนาโนอัลตราโซนิกช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนพื้นผิวโลหะสร้างรูปแบบขนาดนาโนที่กระจายอย่างสม่ําเสมอบนพื้นผิวรากฟันเทียม รากฟันเทียมโลหะที่มีโครงสร้างนาโนเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญและการรวมตัวของกระดูกซึ่งนําไปสู่อัตราความสําเร็จทางคลินิกที่ดีขึ้น

รากฟันเทียมโครงสร้างนาโนอัลตราโซนิกเพื่อการบูรณาการ Osseo ที่ดีขึ้น

การใช้โลหะ รวมถึงไททาเนียมและโลหะผสม เป็นที่แพร่หลายในการผลิตรากฟันเทียมออร์โธปิดิกส์และทันตกรรม เนื่องจากคุณสมบัติพื้นผิวที่ดี ทําให้สามารถสร้างส่วนต่อประสานที่เข้ากันได้ทางชีวภาพกับเนื้อเยื่อรอบรากฟันเทียม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของรากฟันเทียมเหล่านี้ จึงมีการพัฒนากลยุทธ์เพื่อปรับเปลี่ยนลักษณะของอินเทอร์เฟซนี้โดยใช้การเปลี่ยนแปลงระดับนาโนบนพื้นผิว การดัดแปลงดังกล่าวมีอิทธิพลอย่างโดดเด่นต่อประเด็นสําคัญ รวมถึงการดูดซับโปรตีน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์และพื้นผิวรากฟันเทียม (ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์กับสารตั้งต้น) และการพัฒนาเนื้อเยื่อโดยรอบในภายหลัง ด้วยวิศวกรรมการเปลี่ยนแปลงระดับนาโนเมตรเหล่านี้อย่างแม่นยํานักวิทยาศาสตร์ตั้งเป้าที่จะเพิ่มการบูรณาการทางชีวภาพและประสิทธิภาพโดยรวมของรากฟันเทียมซึ่งนําไปสู่ผลลัพธ์ทางคลินิกที่ดีขึ้นในด้านรากฟันเทียม
 

โปรโตคอลสําหรับโครงสร้างนาโนอัลตราโซนิกของรากฟันเทียมไทเทเนียม

การศึกษาวิจัยหลายชิ้นได้แสดงให้เห็นถึงโครงสร้างนาโนที่เรียบง่าย แต่มีประสิทธิภาพสูงของพื้นผิวไททาเนียมและโลหะผสมโดยใช้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูง การรักษาด้วยโซโนเคมี (เช่น การรักษาด้วยอัลตราซาวนด์) นําไปสู่การก่อตัวของชั้นไททาเนียหยาบของโครงสร้างคล้ายฟองน้ํา ซึ่งแสดงให้เห็นว่าช่วยเพิ่มการแพร่กระจายของเซลล์ได้อย่างมีนัยสําคัญ
โครงสร้างพื้นผิวไทเทเนียมผ่านการบําบัดด้วยโซโนเคมี: ตัวอย่างไทเทเนียมขนาด 20 × 20 × 0.5 มม. ได้รับการขัดเงาและล้างด้วยน้ําปราศจากไอออน อะซิโตน และเอทานอลติดต่อกันเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อน หลังจากนั้นตัวอย่างไทเทเนียมได้รับการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกในสารละลาย NaOH ขนาด 5 ม. โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher UIP1000hd ที่ทํางานที่ 20 kHz (ดูภาพซ้าย) เครื่องโซนิคเตอร์ติดตั้ง sonotrode BS2d22 (พื้นที่ผิวของปลาย 3.8 cm2) และบูสเตอร์ B4-1.4 ขยายแอมพลิจูดการทํางาน 1.4 เท่า แอมพลิจูดเชิงกลคือ ≈81 μm ความเข้มที่สร้างขึ้นคือ 200 W cm−2 กําลังไฟฟ้าเข้าสูงสุดคือ 760 W อันเป็นผลมาจากการคูณความเข้มกับพื้นที่ด้านหน้า (3.8 cm2) ของ sonotrode BS2d22 ที่ใช้แล้ว ตัวอย่างไทเทเนียมได้รับการแก้ไขในที่ยึดเทฟลอนแบบโฮมเมดและผ่านการบําบัดเป็นเวลา 5 นาที
(อ้างอิง Ulasevich et al., 2020)
 

สัณฐานวิทยาของพื้นผิวไททาเนียมที่บริสุทธิ์ (a) พื้นผิว mesoporous titania (TMS) ที่ประดิษฐ์ขึ้นด้วยโซโนเคมี (TMS) มุมมองด้านบนและหน้าตัด (b) และมุมมองด้านบนและหน้าตัดของท่อนาโนไททาเนีย (TNT) ที่ได้จากการออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้า (c) การแทรกแสดงโครงร่างของโครงสร้างนาโนพื้นผิว โครงร่างแสดงการสะสมของไฮดรอกซีอะพาไทต์ (HA) เข้าไปในรูพรุนของเมทริกซ์ไททาเนีย (df) ภาพ SEM ของพื้นผิวไททาเนียมโครงสร้างนาโนโซโนเคมี (TMS) และ TNT ที่มี HA : TMS-HA (g) และ TNT-HA (h) ตามลําดับ
(การศึกษาและรูปภาพ: ©Kuvyrkov et al., 2020)

กลไกของโครงสร้างนาโนอัลตราโซนิกของพื้นผิวโลหะ

การรักษาด้วยอัลตราโซนิกของพื้นผิวโลหะนําไปสู่การแกะสลักเชิงกลของพื้นผิวไททาเนียมซึ่งทําให้เกิดโครงสร้าง mesoporous บนไททาเนียม
กลไกของกลไกอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับโพรงอากาศอะคูสติก ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์ความถี่ต่ําความเข้มสูงถูกจับคู่เป็นของเหลว เมื่ออัลตราซาวนด์กําลังสูงเดินทางผ่านของเหลวรอบความดันสูง / แรงดันต่ําสลับกันจะถูกสร้างขึ้น ในระหว่างรอบความดันต่ําฟองสูญญากาศนาทีสิ่งที่เรียกว่าฟองอากาศเกิดขึ้นในของเหลว ฟองอากาศเหล่านี้เติบโตตามรอบความดันหลายรอบจนกว่าจะไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีก เมื่อถึงจุดของการเจริญเติบโตของฟองสบู่สูงสุดฟองอากาศจะระเบิดด้วยการระเบิดที่รุนแรงและสร้างสภาพแวดล้อมขนาดเล็กที่มีพลังงานหนาแน่นสูง สนามที่มีพลังงานหนาแน่นของการโพรงอากาศอะคูสติก / อัลตราโซนิกมีลักษณะด้วยความดันสูงและความแตกต่างของอุณหภูมิที่แสดงความดันสูงถึง 2,000 atm และอุณหภูมิประมาณ 5000 K ไอพ่นของเหลวความเร็วสูงที่มีความเร็วสูง 280 ม./วินาทีและคลื่นกระแทก เมื่อโพรงอากาศดังกล่าวเกิดขึ้นใกล้กับพื้นผิวโลหะไม่เพียง แต่แรงเชิงกลเท่านั้น แต่ยังเกิดปฏิกิริยาเคมีด้วย
ในสภาวะเหล่านี้ปฏิกิริยารีดอกซ์จะเกิดขึ้นซึ่งนําไปสู่ปฏิกิริยาออกซิเดชันและการก่อตัวของชั้นไททาเนีย นอกเหนือจากการสร้างสายพันธุ์ออกซิเจนที่ทําปฏิกิริยา (ROS) ที่ออกซิไดซ์พื้นผิวไททาเนียมแล้วปฏิกิริยาลดออกซิเดชันที่สร้างขึ้นด้วยอัลตราโซนิกยังช่วยการแกะสลักพื้นผิวที่มีประสิทธิภาพซึ่งส่งผลให้ได้ชั้นไททาเนียมไดออกไซด์หนา 1 μm ซึ่งหมายความว่าไททาเนียมไดออกไซด์ละลายบางส่วนในสารละลายอัลคาไลน์ทําให้เกิดรูขุมขนกระจายอย่างไม่เป็นระเบียบ
วิธีการโซโนเคมีนําเสนอที่รวดเร็วและหลากหลายสําหรับการผลิตวัสดุที่มีโครงสร้างนาโนทั้งอนินทรีย์และอินทรีย์ซึ่งมักไม่สามารถทําได้ด้วยวิธีการทั่วไป ข้อได้เปรียบที่สําคัญของเทคนิคนี้คือการแพร่กระจายของโพรงอากาศทําให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิในท้องถิ่นขนาดใหญ่ในของแข็งส่งผลให้วัสดุมีชั้นมีรูพรุนและโครงสร้างนาโนที่ไม่เป็นระเบียบในสภาพห้อง นอกจากนี้การฉายรังสีอัลตราซาวนด์ภายนอกยังสามารถใช้เพื่อกระตุ้นการปล่อยโมเลกุลชีวภาพที่ห่อหุ้มผ่านรูพรุนในการเคลือบโครงสร้างนาโน
 

ภาพแผนผังของเซลล์ sonication (a), แผนผังของกระบวนการจัดโครงสร้างพื้นผิวที่เกิดขึ้นระหว่างการรักษาอัลตราโซนิกของพื้นผิวไทเทเนียมในสารละลายอัลคาไลน์ในน้ํา (b) และพื้นผิวที่เกิดขึ้น (c), ภาพถ่ายของรากฟันเทียมไทเทเนียม (d): สีเขียว (ตัวอย่างด้านซ้ายในมือ) เป็นการปลูกถ่ายหลังจากการรักษาด้วยอัลตราโซนิกสีเหลือง (ตัวอย่างอยู่ทางด้านขวา) เป็นรากฟันเทียมที่ไม่ดัดแปลง
(การศึกษาและรูปภาพ: ©Kuvyrkov et al., 2020)

เครื่องสะท้อนเสียงประสิทธิภาพสูงสําหรับโครงสร้างนาโนพื้นผิวรากฟันเทียมโลหะ

Hielscher Ultrasonics นําเสนอเครื่องสะท้อนเสียงเต็มรูปแบบสําหรับการใช้งานนาโนเช่นโครงสร้างนาโนของพื้นผิวโลหะ (เช่นไทเทเนียมและโลหะผสม) ขึ้นอยู่กับวัสดุพื้นที่ผิวและปริมาณการผลิตของรากฟันเทียม Hielscher นําเสนอเครื่อง sonicator และ sonotrode (โพรบ) ที่เหมาะสําหรับการใช้งานโครงสร้างนาโนของคุณ
ข้อได้เปรียบหลักประการหนึ่งของเครื่องสะท้อนเสียง Hielscher คือการควบคุมแอมพลิจูดที่แม่นยําและความสามารถในการส่งมอบแอมพลิจูดที่สูงมากในการทํางานต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน แอมพลิจูดซึ่งเป็นการกระจัดของโพรบอัลตราโซนิกมีหน้าที่รับผิดชอบต่อความเข้มของคลื่นเสียง) ดังนั้นจึงเป็นพารามิเตอร์ที่สําคัญของการรักษาด้วยอัลตราโซนิกที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs

รูปแบบ XRD ของการเคลือบไททาเนียที่ประดิษฐ์ขึ้นโดยการบําบัดด้วยความร้อนของไททาเนียมขัดเงา (a) และไทเทเนียมขัดเงาที่ผ่านการบําบัดด้วยโซโนเคมี (b); ภาพ SEM ของพื้นผิวไทเทเนียมขัดเงา (c) และพื้นผิวไททาเนียมไดออกไซด์ที่มีรูปร่างคล้ายกันที่สร้างขึ้นทางโซโนเคมี (d) Sonication ดําเนินการโดยใช้เครื่อง sonicator UIP1000hdT
(การศึกษาและภาพ: ©Kuvyrkov et al., 2018)