Nano-gidroksiapatitning sono-sintezi

Gidroksiapatit (HA yoki HAp) suyak materialiga o'xshash tuzilishi tufayli tibbiy maqsadlarda tez-tez uchraydigan bioaktiv keramika hisoblanadi. Gidroksiapatitning ultratovush yordamida sintezi (sono-sintezi) eng yuqori sifat standartlarida nanostrukturali HAp ishlab chiqarishning muvaffaqiyatli usuli hisoblanadi. Ultrasonik marshrut nano-kristalli HAp, shuningdek o'zgartirilgan zarralar, masalan, yadro qobig'i nanosferalari va kompozitlarni ishlab chiqarishga imkon beradi.

Gidroksiapatit: ko'p qirrali mineral

Gidroksilapatit yoki gidroksiapatit (HAp, shuningdek, HA) Ca formulali kaltsiy apatitning tabiiy mineral shaklidir.₅(PO₄)₃(OH). Kristal birlik hujayra ikkita ob'ektdan iborat ekanligini ko'rsatish uchun odatda Ca yoziladi₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Gidroksilapatit kompleks apatit guruhining gidroksil so'nggi a'zosidir. OH-ioni ftorid, xlorid yoki karbonat bilan almashtirilishi mumkin, bu esa florapatit yoki xlorapatit hosil qiladi. Olti burchakli kristall sistemada kristallanadi. HAp suyak materiali sifatida tanilgan, chunki suyakning 50% gacha bo'lgan qismi gidroksiapatitning o'zgartirilgan shaklidir.
Tibbiyotda nanostrukturali gözenekli HAp suyakni sun'iy qo'llash uchun qiziqarli materialdir. Suyak bilan aloqa qilishda yaxshi biologik muvofiqligi va suyak materialiga o'xshash kimyoviy tarkibi tufayli g'ovakli HAp keramikasi biomedikal dasturlarda, jumladan suyak to'qimasini tiklash, hujayralar ko'payishi va dori vositalarini etkazib berishda keng qo'llanilgan.
"Suyak to'qimasini muhandisligida u suyak nuqsonlari va ko'payishi, sun'iy suyak transplantatsiyasi materiali va protezni qayta ko'rib chiqish operatsiyasi uchun plomba moddasi sifatida qo'llaniladi. Uning yuqori sirt maydoni suyaklarning tez o'sishini ta'minlaydigan mukammal osteokondüktivlik va rezorbsiyaga olib keladi.” [Soypan va boshqalar. 2007] Shunday qilib, ko'plab zamonaviy implantlar gidroksilapatit bilan qoplangan.
Mikrokristalin gidroksilapatitning yana bir istiqbolli qo'llanilishi uning sifatida ishlatilishidir “suyak qurish” kaltsiyga nisbatan yuqori so'rilish bilan qo'shimcha.
Suyak va tishlar uchun ta'mirlash materiali sifatida foydalanish bilan bir qatorda, HAp ning boshqa qo'llanilishini katalizda, o'g'it ishlab chiqarishda, farmatsevtika mahsulotlarida birikma sifatida, oqsil xromatografiyasida va suvni tozalash jarayonlarida topish mumkin.

Quvvatli ultratovush: ta'siri va ta'siri

Sonikatsiya suyuq muhitga ulangan akustik maydon ishlatiladigan jarayon sifatida tavsiflanadi. Ultratovush to'lqinlari suyuqlikda tarqaladi va o'zgaruvchan yuqori bosim / past bosim davrlarini (siqilish va kamdan-kam hollarda) hosil qiladi. Noyoblanish bosqichida suyuqlikda kichik vakuumli pufakchalar yoki bo'shliqlar paydo bo'ladi, ular har xil yuqori bosim / past bosim davrlarida o'sib boradi, pufak boshqa energiyani o'zlashtira olmaguncha. Ushbu bosqichda pufakchalar siqilish bosqichida kuchli portlaydi. Bunday qabariqning qulashi paytida zarba to'lqinlari, yuqori harorat (taxminan 5000K) va bosim (taxminan 2000atm) shaklida katta miqdorda energiya chiqariladi. Bundan tashqari, bu "issiq nuqtalar” juda yuqori sovutish tezligi bilan ajralib turadi. Pufakning portlashi, shuningdek, 280 m/s gacha tezlikda suyuqlik oqimiga olib keladi. Ushbu hodisa kavitatsiya deb ataladi.
Kavitatsiya pufakchalarining qulashi paytida hosil bo'ladigan bu ekstremal kuchlar tovushli muhitda kengayganda, zarralar va tomchilar ta'sir qiladi. – zarralar orasidagi to'qnashuv natijasida qattiq parchalanadi. Shunday qilib, maydalash, deaglomeratsiya va dispersiya kabi zarrachalar hajmini kamaytirishga erishiladi. Zarrachalarni mikron- va nano-o'lchamlarga qisqartirish mumkin.
Mexanik ta'sirlardan tashqari, kuchli sonikatsiya erkin radikallarni yaratishi, molekulalarni kesishi va zarrachalar yuzalarini faollashtirishi mumkin. Ushbu hodisa sonokimyo deb nomlanadi.

sono-sintez

Atlama ultratovush bilan ishlov berish natijasida juda nozik zarrachalar teng taqsimlanadi, shuning uchun yog'ingarchilik uchun ko'proq yadrolanish joylari hosil bo'ladi.
Ultrasonikatsiya ostida sintez qilingan HAp zarralari aglomeratsiyaning pasayishi darajasini ko'rsatadi. Ultratovushli sintezlangan HAp ning aglomeratsiyasiga nisbatan past tendentsiya, masalan, Poinern va boshqalarning FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) tahlili bilan tasdiqlangan. (2009).

Ultratovush ultratovushli kavitatsiya va uning o'sish bosqichida zarrachalar morfologiyasiga bevosita ta'sir ko'rsatadigan jismoniy ta'siri orqali kimyoviy reaktsiyalarga yordam beradi va yordam beradi. Ultrasonikatsiyaning asosiy afzalliklari juda nozik reaktsiya aralashmalarini tayyorlashdir

1) reaktsiya tezligining oshishi,
2) ishlov berish vaqtini qisqartirish
3) energiyadan samarali foydalanishni umumiy yaxshilash.

Poinern va boshqalar. (2011) asosiy reaktivlar sifatida kaltsiy nitrat tetrahidrat (Ca[NO3]2 · 4H2O) va kaliy dihidrogen fosfat (KH2PO4) dan foydalanadigan nam-kimyoviy yo'lni ishlab chiqdi. Sintez paytida pH qiymatini nazorat qilish uchun ammoniy gidroksidi (NH4OH) qo'shildi.
Ultratovush protsessori edi UP50H (50 Vt, 30 kHz, MS7 Sonotrode w/ 7 mm diametrli) Hielscher Ultrasonics-dan.

Ultrasonik dispersli kaltsiy-gidroksiapatit

Ultrasonik ravishda qisqartirilgan va tarqalgan kaltsiy-gidroksiapatit

Nano-HAP sintezining bosqichlari:

40 ml 0,32 M Ca (NO₃)₂ · 4H₂O kichik stakanda tayyorlangan. Keyin eritma pH taxminan 2,5 ml NH bilan 9,0 ga o'rnatildi₄OH. Eritma bilan sonikatsiya qilindi UP50H 1 soat davomida 100% amplituda sozlamalarida.
Birinchi soat oxirida 60 ml 0,19M [KH₂PO₄] keyin ikkinchi soat ultratovush nurlanishini o'tkazgan holda birinchi probirkaga asta-sekin tomchilab qo'shildi. Aralashtirish jarayonida pH qiymati tekshirildi va 9 darajasida, Ca/P nisbati esa 1,67 da saqlangan. Keyin eritma santrifüjlash (~ 2000 g) yordamida filtrlandi, shundan so'ng hosil bo'lgan oq cho'kma issiqlik bilan ishlov berish uchun bir nechta namunalarga proporsional qilindi.
Termal ishlov berishdan oldin sintez jarayonida ultratovush mavjudligi dastlabki nano-HAP zarralari prekursorlarini shakllantirishga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Bu zarrachalar kattaligi yadrolanish va materialning o'sish shakli bilan bog'liq bo'lib, bu o'z navbatida suyuqlik fazasidagi super to'yinganlik darajasi bilan bog'liq.
Bundan tashqari, ushbu sintez jarayonida zarracha hajmi va uning morfologiyasi bevosita ta'sir qilishi mumkin. Ultratovush quvvatini 0 dan 50 Vt ga oshirish samarasi issiqlik bilan ishlov berishdan oldin zarrachalar hajmini kamaytirish mumkinligini ko'rsatdi.
Suyuqlikni nurlantirish uchun ishlatiladigan ortib borayotgan ultratovush quvvati ko'proq pufakchalar/kavitatsiyalar paydo bo'lganligini ko'rsatdi. Bu o'z navbatida ko'proq yadrolanish joylarini hosil qildi va natijada bu joylar atrofida hosil bo'lgan zarralar kichikroq bo'ladi. Bundan tashqari, ultratovush nurlanishining uzoq muddatlariga ta'sir qiladigan zarralar kamroq aglomeratsiyani ko'rsatadi. Keyingi FESEM ma'lumotlari sintez jarayonida ultratovushdan foydalanilganda zarrachalar aglomeratsiyasining kamayganligini tasdiqladi.
Nano-HAp zarralari nanometr o'lchamdagi diapazonda va sharsimon morfologiyada ultratovush ishtirokida nam kimyoviy yog'ingarchilik texnikasi yordamida ishlab chiqarilgan. Olingan nano-HAP kukunlarining kristalli tuzilishi va morfologiyasi ultratovushli nurlanish manbasining kuchiga va qo'llaniladigan keyingi termal ishlovga bog'liq ekanligi aniqlandi. Sintez jarayonida ultratovushning mavjudligi kimyoviy reaktsiyalar va fizik ta'sirlarni rag'batlantirgani, keyinchalik termal ishlov berishdan so'ng ultra nozik nano-HAp kukunlari hosil bo'lishi aniq edi.

Shisha oqim xujayrasi bilan doimiy ultratovush

Ultrasonik reaktor kamerasida sonikatsiya

Hielscher Ultrasonics g'urur bilan tibbiy kimyo bo'yicha 7-Xalqaro elektron konferentsiyaga homiylik qiladi. Taqdimotlar va ishtirok haqida ko'proq ma'lumot olish uchun bu yerni bosing!

Gidroksiapatit:

asosiy noorganik kaltsiy fosfat minerali
yuqori biomoslashuv
sekin biologik parchalanish
osteokonduktiv
Toksik bo'lmagan
immunogen bo'lmagan
polimerlar va/yoki shisha bilan birlashtirilishi mumkin
boshqa molekulalar uchun yaxshi singdirish strukturasi matritsasi
mukammal suyak o'rnini bosuvchi

Ultrasonik gomogenizatorlar HAp kabi zarrachalarni sintez qilish va funksionallashtirish uchun kuchli vositalardir.

zond tipidagi ultratovush apparati UP50H

Ultrasonik Sol-Gel marshruti orqali HAp sintezi

Nanostrukturali HAp zarralarini sintez qilish uchun ultratovushli sol-gel yo'nalishi:
Material:
– reaktivlar: kaltsiy nitrat Ca (NO₃)₂, di-ammiakli vodorod fosfat (NH₄)₂HPO₄, Natriy gidroksidi NaOH;
– 25 ml probirka

Ca (NO₃)₂ va (NH₄)₂HPO₄ distillangan suvda (kaltsiyning fosforga molyar nisbati: 1,67)
Uning pH ni 10 atrofida ushlab turish uchun eritmaga bir oz NaOH qo'shing.
Ultratovush bilan davolash UP100H (sonotrode MS10, amplituda 100%)

Gidrotermik sintezlar 150 ° C da 24 soat davomida elektr pechda o'tkazildi.
Reaktsiyadan so'ng kristalli HAp ni sentrifugalash va deionizatsiyalangan suv bilan yuvish orqali yig'ish mumkin.
Mikroskopiya (SEM, TEM,) va/yoki spektroskopiya (FT-IR) yordamida olingan HAp nano kukunini tahlil qilish. Sintezlangan HAp nanozarralari yuqori kristallik ko'rsatadi. Sonikatsiya vaqtiga qarab turli morfologiyani kuzatish mumkin. Uzunroq sonikatsiya yuqori nisbatli va ultra yuqori kristallik bilan bir xil HAp nanorodlariga olib kelishi mumkin. [kb. Manafi va boshqalar. 2008]

HAp modifikatsiyasi

Uning mo'rtligi tufayli sof HAp qo'llanilishi cheklangan. Materiallarni tadqiq qilishda HAp ni polimerlar yordamida o'zgartirish uchun ko'p harakatlar qilingan, chunki tabiiy suyak asosan nano o'lchamdagi, ignasimon HAp kristallaridan tashkil topgan kompozitdir (suyakning 65% ni tashkil qiladi). HAp ning ultratovushli modifikatsiyasi va yaxshilangan material xususiyatlariga ega kompozitlarning sintezi ko'p imkoniyatlarni taqdim etadi (quyida bir nechta misollarga qarang).

Amaliy misollar:

Nano-HAp sintezi

Poinern va boshqalarning tadqiqotida. (2009), Hielscher UP50H prob tipidagi ultrasonikator HAp ning sono-sintezi uchun muvaffaqiyatli ishlatilgan. Ultratovush energiyasining oshishi bilan HAp kristalitlarining zarrachalari hajmi kamaydi. Nanostrukturali gidroksiapatit (HAp) ultratovushli ho'l yog'ingarchilik texnikasi yordamida tayyorlangan. Ca(NO₃) va KH₂₅PO₄ werde asosiy material va NH sifatida ishlatiladi₃ cho'ktiruvchi sifatida. Ultrasonik nurlanish ostida gidrotermal yog'ingarchilik natijasida nano-o'lchamdagi HAp zarralari nanometr o'lcham oralig'ida (taxminan 30nm ± 5%) sharsimon morfologiyaga ega bo'ldi. Poinern va uning hamkasblari sono-gidrotermal sintezni tijorat ishlab chiqarishga keng ko'lamli kengaytirish qobiliyatiga ega iqtisodiy yo'l deb topdilar.

Gelantin-gidroksiapatit (Gel-HAp) sintezi

Brundavanam va hamkasblari yumshoq sonikatsiya sharoitida jelantin-gidroksiapatit (Gel-HAp) kompozitsiyasini muvaffaqiyatli tayyorladilar. Jelantin-gidroksiapatitni tayyorlash uchun 1 g jelatin 40 ° C da 1000 ml MilliQ suvda to'liq eritiladi. Keyin tayyorlangan jelatin eritmasidan 2 ml Ca2+/NH ga qo'shildi₃ aralashmasi. Aralashma sonikatsiyaga uchragan UP50H ultratovush apparati (50 Vt, 30 kHz). Sonikatsiya paytida 60ml 0,19M KH₂PO₄ aralashmaga tomchilab qo'shildi.
Butun eritma 1 soat davomida sonikatsiya qilindi. pH qiymati tekshirildi va har doim pH 9 da saqlangan va Ca/P nisbati 1,67 ga o'rnatildi. Oq cho'kmani filtrlash sentrifugalash orqali amalga oshirildi, natijada qalin atala paydo bo'ldi. Turli xil namunalar quvurli pechda 2 soat davomida 100, 200, 300 va 400 ° S haroratda issiqlik bilan ishlov berildi. Shunday qilib, nozik kukunga maydalangan va XRD, FE-SEM va FT-IR bilan tavsiflangan granulyar shakldagi Gel-HAp kukuni olindi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, HAp ning o'sish bosqichida yumshoq ultratovush va jelatin mavjudligi pastroq yopishqoqlikka yordam beradi - buning natijasida Gel-HAp nano-zarrachalari kichikroq va muntazam sharsimon shakl hosil bo'ladi. Yumshoq sonikatsiya ultratovushli homogenlash effekti tufayli nano o'lchamdagi Gel-HAp zarralarini sintez qilishga yordam beradi. Jelatin tarkibidagi amid va karbonil turlari keyinchalik o'sish bosqichida HAp nano-zarrachalariga sonokimyoviy ta'sir o'tkazish orqali biriktiriladi.
[Brundavanam va boshqalar. 2011]

Titan trombotsitlarida HAp ning cho'kishi

Ozhukil Kollatha va boshqalar. (2013) Ti plitalarini gidroksiapatit bilan qoplagan. Cho'ktirishdan oldin HAp suspenziyasi bir hil holga keltirildi UP400S (H14 ultratovushli shoxli 400 vatt ultratovushli qurilma, sonikatsiya vaqti 40 sek. 75% amplituda).

Kumush qoplangan HAp

Ignatev va hamkasblari (2013) antibakterial xususiyatlarga ega HAp qoplamasini olish va sitotoksik ta'sirni kamaytirish uchun kumush nanozarrachalari (AgNp) HAp ustiga yotqizilgan biosintetik usulni ishlab chiqdilar. Kumush nanozarrachalarning deaglomeratsiyasi va gidroksiapatitga cho'kishi uchun Hielscher. UP400S ishlatilgan.

Ignatev va uning hamkasblari kumush bilan qoplangan HAp ishlab chiqarish uchun ultratovushli zond tipidagi UP400S qurilmasidan foydalanganlar.

Magnit aralashtirgich va ultratovush qurilmasini o'rnatish UP400S kumush bilan qoplangan Hap preparati uchun ishlatilgan [Ignatev va boshqalar 2013]

Bizning kuchli ultratovush qurilmalarimiz mikron va nano o'lchamdagi zarrachalarni davolash uchun ishonchli vositalardir. Tadqiqot maqsadida kichik naychalarda zarrachalarni sintez qilish, tarqatish yoki funksionallashtirishni xohlaysizmi yoki tijorat ishlab chiqarish uchun katta hajmdagi nano-changli bulamaçlarni qayta ishlashingiz kerakmi? – Hielscher sizning talablaringiz uchun mos ultrasonikatorni taklif qiladi!

ultratovushli gomogenizator UP400S

Adabiyot/Adabiyotlar

Brundavanam, RK; Jinag, Z.-T., Chapman, P.; Le, X.-T.; Mondinos, N.; Fosett, D.; Poinern, GEJ (2011): Nano gidroksiapatitning ultratovushli termal yordam sinteziga suyultirilgan jelatinning ta'siri. Ultratovush. Sonochem. 18, 2011 yil. 697-703.
Chengiz, B.; Gokche, Y.; Yildiz, N.; Oqtash, Z.; Calimli, A. (2008): gidroyapatit nanozarrachalarining sintezi va tavsifi. Kolloidlar va yuzalar A: Fizik-kimyo. Eng. Aspektlar 322; 2008. 29-33.
Ignatev, M.; Ribak, T.; Kolonges, G.; Sharff, V.; Marke, S. (2013): Kumush nanozarrachalar bilan plazma purkalgan gidroksiapatit qoplamalari. Acta Metallurgika Slovakiya, 19/1; 2013. 20-29.
Jevtića, M.; Radulovich, A.; Ignjatovića, N.; Mitrićb, M.; Uskoković, D. (2009): Ultrasonik nurlanish ostida poli(d,l-laktid-ko-glikolid)/ gidroksiapatit yadrosi-qobiq nanosferalarini boshqariladigan yig'ish. Acta Biomaterialia 5/ 1; 2009. 208–218.
Kusrini, E.; Pudjiastuti, AR; Astutiningsix, S.; Harjanto, S. (2012): Ultrasonik va buzadigan amallar bilan quritishning kombinatsiyalangan usullari bilan sigir suyagidan gidroksiapatitni tayyorlash. Intl. Konf. Kimyoviy, biokimyoviy va atrof-muhit fanlari bo'yicha (ICBEE'2012) Singapur, 2012 yil 14-15 dekabr.
Manafi, S.; Badiee, SH (2008): Ultrasonikning nam kimyoviy usul orqali nano-gidroksiapatitning kristalligiga ta'siri. Ir J Pharma Sci 4/2; 2008. 163-168
Ojukil Kollatha, V.; Chenc, Q.; Clossetb, R.; Luytena, J.; Trainab, K.; Mullensa, S.; Boccaccinic, AR; Clootsb, R. (2013): AC va DC elektroforetik gidroksiapatitni titanga cho'ktirish. Yevropa kulolchilik jamiyati jurnali 33; 2013. 2715–2721.
Poinern, GEJ; Brundavanam, RK; Thi Le, X.; Fawcett, D. (2012): Potensial qattiq to'qimalarni muhandislik dasturlari uchun gidroksiapatitning 30 nm o'lchamdagi zarrachalarga asoslangan kukunidan olingan gözenekli keramikaning mexanik xususiyatlari. American Journal of Biomedical Engineering 2/6; 2012. 278-286.
Poinern, GJE; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Jorjevich, S.; Prokich, M.; Fawcett, D. (2011): Nanometrli gidroksiapatit bio-keramika hosil bo'lishida termal va ultratovush ta'siri. Nanomedicine xalqaro jurnali 6; 2011. 2083–2095.
Poinern, GJE; Brundavanam, RK; Mondinos, N.; Jiang, Z.-T. (2009): Ultratovush yordamida nanohidroksiapatitning sintezi va tavsifi. Ultrasonik sonokimyo, 16/4; 2009. 469-474.
Soypan, I.; Mel, M.; Ramesh, S.; Xolid, KA: (2007): Sun'iy suyak ilovalari uchun gözenekli gidroksiapatit. Ilg'or materiallar fan va texnologiyasi 8. 2007. 116.
Suslick, KS (1998): Kimyoviy texnologiya Kirk-Othmer entsiklopediyasi; 4-nashr. J. Wiley & O'g'illari: Nyu-York, jild. 26, 1998. 517-541.

Aloqador mavzular

UIP1500hd kabi stol usti va ishlab chiqarish uchun ultratovush qurilmalari to'liq sanoat darajasini ta'minlaydi.

ultratovush qurilmasi UIP1500hd oqimli reaktor bilan