Implantlar, ortopedik protezlar va tish implantlari asosan titan va qotishmalardan tayyorlanadi. Sonication metall implantlarda nanostrukturali sirtlarni yaratish uchun ishlatiladi. Ultrasonik nanostruktura metall yuzalarni o'zgartirishga imkon beradi, bu esa implant yuzasida bir xil taqsimlangan nano o'lchamdagi naqshlarni hosil qiladi. Ushbu nanostrukturali metall implantlar to'qimalarning o'sishi va osseointegratsiyasining sezilarli darajada yaxshilanganligini ko'rsatadi, bu esa klinik muvaffaqiyat darajasini oshiradi.

Osseointegratsiyani yaxshilash uchun ultratovushli nanostrukturali implantlar

Metalllardan, shu jumladan titan va qotishmalardan foydalanish ularning qulay sirt xususiyatlari tufayli ortopedik va tish implantlarini ishlab chiqarishda keng tarqalgan bo'lib, peri-implant to'qimalari bilan biologik mos keladigan interfeysni o'rnatish imkonini beradi. Ushbu implantlarning ishlashini optimallashtirish uchun sirtda nano o'lchamdagi o'zgarishlarni amalga oshirish orqali ushbu interfeysning tabiatini o'zgartirish strategiyalari ishlab chiqilgan. Bunday modifikatsiyalar muhim jihatlarga, jumladan, oqsilning adsorbsiyasiga, hujayralar va implant yuzasi o'rtasidagi o'zaro ta'sirga (hujayra-substrat o'zaro ta'siri) va atrofdagi to'qimalarning keyingi rivojlanishiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Nanometr darajasidagi ushbu o'zgarishlarni aniq ishlab chiqish orqali olimlar implantlarning biointegratsiyasini va umumiy samaradorligini oshirishga intilishadi, bu esa implantologiya sohasida klinik natijalarni yaxshilashga olib keladi.
 

Titan implantlarini ultratovushli nanostrukturalash protokoli

Bir nechta tadqiqot ishlari yuqori intensivlikdagi ultratovush yordamida titan va qotishma yuzalarning oddiy, ammo yuqori samarali nanostrukturasini ko'rsatdi. Sonokimyoviy davolash (ya'ni ultratovush bilan davolash) shimgichga o'xshash tuzilishning qo'pol titaniya qatlamining shakllanishiga olib keladi, bu hujayra ko'payishini sezilarli darajada oshiradi.
Titan yuzasini sonokimyoviy ishlov berish orqali tuzilishi: 20 × 20 × 0,5 mm o'lchamdagi titanium namunalari oldindan parlatilgan va har qanday ifloslantiruvchi moddalarni yo'q qilish uchun ketma-ket deionizatsiyalangan suv, aseton va etanol bilan yuvilgan. Keyinchalik, titanium namunalari 20 kHz chastotada ishlaydigan Hielscher ultrasonicator UIP1000hd yordamida 5 m NaOH eritmasida ultratovush bilan ishlov berildi (chapdagi rasmga qarang). Sonikator BS2d22 sonotrodi (uchining sirt maydoni 3,8 sm2) va B4-1,4 kuchaytirgichi bilan jihozlangan bo'lib, ish amplitudasini 1,4 marta kattalashtirdi. Mexanik amplituda ≈81 mkm edi. Yaratilgan intensivlik 200 Vt sm-2 edi. Ishlatilgan sonotrode BS2d22 ning frontal maydoni (3,8 sm2 bilan) bilan intensivlikni ko'paytirish natijasida maksimal quvvat kirishi 760 Vt edi. Titan namunalari uy qurilishi teflon ushlagichida o'rnatildi va 5 daqiqa davomida davolandi.
(qarang. Ulasevich va boshqalar, 2020)
 

Toza titan yuzasining morfologiyasi (a), sonokimyoviy tarzda ishlab chiqarilgan titaniya mezopor yuzasi (TMS) yuqori ko'rinishi va kesmasi (b) va elektrokimyoviy oksidlanish natijasida olingan titaniya nanotubalarining (TNT) yuqori ko'rinishi va kesmasi (c). Insets sirt nanostrukturalash sxemalarini ko'rsatadi. Titaniya matritsasi (df) teshiklarida gidroksiapatit (HA) ning cho'kishini ko'rsatadigan sxema. Kimyoviy yotqizilgan HA bo'lgan sonokimyoviy nanostrukturali titan (TMS) va TNT sirtlarining SEM tasvirlari: mos ravishda TMS-HA (g) va TNT-HA (h).
(tadqiqot va tasvirlar: ©Kuvyrkov va boshqalar, 2020)

Metall yuzalarni ultratovushli nanostrukturalash mexanizmi

Metall yuzalarni ultratovush bilan ishlov berish titan yuzalarining mexanik qirqishiga olib keladi, bu titanda mezoporoz strukturaning shakllanishiga olib keladi.
Ultratovush mexanizmining mexanizmi akustik kavitatsiyaga asoslangan bo'lib, u past chastotali, yuqori intensivlikdagi ultratovush to'lqinlari suyuqlikka birlashganda paydo bo'ladi. Yuqori quvvatli ultratovush suyuqlik orqali o'tganda, o'zgaruvchan yuqori bosimli / past bosimli tsikllar hosil bo'ladi. Past bosimli aylanishlar paytida suyuqlikda bir necha daqiqali vakuum pufakchalari, ya'ni kavitatsiya pufakchalari paydo bo'ladi. Ushbu kavitatsiya pufakchalari boshqa energiyani o'zlashtira olmaguncha bir necha bosim davrlarida o'sadi. Qabariqning maksimal o'sishining ushbu nuqtasida kavitatsiya pufakchasi shiddatli portlash bilan portlaydi va juda energiya zich mikro-muhitni yaratadi. Akustik / ultratovushli kavitatsiyaning energiya zich maydoni 2000 atm gacha bo'lgan bosim va taxminan haroratni ko'rsatadigan yuqori bosim va harorat farqlari bilan tavsiflanadi. 5000 K, 280 m/sek tezlikka ega yuqori tezlikdagi suyuqliklar va zarba to'lqinlari. Bunday kavitatsiya metall sirt yaqinida sodir bo'lganda, nafaqat mexanik kuchlar, balki kimyoviy reaktsiyalar ham sodir bo'ladi.
Bunday sharoitda oksidlanish reaktsiyalari va titaniya qatlamining shakllanishiga olib keladigan redoks reaktsiyalari sodir bo'ladi. Titan yuzasini oksidlovchi reaktiv kislorod turlarini (ROS) hosil qilishdan tashqari, ultratovushli oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari 1 mkm qalinlikdagi titanium dioksid qatlamini olishga olib keladigan samarali sirtni tozalashni ta'minlaydi. Bu shuni anglatadiki, titan dioksidi ishqoriy eritmada qisman eriydi va tartibsiz taqsimlangan teshiklarni hosil qiladi.
Sonokimyoviy usul an'anaviy usullar bilan ko'pincha erishib bo'lmaydigan noorganik va organik nanostrukturali materiallarni ishlab chiqarish uchun tez va ko'p tomonlama taklif qiladi. Ushbu texnikaning asosiy afzalligi shundaki, kavitatsiyaning tarqalishi qattiq jismlarda katta mahalliy harorat gradientlarini hosil qiladi, buning natijasida xona sharoitida g'ovakli qatlam va tartibsiz nanostrukturali materiallar paydo bo'ladi. Bundan tashqari, tashqi ultratovush nurlanishi nanostrukturali qoplamadagi teshiklar orqali kapsulalangan biomolekulalarni chiqarishni boshlash uchun ishlatilishi mumkin.
 

Sonikatsiya xujayrasining sxematik tasviri (a), suvli gidroksidi eritmada (b) va hosil bo'lgan sirtda (c) titan yuzasini ultratovush bilan ishlov berish jarayonida yuz beradigan sirt tuzilishi jarayonining sxematik tasviri, titan implantlari fotosurati (d): yashil rang (qo'lda chap namuna) ultratovushli davolashdan so'ng implantatsiya qilinadi, sarg'ish (namuna o'ng tomonda joylashgan) modifikatsiyalanmagan implantatsiya.
(tadqiqot va tasvirlar: ©Kuvyrkov va boshqalar, 2020)

Nanostrukturaviy metall implant sirtlari uchun yuqori samarali sonikatorlar

Hielscher Ultrasonics metall yuzalarni (masalan, titanium va qotishmalar) nanostrukturalash kabi nano-ilovalar uchun sonikatorlarning to'liq spektrini taklif etadi. Implantlarning materiali, sirt maydoni va ishlab chiqarish qobiliyatiga qarab, Hielscher sizga nano-strukturaviy dastur uchun ideal sonikator va sonotrodni (zond) taklif qiladi.
Hielscher sonikatorlarining asosiy afzalliklaridan biri amplitudani aniq boshqarish va 24/7 uzluksiz ishlashda juda yuqori amplitudalarni etkazib berish qobiliyatidir. Ultrasonik probning siljishi bo'lgan amplituda sonikatsiya intensivligi uchun javobgardir) va shuning uchun ishonchli va samarali ultratovushli davolashning hal qiluvchi parametri.

Dizayn, ishlab chiqarish va konsalting – Germaniyada ishlab chiqarilgan sifat

Hielscher ultrasonikatorlari eng yuqori sifat va dizayn standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va qulay foydalanish ultratovush qurilmalarimizni sanoat ob'ektlariga silliq integratsiya qilish imkonini beradi. Qo'pol sharoitlar va talabchan muhit Hielscher ultrasonikatorlari tomonidan osonlik bilan hal qilinadi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya bo'lib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanuvchilarga qulaylik bilan ajralib turadigan yuqori samarali ultratovush apparatlariga alohida e'tibor beradi. Albatta, Hielscher ultrasonikatorlari Idoralar talablariga javob beradi va UL, CSA va RoHs talablariga javob beradi.

Jilolangan titan (a) va sonokimyoviy ishlov berilgan sayqallangan titan (b) ga termik ishlov berish natijasida tayyorlangan titan qoplamasining XRD namunalari; Jilolangan titanium yuzasining SEM tasvirlari (c) va sonokimyoviy tarzda hosil qilingan mezoporoz titanium dioksid yuzasi (d). Sonikatsiya UIP1000hdT sonikator yordamida amalga oshirildi.
(tadqiqot va tasvirlar: ©Kuvyrkov va boshqalar, 2018)