Sono-Tổng hợp Nano-Hydroxyapatite

Hydroxyapatite (HA hoặc HAp) là một loại gốm hoạt tính sinh học thường xuyên cho mục đích y tế do cấu trúc tương tự như vật liệu xương. Tổng hợp hỗ trợ siêu âm (tổng hợp sono) của hydroxyapatite là một kỹ thuật thành công để sản xuất HAp có cấu trúc nano ở tiêu chuẩn chất lượng cao nhất. Con đường siêu âm cho phép sản xuất HAp tinh thể nano cũng như các hạt biến đổi, ví dụ như quả cầu nano vỏ lõi và vật liệu tổng hợp.

Sono-Tổng hợp

Một điều trị siêu âm của bùn kết quả trong các hạt rất mịn với sự phân bố đồng đều để tạo ra nhiều vị trí tạo mầm cho kết tủa.
Các hạt HAp tổng hợp dưới ultrasonication cho thấy mức độ kết tụ giảm. Xu hướng kết tụ thấp hơn của HAp tổng hợp siêu âm đã được xác nhận, ví dụ như bằng phân tích FESEM (Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường) của Poinern et al. (2009).

Siêu âm hỗ trợ và thúc đẩy các phản ứng hóa học bằng siêu âm cavitation và các hiệu ứng vật lý của nó ảnh hưởng trực tiếp đến hình thái hạt trong giai đoạn tăng trưởng. Những lợi ích chính của ultrasonication dẫn đến việc chuẩn bị hỗn hợp phản ứng siêu mịn là:

• 1) tăng tốc độ phản ứng,
• 2) giảm thời gian xử lý
• 3) cải thiện tổng thể trong việc sử dụng năng lượng hiệu quả.

Poinern et al. (2011) đã phát triển một con đường hóa học ướt sử dụng canxi nitrat tetrahydrat (Ca [NO3]2 · 4H2O) và kali dihydrogen phosphate (KH2PO4) làm chất phản ứng chính. Để kiểm soát giá trị pH trong quá trình tổng hợp, amoni hydroxit (NH4OH) đã được thêm vào.
Bộ xử lý siêu âm là một UP50H (50 W, 30 kHz, MS7 Sonotrode w / 7 mm đường kính) từ Hielscher Ultrasonics.

Ultrasonically reduced and dispersed calcium-hydroxyapatite

Các bước tổng hợp nano-HAP:

Dung dịch 40 mL 0,32M Ca (KHÔNG₃)₂ · 4H₂O đã được chuẩn bị trong một cốc nhỏ. Độ pH của dung dịch sau đó được điều chỉnh thành 9,0 với khoảng 2,5ml NH₄Ồ. Giải pháp đã được sonicated với UP50H ở cài đặt biên độ 100% trong 1 giờ.
Vào cuối giờ đầu tiên, dung dịch 60 mL 0,19M [KH₂PO₄] sau đó được từ từ thêm từng giọt vào dung dịch đầu tiên trong khi trải qua giờ chiếu xạ siêu âm thứ hai. Trong quá trình trộn, giá trị pH được kiểm tra và duy trì ở mức 9 trong khi tỷ lệ Ca / P được duy trì ở mức 1,67. Dung dịch sau đó được lọc bằng cách ly tâm (~ 2000 g), sau đó kết tủa trắng thu được được tỷ lệ thành một số mẫu để xử lý nhiệt.
Sự hiện diện của siêu âm trong quy trình tổng hợp trước khi xử lý nhiệt có ảnh hưởng đáng kể trong việc hình thành các tiền chất hạt nano-HAP ban đầu. Điều này là do kích thước hạt có liên quan đến quá trình tạo mầm và mô hình tăng trưởng của vật liệu, do đó có liên quan đến mức độ siêu bão hòa trong pha lỏng.
Ngoài ra, cả kích thước hạt và hình thái của nó đều có thể bị ảnh hưởng trực tiếp trong quá trình tổng hợp này. Hiệu quả của việc tăng công suất siêu âm từ 0 đến 50W cho thấy có thể giảm kích thước hạt trước khi xử lý nhiệt.
Công suất siêu âm ngày càng tăng được sử dụng để chiếu xạ chất lỏng chỉ ra rằng số lượng lớn bong bóng / xâm thực đang được tạo ra. Điều này lần lượt tạo ra nhiều vị trí tạo mầm hơn và kết quả là các hạt hình thành xung quanh các vị trí này nhỏ hơn. Hơn nữa, các hạt tiếp xúc với thời gian chiếu xạ siêu âm dài hơn cho thấy sự kết tụ ít hơn. Dữ liệu FESEM tiếp theo đã xác nhận sự kết tụ hạt giảm khi siêu âm được sử dụng trong quá trình tổng hợp.
Các hạt nano-HAp trong phạm vi kích thước nanomet và hình thái hình cầu được tạo ra bằng kỹ thuật kết tủa hóa học ướt với sự có mặt của siêu âm. Nó đã được tìm thấy rằng cấu trúc tinh thể và hình thái của bột nano-HAP thu được phụ thuộc vào sức mạnh của nguồn chiếu xạ siêu âm và xử lý nhiệt tiếp theo được sử dụng. Rõ ràng là sự hiện diện của siêu âm trong quá trình tổng hợp đã thúc đẩy các phản ứng hóa học và hiệu ứng vật lý sau đó tạo ra bột nano-HAp siêu mịn sau khi xử lý nhiệt.

Tổng hợp HAp thông qua con đường Sol-Gel siêu âm

Con đường sol-gel hỗ trợ siêu âm để tổng hợp các hạt HAp có cấu trúc nano:
Material:
– chất phản ứng: Canxi nitrat Ca (NO₃)₂, di-amoni hydro photphat (NH₄)₂HPO₄, Natri hydroxyd NaOH;
– Ống nghiệm 25 ml

1. Hòa tan Ca (NO₃)₂ và (NH₄)₂HPO₄ trong nước cất (tỷ lệ mol canxi / phốt pho: 1,67)
2. Thêm một ít NaOH vào dung dịch để giữ độ pH khoảng 10.
3. Điều trị siêu âm với một UP100H (sonotrode MS10, biên độ 100%)

• Quá trình tổng hợp thủy nhiệt được tiến hành ở 150 ° C trong 24 giờ trong lò điện.
• Sau phản ứng, HAp tinh thể có thể được thu hoạch bằng cách ly tâm và rửa bằng nước khử ion.
• Phân tích bột nano HAp thu được bằng kính hiển vi (SEM, TEM,) và / hoặc quang phổ (FT-IR). Các hạt nano HAp tổng hợp cho thấy độ kết tinh cao. Hình thái khác nhau có thể được quan sát tùy thuộc vào thời gian sonication. Sonication dài hơn có thể dẫn đến các thanh nano HAp đồng nhất với tỷ lệ khung hình cao và độ kết tinh cực cao. [cp. Manafi và cộng sự 2008]

Sửa đổi HAp

Do tính giòn của nó, việc áp dụng HAp tinh khiết bị hạn chế. Trong nghiên cứu vật liệu, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để biến đổi HAp bằng polyme vì xương tự nhiên là một hỗn hợp chủ yếu bao gồm các tinh thể HAp có kích thước nano, giống như kim (chiếm khoảng 65% trọng lượng xương). Việc sửa đổi hỗ trợ siêu âm của HAp và tổng hợp vật liệu tổng hợp với các đặc tính vật liệu được cải thiện cung cấp khả năng đa dạng (xem một vài ví dụ dưới đây).

Ví dụ thực tế:

HAp tráng bạc

Ignatev và các đồng nghiệp (2013) đã phát triển một phương pháp sinh tổng hợp trong đó các hạt nano bạc (AgNp) được lắng đọng trên HAp để thu được lớp phủ HAp có đặc tính kháng khuẩn và làm giảm tác dụng gây độc tế bào. Đối với sự khử kết tụ của các hạt nano bạc và cho sự lắng đọng của chúng trên hydroxyapatite, một Hielscher UP400S đã được sử dụng.

Một thiết lập của máy khuấy từ và ultrasonicator UP400S đã được sử dụng để chuẩn bị Hap phủ bạc [Ignatev et al 2013]

Các thiết bị siêu âm mạnh mẽ của chúng tôi là công cụ đáng tin cậy để xử lý các hạt trong phạm vi kích thước dưới micron và nano. Cho dù bạn muốn tổng hợp, phân tán hoặc chức năng hóa các hạt trong các ống nhỏ cho mục đích nghiên cứu hoặc bạn cần xử lý khối lượng lớn bùn bột nano để sản xuất thương mại – Hielscher cung cấp ultrasonicator phù hợp cho yêu cầu của bạn!