Dental Tribune Finland

Uusi tuotantoprosessi voi tehdä keraamisista hammasimplanteista kestävämpiä

By Dental Tribune Finland
December 15, 2020

MÜLHEIM AN DER RUHR, Saksa: Professori Sami Sandhausin työ keraamisten hammasimplanttien parissa merkitsi käännekohtaa hammasimplanttijärjestelmien kehitystyössä. Sandhausin ensimmäinen keraaminen implantti valmistui vuonna 1960. Viime aikoina kliinikot ja laitevalmistajat ovat edistäneet keraamisten implanttien tutkimusta. Keraamiset implantit vaativat edelleenkin huomattavaa tutkimuspanostusta. Nyt Max-Planck-Institut für Kohlenforschungin tutkijat ovat löytäneet keinon tuottaa korundia - erityisen vakaata nanopartikkelimuotoista alumiinioksidia - hyödyntäen mekaanista kemiaa ja kuulamyllyä. Tämä edistysaskel tarkoittaa mm. sitä, että tulevaisuudessa hammasimplanttimateriaalit voisivat olla kestävämpiä ja helpommin valmistettavia.

Kallisarvoisimmissa muodoissaan korundista muodostuu rubiineja ja safiireja, jotka sisältävät kromi, rauta ja titaani jäämiä. Materiaalitutkijat eivät kuitenkaan ole kiinnostuneita korundista jalokivenä. Sen sijaan, koska korundi on melkein yhtä kovaa kuin timantti ja kestää erittäin hyvin lämpöä ja kemikaaleja, sitä käytetään katalyyttinä valmistettaessa keraamisia implantteja ja proteeseja sekä leikkausvälineitä. Keraamisista esineistä voitaisiin tehdä entistäkin kestävämpiä, jos ne valmistettaisiin korundinanohiukkasista. Tällainen valmistusprosessi vaatisi myös vähemmän energiaa.

Kemianteollisuus on erittäin kiinnostunut korundista nanohiukkasmuodossa . ”On raportoitu, että katalysaattorit, joissa korundia on käytetty kantajamateriaalina, tuottavat tehokkaammin ammoniakkia”, toteaa professori Ferdi Schüth, instituutin johtaja ja tieteellinen jäsen. ”Muissa katalyyttisissä prosesseissa, kuten synteettisten polttoaineiden tuotannossa, suurempi stabiliteetti voisi olla ratkaisevaa”, hän lisää. Korundin nanopartikkelimuodolle saattaa siis tulevaisuudessa löytyä lukuisia käyttökohteita, koska se on nyt helposti saatavilla Max Planck Instituutin kemistien kehittämän yksinkertaisen mekaanis-kemiallisen prosessin avulla.

Tutkijat pystyivät valmistamaan korundinanohiukkasjauhetta yksinkertaisesti hiomalla yleisesti löytyvän bauksiitin sisältämän boehmiitin eli alumiinioksihydroksidin kokkareita kuulamyllyssä 3 tunnin ajan ja kuumentamalla ne sitten lyhyesti. Tähän asti kemistit pystyivät tuottamaan korundia muista alumiinioksideista tai hydroksideista vain polttamalla lähtöaineita yli 1 200 °C:n lämpötiloissa tai paineistamalla niitä 500 °C:n lämpötilassa viikkojen ajan. Tosin, etenkin korkeassa lämpötilassa tapahtuneen käsittelyn jälkeen nanopartikkelien sijaan muodostui kuitenkin suurempia kiteitä.

”Huomasimme sattumalta, että kuulamyllyssä voidaan tuottaa korundin nanopartikkeleita”, Schüth kertoo. Hänen tiiminsä tutki, toimiiko katalyyttinen reaktio tällaisessa myllyssä paremmin, koska katalyytille löytyy aina puhdas pinta, jolla reaktantit voivat kohdata. Tutkijat käyttivät katalyyttinä kultahiukkasiin sekoitettua pehmeää alumiinioksidia (gamma-alumiinioksidia) ja seurasivat kuulamyllyllä tapahtuvaa prosessia. Ilmeni, että vain muutamassa tunnissa osa gamma-alumiinista oli muuttunut korundiksi. Gamma-alumiinista tällä tavalla saadulla korundilla oli kuitenkin keskinkertainen nanokiteisyys. ” Tämä kuitenkin kasvatti odotuksiamme ja siksi tutkimme tätä järjestelmällisesti testaten useita alumiinioksideja sekä alumiini(oksidi)hydroksidien variantteja lähtöaineina. Lopulta tunnistimme boehmiitin erityisen mielenkiintoiseksi esiasteeksi sen sisältämän rakenteellisen veden vuoksi”, kertoo tohtori Amol Amrute, yksi hankkeen johtavista tiedemiehistä.

Kemistit selvittivät, miksi niinkin yksinkertaisella menetelmällä kuin jauhamisella voidaan tuottaa mineraalia, mikä on muuten mahdollista vain äärimmäisissä olosuhteissa eikä silloinkaan nanopartikkelimuodossa. Iskuista, jotka kuulamyllyssä kohdistuvat mineraalin esiasteeseen boehmiittiin, saadaan juuri sitä mekaanista energiaa, joka on välttämätöntä boehmiitin rakenteen melko monimutkaiselle muuntumiselle korundiksi.

Tutkimus,  “High-surface-area corundum by mechanochemically induced phase transformation of boehmite”, julkaistiin 25. lokakuuta 2019 Science-lehdessä.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

© 2021 - All rights reserved - Dental Tribune International