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Bioengineering

बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए Bioinspired नेनो Hydroxyapatite की रैपिड मिक्स तैयारी

Published: February 23, 2017 doi: 10.3791/55343
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Bioengineering and Healthcare Technologies, School of Clinical Dentistry, University of Sheffield

Summary

इस पत्र उच्च गुणवत्ता bioinspired nanoscale हाइड्रॉक्सियापटाइट का तेजी से निर्माण के लिए एक उपन्यास विधि का वर्णन है। इस biomaterial हड्डी रोग, सर्जरी craniofacial और दंत चिकित्सा में नैदानिक ​​अनुप्रयोगों के लिए अभिनव चिकित्सा उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला के निर्माण में बहुत महत्व का है।

Abstract

हाइड्रॉक्सियापटाइट (हेक्टेयर) व्यापक रूप से अपनी अच्छी biocompatibility और osteoconductivity के कारण एक चिकित्सा चीनी मिट्टी के रूप में इस्तेमाल किया गया है। हाल ही में वहाँ bioinspired nanoscale हाइड्रॉक्सियापटाइट (न्हा) के उपयोग के बारे में रुचि रही है। हालांकि, जैविक एपेटाइट कैल्शियम की कमी और कार्बोनेट एवजी एक nanoscale प्लेटलेट की तरह आकृति विज्ञान के साथ हो जाता है। Bioinspired न्हा हड्डी और दांत तामचीनी खनिज करने के लिए समानता के कारण संभावित इष्टतम अस्थि ऊतक पुनर्जनन को प्रोत्साहित करने के लिए है। तरीकों से कई वर्तमान में प्रयोगशाला में और व्यावसायिक दोनों न्हा निर्माण करने के लिए, लंबी प्रक्रिया और जटिल उपकरणों को शामिल किया करते थे। इसलिए, इस अध्ययन का उद्देश्य तैयार करने के लिए उच्च गुणवत्ता bioinspired न्हा एक तेजी से और विश्वसनीय विधि विकसित करने के लिए किया गया था। विकसित तेजी से मिश्रण विधि एक एसिड आधार कैल्शियम हाइड्रोक्साइड और फॉस्फोरिक एसिड शामिल प्रतिक्रिया पर आधारित था। संक्षेप में, एक फॉस्फोरिक एसिड समाधान के लिए एक कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड समाधान सरगर्मी, कपड़े धोने और के द्वारा पीछा में डाल दिया गयासुखाने के चरणों। बैच का हिस्सा आदेश 'उत्पादों की उच्च तापमान स्थिरता की जांच करने में 2 घंटे के लिए 1,000 डिग्री सेल्सियस पर sintered किया गया था। एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण हा के सफल गठन, जो थर्मल अपघटन दिखाया बीटा tricalcium करने के लिए उच्च तापमान प्रसंस्करण, जो कैल्शियम की कमी हा लिए विशिष्ट है के बाद फॉस्फेट दिखाया। फूरियर रूपांतरण इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी उपजी उत्पाद में कार्बोनेट समूहों की उपस्थिति देखी गई। न्हा कणों 50 x 30 एनएम की अनुमानित आयाम, जैविक एपेटाइट के आयामों के पास से एक कम पहलू अनुपात था। 1.63 के पी दाढ़ अनुपात है, जो जैविक एपेटाइट की तरह 1.67 की stoichiometric हा अनुपात से कम है: सामग्री भी कैल्शियम एक सीए के साथ कमी थी। इस नई विधि इसलिए bioinspired न्हा के निर्माण, लंबा अनुमापन और जटिल उपकरणों की आवश्यकता पर काबू पाने के लिए एक विश्वसनीय और कहीं अधिक सुविधाजनक प्रक्रिया है। जिसके परिणामस्वरूप bioinspired हा उत्पाद की एक विस्तृत विविधता में इस्तेमाल के लिए उपयुक्त हैचिकित्सा और स्वास्थ्य उपभोक्ता अनुप्रयोगों।

Introduction

आदेश रोगियों के जीवन की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए और एक वैश्विक उम्र बढ़ने की आबादी के स्वास्थ्य के बोझ को कम करने के लिए बढ़ाया कार्यक्षमता के साथ उन्नत biomaterials के लिए एक महान नैदानिक ​​जरूरत नहीं है। हाइड्रॉक्सियापटाइट व्यापक रूप से अपनी अच्छी biocompatibility के कारण कई वर्षों के लिए चिकित्सा अनुप्रयोगों में इस्तेमाल किया गया है। हाल ही में, वहाँ (न्हा) nanoscale हाइड्रॉक्सियापटाइट के उपयोग में वृद्धि हुई ब्याज, विशेष रूप से चिकित्सा और दंत चिकित्सा में mineralized ऊतक उत्थान के लिए किया गया है। खनिज हड्डी और दांत तामचीनी में पाया कैल्शियम की कमी, बहु एवजी, nanoscale हाइड्रॉक्सियापटाइट है। जैविक न्हा प्लेटलेट्स के आकार के लिए प्राक्कलन अपरिपक्व हड्डी 2 में वर्णित भी छोटे संरचनाओं के साथ, 50 एनएम x 30 एनएम एक्स 2 एनएम 1 के आयामों की रिपोर्ट। इसके विपरित्त दाँत तामचीनी में खनिज 10 से 100 गुना दोनों की लंबाई और चौड़ाई 3, 4 में हड्डी के ऊतकों में पाया गया कि तुलना में बड़ा है। सिंथेटिक न्हा , बेहतर करार दिया बजाय bioinspired biomimetic हो सकता है के रूप में हम बेहतर प्रदर्शन के साथ चिकित्सा प्रौद्योगिकियों में प्राकृतिक सामग्री की विशेषताओं के बारे में टिप्पणियों का अनुवाद करने की मांग कर रहे हैं। यह सुझाव दिया गया bioinspired न्हा इसकी समानता के कारण हड्डी और दांत ऊतक उत्थान अनुप्रयोगों में और अधिक अनुकूल हो सकता है कि स्वाभाविक रूप से खनिज 5 होने वाली है।

वहाँ विभिन्न तरीकों जो जलतापीय 6, स्प्रे सूखे 7 और प जेल 8 तकनीकों सहित न्हा तैयार करने के लिए सूचित किया गया है कर रहे हैं। इनमें से गीला वर्षा विधि न्हा के उत्पादन के लिए एक अपेक्षाकृत सुविधाजनक तरीका माना जाता है। प्रकाशित न्हा गीला वर्षा तरीकों आम तौर पर, जब कैल्शियम और फास्फोरस रासायनिक व्यापारियों 9, 10, 11 मिश्रण एक अनुमापन कदम शामिलरेफरी "> 12, 13, 14। हालांकि, इन तरीकों महंगे उपकरणों की जरूरत के साथ कुछ मामलों में संयुक्त लंबी और जटिल प्रक्रियाओं सहित नुकसान के एक नंबर के साथ जुड़े रहे हैं। वाणिज्यिक उत्पादन पेटेंट के लिए परिष्कृत रिएक्टरों का वर्णन के साथ, और भी अधिक जटिल हो सकता है उच्च गुणवत्ता चिकित्सा ग्रेड न्हा 15 का निर्माण। इस के बावजूद, कैल्शियम हाइड्रोक्साइड और फॉस्फोरिक एसिड के बीच निराकरण प्रतिक्रिया लाभप्रद द्वारा उत्पादों हानिकारक रसायन की कमी के कारण है।

प्रसंस्करण की स्थिति और न्हा उत्पाद की आकृति विज्ञान के बीच संबंधों को धीमी गति से अनुमापन प्रतिक्रियाओं के लिए सूचित किया गया है। विशेष रूप से, अनुमापन कैल्शियम हाइड्रोक्साइड और फॉस्फोरिक एसिड से जुड़े तरीकों के लिए, एक ऊंचा तापमान एक कम पहलू अनुपात 13 के साथ कणों की तैयारी के पक्ष में दिखाई दिया। इस काम के जनरल द्वारा काफी बढ़ा दिया गया थाटाइल एट अल। 16 जो तरीकों की एक विस्तृत श्रृंखला से न्हा उत्पादों की गुणवत्ता पर तापमान और अन्य प्रसंस्करण की स्थिति के बीच संबंध का प्रदर्शन किया। उन्होंने निष्कर्ष निकाला है कि प्रकाश ने 13 के गीला रासायनिक वर्षा विधि उच्चतम गुणवत्ता वाले उत्पादों बनाया है, लेकिन यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि परिणाम तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण और धीमी गति से / मिश्रण प्रक्रियाओं पर निर्भर थे। मूल प्रकाश अनुमापन कदम एक घंटे से अधिक समय लेता है। हालांकि, अब अनुमापन बार के लिए बड़ा बैचों तैयार रहने की आवश्यकता हो सकती है।

संक्षेप में, जबकि तापमान सहित कई कारकों के प्रभाव अब बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, लगभग कोई ध्यान निर्देशित किया गया है जटिलता को कम करने और अनुमापन आधारित विधियों प्रदर्शन करने के लिए आवश्यक समय जुड़े। इस अध्ययन का उद्देश्य इसलिए एक bioinspired न्हा के निर्माण के लिए एक तेजी से मिश्रण दृष्टिकोण को लागू करने के प्रभाव की जांच करने के लिए किया गया था, और पूरी तरह से करने के लिए characteriजिसके परिणामस्वरूप सामग्री ज़ी। यदि सफल, एक सरल तेजी मिश्रण दृष्टिकोण प्रयोगशाला शोधकर्ताओं और उद्योग को समान रूप से जहां निर्माण की लागत काफी हद तक गुणवत्ता जिसमें बिना कम किया जा सकता के लिए महान लाभ होगा।

Protocol

आकृति 1
चित्रा 1. bioinspired nanoscale हाइड्रॉक्सियापटाइट के तेजी से मिश्रण तैयार करने के योजनाबद्ध आरेख। फॉस्फोरिक एसिड समाधान कैल्शियम हाइड्रोक्साइड निलंबन में डाल दिया गया था। बाद निलंबन रात भर बसे, न्हा 60 करने के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर सूखे होने से पहले विआयनीकृत पानी से धोया गया था। न्हा तो एक सुलेमानी मोर्टार और मूसल और धातुमल में जमीन थी न्हा उत्पाद के थर्मल स्थिरता की जांच करने के लिए। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

1. रैपिड मिक्स नेनो Hydroxyapatite का उत्पादन

  1. कैल्शियम और फास्फोरस समाधान की तैयारी 1.67 की दाढ़ अनुपात फास्फोरस के लिए एक कैल्शियम का उपयोग कर nanoscale हाइड्रॉक्सियापटाइट के 5 ग्राम तैयार करने के लिए।
    1. कैल्शियम हाइड्रोक्साइड के 3.705 जी में जोड़े500 एमएल विआयनीकृत पानी और 400 rpm पर 1 घंटे के लिए एक चुंबकीय उत्तेजक थाली पर हलचल।
    2. एक अलग बीकर में, 250 एमएल विआयनीकृत पानी में फॉस्फोरिक एसिड (85%) की 3.459 ग्राम भंग।
  2. लगभग 100 एमएल / एस की दर से सरगर्मी कैल्शियम हाइड्रोक्साइड निलंबन में फास्फोरस समाधान डालो। Parafilm (Bemis, संयुक्त राज्य अमरीका) के साथ बीकर कवर।
  3. निलंबन छोड़ दो 400 rpm पर 1 घंटे के लिए हलचल।
  4. दोषी थाली से दूर बीकर लो और रात भर व्यवस्थित करने के लिए छोड़ दें।
  5. सतह पर तैरनेवाला बंद डालने के लिये और 500 एमएल विआयनीकृत पानी जोड़ने और 400 rpm पर 1 मिनट के लिए सरगर्मी से निलंबन को धो लें। प्रत्येक धोने के बीच 2 घंटे के साथ कुल में इस चरण को दोहराएँ, तीन बार।
  6. न्हा निलंबन छोड़ दो रात भर व्यवस्थित करने के लिए।
  7. स्पष्ट सतह पर तैरनेवाला डालो और ओवन में 80 डिग्री सेल्सियस के लिए 60 पर सेट एक सुखाने में बसे न्हा निलंबन जगह है।
  8. जब सूखे, एक सुलेमानी मोर्टार और मूसल में सूखे न्हा जगह है और ठीक है जब तक पीस।
  9. जगह समर्थक की 2.5 ग्राम2 घंटे के लिए 1,000 डिग्री सेल्सियस पर एक एल्यूमिना क्रूसिबल और सिंटर पाउडर में पेश न्हा पाउडर 10 डिग्री सेल्सियस / मिनट की एक रैंप दर का उपयोग। गर्मी उपचार के बाद, न्हा छोड़ भट्ठी में शांत करने के लिए।
  10. एक निर्वात desiccator में स्टोर पाउडर।

2. नेनो Hydroxyapatite की विशेषता

  1. एक्स-रे विवर्तन (XRD) प्रसारण विधा का उपयोग कर diffractometers
    1. पाली (विनाइल शराब) की एक छोटी राशि (यानी कम से कम 200 μL) एसीटेट फिल्म पर (PVA) गोंद की जगह और न्हा पाउडर की एक छोटी राशि (यानी कम से कम 100 मिलीग्राम) के साथ मिश्रण।
    2. सूखी जब तक एक गर्म हवा बंदूक के साथ समझो।
    3. घन कश्मीर α विकिरण के साथ एक प्रसारण विधा एक्स-रे diffractometer पर एक नमूना धारक और भार में नमूना माउंट।
    4. 40 केवी और 35 मा के diffractometer सेटिंग्स का उपयोग करें, 10-70 डिग्री के 2θ सीमा के साथ।
    5. परिणामी XRD पैटर्न का विश्लेषण।
    6. चरण पहचान के लिए निम्नलिखित XRD कार्ड का उपयोग करें: Hydroxyapatite: 9-432। बीटा tricalcium फॉस्फेट: 04-014-2292।
  2. संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (मंदिर)
    1. एक छोटे से एक टूम में पाउडर की मात्रा (यानी कम से कम 10 मिलीग्राम) की जगह और लगभग 3 एमएल इथेनॉल जोड़ें।
    2. 15 के लिए अल्ट्रा sonicate नमूना - 30 मिनट के एक समरूप निलंबन तक मनाया जाता है।
    3. कार्बन फिल्म के साथ एक 400 जाल तांबा ग्रिड पर समाधान (यानी 1 एमएल से कम) की एक छोटी राशि पिपेट, और सूखे के लिए अनुमति देते हैं।
    4. 80 केवी की एक त्वरक वोल्टेज पर छवि नमूने हैं।
  3. एक्स-रे प्रतिदीप्ति (XRF) सामग्री और इंजीनियरिंग रिसर्च इंस्टीट्यूट (मेरी) शेफील्ड हलम विश्वविद्यालय में द्वारा सेवा
    1. लिथियम tetraborate के 8 ग्राम के साथ 0.8 ग्राम न्हा पाउडर का मिश्रण।
    2. एक प्लैटिनम सोने मिश्र धातु एक भट्ठी 1,200 डिग्री सेल्सियस के लिए सेट का उपयोग कर क्रूसिबल में मिश्रण पिघला।
    3. एक XRF स्पेक्ट्रोमीटर में परिणामी नमूनों का विश्लेषण की मौलिक रचना निर्धारित करने के लिएनमूने।
  4. फूरियर को बदलने तनु कुल reflectance मोड में अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR-एटीआर)
    1. 4000 से 64 पृष्ठभूमि स्कैन प्रदर्शन - 500 सेमी -1 4 सेमी -1 के एक संकल्प के साथ।
    2. तनु कुल reflectance मोड एडाप्टर में हीरे की चोटी पर न्हा पाउडर की एक छोटी राशि (यानी कम से कम 100 मिलीग्राम) की जगह और हीरे पेंच शीर्ष का उपयोग करने की सतह पर सेक।
    3. 4000 से 32 स्कैन प्रदर्शन - 500 सेमी -1 4 सेमी की एक संकल्प के साथ -1 पृष्ठभूमि नमूना स्कैन से घटाया स्कैन के साथ।

Representative Results

XRD पैटर्न (चित्रा 2) व्यापक चोटियों के साथ एक शुद्ध हा चरण की वर्षा से पता चला है, एक अपेक्षाकृत छोटे स्फटिक आकार और / या अनाकार प्रकृति का संकेत है। उच्च तापमान sintering के बाद, β-tricalcium फॉस्फेट (β-टीसीपी) का पता चला था, हा का एक मुख्य चरण के साथ। विवर्तन चोटियों के sharpening, यानी पूरी चौड़ाई आधा अधिकतम में कमी, sintering के बाद स्फटिक आकार में वृद्धि का संकेत दिया।

चित्र 2
चित्रा उत्पादों की 2. क्रिस्टल चरण विश्लेषण। एक्स-रे विवर्तन (XRD) unsintered nanoscale हाइड्रॉक्सियापटाइट (न्हा) पाउडर और न्हा पाउडर के पैटर्न 2 घंटे के लिए 1,000 डिग्री सेल्सियस पर sintered। पीक लेबल: ▼ हाइड्रॉक्सियापटाइट चोटियों, β-tricalcium फॉस्फेट चोटियों ■।ge.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

FTIR-एटीआर स्पेक्ट्रा (चित्रा 3) विशेषता फॉस्फेट और हाइड्रॉक्सिल बैंड 17, 18 से एक हा चरण के गठन की पुष्टि की। विस्तार में बैंड इस रूप में दिया गया: 3750 सेमी -1 (OH - खिंचाव ν OH); 1,086 और 1,022 सेमी -1 (पीओ 4 3 ν 3); 962 सेमी -1 (पीओ 4 3 ν 1); 630 सेमी -1 (OH - libration δ OH); 600 और 570 सेमी -1 (पीओ 4 3 ν 4)। Unsintered नमूने में अतिरिक्त चोटियों इस रूप में दिया गया: व्यापक चोटी 3400 सेमी -1 (अवशोषित पानी के अणुओं) के आसपास केंद्रित; 1,455 और 1,410 सेमी -1 (सीओ 3 2- ν 3); 880 सेमी (3 सीओ 2- ν 2)। unsintered पाउडर में मनाया अवशोषित पानी और कार्बोनेट समूहों उच्च तापमान sintering चरण के दौरान हटा दिया गया। sintering प्रक्रिया भी हाइड्रॉक्सिल और फॉस्फेट बैंड जो एक बड़ा चोटी द्वारा प्रकट किया गया था गर्त दूरी बढ़ाई।

चित्र तीन
चित्रा 3. उत्पादों की इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा। फूरियर तनु कुल reflectance मोड (FTIR-एटीआर) unsintered nanoscale हाइड्रॉक्सियापटाइट (न्हा) पाउडर और न्हा पाउडर 2 घंटे के लिए 1,000 डिग्री सेल्सियस पर sintered के स्पेक्ट्रा में अवरक्त बदलना। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

मंदिर छवियों (चित्रा 4) nanoscale कण बुद्धि के गठन से पता चला30 एनएम से 50 एनएम का ज अनुमानित आयाम। कणों के आसपास 1.7 के एक कम पहलू अनुपात (कण लंबाई / कण चौड़ाई) था। आकार और nanoscale उत्पादों की आकृति जैविक एपेटाइट 1 करने के लिए इसी तरह के आयामों के थे।

चित्रा 4
चित्रा 4. उत्पाद की नेनो आकृति विज्ञान। nanoscale हाइड्रॉक्सियापटाइट (न्हा) के संचरण इलेक्ट्रॉन micrographs (मंदिर) दो आवर्धन पर तेजी से मिश्रण पद्धति का उपयोग करके तैयार किया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

XRF (तालिका 1) से न्हा पाउडर के मात्रात्मक रासायनिक विश्लेषण की अनुमति दी कैल्शियम: फास्फोरस अनुपात 1.63 के रूप में गणना की जानी है, जो stoichiometric हा की तुलना में थोड़ा कम है जो1.67 के फास्फोरस अनुपात: एच एक कैल्शियम है। XRF भी दर्ज की गई अन्य तत्वों की मात्रा का पता लगाने के साथ ही न्हा उत्पाद की उच्च शुद्धता दिखाया।

यौगिक वजन %
काओ 51.52
पी 2 ओ 5 39.89
एम जी ओ 0.46
ना 2 हे 0.13
वाई 2 ओ 3 0.07
अल 2 3 हे 0.03
2 Sio 0.03
Mn 3 हे 4 0.03
एसआरओ 0.02
2 Tio 0.01

तालिका 1. मात्रात्मक रासायनिक उत्पाद का विश्लेषण। एक्स-रे प्रतिदीप्ति (XRF) unsintered न्हा पाउडर के लिए परिणाम वजन से पवित्रता से पता चला है> 99%।

Discussion

प्राकृतिक एपेटाइट सीए 10-XY की अनुमानित रासायनिक सूत्र [(4 HPO) (पीओ 4)] 6-एक्स (सीओ 3) वाई (ओएच) 2 एक्स के साथ गैर कार्बोनेटेड stoichiometric हाइड्रॉक्सियापटाइट के nanoscale कणों से बना है। बंद रासायनिक समानता के साथ biomaterials के उत्पादन स्वाभाविक रूप से खनिज इष्टतम जैविक प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देने के लिए सूचित किया गया है। उदाहरण के लिए, biomimetic कैल्शियम की कमी कार्बोनेटेड न्हा पर शोध से पता चला है कि यह पारंपरिक न्हा 19 से एक डिग्री से अधिक प्रसार और murine preosteoblast कोशिकाओं की alkaline फॉस्फेट गतिविधि को प्रोत्साहित करने में सक्षम है।

इस अध्ययन में, हा की वर्षा जो 1,000 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 2) में आंशिक थर्मल अपघटन से पता चला एक कैल्शियम की कमी हा के गठन का सुझाव दिया। टी पी अनुपात (1.63) XRF डेटा के साथ प्राप्त (: इस stoichiometric सीए की तुलना में कम द्वारा समर्थित किया गयासक्षम 1)। समझा जाता है कि एक कम सीए: पी अनुपात एक कम थर्मल स्थिरता 20, 21, 22, 23 के साथ जुड़ा हुआ है। इस विधि में, फॉस्फोरिक एसिड समाधान के तेजी अलावा तेजी से प्रतिक्रिया निलंबन का पीएच 4 HPO आयनों उत्पन्न करने के लिए उतारा। HPO की उपस्थिति 4 समूहों, कैल्शियम की कमी हा की वर्षा में मदद की आणविक सूत्र के साथ: सीए 10-एक्स (4 HPO) एक्स (पीओ 4) 6-x (ओएच) 2 एक्स, जहां 0 <x <1।

फॉस्फोरिक एसिड की तेजी अलावा इसलिए प्रतिक्रिया की वर्षा कैनेटीक्स पर एक उल्लेखनीय प्रभाव नहीं पड़ा। पहले से वर्णित के रूप में, अनुमापन कैल्शियम हाइड्रोक्साइड और फॉस्फोरिक एसिड कमरे के तापमान पर किया जाता शामिल प्रतिक्रियाओं एक उच्च पहलू अनुपात 13 के साथ कणों उपज हो जाती थी। titratio के लिएn इन अभिकारकों से जुड़े प्रतिक्रियाओं, यह एक ऊंचा तापमान का उपयोग करने के लिए जो अधिक जैविक एपेटाइट 13 के समान हैं एक कम पहलू अनुपात के साथ कणों का उत्पादन करने के लिए जरूरी हो गया था। उच्च पहलू अनुपात कणों का उत्पादन कर रहे हैं जब क्रिस्टल nucleation दर क्रिस्टल विकास दर 24 की तुलना में धीमी है। इस अध्ययन में विकसित नई विधि के लिए, फॉस्फोरिक एसिड समाधान के तेजी अलावा केंद्रक स्थल है जो छोटे गोल कणों की वृद्धि की उपस्थिति में हुई के रूप में एक बड़ा पहलू अनुपात के साथ कम कणों का विरोध करने के की एक बड़ी संख्या प्रदान कर सकते हैं। लेखकों को पूरी तरह से धीरे-धीरे कैल्शियम हाइड्रोक्साइड निलंबन में फॉस्फोरिक एसिड डालने का कार्य, आदेश के अनुरूप परिणाम प्राप्त करने के लिए के प्रभावों की जांच नहीं की है जैसा कि हम अनुशंसा करते हैं कि फॉस्फोरिक एसिड कि एक दर के अनुरूप वीडियो (लगभग 100 एमएल / में दिखाया गया है पर डाल दिया है s)।

इस पद्धति के विकास के दौरान, लेखकों चालानन्हा तैयारी प्रकाश एट अल के आधार पर विधि करने के लिए वृद्धिशील परिवर्तन का एक नंबर estigated। धीमी गति से अनुमापन और फॉस्फोरिक एसिड समाधान 25 की तेजी के साथ इसके अलावा उत्पादित उत्पादों की तुलना सहित 13। यह पाया गया कि कैल्शियम हाइड्रोक्साइड निलंबन में फॉस्फोरिक एसिड की धीमी अनुमापन एक कैल्शियम हाइड्रोक्साइड अवशेषों के साथ एक उत्पाद में हुई। हम प्रस्ताव है कि पीएच फॉस्फोरिक एसिड की तेजी की वजह से इसके परिवर्तन कैल्शियम हाइड्रोक्साइड के विघटन के लिए प्रोत्साहित किया है और इसलिए हाइड्रॉक्सियापटाइट में अभिकारकों के सफल रूपांतरण के लिए अनुमति दी। उत्पादों की तुलना कमरे और ऊंचा तापमान (60 डिग्री सेल्सियस) पर तेजी से मिश्रण विधि का उपयोग कर तैयार पाया गया कि एक ऊंचा तापमान एक उच्च चालकता में हुई प्रतिक्रिया के बाद पूरा किया गया। यह सुझाव दिया है कि अवशिष्ट कैल्शियम हाइड्रोक्साइड में कैल्शियम हाइड्रोक्साइड के निचले घुलनशीलता के कारण वर्तमान जो होने की संभावना थीतापमान में वृद्धि। के रूप में इस यौगिक की बुनियादी प्रकृति biocompatibility समझौता कर सकता है अवशिष्ट कैल्शियम हाइड्रोक्साइड की उपस्थिति अवांछनीय था।

FTIR विशेषता फॉस्फेट और हाइड्रॉक्सिल समूह हा (चित्रा 3) के साथ जुड़े गतिविधि का पता चला। यह पाया गया कि धातुमल उत्पाद के लिए स्पेक्ट्रम तेज फॉस्फेट और हाइड्रॉक्सिल चोटियों दिखाया। इन परिवर्तनों को अधिक से अधिक उत्पाद स्फटिकता 26, 27 व्याप्ति unsintered बी प्रकार कार्बोनेट प्रतिस्थापन जहां कार्बोनेट आयनों फॉस्फेट समूहों के लिए प्रतिस्थापित किया है के लिए साक्ष्य उपलब्ध कराए गए स्पेक्ट्रम के साथ संबद्ध किया गया है। यह एक प्रकार प्रतिस्थापन जहां कार्बोनेट आयनों हाइड्रॉक्सिल समूहों के लिए 17 विकल्प हो सकता है के विपरीत है। यह बताया गया है कि बी प्रकार कार्बोनेट प्रतिस्थापन जैविक एपेटाइट 3 में होता गया है। हालांकि, Tampieri एट अल। सूचना है कि whilst बी प्रकार प्रतिस्थापन predomin थाचींटी युवा हड्डियों में, एक प्रकार कार्बोनेट प्रतिस्थापन बड़े व्यक्तियों से 28 की हड्डियों में तेजी से उपस्थित थे। कार्बोनेट प्रतिस्थापन इसकी विलेयता बढ़ रही है whilst न्हा की स्फटिकता और थर्मल स्थिरता कम करने के लिए पाया गया है। इन परिवर्तनों कार्बोनेट एवजी हा 29 की वृद्धि की bioactivity के लिए योगदान करने के लिए प्रस्तावित किया गया है। जैविक हा भी ऐसे मैग्नीशियम, सोडियम और स्ट्रोंटियम रूप में 30 XRF विश्लेषण (1 टेबल) में दर्ज की गई अन्य तत्वों में से कुछ को रोकने के लिए जाना जाता है। इन तत्वों की उपस्थिति भी जैविक प्रभावकारिता में वृद्धि हुई करने के लिए योगदान कर सकते हैं। भविष्य के काम इन nanoscale प्रतिस्थापित apatites की तैयारी पर इस तरह चांदी डाल दिया गया न्हा 31 के रूप में वृद्धि हुई biofunctionality के साथ उत्पादों को निर्देशित किया जाना चाहिए, और भी। आदेश प्रतिस्थापित न्हा तैयार करने के लिए, तत्व इरादा तत्व की इसी कमी substitut के साथ पेश किया जा सकता हैके लिए ई, कैल्शियम जैसे यौगिक की मात्रा में कमी जब स्ट्रोंटियम, मैग्नीशियम या जस्ता प्रतिस्थापन 32 का प्रयास किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, एक और दृष्टिकोण 'डाल दिया गया' आयनों जो जरूरी हा जाली क्रिस्टल 31 में तत्व स्थानापन्न करने के इच्छुक बिना न्हा की सतह पर मौजूद हैं प्रदान करने के इरादे के साथ तत्वों को जोड़ने के लिए हो सकता है। विधि करने के लिए इन संशोधनों के लिए यह जैसे कैल्शियम हाइड्रोक्साइड और चांदी नाइट्रेट के रूप में मिश्रित समाधान तैयार करने के लिए, और यहाँ के रूप में वर्णित एक ही तरीके से प्रतिक्रिया बाहर ले जाने के लिए संभव है।

अंत में, इस पत्र bioinspired न्हा की तैयारी के लिए एक उपन्यास तेजी से और काफी हद तक बेहतर तरीका रिपोर्ट। इस विधि के लिए, रसायनों के तेजी से मिश्रण कम से कम 5 सेकंड जो अनुमापन प्रतिक्रियाओं आम तौर पर सावधान निगरानी के घंटे की आवश्यकता की तुलना में समय में एक उल्लेखनीय कमी है लेता है। यह biomat में उपयोग के लिए काफी संभावना हैerial विकास उसके रिश्तेदार सादगी और कम लागत वर्तमान में इस्तेमाल औद्योगिक न्हा निर्माण विधियों जहां लंबा अनुसंधान और विकास के दौर में मौजूदा वाणिज्यिक प्रणालियों परिणामों के निहित जटिलता, और काफी हद तक निर्माण लागत में वृद्धि हुई है की तुलना की वजह से। विशेष रूप से, इस नई विधि सतत प्रवाह प्रक्रियाओं या जलतापीय की वजह से काफी कम से शुरू हुआ उपकरण निवेश आवश्यकताओं तकनीक से बेहतर है।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस काम Ceramisys लिमिटेड के सहयोग से एक EPSRC मामले छात्रवृत्ति द्वारा समर्थित किया गया है और यह भी चिकित्सा उपकरणों [अनुदान संख्या ईपी / K029592 / 1] में अभिनव विनिर्माण के लिए Mede अभिनव, EPSRC केंद्र के साथ जुड़ा हुआ है। लेखकों को भी XRF विश्लेषण के लिए शेफील्ड हलम विश्वविद्यालय में रॉबर्ट बर्टन का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Calcium hydroxide (purity of ≥ 96%) Sigma Aldrich UK 31219 Good laboratory practise should be used at all times including the use of appropriate personal protective equipment.
Phosphoric acid (85%) Sigma Aldrich UK 345245 Safety goggles and a faceshield should be used when handling this product (see safety data sheet from Sigma Aldrich for further information).
STOE IP X-ray diffractometer Phillips
International centre for diffraction data (ICDD) PDF4+ database International Centre for Diffraction Data
Holey carbon films on 300 mesh grids Agar Scientific S147-3H 
Tecnai G2 Spirit transmission electron microscope FEI
Lithium tetraborate ICPH, Malzéville, France
PW2440 XRF spectrometer  Philips
ThermoScientific Nikolett Spectrometer Unicam Ltd

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Wilcock, C. J., Gentile, P., Hatton, P. V., Miller, C. A. Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications. J. Vis. Exp. (120), e55343, doi:10.3791/55343 (2017).

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