Summary
Novos nanocompositos de nanocomibbons de grafeno e nanopartículas de hidroxiapatita foram preparados usando síntese de fase de solução. Esses híbridos quando empregados em andaimes bioativos podem apresentar aplicações potenciais na engenharia de tecidos e regeneração óssea.
Abstract
Desenvolver novos materiais para a engenharia de tecidos ósseos é uma das áreas de impulso mais importantes da nanomedicina. Vários nanocompositos foram fabricados com hidroxiapatita para facilitar a adesão celular, a proliferação e a osteogênese. Neste estudo, nanocompositos híbridos foram desenvolvidos com sucesso usando nanofibons de grafeno (GNRs) e nanopartículas de hidroxiapatita (nHAPs), que quando empregados em andaimes bioativos podem potencialmente melhorar a regeneração tecidual. Essas nanoestruturas podem ser biocompatíveis. Aqui, duas abordagens foram usadas para a preparação dos novos materiais. Em uma abordagem, foi utilizada uma estratégia de co-funcionalização onde o nHAP foi sintetizado e conjugado aos GNRs simultaneamente, resultando em nanoíbridas de nHAP em superfícies GNR (denotadas como nHAP/GNR). A microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) confirmou que o composto nHAP/GNR é composto por estruturas finas e finas de GNRs (comprimento máximo de 1,8 μm) com manchas discretas (150-250 nm) de nHAP semelhantes a agulhas (40-50 nm de comprimento). Na outra abordagem, o nHAP comercialmente disponível foi conjugado com GNRs formando nHAP revestido de GNR (denotado como GNR/nHAP) (ou seja, com uma orientação oposta em relação ao nanohibrid nHAP/GNR). A nanohíbrida formou-se usando o último método exibiu nanoesferas nHAP com um diâmetro que varia de 50 nm a 70 nm coberto com uma rede de GNRs na superfície. Espectros dispersivos de energia, mapeamento elementar e espectros de infravermelho de transformação Fourier (FTIR) confirmaram a integração bem sucedida de nHAP e GNRs em ambos os nanohibridos. A análise termogravimétrica (TGA) indicou que a perda em temperaturas de aquecimento elevadas devido à presença de GNRs foi de 0,5% e 0,98% para GNR/nHAP e nHAP/GNR, respectivamente. As nanohíbridas nHAP-GNR com orientações opostas representam materiais significativos para uso em andaimes bioativos para potencialmente promover funções celulares para melhorar as aplicações de engenharia de tecidos ósseos.
Introduction
O grafeno possui estruturas bidimensionais semelhantes a folhas compostas de carbono hibridizado sp. Vários outros aotropos podem ser atribuídos à rede estendida de favo de mel de grafeno (por exemplo, o empilhamento de folhas de grafeno forma grafite 3D enquanto rola o mesmo material resulta na formação de nanotubos 1D1). Da mesma forma, fullerenes 0D são formados devido ao embrulho2. O grafeno tem propriedades físico-químicas e optoeletrônicas atraentes que incluem um efeito de campo ambipolar e um efeito hall quântico à temperatura ambiente 3,4. A detecção de eventos de adsorção de molécula única e mobilidade extremamente alta do portador adicionam os atributos atraentes do grafeno 5,6. Além disso, os nanoribbons de grafeno (GNRs) com larguras estreitas e um grande caminho livre médio, baixa resistência com alta densidade atual e alta mobilidade eletrônica são considerados materiais de interconexão promissores7. Assim, os GNRs estão sendo explorados para aplicações em uma miríade de dispositivos, e mais recentemente na nanomedicina, particularmente engenharia de tecidos e entrega de medicamentos8.
Entre várias doenças traumáticas, as lesões ósseas são consideradas uma das mais desafiadoras devido às dificuldades na estabilização da fratura, regeneração e substituição por novos ossos, resistência à infecção e reinlinamento do osso não-uniões 9,10. Os procedimentos cirúrgicos continuam sendo a única alternativa para fraturas no eixo femoral. Deve-se notar que quase US$ 52 milhões são gastos todos os anos no tratamento de lesões ósseas na América Central e na Europa11.
Andaimes bioativos para aplicações de engenharia de tecidos ósseos podem ser mais eficazes incorporando nano-hidroxiapatita (nHAP), pois se assemelham às propriedades micro e nano arquitetônicas do próprio osso12. O HAP, quimicamente representado como Ca10(PO4)6(OH)2 com uma razão molar Ca/P de 1,67, é o mais preferido para aplicações biomédicas, particularmente para o tratamento de defeitos periodontais, a substituição de tecidos duros e a fabricação de implantes para cirurgias ortopédicas13,14. Assim, a fabricação de biomateriais baseados em nHAP reforçados com GNRs pode possuir biocompatibilidade superior e pode ser vantajosa devido à sua capacidade de promover a osseointegração e ser osteocondutiva 15,16. Esses andaimes compostos híbridos podem preservar propriedades biológicas como adesão celular, disseminação, proliferação e diferenciação17. Aqui, relatamos a fabricação de dois novos nanocompositos para a engenharia de tecidos ósseos alterando racionalmente o arranjo espacial de nHAP e GNRs como ilustrado na Figura 1. Foram avaliadas aqui as propriedades químicas e estruturais dos dois diferentes arranjos nHAP-GNRs.
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Protocol
1. Síntese de nHAP por precipitação
- Sintetizar o nHAP imaculado usando 50 mL da mistura de reação contendo 1 M Ca(NO3)2∙4H2O e 0,67 M (NH4)H2PO4 seguido pela adição dropwise de NH4OH (25%) para manter um pH em torno de 1018.
- Depois disso, agitar a mistura de reação por irradiação de ultrassom (UI) para 30 min (potência de 500 W e frequência de ultrassom de 20 kHz).
- Deixe a solução resultante amadurecer por 120 h à temperatura ambiente até que o precipitado branco do nHAP se instale. Recupere o nHAP por centrifugação a 1398 x g por 5 min a temperatura ambiente.
- Lave o precipitado com água deionizada (DI) 3x e liofilize por 48 h. Guarde o pó seco a 4 °C.
2. Preparação de nanocompositos nHAP/GNR
NOTA: Descreve duas abordagens para a fabricação de nanocompagtos nHAP/GNR (i.e., nHAP em superfícies GNR) e nanocompagtos GNR/nHAP (nHAP revestidos de GNR) que representam dois arranjos espaciais diferentes de nHAP e GNRs (Figura 1).
- Síntese de nHAP/GNR
- Para preparar o nanocomposite nHAP/GNRs, use uma estratégia de co-funcionalização onde o nHAP pode ser sintetizado e conjugado aos GNRs simultaneamente, da seguinte forma.
- Dissolva 5 mg de GNRs (Tabela de Materiais) em uma mistura de 1 M de tetrahidrato de nitrato de cálcio [Ca(NO3)2·4H2O] e 0,67 M fosfato de hidrogênio de diamônio [(NH4)2HPO4] a um volume final de 50 mL19.
- Durante esta reação, adicione 25% de NH4OH dropwise para manter o pH em ~10. Agitar a mistura resultante por interface do usuário por 30 minutos.
- Após a conclusão da reação, deixe a solução imperturbável por 120h em temperatura ambiente até o amadurecimento.
- Observe a formação de um precipitado gelatinoso de nHAP que reveste os GNRs, após o qual um precipitado branco de nHAP/GNRs se instala.
- Lave o precipitado 3x por centrifugação a 1398 x g por 5 min à temperatura ambiente seguido de re-dispersão em água DI.
- Lyophilize o precipitado recuperado por 48 h. Guarde o pó seco a 4 °C.
- Use nHAP e GNRs imaculados como amostras de controle.
- Síntese de nanocomposite GNR/nHAP
- Suspender nHAP comercialmente disponível a uma concentração de 5 mg/mL em 50 mL de água DI suplementada com 5 mg de GNRs.
- Agitar a mistura resultante por UI por 30 min e, posteriormente, deixar a mistura intacta por 120 h em temperatura ambiente.
- Após a maturação, recupere o precipitado branco da GNR/nHAP resultante por centrifugação a 1398 x g por 5 min a temperatura ambiente.
- Lave a amostra 3x usando água DI, liofilize-a por 48 h e armazene o pó seco a 4 °C para uso posterior.
3. Caracterização de nHAP, nHAP/GNR e GNR/nHAP
- Use um microscópio eletrônico de transmissão de alta resolução (HRTEM) (ver Tabela de Materiais) para caracterizar a morfologia e o tamanho dos nanocompositos11.
- Analise a composição elementar dos nanocompactos que empregam espectroscopia dispersiva de energia (EDS) e realize mapeamento elementar usando o microscópio eletrônico de transmissão de varredura (STEM)11.
- Realizar a espectroscopia infravermelha de transformação fourier (FTIR) para as amostras limpas em números de ondas de 500-4000 cm−1 para analisar os grupos químicos no nanocomposite16.
- Realize a análise de difração de raios-X em pó (XRD) do nHAP sintetizado como sintetizado utilizando um comprimento de onda de raios-X de 1,5406 Å, configurações de corrente e tensão de 40 mA e 40 kV, respectivamente, e 2φ variando de 20° a 90°.
- Avalie a carga percentual de GNR no nanocomposto usando análise termogravimétrica (TGA) aquecendo as amostras da temperatura ambiente a 1000 °C a uma taxa de 10 °C/min sob fluxo de nitrogênio.
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Representative Results
Análise hrtem
Individualmente, os GNRs eram estruturas esbeltas semelhantes a bambu com algumas curvas a alguma distância, como observado na Figura 2. O GNR mais longo foi de 1,841 μm, enquanto o menor GNR dobrado foi de 497 nm. Os nanoribbons frequentemente mostravam uma variação visível na largura que poderia ser atribuída à torção para formar configurações helicoidais em muitos lugares. Esse alinhamento unidirecional das GNRs pode ajudar a obter características atraentes, como propriedades magnéticas, condutividade ou transporte térmico7.
Os nHAPs sintetizados usando tetrahidrato de nitrato de cálcio e fosfato de hidrogênio diamônio à temperatura ambiente (passo 1) eram em forma de haste ou agulhas com um tamanho que variava de 40 nm a 50 nm (Figura 3). Os nanomateriais sintetizados foram encontrados em aglomerados devido à agregação e crescimento cristalino. Por outro lado, os nHAPs disponíveis comercialmente foram esféricos (Figura 4); essas nanosferas tinham 50-70 nm de diâmetro e presentes em aglomerados discretos de 15-20 esferas.
nHAP foi depositado in situ nas GNRs (representadas como nHAP/GNR) na estratégia de co-funcionalização (etapa 2.1). Os nanocompóstoas resultantes de GNRs e nHAP consistiam de nanoestruturas interconectadas altamente porosas. A predominância de nHAPs semelhantes a agulhas que cobrem a superfície gnr em remendos (Figura 5) é atribuída aos GNRs que servem como um andaime nano-caracterizado para nucleação nHAP. As manchas nHAP foram encontradas entre 150 nm e 250 nm de comprimento e largura (Figura 5A,B). O mapeamento elementar confirmou que as manchas nodais intermediárias nos GNRs eram de fato nHAP devido à presença de cálcio elementar e fósforo (Figura 5C).
No outro método (etapa 2.2), o nHAP pré-formado foi conjugado aos GNRs que levaram à formação de nHAP revestido de GNR (representado como GNR/nHAP, ou seja, com orientação reversa em comparação com o composto nHAP/GNR). Neste caso, os GNRs formaram filmes finos na superfície das nanopartículas esféricas nHAP (Figura 6).
Curiosamente, as curvas e convoluções notadas na periferia dos GNRs como evidentes na Figura 2A são atribuídas principalmente a propriedades de baixa estabilidade que podem ter aumentado significativamente a interação mecânica e o apego com o nHAP como visto na Figura 5 e Figura 6. Além disso, a grande área superficial dos GNRs imaculados também ajuda no carregamento mais nHAP. Além disso, o envelhecimento das soluções compostas por 120 h resultou na conversão completa do apatita em hidroxiapatita altamente cristalina (Figura 3 e Figura 5). Os grupos funcionais baseados em oxigênio da superfície gnr interagem eletroesticamente com Ca2+, servindo como o local do receptor. As nanoestruturas de apatita podem ser obtidas ainda mais devido à reação in situ entre estes cáras ancorados e os íons fosfato (passo 2.1). A orientação do nHAP microestruturado na superfície gnr é controlada por vários fatores que incluem a quantidade e o tipo de grupos oxigenos nos modelos à base de grafeno, a concentração relativa dos precursores (Ca2+ e HPO42-), pH da mistura de reação e o tempo de maturação. O efeito cumulativo das condições de reação resultou na embrulho dos GNRs transparentes na superfície das nanosferas nHAP possivelmente devido à adsorção física não covalente.
Análise de espectros dispersivos de energia (EDS)
Para confirmar os principais componentes e a composição elementar dos nanocompositos, foi realizada uma análise espectral dispersiva de energia. Na Figura 7A, os espectros eds de GNRs imaculados mostraram um pico de carbono que corresponde aos GNRs, enquanto nenhum outro pico foi observado, exceto o cobre que foi atribuído à grade utilizada para a montagem de amostras durante a análise do HRTEM. A Figura 7B mostra o espectro EDS de nanosferas nHAP pré-formadas comercialmente disponíveis onde os picos de carbono e cobre são atribuídos às redes de cobre revestidas de carbono usadas para a montagem das amostras durante a análise do HRTEM. Na Figura 7C, um claro aumento no teor de carbono foi atribuído aos GNRs, enquanto os outros picos específicos de cálcio e fósforo foram devido ao nHAP nos nanocompóspos da GNR/nHAP. A Figura 8 mostra os espectros EDS do nHAP sintetizado (etapa 1) (Figura 8A) e composto nHAP/GNR (Figura 8B). O aumento acentuado do teor de carbono no espectro nHAP/GNR deve-se à maioria dos GNRs sobre os quais apenas pequenas manchas de nHAP recém-sintetizadas foram observadas.
Análise FTIR
A conjugação de nHAP com os GNRs foi confirmada através de espectros FTIR. A Figura 9 mostra os espectros FTIR de nHAP, GNR, nHAP/GNR e GNR/nHAP. O OH fora do pico de dobra do avião a 600 cm-1 é visto no FTIR da GNR12. O pico de 1030 cm-1, atribuído ao alongamento P-O foi observado no nHAP, confirmando sua composição química15. Notavelmente, o pico característico de alongamento P-O do nHAP também foi encontrado em nHAP/GNR e GNR/nHAP, indicando a presença de nHAP em ambos os compósitos. Os outros dois picos, 1413 e 1447 cm-1 encontrados apenas nos compósitos são atribuídos às vibrações δCH2 e ao grupo carbonato (CO32−), respectivamente, que confirmam a conjugação de GNR e nHAP16.
Análise de difração de raios-X (XRD)
O padrão XRD do HAP (passo 2.1) é mostrado na Figura 10. Os picos fortes indicavam boa cristalidade do material. As posições de pico foram de bom acordo com as dos dados padrão da CIDD (cartão PDF2: 00-009-0432). Isso confirmou ainda a estrutura de cristal hexagonal (grupo espacial P63/m) do nHAP, tendo valores de parâmetros de rede de a = b = 0,940 nm e c = 0,615 nm. Alguns dos picos mais fortes e salientes, com 20,8°, 28,2°, 31,8°, 32,9°, 34,1°, 39,7°, 43,9°, 46,6°, e 49,4° correspondentes (002), (102), (211), (300), (202), (310), (113), (222) e (213), respectivamente, confirmaram a pureza dos aviões as-sintetizados nHAP 16,20,21.
Análise termogravimétrica (TGA)
A análise termogravimétrica (TGA) foi utilizada para estimar o percentual de carga nos conjugados (Figura 11). Três perdas proeminentes em massa foram evidentes durante a análise da TGA. A perda inicial de massa a temperaturas de até 100 °C deve-se à água física aprisionada. A segunda perda entre 100 °C e 200 °C deve-se à decomposição da GNR em fuligem de carbono. A diminuição constante da massa posteriormente até 500 °C deveu-se à cristalização do nHAP. Um aquecimento adicional levou à decomposição dos complexos. A perda por presença de GNRs foi encontrada entre 0,5% e 0,98% na GNR/nHAP e nHAP/GNR, respectivamente. Portanto, está em bom acordo com nossa análise anterior onde o HAP foi encontrado como o componente principal e as GNRs foram orientadas para a superfície dentro da GNR/nHAP. Por outro lado, os GNRs foram abundantes em nHAP/GNR, onde o nHAP formou manchas discretas nos longos trechos de GNRs.
Figura 1: Representação esquemática para sintetização de compósitos híbridos de grafeno-hidroxiapatita orientados reverso: (A) nHAP/GNR e (B) GNR/nHAP. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Análise estrutural dos GNRs: (A) Análise HRTEM de GNRs nua; (B) Escaneamento de imagens de modo eletrônico de transmissão de varredura (STEM) de GNRs; e (C) Mapeamento elementar dos GNRs, onde as cores vermelha, verde, amarela e azul denotam carbono, oxigênio, fósforo e cálcio, respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Análise estrutural da nHAP sintetizada: (A) Análise HRTEM de nHAP; (B) Escaneamento de imagens do modo eletrônico de transmissão de varredura (STEM) de nHAP com a barra de escala de entrada representando 100 nm; e (C) Mapeamento elementar do nHAP onde as cores vermelho, verde, amarelo e azul denotam carbono, oxigênio, fósforo e cálcio, respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Análise estrutural do nHAP pré-formado comercialmente disponível: (A) Análise HRTEM de nHAP; (B) Escaneamento de imagens de modo eletrônico de transmissão de varredura (STEM) de nHAP; e (C) Mapeamento elementar do nHAP onde as cores vermelho, verde, amarelo e azul denotam carbono, oxigênio, fósforo e cálcio, respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Análise estrutural do nHAP/GNR sintetizado pela estratégia de co-funcionalização: (A) Análise HRTEM de nHAP/GNR; (B) Escaneamento de imagens do modo eletrônico de transmissão de varredura (STEM) de nHAP/GNR; e (C) Mapeamento elementar do nHAP/GNR onde as cores vermelha, verde, amarela e azul denotam carbono, oxigênio, fósforo e cálcio, respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: Análise estrutural da GNR/nHAP: (A) Análise HRTEM da GNR/nHAP; (B) Escaneamento de imagens do modo eletrônico de transmissão de varredura (STEM) de GNR/nHAP com barra de escala de entrada representando 50 nm; e (C) Mapeamento elementar do GNR/nHAP onde as cores vermelha, verde, amarela e azul denotam carbono, oxigênio, fósforo e cálcio, respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7: Análise EDS da nanocomposite GNR/nHAP: (A) GNRs, (B) comercialmente disponível pré-formado nHAP, e (C) nanocomposite GNR/nHAP. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8: Análise eds do nanocomposite nHAP/GNR: (A) NHAP as-sintetizado e (B) nHAP/GNR. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 9: Análise FTIR dos nanocompactos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 10: Análise de difração de raios-X (XRD) do nHAP. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 11: Análise termogravimétrica dos nanocompóposos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
Embora vários metais, polímeros, cerâmicas e suas combinações tenham sido pesquisados como implantes ortopédicos e acessórios de fixação, o HAP é considerado um dos materiais mais preferenciais devido à sua semelhança química com o próprio osso e consequente alta citocompatibilidade 20,21,22. Neste estudo, a orientação do HAP foi variada, o que pode ter um impacto significativo em suas propriedades únicas, como promoção da osteogênese, osseointegração e osteocondutividade. Além disso, mudar a orientação do HAP pode impactar as propriedades mecânicas dos nanocompositos para imitar ainda mais a do osso natural, uma vez que ossos longos no corpo possuem um alinhamento anisotrópico de HA com colágeno, enquanto os ossos cuboidal possuem um arranjo aleatório de HA com colágeno. Deve-se notar que, embora o HAP natural seja o principal constituinte dos dentes e ossos humanos, suas propriedades físicas são em grande parte dependentes de condições de reação, como o tempo de reação, pH, concentração de fosfato e natureza química da fase23 da CaP. Assim, neste estudo, foi utilizado um método químico molhado para sintetizar o nHAP a um pH de 10 sob irradiação de ultrassom (UI). Barbosa et al. (2013) também relataram que a UI em conjunto com precipitação aquosa sem calcinação é um método simples, rápido e eficiente que gera nHAP com alta cristalidade e especificidade18.
É significativo notar que biomateriais artificialmente fabricados associados ao HAP frequentemente apresentam propriedades mecânicas ruins que incluem fragilidade intrínseca, baixa resistência à fratura e desgaste22. Assim, o nHAP é reforçado aqui com GNRs para facilitar: (i) funcionalização superficial associada às nanopartículas, (ii) interações eletrostáticas na interface no complexo, e (iii) transferência de estresse para os nano-enchimentos da matriz dos andaimes 24,25,26. A síntese química úmida seguida aqui resultou em nHAP imaculado predominantemente em pequenas partículas aciculares aglomeradas em partículas maiores (~40 nm). Esse resultado está bem de acordo com o relatório de Barbosa et al. (2013), onde se especulou que a UI desempenhou um papel crítico na indução da nucleação, formando paredes de bolhas nas proximidades, referidas como "hot-spots"18,27.
É interessante notar que uma diminuição no tamanho das partículas tanto do hospedeiro quanto das partículas convidadas pode aumentar a capacidade de fluxo apenas até um certo limite. A partir daí, uma redução adicional na dimensão da partícula hospedeira pode levar à aglomeração que impacta negativamente a capacidade de fluxo28. Além de induzir a nucleação primária em uma solução virtualmente livre de partículas, a INTERFACE DO USUÁRIO previne altos níveis de supersaturação. Além disso, a redução mediada por INTERFACE DOU no tempo decorrido entre o estabelecimento da supersaturação e o início da nucleação e cristalização pode ser fundamental na evolução da forma do nHAP e no padrão de funcionalização nos GNRs. A estrutura nHAP/GNR pode ser atribuída ao efeito cumulativo da temperatura de reação, à pressão associada ao colapso da bolha e às ondas de choque, além da agitação altamente energética criada em regiões espacialmente concentradas. Da mesma forma, a estrutura GNR/nHAP sintetizada pela adição simultânea de GNRs imaculadas e nHAP na presença de interface do usuário pode ser atribuída às taxas de resfriamento locais rápidas subsequentes, aumentando a supersaturação. Um incremento localizado na pressão também pode diminuir a temperatura da cristalização, enquanto a barreira criada pela energia de ativação pode ser significativamente superada pela transferência de energia devido à cavitação durante a funcionalidade superficial das GNRs18,27.
Um relatório mostra que a aplicação excessiva de UI (~30-120 min) durante a síntese reduz a cristalina e/ou o tamanho dos cristais nHAP29. Isso pode determinar ainda a orientação da funcionalização, conforme observado em nosso estudo. Mesmo neste estudo, os resultados mostraram que a interface do usuário por um tempo de exposição relativamente longo (30 min) durante a síntese de nHAP levou à deposição nHAP em GNRs. Por outro lado, a UI para 30 min com nHAP pré-formado e GNRs levou à deposição de GNRs nos nHAPs esféricos. Assim, este método é ideal para a produção em larga escala de nHAP para obter compósitos incorporados à GNR para fabricação de andaimes30,31. Esses novos compósitos orientados para o reverso com propriedades mecânicas superiores podem ser significativos para a engenharia de tecidos ósseos. Em particular, Fan et al. (2014) relataram que a introdução do grafeno pode melhorar significativamente a dureza e o módulo de Young de nHAP que, por sua vez, apresentam maior osseointegração com osso circundante (ou seja, biocompatibilidade superior), em comparação com grafeno puro e nHAP, individualmente32. Assim, os nanocompositos compostos por GNRs e nHAP com propriedades mecânicas superiores e biocompatibilidade podem ser a promessa de biomateriais para inúmeras aplicações ortopédicas 33,34,35.
No entanto, o maior desafio na fabricação de nanoíbridas com orientações opostas é que os parâmetros de reação devem ser rigorosamente seguidos para obter a orientação desejada de nanocompositos36,37. Além disso, na estratégia de co-funcionalização, foram depositadas menos quantidades de nHAP em forma de agulha nos GNRs, o que pode reduzir seu potencial de regeneração do tecido ósseo e força mecânica. As formas do nHAP em ambos os métodos são diferentes, o que pode influenciar significativamente a quantidade de osteogênese e, portanto, causar várias propriedades pertinentes para aplicações biomédicas.
Em conclusão, aqui, sintetizamos nanocompactos compostos por GNRs e nHAP com arranjos espaciais contrastantes que podem ter aplicações potenciais em ortopedia. Os resultados mostraram que a morfologia nHAP e o tempo de funcionalização (ou seja, se a funcionalização ocorre após a síntese ou ao mesmo tempo que a síntese nHAP) determinaram a orientação de nHAP e GNRs nos nanocompactos. A co-funcionalização durante a síntese resultou em nHAP/GNRs, enquanto a funcionalização com nHAP pré-formado resultou em GNRs/nHAP. Esses nanocompositos podem ser aplicáveis ao desenvolvimento de andaimes para promover a osteogênese e, portanto, têm uma promessa significativa na nanomedicina regenerativa que justifica sua investigação mais aprofundada.
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Disclosures
Os autores não têm conflitos de interesse.
Acknowledgments
Dr. Sougata Ghosh reconhece o Departamento de Ciência e Tecnologia (DST), Ministério da Ciência e Tecnologia, Governo da Índia e Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research, Índia, para financiamento sob a Bolsa de Pós-Doutorado no Exterior em Nano Ciência e Tecnologia (Ref. JNC/AO/A.0610.1(4) 2019-2260 de 19 de agosto de 2019). Dr. Sougata Ghosh reconhece a Universidade Kasetsart, Bangkok, Tailândia para uma Bolsa de Pós-Doutorado, e financiamento sob o Programa Universitário reinventante (Ref. 6501.0207/10870 a partir de 9 de novembro de 2021). Os autores gostariam de agradecer ao Kostas Advanced Nano-Characterization Facility (KANCF) pela ajuda com os experimentos de caracterização. KanCF é uma instalação multidisciplinar compartilhada de pesquisa e educação dentro do Kostas Research Institute (KRI) da Northeastern University.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ammonium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | 216003-100G | Synthesis |
| Calcium nitrate tetrahydrate | Sigma-Aldrich | 237124 | Synthesis |
| Centrifuge | Hettich | EBA 200S | Recovery |
| Fourier transform infrared spectrometer | Brucker | Vertex 70 | Characterization |
| Graphene nanoribbon | Sigma-Aldrich | 922714 | Synthesis |
| High resolution transmission electron microscope | Thermo Fisher Scientific | Themis Titan 300 | Characterization |
| Magnetic stirrer | IKA | C-MAG HS7 S68 | Functionalization |
| Micropipettes | TreffLab | 06H35687 | Reagent preparation |
| pH meter | Eutech pH5+ | ECPH503PLUSK | Reagent preparation |
| Thermogravimetric analyzer | TA Instruments | SDT Q600 | Characterization |
| Ultrasonic bath | Bandelin | DT100 | Functionalization |
| Universal Oven | Memmert | UF55 | Functionalization |
| Weighing balance | Precisa | XB220A | Reagent preparation |
| X-ray diffractometer | Brucker | D8-Advanced | Characterization |
References
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