Synthèse de nanocomposites de graphène-hydroxyapatite pour une utilisation potentielle dans l’ingénierie des tissus osseux

Résumé

De nouveaux nanocomposites de nanorubans de graphène et de nanoparticules d’hydroxyapatite ont été préparés par synthèse en phase solution. Ces hybrides, lorsqu’ils sont utilisés dans des échafaudages bioactifs, peuvent présenter des applications potentielles dans l’ingénierie tissulaire et la régénération osseuse.

Résumé

Le développement de nouveaux matériaux pour l’ingénierie des tissus osseux est l’un des domaines d’intérêt les plus importants de la nanomédecine. Plusieurs nanocomposites ont été fabriqués avec de l’hydroxyapatite pour faciliter l’adhésion cellulaire, la prolifération et l’ostéogenèse. Dans cette étude, des nanocomposites hybrides ont été développés avec succès en utilisant des nanorubans de graphène (GNR) et des nanoparticules d’hydroxyapatite (nHAPs), qui, lorsqu’ils sont utilisés dans des échafaudages bioactifs, peuvent potentiellement améliorer la régénération du tissu osseux. Ces nanostructures peuvent être biocompatibles. Ici, deux approches ont été utilisées pour préparer les nouveaux matériaux. Dans une approche, une stratégie de co-fonctionnalisation a été utilisée où le nHAP a été synthétisé et conjugué aux GNR simultanément, ce qui a donné des nanohybrides de nHAP sur les surfaces GNR (notées nHAP / GNR). La microscopie électronique à transmission à haute résolution (HRTEM) a confirmé que le composite nHAP/GNR est composé de structures minces et minces de GNR (longueur maximale de 1,8 μm) avec des patchs discrets (150-250 nm) de nHAP en forme d’aiguille (40-50 nm de longueur). Dans l’autre approche, le nHAP disponible dans le commerce a été conjugué avec des GNR formant du nHAP revêtu de GNR (noté GNR /nHAP) (c’est-à-dire avec une orientation opposée par rapport au nanohybride nHAP / GNR). Le nanohybride formé à l’aide de cette dernière méthode a présenté des nanosphères nHAP d’un diamètre allant de 50 nm à 70 nm recouvertes d’un réseau de GNR à la surface. Les spectres de dispersion d’énergie, la cartographie élémentaire et les spectres infrarouges à transformée de Fourier (FTIR) ont confirmé l’intégration réussie des nHAP et des GNR dans les deux nanohybrides. L’analyse thermogravimétrique (TGA) a indiqué que la perte à des températures de chauffage élevées due à la présence de GNR était de 0,5 % et 0,98 % pour le GNR/nHAP et le nHAP/GNR, respectivement. Les nanohybrides nHAP-GNR avec des orientations opposées représentent des matériaux importants pour une utilisation dans les échafaudages bioactifs afin de promouvoir potentiellement les fonctions cellulaires pour améliorer les applications d’ingénierie des tissus osseux.

Introduction

Le graphène a des structures bidimensionnelles en forme de feuille composées de carbone sp-hybridé. Plusieurs autres allotropes peuvent être attribués au réseau étendu de graphène en nid d’abeille (par exemple, l’empilement de feuilles de graphène forme du graphite 3D tout en roulant le même matériau entraîne la formation de nanotubes 1D¹). De même, les fullerènes 0D sont formés en raison de l’emballage². Le graphène a des propriétés physico-chimiques et optoélectroniques attrayantes qui comprennent un effet de champ ambipolaire et un effet Hall quantique à température ambiante ^3,4

Protocole

1. Synthèse du nHAP par précipitation

1. Synthétiser le nHAP vierge en utilisant 50 mL du mélange réactionnel contenant 1 M Ca(NO₃)₂∙_4H2O et 0,67 M(NH₄)H₂PO₄ suivi de l’addition goutte à goutte de NH₄OH (25%) pour maintenir un pH autour de 10¹⁸.
2. Par la suite, agiter le mélange réactionnel par irradiation par ultrasons (UI) pendant 30 min (puissance de 500 W et fréquence ultrasonore de 20 kHz).
3. Laisser mûrir la solution résultante pendant 120 h à température ambiante jusqu’à ce que le précipité blanc de nHAP se dépose. Récupér....

Résultats

Analyse HRTEM
Individuellement, les GNR étaient de minces structures en bambou avec quelques courbures à une certaine distance, comme on l’observe à la figure 2. Le GNR le plus long était de 1,841 μm tandis que le plus petit GNR plié était de 497 nm. Les nanorubans ont souvent montré une variation visible de largeur qui pourrait être attribuée à la torsion pour former des configurations hélicoïdales à de nombreux endroits. Un tel alignement unidirectionnel des GNR peut ai.......

Discussion

Bien que divers métaux, polymères, céramiques et leurs combinaisons aient été étudiés comme implants orthopédiques et accessoires de fixation, le HAP est considéré comme l’un des matériaux les plus préférables en raison de sa similitude chimique avec l’os lui-même et de sa cytocompatibilité élevée 20,21,22 qui en résulte. Dans cette étude, l’orientation de haP était variée, ce qui peut avoir un impact significatif sur ses propri.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Phosphate d’ammonium monobasique	Sigma-Aldrich	216003-100G	Synthèse
Nitrate de calcium tétrahydraté	Sigma-Aldrich	237124
Synthèse Centrifugeuse	Hettich	EBA 200S
Récupération Spectromètre infrarouge à transformée de Fourier	Brucker	Vertex 70	Caractérisation
Nanoruban	de graphèneSigma-Aldrich	922714	Synthèse
Microscope électronique à transmission haute résolution	Thermo Fisher Scientific	Themis Titan 300	Caractérisation
Agitateur magnétique	IKA	C-MAG HS7 S68	Fonctionnalisation
Micropipettes	TreffLab	06H35687	Préparation des réactifs
PH-mètre	Eutech pH5+	ECPH503PLUSK	Préparation des réactifs
Analyseur thermogravimétrique	TA Instruments	SDT Q600	Caractérisation
Bain à ultrasons	Bandelin	DT100	Fonctionnalisation
Four universel	Memmert	UF55	Fonctionnalisation
Balance	Precisa	XB220A	Préparation
des réactifs Diffractomètre à rayons X	Brucker	D8-Caractérisation avancée