Name: Synthese von Graphen-Hydroxylapatit-Nanokompositen für den potenziellen Einsatz im Knochengewebe-Engineering (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-27T13:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 14 s
Description: Lernen Sie die Synthese von Graphen-Hydroxylapatit-Nanokompositen für das Knochengewebe-Engineering. Diese effiziente Ein-Topf-Methode ermöglicht die Herstellung bioaktiver Gerüstmaterialien zur Förderung der Knochenregeneration.

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Dr. Sougata Ghosh dankt dem Department of Science and Technology (DST), dem Ministerium für Wissenschaft und Technologie, der indischen Regierung und dem Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research, Indien, für die Finanzierung im Rahmen des Post-Doctoral Overseas Fellowship in Nano Science and Technology (Ref. JNC / AO / A.0610.1 (4) 2019-2260 vom 19. August 2019). Dr. Sougata Ghosh dankt der Kasetsart University, Bangkok, Thailand, für ein Postdoktorandenstipendium und die Finanzierung im Rahmen des Reinventing University Program (Ref. Nr. 6501.0207/10870 vom 9. November 2021). Die Autoren danken der Kostas Advanced Nano-Characterization Facility (KANCF) für die Unterstützung bei den Charakterisierungsexperimenten. KANCF ist eine gemeinsame multidisziplinäre Forschungs- und Bildungseinrichtung innerhalb des Kostas Research Institute (KRI) an der Northeastern University.

1. Synthese von nHAP durch Fällung
<ol><li>Das makellose nHAP wird unter Verwendung von 50 ml des Reaktionsgemisches mit 1 M Ca(NO3)2∙4H2 Ound 0,67 M (NH4)H2PO4, gefolgt von der tropfenweisen Zugabe von NH4OH (25 %) synthetisiert, um einen pH-Wert um 1018 aufrechtzuerhalten.</li>
	<li>Danach das Reaktionsgemisch durch Ultraschallbestrahlung (UI) für 30 min (500 W Leistung und 20 kHz Ultraschallfrequenz) rühren.</li>
	<li>Lassen Sie die resultierende Lösung 120 h bei Raumtemperatur reifen, bis sich der weiße Niederschlag von nHAP absetzt. Gewinnen Sie das nHAP durch Zentrifugation bei 1398 x g für 5 min bei Raumtemperatur zurück.</li>
	<li>Waschen Sie den Niederschlag mit deionisiertem (DI) Wasser 3x und lyophilisieren Sie für 48 h. Lagern Sie das trockene Pulver bei 4 °C.</li>
</ol>2. Herstellung von nHAP/GNR-Nanokompositen
HINWEIS: Im Folgenden werden zwei Ansätze zur Herstellung von nHAP/GNR (d. h. nHAP auf GNR-Oberflächen) und GNR/nHAP (GNR-beschichteten nHAP) Nanokompositen beschrieben, die zwei verschiedene räumliche Anordnungen von nHAP und GNRs darstellen (Abbildung 1).
<ol><li>Synthese von nHAP/GNR<ol>
<li>Um das nHAP/GNRs-Nanokomposit herzustellen, verwenden Sie eine Kofunktionalisierungsstrategie, bei der nHAP wie folgt gleichzeitig synthetisiert und mit GNRs konjugiert werden kann.</li>
		<li>5 mg GNR (Table of Materials) werden in einer Mischung aus 1 M Calciumnitrattetrahydrat [Ca(NO3)2·4H2O] und 0,67 M Diammoniumhydrogenphosphat [(NH 4)2 HPO4] zu einem 50 ml Endvolumen19 gelöst.</li>
		<li>Während dieser Reaktion fügen Sie 25% NH4OH tropfenweise hinzu, um den pH-Wert bei ~ 10 zu halten. Rühren Sie die resultierende Mischung durch UI für 30 min.</li>
		<li>Lassen Sie die Lösung nach Abschluss der Reaktion 120 h bei Raumtemperatur bis zur Reifung ungestört.</li>
		<li>Beobachten Sie die Bildung eines gallertartigen Niederschlags von nHAP, der die GNRs bedeckt, woraufhin sich ein weißer Niederschlag von nHAP / GNRs absetzt.</li>
		<li>Waschen Sie den Niederschlag 3x durch Zentrifugation bei 1398 x g für 5 min bei Raumtemperatur, gefolgt von einer Redispergierung in DI-Wasser.</li>
		<li>Lyophilisieren Sie den zurückgewonnenen gewaschenen Niederschlag für 48 h. Lagern Sie das trockene Pulver bei 4 °C.</li>
		<li>Verwenden Sie makellose nHAP- und GNRs als Kontrollproben.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Synthese von GNR/nHAP Nanokomposit<ol>
<li>Suspendieren Sie handelsübliche nHAP in einer Konzentration von 5 mg/ml in 50 ml DI-Wasser, ergänzt durch 5 mg GNR.</li>
		<li>Das resultierende Gemisch 30 min mittels UI rühren und danach 120 h bei Raumtemperatur ungestört lassen.</li>
		<li>Nach der Reifung wird der weiße Niederschlag des resultierenden GNR/nHAP durch Zentrifugation bei 1398 x g für 5 min bei Raumtemperatur zurückgewonnen.</li>
		<li>Waschen Sie die Probe 3x mit DI-Wasser, lyophilisieren Sie sie für 48 h und lagern Sie das trockene Pulver bei 4 ° C zur weiteren Verwendung.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Charakterisierung von nHAP, nHAP/GNR und GNR/nHAP
<ol><li>Verwenden Sie ein hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskop (HRTEM) (siehe Tabelle der Materialien), um die Morphologie und Größe der Nanokomposite zu charakterisieren11.</li>
	<li>Analysieren Sie die Elementzusammensetzung der Nanokomposite mittels energiedispersiver Spektroskopie (EDS) und führen Sie eine Elementkartierung mit dem Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM)11 durch.</li>
	<li>Führen Sie eine Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) für die sauberen Proben mit Wellenzahlen von 500-4000 cm−1 durch, um die chemischen Gruppen im Nanokomposit16 zu analysieren.</li>
	<li>Führen Sie eine Pulverröntgenbeugungsanalyse (XRD) des as-synthetisierten nHAP mit einer Röntgenwellenlänge von 1,5406 Å, Strom- und Spannungseinstellungen von 40 mA bzw. 40 kV und 2θ im Bereich von 20 ° bis 90 ° durch.</li>
	<li>Bewerten Sie die prozentuale Belastung der GNR im Nanokomposit mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA), indem Sie die Proben von Raumtemperatur auf 1000 °C mit einer Rate von 10 °C/min unter Stickstofffluss erhitzen.</li>
</ol>

<ol><li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+field+effect+in+atomically+thin+carbon+films%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electric field effect in atomically thin carbon films.</a> Science. 306 (5696), 666-669 (2004).</li>
<li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unconventional+quantum+Hall+effect+and+Berry%27s+phase+of+2%CF%80+in+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Unconventional quantum Hall effect and Berry's phase of 2π in bilayer graphene.</a> Nature Physics. 2 (3), 177-180 (2006).</li>
<li>Zhang, Y. B., Tan, Y. W., Stormer, H. L., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+observation+of+the+quantum+Hall+effect+and+Berry%27s+phase+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene.</a> Nature. 438 (7065), 201-204 (2005).</li>
<li>Ozyilmaz, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+transport+and+quantum+hall+effect+in+bipolar+Graphene+p%E2%88%92n%E2%88%92p+junctions%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Electronic transport and quantum hall effect in bipolar Graphene p−n−p junctions.</a> Physical Review Letters. 99 (16-19), 166804(2007).</li>
<li>Morozov, S. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Giant+intrinsic+carrier+mobilities+in+graphene+and+its+bilayer%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Giant intrinsic carrier mobilities in graphene and its bilayer.</a> Physical Review Letters. 100 (1-11), 016602(2008).</li>
<li>Han, M., Ozyilmaz, B., Zhang, Y., Jarillo-Herero, P., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+transport+measurements+in+graphene+nanoribbons%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Status+Solidi+B%3A+Basic+Solid+State+Physics%22%5BJournal%5D)">Electronic transport measurements in graphene nanoribbons.</a> Physica Status Solidi B: Basic Solid State Physics. 244 (11), 4134-4137 (2007).</li>
<li>Talyzin, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+graphene+nanoribbons+encapsulated+in+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Synthesis of graphene nanoribbons encapsulated in single-walled carbon nanotubes.</a> Nano Letters. 11 (10), 4352-4356 (2011).</li>
<li>Allen, M. J., Tung, V. C., Kaner, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Honeycomb+carbon%3A+A+review+of+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Honeycomb carbon: A review of graphene.</a> Chemical Reviews. 110 (1), 132-145 (2010).</li>
<li>Ghosh, S., Webster, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metallic+nanoscaffolds+as+osteogenic+promoters%3A+Advances%2C+challenges+and+scope%5BTitle%5D)+AND+%22Metals%22%5BJournal%5D)">Metallic nanoscaffolds as osteogenic promoters: Advances, challenges and scope.</a> Metals. 11 (9), 1356(2021).</li>
<li>Ghosh, S., Webster, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoporous+silica+based+nanostructures+for+bone+tissue+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Materials%22%5BJournal%5D)">Mesoporous silica based nanostructures for bone tissue regeneration.</a> Frontiers in Materials. 8, 213(2021).</li>
<li>Medeiros, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanohydroxyapatite%2Fgraphene+nanoribbons+nanocomposites+induce+in+vitro+osteogenesis+and+promote+in+vivo+bone+neoformation%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Biomaterials+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Nanohydroxyapatite/graphene nanoribbons nanocomposites induce in vitro osteogenesis and promote in vivo bone neoformation.</a> ACS Biomaterials Science and Engineering. 4 (5), 1580-1590 (2018).</li>
<li>Faniyi, I. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+comparative+analyses+of+reduced+graphene+oxide+%28RGO%29+prepared+via+green%2C+mild+and+chemical+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22SN+Applied+Sciences%22%5BJournal%5D)">The comparative analyses of reduced graphene oxide (RGO) prepared via green, mild and chemical approaches.</a> SN Applied Sciences. 1 (10), 1-7 (2019).</li>
<li>Neelgund, G. M., Oki, A., Luo, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+deposition+of+hydroxyapatite+on+graphene+nanosheets%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Bulletin%22%5BJournal%5D)">In situ deposition of hydroxyapatite on graphene nanosheets.</a> Materials Research Bulletin. 48 (2), 175-179 (2013).</li>
<li>Rajkumar, M., Sundaram, N. M., Rajendran, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+size+controlled%2C+stoichiometric+and+bioresorbable+hydroxyapatite+nanorod+by+varying+initial+pH%2C+Ca%2FP+ratio+and+sintering+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Digest+Journal+of+Nanomaterials+and+Biostructures%22%5BJournal%5D)">Preparation of size controlled, stoichiometric and bioresorbable hydroxyapatite nanorod by varying initial pH, Ca/P ratio and sintering temperature.</a> Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 6 (1), 169-179 (2011).</li>
<li>Mondal, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydroxyapatite+coated+iron+oxide+nanoparticles%3A+A+promising+nanomaterial+for+magnetic+hyperthermia+cancer+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Hydroxyapatite coated iron oxide nanoparticles: A promising nanomaterial for magnetic hyperthermia cancer treatment.</a> Nanomaterials. 7 (12), 426(2017).</li>
<li>Oliveira, F. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+loads+of+nano-hydroxyapatite%2Fgraphene+nanoribbon+composites+guided+bone+regeneration+using+an+osteoporotic+animal+model%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">High loads of nano-hydroxyapatite/graphene nanoribbon composites guided bone regeneration using an osteoporotic animal model.</a> International Journal of Nanomedicine. 14, 865-874 (2019).</li>
<li>Murugan, N., Sundaramurthy, A., Chen, S. -M., Sundramoorthy, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+oxide%2Foxidized+carbon+nanofiber%2Fmineralized+hydroxyapatite+based+hybrid+composite+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Express%22%5BJournal%5D)">Graphene oxide/oxidized carbon nanofiber/mineralized hydroxyapatite based hybrid composite for biomedical applications.</a> Materials Research Express. 4 (12), 124005(2017).</li>
<li>Barbosa, M. C., Messmer, N. R., Brazil, T. R., Marciano, F. R., Lobo, A. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+ultrasonic+irradiation+on+the+crystallinity+of+nano-hydroxyapatite+produced+via+the+wet+chemical+method%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering+C%22%5BJournal%5D)">The effect of ultrasonic irradiation on the crystallinity of nano-hydroxyapatite produced via the wet chemical method.</a> Materials Science and Engineering C. 33 (5), 2620-2625 (2013).</li>
<li>Rodrigues, B. V. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+oxide%2Fmulti-walled+carbon+nanotubes+as+nanofeatured+scaffolds+for+the+assisted+deposition+of+nanohydroxyapatite%3A+characterization+and+biological+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Graphene oxide/multi-walled carbon nanotubes as nanofeatured scaffolds for the assisted deposition of nanohydroxyapatite: characterization and biological evaluation.</a> International Journal of Nanomedicine. 11, 2569-2585 (2016).</li>
<li>Sharma, M., Nagar, R., Meena, V. K., Singh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electro-deposition+of+bactericidal+and+corrosion-resistant+hydroxyapatite+nanoslabs%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">Electro-deposition of bactericidal and corrosion-resistant hydroxyapatite nanoslabs.</a> RSC Advances. 9 (20), 11170-11178 (2019).</li>
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<li>Baradaran, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+and+biomedical+applications+of+a+nanotube+hydroxyapatite-reduced+graphene+oxide+composite%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties and biomedical applications of a nanotube hydroxyapatite-reduced graphene oxide composite.</a> Carbon. 69, 32-45 (2014).</li>
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</ol>

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte.

Obwohl verschiedene Metalle, Polymere, Keramiken und ihre Kombinationen als orthopädische Implantate und Fixationszubehör erforscht wurden, gilt HAP aufgrund seiner chemischen Ähnlichkeit mit dem Knochen selbst und der daraus resultierenden hohen Zytokompatibilität als eines der am meisten bevorzugten Materialien20,21,22. In dieser Studie wurde die Orientierung von HAP variiert, was einen signifikanten Einfluss auf seine einziga...

Graphen hat plattenartige zweidimensionale Strukturen, die aus sp-hybridisiertem Kohlenstoff bestehen. Mehrere andere Allotrope können dem ausgedehnten Wabennetzwerk von Graphen zugeschrieben werden (z. B. bildet das Stapeln von Graphenschichten 3D-Graphit, während das Abrollen desselben Materials zur Bildung von 1D-Nanoröhrchenführt 1). Ebenso werden 0D-Fullerene durch Umhüllung2 gebildet. Graphen hat attraktive physikalisch-chemische und optoelektronische Eigenschaften, zu denen ein ambipolarer Feldeffekt und ein Quanten-Hall-Effekt bei Raumtemperaturgehören 3,4. Der Nachweis von Einzelmolekül-Adsorptionsereignissen und eine extrem hohe Trägermobilität tragen zu den attraktiven Eigenschaften von Graphen 5,6 bei. Darüber hinaus gelten Graphen-Nanobänder (GNRs) mit schmalen Breiten und einem großen mittleren freien Weg, niedrigem spezifischen Widerstand mit hoher Stromdichte und hoher Elektronenbeweglichkeit als vielversprechende Verbindungsmaterialien7. Daher werden GNRs für Anwendungen in einer Vielzahl von Geräten und in jüngster Zeit in der Nanomedizin erforscht, insbesondere in der Gewebezüchtung und Arzneimittelabgabe8.
Unter verschiedenen traumatischen Beschwerden gelten Knochenverletzungen als eine der schwierigsten aufgrund von Schwierigkeiten bei der Stabilisierung der Fraktur, der Regeneration und dem Ersatz durch neuen Knochen, dem Widerstand gegen Infektionen und der Neuausrichtung von Knochennicht-Verbindungen 9,10. Chirurgische Eingriffe bleiben die einzige Alternative für Oberschenkelschaftfrakturen. Es sei darauf hingewiesen, dass in Mittelamerika und Europa jedes Jahr fast 52 Millionen US-Dollar für die Behandlung von Knochenverletzungen ausgegebenwerden 11.
Bioaktive Gerüste für Knochengewebe-Engineering-Anwendungen können durch die Integration von Nano-Hydroxylapatit (nHAP) effektiver sein, da sie den mikro- und nanoarchitektonischen Eigenschaften des Knochens selbst ähneln12. HAP, chemisch dargestellt als Ca 10(PO4)6(OH)2 mit einem Ca/P-Molverhältnis von 1,67, ist am meisten bevorzugt für biomedizinische Anwendungen, insbesondere für die Behandlung von Parodontaldefekten, die Substitution von Hartgewebe und die Herstellung von Implantaten für orthopädische Operationen13,14. Daher kann die Herstellung von nHAP-basierten Biomaterialien, die mit GNRs verstärkt sind, eine überlegene Biokompatibilität besitzen und aufgrund ihrer Fähigkeit, die Osseointegration zu fördern und osteokonduktiv zu sein, von Vorteil sein15,16. Solche hybriden Kompositgerüste können biologische Eigenschaften wie Zelladhärenz, Ausbreitung, Proliferation und Differenzierung erhalten17. Hierin berichten wir über die Herstellung von zwei neuen Nanokompositen für das Knochengewebe-Engineering, indem wir die räumliche Anordnung von nHAP und GNRs rational verändern, wie in Abbildung 1 dargestellt. Hier wurden die chemischen und strukturellen Eigenschaften der beiden unterschiedlichen nHAP-GNR-Anordnungen bewertet.

<table><tbody><tr><td>Ammoniumphosphat monobasisch</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>216003-100G</td><td>Synthese</td></tr><tr><td>Calciumnitrat-Tetrahydrat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>237124</td><td>Synthese</td></tr><tr><td>Zentrifuge</td><td>Hettich</td><td>EBA 200S</td><td>Recovery</td></tr><tr><td>Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer</td><td>Brucker</td><td>Vertex 70</td><td>Charakterisierung</td></tr><tr><td>Graphen-Nanoband</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>922714</td><td>Synthesis</td></tr><tr><td>Hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskop</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>Themis Titan 300</td><td>Charakterisierung</td></tr><tr><td>Magnetrührer</td><td>IKA</td><td>C-MAG HS7 S68</td><td>Funktionalisierung</td></tr><tr><td>Mikropipetten</td><td>TreffLab</td><td>06H35687</td><td>Reagenzienvorbereitung</td></tr><tr><td>pH-Messgerät</td><td>Eutech pH5+</td><td>ECPH503PLUSK</td><td></td></tr><tr><td>Thermogravimetrischer Analysator TA</td><td>Instruments</td><td>SDT Q600</td><td>Charakterisierung</td></tr><tr><td>Ultraschallbad</td><td>Bandelin</td><td>DT100</td><td>Funktionalisierung</td></tr><tr><td>Universalofen</td><td>Memmert</td><td>UF55</td><td>Funktionalisierung</td></tr><tr><td>Waage</td><td>Precisa</td><td>XB220A</td><td>Reagenzienvorbereitung</td></tr><tr><td>Röntgendiffraktometer</td><td>Brucker</td><td>D8-Erweiterte</td><td>Charakterisierung</td></tr></tbody></table>

synthese von graphen-hydroxylapatit-nanokompositen für den potenziellen einsatz im knochengewebe-engineering

Synthesis of Graphene-Hydroxyapatite Nanocomposites for Potential Use in Bone Tissue Engineering

Die Entwicklung neuartiger Materialien für das Knochengewebe-Engineering ist einer der wichtigsten Schwerpunkte der Nanomedizin. Mehrere Nanokomposite wurden mit Hydroxylapatit hergestellt, um die Zelladhärenz, -proliferation und -osteogenese zu erleichtern. In dieser Studie wurden erfolgreich hybride Nanokomposite unter Verwendung von Graphen-Nanobändern (GNRs) und Nanopartikeln aus Hydroxylapatit (nHAPs) entwickelt, die, wenn sie in bioaktiven Gerüsten eingesetzt werden, möglicherweise die Knochengeweberegeneration verbessern können. Diese Nanostrukturen können biokompatibel sein. Hier wurden zwei Ansätze zur Herstellung der neuartigen Materialien verwendet. In einem Ansatz wurde eine Kofunktionalisierungsstrategie verwendet, bei der nHAP gleichzeitig synthetisiert und mit GNRs konjugiert wurde, was zu Nanohybriden von nHAP auf GNR-Oberflächen (als nHAP / GNR bezeichnet) führte. Die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) bestätigte, dass der nHAP/GNR-Verbund aus schlanken, dünnen Strukturen von GNRs (maximale Länge von 1,8 μm) mit diskreten Patches (150-250 nm) nadelartigem nHAP (40-50 nm Länge) besteht. Im anderen Ansatz wurde kommerziell erhältliches nHAP mit GNRs konjugiert, die GNR-beschichtetes nHAP (bezeichnet als GNR/nHAP) bildeten (d. h. mit einer entgegengesetzten Orientierung relativ zum nHAP/GNR-Nanohybrid). Der mit der letzteren Methode gebildete Nanohybrid zeigte nHAP-Nanosphären mit einem Durchmesser von 50 nm bis 70 nm, die mit einem Netzwerk von GNRs auf der Oberfläche bedeckt waren. Energiedispersive Spektren, Elementabbildung und Fourier-Transformations-Infrarotspektren (FTIR) bestätigten die erfolgreiche Integration von nHAP und GNRs in beide Nanohybride. Die thermogravimetrische Analyse (TGA) ergab, dass der Verlust bei erhöhten Heiztemperaturen aufgrund des Vorhandenseins von GNRs 0,5% bzw. 0,98% für GNR/nHAP bzw. nHAP/GNR betrug. Die nHAP-GNR-Nanohybride mit entgegengesetzten Orientierungen stellen wichtige Materialien für den Einsatz in bioaktiven Gerüsten dar, um möglicherweise zelluläre Funktionen zur Verbesserung von Knochengewebe-Engineering-Anwendungen zu fördern.

HRTEM-Analyse Einzeln waren GNRs schlanke, bambusähnliche Strukturen mit einigen Biegungen in einiger Entfernung, wie in Abbildung 2 beobachtet. Die längste GNR betrug 1,841 μm, während die kleinste gebogene GNR 497 nm betrug. Die Nanobänder zeigten oft eine sichtbare Variation der Breite, die an vielen Stellen auf Verdrehungen zurückzuführen ist, um spiralförmige Konfigurationen zu bilden. Eine solche unidirektionale Ausrichtung von GNRs kann dazu beitragen, attraktive M...

Neuartige Nanokomposite aus Graphen-Nanobändern und Hydroxylapatit-Nanopartikeln wurden mittels Lösungsphasensynthese hergestellt. Wenn diese Hybriden in bioaktiven Gerüsten eingesetzt werden, können sie potenzielle Anwendungen im Tissue Engineering und in der Knochenregeneration aufweisen.

Synthese von Graphen-Hydroxylapatit-Nanokompositen für den potenziellen Einsatz im Knochengewebe-Engineering

Developing novel materials for bone tissue engineering is one of the most important thrust areas of nanomedicine. Several nanocomposites have been ...

Diese Arbeit erklärt die Strategie zur Herstellung neuartiger Verbundwerkstoffe aus Nano-Hydroxylapatit- und Graphen-Nanobändern mit entgegengesetzten Ausrichtungen. Diese Biomaterialien sind für die Entwicklung von Knochengewebe-Engineering-Gerüsten von Bedeutung. Dies ist eine einfache Eintopfsynthese.Es ist eine schnelle, effektive und wirtschaftliche Methode. Diese Arbeit ist äußerst relevant im Zusammenhang mit der Behandlung von Knochenverletzungen und damit verbundenen Beschwerden, bei denen mehr Knochengeweberegeneration eine schnelle Heilung fördert. Synthetisieren Sie zunächst die unberührten Nanopartikel von Hydroxylapatit mit 50 Millilitern der Reaktionsmischung.Fügen Sie tropfenweise 25% Ammoniumhydroxid hinzu, um einen pH-Wert von etwa 10 aufrechtzuerhalten. Danach rühren Sie das Reaktionsgemisch 30 Minuten lang durch Ultraschallbestrahlung. Lassen Sie die resultierende Lösung 120 Stunden bei Raumtemperatur reifen, bis sich der weiße Niederschlag von Nanopartikeln aus Hydroxylapatit absetzt.Die Nanopartikel von Hydroxylapatit werden durch Zentrifugation bei 1.398 x g für fünf Minuten bei Raumtemperatur zurückgewonnen. Waschen Sie den Niederschlag dreimal mit entionisiertem Wasser. Um das nHAP / GNR-Nanokomposit herzustellen, verwenden Sie eine Kofunktionalisierungsstrategie, beginnen Sie mit dem Auflösen von fünf Milligramm Graphen-Nanobändern in einer Mischung aus einem molaren Calciumnitrattetrahydrat und 0,67 molaren Diammoniumhydrogenphosphat zu einem Endvolumen von 50 Millilitern.Während dieser Reaktion fügen Sie 25% Ammoniumhydroxid tropfenweise hinzu, um den pH-Wert bei etwa 10 zu halten. Rühren Sie die resultierende Mischung durch Ultraschall für 30 Minuten. Lassen Sie die Lösung nach Abschluss der Reaktion 120 Stunden lang bei Raumtemperatur bis zur Reifung ungestört.Beobachten Sie die Bildung eines gallertartigen Niederschlags von Nanopartikeln aus Hydroxylapatit, der die Graphin-Nanobänder bedeckt, woraufhin sich ein weißer Niederschlag von nHAP / GNR absetzt. Waschen Sie den Niederschlag dreimal durch Zentrifugation bei 1.398 x g für fünf Minuten bei Raumtemperatur, gefolgt von Redispergierung in deionisiertem Wasser. Um GNR / nHAP-Nanokomposite zu synthetisieren, suspendieren Sie kommerziell erhältliche Nanopartikel von Hydroxylapatit in einer Konzentration von fünf Milligramm pro Milliliter in 50 Milliliter deionisiertem Wasser, ergänzt durch fünf Milligramm Graphin-Nanobänder.Rühren Sie die resultierende Mischung 30 Minuten lang durch Ultraschall und lassen Sie die Mischung danach 120 Stunden lang bei Raumtemperatur ungestört. Nach der Reifung wird der weiße Niederschlag des resultierenden GNR/nHAP durch Zentrifugation bei 1.398 x g fünf Minuten lang bei Raumtemperatur zurückgewonnen. Waschen Sie die Probe dreimal mit entionisiertem Wasser.Die HRTEM-Analyse von nHAP/GNR-Nanokompositen zeigte nHAP-Pflaster zwischen 150 und 250 Nanometern Länge und Breite. Die Elementarkartierung bestätigte, dass die intermediären Knotenflecken auf den GNRs aufgrund des Vorhandenseins von elementarem Kalzium und Phosphor tatsächlich nHAP waren. In GNR/nHAP-Nanokompositen bildete die GNR dünne Filme auf der Oberfläche der sphärischen nHAP-Nanopartikel.Die EDS-Analyse zeigte einen deutlichen Anstieg des Kohlenstoffgehalts aufgrund von GNRs, während die für Kalzium und Phosphor spezifischen Spitzen auf nHAP zurückzuführen waren. Der deutliche Anstieg des Kohlenstoffgehalts im nHAP/GNR-Spektrum ist auf die Mehrzahl der GNRs zurückzuführen, auf denen nur kleine Flecken frisch synthetisierter nHAP beobachtet wurden. Die XRD-Analyse bestätigte die hexagonale Kristallstruktur der nHAP-starken Peaks, die den Ebenen 002, 102, 211, 300, 202, 310, 113, 222 bzw. 213 entsprechen, und bestätigte die Reinheit der as-synthetisierten nHAP.Die TGA-Analyse zeigte eine stetige Abnahme der Masse nach 200 Grad Celsius bis zu 500 Grad Celsius aufgrund der Kristallisation von nHAP. Eine weitere Erwärmung führte zum Zerfall der Komplexe. Es wurde festgestellt, dass der Verlust aufgrund des Vorhandenseins von GNRs zwischen 0,5 und 0,98% in GNR/nHAP und nHAP/GNR lag.Die Reihenfolge der Zugabe von Reagenzien und Reaktionsbedingungen sind am kritischsten, um die gewünschte umgekehrte Orientierung der Nanokomposite zu erhalten. Zelllinienbasierte Studien können durchgeführt werden, um das Potenzial der Nanokomposite zur Förderung der Osteogenese zu überprüfen. Dies wird ein neues Gebiet der orientierungsvermittelten Modulation der zellulären Reaktion für das Tissue Engineering eröffnen.

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Biotechnik

Graphene bietet Potenzial als Beschichtungsmaterial für biomedizinische Implantate. In dieser Studie zeigen wir, ein Verfahren zur Beschichtung Nitinollegierungen mit Nanometer dicken Schichten von Graphen und bestimmen, wie Graphen kann Implantat Reaktion beeinflussen.

Graphene Coatings for Biomedical Implants

In diesem Artikel beschreiben wir ein Protokoll zur Herstellung eines amelogenin-Chitosan-Hydrogel für oberflächliche Zahnschmelz Wiederaufbau. In-situ-Wachstum von Apatitkristalle in dem Hydrogel Organisiert bildeten einen dichten Schmelz-Wiederherstellung-Schnittstelle, die die Wirksamkeit und Haltbarkeit von Restaurationen zu verbessern.

Entwicklung von Amelogenin-Chitosan-Hydrogel für<em&gt; In-vitro-</em&gt; Emaille Nachwachsen mit einem dichten Schnittstelle

Ein Schritt-für-Schritt-Prozess zur Erstellung einer knochenähnlichen Vorlage mit künstlichen Mikrokanälen wird vorgestellt. Die hohe Absorptions- und Retentionsfähigkeit des Templates wird durch die Kapillarwirkung über Mikrokanäle demonstriert.

Distinctive Kapillarwirkung durch Mikrokanäle in knochenähnliche Vorlagen können Rekrutierung von Zellen für die Wiederherstellung der Große Knochendefekt Enhance

Elektronanofasern weisen eine hohe Oberflächenverhältnis, ausgezeichnete mechanische Integrität zu gewichten, und das Zellwachstum und Proliferation unterstützen. Diese Nanofasern haben eine breite Palette von biomedizinischen Anwendungen. Hier fertigen wir Keratin / PCL-Nanofasern, die Elektrospinntechnik, und zu charakterisieren, die Fasern für mögliche Anwendungen im Tissue Engineering.

Synthese von Keratin-basierten Nanofaser für Biomedizinische Technik

Injizierbare tissue engineering Gerüst aus Poly (N-isopropylacrylamid) -Pfropf-Chondroitinsulfat Mikroteilchen (PNIPAAm-g-CS) -haltigen Alginat besteht, wurde hergestellt. Die Haftfestigkeit, Quelleigenschaften und Biokompatibilität in vitro sind in dieser Studie untersucht. Die Charakterisierungstechniken hier entwickelt, können auf andere thermogelierende Systeme anwendbar sein.

Synthese von thermogelierenden Poly (N-isopropylacrylamid) -Pfropf-Chondroitinsulfat Composites mit Alginate Mikroteilchen für Tissue Engineering

Dieser Beitrag beschreibt ein neues Verfahren zur schnellen Herstellung von hochwertigen Bioinspirierte nanoskaligen Hydroxyapatit. Dieses Biomaterial ist von großer Bedeutung bei der Herstellung einer breiten Palette von innovativen medizinischen Geräten für die klinische Anwendung in der Orthopädie, Chirurgie und Zahnmedizin craniofacial.

Rapid-Mix Herstellung von Bioinspirierte Nanoskalige Hydroxyapatit für biomedizinische Anwendungen

Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll für die antimikrobielle Charakterisierung von Materialien. Hier wird die antimikrobielle Wirkung auf Materialoberflächen gemessen durch zwei Methoden, die einander ergänzen: eine basiert auf dem Agar Festplatte Diffusion Test, und der andere ist ein Standardverfahren, basierend auf der ISO-Norm 22196:2007.

Antimikrobielle Charakterisierung der Hochleistungswerkstoffe für Bioengineering-Anwendungen

In diesem Manuskript demonstrieren wir die Herstellung einer biohybriden Hydrogel-Biotinte, die Graphen für den Einsatz im peripheren Tissue Engineering enthält. Unter Verwendung dieses 3D-Biohybridmaterials wird das neuronale Differenzierungsprotokoll von Stammzellen durchgeführt. Dies kann ein wichtiger Schritt sein, um ähnliche Biomaterialien in die Klinik zu bringen.

Herstellung und Charakterisierung von Graphen-basierter 3D-Biohybrid-Hydrogel-Biotinte für das periphere Neuroengineering

Dieses Protokoll beschreibt eine 3D-Drucktechnik zur Herstellung knochenähnlicher Strukturen durch Abscheiden einer Calciumphosphat-Tinte in einem körnigen Träger auf Gelatinebasis. Gedruckte Knochenanaloga werden in Freiform abgeschieden, mit Flexibilität für die direkte Ernte des Drucks oder die Vernetzung innerhalb einer lebenden Zellmatrix für mehrphasige Konstrukte.

Keramisches omnidirektionales Bioprinting in zellbeladenen Suspensionen zur Erzeugung von Knochenanaloga

In dieser Studie beschreiben wir Methoden der Dezellularisierung, der physikalischen Charakterisierung, der Bildgebung und der in vivo Implantation von pflanzlichen Biomaterialien sowie Methoden zur Zellaussaat und Differenzierung in den Scaffolds. Die beschriebenen Methoden ermöglichen die Evaluierung von pflanzlichen Biomaterialien für Anwendungen im Bone Tissue Engineering.

Dezellularisierte aus Äpfeln gewonnene Gerüste für das Bone Tissue Engineering in vitro und in vivo

Die Knochentherapie über endochondrale Ossifikation durch Implantation von künstlichem Knorpelgewebe aus mesenchymalen Stammzellen hat das Potenzial, die Nachteile konventioneller Therapien zu umgehen. Hyaluronsäure-Hydrogele sind wirksam bei der Skalierung gleichmäßig differenzierter Knorpeltransplantate sowie bei der Schaffung von integriertem Knochen mit Vaskularisierung zwischen fusionierten Transplantaten in vivo.

Integrierte Knochenbildung durch in vivo ennochondrale Ossifikation mit mesenchymalen Stammzellen

Lernen Sie die Synthese von Graphen-Hydroxylapatit-Nanokompositen für das Knochengewebe-Engineering. Diese effiziente Ein-Topf-Methode ermöglicht die Herstellung bioaktiver Gerüstmaterialien zur Förderung der Knochenregeneration.

Synthese von Graphen-Hydroxylapatit-Nanokompositen für den potenziellen Einsatz im Knochengewebe-Engineering

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