Sintesi di nanocompositi di grafene-idrossiapatite per un potenziale utilizzo nell'ingegneria dei tessuti ossei

Sommario

Nuovi nanocompositi di nanonastri di grafene e nanoparticelle di idrossiapatite sono stati preparati utilizzando la sintesi in fase di soluzione. Questi ibridi quando impiegati in scaffold bioattivi possono presentare potenziali applicazioni nell'ingegneria tissutale e nella rigenerazione ossea.

Abstract

Lo sviluppo di nuovi materiali per l'ingegneria dei tessuti ossei è una delle aree di spinta più importanti della nanomedicina. Diversi nanocompositi sono stati fabbricati con idrossiapatite per facilitare l'aderenza cellulare, la proliferazione e l'osteogenesi. In questo studio, i nanocompositi ibridi sono stati sviluppati con successo utilizzando nanonastri di grafene (GNR) e nanoparticelle di idrossiapatite (nHAPs), che se impiegati in scaffold bioattivi possono potenzialmente migliorare la rigenerazione del tessuto osseo. Queste nanostrutture possono essere biocompatibili. Qui, sono stati utilizzati due approcci per preparare i nuovi materiali. In un approccio, è stata utilizzata una strategia di co-funzionalizzazione in cui nHAP è stato sintetizzato e coniugato contemporaneamente ai GGR, con conseguente nanoabridi di nHAP su superfici GNR (indicate come nHAP / GNR). La microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione (HRTEM) ha confermato che il composito nHAP/GNR è composto da strutture sottili e sottili di GGR (lunghezza massima di 1,8 μm) con patch discrete (150-250 nm) di nHAP aghiforme (40-50 nm di lunghezza). Nell'altro approccio, nHAP disponibile in commercio è stato coniugato con GGR formando nHAP rivestito GNR (indicato come GNR / nHAP) (cioè con un orientamento opposto rispetto alla nanoibrida nHAP / GNR). Il nanoibrido formatosi utilizzando quest'ultimo metodo ha mostrato nanosfere nHAP con un diametro che va da 50 nm a 70 nm coperte da una rete di GNR sulla superficie. Gli spettri dispersivi di energia, la mappatura elementare e gli spettri infrarossi a trasformata di Fourier (FTIR) hanno confermato il successo dell'integrazione di nHAP e GNR in entrambi i nanoibridi. L'analisi termogravimetrica (TGA) ha indicato che la perdita a temperature di riscaldamento elevate a causa della presenza di GNR è stata dello 0,5% e dello 0,98% rispettivamente per GNR/nHAP e nHAP/GNR. I nanoibridi nHAP-GNR con orientamenti opposti rappresentano materiali significativi da utilizzare in scaffold bioattivi per promuovere potenzialmente le funzioni cellulari per migliorare le applicazioni di ingegneria del tessuto osseo.

Introduzione

Il grafene ha strutture bidimensionali simili a fogli composte da carbonio sp-ibridato. Diversi altri allotropi possono essere attribuiti alla rete estesa a nido d'ape di grafene (ad esempio, l'impilamento di fogli di grafene forma grafite 3D mentre il rotolamento dello stesso materiale provoca la formazione di nanotubi 1D¹). Allo stesso modo, i fullereni 0D si formano a causa dell'avvolgimento². Il grafene ha interessanti proprietà fisico-chimiche e optoelettroniche che includono un effetto di campo ambipolare e un effetto Hall quantistico a temperatura ambiente ^3,4

Protocollo

1. Sintesi di nHAP per precipitazione

1. Sintetizzare il nHAP incontaminato utilizzando 50 mL della miscela di reazione contenente 1 M Ca(NO₃)₂∙4H₂O e 0,67 M (NH₄)H₂PO₄ seguita dall'aggiunta a goccia di NH₄OH (25%) per mantenere un pH intorno a 10¹⁸.
2. Successivamente, agitare la miscela di reazione mediante irradiazione ad ultrasuoni (UI) per 30 minuti (potenza di 500 W e frequenza ad ultrasuoni di 20 kHz).
3. Lasciare maturare la soluzione risultante per 120 ore a temperatura ambiente fino a quando il precipitato bianco di nHAP ....

Risultati

Analisi HRTEM
Individualmente, i GNR erano strutture sottili simili a bambù con alcune curve a una certa distanza, come osservato nella Figura 2. Il GNR più lungo era di 1.841 μm mentre il GNR piegato più piccolo era di 497 nm. I nanonastri hanno spesso mostrato una variazione visibile di larghezza che potrebbe essere attribuita alla torsione per formare configurazioni elicoidali in molti punti. Tale allineamento unidirezionale dei GNR può aiutare a ottenere caratteristic.......

Discussione

Sebbene vari metalli, polimeri, ceramiche e le loro combinazioni siano stati studiati come impianti ortopedici e accessori di fissaggio, l'HAP è considerato uno dei materiali più preferibili a causa della sua somiglianza chimica con l'osso stesso e della conseguente elevata citocompatibilità 20,21,22. In questo studio, l'orientamento dell'HAP è stato variato, il che può avere un impatto significativo sulle sue proprietà uniche, .......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Fosfato di ammonio monobasico	Sigma-Aldrich	216003-100G	Sintesi
Nitrato di calcio tetraidrato	Sigma-Aldrich	237124	Sintesi
Centrifuga	Hettich	EBA 200S	Recupero
Spettrometro a infrarossi a trasformata di Fourier	Brucker	Vertex 70	Caratterizzazione
Nanoribbon	di grafeneSigma-Aldrich 922714		Synthesis
Microscopio elettronico a trasmissione ad alta risoluzione	Thermo Fisher Scientific	Themis Titan 300	Caratterizzazione
Agitatore magnetico	IKA	C-MAG HS7 S68	Funzionalizzazione
Micropipette	TreffLab	06H35687	Preparazione reagenti
pHmetro	Eutech pH5+	ECPH503PLUSK	Preparazione dei reagenti
Analizzatore termogravimetrico	TA Instruments	SDT Q600	Caratterizzazione
Bagno ad ultrasuoni	Bandelin	DT100	Funzionalizzazione
Forno universale	Memmert	UF55	Funzionalizzazione Bilancia
pesata	Precisa	XB220A	Preparazione dei reagenti
Diffrattometro a raggi X	Brucker	D8-Caratterizzazione avanzata

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