Name: メディカルインプラントのグラフェンコーティング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-03-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 21 s
Description: 学ぶ ニチノール合金へのグラフェンコーティング法。化学気相成長で銅箔上にグラフェンを成長させ、エッチング後にニチノール基板へ転写する。内皮細胞と平滑筋細胞を培養し、細胞生存率と血液適合性を評価する。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

1。 NiTiのグラフェン·コーティング<ol><li>本研究で使用したグラフェン試料は化学蒸着法を用いて銅（Cu）基板上に成長させ、その後、4.5ミリメートル2 NiTiの基板に移した。 </li><li>銅箔（1センチ×1cmの）石英管炉1インチ内に配置し、H 2 50sccmのとArの450 sccmの存在下で℃の千に加熱した。 </li><li>次に、メタンは（1と4 sccm）の20〜30分間の異なる流量で炉内に導入した。サンプルは、最終的に、H 2、ArおよびCH 4を流れる下で室温まで冷却した。 </li><li>次に、Cu箔は150℃で5分間熱処理し、4,000 rpmで、PMMA（4％アニソールで希釈）を用いてスピンコートされていたPMMA層に接続されているグラフェンを10分間、10％塩酸と脱イオン水ですすぎTransene社、CE-100エッチング液、及びそれに続くによるCu箔をエッチングすることにより得た。 </li><li>のamplesはNiTiの基板（4.5ミリメートル2）に移し、Ar中で℃（300 SCCM）とH 2時間2（700 SCCM）はPMMAを除去するために450℃でアニールした。最後に、基板は、GR-NiTiのサンプルを取得するために残存PMMAを溶解するためにアセトンで洗浄した。 Dilor XY三重格子モノクロメータは、Ar +イオンレーザーの514.5 nm励起ですべてGR-NiTisamplesの顕微ラマン分光特性（100倍対物レンズを使用して）のために使用された。 </li></ol> GR-NiTiの2。 インビトロ毒性ラット大動脈内皮細胞（セルアプリケーション株式会社）ゼラチンコート8チャンバースライド上で培養した。細胞増殖をテストするために、自然のままとGr-NiTisubstratesはどのゼラチンコーティングせずに井戸の中に置かれた。走査型電子顕微鏡画像は、日立S-4800 SEMを用いて得られた。さらに、ラット大動脈平滑筋細胞はまた、杜における対照群（コーニング）としてCellBind 96ウェルプレート中で増殖させたlbeccoダルベッコ改変イーグル培地（ATCC）。 <ol><li>細胞生存率をテストするために、細胞（内皮細胞と平滑両方の筋細胞）手付かずのNiTi、1 SCCMまたはトライSCCMがで使用されてメタンの流れに対応して4 SCCM GR-NiTiの基板を含むウェルに10 5細胞/ウェルで播種したグラフェンのCVD成長。細胞は、一日おきに培地を交換し、Cおよび5％CO 2、37℃のインキュベータ内で所望の時間増殖させた。 </li><li>終了時点で、培地を除去し、0.5 mg / mlのチアゾリルブルーテトラゾリウムブロマイド（又はMTT Sigmaから入手）を含む新鮮な培地を各ウェルに添加した。次いで、細胞をさらに3時間インキュベートした。 MTSアッセイのために、メディアは、最終時点で削除されたとMTS作業溶液を120μl（セルティア96水性、Promega）で置き換えられ、3時間インキュベートした。 </li><li>次に、メディアが優しく除去し、ジメチルスルホキシドの100ミリリットル（Sigma）を各ウェルに添加した。アロ後に溶解するMTT結晶の翼10分、溶液を別のウェルプレートに移した。 MTSアッセイのために、何ジメチルスルホキシドをウェルに添加しなかった。ウェルの内容物を新しいプレートに移した。 </li><li>吸光度を490nmで読み取ったとパーセント生存率は手付かずのNiTiサンプルの平均吸光度を吸光度を正規化することによって決定した。少なくとも5リピートは各サンプルタイプのために行われた。 </li></ol> 3。細胞形態の共焦点顕微鏡研究<ol><li>ラット大動脈平滑筋細胞の共焦点イメージングのために、基板は8チャンバースライド（サーモサイエンティフィック）に入れた。細胞は、25,000細胞/チャンバーに播種し、37℃、5％CO 2で3日間インキュベートした。 </li><li>細胞を20分間、リン酸緩衝生理食塩水で4％ホルムアルデヒドで基板上に固定した。 </li><li> 1分間0.1％トリトン-Xで透過。 </li><li>アクチンのAlexa Fluor 488ファロイジン（LIFで染色した電子技術）。緩衝生理食塩水、メタノールで200単位/ mlでalexafluor 488ファロイジン100μlのリン酸塩の1.9ミリリットルに追加されました。細胞は、45分間alexafluor 488ファロイジン250μlので染色し、その後リン酸緩衝生理食塩水で2回洗浄した。 </li><li>核はDAPI（Vector Laboratories社）を含むVectaShield蛍光封入剤でマウントされた。共焦点画像は、Nikon共焦点TIを用いて収集した。任意の基板なしで細胞を播種室を対照として用いた。 </li></ol> 4。タンパク質吸着の研究<ol><li>基板寸法は、タンパク質吸着実験を開始する前にキャリパーを用いて測定した。 3つの寸法はほぼ正方形の試料の各側に取られ、長さと幅を取得するには平均化した。 </li><li>リン酸アルブミン1 mg / mlのと一緒にインキュベートし、各サンプル、手付かずのNiTi、1sccmと4sccm GR-NiTiwereは、生理食塩水（PBS）または部屋tにおけるPBS中1 mg / mlのフィブリノゲンをバッファリング3時間emperature。 </li><li>同様にサンプルがサンプルバッファを減らし、200μlの微量遠心チューブ中で混合し、5分間煮沸した。 </li><li>次いで、サンプルをトリス/グリシン/ SDS緩衝（Bio-Rad社）で希釈し、100分間90 Vで4から15までパーセントトリスポリアクリルアミド電気泳動ゲル（Bio-Rad）を介して実行された。 </li><li>次いで、ゲルをSYPROレッドで染色した。 7.5 / v％の酢酸中で1:5,000 SYPROレッド（Life Technologies）を原液を希釈します。 60分間ゲルを染色します。 </li><li> Flourchem SP（アルファイノテック）を使用して画像のゲル。蛍光強度はImageJのソフトウェアを用いて定量した。各試料からの蛍光強度は、基材の総面積で規格化した、フィブリノーゲン吸着はアルブミン吸着と比較した。 </li></ol> 5。ウエスタンタンパク質発現のためブロッティング<ol><li>ウエスタンブロット法を用いて、ラット大動脈平滑筋細胞の総アクチンを分析するために行った。細胞を96ワットに10,000細胞/基質で播種したエルプレート。 </li><li>細胞は、メディアを削除する前に3日間増殖させた。総タンパク質をRIPAバッファーおよび標準BCAアッセイ（ラムダ）を用いて抽出した総タンパク量を定量化するために行った。 </li><li>サンプルをRIPAで同じ濃度に希釈した後、5分間削減試料緩衝液中で煮沸した。 </li><li>タンパク質は、100分の場合は90 Vでの電気泳動を経由して 4から15パーセントトリスポリアクリルアミドゲルで分離した。万華鏡タンパク質標準（Bio-Rad社製）をタンパク質の分子量を評価するために使用されていました。 </li><li>タンパク質をPVDF膜に転写し、1％脱脂粉乳（Bio-Rad社製）溶液でブロッキングした。 </li><li>合計アクチンはウサギ抗ラットアクチン抗体（Sigma）でタグ付けされていた。 BMの化学発光キット（Roche）を一次抗体を検出するために使用されていました。膜はFlourChem SPのイメージング装置を用いて画像化し、蛍光強度をImageJのソフトウェアを使用して測定した。蛍光強度はpriと比較することにより正規化したスタインNiTisample。 </li></ol>

<ol><li>Roy, R. K., Lee, K. -R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomedical+applications+of+diamond-like+carbon+coatings%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research+Part+B-Applied+Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Biomedical applications of diamond-like carbon coatings: A review.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials. 83 B (1), 72-84 (2007).</li>
<li>Shah, A. K., Sinha, R. K., Hickok, N. J., Tuan, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+morphometric+analysis+of+human+osteoblastic+cell+adhesion+on+clinically+relevant+orthopedic+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">High-resolution morphometric analysis of human osteoblastic cell adhesion on clinically relevant orthopedic alloys.</a> Bone. 24 (5), 499-506 (1999).</li>
<li>Huang, N., Yang, P., Leng, Y. X., Chen, J. Y., Sun, H., Wang, J., Wang, G. J., Ding, P. D., Xi, T. F., Leng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemocompatibility+of+titanium+oxide+films%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Hemocompatibility of titanium oxide films.</a> Biomaterials. 24 (13), 2177-2187 (2003).</li>
<li>Gutensohn, K., Beythien, C., Bau, J., Fenner, T., Grewe, P., Koester, R., Padmanaban, K., Kuehnl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+analyses+of+diamond-like+carbon+coated+stents%3A+Reduction+of+metal+ion+release%2C+platelet+activation%2C+and+thrombogenicity%5BTitle%5D)+AND+%22Thrombosis+Research%22%5BJournal%5D)">In vitro analyses of diamond-like carbon coated stents: Reduction of metal ion release, platelet activation, and thrombogenicity.</a> Thrombosis Research. 99 (6), 577-585 (2000).</li>
<li>Gillespie, W. J., Frampton, C. M. A., Henderson, R. J., Ryan, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Incidence+of+Cancer+Following+Total+Hip-Replacement%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Joint+Surgery-British+Volume%22%5BJournal%5D)">The Incidence of Cancer Following Total Hip-Replacement.</a> Journal of Bone and Joint Surgery-British Volume. 70 (4), 539-542 (1988).</li>
<li>Sperling, C., Schweiss, R. B., Streller, U., Werner, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+hemocompatibility+of+self-assembled+monolayers+displaying+various+functional+groups%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">In vitro hemocompatibility of self-assembled monolayers displaying various functional groups.</a> Biomaterials. 26 (33), 6547-6557 (2005).</li>
<li>Mikhalovska, L. I., Santin, M., Denyer, S. P., Lloyd, A. W., Teer, D. G., Field, S., Mikhalovsky, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fibrinogen+adsorption+and+platelet+adhesion+to+metal+and+carbon+coatings%5BTitle%5D)+AND+%22Thrombosis+and+Haemostasis%22%5BJournal%5D)">Fibrinogen adsorption and platelet adhesion to metal and carbon coatings.</a> Thrombosis and Haemostasis. 92 (5), 1032-1039 (2004).</li>
<li>Airoldi, F., Colombo, A., Tavano, D., Stankovic, G., Klugmann, S., Paolillo, V., Bonizzoni, E., Briguori, C., Carlino, M., Montorfano, M., Liistro, F., Castelli, A., Ferrari, A., Sgura, F., Mario, C. D. i <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+diamond-like+carbon-coated+stents+versus+uncoated+stainless+steel+stents+in+coronary+artery+disease%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Comparison of diamond-like carbon-coated stents versus uncoated stainless steel stents in coronary artery disease.</a> American Journal of Cardiology. 93 (4), 474-477 (2004).</li>
<li>Allen, M., Myer, B., Rushton, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+and+in+vivo+investigations+into+the+biocompatibility+of+diamond-like+carbon+%28DLC%29+coatings+for+orthopedic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research%22%5BJournal%5D)">In vitro and in vivo investigations into the biocompatibility of diamond-like carbon (DLC) coatings for orthopedic applications.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 58 (3), 319-328 (2001).</li>
<li>Butter, R., Allen, M., Chandra, L., Lettington, A. H., Rushton, N. In-vitro Studies of DLC Coatings with Silicon Intermediate Layer. Diamond and Related Materials. 4 (5-6), 857-861 (1995).</li>
<li>Dearnaley, G., Arps, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomedical+applications+of+diamond-like+carbon+%28DLC%29+coatings%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+%26+Coatings+Technology%22%5BJournal%5D)">Biomedical applications of diamond-like carbon (DLC) coatings: A review.</a> Surface & Coatings Technology. 200 (7), 2518-2524 (2005).</li>
<li>Dorner-Reisel, A., Schurer, C., Nischan, C., Seidel, O., Muller, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diamond-like+carbon%3A+alteration+of+the+biological+acceptance+due+to+Ca-O+incorporation%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Diamond-like carbon: alteration of the biological acceptance due to Ca-O incorporation.</a> Thin Solid Films. 420, 263-268 (2002).</li>
<li>Dowling, D. P., Kola, P. V., Donnelly, K., Kelly, T. C., Brumitt, K., Lloyd, L., Eloy, R., Therin, M., Weill, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+diamond-like+carbon-coated+orthopaedic+implants%5BTitle%5D)+AND+%22Diamond+and+Related+Materials%22%5BJournal%5D)">Evaluation of diamond-like carbon-coated orthopaedic implants.</a> Diamond and Related Materials. 6 (2-4), 390-393 (1997).</li>
<li>Grill, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diamond-like+carbon+coatings+as+biocompatible+materials+-+an+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Diamond+and+Related+Materials%22%5BJournal%5D)">Diamond-like carbon coatings as biocompatible materials - an overview.</a> Diamond and Related Materials. 12 (2), 166-170 (2003).</li>
<li>Hauert, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+modified+DLC+coatings+for+biological+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Diamond+and+Related+Materials%22%5BJournal%5D)">A review of modified DLC coatings for biological applications.</a> Diamond and Related Materials. 12 (3-7), 583-589 (2003).</li>
<li>Windecker, S., Mayer, I., De Pasquale, G., Maier, W., Dirsch, O., De Groot, P., Wu, Y. P., Noll, G., Leskosek, B., Meier, B., Hess, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Working+Grp+Novel+Surface%2C+C.%2C+Stent+coating+with+titanium-nitride-oxide+for+reduction+of+neointimal+hyperplasia%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Working Grp Novel Surface, C., Stent coating with titanium-nitride-oxide for reduction of neointimal hyperplasia.</a> Circulation. 104 (8), 928-933 (2001).</li>
<li>Zhang, F., Zheng, Z. H., Chen, Y., Liu, X. G., Chen, A. Q., Jiang, Z. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+investigation+of+blood+compatibility+of+titanium+oxide+films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research%22%5BJournal%5D)">In vivo investigation of blood compatibility of titanium oxide films.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 42 (1), 128-133 (1998).</li>
<li>Bolz, A., Schaldach, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial-Heart+Valves+-+Improved+Blood+Compatibility+By+PECVD+a-SiC-H+COATING%5BTitle%5D)+AND+%22Artificial+Organs%22%5BJournal%5D)">Artificial-Heart Valves - Improved Blood Compatibility By PECVD a-SiC-H COATING.</a> Artificial Organs. 14 (4), 260-269 (1990).</li>
<li>Haude, M., Konorza, T. F. M., Kalnins, U., Erglis, A., Saunamaki, K., Glogar, H. D., Grube, E., Gil, R., Serra, A., Richardt, H. G., Sick, P., Erbel, R., Invest, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heparin-coated+stent+placement+for+the+treatment+of+stenoses+in+small+coronary+arteries+of+symptomatic+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Heparin-coated stent placement for the treatment of stenoses in small coronary arteries of symptomatic patients.</a> Circulation. 107 (9), 1265-1270 (2003).</li>
<li>Suggs, L. J., Shive, M. S., Garcia, C. A., Anderson, J. M., Mikos, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+cytotoxicity+and+in+vivo+biocompatibility+of+poly%28propylene+fumarate-co-ethylene+glycol%29+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research%22%5BJournal%5D)">In vitro cytotoxicity and in vivo biocompatibility of poly(propylene fumarate-co-ethylene glycol) hydrogels.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 46 (1), 22-32 (1999).</li>
<li>Clarotti, G., Schue, F., Sledz, J., Benaoumar, A. A., Geckeler, K. E., Orsetti, A., Paleirac, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modification+of+the+biocompatible+and+haemocompatible+properties+of+polymer+substrates+by+plasma-deposited+fluorocarbon+coatings%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Modification of the biocompatible and haemocompatible properties of polymer substrates by plasma-deposited fluorocarbon coatings.</a> Biomaterials. 13 (12), 832-840 (1992).</li>
<li>Gombotz, W. R., Guanghui, W., Horbett, T. A., Hoffman, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein+adsorption+to+poly%28ethylene+oxide%29+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research%22%5BJournal%5D)">Protein adsorption to poly(ethylene oxide) surfaces.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 25 (12), 1547-1562 (1991).</li>
<li>Ishihara, K., Fukumoto, K., Iwasaki, Y., Nakabayashi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modification+of+polysulfone+with+phospholipid+polymer+for+improvement+of+the+blood+compatibility.+Part+2.+Protein+adsorption+and+platelet+adhesion%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Modification of polysulfone with phospholipid polymer for improvement of the blood compatibility. Part 2. Protein adsorption and platelet adhesion.</a> Biomaterials. 20 (17), 1553-1559 (1999).</li>
<li>Jung, N., Kim, B., Crowther, A. C., Kim, N., Nuckolls, C., Brus, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Reflectivity+and+Raman+Scattering+in+Few-Layer-Thick+Graphene+Highly+Doped+by+K+and+Rb%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Optical Reflectivity and Raman Scattering in Few-Layer-Thick Graphene Highly Doped by K and Rb.</a> ACS Nano. 5 (7), 5708-5716 (2011).</li>
<li>Rao, A. M., Eklund, P. C., Bandow, S., Thess, A., Smalley, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+for+charge+transfer+in+doped+carbon+nanotube+bundles+from+Raman+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Evidence for charge transfer in doped carbon nanotube bundles from Raman scattering.</a> Nature. 388 (6639), 257-259 (1997).</li>
<li>Bunch, J. S., Verbridge, S. S., Alden, J. S., vander Zande, A. M., Parpia, J. M., Craighead, H. G., McEuen, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impermeable+atomic+membranes+from+graphene+sheets%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Impermeable atomic membranes from graphene sheets.</a> Nano Letters. 8 (8), 2458-2462 (2008).</li>
<li>Chen, S., Brown, L., Levendorf, M., Cai, W., Ju, S. -Y., Edgeworth, J., Li, X., Magnuson, C. W., Velamakanni, A., Piner, R. D., Kang, J., Park, J., Ruoff, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxidation+Resistance+of+Graphene-Coated+Cu+and+Cu%2FNi+Alloy%5BTitle%5D)+AND+%22Acs+Nano%22%5BJournal%5D)">Oxidation Resistance of Graphene-Coated Cu and Cu/Ni Alloy.</a> Acs Nano. 5 (2), 1321-1327 (2011).</li>
</ol>

特別な利害関係は宣言されません。

生体適合性や細胞毒性：化学蒸着（CVD）法では、 図1aに示すCu結晶粒を、模倣した多結晶グラフェンの試料が得られた。私達は1 SCCM（4 sccm）のサンプル（ 図1bを参照してください）単分子層（数層）グラフェンの存在を確認するためにラマン分光法を用いた。明らかに、1 SCCM（4 sccm）のサンプルは、単層を示す強烈な（相対的に弱い）、G &#39;バンド（数層）グラフェンを示す。 図1cは、NiTiの基板上に少数層グラフェンの原子間力顕微鏡（AFM）像を示す。私たちの詳細な測定は、表面粗さの値が転送されたグラフェン層のR Q = 5nmの（GR-NiTiの）を得た。これは、ナノ構造の表面形状が強く、内皮細胞と平滑筋細胞における細胞形状と細胞骨格の組み立てに影響を与えることがよく知られている。これらの細胞株は、脂質二重層を変更することにより、機械的ストレスに応答する悪影響タンパク質転移など細胞内へのカルシウムのような活性化因子のエント...

過去30年間は、病気の治療や診断のための新規材料ベースの治療とデバイスの検出を目撃しました。ニチノール（NiTiの）やステンレス鋼のような斬新な合金材料は、多くの場合、彼らの優れた機械的特性に起因する生物医学インプラントの製造に使用されています1月3日ただし、多くの課題は、外因性物質の細胞毒性、バイオ·HEMO互換性のために残っています。カテーテル、血管移植片、血管ステント、人工心臓弁など貧しいバイオ·金属浸出、細胞接着性の欠如、増殖、および血栓症による血液適合性におけるこれらの合金の結果、それが血流に接触（の金属の性質等 ）。1,4,5、タンパク質またはインプラント表面と生体細胞との相互作用に悪影響デバイスの機能に影響を及ぼす可能性があり、強力な免疫反応および生化学反応のその後のカスケードにつながることができます。したがって、それはpertinさ生物医学のインプラントとその周囲の生物学的環境との相互作用の制御を達成するための耳鼻咽喉科。表面改質は、多くの場合、インプラント材料から発する有害な生理学的応答を低減または防止するために採用されている。理想的な表面コーティングは、高い接着強度、化学的不活性、高い平滑性、および良好なHEMOと生体適合性を有することが期待される。以前は、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）は、SiCやTiN、TiO 2と多くの高分子材料は、生体適合性インプラント表面コーティングとしてテストされています1、6月23日を含む多数の材料には、しかしながら、これらの材料は、まだすべてを満たすことができない適切なインプラント表面をコーティングするための機能的な基準。 グラフェンとして知られているsp 2炭素原子の厚さの層の発見は、新規多機能材料の開発のために門戸を開いた。グラフェンは、それ以来、インプラント表面のコーティングのための理想的な候補であると予想され、化学的に不活性な原子的に平滑で耐久性に優れています。この手紙の中で、我々は、生物医学インプラントの表面コーティングとしてグラフェンの実行可能性を調査する。我々の研究は、グラフェンのコーティングされたニチノール（NiTiのGR-）は、機能のすべての条件を満たしていることを示し、さらに優れた平滑筋と優れた細胞増殖につながる内皮細胞増殖をサポートしています。また、GR-NiTiの上の血清アルブミン吸着フィブリノゲンよりも高くなることがわかります。重要なのは、（ⅰ）当社の詳細な分光測定は、グラフェンのコーティングを示唆グラフェンおよびフィブリノゲン間の電荷移動の欠如を確認したインプラントによる血小板活性化を阻害すること、（ii）グラフェンのコーティングは、確認の内皮細胞と平滑筋細胞株のin vitro毒性に有意性を示さないそれらの生体適合性、および（iii）グラフェンのコーティングは、化学的に不活性、耐久性と血液環境を流れる中で不透過性である。高聖と一緒にこれらのHEMOと生体適合性特性、rength、化学的不活性と耐久性は、理想的な表面コーティングとしてグラフェンのコーティングをレンダリングします。

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> 試薬 </td></tr><tr><td>ダルベッコ改変イーグル培地</td><td> ATCC </td><td> 30から2002 </td><td></td></tr><tr><td>チアゾリルブルーテトラゾリウムブロマイド</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> M2128 </td><td></td></tr><tr><td> CellTiter 96水相溶液の細胞増殖アッセイ（MTS） </td><td>プロメガ</td><td> G3582 </td><td></td></tr><tr><td>ジメチルスルホキシド</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> D8418 </td><td></td></tr><tr><td> 36.5％ホルムアルデヒド</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> F8775 </td><td></td></tr><tr><td>トリトンX-100 </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> T8787 </td><td></td></tr><tr><td> Alexafluor 488ファロイジン</td><td>ライフテクノロジーズ</td><td> A12379 </td><td></td></tr><tr><td> VECTASHIELDはDAPで媒体をマウント私</td><td>ベクターラボラトリーズ</td><td> H-1200 </td><td></td></tr><tr><td>ヒト血清アルブミン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> A9511 </td><td></td></tr><tr><td>ヒトフィブリノゲン</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>トリス/グリシン/ SDS </td><td>バイオ·ラッド</td><td> 161-0732 </td><td></td></tr><tr><td>レディーゲルトリス-HClゲル</td><td>バイオ·ラッド</td><td> 161-1158 </td><td></td></tr><tr><td>酢酸</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 45726 </td><td></td></tr><tr><td> SYPRO赤</td><td>ライフテクノロジーズ</td><td> S-6653 </td><td></td></tr><tr><td>タンパク低BCAアッセイ</td><td> λはバイオ</td><td> G1003 </td><td></td></tr><tr><td>プレシジョンプラスプロテイン万華鏡標準</td><td>バイオ·ラッド</td><td> 161-0375 </td><td></td></tr><tr><td> IMMUNブロットPVDF膜</td><td>バイオ·ラッド</td><td> 162-0177 </td><td></td></tr><tr><td>グレードブロ​​ッカー脱脂粉乳をブロッティング</td><td>バイオ·ラッド</td><td> 170-6404XTU </td><td></td></tr><tr><td>ウサギで産生された抗アクチン抗体</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> A2066 </td><td></td></tr><tr><td> BMの化学発光ウェスタンブロッティングキット（マウス/ウサギ） </td><td>ロシュ·ダイアグノスティックス</td><td> 11520709001 </td><td></td></tr><tr><td> RIPAバッファー</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> R0278 </td><td></td></tr><tr><td> NiTiの（51％のNi、49％のTi） </td><td>アルファAesar社</td><td> 44953 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 機器 </td></tr><tr><td>堀場JobinYvon </td><td>ラマン分光計</td><td> Dilor XY 98 </td><td></td></tr><tr><td>ニコン</td><td>共焦点顕微鏡</td><td> EclipseのTIの顕微鏡</td><td></td></tr&gt; <tr><td> Thermoscientific </td><td>プレートリーダー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>バイオ·ラッド</td><td>パワーサプライ</td><td> 164-5050 </td><td> PowerPacの基本的な電源</td></tr><tr><td>バイオ·ラッド</td><td>電気泳動セル</td><td> 165-8004 </td><td>ミニプロティアンテトラセル</td></tr><tr><td>バイオ·ラッド</td><td>ゲルホルダーカセット</td><td> 170-3931 </td><td>ミニゲルホルダーカセット</td></tr></tbody></table>

メディカルインプラントのグラフェンコーティング

Graphene Coatings for Biomedical Implants

表面コーティングとして原子的に平滑なグラフェンは、インプラントの性質を改善する可能性を秘めている。これはステント材料などの用途にグラフェンのナノメートル厚さの層でコーティングニチノール合金のための方法を示しています。グラフェンは、化学蒸着を介して銅基板上に成長させた後、ニチノール基材に転写した。グラフェンコーティングは生物学的応答を変えることができる方法を理解するためには、ラット大動脈内皮細胞およびラット大動脈平滑筋細胞の細胞生存率を調べた。また、細胞接着と形態上のグラフェンのコーティングの効果は蛍光共焦点顕微鏡を用いて検討した。細胞は、アクチンと核を染色し、グラフェンでコーティングされたサンプルと比較して自然のままのニチノールサンプル間の顕著な差は認められていた。ラット大動脈平滑筋細胞からの総アクチンの発現をウェスタンブロットを用いて発見された。タンパク質吸着特性、潜在的な血栓形成の指標で、wEREは、ゲル電気泳動による血清アルブミン、フィブリノゲンについて決定された。また、フィブリノゲンから基板への電荷の移動は、ラマン分光法を用いて推定した。これは、ニチノール基板上グラフェンコーティングはステント材料の機能要件を満たし、コーティングされていないニチノールに比べて生物学的応答を改善することがわかった。このように、グラフェンでコーティングされたニチノールは、ステント材料のための実行可能な候補である。

<img src="/files/ftp_upload/50276/50276fig1.jpg" alt="図1"/> 10ミクロン）： 図1のCu箔上）は、CVD成長した多結晶グラフェンは、金属結晶粒（スケールバーを模倣しています。 b）は1 SCCM（4 sccm）とグラフェンのラマンスペクトルは、強烈な（比較的弱い）G &#39;のバンドを示す単分子層（数層）として準備されたグラフェンの性質を示しています。 c）のNiTiの上に転写グラフェンのAFM像は〜5nmの粗さを示しています。スケールバー= 500nmである。 <img src="/files/ftp_upload/50276/50276fig2.jpg" alt="図2"/> 図2）制御スライドガラス上に成長し...

グラフェンは、生物医学インプラントのコーティング材料としての可能性を秘めています。本研究では、グラフェンのナノメートル厚さの層でコーティングニチノール合金のための方法を示し、グラフェンは、インプラントの応答に影響を与える可能性がある方法を決定します。

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

この手順の全体的な目的は、血液に接触するインプラント材料の血液適合性を向上させるために、形状記憶合金であるニチノールにグラフェンをコーティングする方法を実証することです。まず、化学気相成長法を用いて銅箔上にグラフェンを成長させます。次に、銅箔をエッチングで除去し、作製したグラフェンをニチノール基板に転写します。次に、グラフェンコーティングを施したニティノール基板を用いて、血管内皮細胞および平滑筋細胞を培養します。細胞適合性を定量化するため、フィブリノゲンとアルブミンの両方のタンパク質をグラフェンコーティングニティノール基板上にコーティングし、血液適合性を確認する別のアッセイを行います。最終的に、マイクロラマン分光法、共焦点顕微鏡によるin vitro細胞毒性アッセイ、およびSDS-PAGEタンパク質分析を用いて、グラフェンコーティングの成功、細胞形態の改善、細胞生存率の向上、および血液適合性の向上を実証します。本手法、あるいはポリマーコーティングのような既存の手法の主な利点は、グラフェンコーティングが極めて耐久性に優れ、耐食性が高いことです。本手法の意義は、グラフェン固有の材料特性によってタンパク質の吸着が抑えられ、タンパク質の構造変化に伴う凝固因子の活性化が低減することが期待されるため、ステント技術の根本的な改善にまで及びます。本手法はグラフェンコーティングを施したニティノールステントに関する知見を提供しますが、心臓弁やカテーテルなどの他のシステムへの応用も可能です。まず、1 cm × 1 cmの銅箔を1インチの石英管炉に入れ、50 SCCMの水素および450 SCCMのアルゴンの気流下で1000 °Cまで加熱します。次に、異なる流量（1〜4 SCCM）のメタンを1000 °Cの炉内に20〜30分間導入します。水素、アルゴン、およびメタンを流しながら、炉内でサンプルを室温まで冷却します。炉からサンプルを取り出した後、4.5 millimeterの正方形に切断し、4%Anoleで希釈したPMMAを用いて銅箔に4, 000 RPMでスピンコートを行い、続いて150 degrees Celsiusで5分間の熱処理を行います。銅箔が完全にエッチングされるまで、CE 100エッチング液を用いて銅箔をエッチングします。10%hydrochloric acidで10分間、その後、脱イオン水で10分間すすぎます。グラフェンPMMAサンプルを得るために、グラフェンサンプルを4.5平方ミリメートルのニチノール基板に転写します。次に、300 SCCMのアルゴンと700 SCCMの水素気流下、450 °Cで2時間アニールします。PMMAを除去し、グラフェンニッケルチタンサンプルを得るために、最後にニチノール基板をアセトンで洗浄して残留PMMAを溶解させます。毒性試験を開始するには、未処理のニティノール、1 SCCM、または4 SCCMのグラフェンニティノール基板を96ウェルプレートに配置します。ここで、SCCMはグラフェンの化学気相成長（CVD）におけるメタン流量を示します。次に、未処理のニティノール、1 SCCM、または4 SCCMのグラフェンニティノール基板を含む一部のウェルに、ラット大動脈内皮細胞を1ウェルあたり10⁵個で播種します。別のウェルのセットには、同様の方法でラット大動脈平滑筋細胞を播種します。37°C、5% CO2 のインキュベーター内で、1日おきに培地を交換しながら、細胞を3日間または7日間培養します。終了時点で、平滑筋細胞を含むウェルから培地を除去し、0.5 mg/mL の MTT を含む新鮮な培地を各ウェルに加えます。その後、細胞をさらに3時間インキュベートします。次に、培地をそっと除去し、各ウェルに100 µLのジメチルスルホキシドを加えます。MTT結晶が溶解するまで10分間待機した後、溶液を別のウェルプレートに移します。MTSアッセイの場合は、終了時点において内皮細胞を含むウェルから培地を除去します。MTS溶液120 µLに置換し、3時間インキュベートします。その後、ウェルの中身を新しいプレートに移します。490 nmで吸光度を測定し、未処理のニチノールサンプルの平均吸光度で正規化して生存率を算出します。各サンプルについて、この手順を少なくとも5回繰り返します。ラット大動脈平滑筋細胞の共焦点イメージングでは、基質を8ウェルチャンバースライドに配置し、コントロールとして1つのチャンバーを空けておきます。次に、すべてのチャンバーに細胞を25,000 cells per chamberの密度で播種し、37 °C、5% carbon dioxideの条件下で3日間インキュベートします。スライドから培地を除去した後、PBSバッファー中の4% formaldehydeで20分間細胞を基質に固定します。PBSで洗浄し、次に0.1% Triton Xで1分間透過処理を行います。PBSで洗浄した後、1.9 millilitersのPBSバッファーに100 microlitersのLOR 4 88 PHIN溶液を加えます。アクチンを可視化するため、250 µLのLOR 4 88 Phinで細胞を45分間染色し、PBSバッファーで2回洗浄します。次に、DAPIを含む蛍光封入剤で核を染色します。Nikon共焦点顕微鏡tiを用いて共焦点画像を撮影します。アルブミンおよびフィブリノゲンタンパク質の吸着実験を開始する前に、キャリパーを用いて基材の寸法を測定します。ほぼ正方形であるサンプルの各辺について3回ずつ測定し、その平均値を算出します。長さと幅を求めるため、未処理のニチノールサンプル、SCCMグラフェンニチノールサンプル1個、およびSCCMグラフェンニチノールサンプル4個を2つの12に配置します。1 mg/mLのアルブミンを含むPBSバッファーをウェルプレートに加えます。プレートの1つに室温の溶液を加え、個別に3時間インキュベートします。3種類のサンプルを1 mg/mLを含むPBSバッファーでインキュベートします。PBSでサンプルを洗浄後、室温で3時間フィブリノゲン処理を行い、同様のサンプルをマイクロ遠心チューブにまとめ、200 µLの還元試料バッファーを加えて5分間沸騰させる。サンプルをT glycine SDSバッファーと脱イオン水の体積比1:9で希釈し、4～15% Trisポリアクリルアミド電気泳動ゲルを用い、90 Vで100分間泳動する。spro redストック溶液を7.5%酢酸で1:5,000の比率で希釈する。次に、希釈したspro red溶液でゲルを60分間染色します。spro redを光から保護するため、アルミホイルで包みます。Fluor chem SPを用いてゲルの画像を撮影し、Image Jソフトウェアを用いて蛍光強度を定量します。その後、各サンプルの蛍光強度を基材の総面積で正規化し、フィブリノゲンの吸着量とアルブミンの吸着量を比較します。化学気相成長法により、銅の結晶粒を模した多結晶グラフェン試料が作製されました。1 SCCMおよび4 SCCMの試料において、単層グラフェンの存在を確認するためにラマン分光法を用いました。1 SCCMの試料では強いGPRバンドが見られ、作製したグラフェンが単層であることが示されました。対照的に、4 SCCMの試料ではGPRバンドが比較的弱く、数層のグラフェンが存在することが確認されました。ここに示しているのは、ニティノール基板上に転写したグラフェンの原子間力顕微鏡像です。サンプルの詳細な測定により、表面粗さは約5 nmという値が得られました。ここに、制御されたガラススライド、未処理のニティノール基材、1 SCCMグラフェンニティノール基材、および4 SCCMグラフェンニティノール基材上で培養した平滑筋細胞の共焦点光学顕微鏡画像を示します。両方のグラフェンニティノール表面において細胞は密で球状になっており、より良好な細胞形態であることが示されています。MTTアッセイおよびMTSアッセイの結果から、1 SCCMおよび4 SCCMのグラフェンニチノール基材は、純粋なニチノールと比較して平滑筋細胞の生存率に有意な差を示さないことが分かりました。MTSアッセイでは、血管内皮細胞の3日後の細胞生存率は対照群と有意な差がないことが示されました。走査型電子顕微鏡画像では、純粋なニチノール基材上で増殖した血管内皮細胞はまばらで伸長していましたが、1 SCCMおよび4 SCCMのグラフェンニチノール基材上では楕円形で高密度に存在していました。これらの結果は、グラフェンコーティングが血管内皮細胞のより良好な球状の細胞形態をもたらすことを示しており、1つのSCCMおよび4つのSCCMグラフェンニチノールサンプルは、未処理のニチノールサンプルと比較して低いフィブリノーゲン・アルブミン比を示しました。これは、グラフェンに起因するより優れた血液適合性を示唆しています。フェルミ準位の平衡化は、フィブリノーゲンのエネルギー準位図とグラフェンの電子状態密度によって示されます。フィブリノーゲンからグラフェンニチノールへの電子移動は、フィブリノーゲン分子の占有電子状態から、同じエネルギー準位にあるグラフェンニチノールの空の電子状態への移動のみが可能です。単層および数層のグラフェンは、いずれも室温で半金属であり、フェルミ準位における電子密度が低いため、フィブリノゲンからグラフェンへの電荷移動は弱くなります。グラフェンではGBバンドの線形や周波数に変化が見られず、これは血漿タンパク質からの電荷移動が弱いことを示しています。曲線フィッティングから得られたDデコンボリューションピークを黒色で示し、インプラントコーティングとしてのグラフェンの有用性と生存可能性を実証しています。グラフェンでコーティングされた銅貨を5%過酸化水素にさらしたところ、銅貨のグラフェンコーティング部分は変化せず、未コーティングの部分は過酸化水素溶液によって変色した。加えて、70%硝酸に浸漬したグラフェンニチノールではGBバンド周波数に変化が見られず、グラフェンコーティングが極めて高い耐久性を有することが確認された。さらに、グラフェンニティノールにおけるグラフェンコーティングは、下地の銅の腐食速度をX倍に低減させ、グラフェン膜の不透過性を示しました。このビデオを視聴することで、生体適合性を向上させるためのグラフェンの転写およびバイオメディカルインプラントへの適用方法について十分に理解できるはずです。

graphene-coatings-for-biomedical-implants

Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

細胞の接着性は、生体材料研究や組織工学における多くのアプローチの鍵です。重要なポリマーPTFEとペプチドの表面修飾について、ウェットケミストリーを使用して段階的な手法を紹介します。...

改善された細胞接着のためのポリテトラフルオロエチレンにウェットケミストリーおよびペプチドの固定化

医療機器上の細菌表面結合を減少させるポリマーの同定のためのハイスループットマイクロアレイ法が説明されています。...

医療機器のための細菌撥ポリマーのハイスループット同定

ガラス繊維複合材料に、このようなグラフェンナノプレートレットなどの導電性ナノ粒子、の統合は、歪みの影響を受けやすい固有の電気ネットワークを作成します。ここでは、エポキシマトリックス中に又はガラス織物上のコーティングとしてグラフェンナノプレートレットの添加に基づいて、歪センサを得るための異なる方法が提案されています。...

グラフェンナノプレートレットとマルチスケール複合材料強化に基づくひずみセンシング

ここでは、3 D グラフェンを用いた多面体を介して折り紙のような自己折りたたみの作製のためのプロトコルを提案する.

三次元グラフェンを用いた多面体を介して折り紙のような自己折りたたみの作製

ここで提示されるのが、哺乳動物細胞内の膜タンパク質を標識し、液体相走査型透過電子顕微鏡用グラフェンで試料をコーティングするためのプロトコルです。放射線による損傷に対するサンプルの安定性もこのプロトコルで研究することができます。...

液相電子顕微鏡用化学固定哺乳類細胞のグラフェンエンクロージャ

本プロトコルは、電解質依存性グラフェン電界効果トランジスタ(EGGFET)バイオセンサの開発と、バイオマーカー免疫グロブリンG(IgG)検出への応用を実証するものである。...

バイオマーカー検出のための電解質依存性グラフェン電界効果トランジスタの開発と機能化

本プロトコルは、ガス堆積および水溶液反応 による...

シリコン平面皮質内微小電極の表面処理用ツール

この原稿では、末梢組織工学で使用するためのグラフェンを含むバイオハイブリッドヒドロゲルバイオインクの調製を示します。この3Dバイオハイブリッド材料を用いて、幹細胞の神経分化プロトコールを行う。これは、同様の生体材料を診療所に持ち込む上で重要なステップになる可能性があります。...

末梢神経工学のためのグラフェンベースの3Dバイオハイブリッドヒドロゲルバイオインクの調製と特性評価

グラフェンナノリボンおよびハイドロキシアパタイトナノ粒子の新規ナノコンポジットを、溶液相合成を用いて調製した。これらのハイブリッドは、生理活性足場材に採用された場合、組織工学および骨再生における潜在的な用途を示すことができる。...

骨組織工学における潜在的な使用のためのグラフェン - ハイドロキシアパタイトナノコンポジットの合成

ここでは、抗菌ナノ材料として酸化グラフェン/銅(GO/Cu)ナノコンポジットを紹介します。GO/Cuナノコンポジットの抗菌効果は、抗生物質耐性のグラム陽性菌とグラム陰性菌の両方に対して評価されました。...

抗菌酸化グラフェン/銅ナノ複合材料の作製

学ぶ ニチノール合金へのグラフェンコーティング法。化学気相成長で銅箔上にグラフェンを成長させ、エッチング後にニチノール基板へ転写する。内皮細胞と平滑筋細胞を培養し、細胞生存率と血液適合性を評価する。

メディカルインプラントのグラフェンコーティング

さらに動画を探す