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

この研究は、反対の向きを持つナノハイドロキシアパタイトとグラフェンナノリボンの新規複合材料を製造する戦略を説明する。これらの生体材料は、骨組織工学足場の開発に重要です。これは単純なワンポット合成です。

これは、迅速、効果的、かつ経済的な方法です。この研究は、より多くの骨組織再生が迅速な治癒を促進する骨損傷および関連する疾患を治療する文脈と非常に関連している。開始するには、50ミリリットルの反応混合物を用いてハイドロキシアパタイトの手付かずのナノ粒子を合成する。

滴下し、約10のpHを維持するために25%水酸化アンモニウムを加える。その後、超音波照射により反応混合物を30分間攪拌する。得られた溶液を、ハイドロキシアパタイトのナノ粒子の白色沈殿物が沈降するまで、室温で120時間成熟させる。

ハイドロキシアパタイトのナノ粒子を、1, 398 x gで室温で5分間遠心分離することによって回収する。沈殿物をイオン交換水で3回洗浄する。nHAP/GNRナノコンポジットを調製するには、共官能化戦略を使用して、1モルの硝酸カルシウム4水和物および0.67モルのリン酸水素二アンモニウムの混合物に5ミリグラムのグラフェンナノリボンを50ミリリットルの最終体積に溶解することから始める。

この反応の間、25%の水酸化アンモニウムを滴下して、pHを約10に維持する。得られた混合物を超音波処理によって30分間攪拌する。反応終了後、成熟するまで室温で120時間溶液を乱れずに放置する。

グラフィンナノリボンを被覆するハイドロキシアパタイトのナノ粒子のゼラチン状沈殿物の形成を観察し、続いてnHAP/GNRの白色沈殿物が沈降する。沈殿物を室温で5分間、1, 398 x gで遠心分離することによって3回洗浄し、続いて脱イオン水に再分散させた。GNR/nHAPナノコンポジットを合成するには、市販のハイドロキシアパタイトナノ粒子を1ミリリットルあたり5ミリグラムの濃度で50ミリリットルの脱イオン水に懸濁させ、5ミリグラムのグラフィンナノリボンを補充する。

得られた混合物を超音波処理によって30分間攪拌し、その後、混合物を室温で120時間邪魔されずに放置する。成熟後、得られたGNR/nHAPの白色沈殿物を、1, 398 x gで室温で5分間遠心分離することにより回収する。脱イオン水を用いて試料を3回洗浄する。

nHAP/GNRナノコンポジットのHRTEM分析は、長さと幅が150〜250ナノメートルのnHAPパッチを示した。元素マッピングは、GNR上の中間結節パッチが、元素カルシウムおよびリンの存在のために実際にnHAPであることを確認した。GNR/nHAPナノコンポジットでは、GNRは球状のnHAPナノ粒子の表面に薄膜を形成した。

EDS分析では、GNRによる炭素含有量の明確な増加が示されましたが、カルシウムとリンに特異的なピークはnHAPによるものでした。nHAP/GNRスペクトルにおける炭素含有量の顕著な増加は、新たに合成されたnHAPの小さなパッチのみが観察されたGNRの大部分によるものである。XRD分析により、nHAPの六方晶結晶構造がそれぞれ002、102、211、300、202、310、113、222、および213面に対応する強いピークを確認し、合成後のnHAPの純度を確認した。

TGA分析は、nHAPの結晶化により、摂氏200度から摂氏500度までの質量の着実な減少を示した。さらに加熱すると錯体の分解がもたらされた。GNRの存在により失われたものは、GNR/nHAPおよびnHAP/GNRにおいて0.5~0.98%であることが判明した。

試薬の添加順序および反応条件は、ナノコンポジットの所望の逆配向を得るために最も重要である。細胞株ベースの研究は、骨形成を促進するナノコンポジットの可能性をチェックするために実施することができる。これにより、組織工学のための細胞応答の配向媒介変調の新しい領域が開かれます。