Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-27T13:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 14 s
Description: 学ぶグラフェン・ハイドロキシアパタイトナノコンポジットのワンポット合成法。骨組織工学用スカフォールドの開発に向けた迅速で経済的なバイオマテリアル製造技術を習得できます。

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

Sougata Ghosh博士は、インド政府科学技術省(DST)、インド政府科学技術省、およびインドのジャワハルラール・ネルー先端科学研究センターが、ナノ科学技術のポスドク海外フェローシップ(Ref. JNC/AO/A.0610.1(4) 2019-2260 2019年8月19日付)の下で資金提供を受けたことを認めます。Sougata Ghosh博士は、タイのバンコクにあるカセサート大学のポスドクフェローシップと、Reinventing University Program(参考文献番号6501.0207/10870、2021年11月9日付)の下での資金提供を認めています。著者らは、特性評価実験の支援をしてくれたKostas Advanced Nano-Characterization Facility(KANCF)に感謝したい。KANCFは、ノースイースタン大学のコスタス研究所(KRI)内の共有の学際的な研究および教育施設です。

1. 沈殿によるnHAPの合成
<ol><li>1 M Ca(NO3)2∙4H2Oおよび0.67 M(NH4)H2PO4を含む反応混合物50 mLを用いて手付かずのnHAPを合成し、続いてNH4OH(25%)を滴下してpHを1018付近に維持する。</li>
	<li>その後、超音波照射(UI)により反応混合物を30分間攪拌する(500W電力および20kHz超音波周波数)。</li>
	<li>得られた溶液を、nHAPの白色沈殿物が落ち着くまで室温で120時間成熟させる。室温で5分間、1398 x g で遠心分離することによりnHAPを回収する。</li>
	<li>沈殿物を脱イオン(DI)水3xで洗浄し、48時間凍結乾燥する。乾燥粉末を4°Cで保存する。</li>
</ol>2. nHAP/GNRナノコンポジットの作製
注: 以下では、nHAP と GNR の 2 つの異なる空間配置を表す nHAP/GNR (つまり、GNR サーフェス上の nHAP) および GNR/nHAP (GNR コーティングされた nHAP) ナノコンポジットを製造するための 2 つのアプローチについて説明します (図 1)。
<ol><li>nHAP/GNRの合成<ol>
<li>nHAP/GNRsナノコンポジットを調製するには、以下のように、nHAPを合成してGNRに同時に共役させることができる共官能化戦略を使用する。</li>
		<li>1 M 硝酸カルシウム 4 水和物 [Ca(NO3)2·4H 2 O] および 0.67 M リン酸水素二アンモニウム [(NH 4)2 HPO4] の混合物に 5 mg の GNR (材料表) を 50 mL の最終容量19 に溶解する。</li>
		<li>この反応の間、25%のNH4OHを滴下して、pHを〜10に維持する。得られた混合物をUIで30分間攪拌する。</li>
		<li>反応終了後、成熟するまで溶液を室温で120時間邪魔されずに放置する。</li>
		<li>GNRを被覆するnHAP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。</li>
		<li>沈殿物3xを室温で1398 x g で5分間遠心分離して洗浄し、続いてDI水に再分散させた。</li>
		<li>回収した洗浄沈殿物を48時間凍結乾燥する。乾燥粉末を4°Cで保存する。</li>
		<li>対照サンプルとして手付かずのnHAPおよびGNRを使用する。</li>
	</ol>
</li>
	<li>GNR/nHAPナノコンポジットの合成<ol>
<li>市販のnHAPを5mg/mLの濃度で5mgのGNRで補充した50mLのDI水に懸濁する。</li>
		<li>得られた混合物をUI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。</li>
		<li>成熟後、得られたGNR/nHAPの白色沈殿を、室温で1398 x g で5分間遠心分離することによって回収する。</li>
		<li>DI水を使用してサンプル3xを洗浄し、48時間凍結乾燥し、さらに使用するために乾燥粉末を4°Cで保存する。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. nHAP、nHAP/GNR、および GNR/nHAP の特性評価
<ol><li>高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)( 材料表を参照)を使用して、ナノコンポジット11の形態およびサイズを特徴付ける。</li>
	<li>エネルギー分散分光法(EDS)を用いてナノコンポジットの元素組成を解析し、走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いて元素マッピングを行う11。</li>
	<li>500-4000cm-1の波数のきれいなサンプルに対してフーリエ変換赤外(FTIR)分光法を実行して、ナノコンポジット16中の化学基を分析する。</li>
	<li>合成されたnHAPの粉末X線回折(XRD)分析は、1.5406ÅのX線波長、それぞれ40mAおよび40kVの電流および電圧設定、および20°~90°の範囲の2θを用いて行う。</li>
	<li>窒素流下でサンプルを室温から1000°Cまで窒素流下で10°C/分の速度で加熱することにより、熱重量分析(TGA)を使用してナノコンポジット中のGNRの負荷率を評価します。</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>
<li>Kamrujjaman, M., Khandaker, J. I., Haque, M. M., Rahman, M. O., Rahman, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+the+dependency+of+pH+values+on+HAp+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanomaterials+%26+Molecular+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Study of the dependency of pH values on HAp synthesis.</a> Journal of Nanomaterials & Molecular Nanotechnology. 7, 4(2019).</li>
<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>
<li>Sassoni, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydroxyapatite+and+other+calcium+phosphates+for+the+conservation+of+cultural+heritage%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Materials%22%5BJournal%5D)">Hydroxyapatite and other calcium phosphates for the conservation of cultural heritage: A review.</a> Materials. 11 (4), 557(2018).</li>
<li>Tang, H., Ehlert, G. J., Lin, Y., Sodano, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+efficient+synthesis+of+graphene+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Highly efficient synthesis of graphene nanocomposites.</a> Nano Letters. 12 (1), 84-90 (2012).</li>
<li>Walker, L. S., Marotto, V. R., Rafiee, M. A., Koratkar, N., Corral, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toughening+in+graphene+ceramic+composites%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Toughening in graphene ceramic composites.</a> ACS Nano. 5 (4), 3182-3190 (2011).</li>
<li>Rafiee, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+mechanical+properties+of+nanocomposites+at+low+graphene+content%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Enhanced mechanical properties of nanocomposites at low graphene content.</a> ACS Nano. 3 (12), 3884-3890 (2009).</li>
<li>Luque de Castro, M. D., Priego-Capote, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound-assisted+crystallization+%28sonocrystallization%29%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasonics+Sonochemistry%22%5BJournal%5D)">Ultrasound-assisted crystallization (sonocrystallization).</a> Ultrasonics Sonochemistry. 14 (6), 717-724 (2007).</li>
<li>Azhari, A., Toyserkani, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive+manufacturing+of+graphene-hydroxyapatite+nanocomposite+structures%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Applied+Ceramic+Technology%22%5BJournal%5D)">Additive manufacturing of graphene-hydroxyapatite nanocomposite structures.</a> International Journal of Applied Ceramic Technology. 12 (1), 8-17 (2015).</li>
<li>Li, H., Wang, J., Bao, Y., Guo, Z., Zhang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+sonocrystallization+in+the+salting-out+process%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">Rapid sonocrystallization in the salting-out process.</a> Journal of Crystal Growth. 247 (1-2), 192-198 (2003).</li>
<li>Zou, Z., Lin, K., Chen, L., Chang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+synthesis+and+characterization+of+carbonated+hydroxyapatite+nanopowders+via+sonochemistry-assisted+microwave+process%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasonics+Sonochemistry%22%5BJournal%5D)">Ultrafast synthesis and characterization of carbonated hydroxyapatite nanopowders via sonochemistry-assisted microwave process.</a> Ultrasonics Sonochemistry. 19 (6), 1174-1179 (2012).</li>
<li>Rouhani, P., Taghavinia, N., Rouhani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+growth+of+hydroxyapatite+nanoparticles+using+ultrasonic+irradiation%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasonics+Sonochemistry%22%5BJournal%5D)">Rapid growth of hydroxyapatite nanoparticles using ultrasonic irradiation.</a> Ultrasonics Sonochemistry. 17 (5), 853-856 (2010).</li>
<li>Fan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-pot+synthesis+of+graphene%2Fhydroxyapatite+nanorod+composite+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">One-pot synthesis of graphene/hydroxyapatite nanorod composite for tissue engineering.</a> Carbon. 66, 407-416 (2014).</li>
<li>Ghosh, S., Mostafavi, E., Thorat, N., Webster, T. J. Nanobiomaterials for three- dimensional bioprinting. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGhosh%2C+S+%22Nanotechnology+in+Medicine+and+Biology%22">Nanotechnology in Medicine and Biology</a>. Liu, H., Shokuhfar, T., Ghosh, S. , Elsevier. 1-24 (2021).</li>
<li>Ghosh, S., Sanghavi, S., Sancheti, P. Metallic biomaterial for bone support and replacement. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGhosh%2C+S+%22Fundamental+Biomaterials%3A+Metals.+Vol+2.+Woodhead+Publishing+Series+in+Biomaterials%22">Fundamental Biomaterials: Metals. Vol 2. Woodhead Publishing Series in Biomaterials</a>. Balakrishnan, P., Sreekala, P., Thomas, S. , Woodhead Publishing. 139-165 (2018).</li>
<li>Hazra, A., Basu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+nanoribbon+as+potential+on-chip+interconnect+material-A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22C+Journal+of+Carbon+Research%22%5BJournal%5D)">Graphene nanoribbon as potential on-chip interconnect material-A Review.</a> C Journal of Carbon Research. 4 (3), 49(2018).</li>
<li>Zanin, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+preparation+of+nano-hydroxyapatite%2Fsuperhydrophilic+reduced+graphene+oxide+composites+for+bioactive+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Fast preparation of nano-hydroxyapatite/superhydrophilic reduced graphene oxide composites for bioactive applications.</a> Journal of Materials Chemistry B. 1 (38), 4947-4955 (2013).</li>
<li>Lobo, A. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+preparation+of+hydroxyapatite%2Fsuperhydrophilic+vertically+aligned+multiwalled+carbon+nanotube+composites+for+bioactive+application%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Fast preparation of hydroxyapatite/superhydrophilic vertically aligned multiwalled carbon nanotube composites for bioactive application.</a> Langmuir. 26 (23), 18308-18314 (2010).</li>
</ol>

著者には利益相反はありません。

様々な金属、ポリマー、セラミック、およびそれらの組み合わせが整形外科インプラントおよび固定アクセサリーとして研究されてきたが、HAPは骨自体との化学的類似性および結果として高い細胞適合性のために最も好ましい材料の1つであると考えられている20,21,22。この研究では、HAPの向きが変化し、骨形成の促進、骨形成、骨伝導性などのHAPのユニークな特性に大きな影響を与える可能性があります。さらに、HAPの配向を変えることは、体内の長骨がコラーゲンとのHAの異方性配向を有するのに対し、直方体骨はコラーゲンとのHAのランダムな配置を有するので、ナノコンポジットの機械的特性にさらに影響を与え、天然骨のそれをさらに模倣することができる。天然HAPはヒトの歯および骨の主要構成成分であるが、その物理的性質は、CaP相23の反応時間、pH、リン酸濃度、および化学的性質などの反応条件に大きく依存することに留意すべきである。し...

グラフェンは、spハイブリダイズした炭素からなるシート状の二次元構造を有する。いくつかの他の同素体は、グラフェンの拡張されたハニカムネットワークに起因し得る(例えば、グラフェンシートの積層は、同じ材料を転がり落ちながら3Dグラファイトを形成し、1Dナノチューブの形成をもたらす)。同様に、0Dフラーレンはラッピング2のために形成される。グラフェンは、室温での両極性電界効果および量子ホール効果を含む魅力的な物理化学的および光電子的特性を有する3,4。単一分子吸着事象の検出および非常に高いキャリア移動度は、グラフェン5,6の魅力的な属性に加わる。また、幅が狭く平均自由行程が大きく、低抵抗率で電流密度が高く、電子移動度が高いグラフェンナノリボン(GNR)は、有望な相互接続材料7と考えられている。したがって、GNRは無数のデバイス、最近ではナノメディシン、特に組織工学と薬物送達における応用のために探求されています8。
様々な外傷性疾患の中で、骨損傷は、骨折、再生および新しい骨との置換を安定させ、感染に抵抗し、骨非結合体を再整列させることの困難さのために、最も困難なものの1つと考えられている9,10。外科的処置は、大腿骨軸骨折の唯一の代替手段のままである。中央アメリカとヨーロッパでは、毎年約5200万ドルが骨損傷の治療に費やされていることに注意する必要があります11。
骨組織工学用途のための生理活性足場は、骨自体のマイクロおよびナノ建築特性に似ているので、ナノハイドロキシアパタイト(nHAP)を組み込むことによってより効果的であり得る12。化学的にCa10(PO4)6(OH)2として表され、Ca/Pモル比が1.67であるHAPは、生物医学的用途、特に歯周欠損の治療、硬組織の置換、および整形外科手術のためのインプラントの製造に最も好ましい13,14。したがって、GNRで強化されたnHAPベースの生体材料の製造は、優れた生体適合性を有することができ、オッセオインテグレーションを促進し、骨伝導性であるそれらの能力のために有利であり得る15,16。このようなハイブリッド複合足場は、細胞接着、拡散、増殖、および分化などの生物学的特性を維持することができる17。ここでは、図1に示すようにnHAPおよびGNRの空間配置を合理的に改変することによって、骨組織工学のための2つの新しいナノコンポジットの作製を報告する。2つの異なるnHAP-GNRs配列の化学的および構造的特性をここで評価した。

<table><tbody><tr><td>リン酸アンモニウム 一塩基性</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>216003-100G</td><td>合成</td></tr><tr><td>硝酸カルシウム四水和物</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>237124</td><td>合成</td></tr><tr><td>遠心分離機</td><td>Hettich</td><td>EBA 200S</td><td>Recovery</td></tr><tr><td>フーリエ変換 赤外分光計</td><td>Brucker</td><td>Vertex 70</td><td>特性</td></tr>評価 <tr><td>グラフェン ナノリボン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>922714</td><td>合成</td></tr><tr><td>高分解能透過型電子顕微鏡</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>テミス Titan 300</td><td>キャラクタリゼー</td></tr>ション <tr><td>マグネチックスターラー</td><td>IKA</td><td>C-MAG HS7 S68</td><td>機能化</td></tr><tr><td>マイクロピペット</td><td>TreffLab</td><td>06H35687</td><td>試薬調製</td></tr><tr><td>pHメーター</td><td>ユーテック pH5+</td><td>ECPH503PLUSK</td><td>試薬調製</td></tr><tr><td>熱重量分析装置</td><td>TAインスツルメンツ</td><td>SDT Q600</td><td>特性評価</td></tr><tr><td>超音波浴</td><td>バンデリン</td><td>DT100</td><td>機能化</td></tr><tr><td>ユニバーサルオーブン</td><td>メモリ</td><td>UF55</td><td>機能化</td></tr><tr><td>計量天秤</td><td>Precisa</td><td>XB220A</td><td>試薬調製</td></tr><tr><td>X線回折計</td><td>ブルッカー</td><td>D8-高度な</td><td>特性評価</td></tr></tbody></table>

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

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

骨組織工学のための新規材料の開発は、ナノメディシンの最も重要な推力分野の1つです。いくつかのナノコンポジットが、細胞の接着、増殖、および骨形成を促進するためにハイドロキシアパタイトを用いて製造されている。この研究では、グラフェンナノリボン(GNR)とハイドロキシアパタイトのナノ粒子(nHAPs)を使用してハイブリッドナノコンポジットの開発に成功し、生理活性足場材に採用すると骨組織の再生を改善する可能性があります。これらのナノ構造体は、生体適合性であり得る。ここでは、新規材料の調製に2つのアプローチを用いた。1つのアプローチでは、nHAPが合成され、同時にGNRにコンジュゲートされ、GNR表面上にnHAPのナノハイブリッド(nHAP/GNRと表記される)をもたらす共官能化戦略が使用された。高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)により、nHAP/GNR複合体は、GNR(最大長1.8μm)の細くて薄い構造と、針状のnHAP(長さ40~50nm)の離散パッチ(150~250nm)で構成されていることが確認されました。他のアプローチでは、市販のnHAPをGNRと共役させてGNR被覆nHAP(GNR/nHAPと表記される)を形成した(すなわち、nHAP/GNRナノハイブリッドに対して反対の向きを有する)。後者の方法を用いて形成されたナノハイブリッドは、表面にGNRのネットワークで覆われた直径50nm〜70nmの範囲のnHAPナノスフィアを示した。エネルギー分散スペクトル、元素マッピング、およびフーリエ変換赤外(FTIR)スペクトルは、両方のナノハイブリッドにおけるnHAPおよびGNRの良好な統合を確認した。熱重量分析(TGA)は、GNRの存在による高温での損失は、GNR/nHAPおよびnHAP/GNRについてそれぞれ0.5%および0.98%であることを示した。反対の向きのnHAP-GNRナノハイブリッドは、骨組織工学アプリケーションを改善するための細胞機能を潜在的に促進するために、生理活性足場に使用するための重要な材料を表す。

HRTEM分析 GNRは、 図2で観察されたように、それぞれ細長い竹のような構造で、ある程度の距離で曲がっていました。最長GNRは1.841μmで、最小の曲がったGNRは497nmであった。ナノリボンは、しばしば、多くの場所でらせん状の配置を形成するためにねじれたことに起因し得る幅の目に見える変化を示した。GNRのこのような一方向アライメントは、磁気特性、導電率、または熱輸送などの魅力的な特徴を得るのに役立ち得る7。
室温で硝酸カルシウム四水和物およびリン酸水素二アンモニウムを用いて合成されたnHAPs(ステップ1)は、40nm〜50nmの範囲のサイズを有する棒状または針状であった(図3)。合成されたナノ材料は、凝集および結晶成長のために凝集塊中に見出された。一方、使用した市販のnHAPsは球状であった(図4)。これら...

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。

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

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。

synthesis-graphene-hydroxyapatite-nanocomposites-for-potential-use

Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

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。...

メディカルインプラントのグラフェンコーティング

この記事では、我々は表面的なエナメル質の再構築のためのアメロゲニン-キトサンハイドロゲルを製造するためのプロトコルを記述します。ヒドロゲル中のアパタイト結晶のその場での増殖に編成は、修復物の有効性及び耐久性を向上させる緻密なエナメル復元インタフェースを形成した。...

用アメロゲニン - キトサンハイドロゲルの開発<em&gt;体外</em高密度インターフェイス付き&gt;エナメル再成長

設計されたマイクロチャネルを持つ骨のようなテンプレートを作成するための段階的な一般的なプロセスが提示されます。テンプレートの高い吸収能力と保持能力は、マイクロチャネルを介した毛細管現象によって実証されます。...

骨様テンプレートでのマイクロチャネルによって独特の毛細管現象は大骨欠損の回復のために細胞の動員を強化することができます

電界紡糸ナノ繊維は、重量比は、優れた機械的完全性に大きな表面積を有し、細胞の成長と増殖を支えます。これらのナノファイバーは、生物医学的用途の広い範囲を持っています。ここでは、エレクトロスピニング法を用いて、ケラチン/ PCLナノ繊維を製造し、組織工学の可能な用途のために繊維を特徴付けます。...

医工学のためのケラチンベースのナノファイバーの合成

ポリ（N-イソプロピルアクリルアミド） - グラフト - コンドロイチン硫酸からなる注射可能な組織工学足場は、（のPNIPAAm-G-CS）含有アルギン酸微粒子を調製しました。接着強度、膨潤性及び生体適合性、インビトロでは、この研究で分析されています。ここで開発された特性決定技術は、他の熱ゲル化システムにも適用可能です。...

組織工学のためのアルギン酸微粒子と熱ゲルポリ（N-イソプロピルアクリルアミド） - グラフト - コンドロイチン硫酸複合材料の合成

本稿では、高品質のバイオインスパイアードナノスケールのハイドロキシアパタイトを迅速に製造するための新規な方法を説明します。この生体材料は整形外科、頭蓋顔面外科および歯科臨床応用のための革新的な医療機器の広い範囲の製造に非常に重要です。...

バイオメディカル応用のためのバイオインスパイアードナノハイドロキシアパタイトの急速なミックス準備

先端材料の抗菌性の特性のためのプロトコルを提案します。お互いを補完する 2 つの方法によって材料表面に抗菌活性を測定するここでは、: 1 つは寒天ディスク拡散テストに基づいており、他の ISO 22196:2007...

バイオ エンジニア リング アプリケーション用先端材料の抗菌特性

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

このプロトコルは、ゼラチンベースの顆粒支持体にリン酸カルシウムインクを堆積させることによって骨様構造を作製する3D印刷技術を説明する。印刷された骨類似体は自由形態で寄託され、多相構築物用の生細胞マトリックス内で印刷物を直接採取したり架橋したりするための柔軟性を備えています。...

骨類似体の生成のための細胞内懸濁液中のセラミック全方向性バイオプリンティング

本研究では、植物由来の生体材料の脱細胞化、物性評価、イメージング、 in vivo...

骨組織工学のための脱細胞化リンゴ由来の足場( In Vitro および In Vivo)

間葉系幹細胞から作製した人工軟骨組織を移植して軟骨内骨化術を行う骨治療は、従来の治療法の欠点を回避できる可能性があります。ヒアルロン酸ハイドロゲルは、均一に分化した軟骨移植片のスケールアップや、 in...

間葉系幹細胞を用いた In vivo 軟骨内骨化による統合骨形成

学ぶグラフェン・ハイドロキシアパタイトナノコンポジットのワンポット合成法。骨組織工学用スカフォールドの開発に向けた迅速で経済的なバイオマテリアル製造技術を習得できます。

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

さらに動画を探す