뼈 조직 공학에 잠재적 인 사용을위한 그래핀 - 히드 록시 아파타이트 나노 복합체의 합성

Summary

그래핀 나노리본 및 하이드록시아파타이트 나노입자의 신규한 나노복합체는 용액상 합성을 사용하여 제조하였다. 이들 하이브리드는 생체활성 스캐폴드에 사용될 때 조직 공학 및 뼈 재생에 잠재적인 응용을 나타낼 수 있다.

Abstract

뼈 조직 공학을위한 새로운 재료를 개발하는 것은 나노 의학의 가장 중요한 추진 분야 중 하나입니다. 몇몇 나노복합체는 세포 부착, 증식 및 골형성을 촉진하기 위해 하이드록시아파타이트로 제작되었다. 이 연구에서, 하이브리드 나노복합체는 그래핀 나노리본(GNR)과 하이드록시아파타이트(nHAPs)의 나노입자를 사용하여 성공적으로 개발되었으며, 이는 생리활성 스캐폴드에 사용될 때 잠재적으로 골 조직 재생을 향상시킬 수 있다. 이들 나노구조체는 생체적합성일 수 있다. 여기에서는 새로운 재료를 준비하는 데 두 가지 접근법이 사용되었습니다. 한 접근법에서, nHAP가 합성되고 GNR에 동시에 접합되는 공동 기능화 전략이 사용되었고, GNR 표면 (nHAP / GNR로 표시됨)에서 nHAP의 나노 하이브리드가 발생했습니다. 고분해능 투과 전자 현미경 (HRTEM)은 nHAP / GNR 복합체가 바늘 모양의 nHAP (길이 40-50 nm)의 개별 패치 (150-250 nm)가있는 GNR (최대 길이 1.8 μm)의 가늘고 얇은 구조로 구성되어 있음을 확인했습니다. 다른 접근법에서, 상업적으로 이용가능한 nHAP는 GNR-코팅된 nHAP (GNR/nHAP로 표시됨)를 형성하는 GNR들과 접합되었다(즉, nHAP/GNR 나노하이브리드에 비해 반대 배향을 가짐). 후자의 방법을 사용하여 형성된 나노하이브리드는 표면에 GNR의 네트워크로 덮인 50 nm 내지 70 nm 범위의 직경을 갖는 nHAP 나노구를 나타내었다. 에너지 분산 스펙트럼, 원소 매핑 및 푸리에 변환 적외선(FTIR) 스펙트럼은 두 나노하이브리드 모두에서 nHAP 및 GNR의 성공적인 통합을 확인하였다. 열 중량 분석 (TGA)은 GNR의 존재로 인한 상승 된 가열 온도에서의 손실이 GNR / nHAP 및 nHAP / GNR의 경우 각각 0.5 % 및 0.98 %임을 나타냅니다. 반대 방향을 가진 nHAP-GNR 나노하이브리드는 골 조직 공학 응용을 개선하기 위한 세포 기능을 잠재적으로 촉진하기 위해 생리활성 스캐폴드에 사용하기 위한 중요한 물질을 나타낸다.

Introduction

그래핀은 sp-혼성화 탄소로 구성된 시트형 이차원 구조를 갖는다. 몇몇 다른 동소체는 그래핀의 확장된 벌집 네트워크에 기인할 수 있다(예를 들어, 그래핀 시트의 적층은 동일한 물질을 굴려내면서 3D 흑연을 형성하면서 1D 나노튜브⁽¹)의 형성을 초래한다). 마찬가지로, 0D 풀러렌은 래핑²로 인해 형성됩니다. 그래 핀은 실온에서 양극성 전계 효과와 양자 홀 효과를 포함하는 매력적인 물리 화학적 및 광전자 특성을 가지고 있습니다 ^3,4. 단일 분자 흡착 이벤트의 검출과 매우 높은 운반체 이동성은 그래핀 ^5,6의 매력적인 특성을 추가한다. 또한, 좁은 폭과 큰 평균 자유 경로, 높은 전류 밀도를 갖는 낮은 저항률 및 높은 전자 이동성을 갖는 그래핀 나노리본(GNR)은 유망한 상호 연결 물질⁷로 간주된다. 따라서 GNR은 무수한 장치에서의 응용 분야, 그리고 최근에는 나노 의학, 특히 조직 공학 및 약물 전달⁸에서 탐구되....

Protocol

1. 침전에 의한 nHAP의 합성

1. 1 M Ca(_NO3)2∙4H2O 및 0.67 M(NH4_)H2PO4를 함유하는 반응 혼합물 50 mL를 사용하여 깨끗한 nHAP를 합성한 다음,_NH4OH(25%)를 적가하여 pH를 10¹⁸ 전후로 유지한다.
2. 그 후, 반응 혼합물을 30분 동안 초음파 조사(UI)에 의해 교반시킨다(500 W 전력 및 20 kHz 초음파 주파수).
3. 생성된 용액을 nHAP의 백색 침전물이 침전될 때까지 실온에서 120 h 동안 성숙시키십시오. 실온에서 5 분 동안 1398 x g에서 원심분리하여 nHAP를 회수하였다.
4. 침전물을 탈이온화(DI) 물 3x로 세척하고 48시간 동안 동결건조시킨다. 건조 분말을 4°C에서 보관한다.

2. nHAP/GNR 나노복합체의 제조

참고: 다음은 nHAP와 GNR의 두 가지 서로 다른 공간 배열을 나타내는 nHAP/GNR....

Results

HRTEM 분석
개별적으로, GNRs는 그림 2에서 관찰된 바와 같이 어느 정도 거리에서 약간의 굴곡을 갖는 가느다란 대나무와 같은 구조였다. 가장 긴 GNR은 1.841 μm이고 가장 작은 구부러진 GNR은 497 nm였다. 나노 리본은 종종 많은 곳에서 나선형 구성을 형성하기 위해 비틀림에 기인 할 수있는 너비의 가시적 인 변화를 나타 냈습니다. GNR의 이러한 단방향 정렬은 자기 특성, 전도성, 또는 열 수송(⁷)과 같은 매력적인 특징을 얻는 것을 도울 수 있다.

실온에서 질산칼슘 사수화물 및 인산이암모늄을 사용하여 합성된 nHAPs(단계 1)는 40nm 내지 50nm 범위의 크기를 갖는 막대 모양 또는 바늘 형상이었다(도 3). 합성된 나노물질은 응집 및 결정질 성장으로 인한 덩어리에서 발.......

Discussion

다양한 금속, 중합체, 세라믹 및 이들의 조합이 정형외과 임플란트 및 고정 액세서리로서 연구되었지만, HAP는 뼈 자체와의 화학적 유사성 및 결과적으로 높은 세포 적합성^20,21,22로 인해 가장 바람직한 물질 중 하나로 ^{간주됩니다.} 본 연구에서, HAP의 배향은 다양하였으며, 이는 골형성의 촉진, 골유착 및 골전도성과 같은 그의 독특한 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 또한, HAP의 방향을 변경하면 신체의 긴 뼈가 HA와 콜라겐의 이방성 정렬을 가지고 있기 때문에 나노 복합체의 기계적 특성에 영향을 미쳐 자연 뼈의 기계적 특성에 영향을 줄 수 있으며 입방 뼈는 콜라겐과 HA의 무작위 배열을 가지고 있기 때문입니다. 천연 HAP가 인간의 치아와 뼈의 주요 구성 요소이지만, 그 물리적 특성은 CaP 상²³의 반응 시간.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
인산 암모늄 일 염기성	시그마 -알드리치	216003-100G	합성
질산 칼슘 사수화물	시그마-알드리치	237124	합성
원심 분리기	Hettich	EBA 200S	회수
푸리에 변환 적외선 분광계	Brucker	Vertex 70	특성화
그래핀 나노 리본	Sigma-Aldrich	922714	합성
고해상도 투과 전자 현미경	Thermo Fisher Scientific	Themis Titan 300	특성화
자기 교반기	IKA	C-MAG HS7 S68	기능화
마이크로피펫	TreffLab	06H35687	시약 준비
pH 측정기	Eutech pH5+	ECPH503PLUSK	시약 준비
/ 열 중량 분석기	TA Instruments	SDT Q600	특성화
: 초음파 수조	Bandelin	DT100	기능화
: 범용 오븐	memmert	UF55	기능화
계량 저울	Precisa	XB220A	시약 :
X 선 회절계	Brucker	D8-Advanced	특성화