Grafeen biedt potentieel als bekledingsmateriaal voor biomedische implantaten. In deze studie tonen we een werkwijze voor het bekleden nitinol-legeringen met nanometer dikke lagen grafeen en bepalen hoe grafeen kan implantaat respons beïnvloeden.
Methodenartikel
Grafeen biedt potentieel als bekledingsmateriaal voor biomedische implantaten. In deze studie tonen we een werkwijze voor het bekleden nitinol-legeringen met nanometer dikke lagen grafeen en bepalen hoe grafeen kan implantaat respons beïnvloeden.
Atomair glad grafeen als oppervlaktelaag heeft potentieel om implantaat eigenschappen te verbeteren. Hieruit blijkt een werkwijze voor het bekleden nitinol-legeringen met nanometer dikke lagen grafeen voor toepassingen als een stent materiaal. Grafeen werd gekweekt op koper substraten via chemical vapor deposition en vervolgens overgebracht naar nitinol substraten. Om te begrijpen hoe de grafeen coating kan de biologische respons te veranderen, werd levensvatbaarheid van de cellen van de rat aorta endotheelcellen en de rat aorta gladde spiercellen onderzocht. Bovendien werd het effect van grafeen-coatings op celhechting en morfologie onderzocht met fluorescentie confocale microscopie. Cellen werden gekleurd voor actine en kernen, en er waren aanzienlijke verschillen tussen pristine nitinol monsters vergeleken met grafeen beklede monsters. Totale actine expressie van rat aorta gladde spiercellen gevonden met Western blot. Eiwitadsorptie kenmerken en een indicator voor potentiële trombogeniciteit, were bepaald voor serum albumine en fibrinogeen met gel elektroforese. Bovendien werd de overdracht van lading van fibrinogeen tot substraat afgeleid met Raman spectroscopie. Het bleek dat grafeen coating op substraten nitinol de functionele eisen voor een stentmateriaal voldaan en verbeterd de biologische respons in vergelijking met onbeklede nitinol. Aldus grafeen bekleed nitinol een geschikte kandidaat voor een stentmateriaal.
De afgelopen drie decennia zijn getuige geweest van de ontdekking van nieuwe materialen gebaseerde therapieën en apparaten voor de ziekte van behandelingen en diagnostiek. Nieuwe legering materialen zoals nitinol (NiTi) en roestvrij staal worden vaak gebruikt in biomedisch implantaat productie vanwege hun superieure mechanische eigenschappen. Een-drie echter tal van uitdagingen als gevolg van exogene materiaal cytotoxiciteit, bio-en hemo-compatibiliteit. De metallische aard van deze legeringen resulteert in slechte bio-en hemocompatibiliteit door metaaluitloging, gebrek aan celadhesie, proliferatie en trombose als het in contact met stromend bloed (zoals catheters, bloedvat enten, vasculaire stents, kunstmatige hartkleppen etc.). 1, 4, 5 De interactie van eiwitten of levende cellen met het implantaatoppervlak kan leiden tot een sterke immunologische reactie en de daaropvolgende cascade van biochemische reacties kan een negatieve invloed werking van het apparaat. Daarom wordt pertinENT om de controle over de interactie tussen biomedische implantaten en de omliggende biologische milieu te bereiken. Modificatie is vaak gebruikt om verminderen of voorkomen nadelige fysiologische respons afkomstig van het implantaatmateriaal. Een ideale coating zal hoge adhesiesterkte, chemische inertie, hoge gladheid en goede hemo-en biocompatibiliteit bezitten. Eerder hebben verschillende materialen zoals diamantachtige koolstof (DLC), SiC, TiN, TiO 2 en vele polymeren getest als biocompatibele implantaat oppervlakken. 1, 6-23 Deze materialen nog steeds niet om aan al de functionele criteria voor een geschikte implantaatoppervlak coating.
De ontdekking van atoom dikke laag sp 2 carbon, bekend als grafeen heeft deuren geopend voor de ontwikkeling van nieuwe multifunctionele materialen. Grafeen verwachting een ideale kandidaat voor implantaatoppervlak coating zijn omdatis chemisch inert, atomair glad en zeer duurzaam. In deze brief, onderzoeken we de haalbaarheid van grafeen als oppervlaktelaag voor biomedische implantaten. Onze studies tonen aan dat het grafeen gecoate nitinol (Gr-NiTi) alle functionele criteria voldoet, en bovendien ondersteunt een uitstekende gladde spiercellen en endotheelcellen en leidt tot een betere celproliferatie. We vinden ook dat de serum albumine adsorptie aan Gr-NiTi is hoger dan fibrinogeen. Belangrijker (i) onze gedetailleerde spectroscopische metingen bevestigden het ontbreken van ladingsoverdracht tussen grafeen en fibrinogeen suggereert dat grafeen coating remt bloedplaatjesactivering door implantaten, (ii) grafeen coatings geen significante vertonen in vitro toxiciteit voor endotheliale en gladde spier cellijnen bevestigen hun biocompatibiliteit, en (iii) grafeen coatings zijn chemisch inert, duurzame en ondoordringbare in stromend bloed omgeving. Deze hemo-en biocompatibel eigenschappen, samen met een hoge strength, chemische inertie en duurzaamheid, maken grafeen coatings als een ideale coating.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Grafeen-coating van NiTi
2. In vitro toxiciteit van Gr-NiTi
Rat aorta endotheelcellen (Cell toepassing Inc) werden gekweekt op met gelatine beklede 8 kamers dia. Voor het testen van de celgroei, ongerepte en Gr-NiTisubstrates werden in putjes zonder gelatine coating. Scanning electronen microscopie beelden werden verkregen met een Hitachi S-4800 SEM. Bovendien werden ratten aorta gladde spiercellen ook gekweekt in CellBind platen met 96 putjes als controle groep (Corning) in Dulbecco's Modified Eagle Medium (ATCC).
3. Confocale microscopie studies van Celmorfologie
4. Eiwitadsorptiestudies
5. Western blotting voor eiwitexpressie
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

. Figuur 1 a) CVD gekweekt polykristallijn grafeen op Cu folies bootst de metalen kristalkorrels (schaalmaat: 10 pm). b) Raman spectrum van 1 sccm (4 sccm) grafeen toont intense (relatief zwakkere) G 'band aangeeft monolaag (enkele laag) aard van de bereide grafeen. c) AFM afbeelding van grafeen overgebracht naar NiTi toont een ruwheid van ~ 5 nm. Scale bar = 500 nm.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Biocompatibiliteit en cytotoxiciteit: De chemical vapor deposition (CVD) methode leverde polykristallijn grafeen monsters Cu kristalkorrels, zie figuur 1a nagebootst. We gebruikten Raman spectroscopie de aanwezigheid van monolayer (enkele laag) grafeen bevestigen op 1 sccm (4 sccm) monsters (zie figuur 1b). Het is duidelijk, 1 sccm (4 sccm) monsters vertonen intense (relatief zwakkere) G 'band wijzen op monolaag (enkele laag) grafeen. Figuur 1c toont een at...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Geen belangenconflicten verklaard.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Reagens | |||
| Dulbecco's Modified Eagle Medium | ATCC | 30-2.002 | |
| Thiazolyl blauw tetrazoliumbromide | Sigma-Aldrich | M2128 | |
| CellTiter 96 Aqueous One oplossing celproliferatie assay (MTS) | Promega | G3582 | |
| Dimethylsulfoxide | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| 36,5% formaldehyde | Sigma-Aldrich | F8775 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
| Alexafluor 488 phalloidin | Life Technologies | A12379 | |
| Vectashield montagemedium met DAPIk | Vector Laboratories | H-1200 | |
| Menselijk serum albumine | Sigma-Aldrich | A9511 | |
| Menselijk fibrinogeen | |||
| Tris / Glycine / SDS | Bio-Rad | 161-0732 | |
| Ready Gel Tris-HCl Gel | Bio-Rad | 161-1158 | |
| Azijnzuur | Sigma-Aldrich | 45726 | |
| SYPRO Rood | Life Technologies | S-6653 | |
| Eiwit lage BCA-test | Lamda Biotech | G1003 | |
| Precision Plus Protein Caleidoscoop Standard | Bio-Rad | 161-0375 | |
| Immun-Blot PVDF membraan | Bio-Rad | 162-0177 | |
| Blotting graad blocker niet-vette droge melk | Bio-Rad | 170-6404XTU | |
| Anti-actine antilichaam geproduceerd in konijnen | Sigma-Aldrich | A2066 | |
| BM Chemiluminescentie Western blotting kit (muis / konijn) | Roche Applied Science | 11520709001 | |
| RIPA buffer | Sigma-Aldrich | R0278 | |
| NiTi (51% Ni, 49% Ti) | Alfa-Aesar | 44953 | |
| Uitrusting | |||
| Horiba JobinYvon | Raman spectrometer | Dilor XY 98 | |
| Nikon | Confocale microscoop | Eclipse TI microscoop | |
| Thermoscientific | Plaatlezer | ||
| Bio-Rad | Voeding | 164-5050 | PowerPac basic voeding |
| Bio-Rad | Elektroforesecel | 165-8004 | Mini-PROTEAN tetra cel |
| Bio-Rad | Gel houder cassette | 170-3931 | Mini gel houder cassette |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen