Síntese de Nanocompositos de Grafeno-Hidroxiapatita para uso potencial em engenharia de tecido ósseo
27 de julho de 2022
Novos nanocompositos de nanocomibbons de grafeno e nanopartículas de hidroxiapatita foram preparados usando síntese de fase de solução. Esses híbridos quando empregados em andaimes bioativos podem apresentar aplicações potenciais na engenharia de tecidos e regeneração óssea.
Este trabalho explica a estratégia de fabricar novos compósitos de nano hidroxiapatita e nanonoribbons de grafeno com orientações opostas. Esses biomateriais são significativos para o desenvolvimento de andaimes de engenharia de tecido ósseo. Esta é uma simples síntese de pote.
É um método rápido, eficaz e econômico. Este trabalho é extremamente relevante com o contexto de tratamento de lesões ósseas e doenças associadas onde mais regeneração óssea promoverá a cura rápida. Para começar, sintetize as nanopartículas intocadas de hidroxiapatita usando 50 mililitros da mistura de reação.
Dropwise, adicione 25% dehidroxida de amônio para manter um pH de cerca de 10. Depois disso, agitar a mistura de reação por irradiação de ultrassom por 30 minutos. Permita que a solução resultante amadureça por 120 horas em temperatura ambiente até que o precipitado branco de nanopartículas de hidroxiapatita se instale.
Recupere as nanopartículas de hidroxiapatita por centrifugação a 1.398 x g por cinco minutos em temperatura ambiente. Lave o precipitado com água deionizada três vezes. Para preparar o nanocomposto nHAP/GNR, use uma estratégia de cofuncionalização, comece com a dissolução de cinco miligramas de nanoafisto de grafeno em uma mistura de um tetrahidrato de nitrato de cálcio molar e fosfato de hidrogênio de diamônio molar de 0,67 para um volume final de 50 mililitros.
Durante esta reação, adicione 25% de hidróxido de amônio para manter o pH em aproximadamente 10. Agitar a mistura resultante por ultrassônica por 30 minutos. Após a conclusão da reação, deixe a solução intacta por 120 horas em temperatura ambiente até o amadurecimento.
Observe para a formação de um precipitado gelatinoso de nanopartículas de hidroxiapatita, que reveste as nanofios de grafina, seguindo as quais um precipitado branco de nHAP/GNR se instala. Lave o precipitado três vezes por centrifugação a 1.398 x g por cinco minutos à temperatura ambiente, seguido de reergação em água desionizada. Para sintetizar nanocompactos GNR/nHAP, suspenda nanopartículas disponíveis comercialmente de hidroxiapatita a uma concentração de cinco miligramas por mililitro em 50 mililitros de água deionizada, suplementadas com cinco miligramas de nanoribbons de grafina.
Agitar a mistura resultante por ultrassônica por 30 minutos e, a partir daí, deixe a mistura intacta por 120 horas em temperatura ambiente. Após o amadurecimento, recupere o precipitado branco da GNR/nHAP resultante por centrifugação a 1.398 x g por cinco minutos em temperatura ambiente. Lave a amostra três vezes usando água deionizada.
A análise hrtem da nanocomposite nHAP/GNR mostrou manchas nHAP entre 150 e 250 nanômetros de comprimento e largura. O mapeamento elementar confirmou que as manchas nodais intermediárias nos GNRs eram de fato nHAP devido à presença de cálcio elementar e fósforo. Em nanocompositos GNR/nHAP, o GNR formou películas finas na superfície das nanopartículas nHAP esféricas.
A análise da EDS mostrou um claro aumento no teor de carbono devido às GNRs, enquanto os picos específicos de cálcio e fósforo foram devidos ao nHAP. O aumento acentuado do teor de carbono no espectro nHAP/GNR deve-se à maioria dos GNRs sobre os quais apenas pequenas manchas de nHAP recém-sintetizadas foram observadas. A análise XRD confirmou a estrutura de cristal hexagonal dos picos fortes nHAP correspondentes a 002, 102, 211, 300, 202, 310, 113, 222 e 213 planos, respectivamente, confirmaram a pureza do nHAP sintetizado.
A análise tga mostrou uma diminuição constante da massa após 200 graus Celsius até 500 graus Celsius devido à cristalização do nHAP. Um aquecimento adicional levou à decomposição dos complexos. Perdeu-se devido à presença de GNRs foi encontrado entre 0,5 e 0,98% em GNR/nHAP e nHAP/GNR.
A sequência de adição de reagentes e condições de reação são mais críticas para obter a orientação reversa desejada dos nanocompagtos. Estudos baseados em linhas celulares podem ser realizados para verificar o potencial dos nanocompóposos para promover a osteogênese. Isso abrirá uma nova área de modulação mediada por orientação da resposta celular para engenharia de tecidos.
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Visão Geral
Este estudo apresenta um método para fabricar compósitos inovadores de nanofitas de grafeno e nanopartículas de hidroxiapatita. Esses biomateriais são importantes para o desenvolvimento de estruturas em engenharia de tecidos ósseos, promovendo a cicatrização rápida de lesões ósseas.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Engenharia Biomédica
- Engenharia de Tecidos
- Ciência dos Materiais
Contexto
- As lesões ósseas requerem estratégias eficazes de regeneração.
- Nanofitas de grafeno e nanopartículas de hidroxiapatita possuem propriedades únicas.
- A combinação desses materiais pode melhorar o desempenho de scaffolds.
- Os métodos atuais de síntese podem ser complexos ou onerosos.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um método de síntese simples e econômico para nanocompósitos.
- Investigar as possíveis aplicações desses compósitos na engenharia de tecidos ósseos.
- Estimular a cicatrização rápida por meio da regeneração óssea aprimorada.
Métodos Utilizados
- Síntese em fase líquida de nanofitas de grafeno e nanopartículas de hidroxiapatita.
- Abordagem de síntese em um único recipiente para maior eficiência.
- Caracterização dos nanocompósitos resultantes.
- Avaliação da bioatividade em aplicações de escafolding.
Resultados Principais
- Fabricação bem-sucedida de nanocompósitos com propriedades desejadas.
- Potencial demonstrado para uso em scaffolds bioativos.
- Método de síntese rápido e eficaz estabelecido.
- Resultados promissores para aplicações em regeneração óssea.
Conclusões
- Os novos compósitos mostram potencial significativo na engenharia de tecidos.
- Métodos de síntese simples podem levar a biomateriais eficazes.
- São necessárias mais pesquisas para explorar aplicações clínicas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Os nanocompósitos de grafeno-hidroxiapatita representam um avanço estratégico para a engenharia de tecidos ósseos, oferecendo novos materiais que podem aumentar a bioatividade do suporte e a resposta celular. A capacidade de controlar a orientação e a integração do nanocompósito sustenta a confiança preditiva na seleção de biomateriais em estágios iniciais e reduz os riscos no desenvolvimento translacional. Essas inovações posicionam as equipes de pesquisa e desenvolvimento para atender necessidades não atendidas nos portfólios de medicina regenerativa.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação das interações material-célula essenciais para o design de scaffolds.
- Apoia a redução de riscos biológicos ao confirmar a integração e orientação do nanocompósito.
- Facilita a confiança preditiva na seleção de candidatos a scaffold para desenvolvimento adicional.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Prepara sistemas nanocompósitos validados para ensaios celulares posteriores.
- Garante reprodutibilidade e padronização por meio de síntese e caracterização controladas.
- Permite a avaliação quantitativa das propriedades do material relevantes para o desempenho do suporte.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha propriedades dos materiais com modelos relevantes para doenças na regeneração óssea.
- Apoia a continuidade desde a descoberta até a validação pré-clínica de scaffolds.
- Oferece desvio mecanicista ao permitir estudos de modulação mediada por orientação.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Esses métodos de síntese de nanocompósitos inserem-se na fase de descoberta inicial até a pré-clínica, apoiando a seleção de candidatos a scaffolds e a avaliação translacional.
- Biologia da Descoberta: Confirma a integração e orientação de nanomateriais para o projeto de scaffolds orientado por hipóteses.
- Triagem: Fornece nanocompósitos reprodutíveis e caracterizados para ensaios celulares comparativos.
- Análises: Oferece resultados quantitativos por meio de HRTEM, EDS, XRD e TGA para comparação de materiais.
- Pesquisa Translacional: Permite o alinhamento com modelos pré-clínicos para engenharia de tecidos ósseos.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma plataforma para a síntese de nanocompósitos com controle de orientação em diferentes programas de scaffolds.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista na seleção de materiais de estruturação.
- Valor Operacional: Padroniza os fluxos de trabalho de síntese e caracterização para reprodutibilidade e escalabilidade.
- Valor Estratégico: Melhora as decisões de avançar/não avançar e a eficiência do capital em pesquisa e desenvolvimento de medicina regenerativa.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco de candidatos a estruturas para avanço.
Considerações sobre a Implementação
- Exige experiência em técnicas de síntese e caracterização de nanomateriais.
- Requer acesso a instrumentação de MEHR, EDS, DRX e TGA para controle de qualidade.
- Exige padronização entre equipes dos protocolos de síntese e dos parâmetros analíticos.
- Pode exigir adaptação para diferentes arquiteturas de andaimes ou modelos celulares.
- A sequência de adição dos reagentes e as condições da reação são fundamentais para a orientação desejada do nanocompósito.
