Name: rapid mix preparation of bioinspired nanoscale hydroxyapatite for biomedical applications
Uploaded: 2017-02-23T15:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications at JoVE.com

وأيد هذا العمل من قبل دراسية لحالة EPSRC بالتعاون مع Ceramisys المحدودة ويترافق أيضا مع مادي الابتكار، ومركز EPSRC لصناعة مبتكرة في الأجهزة الطبية [رقم منحة EP / K029592 / 1]. فإن الكتاب أود أيضا أن أشكر روبرت بيرتون في جامعة شيفيلد هالام لتحليل XRF.

<img alt="شكل 1" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig1.jpg" /> الشكل 1. رسم تخطيطي من إعداد مزيج سريع من هيدروكسيباتيت النانوية bioinspired. تم سكب محلول حمض الفوسفوريك في تعليق هيدروكسيد الكالسيوم. بعد تعليق تسوية بين عشية وضحاها، وجرفت نها مع الماء منزوع الأيونات قبل تجفيفه بمعدل 60 إلى 80 درجة مئوية. وكانت الهيئة الوطنية للصحة ثم الأرض في هاون ومدقة العقيق ومتكلس لتحقيق الاستقرار الحراري للمنتج نها. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> 1. سريع الإنتاج مزيج من النانو هيدروكسيباتيت <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحضير محاليل الكالسيوم والفوسفور لإعداد 5 غرام من هيدروكسيباتيت النانوية باستخدام الكالسيوم إلى الفوسفور نسبة المولي 1.67. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة 3.705 غرام من هيدروكسيد الكالسيوم ل500 مل من الماء منزوع الأيونات ويقلب على طبق من ذهب النمام المغناطيسي لمدة 1 ساعة في 400 دورة في الدقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في كوب منفصل، حل 3.459 غرام من حامض الفوسفوريك (85٪) في 250 مل من الماء منزوع الأيونات. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من أجل حل الفوسفور في اثارة تعليق هيدروكسيد الكالسيوم بمعدل حوالي 100 مل / ثانية. تغطية الكأس مع بارافيلم (بيميس، الولايات المتحدة الأمريكية). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترك تعليق ليقلب لمدة 1 ساعة عند 400 دورة في الدقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خذ كوب من لوحة النمام وتترك لتسوية بين عشية وضحاها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غسل تعليق بصب قبالة طاف وإضافة 500 مل من الماء منزوع الأيونات والتحريك لمدة 1 دقيقة في 400 دورة في الدقيقة. كرر هذه الخطوة ثلاث مرات في المجموع، مع 2 ساعة بين كل غسل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترك نها تعليق لتسوية بين عشية وضحاها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تخلصي من طاف واضح ووضع تعليق نها استقر في تجفيف وضع الفرن على 60 الى 80 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عندما تجف، ضع نها المجففة إلى هاون ومدقة العقيق وطحن حتى غرامة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضع 2.5 غرام من المؤيدينمسحوق يولدها نها في بوتقة والتلبيد مسحوق الألومينا في 1000 درجة مئوية لمدة 2 ساعة باستخدام معدل منحدر من 10 درجة مئوية / دقيقة. بعد المعالجة الحرارية، وترك نها لتبريد في الفرن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> متجر مساحيق في مجفف فراغ. </li></ol> 2. توصيف النانو هيدروكسيباتيت <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حيود الأشعة السينية (XRD) باستخدام diffractometers اسطة نقل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضع كمية صغيرة (أي أقل من 200 ميكرولتر) من بولي (فينيل الكحول) (بولي) الغراء على الفيلم خلات وتخلط مع كمية صغيرة (أي أقل من 100 ملغ) من مسحوق نها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> علاج مع بندقية الهواء الساخن حتى تجف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل العينة إلى صاحب العينة وتحميل على وضع انتقال الأشعة السينية ديفراكتوميتر مع إشعاع α النحاس K. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام إعدادات ديفراكتوميتر من 40 كيلو فولت و 35 مللي أمبير، مع مجموعة 2θ من 10-70 درجة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل أنماط حيود الأشعة السينية الناتجة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام بطاقات حيود الأشعة السينية التالية لتحديد المرحلة: هيدروكسيباتيت: 9-432. بيتا-فوسفات ثلاثي الكالسيوم: 04-014-2292. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انتقال المجهر الإلكتروني (تيم) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضع كمية صغيرة من مسحوق (أي أقل من 10 ملغ) في بيجو وإضافة ما يقرب من 3 مل ايثانول. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لوحظ 30 دقيقة حتى تعليق متجانسة - عينة فائقة يصوتن لمدة 15 عاما. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ماصة كمية صغيرة من محلول (أي أقل من 1 مل) على شبكة 400 النحاس مع شبكة فيلم الكربون، والسماح ليجف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عينات صورة في الجهد المتسارع لل80 كيلو فولت. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مضان الأشعة السينية (XRF) الخدمة عن طريق المواد ومعهد بحوث الهندسة (ميري) في جامعة شيفيلد هالام <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الجمع بين 0.8 غرام من مسحوق نها مع 8 غرام من بورات ثنائي الليثيوم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تذوب الخليط في السبائك بوتقة البلاتين والذهب باستخدام الفرن لتعيين 1200 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل العينات الناتجة في مطياف XRF لتحديد التركيب العنصريالعينات. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فورييه تحويل مطياف الأشعة تحت الحمراء في مجموع وضع الانعكاس موهن (FTIR-ATR) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء 64 مسح الخلفية من 4000 - 500 سم -1 مع قرار من 4 سم -1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضع كمية صغيرة (أي أقل من 100 ملغ) من مسحوق نها على رأس الماس في موهن إجمالي محول وضع الانعكاس وضغط على سطح الماس باستخدام أعلى المسمار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء 32 بالاشعة من 4000 - 500 سم -1 مع قرار من 4 سم -1 مع مسح الخلفية تطرح من مسح عينة. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Pasteris, J. D., Wopenka, B., Valsami-Jones, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+and+tooth+mineralization:+why+apatite?.">Bone and tooth mineralization: why apatite?.</a> Elements. 4 (2), 97-104 (2008).</li><li>Carter, D. H., Hatton, P. V., Aaron, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ultrastructure+of+slam-frozen+bone+mineral.">The ultrastructure of slam-frozen bone mineral.</a> Histochem. J. 29 (10), 783-793 (1997).</li><li>Wopenka, B., Pasteris, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mineralogical+perspective+on+the+apatite+in+bone.">A mineralogical perspective on the apatite in bone.</a> Mater. Sci. Eng. 25 (2), 131-143 (2005).</li><li>Boskey, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mineralization+of+bones+and+teeth.">Mineralization of bones and teeth.</a> Elements. 3 (6), 385-391 (2007).</li><li>Fox, K., Tran, P. A., Nhiem, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Advances+in+Research+Applications+of+Nanophase+Hydroxyapatite.">Recent Advances in Research Applications of Nanophase Hydroxyapatite.</a> ChemPhysChem. 13 (10), 2495-2506 (2012).</li><li>Neira, I. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Effective+Morphology+Control+of+Hydroxyapatite+Crystals+via+Hydrothermal+Synthesis.">An Effective Morphology Control of Hydroxyapatite Crystals via Hydrothermal Synthesis.</a> Cryst. Growth. Des. 9 (1), 466-474 (2009).</li><li>Luo, P., Nieh, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+ultrafine+hydroxyapatite+particles+by+a+spray+dry+method.">Synthesis of ultrafine hydroxyapatite particles by a spray dry method.</a> Mater. Sci. Eng. C. 3 (2), 75-78 (1995).</li><li>Wang, F., Li, M. S., Lu, Y. P., Qi, Y. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+sol-gel+technique+for+preparing+hydroxyapatite+nanopowders.">A simple sol-gel technique for preparing hydroxyapatite nanopowders.</a> Mater. Lett. 59 (8-9), 916-919 (2005).</li><li>Cai, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+hydroxyapatite+nanoparticle+size+in+bone+cell+proliferation.">Role of hydroxyapatite nanoparticle size in bone cell proliferation.</a> J. Mater. Chem. 17 (36), 3780-3787 (2007).</li><li>Catros, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physico-chemical+and+biological+properties+of+a+nano-hydroxyapatite+powder+synthesized+at+room+temperature.">Physico-chemical and biological properties of a nano-hydroxyapatite powder synthesized at room temperature.</a> IRBM. 31 (4), 226-233 (2010).</li><li>Kumar, R., Prakash, K. H., Cheang, P., Khor, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+driven+morphological+changes+of+chemically+precipitated+hydroxyapatite+nanoparticles.">Temperature driven morphological changes of chemically precipitated hydroxyapatite nanoparticles.</a> Langmuir. 20 (13), 5196-5200 (2004).</li><li>Liu, H., Yazici, H., Ergun, C., Webster, T. J., Bermek, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+in+vitro+evaluation+of+the+Ca/P+ratio+for+the+cytocompatibility+of+nano-to-micron+particulate+calcium+phosphates+for+bone+regeneration.">An in vitro evaluation of the Ca/P ratio for the cytocompatibility of nano-to-micron particulate calcium phosphates for bone regeneration.</a> Acta. Biomater. 4 (5), 1472-1479 (2008).</li><li>Prakash, K. H., Kumar, R., Ooi, C. P., Cheang, P., Khor, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Apparent+solubility+of+hydroxyapatite+in+aqueous+medium+and+its+influence+on+the+morphology+of+nanocrystallites+with+precipitation+temperature.">Apparent solubility of hydroxyapatite in aqueous medium and its influence on the morphology of nanocrystallites with precipitation temperature.</a> Langmuir. 22 (26), 11002-11008 (2006).</li><li>Bianco, A., Cacciotti, I., Lombardi, M., Montanaro, L., Gusmano, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+stability+and+sintering+behaviour+of+hydroxyapatite+nanopowders.">Thermal stability and sintering behaviour of hydroxyapatite nanopowders.</a> J. Therm. Anal. Calorim. 88 (1), 237-243 (2007).</li><li>Brito Lopes, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+method+for+calcium+phosphate+nano-particles+with+high+purity+and+their+use.">Production method for calcium phosphate nano-particles with high purity and their use.</a> WO2008/007992A2. , (2008).</li><li>Gentile, P., Wilcock, C. J., Miller, C. A., Moorehead, R., Hatton, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+optimisation+to+control+the+physico-chemical+characteristics+of+biomimetic+nanoscale+hydroxyapatites+prepared+using+wet+chemical+precipitation.">Process optimisation to control the physico-chemical characteristics of biomimetic nanoscale hydroxyapatites prepared using wet chemical precipitation.</a> Materials. 8 (5), 2297-2310 (2015).</li><li>Gibson, I. R., Bonfield, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+synthesis+and+characterization+of+an+AB-type+carbonate-substituted+hydroxyapatite.">Novel synthesis and characterization of an AB-type carbonate-substituted hydroxyapatite.</a> J. Biomed. Mater. Res. 59 (4), 697-708 (2002).</li><li>Koutsopoulos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+hydroxyapatite+crystals:+a+review+study+on+the+analytical+methods.">Synthesis and characterization of hydroxyapatite crystals: a review study on the analytical methods.</a> J. Biomed. Mater. Res. 62 (4), 600-612 (2002).</li><li>Deng, Y., Sun, Y., Chen, X., Zhu, P., Wei, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+synthesis+and+biocompatibility+evaluation+of+carbonated+apatites+template-mediated+by+heparin.">Biomimetic synthesis and biocompatibility evaluation of carbonated apatites template-mediated by heparin.</a> Mater. Sci. Eng. C.-Mater. Biol. Appl. 33 (5), 2905-2913 (2013).</li><li>Gibson, I. R., Rehman, I., Best, S. M., Bonfield, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+transformation+from+calcium-deficient+apatite+to+beta-tricalcium+phosphate.">Characterization of the transformation from calcium-deficient apatite to beta-tricalcium phosphate.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 11 (9), 533-539 (2000).</li><li>Siddharthan, A., Seshadri, S. K., Kumar, T. S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+accelerated+synthesis+of+nanosized+calcium+deficient+hydroxyapatite.">Microwave accelerated synthesis of nanosized calcium deficient hydroxyapatite.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 15 (12), 1279-1284 (2004).</li><li>Yubao, L., Klein, C., Dewijn, J., Vandemeer, S., Degroot, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+change+and+phase-transition+of+needle-like+nonstoichiometric+apatite+crystals.">Shape change and phase-transition of needle-like nonstoichiometric apatite crystals.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 5 (5), 263-268 (1994).</li><li>Prieto Valdes, J. J., Ortiz Lopez, J., Rueda Morales, G., Pacheco Malagon, G., Prieto Gortcheva, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibrous+growth+of+tricalcium+phosphate+ceramics.">Fibrous growth of tricalcium phosphate ceramics.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 8 (5), 297-301 (1997).</li><li>Bouyer, E., Gitzhofer, F., Boulos, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+study+of+hydroxyapatite+nanocrystal+suspension.">Morphological study of hydroxyapatite nanocrystal suspension.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 11 (8), 523-531 (2000).</li><li>Wilcock, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The development of nanostructured calcium phosphate biomaterials for bone tissue regeneration PhD thesis. , (2015).</li><li>Khalid, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+surfactant+and+heat+treatment+on+morphology,+surface+area+and+crystallinity+in+hydroxyapatite+nanocrystals.">Effect of surfactant and heat treatment on morphology, surface area and crystallinity in hydroxyapatite nanocrystals.</a> Ceram. Int. 39 (1), 39-50 (2013).</li><li>Reyes-Gasga, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=XRD+and+FTIR+crystallinity+indices+in+sound+human+tooth+enamel+and+synthetic+hydroxyapatite.">XRD and FTIR crystallinity indices in sound human tooth enamel and synthetic hydroxyapatite.</a> Mater. Sci. Eng. C.-Mater. Biol. Appl. 33 (8), 4568-4574 (2013).</li><li>Tampieri, A., Celotti, G., Landi, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+biomimetic+apatites+to+biologically+inspired+composites.">From biomimetic apatites to biologically inspired composites.</a> Anal. Bioanal. Chem. 381 (3), 568-576 (2005).</li><li>Boanini, E., Gazzano, M., Bigi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+substitutions+in+calcium+phosphates+synthesized+at+low+temperature.">Ionic substitutions in calcium phosphates synthesized at low temperature.</a> Acta. Biomater. 6 (6), 1882-1894 (2010).</li><li>Elliott, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Structure and Chemistry of the Apatites and Other Calcium Orthophosphates. , 260 (1994).</li><li>Wilcock, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+Antibacterial+Properties+of+Silver-doped+Nanoscale+Hydroxyapatite+Pastes+for+Bone+Repair+and+Augmentation.">Preparation and Antibacterial Properties of Silver-doped Nanoscale Hydroxyapatite Pastes for Bone Repair and Augmentation.</a> J. Biomed. Nanotechnol. , (2017).</li><li>Cox, S. C., Jamshidi, P., Grover, L. M., Mallick, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+characterisation+of+nanophase+Sr,+Mg,+and+Zn+substituted+hydroxyapatite+by+aqueous+precipitation.">Preparation and characterisation of nanophase Sr, Mg, and Zn substituted hydroxyapatite by aqueous precipitation.</a> Mater. Sci. Eng. C. 35, 106-114 (2014).</li></ol>

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

يتكون الأباتيت الطبيعي لجزيئات النانو من هيدروكسيباتيت الغازية غير متكافئة مع الصيغة الكيميائية التقريبية من الكالسيوم 10-س ص [(هبو 4) (ص 4)] 6-س (CO 3) ص (OH) 2-س. إنتاج المواد الحيوية مع تشابه الكيميائية بالقرب تم الإبلاغ عن حدوث المعدنية بشكل طبيعي لتعزيز الاستجابات البيولوجية المثلى. على سبيل المثال، أظهرت الأبحاث على المحاكاة البيولوجية تعاني من نقص الكالسيوم الغازية نها أنها قادرة على تحفيز انتشار ونشاط إنزيم الفوسفاتيز القلوية الخلايا preosteoblast الفئران إلى درجة أكبر من التقليدية نها 19. في هذه الدراسة، وهطول الأمطار من HA الذي أظهر التحلل الحراري جزئي في 1000 درجة مئوية (الشكل 2) اقترح تشكيل HA-تعاني من نقص الكالسيوم. وأيد هذا من قبل أقل من الكالسيوم متكافئة: نسبة P (1.63) تم الحصول عليها مع البيانات XRF (Tقادرة 1). ومن المعلوم أن انخفاض الكالسيوم: نسبة ف يرتبط مع استقرار أقل حرارة 20، 21، 22، 23. في هذه الطريقة، إضافة السريع لمحلول حمض الفوسفوريك خفضت بسرعة الرقم الهيدروجيني للتعليق رد فعل لتوليد هبو 4 الأيونات. وجود هبو سهلت 4 مجموعات ترسب الكالسيوم نقص HA، مع الصيغة الجزيئية: كا 10-س (هبو 4) س (ص 4) 6-س (OH) 2-x، حيث 0 &lt;س &lt;1. ولذلك كان إضافة السريع لحامض الفوسفوريك تأثير ملحوظ على حركية الأمطار من رد الفعل. كما هو موضح سابقا، وردود الفعل المعايرة التي تنطوي على هيدروكسيد الكالسيوم وحمض الفوسفوريك التي أجريت في درجة حرارة الغرفة تميل لانتاج جسيمات مع ارتفاع نسبة الارتفاع 13. لtitratioن ردود الفعل التي تنطوي على هذه الكواشف، كان من الضروري استخدام درجة حرارة مرتفعة لإنتاج جزيئات مع الجانب نسبة أقل مما هي أكثر مماثلة لالأباتيت البيولوجي 13. ويتم إنتاج جزيئات ارتفاع نسبة الارتفاع عندما يكون معدل التنوي الكريستال أبطأ من معدل نمو البلورات 24. للأسلوب جديد تم تطويره في هذه الدراسة، إضافة السريع لمحلول حمض الفوسفوريك قد قدمت عددا أكبر من مواقع التنوي مما أدى إلى تزايد وجود جسيمات صغيرة مدورة في مقابل أقل من الجسيمات مع الجانب نسبة أكبر. كما أن مقدمي البلاغ لم التحقيق فيها بالكامل آثار تتدفق ببطء حامض الفوسفوريك في تعليق هيدروكسيد الكالسيوم، من أجل تحقيق نتائج متسقة من المستحسن أن سكب حامض الفوسفوريك بمعدل يتناسب مع أن يظهر في شريط الفيديو (حوالي 100 مل / ق). أثناء تطوير هذه الطريقة، والكتاب الجردestigated عددا من التغييرات الإضافية لطريقة إعداد نها تقوم على براكاش وآخرون. 13 بما في ذلك المقارنة بين المنتجات التي يتم إنتاجها مع المعايرة بطيئة وإضافة السريع لمحلول حمض الفوسفوريك 25. وقد تبين أن المعايرة بطيئة من حامض الفوسفوريك في تعليق هيدروكسيد الكالسيوم أسفرت عن المنتج مع بقايا هيدروكسيد الكالسيوم. نقترح أن تغير درجة الحموضة الناتجة عن إضافة السريع لحامض الفوسفوريك شجع حل هيدروكسيد الكالسيوم، وبالتالي يسمح لتحويل ناجح من المواد المتفاعلة إلى هيدروكسيباتيت. مقارنة بين منتجات أعدت باستخدام طريقة الخلط السريع في غرفة ودرجات حرارة مرتفعة (60 درجة مئوية) وجدت أن درجة حرارة مرتفعة أدت إلى الموصلية العالي بعد الانتهاء من رد الفعل. وهذا يشير إلى هيدروكسيد الكالسيوم المتبقي كان حاضرا التي كان من المحتمل أن يكون نتيجة لذوبان أقل من هيدروكسيد الكالسيوم فيارتفاع درجات الحرارة. ان وجود هيدروكسيد الكالسيوم المتبقية غير مرغوب فيه الطبيعة الأساسية لهذا المركب يمكن أن يضر توافق مع الحياة. الكشف عن FTIR النشاط الفوسفات والهيدروكسيل مجموعة مميزة المرتبطة HA (الشكل 3). ولوحظ أن الطيف للمنتج متكلس أظهر أكثر وضوحا الفوسفات والهيدروكسيل القمم. وقد ارتبطت هذه التغييرات مع قدر أكبر من التبلور المنتج 26، 27. والطيف unsintered قدمت الدليل على B-نوع استبدال كربونات حيث استبدال أيونات الكربونات لمجموعات الفوسفات. هذا هو على النقيض من A-نوع الاستبدال التي قد تحل محل أيونات الكربونات لمجموعات الهيدروكسيل 17. وقد أفيد أن الاستبدال B-نوع كربونات يحدث في الأباتيت البيولوجي 3. ومع ذلك، تامبيرى وآخرون. وذكرت أنه في حين B-نوع الاستبدال كان predominفي العظام الشباب، كان النمل هناك نوع استبدال كربونات الحالي على نحو متزايد في عظام الأفراد الأكبر سنا 28. وقد وجد استبدال كربونات لتقليل التبلور والحرارية استقرار نها مع زيادة قابليته للذوبان. وقد اقترحت هذه التغييرات إلى المساهمة في زيادة النشاط الحيوي من كربونات استبداله HA 29. ومن المعروف البيولوجية HA أيضا تحتوي على بعض العناصر الأخرى المسجلة في تحليل XRF (الجدول 1)، مثل المغنيسيوم والصوديوم والسترونتيوم 30. وجود هذه العناصر يمكن أن تسهم أيضا في زيادة فعالية بيولوجية. وينبغي توجيه العمل المستقبلي في إعداد هذه apatites النانو استبداله، وكذلك المنتجات مع زيادة biofunctionality مثل مخدر الفضة نها 31. من أجل إعداد استبداله نها، ويمكن إدخال عنصر مع تخفيض المقابل للعنصر المقصود لsubstitutه ل، على سبيل المثال انخفاض في كمية من مركب الكالسيوم عند محاولة السترونتيوم والمغنيسيوم أو استبدال الزنك 32. بدلا من ذلك، قد تكون طريقة أخرى لإضافة عناصر بقصد توفير أيونات &quot;مخدر&quot; التي تكون موجودة على سطح نها دون قصد بالضرورة إلى استبدال عنصر في الكريستال شعرية HA 31. لهذه التعديلات إلى الطريقة فمن الممكن لإعداد الحلول المختلطة مثل هيدروكسيد الكالسيوم ونترات الفضة، وتنفيذ رد فعل بنفس الطريقة كما هو موضح هنا. في الختام، تقارير هذه الورقة طريقة جديدة سريعة وتحسين كبير لإعداد bioinspired نها. لهذا الأسلوب، والخلط السريع للمواد الكيميائية تستغرق أقل من 5 ثوان وهو انخفاض ملحوظ في الساعة مقارنة المعايرة ردود الفعل عادة ما تتطلب ساعات من المراقبة الدقيقة. لديها امكانات كبيرة لاستخدامها في biomatتطوير يريال نظرا لبساطته النسبية والتكلفة المنخفضة بالمقارنة مع الطرق نها الصناعية المستخدمة حاليا التصنيع حيث التعقيد الكامن النتائج الأنظمة التجارية الحالية في أوقات الأبحاث والتطوير طويلة، وزادت بشكل كبير من تكاليف التصنيع. على وجه الخصوص، وهذا الأسلوب الجديد هو أفضل من عمليات تدفق مستمر أو التقنيات المائية بسبب ملحوظ أقل متطلبات الاستثمار في المعدات البدء.

هناك حاجة سريرية كبيرة لمواد حيوية متقدمة مع وظائف محسنة من أجل تحسين نوعية حياة المرضى والحد من عبء الرعاية الصحية لشيخوخة السكان العالمي. وقد استخدمت هيدروكسيباتيت على نطاق واسع في التطبيقات الطبية لسنوات عديدة نظرا لتوافق مع الحياة جيدة. في الآونة الأخيرة، كان هناك اهتمام متزايد في استخدام هيدروكسيباتيت النانوية (نها)، ولا سيما لتجديد الأنسجة المعدنية في الطب وطب الأسنان. المعادن الموجودة في العظام والأسنان المينا تعاني من نقص الكالسيوم، متعدد استبداله، هيدروكسيباتيت النانو. تقديرات لحجم الصفائح الدموية نها البيولوجية تقرير أبعاد 50 × 30 نانومتر نانومتر × 2 نانومتر 1، مع هياكل أصغر وصفها في عظم غير ناضج 2. على النقيض من والمعادن في ميناء الأسنان هو 10 إلى 100 مرة أكبر من تلك الموجودة في أنسجة العظام في كل من الطول والعرض 3 و 4. الاصطناعية نها<html> قد يكون من الأفضل bioinspired يطلق عليه بدلا من المحاكاة البيولوجية، ونحن نسعى لترجمة الملاحظات المتعلقة خصائص المواد الطبيعية في التقنيات الطبية مع تحسين الأداء. وقد اقترح أن bioinspired نها قد تكون أكثر ملاءمة في تطبيقات العظام والأسنان وترميم الأنسجة بسبب تشابهه مع طبيعيا المعدنية 5. وهناك طرق مختلفة التي تم الإبلاغ عنها للتحضير نها بما في ذلك المياه الحارة 6، رذاذ جاف 7 و سول-جل 8 التقنيات. من هذه، يعتبر طريقة هطول الأمطار وسيلة مريحة نسبيا لإنتاج نها. تتضمن نها طرق هطول الأمطار التي تصدر عادة خطوة المعايرة عند خلط الكالسيوم والسلائف الكيميائية الفوسفور 9، 10، 11،المرجع &quot;&gt; 12 و 13 و 14. ومع ذلك، ترتبط هذه النهج مع عدد من العيوب بما في ذلك عمليات طويلة ومعقدة جنبا إلى جنب في بعض الحالات مع الحاجة إلى معدات باهظة الثمن. قد يكون الإنتاج التجاري أكثر تعقيدا، مع براءات الاختراع التي تصف المفاعلات المتطورة ل تصنيع ذات جودة عالية الصف الطبية نها (15). وعلى الرغم من هذا، فإن رد الفعل تحييد بين هيدروكسيد الكالسيوم وحمض الفوسفوريك هو مفيد نظرا لعدم وجود المواد الكيميائية السامة من المنتجات. تم الإبلاغ عن العلاقة بين ظروف التصنيع والتشكل من المنتجات نها للتفاعلات المعايرة بطيئة. على وجه التحديد، لطرق المعايرة التي تنطوي على هيدروكسيد الكالسيوم وحمض الفوسفوريك، وظهرت على درجة حرارة مرتفعة لصالح إعداد الجسيمات مع انخفاض نسبة الارتفاع 13. تم تمديد هذا العمل إلى حد كبير من قبل الجنرالالبلاط وآخرون. 16 الذين تظاهروا العلاقة بين درجة الحرارة وظروف التصنيع الأخرى على جودة المنتجات نها من مجموعة واسعة من الأساليب. وخلص إلى أن طريقة الترسيب الكيميائي الرطب من براكاش 13 جعل أعلى جودة المنتجات، ولكن تجدر الإشارة إلى أن النتائج كانت تعتمد على العمليات الصعبة من الناحية الفنية وبطيئة / خلط. يأخذ براكاش خطوة المعايرة الأصلية على ساعة واحدة. ومع ذلك، قد تكون هناك حاجة الأوقات المعايرة أطول لدفعات أكبر لتكون مستعدة. لتلخيص، بينما الآن تمت دراسة تأثير العديد من العوامل بما في ذلك درجة الحرارة على نطاق واسع، وقد وجهت الانتباه تقريبا أي إلى الحد من التعقيد والوقت اللازم لأداء أساليب تعتمد على المعايرة المرتبطة بها. لذا كان الهدف من هذه الدراسة إلى التعرف على الآثار المترتبة على تطبيق نهج مزيج السريع لتصنيع لنها bioinspired، وcharacteri بالكاملزي المواد الناتجة. في حال نجاحها، فإن النهج مزيج سريع مبسط لها فوائد عظيمة للباحثين المختبر والصناعة على حد سواء حيث تكاليف الإنتاج يمكن أن تخفض بشكل كبير دون الحد من الجودة.

<table><tbody><tr><td>Calcium hydroxide (purity of &amp;ge; 96%)</td><td>Sigma Aldrich UK</td><td>31219</td><td>Good laboratory practise should be used at all times including the use of appropriate personal protective equipment.</td></tr><tr><td>Phosphoric acid (85%)</td><td>Sigma Aldrich UK</td><td>345245</td><td>Safety goggles and a faceshield should be used when handling this product (see safety data sheet from Sigma Aldrich for further information).</td></tr><tr><td>STOE IP X-ray diffractometer</td><td>Phillips</td><td></td><td></td></tr><tr><td>International centre for diffraction data (ICDD) PDF4+ database</td><td>International Centre for Diffraction Data</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Holey carbon films on 300 mesh grids</td><td>Agar Scientific</td><td>S147-3H&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Tecnai G2 Spirit transmission electron microscope</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lithium tetraborate</td><td>ICPH, Malz&amp;eacute;ville, France</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PW2440 XRF spectrometer&amp;nbsp;</td><td>Philips</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ThermoScientific Nikolett Spectrometer</td><td>Unicam Ltd</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

rapid mix preparation of bioinspired nanoscale hydroxyapatite for biomedical applications

هيدروكسيباتيت (HA) وقد استخدم على نطاق واسع السيراميك الطبية نظرا لتوافق مع الحياة جيدة وosteoconductivity. في الآونة الأخيرة كان هناك اهتمام فيما يتعلق باستخدام هيدروكسيباتيت النانوية bioinspired (نها). ولكن من المعروف الأباتيت البيولوجي أن تكون تعاني من نقص الكالسيوم وكربونات استبداله مع مثل الصفائح الدموية التشكل النانو. Bioinspired نها لديه القدرة على تحفيز الأمثل تجديد أنسجة العظام بسبب تشابهه مع العظام وميناء الأسنان المعدنية. العديد من الطرق المستخدمة حاليا لافتعال نها على حد سواء في المختبر وتجاريا، وتنطوي على عمليات طويلة والمعدات المعقدة. لذلك، كان الهدف من هذه الدراسة هو تطوير طريقة سريعة وموثوق بها لإعداد جودة عالية bioinspired نها. واستند طريقة الخلط السريع تطويرها بناء على تفاعل الأحماض مع القلويات التي تنطوي على هيدروكسيد الكالسيوم وحمض الفوسفوريك. لفترة وجيزة، وسكب محلول حمض الفوسفوريك إلى محلول هيدروكسيد الكالسيوم تليها التحريك والغسيل ومراحل التجفيف. ومتكلس جزء من دفعة في 1000 درجة مئوية لمدة 2 ساعة وذلك لتحقيق الاستقرار في درجة الحرارة العالية للمنتجات. وأظهر تحليل حيود الأشعة السينية تشكيل الناجح لHA، والتي أظهرت التحلل الحراري لبيتا-فوسفات ثلاثي الكالسيوم بعد معالجة ارتفاع في درجة الحرارة، وهو الأمر المعهود لHA-تعاني من نقص الكالسيوم. أظهر تحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء وجود جماعات الكربونات في المنتج عجل. وكانت جزيئات نها منخفضة نسبة الارتفاع مع الأبعاد التقريبية 50 × 30 نانومتر، على مقربة من أبعاد الأباتيت البيولوجي. كانت المادة أيضا تعاني من نقص الكالسيوم مع الكالسيوم: نسبة المولي P من 1.63، والذي مثل الأباتيت البيولوجي أقل من نسبة HA متكافئة من 1.67. ولهذه الطريقة الجديدة هو عملية موثوقة وأكثر ملائمة لصناعة bioinspired نها، والتغلب على ضرورة المعايرة طويلة والمعدات المعقدة. المنتج HA bioinspired الناتج هو مناسبة للاستخدام في مجموعة واسعة منالتطبيقات الطبية والصحية المستهلك.

<html> وأظهرت أنماط حيود الأشعة السينية (الشكل 2) هطول الأمطار من مرحلة HA نقية مع القمم واسعة، مما يدل على حجم الكريستال صغيرة نسبيا و / أو طبيعة غير متبلور. بعد تلبد ارتفاع في درجة الحرارة، تم الكشف بيتا فوسفات ثلاثي الكالسيوم (β-TCP)، جنبا إلى جنب مع المرحلة الرئيسية من HA. شحذ قمم الحيود، أي انخفاض في نصف كحد أقصى العرض الكامل، وأشار إلى زيادة في حجم الكريستال بعد تلبد. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig2.jpg" /> الشكل 2. تحليل المرحلة كريستال من المنتجات. حيود الأشعة السينية (XRD) أنماط unsintered هيدروكسيباتيت النانو (نها) مسحوق ومسحوق نها متكلس في 1000 درجة مئوية لمدة 2 ساعة. تسميات الذروة: ▼ قمم هيدروكسيباتيت، ■ قمم الفوسفات بيتا tricalcium.ge.jpg مرحبا &quot;الهدف =&quot; _ فارغة &quot;&gt; الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. FTIR-ATR الأطياف (الشكل 3) وأكد تشكيل لمرحلة HA من الفوسفات مميزة وشرائح الهيدروكسيل 17 و 18. في التفاصيل تم تعيين فرق على النحو التالي: 3750 سم -1 (OH - تمتد ν OH)؛ 1086 و1022 سم -1 (أ ف ب 4 3- ν 3)؛ 962 سم -1 (أ ف ب 4 3- ν 1)؛ 630 سم -1 (OH - الميسان δ OH)؛ 600 و 570 سم -1 (أ ف ب 4 3- ν 4). في العينة unsintered تم تعيين قمم إضافية على النحو التالي: ذروة واسعة تتمحور حول 3400 سم -1 (جزيئات الماء يمتص)؛ 1455 و1410 سم -1 (CO 3 2- ν 3)؛ 880 سم <sup&gt; -1 (CO 3 2- ν 2). تم إزالة المجموعات المياه وكربونات استيعابها لوحظ في مسحوق unsintered خلال المرحلة تلبد ارتفاع في درجة الحرارة. كما زادت من عملية التلبيد الهيدروكسيل والفوسفات العصابات التي تجسدت من خلال ذروة أكبر إلى القاع بعد. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig3.jpg" /> الشكل 3. الأشعة تحت الحمراء أطياف من المنتجات. تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء في موهن الكلي طريقة الانعكاس (FTIR-ATR) أطياف unsintered النانو هيدروكسيباتيت (نها) مسحوق ومسحوق نها متكلس في 1000 درجة مئوية لمدة 2 ساعة. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> صور تيم (الشكل 4) أظهرت تشكيل جزيئات النانو خفة دمح الأبعاد التقريبية من 50 نانومتر 30 نانومتر. وكانت جزيئات الجانب نسبة منخفضة (الجسيمات طول / عرض الجسيمات) من نحو 1.7. وكان حجم وشكل المنتجات النانوية ذات أبعاد مماثلة لالأباتيت البيولوجي 1. <img alt="الشكل (4)" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig4.jpg" /> الشكل 4. النانو التشكل من المنتجات. الميكروسكوب الإلكتروني انتقال (تيم) من النانو هيدروكسيباتيت (نها) أعدت باستخدام طريقة الخلط السريع على اثنين من تكبير. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> يسمح التحليل الكيميائي الكمي من مسحوق نها بواسطة XRF (الجدول 1) الكالسيوم: نسبة الفوسفور أن تكون محسوبة كما 1.63، وهو أقل بقليل من HA متكافئة حركتي<html> ح لديها الكالسيوم: نسبة الفوسفور 1.67. كما أظهرت XRF عالية النقاء من الناتج نها مع كميات ضئيلة فقط من العناصر الأخرى المسجلة. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> مركب </td><td> وزن ٪ </td></tr><tr><td> تساو </td><td> 51.52 </td></tr><tr><td> P 2 O 5 </td><td> 39.89 </td></tr><tr><td> أهداب الشوق </td><td> 0.46 </td></tr><tr><td> نا 2 O </td><td> 0.13 </td></tr><tr><td> Y 2 O 3 </td><td> 0.07 </td></tr><tr><td> آل 2 يا 3 </td><td> 0.03 </td></tr><tr><td> شافي 2 </td><td> 0.03 </td></tr><tr><td> المنغنيز 3 O 4 </td><td> 0.03 </td></tr><tr><td> SRO </td><td> 0.02 </td></tr><tr><td> تيو 2 </td><td> 0.01 </td></tr></tbody></table>الآثار البيئية-together.within الصفحات = &quot;1&quot;&gt; الجدول 1. التحليل الكيميائي الكمي للمنتج. وأظهرت مضان الأشعة السينية (XRF) نتيجة لمسحوق نها unsintered&gt; 99٪ نقاء من حيث الوزن.

Watch this Scientific Journal Video about Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications at JoVE.com

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

وتصف هذه الورقة طريقة جديدة لتصنيع سريع ذات جودة عالية النانو bioinspired هيدروكسيباتيت. هذا بيولوجية له أهمية كبيرة في تصنيع مجموعة واسعة من الأجهزة الطبية المبتكرة للتطبيقات السريرية في جراحة العظام، جراحة الوجه و الأسنان.

تحضير مزيج سريع من Bioinspired النانو هيدروكسيباتيت للتطبيقات الطبية الحيوية

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...

rapid-mix-preparation-bioinspired-nanoscale-hydroxyapatite-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

19.2K Views.  University of Sheffield.  وتصف هذه الورقة طريقة جديدة لتصنيع سريع ذات جودة عالية النانو bioinspired هيدروكسيباتيت. هذا بيولوجية له أهمية كبيرة في تصنيع مجموعة واسعة من الأجهزة الطبية المبتكرة للتطبيقات السريرية في جراحة العظام، جراحة الوجه و الأسنان. 

Video: Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Development of Amelogenin-chitosan Hydrogel for In Vitro Enamel Regrowth with a Dense Interface

Biomimetic enamel reconstruction is a significant topic in material science and dentistry as a novel approach for the treatment of dental caries or erosion. Amelogenin has been proven to be a critical protein for controlling the organized growth of apatite crystals. In this paper, we present a detailed protocol for superficial enamel reconstruction by using a novel amelogenin-chitosan hydrogel. Compared to other conventional treatments, such as topical fluoride and mouthwash, this method not only has the potential to prevent the development of dental caries but also promotes significant and durable enamel restoration. The organized enamel-like microstructure regulated by amelogenin assemblies can significantly improve the mechanical properties of etched enamel, while the dense enamel-restoration interface formed by an in situ regrowth of apatite crystals can improve the effectiveness and durability of restorations. Furthermore, chitosan hydrogel is easy to use and can suppress bacterial infection, which is the major risk factor for the occurrence of dental caries. Therefore, this biocompatible and biodegradable amelogenin-chitosan hydrogel shows promise as a biomaterial for the prevention, restoration, and treatment of defective enamel.

Development of Amelogenin-chitosan Hydrogel for In Vitro Enamel Regrowth with a Dense Interface

In this article, we describe a protocol for fabricating an amelogenin-chitosan hydrogel for superficial enamel reconstruction. Organized in situ growth of apatite crystals in the hydrogel formed a dense enamel-restoration interface, which will improve the effectiveness and durability of restorations.

تطوير أميلوجينين-الشيتوزان هيدروجيل ل<em&gt; في المختبر</em&gt; إعادة نمو المينا مع واجهة الكثيفة

Biomimetic enamel reconstruction is a significant topic in material science and dentistry as a novel approach for the treatment of dental caries or ...

Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally purify the same by acid elution. By combining sodium silicate with a polyfunctional bioinspired additive, silica is rapidly formed at ambient conditions upon neutralization. 
The effect of neutralization rate and biomolecule addition point on silica yield are investigated, and biomolecule immobilization efficiency is reported for varying addition point. In contrast to other porous silica synthesis methods, it is shown that the mild conditions required for bioinspired silica synthesis are fully compatible with the encapsulation of delicate biomolecules. Additionally, mild conditions are used across all synthesis and modification steps, making bioinspired silica a promising target for the scale-up and commercialization as both a bare material and active support medium.
The synthesis is shown to be highly sensitive to conditions, i.e., the neutralization rate and final synthesis pH, however tight control over these parameters is demonstrated through the use of auto titration methods, leading to high reproducibility in reaction progression pathway and yield. 
Therefore, bioinspired silica is an excellent active material support choice, showing versatility towards many current applications, not limited to those demonstrated here, and potency in future applications.

Here, we present a protocol to synthesize bioinspired silica materials and immobilize enzymes therein. Silica is synthesized by combining sodium silicate and an amine &#39;additive&#39;, which neutralize at a controlled rate. Material properties and function can be altered either by in situ enzyme immobilization or post-synthetic acid elution of encapsulated additives.

إعداد والسليكا الوظيفية باستخدام أسلوب بيوينسبيريد

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally ...

Chemistry

Distinctive Capillary Action by Micro-channels in Bone-like Templates can Enhance Recruitment of Cells for Restoration of Large Bony Defect

Without an active, thriving cell population that is well-distributed and stably anchored to the inserted template, exceptional bone regeneration does not occur. With conventional templates, the absence of internal micro-channels results in the lack of cell infiltration, distribution, and inhabitance deep inside the templates. Hence, a highly porous and uniformly interconnected trabecular-bone-like template with micro-channels (biogenic microenvironment template; BMT) has been developed to address these obstacles. The novel BMT was created by innovative concepts (capillary action) and fabricated with a sponge-template coating technique. The BMT consists of several structural components: inter-connected primary-pores (300-400 &#181;m) that mimic pores in trabecular bone, micro-channels (25-70 &#181;m) within each trabecula, and nanopores (100-400 nm) on the surface to allow cells to anchor. Moreover, the BMT has been documented by mechanical test study to have similar mechanical strength properties to those of human trabecular bone (~3.8 MPa)12.
The BMT exhibited high absorption, retention, and habitation of cells throughout the bridge-shaped (&#928;) templates (3 cm height and 4 cm length). The cells that were initially seeded into one end of the templates immediately mobilized to the other end (10 cm distance) by capillary action of the BMT on the cell media. After 4 hr, the cells homogenously occupied the entire BMT and exhibited normal cellular behavior. The capillary action accounted for the infiltration of the cells suspended in the media and the distribution (active migration) throughout the BMT. Having observed these capabilities of the BMT, we project that BMTs will absorb bone marrow cells, growth factors, and nutrients from the periphery under physiological conditions.
The BMT may resolve current limitations via rapid infiltration, homogenous distribution and inhabitance of cells in large, volumetric templates to repair massive skeletal defects.

A step-by-step generic process to create a bone-like template with engineered micro-channels is presented. High absorption and retention capabilities of the template are demonstrated by capillary action via micro-channels.

يمكن قوالب مميزة شعري عمل من قبل الصغرى، قنوات في العظام مثل تعزيز تجنيد خلايا لترميم كبير بوني عيب

Without an active, thriving cell population that is well-distributed and stably anchored to the inserted template, exceptional bone regeneration does not ...

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness and low bioactivity of metals. In this study, we have developed a new method towards fabricating a new type of bioactive and mechanically reliable porous metal scaffolds-densified porous Ti scaffolds. The method consists of two fabrication processes, 1) the fabrication of porous Ti scaffolds by dynamic freeze casting, and 2) coating and densification of the porous scaffolds. The dynamic freeze casting method to fabricate porous Ti scaffolds allowed the densification of porous scaffolds by minimizing the chemical contamination and structural defects. The densification process is distinctive for three reasons. First, the densification process is simple, because it requires a control of only one parameter (degree of densification). Second, it is effective, as it achieves mechanical enhancement and sustainable release of biomolecules from porous scaffolds. Third, it has broad applications, as it is also applicable to the fabrication of functionally graded porous scaffolds by spatially varied strain during densification.

Bioactive and mechanically reliable metal scaffolds have been fabricated through a method which consists of two processes, dynamic freeze casting for the fabrication of porous Ti, and coating and densification of the Ti scaffolds. The densification process is simple, effective and applicable to the fabrication of functionally graded scaffolds.

تصنيع ميكانيكيا الانضباطي والحيويه المعادن سقالات للتطبيقات الطبية الحيوية

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of these porous nanofibers is of great interest due to their unique physiochemical properties. Here we elaborate on the fabrication of keratin containing poly (&#949;-caprolactone) (PCL) nanofibers (i.e., PCL/keratin composite fiber). Water soluble keratin was first extracted from human hair and mixed with PCL in different ratios. The blended solution of PCL/keratin was transformed into nanofibrous membranes using a laboratory designed electrospinning set up. Fiber morphology and mechanical properties of the obtained nanofiber were observed and measured using scanning electron microscopy and tensile tester. Furthermore, degradability and chemical properties of the nanofiber were studied by FTIR. SEM images showed uniform surface morphology for PCL/keratin fibers of different compositions. These PCL/keratin fibers also showed excellent mechanical properties such as Young&#39;s modulus and failure point. Fibroblast cells were able to attach and proliferate thus proving good cell viability. Based on the characteristics discussed above, we can strongly argue that the blended nanofibers of natural and synthetic polymers can represent an excellent development of composite materials that can be used for different biomedical applications.

Electrospun nanofibers have a high surface area to weight ratio, excellent mechanical integrity, and support cell growth and proliferation. These nanofibers have a wide range of biomedical applications. Here we fabricate keratin/ PCL nanofibers, using the electrospinning technique, and characterize the fibers for possible applications in tissue engineering.

التوليف من ألياف نانوية أساس كيراتين للهندسة الطبية الحيوية

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Preparation of Thermoresponsive Nanostructured Surfaces for Tissue Engineering

Thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)-immobilized surfaces for controlling cell adhesion and detachment were fabricated by the Langmuir-Schaefer method. Amphiphilic block copolymers composed of polystyrene and PIPAAm (St-IPAAms) were synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) radical polymerization. A chloroform solution of St-IPAAm molecules was gently dropped into a Langmuir-trough apparatus, and both barriers of the apparatus were moved horizontally to compress the film to regulate its density. Then, the St-IPAAm Langmuir film was horizontally transferred onto a hydrophobically modified glass substrate by a surface-fixed device. Atomic force microscopy images clearly revealed nanoscale sea-island structures on the surface. The strength, rate, and quality of cell adhesion and detachment on the prepared surface were modulated by changes in temperature across the lower critical solution temperature range of PIPAAm molecules. In addition, a two-dimensional cell structure (cell sheet) was successfully recovered on the optimized surfaces. These unique PIPAAm surfaces may be useful for controlling the strength of cell adhesion and detachment.

Nanoscaled sea-island surfaces composed of thermoresponsive block copolymers were fabricated by the Langmuir-Schaefer method for controlling spontaneous cell adhesion and detachment. Both the preparation of the surface and the adhesion and detachment of cells on the surface were visualized.

إعداد Thermoresponsive ذات البنية النانومترية السطوح للهندسة الأنسجة

Thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)-immobilized surfaces for controlling cell adhesion and detachment were fabricated by the ...

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with controlled pore structure and mechanical properties. Cellulose nanocrystals (CNCs, 69.62 wt%) based hydrogel ink with matrix (sodium alginate and gelatin) was developed and 3D printed into scaffolds with uniform and gradient pore structure (110-1,100 &#181;m). The scaffolds showed compression modulus in the range of 0.20-0.45 MPa when tested in simulated in vivo conditions (in distilled water at 37 &#176;C). The pore sizes and the compression modulus of the 3D scaffolds matched with the requirements needed for cartilage regeneration applications. This work demonstrates that the consistency of the ink can be controlled by the concentration of the precursors and porosity can be controlled by the 3D printing process and both of these factors in return defines the mechanical properties of the 3D printed porous hydrogel scaffold. This process method can therefore be used to fabricate structurally and compositionally customized scaffolds according to the specific needs of patients.&#160;

The three critical steps of this protocol are i) developing the right composition and consistency of the cellulose hydrogel ink, ii) 3D printing of scaffolds into various pore structures with good shape fidelity and dimensions and iii) demonstration of the mechanical properties in simulated body conditions for cartilage regeneration.

3D طبع السقالات السليلوز المسامية المائية نانوي

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with ...

Procedure for Fabricating Biofunctional Nanofibers

Electrospinning is an effective processing method for preparing nanofibers decorated with functional groups. Nanofibers decorated with functional groups may be utilized to study material-biomarker interactions i.e. act as biosensors with potential as single molecule detectors. We have developed an effective approach for preparing functional polymers where the functionality has the capacity of specifically binding with a model protein. In our model system, the functional group is 2,4-dinitrophenyl (DNP) and the protein is anti-DNP IgE (Immunoglobulin E). The functional polymer, &alpha;,&omega;-bi[2,4-dinitrophenyl caproic][poly(ethylene oxide)-b-poly(2-methoxystyrene)-b-poly(ethylene oxide)] (CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP), is prepared by anionic living polymerization. The difunctional initiator utilized in the polymerization was prepared by electron transfer reaction of &alpha;-methylstyrene and potassium (mirror) metal. The 2-methoxystyrene monomer was added first to the initiator, followed by the addition of the second monomer, ethylene oxide, and finally the living polymer was terminated by methanol. The &alpha;,&omega;-dihydroxyl polymer [HO-PEO-P2MS-PEO-OH] was reacted with N-2,4-DNP-&isin;-amino caproic acid, by DCC coupling, resulting in the formation of &alpha;,&omega;-bi[2,4-dinitrophenylcaproic][poly(ethyleneoxide)-b-poly(2-methoxystyrene)-b-poly(ethylene oxide)] (CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP). The polymers were characterized by FT-IR, 1H NMR and Gel Permeation Chromatography (GPC). The molecular weight distributions of the polymers were narrow (1.1-1.2) and polymers with molecular weights greater than 50,000 was used in this study. The polymers were yellow powders and soluble in tetrahydrofuran. A water soluble CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP/ DMEG (dimethoxyethylene glycol) complex binds and achieves steady state binding with solution IgE within a few seconds. Higher molecular weight (water insoluble i.e. around 50,000) CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP polymers, containing 1% single wall carbon nanotubes (SWCNT) were processed into electroactive nanofibers (100 nm to 500 nm in diameter) on silicon substrate. Fluorescence spectroscopy shows that anti-DNP IgE interacts with the nanofibers by binding with the DNP functional groups decorating the fibers. These observations suggest that appropriately functionalized nanofibers hold promise for developing biomarker detection device.

An efficient approach for preparing nanofibers decorated with functional groups capable of specifically interacting with proteins is described. The approach first requires the preparation of a polymer functionalized with the appropriate functional group. The functional polymer is fabricated into nanofibers by electrospinning. The effectiveness of the binding of the nanofibers with a protein is studied by confocal microscopy.

الإجراء لانتاج ألياف النانو Biofunctional

Electrospinning is an effective processing method for preparing nanofibers decorated with functional groups. Nanofibers decorated with functional groups ...

Biology

Ceramic Omnidirectional Bioprinting in Cell-Laden Suspensions for the Generation of Bone Analogs

Structurally, bone tissue is an inorganic-organic composite containing metabolically active cells embedded within a hierarchical, highly mineralized matrix. This organization is challenging to replicate due to the heterogeneous environment of bone. Ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions (COBICS) is a microgel-based bioprinting technique that uniquely replicates the mineral and cellular structure of bone. COBICS prints complex, biologically relevant constructs without the need for sacrificial support materials or harsh postprocessing steps (e.g., radiation and high-temperature sintering), which are two of the biggest challenges in the additive manufacturing of bone mimetic constructs. This technique is enabled via the freeform extrusion of a novel calcium phosphate-based ink within a gelatin-based microgel suspension. The yield-stress properties of the suspension allow deposition and support the printed bone structure. UV crosslinking and nanoprecipitation then "lock" it in place. The ability to print nanostructured bone-mimetic ceramics within cell-laden biomaterials provides spatiotemporal control over macro- and micro-architecture and facilitates the real-time fabrication of complex bone constructs in clinical settings.

This protocol describes a 3D printing technique to fabricate bone-like structures by depositing a calcium phosphate ink in a gelatin-based granular support. Printed bone analogs are deposited in freeform, with flexibility for direct harvesting of the print or crosslinking within a living cell matrix for multiphasic constructs.

الطباعة الحيوية الخزفية متعددة الاتجاهات في المعلقات المحملة بالخلايا لتوليد نظائر العظام

Structurally, bone tissue is an inorganic-organic composite containing metabolically active cells embedded within a hierarchical, highly mineralized ...

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

Developing novel materials for bone tissue engineering is one of the most important thrust areas of nanomedicine. Several nanocomposites have been fabricated with hydroxyapatite to facilitate cell adherence, proliferation, and osteogenesis. In this study, hybrid nanocomposites were successfully developed using graphene nanoribbons (GNRs) and nanoparticles of hydroxyapatite (nHAPs), that when employed in bioactive scaffolds may potentially improve bone tissue regeneration. These nanostructures can be biocompatible. Here, two approaches were used for preparing the novel materials. In one approach, a co-functionalization strategy was used where nHAP was synthesized and conjugated to GNRs simultaneously, resulting in nanohybrids of nHAP on GNR surfaces (denoted as nHAP/GNR). High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) confirmed that the nHAP/GNR composite is comprised of slender, thin structures of GNRs (maximum length of 1.8 &#181;m) with discrete patches (150-250 nm) of needle-like nHAP (40-50 nm in length). In the other approach, commercially available nHAP was conjugated with GNRs forming GNR-coated nHAP (denoted as GNR/nHAP) (i.e., with an opposite orientation relative to the nHAP/GNR nanohybrid). The nanohybrid formed using the latter method exhibited nHAP nanospheres with a diameter ranging from 50 nm to 70 nm covered with a network of GNRs on the surface. Energy dispersive spectra, elemental mapping, and Fourier transform infrared (FTIR) spectra confirmed the successful integration of nHAP and GNRs in both nanohybrids. Thermogravimetric analysis (TGA) indicated that the loss at elevated heating temperatures due to the presence of GNRs was 0.5% and 0.98% for GNR/nHAP and nHAP/GNR, respectively. The nHAP-GNR nanohybrids with opposite orientations represent significant materials for use in bioactive scaffolds to potentially promote cellular functions for improving bone tissue engineering applications.

Novel nanocomposites of graphene nanoribbons and hydroxyapatite nanoparticles were prepared using solution-phase synthesis. These hybrids when employed in bioactive scaffolds can exhibit potential applications in tissue engineering and bone regeneration.

تحضير مزيج سريع من Bioinspired النانو هيدروكسيباتيت للتطبيقات الطبية الحيوية

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

تطوير أميلوجينين-الشيتوزان هيدروجيل ل