Ein. Graphen-Beschichtung von NiTi <ol><li> Die Graphen-Proben in dieser Studie verwendet wurden auf Kupfer (Cu)-Substraten unter Verwendung des chemischen Dampfabscheidungstechnik aufgewachsen, und anschließend zu 4,5 mm 2 NiTi Substrate übertragen. </li><li> Cu-Folien (1 cm x 1 cm) wurden in einer 1 in. Quarzrohrofen vorgelegt und auf 1000 ° C in Gegenwart von 50 sccm H 2 und 450 sccm Ar. </li><li> Weiter, Methan (1 und 4 sccm) wurde in den Ofen in verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten für 20-30 min eingeführt. Die Proben wurden schließlich auf Raumtemperatur unter strömendem H 2, Ar und CH 4 gekühlt. </li><li> Als nächstes wurden die Cu-Folien Schleuderbeschichtung mit PMMA (verdünnt mit 4% Anisol) bei 4.000 Umdrehungen pro Minute durch eine Wärmebehandlung für 5 min bei 150 ° C, gefolgt Graphen an PMMA-Schicht wurde durch Ätzen des Cu-Folie mit TRANSENE Inc., CE-100 Ätzmittel, und anschließendes Spülen in 10% HCl und deionisiertem Wasser für 10 min erhalten. </li><li> Die sBeispiele wurden auf NiTi Substrate (4,5 mm 2) überführt und getempert bei 450 ° C in Ar (300 sccm) und H 2 (700 sccm) für 2 Stunden, um die PMMA zu entfernen. Schließlich wurden die Substrate mit Aceton gewaschen, um das restliche PMMA löst, um den Gr-NiTi Probe zu erhalten. Ein XY Dilor Dreifach Gittermonochromator wurde für die Mikro-Raman-Charakterisierung (100X mit Objektiv) aller Gr-NiTisamples mit 514,5 nm Anregung von einem Ar +-Ionen-Laser verwendet. </li></ol> 2. In vitro-Toxizität von Gr-NiTi Ratte-Endothelzellen (Cell Anwendung Inc.) wurden auf einem 8 Kammern gelatinebeschichteten Schieber kultiviert. Für die Prüfung des Zellwachstums, makellos und Gr-NiTisubstrates wurden in Brunnen ohne Gelatineschicht platziert. Rasterelektronenmikroskopie-Bilder wurden mit einem Hitachi S-4800 SEM. Zusätzlich wurden Rattenaorta Glattmuskelzellen auch in Cellbind gezüchtet 96-Well-Platten als Kontrollgruppe (Corning) in Dulbecco-modifiziertes Eagle Medium (ATCC). <ol><li> Zum Testen Zelllebensfähigkeit wurden Zellen (sowohl Endothel-und glatten Muskelzellen) bei 10 5 Zellen / Vertiefung in Vertiefungen, die unberührten NiTi, 1 sccm oder 4 sccm Gr-NiTi Substraten, wobei die angegebenen sccm Methan entspricht der Strömung in der verwendete ausgesät CVD-Wachstum von Graphen. Die Zellen wurden für den gewünschten Zeitraum in einem Brutschrank bei 37 ° C und 5% CO 2, den Austausch von Medien jeder andere Tag. </li><li> Am Ende Zeitpunkt wurde das Medium entfernt und frisches Medium, das 0,5 mg / ml Thiazolyl Blau tetrazoliumbromid (MTT oder von Sigma bezogen) wurde zu jeder Vertiefung zugegeben. Die Zellen wurden dann für weitere 3 Stunden inkubiert. Für den MTS-Assay wurde das Medium in der letzten Zeitpunkt entfernt und durch 120 ul MTS Arbeitslösung (Cell 96 Grad wässrigen, Promega) und inkubiert für drei Stunden. </li><li> Weiter wurde das Medium vorsichtig entfernt und mit 100 ml Dimethylsulfoxid (Sigma) wurde zu jeder Vertiefung zugegeben. Nach alloFlügel 10 min für die MTT-Kristalle aufzulösen, wurde die Lösung in ein anderes Well-Platte transferiert. Für den MTS-Assay wurde kein Dimethylsulfoxid in die Vertiefungen gegeben. Nun Inhalte wurden auf eine neue Platte bewegt. </li><li> Absorption wurde bei 490 nm abgelesen, und die prozentuale Lebensfähigkeit wurde durch Normalisierung der durchschnittlichen Absorption Extinktion der unberührten NiTi Probe bestimmt. Mindestens fünf Wiederholungen wurden für jede Probe gemacht Typs. </li></ol> 3. Konfokale Mikroskopie Studium der Zellmorphologie <ol><li> Für die konfokale Abbildung der Rattenaorta Glattmuskelzellen, wurden Substrate in einer 8-Kammer Schieber (Thermo Scientific) platziert. Die Zellen wurden bei 25.000 Zellen / Kammer ausgesät und 3 Tage bei 37 ° C und 5% CO 2. </li><li> Zellen wurden auf dem Substrat mit 4% Formaldehyd in Phosphat gepuffertem Kochsalz 20 min. </li><li> Permeabilisiert mit 0,1% Triton-X für 1 min. </li><li> Actin wurde mit Alexa Fluor 488 Phalloidin (Lif gefärbte Technologies). 100 ul AlexaFluor 488 Phalloidin bei 200 Einheiten / ml in Methanol wurde auf 1,9 ml Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung zugegeben. Zellen wurden mit 250 ul AlexaFluor 488 Phalloidin für 45 min gefärbt und dann zweimal mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung. </li><li> Zellkerne wurden mit fluoreszierenden Vectashield Eindeckmedium enthaltenden DAPI (Vector Laboratories) montiert ist. Konfokale Bilder wurden unter Verwendung eines Nikon Konfokale TI. Eine Kammer mit Zellen ohne Substrat ausgesät wurde als Kontrolle verwendet. </li></ol> 4. Proteinadsorptionsstudien <ol><li> Substrat Dimensionen wurden mit einer Schieblehre, bevor Sie die Proteinadsorption Experimenten gemessen. Drei Messungen wurden für jede Seite der etwa quadratischen Proben genommen und gemittelt, um die Länge und Breite erhalten. </li><li> Jede Probe, unberührte NiTi, 1sccm und 4sccm Gr-NiTiwere mit 1 mg / ml Albumin in Phosphat gepufferter Kochsalzlösung inkubiert (PBS) oder 1 mg / ml Fibrinogen in PBS bei Raumtemperatur temperatur für 3 Stunden. </li><li> Proben wurden unter gleichen Bedingungen in einem Mikrozentrifugenröhrchen mit 200 ul reduzierenden Probenpuffer versetzt und für 5 min gekocht. </li><li> Proben wurden dann in einem Tris / Glycine / SDS Puffer (Bio-Rad) verdünnt und durch eine 4-15% Tris Polyacrylamid-Elektrophorese-Gel (Bio-Rad) bei 90 V für 100 min. </li><li> Die Gele wurden dann mit SYPRO Red angefärbt. Verdünnen SYPRO Red (Life Technologies) Stammlösung bei 1:5.000 in 7,5 v / v% Essigsäure. Stain Gele für 60 min. </li><li> Bild Gele mit einem Flourchem SP (Alpha Innotech). Fluoreszenzintensität quantifiziert wurde mit ImageJ Software. Fluoreszenzintensität jeder Probe wurde durch die Gesamtfläche des Substrats normalisiert und Fibrinogen-Adsorption wurde Adsorption an Albumin verglichen. </li></ol> 5. Western Blot für die Protein-Expression <ol><li> Western-Blot wurde durchgeführt, um insgesamt Aktin in Rattenaorta glatten Muskelzellen zu analysieren. Die Zellen wurden mit 10.000 Zellen / Substrat in einer 96-Gew ausgesätell Platte. </li><li> Die Zellen wurden drei Tage vor dem Entfernen Medium gezüchtet. Gesamtprotein wurde extrahiert mit RIPA-Puffer und ein Standard-BCA-Assay (Lamda) wurde durchgeführt, um Gesamtprotein quantifizieren. </li><li> Proben wurden auf die gleiche Konzentration in RIPA verdünnt und dann in einer reduzierenden Probenpuffer für 5 min gekocht. </li><li> Proteine ​​wurden durch einen 4-15% Tris Polyacrylamidgel über Elektrophorese bei 90 V für 100 min getrennt. Ein Kaleidoskop Proteinstandard (Bio-Rad) wurde verwendet, um Protein-Molekulargewicht zu beurteilen. </li><li> Proteine ​​wurden auf eine PVDF-Membran übertragen und blockiert mit einer 1% fettfreier Trockenmilch (Bio-Rad)-Lösung. </li><li> Insgesamt Aktin wurde mit einem Kaninchen-anti-Ratte Aktin-Antikörper (Sigma) markiert. Eine chemilumineszente BM Kits (Roche) wurde verwendet, um den primären Antikörper erkennt. Membranen wurden unter Verwendung FlourChem SP bildgebenden Geräten und Fluoreszenzintensität wurde mit ImageJ Software. Fluoreszenzintensität wurde durch Vergleich mit der pri normalisiertstine NiTisample. </li></ol>

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Keine Interessenskonflikte erklärt.

Biokompatibilität und Zytotoxizität: Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD)-Verfahren ergab polykristallinen Graphenproben die Cu Kristallkörner, wie in 1a gezeigt nachgeahmt. Wir beschäftigten Raman-Spektroskopie, um das Vorhandensein von Monolayer (wenige Schicht) Graphen auf 1 sccm (4 sccm) Proben (siehe Abbildung 1b) bestätigen. Offensichtlich weisen 1 sccm (4 sccm) Proben intensiv (relativ schwächere) G &#39;band Hinweis auf Monoschicht (wenige Schicht) Graphen. <s...

Die letzten drei Jahrzehnte haben Entdeckung neuartiger Materialien-basierten Therapien und Geräte für die Erkrankung von Medikamenten und diagnostischen erlebt. Neuartige Legierungen wie Nitinol (NiTi) und Edelstahl sind oft in der biomedizinischen Implantate Herstellung aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften verwendet. 1-3 jedoch zahlreiche Herausforderungen durch exogene Material Zytotoxizität bleiben, Bio-und Hämokompatibilität. Die Natur dieser metallischen Legierungen führt zu schlechter Bioverfügbarkeit und Hämokompatibilität durch Metall Auslaugen, mangelnde Zell-Adhäsion, Proliferation und Thrombose, wenn es in Kontakt mit strömenden Blutes (wie Katheter, Transplantaten Blutgefäß, vaskulären Stents, künstliche Herzklappen etc.). 1, 4, 5 Das Zusammenspiel von Proteinen oder lebenden Zellen mit der Oberfläche des Implantats kann zu einer starken Immunantwort und der anschließenden Kaskade von biochemischen Reaktionen führen kann negative Auswirkungen auf die Gerätefunktionen. Daher wird pertinENT, um die Kontrolle über die Wechselwirkungen zwischen biomedizinischen Implantaten und Umgebung biologischen Umgebung zu erreichen. Oberflächenmodifizierung wird oft verwendet, um Reduktion oder Prävention der nachteiligen physiologischen Reaktion, die aus dem Implantatmaterial. Eine ideale Oberflächenbeschichtung soll hohe Haftfestigkeit, chemische Trägheit hohe Glätte und gute Hämo-und Bioverträglichkeit aufweisen. Bisher wurden zahlreiche Materialien einschließlich diamantartigem Kohlenstoff (DLC), SiC, TiN, TiO 2 und viele Polymermaterialien als biokompatiblen Implantats Oberflächenbeschichtungen getestet. 1, 6-23 Jedoch sind diese Materialien noch nicht alle treffen die funktionalen Kriterien für ein geeignetes Implantat Oberflächenbeschichtung. Die Entdeckung-dicke Schicht von sp 2 Kohlenstoff als Graphen bekannt, hat Türen für die Entwicklung neuartiger Multifunktionsmaterialien geöffnet. Graphene wird erwartet, dass ein idealer Kandidat für Implantat Oberflächenbeschichtung sein, da esist chemisch inert, atomar glatt und sehr langlebig. In diesem Brief, untersuchen wir die Lebensfähigkeit von Graphen als Oberflächenbeschichtung für biomedizinische Implantate. Unsere Untersuchungen zeigen, dass die Graphen beschichteten Nitinol (NiTi-Gr) alle funktionellen Kriterien erfüllt, und unterstützt zusätzlich ausgezeichnete glatte Muskelzellen und Endothelzellen Zellwachstum führt zu besseren Zellproliferation. Wir finden auch, dass die Serum-Albumin Adsorption auf Gr-NiTi höher als Fibrinogen ist. Wichtig ist, dass (i) unsere detaillierte spektroskopische Messungen bestätigten das Fehlen von Ladungstransfer zwischen Graphen und Fibrinogen darauf hindeutet, dass Graphen Beschichtung hemmt Thrombozytenaktivierung durch Implantate, (ii) Graphen Beschichtungen zeigen keine signifikante in vitro Toxizität für Endothelzellen und glatten Muskelzellen Zelllinien bestätigt ihrer Biokompatibilität, und (iii) Graphen Beschichtungen sind chemisch inert, robust und undurchlässigen im fließenden Blut Umwelt. Diese Hämo-und biokompatiblen Eigenschaften, zusammen mit hoher strength, chemische Beständigkeit und Langlebigkeit, machen Graphen Beschichtungen als ideale Oberflächenbeschichtung.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Reagens </td></tr><tr><td> Dulbeccos Modified Eagle Medium </td><td> ATCC </td><td> 30-2002 </td><td></td></tr><tr><td> Thiazolylblau tetrazoliumbromid </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M2128 </td><td></td></tr><tr><td> CellTiter 96 Aqueous Eine Lösung Zellproliferationsassay (MTS) </td><td> Promega </td><td> G3582 </td><td></td></tr><tr><td> Dimethylsulfoxid </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D8418 </td><td></td></tr><tr><td> 36,5% Formaldehyd </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> F8775 </td><td></td></tr><tr><td> Triton X-100 </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> T8787 </td><td></td></tr><tr><td> AlexaFluor 488 Phalloidin </td><td> Life Technologies </td><td> A12379 </td><td></td></tr><tr><td> Vectashield Eindeckmedium mit DAPIch </td><td> Vector Laboratories </td><td> H-1200 </td><td></td></tr><tr><td> Humanserumalbumin </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> A9511 </td><td></td></tr><tr><td> Humanes Fibrinogen </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Tris / Glycin / SDS </td><td> Bio-Rad </td><td> 161-0732 </td><td></td></tr><tr><td> Ready Gel Tris-HCl Gel </td><td> Bio-Rad </td><td> 161-1158 </td><td></td></tr><tr><td> Essigsäure </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 45726 </td><td></td></tr><tr><td> SYPRO Red </td><td> Life Technologies </td><td> S-6653 </td><td></td></tr><tr><td> Protein Low BCA-Assay </td><td> Lamda Biotech </td><td> G1003 </td><td></td></tr><tr><td> Precision Plus Protein Kaleidoscope Norm </td><td> Bio-Rad </td><td> 161-0375 </td><td></td></tr><tr><td> Immun-Blot PVDF-Membran </td><td> Bio-Rad </td><td> 162-0177 </td><td></td></tr><tr><td> Blot Grade Blocker fettfreie Trockenmilch </td><td> Bio-Rad </td><td> 170-6404XTU </td><td></td></tr><tr><td> Anti-Aktin-Antikörper in Kaninchen produziert </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> A2066 </td><td></td></tr><tr><td> BM Chemilumineszenz Western Blot Kit (Maus / Kaninchen) </td><td> Roche Applied Science </td><td> 11520709001 </td><td></td></tr><tr><td> RIPA Puffer </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> R0278 </td><td></td></tr><tr><td> NiTi (51% Ni, 49% Ti) </td><td> Alfa-Aesar </td><td> 44953 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Ausrüstung </td></tr><tr><td> Horiba JobinYvon </td><td> Raman-Spektrometer </td><td> Dilor XY 98 </td><td></td></tr><tr><td> Nikon </td><td> Konfokalmikroskop </td><td> Eclipse-TI-Mikroskop </td><td></td></tr&gt; <tr><td> Thermoscientific </td><td> Plattenlesegerät </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Bio-Rad </td><td> Stromversorgung </td><td> 164-5050 </td><td> PowerPac grundlegende Versorgung </td></tr><tr><td> Bio-Rad </td><td> Elektrophoresezelle </td><td> 165-8004 </td><td> Mini-PROTEAN Tetra Zelle </td></tr><tr><td> Bio-Rad </td><td> Gelhalterung Kassette </td><td> 170-3931 </td><td> Mini-Kassette Gelhalterung </td></tr></tbody></table>

graphene coatings for biomedical implants

Atomar glatten Graphen als Oberflächenbeschichtung hat Potential Implantat zu verbessern. Dies zeigt ein Verfahren zur Beschichtung Nitinollegierungen mit Nanometer dicke Schichten aus Graphen für Anwendungen als Stentmaterial. Graphen wurde auf Kupfer Substrate durch chemische Dampfabscheidung gezüchtet und dann auf Nitinolsubstraten übertragen. Um zu verstehen, wie die Graphen Beschichtung könnte biologische Reaktion zu ändern, wurde die Lebensfähigkeit der Zellen von Ratten-Endothelzellen und Rattenaorta glatten Muskelzellen untersucht. Außerdem wurde die Wirkung von Graphen-Beschichtungen auf Zelladhäsion und Morphologie mit fluoreszierendem konfokale Mikroskopie untersucht. Zellen wurden für Actin und Kerne angefärbt, und es waren deutliche Unterschiede zwischen unberührten Nitinol Proben verglichen, um Graphen-beschichteten Proben. Insgesamt Aktin Expression von Rattenaorta glatten Muskelzellen gefunden wurde mittels Western Blot. Proteinadsorption Eigenschaften, ein Indikator für potenzielle Thrombogenität, were für Serumalbumin und Fibrinogen mit Gelelektrophorese bestimmt. Darüber hinaus wurde die Übertragung von Ladung von Fibrinogen an das Substrat hervorgerufen, die mittels Raman-Spektroskopie. Es wurde festgestellt, dass Graphen Beschichtung auf Nitinolsubstraten die funktionalen Anforderungen für eine Stent-Material erfüllt und verbessert die biologische Reaktion im Vergleich zu unbeschichteten Nitinol. So ist Graphen-beschichteten Nitinol ein brauchbarer Kandidat für einen Stent Material.

<img src="/files/ftp_upload/50276/50276fig1.jpg" alt="Abbildung 1"/> . Abbildung 1 a) CVD gewachsen polykristallinen Graphen auf Cu-Folien imitiert die Metall-Kristallkörner (Maßstab: 10 um). b) Raman-Spektrum von 1 sccm (4 sccm) Graphen zeigt intensive (relativ schwächer) G &#39;Bande, die Monoschicht (wenige Schicht) Art des so hergestellten Graphen. c) AFM-Bild von Graphen auf NiTi übertragen zeigt eine Rauheit von ~ 5 nm. Maßstab = 500 nm. <p class...

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Graphene Coatings for Biomedical Implants

Graphene bietet Potenzial als Beschichtungsmaterial für biomedizinische Implantate. In dieser Studie zeigen wir, ein Verfahren zur Beschichtung Nitinollegierungen mit Nanometer dicken Schichten von Graphen und bestimmen, wie Graphen kann Implantat Reaktion beeinflussen.

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

21.2K Aufrufe.  Clemson University. Graphene bietet Potenzial als Beschichtungsmaterial für biomedizinische Implantate. In dieser Studie zeigen wir, ein Verfahren zur Beschichtung Nitinollegierungen mit Nanometer dicken Schichten von Graphen und bestimmen, wie Graphen kann Implantat Reaktion beeinflussen.

Serie: Graphene Coatings for Biomedical Implants

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very promising application for molecular sensors, field effect transistor and super thin and flexible electronic devices1-4. Anodic arc discharge supported by the erosion of the anode material is one of the most practical and efficient methods, which can provide specific non-equilibrium processes and a high influx of carbon material to the developing structures at relatively higher temperature, and consequently the as-synthesized products have few structural defects and better crystallinity.
 To further improve the controllability and flexibility of the synthesis of carbon nanostructures in arc discharge, magnetic fields can be applied during the synthesis process according to the strong magnetic responses of arc plasmas. It was demonstrated that the magnetically-enhanced arc discharge can increase the average length of SWCNT 5, narrow the diameter distribution of metallic catalyst particles and carbon nanotubes 6, and change the ratio of metallic and semiconducting carbon nanotubes 7, as well as lead to graphene synthesis 8. 
 Furthermore, it is worthwhile to remark that when we introduce a non-uniform magnetic field with the component normal to the current in arc, the Lorentz force along the J&times;B direction can generate the plasmas jet and make effective delivery of carbon ion particles and heat flux to samples. As a result, large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes were simultaneously generated by such new magnetically-enhanced anodic arc method. Arc imaging, scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and Raman spectroscopy were employed to analyze the characterization of carbon nanostructures. These findings indicate a wide spectrum of opportunities to manipulate with the properties of nanostructures produced in plasmas by means of controlling the arc conditions.

Anodic arc discharge is one of the most practical and efficient methods to synthesize various carbon nanostructures. To increase the arc controllability and flexibility, a non-uniform magnetic field was introduced to process the one-step synthesis of large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes.

Simultane Synthese von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen in einem magnetisch-enhanced Arc Plasma

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very ...

Forschung

Biotechnik

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, nanomedicine, tissue regeneration, and drug delivery. Designing materials based on the molecular-scale interactions between these proteins will help generate new multifunctional protein alloy biomaterials with tunable properties. Such alloy material systems also provide advantages in comparison to traditional synthetic polymers due to the materials biodegradability, biocompatibility, and tenability in the body. This article used the protein blends of wild tussah silk (Antheraea pernyi) and domestic mulberry silk (Bombyx mori) as an example to provide useful protocols regarding these topics, including how to predict protein-protein interactions by computational methods, how to produce protein alloy solutions, how to verify alloy systems by thermal analysis, and how to fabricate variable alloy materials including optical materials with diffraction gratings, electric materials with circuits coatings, and pharmaceutical materials for drug release and delivery. These methods can provide important information for designing the next generation multifunctional biomaterials based on different protein alloys.

Blending is an efficient approach to generate biomaterials with a broad range of properties and combined features. By predicting the molecular interactions between different natural silk proteins, new silk-silk protein alloy platforms with tunable mechanical resiliency, electrical response, optical transparency, chemical processability, biodegradability, or thermal stability can be designed.

Gestaltung Silk-Seidenprotein-Legierungen für biomedizinische Anwendungen

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial applications. Here we describe how electrospinning or electrospraying a polymer mixture containing a biodegradable, biocompatible aliphatic polyester (e.g., polycaprolactone and poly(lactide-co-glycolide)), as the major component, doped with a hydrophobic copolymer composed of the polyester and a stearate-modified poly(glycerol carbonate) affords a superhydrophobic biomaterial. The fabrication techniques of electrospinning or electrospraying provide the enhanced surface roughness and porosity on and within the fibers or the particles, respectively. The use of a low surface energy copolymer dopant that blends with the polyester and can be stably electrospun or electrosprayed affords these superhydrophobic materials. Important parameters such as fiber size, copolymer dopant composition and/or concentration, and their effects on wettability are discussed. This combination of polymer chemistry and process engineering affords a versatile approach to develop application-specific materials using scalable techniques, which are likely generalizable to a wider class of polymers for a variety of applications.

Two- and three-dimensional superhydrophobic polymeric materials are prepared by electrospinning or electrospraying biodegradable polymers blended with a lower surface energy polymer of similar composition.

Herstellung Superhydrophobe Polymere Materialien für biomedizinische Anwendungen

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

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.

Herstellung von mechanisch Tunable und Bioactive Metallgerüste für biomedizinische Anwendungen

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.

Synthese von Keratin-basierten Nanofaser für Biomedizinische Technik

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

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest regarding the use of bioinspired nanoscale hydroxyapatite (nHA). However, biological apatite is known to be calcium-deficient and carbonate-substituted with a nanoscale platelet-like morphology. Bioinspired nHA has the potential to stimulate optimal bone tissue regeneration due to its similarity to bone and tooth enamel mineral. Many of the methods currently used to fabricate nHA both in the laboratory and commercially, involve lengthy processes and complex equipment. Therefore, the aim of this study was to develop a rapid and reliable method to prepare high quality bioinspired nHA. The rapid mixing method developed was based upon an acid-base reaction involving calcium hydroxide and phosphoric acid. Briefly, a phosphoric acid solution was poured into a calcium hydroxide solution followed by stirring, washing and drying stages. Part of the batch was sintered at 1,000 &#176;C for 2 h in order to investigate the products&#39; high temperature stability. X-ray diffraction analysis showed the successful formation of HA, which showed thermal decomposition to &#946;-tricalcium phosphate after high temperature processing, which is typical for calcium-deficient HA. Fourier transform infrared spectroscopy showed the presence of carbonate groups in the precipitated product. The nHA particles had a low aspect ratio with approximate dimensions of 50 x 30 nm, close to the dimensions of biological apatite. The material was also calcium deficient with a Ca:P molar ratio of 1.63, which like biological apatite is lower than the stoichiometric HA ratio of 1.67. This new method is therefore a reliable and far more convenient process for the manufacture of bioinspired nHA, overcoming the need for lengthy titrations and complex equipment. The resulting bioinspired HA product is suitable for use in a wide variety of medical and consumer health applications.

This paper describes a novel method for the rapid manufacture of high quality bioinspired nanoscale hydroxyapatite. This biomaterial is of great significance in the manufacture of a wide range of innovative medical devices for clinical applications in orthopedics, craniofacial surgery and dentistry.

Rapid-Mix Herstellung von Bioinspirierte Nanoskalige Hydroxyapatit für biomedizinische Anwendungen

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

Microhoneycomb Monoliths Prepared by the Unidirectional Freeze-drying of Cellulose Nanofiber Based Sols: Method and Extensions

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb monoliths (MHMs) with micrometer-scale channels are expected as efficient platforms for reactions and separations because of their large surface areas. Up to now, MHMs have been prepared by a unidirectional freeze-drying (UDF) method only from very limited precursors. Herein, we report a protocol from which a series of MHMs consisting of different components can be obtained. Recently, we found that cellulose nanofibers function as a distinct structure-directing agent towards the formation of MHMs through the UDF process. By mixing the cellulose nanofibers with water soluble substances which do not yield MHMs, a variety of composite MHMs can be prepared. This significantly enriches the chemical constitution of MHMs towards versatile applications.

Here, we present a general protocol to prepare a variety of microhoneycomb monoliths (MHMs) in which fluid can pass through with an extremely low pressure drop. MHMs obtained are expected to be used as filters, catalyst supports, flow-type electrodes, sensors and scaffolds for biomaterials.

Microhoneycomb Monolithen vorbereitet durch die unidirektionale Gefriertrocknung von Zellulose Nanofaser basierte Sols: Methode und Erweiterungen

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb ...

Manufacturing of a Nafion-coated, Reduced Graphene Oxide/Polyaniline Chemiresistive Sensor to Monitor pH in Real-time During Microbial Fermentation

Here, we report the engineering of a solid-state micro pH sensor based on polyaniline-functionalized, electrochemically reduced graphene oxide (ERGO-PA). Electrochemically reduced graphene oxide acts as the conducting layer and polyaniline acts as a pH-sensitive layer. The pH-dependent conductivity of polyaniline occurs by doping of holes during protonation and by the dedoping of holes during deprotonation. We found that an ERGO-PA solid-state electrode was not functional as such in fermentation processes. The electrochemically active species that the bacteria produce during the fermentation process interfere with the electrode response. We successfully applied Nafion as a proton-conducting layer over ERGO-PA. The Nafion-coated electrodes (ERGO-PA-NA) show a good sensitivity of 1.71 &#937;/pH (pH 4 - 9) for chemiresistive sensor measurements. We tested the ERGO-PA-NA electrode in real-time in the fermentation of Lactococcus lactis. During the growth of L. lactis, the pH of the medium changed from pH 7.2 to pH 4.8 and the resistance of the ERGO-PA-NA solid-state electrode changed from 294.5 &#937; to 288.6 &#937; (5.9 &#937; per 2.4 pH unit). The pH response of the ERGO-PA-NA electrode compared with the response of a conventional glass-based pH electrode shows that reference-less solid-state microsensor arrays operate successfully in a microbiological fermentation.

Here, we report the protocol for the fabrication of a Nafion-coated, polyaniline-functionalized, electrochemically reduced graphene oxide chemiresistive micro pH sensor. This chemiresistor-based, solid-state micro pH sensor can detect pH changes in real-time during a Lactococcus lactis fermentation process.

Herstellung von Nafion-beschichtet, reduziert Graphene Oxid/Polyaniline Chemiresistive Sensor Monitor pH in Echtzeit während der mikrobiellen Fermentation

Here, we report the engineering of a solid-state micro pH sensor based on polyaniline-functionalized, electrochemically reduced graphene oxide (ERGO-PA). ...

Environmental Dynamic Mechanical Analysis to Predict the Softening Behavior of Neural Implants

When using dynamically softening substrates for neural implants, it is important to have a reliable in vitro method to characterize the softening behavior of these materials. In the past, it has not been possible to satisfactorily measure the softening of thin films under conditions mimicking body environment without substantial effort. This publication presents a new and simple method that allows dynamic mechanical analysis (DMA) of polymers in solutions, such as phosphate buffered saline (PBS), at relevant temperatures. The use of environmental DMA allows measurement of the softening effects of polymers due to plasticization in various media and temperatures, which therefore allows a prediction of the materials behavior under in vivo conditions.

To allow reliable predictions of the softening of polymeric substrates for neural implants in an in vivo environment, it is important to have a reliable in vitro method. Here, the use of dynamic mechanical analysis in phosphate buffered saline at body temperature is presented.

Ökologische dynamische mechanische Analyse um die Erweichung Verhalten der neuronale Implantate

When using dynamically softening substrates for neural implants, it is important to have a reliable in vitro method to characterize the softening behavior ...

Establishing an Octopus Ecosystem for Biomedical and Bioengineering Research

Many developments in biomedical research have been inspired by discovering anatomical and cellular mechanisms that support specific functions in different species. The octopus is one of these exceptional animals that has given scientists new insights into the fields of neuroscience, robotics, regenerative medicine, and prosthetics. Research with this species of cephalopods requires the set-up of complex facilities and intensive care for both the octopus and its ecosystem that is critical for the project&#39;s success. This system requires multiple mechanical and biological filtering systems to provide a safe and clean environment for the animal. Along with the control system, specialized routine maintenance and cleaning are required to effectively keep the facility operating long term. It is advised to provide an enriched environment to these intelligent animals by changing the tank&#39;s landscape, incorporating a variety of prey, and introducing challenging tasks for them to work through. Our results include MRI and a whole-body autofluorescence imaging as well as behavioral studies to better understand their nervous system. Octopuses possess unique physiology that can impact many areas of biomedical research. Providing them with a sustainable ecosystem is the first crucial step in uncovering their distinct capabilities.

Understanding the unique physiological and anatomical structures of octopuses can greatly impact biomedical research. This guide demonstrates how to set-up and maintain a marine environment to accommodate this species and includes state-of-the-art imaging and analytical approaches to visualize octopus' nervous system anatomy and function.

Etablierung eines Octopus-Ökosystems für die biomedizinische und biotechnologische Forschung

Many developments in biomedical research have been inspired by discovering anatomical and cellular mechanisms that support specific functions in different ...