1. Graphène revêtement de NiTi <ol><li> Les échantillons de graphène utilisés dans cette étude ont été cultivées sur cuivre (Cu) des substrats en utilisant la technique de dépôt chimique en phase vapeur, et ensuite transférés à 4,5 mm 2 substrats NiTi. </li><li> Cu feuilles (1 cm x 1 cm) ont été placés dans un four tubulaire 1 po quartz et chauffés à 1.000 ° C en présence de 50 sccm de H 2 et 450 sccm d&#39;Ar. </li><li> Ensuite, le méthane (1 et 4 sccm) a été introduit dans le four à différents débits de 20-30 min. Les échantillons ont été finalement refroidi à la température ambiante sous un courant d&#39;H 2, Ar et CH 4. </li><li> Ensuite, les feuilles de cuivre ont été déposé à la tournette de PMMA (dilué avec de l&#39;anisole 4%) à 4.000 tours par minute suivi d&#39;un traitement thermique pendant 5 minutes à 150 ° C. Graphène attachée à la couche de PMMA a été obtenue par gravure de la feuille de Cu en utilisant Transene Inc, CE-100 décapant, et suivie d&#39;un rinçage à 10% de HCl et de l&#39;eau désionisée pendant 10 min. </li><li> Le sexemples ont été transférées à NiTi substrats (4,5 mm 2) et recuit à 450 ° C à Ar (300 sccm) et H 2 (700 sccm) pendant 2 heures pour éliminer le PMMA. Enfin, les substrats ont été lavés avec de l&#39;acétone pour dissoudre le PMMA résiduel pour obtenir l&#39;échantillon Gr-NiTi. Un monochromateur de Dilor XY triple réseau a été utilisée pour la caractérisation de micro-Raman (en utilisant objectif 100X) de tous les NiTisamples GR-avec l&#39;excitation 514,5 nm d&#39;un laser à ions Ar +. </li></ol> 2. Toxicité in vitro des Gr-NiTi Cellules endothéliales aortiques de rat (Cellule d&#39;application Inc) ont été cultivées sur un enduit de gélatine glissant 8 chambres. Pour tester la croissance cellulaire, la vierge et Gr-NiTisubstrates ont été placés dans des puits sans enrobage de gélatine. Numérisation des images de microscopie électronique ont été obtenues en utilisant un Hitachi S-4800 SEM. En outre, les cellules de rat musculaires lisses aortiques ont également été cultivées dans CellBIND plaques à 96 puits en tant que groupe de contrôle (Corning) dans Dulbecco Eagle modifié Moyen (ATCC). <ol><li> Pour tester la viabilité des cellules, les cellules (cellules musculaires lisses et endothéliales fois) ont été ensemencées à 10 5 cellules / puits dans des puits contenant vierge NiTi, 1 sccm ou 4 sccm Gr-NiTi substrats, où la sccm indiqué correspond au débit de méthane utilisé dans le croissance CVD de graphène. Les cellules ont été cultivées pendant la période de temps désirée dans un incubateur à 37 ° C et 5% de CO 2, en échangeant les médias tous les jours. </li><li> Au point de fin, on a éliminé et du milieu frais contenant 0,5 mg / ml de bromure thiazolyle tétrazolium (MTT ou obtenus auprès de Sigma) a été ajouté à chaque puits. Les cellules ont ensuite été incubées pendant 3 heures supplémentaires. Pour le dosage de MTS, on a éliminé à l&#39;instant final et remplacé par 120 pi de solution de travail MTS (Cell niveau 96 aqueuse, Promega) et incubé pendant 3 heures. </li><li> Ensuite, les médias ont été éliminées en douceur et 100 ml de diméthylsulfoxyde (Sigma) a été ajouté à chaque puits. Après alloaile 10 min pour les cristaux MTT de dissolution, la solution a été transféré à une autre plaque à puits. Pour le dosage de MTS, pas de diméthylsulfoxyde a été ajouté dans les puits. Contenu des puits ont été transférés à une nouvelle plaque. </li><li> L&#39;absorbance a été lue à 490 nm et la viabilité pour cent a été déterminée par la normalisation de l&#39;absorbance à l&#39;absorbance moyenne de l&#39;échantillon vierge NiTi. Au moins cinq répétitions ont été effectuées pour chaque type d&#39;échantillon. </li></ol> 3. Des études de microscopie confocale de la morphologie cellulaire <ol><li> Pour l&#39;imagerie confocale de cellules aortiques de rat musculaires lisses, les substrats ont été placés dans une diapositive 8-chambre (Thermo Scientific). Les cellules ont été ensemencées à 25000 cellules / chambre et incubées pendant 3 jours à 37 ° C et 5% de CO 2. </li><li> Les cellules ont été fixées sur le substrat avec du formaldéhyde 4% dans un tampon phosphate salin pendant 20 min. </li><li> Perméabilisées avec 0,1% de Triton-X pendant 1 min. </li><li> Actine a été coloré avec Alexa Fluor 488 phalloïdine (LifTechnologies e). 100 ul d&#39;AlexaFluor 488 phalloïdine à 200 unités / ml de méthanol a été ajouté à 1,9 ml de tampon phosphate salin. Les cellules ont été colorées avec 250 pi de AlexaFluor 488 phalloïdine pendant 45 min, puis lavées deux fois avec du tampon phosphate salin. </li><li> Les noyaux ont été montées avec un milieu de montage Vectashield fluorescente contenant du DAPI (Vector Laboratories). Les images confocales ont été recueillies à l&#39;aide d&#39;un Nikon confocale TI. Une chambre ensemencé avec des cellules sans substrat a été utilisé comme témoin. </li></ol> 4. Protéines Les études d&#39;adsorption <ol><li> Dimensions du substrat ont été mesurées avec étriers avant de commencer les expériences d&#39;adsorption des protéines. Trois mesures ont été prises pour chaque côté des échantillons carrés environ et en moyenne pour obtenir la longueur et la largeur. </li><li> Chaque échantillon, vierge NiTi, 1sccm et 4sccm Gr-NiTiwere incubées avec 1 mg / ml d&#39;albumine dans un tampon phosphate salin (PBS) ou 1 mg / ml de fibrinogène dans du PBS à la salle de température pendant 3 heures. </li><li> Initiales à l&#39;Identique échantillons ont été combinés dans un microtube avec 200 pi de tampon d&#39;échantillon réducteur et on fait bouillir pendant 5 min. </li><li> Les échantillons ont ensuite été dilués dans un tampon Tris / Glycine / SDS (Bio-Rad) et courir à travers un gel de 4-15% Tris électrophorèse de polyacrylamide (Bio-Rad) à 90 V pendant 100 min. </li><li> Les gels ont ensuite été colorées avec SYPRO Rouge. Diluer la solution mère SYPRO Rouge (Life Technologies) à 1:5000 dans 7,5% d&#39;acide v / v acétique. Colorer les gels pendant 60 min. </li><li> Gels d&#39;image en utilisant un SP Flourchem (Alpha Innotech). Intensité de fluorescence a été quantifiée en utilisant le logiciel ImageJ. Intensité de fluorescence de chaque échantillon a été normalisé par la surface totale du substrat et du fibrinogène adsorption a été comparée à l&#39;albumine par adsorption. </li></ol> 5. Western blot pour l&#39;expression des protéines <ol><li> Western blot a été réalisée afin d&#39;analyser l&#39;actine dans les cellules aortiques totale musculaires lisses de rat. Les cellules ont été ensemencées à 10000 cellules / substrat dans un 96-wplaque ell. </li><li> Les cellules ont été cultivées pendant trois jours avant de retirer médias. Protéine totale a été extrait à l&#39;aide du tampon RIPA et un niveau BCA (Lamda) a été réalisée afin de quantifier la protéine totale. </li><li> Les échantillons ont été dilués à la même concentration dans RIPA et ensuite bouillie dans un tampon d&#39;échantillon réduire pendant 5 min. </li><li> Les protéines ont été séparées par un gel de polyacrylamide 4-15% Tris par électrophorèse à 90 V pendant 100 min. Une protéine kaléidoscope standard (Bio-Rad) a été utilisée pour évaluer le poids moléculaire de la protéine. </li><li> Les protéines ont été transférées sur une membrane PVDF et bloqué avec un 1% de lait écrémé (Bio-Rad) solution sec. </li><li> Actine totale a été marqué avec un anticorps de lapin anti-actine rat (Sigma). Un kit de chimiluminescence BM (Roche) a été utilisée pour détecter l&#39;anticorps primaire. Les membranes ont été imagées par FlourChem SP équipement d&#39;imagerie et d&#39;intensité de fluorescence a été mesurée en utilisant le logiciel ImageJ. Intensité de fluorescence a été normalisée par comparaison à la pristine NiTisample. </li></ol>

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Aucun conflit d&#39;intérêt déclaré.

Biocompatibilité et la cytotoxicité: Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) a donné des échantillons polycristallins de graphène qui imitaient des grains cristallins Cu, comme le montre la figure 1a. Nous avons utilisé la spectroscopie Raman pour confirmer la présence d&#39;une monocouche (couche de quelques-uns) graphène sur 1 sccm (4 sccm) échantillons (voir figure 1b). Il est clair, 1 sccm (4 sccm) échantillons présentent bande indicative de monocouche intense ...

Les trois dernières décennies ont vu la découverte de nouveaux matériaux à base de thérapies et dispositifs pour le traitement des maladies et des diagnostics. Les alliages nouveaux tels que le nitinol (NiTi) et en acier inoxydable sont souvent utilisés dans la fabrication implant biomédical en raison de leurs propriétés mécaniques supérieures 1-3. Toutefois, de nombreux défis restent dus à la cytotoxicité matériel exogène, bio-et d&#39;hémo-compatibilité. La nature métallique des alliages de ces résultats en faible bio-et hémocompatibilité en raison de la lixiviation des métaux, le manque d&#39;adhérence cellulaire, la prolifération et la thrombose quand il entre en contact avec le sang circulant (tels que des cathéters, des greffons vasculaires, des endoprothèses vasculaires, des valves cardiaques artificielles etc.). 1, 4, 5 L&#39;interaction des protéines ou des cellules vivantes avec la surface de l&#39;implant peut conduire à une forte réponse immunitaire et la cascade de réactions biochimiques qui a suivi peut nuire à la fonctionnalité du dispositif. Par conséquent, il est Pertinent de réaliser un contrôle sur les interactions entre les implants biomédicaux et de son environnement biologique environnant. Modification de surface est souvent utilisée pour réduire ou empêcher la réponse physiologique néfaste provenant du matériau de l&#39;implant. Un revêtement de surface idéal devrait avoir la force d&#39;adhérence élevée, inertie chimique, lissé élevé, et bon hémo-et la biocompatibilité. Auparavant, de nombreux matériaux, y compris carbone de type diamant (DLC), le SiC, TiN, TiO 2 et de nombreux matériaux polymères ont été testés en tant que bio-compatibles revêtements de surface d&#39;implants. 1, 6-23 Cependant, ces matériaux sont toujours pas en mesure de répondre à tous les critères fonctionnels pour un revêtement de surface de l&#39;implant approprié. La découverte de l&#39;atome épaisse couche de carbone sp 2, connu sous le nom de graphène, a ouvert des portes pour le développement de nouveaux matériaux multifonctionnels. Le graphène est censé être un candidat idéal pour le revêtement de surface de l&#39;implant, car ilest chimiquement inerte, atomiquement lisse et très durable. Dans cette lettre, nous étudions la viabilité de graphène comme un revêtement de surface pour les implants biomédicaux. Nos études montrent que le graphène nitinol recouvert (Gr-NiTi) satisfait à tous les critères fonctionnels, et prend également en charge le muscle lisse et une excellente croissance des cellules endothéliales conduisant à la prolifération cellulaire mieux. Nous constatons également que le sérum albumine adsorption sur Gr-NiTi est plus élevé que le fibrinogène. Surtout, (i) les mesures spectroscopiques détaillées confirmé l&#39;absence de transfert de charge entre le graphène et le fibrinogène suggérant que le revêtement graphène inhibe l&#39;activation des plaquettes par des implants, (ii) des revêtements de graphène ne présentent aucun significative de la toxicité in vitro pour endothéliales et musculaires lisses des lignées cellulaires confirmant leur biocompatibilité, et (iii) des revêtements de graphène sont chimiquement inertes, résistantes et imperméables dans un courant sanguin environnement. Ces hémo-et propriétés biocompatibles, avec st élevéerength, inertie chimique et de la durabilité, de rendre revêtements de graphène comme un revêtement de surface idéal.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Réactif </td></tr><tr><td> Eagle modifié par Dulbecco moyen </td><td> ATCC </td><td> 30-2002 </td><td></td></tr><tr><td> Thiazolyle tétrazolium bleu </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M2128 </td><td></td></tr><tr><td> CellTiter 96 aqueuse un essai de prolifération cellulaire solution (MTS) </td><td> Promega </td><td> G3582 </td><td></td></tr><tr><td> Le diméthylsulfoxyde </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D8418 </td><td></td></tr><tr><td> Formaldéhyde 36,5% </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 phalloïdine </td><td> Life Technologies </td><td> A12379 </td><td></td></tr><tr><td> Vectashield milieu de montage avec DAPJe </td><td> Vector Laboratories </td><td> H-1200 </td><td></td></tr><tr><td> L&#39;albumine sérique humaine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> A9511 </td><td></td></tr><tr><td> Le fibrinogène humain </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Tris / Glycine / SDS </td><td> Bio-Rad </td><td> 161-0732 </td><td></td></tr><tr><td> Prêt gel Tris-HCl Gel </td><td> Bio-Rad </td><td> 161-1158 </td><td></td></tr><tr><td> L&#39;acide acétique </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 45726 </td><td></td></tr><tr><td> SYPRO Rouge </td><td> Life Technologies </td><td> S-6653 </td><td></td></tr><tr><td> Protéines dosage BCA bas </td><td> Lamda Biotech </td><td> G1003 </td><td></td></tr><tr><td> Precision Plus norme Kaléidoscope protéines </td><td> Bio-Rad </td><td> 161-0375 </td><td></td></tr><tr><td> Immun-Blot membrane de PVDF </td><td> Bio-Rad </td><td> 162-0177 </td><td></td></tr><tr><td> Buvard qualité bloqueur non gras du lait en poudre </td><td> Bio-Rad </td><td> 170-6404XTU </td><td></td></tr><tr><td> Anti-actine anticorps produit chez le lapin </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> A2066 </td><td></td></tr><tr><td> Chimiluminescence BM kit Western Blot (souris / lapin) </td><td> Roche Applied Science </td><td> 11520709001 </td><td></td></tr><tr><td> Tampon RIPA </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> R0278 </td><td></td></tr><tr><td> NiTi (Ni 51%, 49% Ti) </td><td> Alfa Aesar- </td><td> 44953 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Équipement </td></tr><tr><td> Horiba JobinYvon </td><td> Raman spectromètre </td><td> Dilor XY 98 </td><td></td></tr><tr><td> Nikon </td><td> Microscope confocal </td><td> Eclipse TI microscope </td><td></td></tr&gt; <tr><td> Thermoscientific </td><td> Lecteur de plaque </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Bio-Rad </td><td> Alimentation </td><td> 164-5050 </td><td> Alimentation électrique de base PowerPac </td></tr><tr><td> Bio-Rad </td><td> Cellule d&#39;électrophorèse </td><td> 165-8004 </td><td> Mini-PROTEAN cellule tétra </td></tr><tr><td> Bio-Rad </td><td> Cassette support de gel </td><td> 170-3931 </td><td> Minicassette support de gel </td></tr></tbody></table>

graphene coatings for biomedical implants

Graphène atomiquement lisse comme un revêtement de surface a un potentiel pour améliorer les propriétés d&#39;implants. Cela démontre une méthode pour les alliages de nitinol revêtement avec des couches de graphène nanométriques d&#39;épaisseur pour les applications comme matériau de stent. Le graphène a été cultivé sur des substrats de cuivre par dépôt chimique en phase vapeur, puis transférés sur des substrats en nitinol. Afin de comprendre comment le revêtement graphène pourrait modifier la réponse biologique, la viabilité cellulaire des cellules endothéliales aortiques de rat et des cellules de rat muscle lisse aortique a été étudiée. En outre, l&#39;effet de graphène-revêtements sur l&#39;adhésion cellulaire et de morphologie a été étudiée avec la microscopie confocale fluorescente. Les cellules ont été colorées pour l&#39;actine et des noyaux, et il y avait des différences notables entre les échantillons nitinol vierges par rapport aux graphène enduits échantillons. L&#39;expression d&#39;actine total à partir de cellules musculaires de rat lisses aortiques a été trouvé en utilisant western blot. Protéines caractéristiques d&#39;adsorption, un indicateur de thrombogénicité potentielle, were déterminée pour le fibrinogène et l&#39;albumine sérique par électrophorèse sur gel. En outre, le transfert de charge à partir du fibrinogène au substrat a été déduite en utilisant la spectroscopie Raman. Il a été constaté que le revêtement de graphène sur substrats nitinol satisfait aux exigences fonctionnelles pour un stent et amélioré la réponse biologique par rapport aux non couché nitinol. Ainsi, le graphène enduit de nitinol est un candidat viable pour un matériau de stent.

<img src="/files/ftp_upload/50276/50276fig1.jpg" alt="Figure 1"/> . Figure 1 un graphène) CVD polycristallin Cu feuilles cultivé sur imite les grains cristallins métalliques (barre d&#39;échelle: 10 um). b) spectre Raman de 1 sccm (4 sccm) graphène monocouche montre bande indiquant intense (relativement faible) G &#39;(couche peu) la nature telle qu&#39;elle est préparée de graphène. c) image AFM de graphène transférée sur NiTi présente une rugosit?...

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Graphene Coatings for Biomedical Implants

Graphène présente un potentiel en tant que matériau de revêtement pour des implants biomédicaux. Dans cette étude, nous démontrons une méthode pour les alliages de nitinol revêtement avec des couches de graphène nanométriques d&#39;épaisseur et de déterminer comment le graphène peut influencer la réponse implant.

Revêtements de graphène pour les implants biomédicaux

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

graphene-coatings-for-biomedical-implants

Research

JoVE Journal

Bioengineering

21.2K vues.  Clemson University. Graphène présente un potentiel en tant que matériau de revêtement pour des implants biomédicaux. Dans cette étude, nous démontrons une méthode pour les alliages de nitinol revêtement avec des couches de graphène nanométriques d'épaisseur et de déterminer comment le graphène peut influencer la réponse implant.

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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.

Synthèse simultanée de nanotubes de carbone à paroi simple et le graphène dans un plasma d&#39;arc-magnétique améliorée

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

Recherche

Bio-ingénierie

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.

Concevoir protéines de soie soie Matériaux alliage pour applications biomédicales

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.

Superhydrophobes fabrication de matériaux polymères pour des applications biomédicales

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.

Fabrication de mécanique accordable et bioactifs Métal échafaudages pour des applications biomédicales

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.

Synthèse de nanofibres à base de kératine de génie biomédical

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.

Mix rapide Préparation de bioinspirée Nanoscale hydroxyapatite pour applications biomédicales

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.

Monolithes de Microhoneycomb préparés par la lyophilisation unidirectionnel de nanofibres Cellulose basé Sols : méthode et Extensions

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.

Fabrication d’un enduit Nafion, réduit le graphène oxyde/Polyaniline Chemiresistive capteur de pH de moniteur en temps réel au cours de la Fermentation microbienne

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.

Analyse mécanique dynamique environnementale pour prédire le comportement de ramollissement des Implants neurones

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.

Établir un écosystème Octopus pour la recherche biomédicale et la bio-ingénierie

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