עבודה זו נתמכה על ידי מלגת לימודי CASE EPSRC בשיתוף עם Ceramisys בע&quot;מ וגם קשורה חדשנות Mede, מרכז EPSRC עבור ייצור חדשני בתחום המכשור רפואי [מספר מענק EP / K029592 / 1]. המחברים גם רוצה להודות רוברט ברטון ב שפילד האלאם האוניברסיטה לניתוח XRF.

<img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig1.jpg" /> איור 1. תרשים סכמטי של הכנת שילוב המהירה של hydroxyapatite ננו bioinspired. הפתרון חומצה זרחתית נמזג ההשעיה הידרוקסיד סידן. לאחר ההשעיה שקטה במהלך הלילה, את נה נשטפה עם מים ללא יונים לפני המיובשת ב- C 60 עד 80 °. נה היה ומעבדים מרגמה אגת העלי ו sintered לחקור את יציבות תרמית של המוצר נה. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 1. הפקת מיקס המהירה של Hydroxyapatite ננומטריים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת פתרונות סידן וזרחן להכין 5 גרם של hydroxyapatite ננו באמצעות סידן לזרחן יחס טוחן של 1.67. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 3.705 גרם של סידן הידרוקסיד כדימים ללא יונים 500 מ&quot;ל ומערבבים בצלחת בוחש מגנטי עבור 1 שעות ב 400 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בכוס נפרדת ממיסים 3.459 גרם של חומצה זרחתית (85%) ב -250 מ&quot;ל מים ללא יונים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את הפתרון זרחן לתוך ההשעיה הידרוקסיד סידן בחישה בשיעור של כ 100 מ&quot;ל / s. מכסים בכוס עם Parafilm (Bemis, ארה&quot;ב). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאירו את ההשעיה לבחוש עבור 1 שעות ב 400 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח כוס מצלחת הבוחשת ולהשאיר להתיישב לילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטפו את ההשעיה על ידי שפיכת את supernatant והוספת 500 מ&quot;ל מים deionized ו ערבוב במשך 1 דקות ב 400 סל&quot;ד. חזור על פעולה זו שלוש פעמים בסך הכל, עם 2 שעות בין כל שטיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאר השעית Nha להתיישב לילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את supernatant ברור ומניחים ההשעיה Nha התיישבו ייבוש להגדיר בתנור ב 60 עד 80 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר יבש, למקם את נה היבשה לתוך מרגמה אגת עלי וטוחן עד בסדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים 2.5 גרם של פרואבקה מופק נה ב אבקת כור היתוך ו דבקוק אלומינה ב 1000 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות, תוך שימוש בשיעור רמפה של 10 ° C / min. לאחר טיפול בחום, לעזוב את נה להתקרר בכבשן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבקות חנות ייבוש ואקום. </li></ol> .2 אפיון Hydroxyapatite ננומטריים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רנטגן עקיפה (XRD) באמצעות diffractometers אמצעי השידור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כמות קטנה (כלומר פחות מ -200 μL) של פולי (ויניל אלכוהול) דבק (PVA) על הסרט אצטט ומערבבים עם כמות קטנה (כלומר פחות מ -100 מ&quot;ג) של אבקת נה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנק עם אקדח אוויר חם עד יבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר מדגם לתוך בעל מדגם ועומס על גבי diffractometer רנטגן במצב שידור עם קרינת α Cu K. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בהגדרות diffractometer של 40 קילו ו -35 מילי-אמפר, עם מגוון 2θ של 10-70 מעלות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח את דפוסי XRD הנגזרים מהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש כרטיסי XRD הבאים לזיהוי שלב: Hydroxyapatite: 9-432. בטא-מזוני פוספט: 04-014-2292. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים (TEM) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כמות קטנה של אבקת (כלומר פחות מ -10 מ&quot;ג) בתוך bijou ולהוסיף כ אתנול מ&quot;ל 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדגם Ultra-sonicate במשך 15 - 30 דקות עד השעיה הומוגנית הוא ציין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיפטה כמות של פתרון קטנה (כלומר פחות מ -1 מיליליטר) על גבי רשת נחושת רשת 400 עם סרט פחמן, ולאפשר לו להתייבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות תמונה לעבר מתח מאיץ של 80 קילו וולט. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רנטגן פלואורסצנטי (XRF) שירות על ידי חומרים והנדסה מכון המחקר (מרי) על שפילד האלאם האוניברסיטה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים אבקת 0.8 גרם נה עם 8 גרם של tetraborate ליתיום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממסי תערובת בכור היתוך סגסוגת פלטינה-זהב באמצעות תנור מוגדר 1,200 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח דגימות הנובע ממנו ספקטרומטר XRF כדי לקבוע את הרכב היסודות שלהדגימות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פורייה-transform ספקטרוסקופיה אינפרא אדום במצב ההחזרה הכולל מוחלשים (FTIR-ATR) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע 64 סריקות ברקע בין 4,000 - 500 ס&quot;מ -1 עם רזולוציה של 4 ס&quot;מ -1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כמות קטנה (כלומר פחות מ -100 מ&quot;ג) של אבקת נה על גבי היהלום של מתאם במצב ההחזרה הכולל מוחלשים לדחוס על פני השטח של היהלום באמצעות בורג בראש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע 32 סריקות בין 4,000 - 500 ס&quot;מ -1 עם רזולוציה של 4 ס&quot;מ -1 עם סריקות ברקע מפחיתים את סריקות המדגם. </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>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

אפטיט טבעי מורכב מחלקיקים ננומטריים של hydroxyapatite מוגזים שאינם stoichiometric עם הנוסחה הכימית המשוער של Ca 10 XY [(HPO 4) (PO 4)] 6-x (CO 3) y (OH) 2-x. הפקת חומרים ביולוגיות עם דמיון כימי קרוב מינרל טבעי דווחה לקדם תגובות ביולוגיות אופטימליות. לדוגמא, מחקר על נה מוגזים סידן המחסר biomimetic הוכיח שהוא מסוגל לעורר התפשטות פעילות phosphatase אלקליין של תאי preosteoblast murine במידה רבה יותר הקונבנציונלית נה 19. במחקר זה, משקעים של HA שהראה פירוק תרמי חלקית ב 1000 ° C (איור 2) הציע היווצרות של HA סידן מחסר. זו נתמכה על ידי נמוך מ Ca stoichiometric: יחס P (1.63) שהושג עם נתוני XRF (Tמסוגל 1). מובן כי מופחת Ca: יחס P קשור יציבות תרמית נמוכה 20, 21, 22, 23. בשיטה זו, התוספת המהירה של פתרון החומצה זרחתית במהירות הורידה את ה- pH של השעית התגובה לייצר HPO 4 יונים. הנוכחות של HPO 4 קבוצות הקל משקעים של סידן לקוי HA, עם נוסחה מולקולרית: Ca 10-x (HPO 4) x (PO 4) 6-x (OH) 2-x, כאשר 0 &lt;x &lt;1. תוספת מהירה של חומצה זרחתית ולכן היתה השפעה ניכרת על קינטיקה ממטרים של התגובה. כפי שתואר קודם לכן, תגובות טיטרציה מעורבות הידרוקסיד סידן וחומצה זרחתית בצע בטמפרטורת חדר נטו להניב חלקיקים עם היבט יחס גבוה 13. לקבלת titration התגובות המעורבות המגיב אלה, היו צורך להשתמש טמפרטורה גבוהה לייצר חלקיקים עם יחס רוחב-גובה נמוך אשר דומים יותר אפטיט ביולוגי 13. חלקיקי יחס ממדים גבוהים מיוצרים כאשר שיעור נוקלאציה קריסטל הוא איטי מקצב הגידול קריסטל 24. לקבלת השיטה החדשה שפותחה במחקר זה, התוספת המהירה של פתרון החומצה זרחתית עשויה ספקה מספר גדול יותר של אתרי התגרענות אשר הביאו הנוכחות המוגברת של חלקיקים מעוגלים קטנים לעומת פחות חלקיקים עם יחס רוחב-גובה גדול יותר. ככל מחברי לא מלא חקרו את ההשפעות של לאט לשפוך חומצה זרחתית לתוך ההשעיה הידרוקסיד סידן, על מנת להשיג תוצאות עקביות אנו ממליצים מהחומצה הזרחתית הוא שפך בקצב בקנה אחד עם זה המוצג בסרטון (כ 100 מ&quot;ל / ים). במהלך הפיתוח של שיטה זו, המחברים investigated מספר שינויים הדרגתיים שיטת ההכנה Nha מבוסס על Prakash et al. 13 כולל השוואה של המוצרים המיוצרים עם טיטרציה איטית תוספת מהירה של הפתרון חומצה זרחתית 25. נמצא כי טיטרציה האיטית של חומצה זרחתית לתוך השעית הידרוקסיד סידן הביאה מוצר עם שאריות סידן הידרוקסיד. אנו מציעים כי שינוי pH נגרם על ידי התוספת המהירה של חומצה זרחתית עודד את פירוקה של הידרוקסיד סידן ולכן מותר עבור ההמרה המוצלחת של המגיבים לתוך hydroxyapatite. השוואת מוצרים מוכנה בשיטת הערבוב המהירה על חדר בטמפרטורות גבוהות (60 מעלות צלזיוס) נמצאה כי טמפרטורה גבוהה הביאה מוליכות גבוהות יותר לאחר התגובה הושלמה. זה הציע הידרוקסיד סידן שיורית נכח אשר עשוי להיות בשל מסיסות נמוכה של סידן הידרוקסיד בהטמפרטורות עלו. הנוכחות של סידן הידרוקסיד שיורית רצויה כמו הטבע הבסיסי של המתחם הזה עלול לסכן את biocompatibility. FTIR זיהה את פעילות קבוצת פוספט הידרוקסיל מאפיין הקשורים HA (איור 3). צוין כי הספקטרום עבור המוצר sintered הראה פוספט חדות ופסגות הידרוקסיל. שינויים אלו קושרו עם crystallinity מוצר גדול 26, 27 ספקטרום unsintered .the סיפק ראיות להחלפת קרבונט B- סוג שבו יונים קרבונט הייתה תחליף קבוצות פוספט. זאת בניגוד ל החלפה של סוג א שבו יוני קרבונט יכולים להוות תחליף קבוצות הידרוקסיל 17. זה כבר דווח כי החלפת קרבונט B- הסוג מתרחשת אפטיט ביולוגי 3. עם זאת, Tampieri et al. דיווח כי B- סוג החלפה תוך הייתה predominנמלה בעצמות צעירות, החלפה של סוג א קרבונט נכחה ויותר בעצמות של אנשים מבוגרים 28. החלפת קרבונט נמצאה להקטין את יציבות crystallinity והתרמית של נה תוך הגדלת מסיסותו. שינויים אלו הוצעו כדי לתרום את הפעילות הביולוגית המוגברת קרבונט-להחליף HA 29. גם ביולוגית HA ידוע מכילים כמה אלמנטים אחרים שנרשמו ניתוח XRF (טבלה 1), כגון מגנזיום, נתרן סטרונציום 30. הנוכחות של אלמנטים אלה עשויות גם לתרום גדלו יעילות ביולוגית. עבודה עתידית צריכה להיות מופנה הכנת apatites להחליף אלה ננומטריים, וכן מוצרים עם biofunctionality המוגברת כגון נה כסף מסומם 31. על מנת להכין תחליף נה, האלמנט יכול להיות מוצג עם ירידה מקבילה של אלמנט נועד substitutדואר עבור, למשל הפחתה בסך של מתחם סידן כאשר סטרונציום, מגנזיום או החלפת אבץ הוא ניסה 32. לחלופין, גישה אחרת עשויה להיות להוסיף אלמנטים מתוך הכוונה לספק &quot;מסוממים&quot; יונים אשר נמצאים על פני השטח של Nha בלי להתכוון בהכרח להחליף את הרכיב לתוך הסריג הגבישי HA 31. עבור שינויים אלה לשיטה אפשר להכין פתרונות מעורבים כמו הידרוקסיד סידן חנק כסף, וכדי לבצע את התגובה באותו אופן כפי שתואר כאן. לסיכום, במאמר זה מדווח על שיטה מהירה ומשופרת רומן משמעותית לעריכת bioinspired נה. בשיטה זו, הערבוב המהיר של הכימיקלים לוקח פחות מ -5 שניות המהווה ירידה ניכרת בזמן לעומת titrations תגובות בדרך כלל מחייב שעות של מעקב צמוד. יש לו פוטנציאל גדול לשימוש biomatפיתוח erial בשל פשטותו היחסית ועלות הנמוכה בהשוואה לשיטות ייצור Nha המשמשים כיום תעשייתיות שבו המורכבות הטבועה של תוצאות מערכות מסחריות נוכחיות פעמי מחקר ופיתוח ממושכות, וגדילה משמעותית את עלויות ייצור. בפרט, זו השיטה החדשה עדיפה על תהליכי זרימה רציפים או טכניקות הידרותרמיות עקב דרישות השקעה בציוד הזנק נמוכות משמעותית.

יש צורך רפואי נהדר עבור biomaterials מתקדמים עם פונקציונליות משופרת על מנת לשפר את איכות החיים של חולים כדי להפחית את נטל הבריאות של האוכלוסייה המזדקנת העולמי. Hydroxyapatite כבר בשימוש נרחב ביישומים רפואיים במשך שנים רבות בשל biocompatibility הטוב שלה. לאחרונה, חלה התעניינות מוגברת השימוש hydroxyapatite ננומטריים (Nha), במיוחד לשחזור רקמות mineralized ברפואה ורפואת שיניים. המינרל נמצא אמייל השן העצם הוא סידן מחסר, רב להחליף, hydroxyapatite ננומטריים. אומדנים עבור הגודל של טסיות Nha הביולוגית לדווח ממדים של 50 ננומטר x 30 ננומטר x 2 ננומטר 1, עם מבנים קטנים יותר אפילו מתוארים עצם 2 בשלה. וחשוף, המינרל ב אמייל השן הוא 10 עד 100 פעמים גדול יותר מזה שנמצא רקמת העצם בשני אורך ורוחב 3, 4. נה הסינטתית<html> כמו שאפשר לקרוא לזה טוב bioinspired ולא biomimetic, כפי שאנו מבקשים לתרגם תצפיות לגבי התכונות של חומרים טבעיים לתוך טכנולוגיות רפואיות עם ביצועים משופרים. הועלה שערה כי bioinspired נה עשויה להיות חיובית יותר ביישומי התחדשות רקמת עצם ושן בשל הדמיון שלה טבעית מינרלים 5. ישנן שיטות שונות אשר דווחו להכין Nha כולל הידרותרמיות 6, תרסיס יבש 7 ו סול ג &#39;8 טכניקות. מבין אלה, שיטת המשקעים הרטובה נחשבת שיטה נוחה יחסית לייצור נה. השיטות ממטר רטוב שפורסמו נה בדרך כלל כוללות צעד טיטרציה כאשר ערבוב סידן ומבשרים כימיים זרחן 9, 10, 11,נ&quot;צ &quot;&gt; 12, 13, 14. עם זאת, גישות אלה קשורות עם מספר החסרונות כולל תהליכים ארוכים ומורכבים בשילוב ובמקרים מסוימים עם הצורך בציוד יקר. הפקה מסחרית עשויה להיות מורכב אף יותר, עם פטנטים מתארים כורים משוכללים ייצור של כיתה רפואית באיכות גבוהה נה 15. למרות זאת, תגובת הנטרול בין הידרוקסיד סידן וחומצה זרחתית יש יתרון בשל החוסר כימי רעיל תוצרי לוואי. הקשר בין תנאי עיבוד ואת המורפולוגיה של מוצר Nha דווח לתגובות טיטרציה איטיות. באופן ספציפי, עבור שיטות טיטרציה מעורבות הידרוקסיד סידן וחומצה זרחתית, טמפרטורה גבוהה הופיעה להעדיף להכנת חלקיקים עם יחס רוחב-גובה נמוך 13. עבודה זו הוארכה משמעותית על ידי Genאריח et al. 16 שהפגינו את הקשר בין הטמפרטורה ותנאי עיבוד אחרים על איכות מוצרים נה מתוך מגוון רחב של שיטות. הוא הגיע למסקנה כי שיטת המשקעים כימיים הרטובה של Prakash 13 גרמה מוצרים באיכות הגבוהות ביותר, אך יש לציין כי התוצאות היו תלויות מאתגרים איטיים טכניים / תהליכי ערבוב. צעד טיטרציה Prakash המקורי לוקח יותר משעה. עם זאת, פעמים טיטרציה עוד עשויות להידרש קבוצות גדולות יותר כדי להיות מוכנים. לסיכום, ואילו השפעתו של מספר גורמים, כוללים טמפרטורה עכשיו נחקרה רבה, כמעט לא שם לב כבר שמיועדת להפחית את המורכבות קשורות הזמן הדרוש כדי לבצע בשיטות מבוססות טיטרציה. מטרת המחקר הנוכחי הייתה אפוא כדי לחקור את ההשפעות של יישום גישת תערובת מהירה בייצור של Nha bioinspired, וכדי מלא characteriZE החומרים וכתוצאה מכך. אם יצליח, גישת שילוב מהירה פשוט תצטרך יתרונות גדולים לחוקרי מעבדה ותעשייה כאחד בם עלויות ייצור יכולות להיות מופחתות באופן משמעותי ללא המהווים איכות.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1375">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:399px;">Calcium hydroxide (purity of &#8805; 96%)</td>
			<td style="width:168px;">Sigma Aldrich UK</td>
			<td align="right" style="width:115px;">31219</td>
			<td style="width:695px;">Good laboratory practise should be used at all times including the use of appropriate personal protective equipment.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Phosphoric acid (85 %)</td>
			<td>Sigma Aldrich UK</td>
			<td align="right">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 height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">STOE IP x-ray diffractometer</td>
			<td>Phillips</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">International centre for diffraction data (ICDD) PDF4+ database</td>
			<td colspan="2">International Centre for Diffraction Data</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Holey carbon films on 300 mesh grids</td>
			<td>Agar Scientific</td>
			<td>S147-3H&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tecnai G2 Spirit transmission electron microscope</td>
			<td>FEI</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Lithium tetraborate</td>
			<td>ICPH, Malz&#233;ville, France</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PW2440 XRF spectrometer&#160;</td>
			<td>Philips</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">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

Hydroxyapatite (HA) כבר בשימוש נרחב כמו קרמיקה רפואית בשל biocompatibility ו osteoconductivity הטוב שלה. לאחרונה חלה התעניינות בנוגע לשימוש hydroxyapatite ננו bioinspired (Nha). עם זאת, אפטיט ביולוגי ידוע להיות סידן מחסר קרבונט-להחליף עם מורפולוגיה טסיות דמוית ננומטריים. יש Bioinspired Nha פוטנציאל לעורר התחדשות רקמת העצם אופטימלית בשל הדמיון שלה מינרלים אמייל השן העצם. רבות מהשיטות שבהן משתמשים כיום לפברק נה הן במעבדה והן מבחינה מסחרית, לערב תהליכים ממושכים וציוד מורכב. לכן, מטרת המחקר הנוכחי הייתה לפתח שיטה מהירה ואמינה להכין באיכות גבוהה bioinspired נה. שיטת הערבוב המהירה פתחה התבססה על תגובת חומצה-בסיס המעורב הידרוקסיד סידן וחומצה זרחתית. בקצרה, פתרון חומצה זרחתית נמזג פתרון הידרוקסיד סידן ואחריו ערבוב, כביסהבשלבי ייבוש. חלק האצווה sintered ב 1000 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות על מנת לחקור את יציבות הטמפרטורה הגבוהה של המוצרים. רנטגן ניתוח עקיף הראה ההיווצרות המוצלחת של HA, שהראתה פירוק תרמי כדי בטא מזוני פוספט לאחר עיבוד בטמפרטורה גבוהה, אשר אופייני עבור HA סידן המחסר. ספקטרוסקופיית פורה הראתה הנוכחות של קבוצות קרבונט במוצר זרז. חלקיקי נה היה יחס ממדים נמוך עם ממדים של כ 50 x 30 ננומטר, קרובים ממדי אפטיט ביולוגי. החומר היה גם סידן לקוי עם Ca: יחס טוחנת P של 1.63, אשר כמו אפטיט הביולוגי נמוכה משיעור HA stoichiometric של 1.67. שיטה חדשה זו היא אפוא תהליך אמין והרבה יותר נוח לייצור bioinspired נה, וכך להתגבר על הצורך titrations ממושך וציוד מורכב. מוצר bioinspired HA וכתוצאה מכך הוא מתאים לשימוש במגוון רחב שליישומי רפואה ובריאות צרכן.

<html> דפוסי XRD (איור 2) הראו את המשקעים של שלב HA טהור עם פסגות רחבות, מה שמעיד על גודל גביש קטן יחסית ו / או טבע אמורפי. לאחר sintering בטמפרטורה גבוהה, פוספט β-מזוני (β-TCP) התגלה, לצד השלב העיקרי של HA. החידוד של הפסגות העקיפות, כלומר הפחתה של הערך החצי ברוחב המלא, מצביע על עלייה בגודל הגביש לאחר sintering. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig2.jpg" /> ניתוח שלב איור 2. קריסטל של מוצרים. רנטגן עקיפה (XRD) דפוסי hydroxyapatite ננו unsintered (Nha) אבקת Nha אבקת sintered ב 1000 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. תוויות שיא: ▼ פסגות hydroxyapatite, ■ פסגות פוספט β-מזוני.ge.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. FTIR-ATR ספקטרה (איור 3) אשרה את ההיווצרות של שלב HA ידי פוספט המאפיין והלהקות הידרוקסיל 17, 18. בפירוט הלהקות חולקו כדלקמן: 3,750 -1 ס&quot;מ (OH - למתוח ν OH); 1,086 ו -1,022 -1 ס&quot;מ (PO 4 3- ν 3); 962 ס&quot;מ -1 (PO 4 3- ν 1); 630 ס&quot;מ -1 (OH - libration δ OH); 600 ו 570 ס&quot;מ -1 (PO 4 3- ν 4). במדגם unsintered פסגות הנוספות חולקו כדלקמן: שיא רחב סביב 3,400 -1 סנטימטר (מולקולות מים נספגות); 1,455 ו 1,410 -1 ס&quot;מ (CO 3 2- ν 3); 880 ס&quot;מ <sup&gt; -1 (CO 3 2- ν 2). קבוצות מי קרבונט נספגו שנצפו אבקת unsintered הוסרו בשלב sintering בטמפרטורה הגבוהה. תהליך sintering חריף גם את הלהקות הידרוקסיל פוספט אשר התבטאה לשיא יותר שוקת מרחק. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig3.jpg" /> איור 3. ספקטרום אינפרא אדום של מוצרים. התמרת אינפרא אדום במצב ההחזרה הכולל מוחלשים (FTIR-ATR) ספקטרום של hydroxyapatite ננו unsintered (Nha) אבקת Nha אבקת sintered ב 1000 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> תמונות TEM (איור 4) הראו ההיווצרות של שנינות חלקיקים ננומטרייםמידות בקירוב h של 50 ננומטר ב -30 ננומטר. החלקיקים לו יחס היבט נמוך (רוחב אורך חלקיקים / חלקיקים) של 1.7 סביב. הגודל והצורה של מוצרי ננו היו ממדים דומים אפטיט ביולוגי 1. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig4.jpg" /> איור 4. ננומטריים מורפולוגיה של המוצר. micrographs אלקטרוני הילוכים (TEM) של hydroxyapatite ננומטריים (Nha) הכין בשיטת הערבוב המהירה בשנייה בהגדלה. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> אנליזה כימית כמותית של אבקת Nha ידי XRF (טבלה 1) אפשרה סידן: יחס זרחן שיחושב 1.63, שהוא נמוך במעט HA stoichiometric whic<html> יש h סידן: יחס זרחן של 1.67. XRF גם הראה את הטוהר הגבוה של המוצר נה עם כמויות זעירות בלבד של יסודות אחרים המוקלטים. <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> מתחם </td><td> משקל% </td></tr><tr><td> קאו </td><td> 51.52 </td></tr><tr><td> P 2 O 5 </td><td> 39.89 </td></tr><tr><td> MgO </td><td> 0.46 </td></tr><tr><td> Na 2 O </td><td> 0.13 </td></tr><tr><td> Y 2 O 3 </td><td> 0.07 </td></tr><tr><td> אל 2 O 3 </td><td> 0.03 </td></tr><tr><td> SiO 2 </td><td> 0.03 </td></tr><tr><td> Mn 3 O 4 </td><td> 0.03 </td></tr><tr><td> sRO </td><td> 0.02 </td></tr><tr><td> Tio 2 </td><td> 0.01 </td></tr></tbody></table>יפ-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; בטבלה 1. אנליזה כימית כמותית של המוצר. רנטגן פלואורסצנטי (XRF) תוצאות עבור אבקת unsintered Nha הראה&gt; 99% טוהר לפי משקל.

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

מאמר זה מתאר שיטה חדשה לייצור המהיר של hydroxyapatite ננו bioinspired באיכות גבוהה. ביולוגי זה הוא בעל חשיבות רבה בייצור של מגוון רחב של מכשירים רפואיים חדשניים ליישומים קליניים באורתופדיה, ניתוח craniofacial ורפואת שיניים.

הכנה מהירה מיקס של Bioinspired ננומטריים Hydroxyapatite עבור יישומים ביו-רפואיים

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

19.1K Views.  University of Sheffield.  מאמר זה מתאר שיטה חדשה לייצור המהיר של hydroxyapatite ננו bioinspired באיכות גבוהה. ביולוגי זה הוא בעל חשיבות רבה בייצור של מגוון רחב של מכשירים רפואיים חדשניים ליישומים קליניים באורתופדיה, ניתוח craniofacial ורפואת שיניים. 

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

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells inside of 3D biomaterial scaffolds provides a way to accurately mimic these microenvironments, providing an advantage over traditional 2D culture methods using polystyrene as well as a method for engineering replacement tissues 2. While 2D tissue culture polystrene has been used for the majority of cell culture experiments, 3D biomaterial scaffolds can more closely replicate the microenvironments found in vivo by enabling more accurate establishment of cell polarity in the environment and possessing biochemical and mechanical properties similar to soft tissue.3 A variety of naturally derived and synthetic biomaterial scaffolds have been investigated as 3D environments for supporting stem cell growth. While synthetic scaffolds can be synthesized to have a greater range of mechanical and chemical properties and often have greater reproducibility, natural biomaterials are often composed of proteins and polysaccharides found in the extracelluar matrix and as a result contain binding sites for cell adhesion and readily support cell culture. Fibrin scaffolds, produced by polymerizing the protein fibrinogen obtained from plasma, have been widely investigated for a variety of tissue engineering applications both in vitro and in vivo 4. Such scaffolds can be modified using a variety of methods to incorporate controlled release systems for delivering therapeutic factors 5. Previous work has shown that such scaffolds can be used to successfully culture embryonic stem cells and this scaffold-based culture system can be used to screen the effects of various growth factors on the differentiation of the stem cells seeded inside 6,7.
 This protocol details the process of polymerizing fibrin scaffolds from fibrinogen solutions using the enzymatic activity of thrombin. The process takes 2 days to complete, including an overnight dialysis step for the fibrinogen solution to remove citrates that inhibit polymerization. These detailed methods rely on fibrinogen concentrations determined to be optimal for embryonic and induced pluripotent stem cell culture. Other groups have further investigated fibrin scaffolds for a wide range of cell types and applications - demonstrating the versatility of this approach 8-12.

This work details the preparation of 3D fibrin scaffolds for culturing and differentiating plutipotent stem cells. Such scaffolds can be used to screen the effects of various biological compounds on stem cell behavior as well as modified to contain drug delivery systems.

הכנת 3D הפיברין פיגומים יישומים סלולריים גזע תרבות

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with nanometer thick layers of graphene for applications as a stent material. Graphene was grown on copper substrates via chemical vapor deposition and then transferred onto nitinol substrates. In order to understand how the graphene coating could change biological response, cell viability of rat aortic endothelial cells and rat aortic smooth muscle cells was investigated. Moreover, the effect of graphene-coatings on cell adhesion and morphology was examined with fluorescent confocal microscopy. Cells were stained for actin and nuclei, and there were noticeable differences between pristine nitinol samples compared to graphene-coated samples. Total actin expression from rat aortic smooth muscle cells was found using western blot. Protein adsorption characteristics, an indicator for potential thrombogenicity, were determined for serum albumin and fibrinogen with gel electrophoresis. Moreover, the transfer of charge from fibrinogen to substrate was deduced using Raman spectroscopy. It was found that graphene coating on nitinol substrates met the functional requirements for a stent material and improved the biological response compared to uncoated nitinol. Thus, graphene-coated nitinol is a viable candidate for a stent material.

Graphene offers potential as a coating material for biomedical implants. In this study we demonstrate a method for coating nitinol alloys with nanometer thick layers of graphene and determine how graphene may influence implant response.

ציפוי גרפן עבור שתלים ביו

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

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.

עיצוב פרוטאין משי משי חומרי סגסוגת עבור יישומים ביו

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

Nanomanipulation of Single RNA Molecules by Optical Tweezers

A large portion of the human genome is transcribed but not translated. In this post genomic era, regulatory functions of RNA have been shown to be increasingly important. As RNA function often depends on its ability to adopt alternative structures, it is difficult to predict RNA three-dimensional structures directly from sequence. Single-molecule approaches show potentials to solve the problem of RNA structural polymorphism by monitoring molecular structures one molecule at a time. This work presents a method to precisely manipulate the folding and structure of single RNA molecules using optical tweezers. First, methods to synthesize molecules suitable for single-molecule mechanical work are described. Next, various calibration procedures to ensure the proper operations of the optical tweezers are discussed. Next, various experiments are explained. To demonstrate the utility of the technique, results of mechanically unfolding RNA hairpins and a single RNA kissing complex are used as evidence. In these examples, the nanomanipulation technique was used to study folding of each structural domain, including secondary and tertiary, independently. Lastly, the limitations and future applications of the method are discussed.

Optical tweezers have been used to study RNA folding by stretching individual molecules from their 5&#8217; and 3&#8217; ends. Here common procedures are described to synthesize RNA molecules for tweezing, calibration of the instrument, and methods to manipulate single molecules.

Nanomanipulation של יחיד RNA מולקולות על ידי מלקחיים אופטיים

A large portion of the human genome is transcribed but not translated. In this post genomic era, regulatory functions of RNA have been shown to be ...

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.

בודה חומרים פולימריים עבור יישומים ביו-הידרופובי

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.

המצאה של מכאני מתכוונן ויו מתכת פיגומים עבור יישומים ביו

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.

סינתזה של nanofiber קראטין מבוסס על הנדסה ביו רפואית

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

Preparation of Silicon Nanowire Field-effect Transistor for Chemical and Biosensing Applications

Surveillance using biomarkers is critical for the early detection, rapid intervention, and reduction in the incidence of diseases. In this study, we describe the preparation of polycrystalline silicon nanowire field-effect transistors (pSNWFETs) that serve as biosensing devices for biomarker detection. A protocol for chemical and biomolecular sensing by using pSNWFETs is presented. The pSNWFET device was demonstrated to be a promising transducer for real-time, label-free, and ultra-high-sensitivity biosensing applications. The source/drain channel conductivity of a pSNWFET is sensitive to changes in the environment around its silicon nanowire (SNW) surface. Thus, by immobilizing probes on the SNW surface, the pSNWFET can be used to detect various biotargets ranging from small molecules (dopamine) to macromolecules (DNA and proteins). Immobilizing a bioprobe on the SNW surface, which is a multistep procedure, is vital for determining the specificity of the biosensor. It is essential that every step of the immobilization procedure is correctly performed. We verified surface modifications by directly observing the shift in the electric properties of the pSNWFET following each modification step. Additionally, X-ray photoelectron spectroscopy was used to examine the surface composition following each modification. Finally, we demonstrated DNA sensing on the pSNWFET. This protocol provides step-by-step procedures for verifying bioprobe immobilization and subsequent DNA biosensing application.

We describe key steps for biosensing by using polysilicon nanowire field-effect transistors, including the preparation of the device and the immobilization and confirmation of a DNA molecular probe on the nanowire surface, as well as conditions for DNA sensing.

הכנת טרנזיסטור הסיליקון Nanowire שדה ותוצאה עבור יישומים כימיים biosensing

Surveillance using biomarkers is critical for the early detection, rapid intervention, and reduction in the incidence of diseases. In this study, we ...

Extraction of Plant-based Capsules for Microencapsulation Applications

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin exine capsules (SECs) are obtained when spores or pollen are processed so as to remove the internal sporoplasmic contents. The resulting hollow microcapsules exhibit a high degree of micromeritic uniformity and retain intricate microstructural features related to the particular plant species. Herein, we demonstrate a streamlined process for the production of SECs from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs. The current SEC isolation procedure has been recently optimized to significantly reduce the processing requirements which are conventionally used in SEC isolation, and to ensure the production of intact microcapsules. Natural L. clavatum spores are defatted with acetone, treated with phosphoric acid, and extensively washed to remove sporoplasmic contents. After acetone defatting, a single processing step using 85% phosphoric acid has been shown to remove all sporoplasmic contents. By limiting the acid processing time to 30 hr, it is possible to isolate clean SECs and avoid SEC fracturing, which has been shown to occur with prolonged processing time. Extensive washing with water, dilute acids, dilute bases, and solvents ensures that all sporoplasmic material and chemical residues are adequately removed. The vacuum loading technique is utilized to load a model protein (Bovine Serum Albumin) as a representative hydrophilic compound. Vacuum loading provides a simple technique to load various compounds without the need for harsh solvents or undesirable chemicals which are often required in other microencapsulation protocols. Based on these isolation and loading protocols, SECs provide a promising material for use in a diverse range of microencapsulation applications, such as, therapeutics, foods, cosmetics, and personal care products.

This protocol/manuscript describes a streamlined process for the production of sporopollenin exine capsules (SECs) from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs.

הפקת קפסולות צמחית עבור יישומי מיקרואנקפסולציה

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin ...

Two Methods for Decellularization of Plant Tissues for Tissue Engineering Applications

The autologous, synthetic, and animal-derived grafts currently used as scaffolds for tissue replacement have limitations due to low availability, poor biocompatibility, and cost. Plant tissues have favorable characteristics that make them uniquely suited for use as scaffolds, such as high surface area, excellent water transport and retention, interconnected porosity, preexisting vascular networks, and a wide range of mechanical properties. Two successful methods of plant decellularization for tissue engineering applications are described here. The first method is based on detergent baths to remove cellular matter, which is similar to previously established methods used to clear mammalian tissues. The second is a detergent-free method adapted from a protocol that isolates leaf vasculature and involves the use of a heated bleach and salt bath to clear the leaves and stems. Both methods yield scaffolds with comparable mechanical properties and low cellular metabolic impact, thus allowing the user to select the protocol which better suits their intended application.

Here we present, and contrast two protocols used to decellularize plant tissues: a detergent-based approach and a detergent-free approach. Both methods leave behind the extracellular matrix of the plant tissues used, which can then be utilized as scaffolds for tissue engineering applications.

שתי שיטות Decellularization של רקמות הצמח ליישומים הנדסת רקמות

The autologous, synthetic, and animal-derived grafts currently used as scaffolds for tissue replacement have limitations due to low availability, poor ...