Este trabalho foi apoiado por uma bolsa de estudo CASE EPSRC em colaboração com Ceramisys Ltd. e também está associada com MEDE Inovação, o Centro de EPSRC para o fabrico inovadores em dispositivos médicos [número de concessão EP / K029592 / 1]. Os autores também gostaria de agradecer a Robert Burton na Universidade Sheffield Hallam para análise XRF.

<img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig1.jpg" /> Figura 1. Diagrama esquemático da preparação de mistura rápida da hidroxiapatita nanoescala bioinspirado. A solução de ácido fosfórico foi vertida na suspensão de hidróxido de cálcio. Após a suspensão assente durante a noite, a ASN foi lavada com água desionizada antes de serem secos a 60 a 80 ° C. A ASN foi, em seguida, moído num almofariz de ágata e pilão e sinterizado para investigar a estabilidade térmica do produto nHA. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> 1. Rápido Mix Produção de Nanoscale hidroxiapatita <ol><li> Preparação de soluções de cálcio e de fósforo para preparar a 5 g de hidroxiapatite em nanoescala usando uma cálcio e o fósforo razão molar de 1,67. <ol><li> Adicionar 3,705 g de hidróxido de cálcio para500 mL de água desionizada e agita-se em uma placa de agitação magnética durante 1 hora a 400 rpm. </li><li> Numa proveta separada, dissolver 3,459 g de ácido fosfórico (85%) em 250 mL de água desionizada. </li></ol></li><li> Verter a solução de fósforo no seio da suspensão de hidróxido de cálcio com agitação a uma taxa de aproximadamente 100 ml / s. Cubra copo com Parafilm (Bemis, EUA). </li><li> Deixar a suspensão a agitar durante 1 h a 400 rpm. </li><li> Leve o copo fora do prato agitador e deixa-se repousar durante a noite. </li><li> Lava-se a suspensão através de decantar o sobrenadante e adicionar 500 mL de água de s ionizada e agitação durante 1 min a 400 rpm. Repita este passo três vezes no total, com 2 h entre cada lavagem. </li><li> Deixar suspensão nHA para resolver durante a noite. </li><li> Decantar o sobrenadante límpido e colocar a suspensão nHA assente numa estufa regulada para 60 a 80 ° C. </li><li> Quando seca, coloque o nHA seca em um almofariz de ágata e pilão e moer até multa. </li><li> Colocar 2,5 g de propó nHA duzido num cadinho e de sinterização do pó de alumina a 1000 ° C durante 2 h, usando uma velocidade de rampa de 10 ° C / min. Após o tratamento térmico, a ASN deixar arrefecer no forno. </li><li> pós armazenar num exsicador de vácuo. </li></ol> 2. Caracterização do Nanoscale hidroxiapatita <ol><li> Difracção de raios-X (DRX), utilizando o modo de transmissão difractómetros <ol><li> Colocar uma pequena quantidade (isto é, menos do que 200 mL) de poli (álcool vinílico) (PVA) na película de cola de etilo e misturar-se com uma pequena quantidade (isto é, inferior a 100 mg) de nHA pó. </li><li> Tratar com uma pistola de ar quente até secar. </li><li> Montar a amostra num suporte de amostras e de carga para um dif ractómetro de raios-X de modo de transmissão com radiação Cu K α. </li><li> Use as configurações de difratometria de 40 kV e 35 mA, com uma gama 2θ de 10-70 °. </li><li> Analisar os padrões de DRX resultantes. </li><li> Use os seguintes cartões de DRX para identificação de fase: Hidroxiapatita: 9-432. beta-tricálcio fosfato: 04-014-2292. </li></ol></li><li> Microscopia eletrônica de transmissão (TEM) <ol><li> Colocar uma pequena quantidade de pó (isto é, menos do que 10 mg) num bijou e adicionar cerca de 3 mL de etanol. </li><li> amostra ultra-sonicado durante 15 - 30 minutos até obter uma suspensão homogénea é observada. </li><li> Pipetar uma pequena quantidade de solução (isto é, menos do que 1 ml) sobre uma grelha de cobre de malha 400 com filme de carbono, e deixa-se secar. </li><li> amostras de imagem em uma voltagem de aceleração de 80 kV. </li></ol></li><li> Fluorescência de raios-X (FRX) Serviço de Materiais e Instituto de Pesquisa de Engenharia (MERI) na Universidade Sheffield Hallam <ol><li> Combine 0,8 g nHA pó com 8 g de tetraborato de lítio. </li><li> Derreter mistura num cadinho de liga de platina-ouro utilizando um forno ajustado para 1200 ° C. </li><li> Analisar as amostras resultantes em um espectrómetro de FRX para determinar a composição elementaras amostras. </li></ol></li><li> Transformada de Fourier espectroscopia de infravermelho no modo de reflectância total atenuada (FTIR-ATR) <ol><li> Execute 64 buscas em segundo plano a partir de 4000 - 500 cm-1 com uma resolução de 4 cm -1. </li><li> Colocar uma pequena quantidade (isto é, inferior a 100 mg) de nHA pó na parte superior do diamante no adaptador de modo de reflectância total atenuada e comprimir sobre a superfície do diamante utilizando a tampa de rosca. </li><li> Execute 32 varreduras de 4000 - 500 cm -1 com uma resolução de 4 cm -1 com as procuras em segundo plano subtraídos dos exames de amostra. </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>

Os autores não têm nada a revelar.

Apatita natural é composto por partículas em nano-escala de hidroxiapatite carbonatada não-estequiométrica com a fórmula química aproximada de 10 Ca-xy [(HPO 4) (PO 4)] 6-x (CO 3) y (OH) 2-x. A produção de biomateriais com grande semelhança química para naturalmente mineral que ocorre foi reportado para promover respostas biológicas óptimas. Por exemplo, a investigação sobre biomimética deficiente em cálcio carbonatado nHA tem mostrado que é capaz de estimular a proliferação e a actividade da fosfatase alcalina de células preosteoblast murinos a um grau maior do que as convencionais nHA 19. Neste estudo, a precipitação de HA que mostrou decomposição térmica parcial a 1000 ° C (Figura 2) sugere a formação de um HA deficiente em cálcio. Isto foi suportado pela menor do que estequiométrica Ca: P (1,63) obtido com os dados FRX (tcapaz 1). Entende-se que uma redução de Ca: P está associada com uma estabilidade térmica mais baixa 20, 21, 22, 23. Neste método, a rápida adição da solução de ácido fosfórico rapidamente reduzido o pH da suspensão da reacção para gerar iões HPO 4. A presença de HPO 4 grupos facilitou a precipitação de cálcio deficiente HA, com a fórmula molecular: Ca10-x (HPO4) x (PO4) 6-x (OH) 2-x, em que 0 &lt;x &lt;1. A adição rápida do ácido fosfórico, por conseguinte, teve um efeito marcado sobre a cinética de precipitação da reacção. Como descrito anteriormente, envolvendo reacções de titulação de hidróxido de cálcio e ácido fosfórico levada a cabo a temperatura ambiente tendem a produzir partículas com uma elevada relação de aspecto 13. para titratioN reacções envolvendo estes reagentes, foi necessário usar uma temperatura elevada para produzir partículas com uma razão de aspecto inferior, que são mais semelhantes a apatite biológica 13. Partículas com uma elevada relação de aspecto são produzidos quando a taxa de nucleação de cristal é mais lento do que a taxa de crescimento de cristais 24. Para o novo método desenvolvido neste estudo, a rápida adição da solução de ácido fosfórico pode ter proporcionado um maior número de locais de nucleação, que resultou no aumento da presença de partículas arredondadas pequenos em oposição a poucas partículas com uma relação de aspecto maior. Como os autores não têm investigado completamente os efeitos de verter lentamente o ácido fosfórico para a suspensão de hidróxido de cálcio, a fim de alcançar resultados consistentes recomenda-se que o ácido fosfórico é vertida a uma taxa proporcional ao indicado no vídeo (aproximadamente 100 ml / s). Durante o desenvolvimento deste método, os autores investigated um número de alterações incrementais para o método de preparação nHA baseado em Prakash et ai. 13, incluindo a comparação de produtos fabricados com a titulação lenta e rápida a adição da solução de ácido fosfórico a 25. Verificou-se que a titulação lenta de ácido fosfórico para a suspensão de hidróxido de cálcio resultou em um produto com um resíduo de hidróxido de cálcio. Propomos que a alteração do pH causada pela rápida adição de ácido fosfórico encorajados a dissolução do hidróxido de cálcio e, por conseguinte, permitido para a conversão bem sucedida dos reagentes em hidroxiapatita. Uma comparação dos produtos preparados utilizando o método de mistura rápida no ambiente e temperaturas elevadas (60 ° C) verificou que uma temperatura elevada resultou numa maior condutividade após a reacção ter sido completada. Isto sugeriu que o hidróxido de cálcio residual estava presente o que foi provavelmente devido à baixa solubilidade do hidróxido de cálcio emaumento da temperatura. A presença de hidróxido de cálcio residual era indesejável como a natureza básica deste composto poderia comprometer a biocompatibilidade. FTIR detectou a atividade de grupo hidroxila e fosfato, característica associada com HA (Figura 3). Notou-se que o espectro para o produto sinterizado mostrou picos mais nítidas fosfato e hidroxilo. Essas mudanças têm sido associados a uma maior cristalinidade do produto 26, 27 .O espectro não sinterizado fornecido evidências para a substituição de carbonato de tipo B, onde iões de carbonato foram substituídos por grupos de fosfato. Isto está em contraste com uma substituição de tipo onde iões de carbonato podem ser substituídas por grupos hidroxilo 17. Tem sido relatado que a substituição de tipo B carbonato de apatite biológica ocorre em três. No entanto, Tampieri et ai. relataram que, embora do tipo B substituição foi predominant nos ossos jovens, do tipo A substituição de carbonato estava cada vez mais presentes em ossos de indivíduos mais velhos 28. a substituição de carbonato foi encontrado para diminuir a cristalinidade e estabilidade térmica do nHA aumentando simultaneamente a sua solubilidade. Estas alterações têm sido propostos para contribuir para o aumento da bioactividade de carbonato-substituído HA 29. HA biológica também é conhecido por conter algum dos outros elementos gravados na análise de XRF (Tabela 1), tais como o magnésio, de sódio e de estrôncio 30. A presença destes elementos pode também contribuir para o aumento da eficácia biológica. O trabalho futuro deve ser dirigido para a preparação destes apatitas nanoescala substituído, e também produtos com maior biofuncionalidade como dopado com prata nHA 31. A fim de preparar nHA substituído, o elemento pode ser introduzido com uma redução correspondente do elemento destinado a Substitute para, por exemplo, uma redução na quantidade do composto de cálcio quando estrôncio, magnésio ou zinco substituição é tentada 32. Em alternativa, uma outra abordagem pode ser adicionar elementos com a intenção de proporcionar iões dopados &#39;&#39;, que estão presentes na superfície da nHA sem, necessariamente, com a intenção de substituir o elemento de na rede cristalina HA 31. Por estas modificações para o método, é possível preparar soluções mistas, tais como hidróxido de cálcio e nitrato de prata, e para levar a cabo a reacção do mesmo modo tal como descrito aqui. Em conclusão, este trabalho apresenta um método rápido e substancialmente melhorado novo para a preparação de nHA bioinspirado. Por este método, a mistura rápida dos produtos químicos leva menos que 5 segundos, o que é uma diminuição acentuada no tempo em comparação com titulações de reacções que requerem tipicamente hora de monitorização cuidadosa. Ele tem um grande potencial para uso em biomatdesenvolvimento erial devido à sua relativa simplicidade e baixo custo em comparação com os métodos de fabrico actualmente utilizadas industriais Nha onde a complexidade inerente aos atuais resultados sistemas comerciais em tempos de pesquisa e desenvolvimento longos, e aumentou substancialmente os custos de fabricação. Em particular, este novo método é superior aos processos de fluxo contínuo ou técnicas hidrotermais devido à significativamente mais baixos requisitos de investimento em equipamentos start-up.

Há uma grande necessidade clínica de biomateriais avançados com funcionalidade melhorada, a fim de melhorar a qualidade de vida dos pacientes e para reduzir a carga de cuidados de saúde de uma população global de envelhecimento. A hidroxiapatite tem sido amplamente usados ​​em aplicações médicas, durante muitos anos devido à sua boa biocompatibilidade. Recentemente, tem havido um interesse crescente no uso de hidroxiapatita em nanoescala (NHA), particularmente para a regeneração do tecido mineralizado em medicina e odontologia. O mineral encontrado no esmalte dos dentes e do osso é substituído multi-deficiente em cálcio, hidroxiapatite nanoescala. As estimativas para o tamanho de plaquetas Nha biológicos relatam dimensões de 50 nm x 30 nm x 2 nm 1, com estruturas ainda menores descritos no osso imaturo 2. Em contraste, o mineral no esmalte dos dentes é de 10 a 100 vezes maior do que a encontrada no tecido ósseo, tanto em comprimento e largura de 3, 4. nHA sintética<html> pode ser melhor denominadas bioinspirado em vez de biomimética, como estamos buscando traduzir observações sobre as características dos materiais naturais em tecnologias médicas com melhor desempenho. Tem sido sugerido que bioinspirado nHA pode ser mais favorável em aplicações ósseas e dente de regeneração de tecidos, devido à sua semelhança com o que ocorre naturalmente mineral 5. Existem vários métodos que têm sido notificados para preparar nHA incluindo hidrotermal 6, spray-dry 7 e sol-gel 8 técnicas. Destes, o método de precipitação molhado é considerado um método relativamente conveniente para a produção de nHA. A ASN métodos de precipitação molhada publicadas geralmente incluem um passo de titulação quando a mistura de cálcio e fósforo precursores químicos 9, 10, 11,Ref &quot;&gt; 12, 13, 14. No entanto, estas abordagens estão associados com uma série de desvantagens, incluindo processos morosos e complexos combinados em alguns casos, com a necessidade de equipamento caro. A produção comercial pode ser ainda mais complexas, com patentes descrevendo reactores sofisticados para fabrico de grau médico de alta qualidade nHA 15. Apesar disso, a reacção de neutralização entre o hidróxido de cálcio e o ácido fosfórico é vantajoso, devido à falta de químicos nocivos subprodutos. A relação entre as condições de processamento e a morfologia do produto nHA foi reportado para reacções de titulação lenta. Especificamente, para os métodos de titulação envolvendo hidróxido de cálcio e ácido fosfórico, apareceu uma temperatura elevada para favorecer a preparação de partículas com uma baixa relação de aspecto 13. Este trabalho foi estendido consideravelmente por Genazulejo et ai. 16 demonstrou que a relação entre a temperatura e outras condições de processamento sobre a qualidade dos produtos NHA a partir de uma grande variedade de métodos. Ele conclui que o método de precipitação química húmida de 13 Prakash feita produtos de alta qualidade, mas deve notar-se que os resultados eram dependentes de processos tecnicamente difíceis e lentos / mistura. O passo inicial de titulação Prakash leva mais de uma hora. No entanto, os tempos de titulação mais longos podem ser necessários para os lotes maiores de ser preparado. Para resumir, enquanto a influência de vários factores incluindo a temperatura agora têm sido estudadas extensivamente, quase nenhuma atenção tem sido dirigida para reduzir a complexidade e o tempo necessário para realizar os métodos de titulação à base associada. O objectivo deste estudo era, por conseguinte, para investigar os efeitos da aplicação de uma abordagem de mistura rápida para o fabrico de um nHA bioinspirado, e totalmente caracterize os materiais resultantes. Se bem sucedida, uma abordagem de mistura rápida simplificado teria grandes benefícios para os pesquisadores do laboratório e da indústria onde os custos de produção poderiam ser substancialmente reduzidos sem comprometer a qualidade.

<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

A hidroxiapatite (HA) tem sido amplamente utilizado como uma cerâmica médica devido à sua boa biocompatibilidade e osteocondutividade. Recentemente, tem havido interesse em relação ao uso da hidroxiapatita nanoescala bioinspirado (NHA). No entanto, apatite biológica é conhecido por ser deficiente em cálcio e com uma morfologia semelhante a plaquetas nanoescala substituído carbonato-. Bioinspirado nHA tem o potencial de estimular óptima regeneração do tecido ósseo devido à sua semelhança com ossos e dentes esmalte mineral. Muitos dos métodos actualmente utilizados para fabricar nHA tanto no laboratório e comercialmente, envolver processos morosos e equipamento complexo. Portanto, o objetivo deste estudo foi desenvolver um método rápido e confiável para preparar alta qualidade bioinspirado nHA. O método de mistura rápida desenvolvido baseou-se uma reacção ácido-base que envolve o hidróxido de cálcio e ácido fosfórico. Resumidamente, uma solução de ácido fosfórico foi vertida para uma solução de hidróxido de cálcio, seguido por agitação e lavagemfases de secagem. Uma parte do lote foi sinterizado a 1000 ° C durante 2 h, a fim de investigar a estabilidade elevada temperatura dos produtos. análise de difracção de raios X mostrou a formação bem sucedida de HA, que mostrou decomposição térmica de p-fosfato tricálcico após o processamento a alta temperatura, o que é típico para HA deficiente em cálcio. Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier revelou a presença de grupos carbonato no produto precipitado. As partículas NHA tinha uma baixa relação de aspecto, com as dimensões aproximadas de 50 x 30 nm, próximas das dimensões da apatite biológica. O material também foi deficiente de cálcio com uma relação Ca: P de 1,63 molar, que como apatite biológica é mais baixa do que a razão estequiométrica de HA 1,67. Este novo método é assim um processo seguro e mais conveniente para o fabrico de nHA bioinspirado, superando a necessidade de titulações longas e equipamento complexo. O produto de HA bioinspirado resultante é adequado para utilização numa vasta variedade deaplicações médicas e de consumo de saúde.

<html> Padrs de XRD (Figura 2) mostrou a precipitação de uma fase de HA puro com picos largos, indicando um relativamente pequeno tamanho de cristalito e / ou a natureza amorfa. Após sinterização a alta temperatura, foi detectado fosfato β-tricálcico (β-TCP), ao lado de uma fase principal de HA. A nitidez dos picos de difracção, ou seja, uma redução no total meia largura máxima, indicou um aumento na dimensão dos cristalitos após a sinterização. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig2.jpg" /> Figura 2. Análise de fase de cristal de produtos. difracção de raios-X (DRX) do pó não sinterizado padrões de hidroxiapatite nanoescala (NHA) e nHA pó sinterizados a 1000 ° C durante 2 h. etiquetas de pico: ▼ picos de hidroxiapatita, ■ picos de fosfato β-tricálcio.ge.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. FTIR-ATR espectros (Figura 3) confirmou a formação de uma fase de HA por o fosfato de característica e bandas de hidroxilo 17, 18. Em detalhe as bandas foram distribuídos da seguinte forma: 3.750 cm-1 (OH - esticar ν OH); 1.086 e 1.022 cm-1 (PO 4 3- v 3); 962 cm-1 (PO 4 3-) vmax 1; 630 cm -1 (OH - libration δ OH); 600 e 570 cm-1 (PO 4 3- ν 4). Na amostra não sinterizado os picos adicionais foram distribuídos da seguinte forma: pico largo centrado em torno de 3.400 cm-1 (moléculas de água absorvida); 1.455 e 1.410 cm-1 (CO 3 2- v 3); 880 cm <sup&gt; -1 (CO 3 2- ν 2). Os grupos de água e carbonato absorvidos observadas no pó não sinterizado foram removidas durante a fase de sinterização a alta temperatura. O processo de sinterização também aguçou as bandas hidroxila e fosfato que se manifestou por um pico superior à calha distância. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig3.jpg" /> Figura 3. Os espectros de infravermelhos dos produtos. Transformada de Fourier de infravermelhos em espectros de reflectância total atenuada modo (FTIR-ATR) de pó não sinterizado nanoescala hidroxiapatite (NHA) e nHA pó sinterizados a 1000 ° C durante 2 h. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> Imagens de TEM (Figura 4) mostrou a formação de partículas em escala nano with dimensões aproximadas de 50 nm por 30 nm. As partículas tinham uma relação de aspecto baixa (comprimento de partículas / largura das partículas) de cerca de 1,7. O tamanho e forma dos produtos em nano-escala eram de dimensões semelhantes a apatite biológica 1. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig4.jpg" /> Figura 4. morfologia Nanoscale do produto. microfotografias electrónicas de transmissão (TEM) de nanoescala hidroxiapatite (NHA) preparado utilizando o método de mistura rápida em duas ampliações. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> A análise química quantitativa do pó nHA por FRX (tabela 1) permitiu a razão cálcio: fósforo para ser calculada como 1,63, o que é ligeiramente inferior à estequiométrica de HA which tem uma razão cálcio: fósforo de 1,67. FRX também mostrou a elevada pureza do produto nHA com apenas quantidades vestigiais de outros elementos gravados. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Composto </td><td> peso% </td></tr><tr><td> CaO </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> Na2O </td><td> 0,13 </td></tr><tr><td> Y 2 O 3 </td><td> 0,07 </td></tr><tr><td> Al 2 O 3 </td><td> 0,03 </td></tr><tr><td> SiO2 </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> TiO2 </td><td> 0,01 </td></tr></tbody></table>Tabela 1. análise química quantitativa de produto. fluorescência de raios X (XRF) os resultados para o pó não sinterizado nHA apresentaram&gt; 99% de pureza, em peso.

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

Este artigo descreve um novo método para a rápida produção de alta qualidade hidroxiapatita nanoescala bioinspirado. Este biomaterial é de grande importância na fabricação de uma ampla variedade de dispositivos médicos inovadores para aplicações clínicas em ortopedia, cirurgia craniofacial e dentária.

Rápido Mix Preparação de Bioinspirada Nanoscale hidroxiapatita para aplicações biomédicas

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 visualizações.  University of Sheffield.  Este artigo descreve um novo método para a rápida produção de alta qualidade hidroxiapatita nanoescala bioinspirado. Este biomaterial é de grande importância na fabricação de uma ampla variedade de dispositivos médicos inovadores para aplicações clínicas em ortopedia, cirurgia craniofacial e dentária. 

Vídeo: 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.

Preparação de fibrina Andaimes 3D para aplicações de cultura de células-tronco

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 ...

Bioengenharia

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.

Revestimentos de grafeno para implantes biomédicos

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.

Projetando proteína de seda-seda liga Materiais para aplicações biomédicas

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.

NANOmanipulação de Solteiro RNA Moléculas por pinça óptica

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.

Fabricação de super-hidrofóbicas Materiais Poliméricos para aplicações biomédicas

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.

Fabricação de Mecanicamente Tunable e Bioativos metal andaimes para aplicações biomédicas

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.

Síntese de nanofibras baseado em queratina de Engenharia Biomédica

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.

Preparação de Silicon Nanowire transistor de efeito de campo para aplicações químicas e Biossensoriais

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.

Cápsulas à base de plantas de extração de para aplicações de microencapsulação

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.

Dois métodos para Decellularization de tecidos vegetais para aplicações de engenharia de tecidos

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