Kemik Doku Mühendisliğinde Potansiyel Kullanım için Grafen-Hidroksiapatit Nanokompozitlerin Sentezi

Özet

Grafen nanoşeritlerin ve hidroksiapatit nanopartiküllerinin yeni nanokompozitleri çözelti-faz sentezi kullanılarak hazırlandı. Bu melezler biyoaktif iskelelerde kullanıldığında doku mühendisliği ve kemik rejenerasyonunda potansiyel uygulamalar sergileyebilir.

Özet

Kemik dokusu mühendisliği için yeni malzemeler geliştirmek, nanotıbbın en önemli itme alanlarından biridir. Hücre yapışmasını, çoğalmasını ve osteogenezini kolaylaştırmak için hidroksiapatit ile çeşitli nanokompozitler üretilmiştir. Bu çalışmada, hibrid nanokompozitler, biyoaktif iskelelerde kullanıldığında potansiyel olarak kemik dokusu rejenerasyonunu artırabilecek grafen nanoşeritler (GNR'ler) ve hidroksiapatit nanopartikülleri (nHAP'lar) kullanılarak başarıyla geliştirilmiştir. Bu nanoyapılar biyouyumlu olabilir. Burada roman materyallerinin hazırlanmasında iki yaklaşım kullanılmıştır. Bir yaklaşımda, nHAP'ın sentezlendiği ve aynı anda GNR'lere konjuge edildiği bir birlikte işlevselleştirme stratejisi kullanıldı, bu da GNR yüzeylerinde nHAP'ın nanohibritleriyle sonuçlandı (nHAP / GNR olarak belirtildi). Yüksek çözünürlüklü iletim elektron mikroskobu (HRTEM), nHAP / GNR kompozitinin, iğne benzeri nHAP'ın (40-50 nm uzunluğunda) ayrık yamaları (150-250 nm) ile GNR'lerin ince, ince yapılarından (maksimum uzunluk 1.8 μm) oluştuğunu doğruladı. Diğer yaklaşımda, ticari olarak temin edilebilen nHAP, GNR kaplı nHAP (GNR / nHAP olarak belirtilir) oluşturan GNR'lerle konjuge edildi (yani, nHAP / GNR nanohibritine göre zıt bir yönelimle). İkinci yöntem kullanılarak oluşturulan nanohibrit, yüzeyde bir GNR ağı ile kaplı 50 nm ila 70 nm arasında değişen bir çapa sahip nHAP nanosferleri sergiledi. Enerji dağıtıcı spektrumlar, elemental haritalama ve Fourier dönüşüm kızılötesi (FTIR) spektrumları, nHAP ve GNR'lerin her iki nanohibritte de başarılı entegrasyonunu doğruladı. Termogravimetrik analiz (TGA), GNR'lerin varlığından dolayı yüksek ısıtma sıcaklıklarındaki kaybın GNR / nHAP ve nHAP / GNR için sırasıyla% 0.5 ve% 0.98 olduğunu göstermiştir. Zıt yönelimlere sahip nHAP-GNR nanohibritleri, kemik dokusu mühendisliği uygulamalarını geliştirmek için hücresel fonksiyonları potansiyel olarak teşvik etmek için biyoaktif iskelelerde kullanılmak üzere önemli malzemeleri temsil eder.

Giriş

Grafen, sp-hibridize karbondan oluşan tabaka benzeri iki boyutlu yapılara sahiptir. Diğer bazı allotroplar, grafenin genişletilmiş petek ağına bağlanabilir (örneğin, grafen tabakalarının istiflenmesi, aynı malzemeyi yuvarlarken 3D grafit oluştururken, 1D nanotüplerin oluşumuna neden olur¹). Aynı şekilde,^2'nin sarılması nedeniyle 0D fullerenler oluşur. Grafen, ambipolar alan etkisi ve oda sıcaklığında kuantum Hall etkisi içeren çekici fizikokimyasal ve optoelektronik özelliklere sahiptir ^3,4. Tek moleküllü adsorpsiyon olaylarının tespiti ve son derece yüksek taşıy....

Protokol

1. Yağış ile nHAP sentezi

1. 1 M Ca(NO₃)2∙4H ₂ O ve 0.67 M (NH_{4) H 2PO 4}içeren reaksiyon karışımının 50 mL'sini kullanarak bozulmamış nHAP'ı sentezleyin_, ardından 10¹⁸ civarında bir pH elde etmek için NH₄OH'nin (% 25) damla eklenmesiyle sentezleyin.
2. Bundan sonra, reaksiyon karışımını 30 dakika (500 W güç ve 20 kHz ultrason frekansı) ultrason ışınlaması (UI) ile çalkalayın.
3. Elde edilen çözeltinin, nHAP'ın beyaz çökeltisi yerleşene kadar oda sıcaklığında 120 saat olgunlaşmasına izin verin. nHAP'ı oda sıcaklığında 5 dakika b....

Sonuçlar

HRTEM analizi
Bireysel olarak, GNR'ler, Şekil 2'de gözlemlendiği gibi belirli bir mesafede bazı kıvrımlara sahip ince bambu benzeri yapılardı. En uzun GNR 1.841 μm iken, en küçük bükülmüş GNR 497 nm idi. Nanoribbonlar genellikle birçok yerde sarmal konfigürasyonlar oluşturmak için bükülmeye atfedilebilecek genişlikte gözle görülür bir varyasyon gösterdi. GNR'lerin bu tür tek yönlü hizalaması, manyetik özellikler, iletkenlik veya ısı taş.......

Tartışmalar

Ortopedik implantlar ve fiksasyon aksesuarları olarak çeşitli metaller, polimerler, seramikler ve bunların kombinasyonları araştırılmasına rağmen, HAP, kemiğin kendisine kimyasal benzerliği ve bunun sonucunda yüksek sitouyumluluk^20,21,22 nedeniyle en çok tercih edilen malzemelerden biri olarak kabul ^{edilmektedir.} Bu çalışmada, HAP'ın oryantasyonu, osteogenez, osseointegrasyon ve osteoiletkenliğin teşviki gibi.......

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ammonium phosphate monobasic	Sigma-Aldrich	216003-100G	Synthesis
Calcium nitrate tetrahydrate	Sigma-Aldrich	237124	Synthesis
Centrifuge	Hettich	EBA 200S	Recovery
Fourier transform infrared spectrometer	Brucker	Vertex 70	Characterization
Graphene nanoribbon	Sigma-Aldrich	922714	Synthesis
High resolution transmission electron microscope	Thermo Fisher Scientific	Themis Titan 300	Characterization
Magnetic stirrer	IKA	C-MAG HS7 S68	Functionalization
Micropipettes	TreffLab	06H35687	Reagent preparation
pH meter	Eutech pH5+	ECPH503PLUSK	Reagent preparation
Thermogravimetric analyzer	TA Instruments	SDT Q600	Characterization
Ultrasonic bath	Bandelin	DT100	Functionalization
Universal Oven	Memmert	UF55	Functionalization
Weighing balance	Precisa	XB220A	Reagent preparation
X-ray diffractometer	Brucker	D8-Advanced	Characterization