Name: graphene coatings for biomedical implants
Uploaded: 2013-03-01T13:00:00
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1. Grafene rivestimento di NiTi <ol><li> I campioni di grafene utilizzati in questo studio sono stati coltivati ​​in rame (Cu) substrati usando la tecnica di deposizione chimica di vapore, e successivamente trasferiti a 4,5 mm 2 substrati NiTi. </li><li> Cu lamine (1 cm x 1 cm) sono stati posti in un forno tubolare 1 in quarzo e riscaldato a 1000 ° C in presenza di 50 sccm di H 2 e 450 sccm di Ar. </li><li> Successivo, metano (1 e 4 sccm) è stato introdotto nel forno a portate diverse per 2...

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	<li>Roy, R. K., Lee, K. -. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+applications+of+diamond-like+carbon+coatings:+A+review.">Biomedical applications of diamond-like carbon coatings: A review.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials. 83 B (1), 72-84 (2007).</li><li>Shah, A. K., Sinha, R. K., Hickok, N. J., Tuan, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+morphometric+analysis+of+human+osteoblastic+cell+adhesion+on+clinically+relevant+orthopedic+alloys.">High-resolution morphometric analysis of human osteoblastic cell adhesion on clinically relevant orthopedic alloys.</a> Bone. 24 (5), 499-506 (1999).</li><li>Huang, N., Yang, P., Leng, Y. X., Chen, J. Y., Sun, H., Wang, J., Wang, G. J., Ding, P. D., Xi, T. F., Leng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemocompatibility+of+titanium+oxide+films.">Hemocompatibility of titanium oxide films.</a> Biomaterials. 24 (13), 2177-2187 (2003).</li><li>Gutensohn, K., Beythien, C., Bau, J., Fenner, T., Grewe, P., Koester, R., Padmanaban, K., Kuehnl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+analyses+of+diamond-like+carbon+coated+stents:+Reduction+of+metal+ion+release,+platelet+activation,+and+thrombogenicity.">In vitro analyses of diamond-like carbon coated stents: Reduction of metal ion release, platelet activation, and thrombogenicity.</a> Thrombosis Research. 99 (6), 577-585 (2000).</li><li>Gillespie, W. J., Frampton, C. M. A., Henderson, R. J., Ryan, P. 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G., Field, S., Mikhalovsky, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibrinogen+adsorption+and+platelet+adhesion+to+metal+and+carbon+coatings.">Fibrinogen adsorption and platelet adhesion to metal and carbon coatings.</a> Thrombosis and Haemostasis. 92 (5), 1032-1039 (2004).</li><li>Airoldi, F., Colombo, A., Tavano, D., Stankovic, G., Klugmann, S., Paolillo, V., Bonizzoni, E., Briguori, C., Carlino, M., Montorfano, M., Liistro, F., Castelli, A., Ferrari, A., Sgura, F., Mario, C. D. i. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+diamond-like+carbon-coated+stents+versus+uncoated+stainless+steel+stents+in+coronary+artery+disease.">Comparison of diamond-like carbon-coated stents versus uncoated stainless steel stents in coronary artery disease.</a> American Journal of Cardiology. 93 (4), 474-477 (2004).</li><li>Allen, M., Myer, B., Rushton, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+and+in+vivo+investigations+into+the+biocompatibility+of+diamond-like+carbon+(DLC)+coatings+for+orthopedic+applications.">In vitro and in vivo investigations into the biocompatibility of diamond-like carbon (DLC) coatings for orthopedic applications.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 58 (3), 319-328 (2001).</li><li>Butter, R., Allen, M., Chandra, L., Lettington, A. H., Rushton, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> In-vitro Studies of DLC Coatings with Silicon Intermediate Layer. Diamond and Related Materials. 4 (5-6), 857-861 (1995).</li><li>Dearnaley, G., Arps, J. 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P., Noll, G., Leskosek, B., Meier, B., Hess, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Working+Grp+Novel+Surface,+C.,+Stent+coating+with+titanium-nitride-oxide+for+reduction+of+neointimal+hyperplasia.">Working Grp Novel Surface, C., Stent coating with titanium-nitride-oxide for reduction of neointimal hyperplasia.</a> Circulation. 104 (8), 928-933 (2001).</li><li>Zhang, F., Zheng, Z. H., Chen, Y., Liu, X. G., Chen, A. Q., Jiang, Z. 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T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heparin-coated+stent+placement+for+the+treatment+of+stenoses+in+small+coronary+arteries+of+symptomatic+patients.">Heparin-coated stent placement for the treatment of stenoses in small coronary arteries of symptomatic patients.</a> Circulation. 107 (9), 1265-1270 (2003).</li><li>Suggs, L. J., Shive, M. S., Garcia, C. A., Anderson, J. M., Mikos, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+cytotoxicity+and+in+vivo+biocompatibility+of+poly(propylene+fumarate-co-ethylene+glycol)+hydrogels.">In vitro cytotoxicity and in vivo biocompatibility of poly(propylene fumarate-co-ethylene glycol) hydrogels.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 46 (1), 22-32 (1999).</li><li>Clarotti, G., Schue, F., Sledz, J., Benaoumar, A. A., Geckeler, K. E., Orsetti, A., Paleirac, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modification+of+the+biocompatible+and+haemocompatible+properties+of+polymer+substrates+by+plasma-deposited+fluorocarbon+coatings.">Modification of the biocompatible and haemocompatible properties of polymer substrates by plasma-deposited fluorocarbon coatings.</a> Biomaterials. 13 (12), 832-840 (1992).</li><li>Gombotz, W. R., Guanghui, W., Horbett, T. A., Hoffman, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+adsorption+to+poly(ethylene+oxide)+surfaces.">Protein adsorption to poly(ethylene oxide) surfaces.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 25 (12), 1547-1562 (1991).</li><li>Ishihara, K., Fukumoto, K., Iwasaki, Y., Nakabayashi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modification+of+polysulfone+with+phospholipid+polymer+for+improvement+of+the+blood+compatibility.+Part+2.+Protein+adsorption+and+platelet+adhesion.">Modification of polysulfone with phospholipid polymer for improvement of the blood compatibility. Part 2. Protein adsorption and platelet adhesion.</a> Biomaterials. 20 (17), 1553-1559 (1999).</li><li>Jung, N., Kim, B., Crowther, A. C., Kim, N., Nuckolls, C., Brus, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Reflectivity+and+Raman+Scattering+in+Few-Layer-Thick+Graphene+Highly+Doped+by+K+and+Rb.">Optical Reflectivity and Raman Scattering in Few-Layer-Thick Graphene Highly Doped by K and Rb.</a> ACS Nano. 5 (7), 5708-5716 (2011).</li><li>Rao, A. M., Eklund, P. C., Bandow, S., Thess, A., Smalley, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+charge+transfer+in+doped+carbon+nanotube+bundles+from+Raman+scattering.">Evidence for charge transfer in doped carbon nanotube bundles from Raman scattering.</a> Nature. 388 (6639), 257-259 (1997).</li><li>Bunch, J. S., Verbridge, S. S., Alden, J. S., vander Zande, A. M., Parpia, J. M., Craighead, H. G., McEuen, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impermeable+atomic+membranes+from+graphene+sheets.">Impermeable atomic membranes from graphene sheets.</a> Nano Letters. 8 (8), 2458-2462 (2008).</li><li>Chen, S., Brown, L., Levendorf, M., Cai, W., Ju, S. -. Y., Edgeworth, J., Li, X., Magnuson, C. W., Velamakanni, A., Piner, R. D., Kang, J., Park, J., Ruoff, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidation+Resistance+of+Graphene-Coated+Cu+and+Cu/Ni+Alloy.">Oxidation Resistance of Graphene-Coated Cu and Cu/Ni Alloy.</a> Acs Nano. 5 (2), 1321-1327 (2011).</li></ol>

Biocompatibilità e citotossicità: La deposizione chimica da fase vapore (CVD) metodo ha prodotto campioni policristallini grafene riproducenti grani di cristallo Cu, come illustrato in Figura 1A. Abbiamo utilizzato la spettroscopia Raman per confermare la presenza di monostrato (strato di pochi) di grafene su 1 sccm (4 sccm) campioni (cfr. figura 1b). Chiaramente, 1 sccm (4 sccm) campioni mostrano fascia indicativa di monostrato intenso (relativamente più debole) G &#39;(str...

Negli ultimi tre decenni hanno visto la scoperta di nuovi materiali a base di terapie e dispositivi per trattamenti di malattia e la diagnostica. Nuovi materiali in lega come nitinol (NiTi) e acciaio inox sono spesso utilizzati nella produzione di impianti biomedico per le loro superiori proprietà meccaniche. 1-3, tuttavia, numerose sfide ancora a causa della citotossicità materiale esogeno, bio-e emo-compatibilità. La natura metallica di questi risultati leghe in scarsa bio-e emocompatibilità causa di lisciviazione metallo, mancanza di adesione cellulare, proliferazione, e trombosi quando entra in contatto con il sangue che scorre (ad esempio cateteri, innesti vascolari, stent vascolari, valvole cardiache artificiali ecc.). 1, 4, 5 L&#39;interazione di proteine ​​o cellule viventi con superficie dell&#39;impianto può portare a una forte risposta immunologica e la conseguente cascata di reazioni biochimiche possono compromettere la funzionalità del dispositivo. Pertanto, è pertinENT per ottenere il controllo delle interazioni tra impianti biomedici e il suo ambiente circostante biologico. Modificazione superficiale è spesso impiegato per ridurre o prevenire la risposta fisiologica avversa proveniente dal materiale di impianto. Un rivestimento di superficie ideale dovrebbe avere alta resistenza di adesione, inerzia chimica, elevata scorrevolezza e buona emo-e biocompatibilità. Precedentemente, numerosi materiali compresi carbonio tipo diamante (DLC), SiC, TiN, TiO 2 e molti materiali polimerici sono stati testati come rivestimenti impianti biocompatibili superficie. 1, 6-23 Tuttavia, questi materiali sono ancora in grado di soddisfare tutte i criteri funzionali per un rivestimento adatto superficie dell&#39;impianto. La scoperta di strato atomo di spessore di carbonio sp 2, noto come grafene, ha aperto le porte per lo sviluppo di nuovi materiali multifunzionali. Il grafene è dovrebbe essere un candidato ideale per il rivestimento di superficie implantare in quantoè chimicamente inerte, atomicamente liscia e molto resistente. In questa lettera, si indaga la fattibilità di grafene come un rivestimento di superficie per gli impianti biomedici. I nostri studi dimostrano che il grafene nitinol rivestito (Gr-NiTi) soddisfa tutti i criteri funzionali, e supporta inoltre eccellente muscolatura liscia e la crescita delle cellule endoteliali che porta alla proliferazione cellulare meglio. Troviamo anche che il siero albumina adsorbimento su Gr-NiTi è superiore fibrinogeno. È importante sottolineare che, (i) le nostre misurazioni dettagliate spettroscopiche confermato la mancanza di trasferimento di carica tra il grafene e fibrinogeno suggerendo che il rivestimento di grafene inibisce l&#39;attivazione piastrinica da parte di impianti, (ii) i rivestimenti di grafene non mostrano alcuna significativa tossicità in vitro per le linee endoteliali e muscolari lisce delle cellule che confermano loro biocompatibilità, e (iii) rivestimenti grafene sono chimicamente inerti, resistenti ed impermeabili in ambiente sangue scorre. Questi emo-e proprietà biocompatibili, con st altarength, inerzia chimica e resistenza, rendono rivestimenti grafene come rivestimento superficie ideale.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Reagente </td></tr><tr><td> Eagle modificato da Dulbecco Medio </td><td> ATCC </td><td> 30-2002 </td><td></td></tr><tr><td> Tiazolil blu tetrazolio bromuro </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M2128 </td><td></td></tr><tr><td> CellTiter 96 Una soluzione acquosa la proliferazione delle cellule del dosaggio (MTS) </td><td> Promega </td><td> G3582 </td><td></td></tr><tr><td> Dimetilsolfossido </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D8418 </td><td></td></tr><tr><td> 36,5% di formaldeide </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> F8775 </td><td></td></tr><tr><td> Triton X-100 </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> T8787 </td><td></td></tr><tr><td> Alexafluor 488 falloidina </td><td> Life Technologies </td><td> A12379 </td><td></td></tr><tr><td> Vectashield mezzo di montaggio con DAPIo </td><td> Vector Laboratories </td><td> H-1200 </td><td></td></tr><tr><td> Albumina di siero umano </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> A9511 </td><td></td></tr><tr><td> Fibrinogeno umano </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Tris / Glycine / SDS </td><td> Bio-Rad </td><td> 161-0732 </td><td></td></tr><tr><td> Gel pronta Tris-HCl Gel </td><td> Bio-Rad </td><td> 161-1158 </td><td></td></tr><tr><td> Acido acetico </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 45726 </td><td></td></tr><tr><td> SYPRO Red </td><td> Life Technologies </td><td> S-6653 </td><td></td></tr><tr><td> Proteine ​​BCA basso </td><td> Lamda Biotech </td><td> G1003 </td><td></td></tr><tr><td> Precision Plus Kaleidoscope standard Protein </td><td> Bio-Rad </td><td> 161-0375 </td><td></td></tr><tr><td> Immun-Blot PVDF membrane </td><td> Bio-Rad </td><td> 162-0177 </td><td></td></tr><tr><td> Blotting grado bloccanti non-grassi del latte secco </td><td> Bio-Rad </td><td> 170-6404XTU </td><td></td></tr><tr><td> Anti-actina anticorpo prodotto in coniglio </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> A2066 </td><td></td></tr><tr><td> BM kit chemiluminescenza Western Blotting (topo / coniglio) </td><td> Roche Applied Science </td><td> 11520709001 </td><td></td></tr><tr><td> Tampone RIPA </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> R0278 </td><td></td></tr><tr><td> NiTi (Ni 51%, 49% Ti) </td><td> Alfa-Aesar </td><td> 44953 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Attrezzatura </td></tr><tr><td> Horiba JobinYvon </td><td> Spettrometro Raman </td><td> Dilor XY 98 </td><td></td></tr><tr><td> Nikon </td><td> Microscopio confocale </td><td> Eclipse TI microscopio </td><td></td></tr&gt; <tr><td> Thermoscientific </td><td> Lettore di piastre </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Bio-Rad </td><td> Alimentazione </td><td> 164-5050 </td><td> PowerPac alimentazione di base </td></tr><tr><td> Bio-Rad </td><td> Elettroforesi cella </td><td> 165-8004 </td><td> Mini-PROTEAN tetra cella </td></tr><tr><td> Bio-Rad </td><td> Gel portacassette </td><td> 170-3931 </td><td> Mini gel cassetta porta </td></tr></tbody></table>

graphene coatings for biomedical implants

Grafene atomico liscio come un rivestimento di superficie ha il potenziale per migliorare le proprietà degli impianti. Questo viene illustrato un metodo per il rivestimento di leghe di nitinol con strati spessi nanometri di grafene per applicazioni come materiale stent. Grafene è stato coltivato su substrati di rame attraverso la deposizione di vapore chimico e quindi trasferita su substrati nitinol. Per comprendere come il rivestimento grafene potrebbe cambiare risposta biologica, vitalità cellulare delle cellule endoteliali aortiche ratto e topo cellule muscolari lisce aortiche stato studiato. Inoltre, l&#39;effetto di grafene rivestimenti su adesione cellulare e la morfologia è stato esaminato con microscopia confocale a fluorescenza. Le cellule sono state colorate per actina e nuclei, e c&#39;erano differenze notevoli tra incontaminate campioni nitinol rispetto al grafene rivestite campioni. Espressione di actina totale da ratto cellule muscolari lisce dell&#39;aorta è stato trovato con Western Blot. Proteine ​​caratteristiche di adsorbimento, un indicatore per trombogenicità potenziale, were determinata per il fibrinogeno albumina sierica e con elettroforesi su gel. Inoltre, il trasferimento di carica dal fibrinogeno al substrato è stata dedotta mediante spettroscopia Raman. Si è constatato che il rivestimento grafene nitinol substrati soddisfatto i requisiti funzionali per un materiale stent e migliorato la risposta biologica rispetto a non patinata nitinol. Così, il grafene nitinol rivestito è un valido candidato per un materiale stent.

<img src="/files/ftp_upload/50276/50276fig1.jpg" alt="Figura 1"/> . Figura 1 a) grafene policristallino CVD coltivate su Cu lamine imita i grani di metallo di cristallo (barra di scala: 10 micron). b) spettro Raman di 1 sccm (4 sccm) mostra grafene monostrato banda che indica intensa (relativamente più debole) G &#39;(strato pochi) la natura di come preparati grafene. c) immagine AFM di grafene trasferite sulle NiTi presenta una rugosità ~ 5 nm. Barra di scal...

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Graphene Coatings for Biomedical Implants

Grafene offre potenziale come materiale di rivestimento per protesi biomedicali. In questo studio si dimostra un metodo per il rivestimento di leghe in nitinol con strati di grafene nanometri di spessore e di determinare il modo in grafene possono influenzare la risposta dell&#39;impianto.

Rivestimenti grafene per impianti biomedici

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

Research

JoVE Journal

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

Sintesi simultanea di nanotubi a parete singola carbonio e del grafene in un Plasma Arc magneticamente avanzata

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

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