Name: rapid mix preparation of bioinspired nanoscale hydroxyapatite for biomedical applications
Uploaded: 2017-02-23T15:00:00
Duration: 5 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af en EPSRC CASE studentship i samarbejde med Ceramisys Ltd. og er også forbundet med Mede Innovation, EPSRC Center for Innovative Manufacturing i medicinsk udstyr [tilskud nummer EP / K029592 / 1]. Forfatterne vil også gerne takke Robert Burton på Sheffield Hallam University for XRF analyse.

<img alt="figur 1" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig1.jpg" /> Figur 1. Skematisk diagram af hurtige mix forberedelse af bioinspirerede nanoskala hydroxyapatit. Phosphorsyreoploesning blev hældt i calciumhydroxid suspension. Efter suspensionen fast natten over blev NHA vasket med deioniseret vand, før det tørres ved 60 til 80 ° C. Den NHA blev derefter formalet i en agatmorter og pistil og sintret at undersøge den termiske stabilitet NHA produkt. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig1large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> 1. Hurtig Mix Produktion af Nanoscale hydroxyapatit <ol><li> Fremstilling af calcium og fosfor løsninger til fremstilling 5 g nanoskala hydroxyapatit under anvendelse af en calcium til fosfor molforhold på 1,67. <ol><li> Tilføj 3,705 g calciumhydroxid til500 ml deioniseret vand og omrør på en magnetomrører plade i 1 time ved 400 rpm. </li><li> I et separat bægerglas opløses 3,459 g phosphorsyre (85%) i 250 ml deioniseret vand. </li></ol></li><li> Hæld fosfor opløsningen til den omrørte calciumhydroxid suspension med en hastighed på ca. 100 ml / s. Dæk bæger med Parafilm (Bemis, USA). </li><li> Lad suspensionen omrøre i 1 time ved 400 rpm. </li><li> Tag bægeret fra omrøreren pladen og lad det sig natten over. </li><li> Vask suspensionen ved at hælde supernatanten og tilsætning 500 ml deioniseret vand og omrøring i 1 min ved 400 rpm. Gentag dette trin tre gange i alt, med 2 h mellem hver vask. </li><li> Lad Nha suspension at bosætte natten over. </li><li> Hæld den klare supernatant og placer bosatte Nha suspension i en tørreovn indstillet ved 60 til 80 ° C. </li><li> Når tør, placere tørrede Nha ind i en agat morter og støder og male indtil fint. </li><li> Placer 2,5 g proproduceret NHA pulver i en aluminiumoxiddigel og sinter pulver ved 1.000 ° C i 2 timer under anvendelse af en rampe på 10 ° C / min. Efter varmebehandlingen, forlader Nha til afkøling i ovnen. </li><li> Opbevar pulver i et vakuum ekssikkator. </li></ol> 2. Karakterisering af Nanoscale hydroxyapatit <ol><li> Røntgendiffraktion (XRD) ved anvendelse transmission tilstand diffraktometre <ol><li> Placer en lille mængde (dvs. mindre end 200 uL) poly (vinylalkohol) (PVA) lim på acetat film og blandes med en lille mængde (dvs. mindre end 100 mg) NHA pulver. </li><li> Der behandles med en varmluftpistol indtil tørhed. </li><li> Montere prøven i en prøveholder og belastning på en transmissionsfunktion røntgendiffraktometer med Cu K α-stråling. </li><li> Brug diffraktometer indstillingerne for 40 kV og 35 mA med en 2θ række 10-70 °. </li><li> Analyser de resulterende XRD mønstre. </li><li> Brug følgende XRD kort til fase identifikation: Hydroxyapatit: 9-432. p-tricalciumphosphat: 04-014-2292. </li></ol></li><li> Transmissionselektronmikroskopi (TEM) <ol><li> Placer en lille mængde pulver (dvs. mindre end 10 mg) i en bijou og tilsæt ca. 3 ml ethanol. </li><li> Ultra-soniker prøve i 15 - 30 minutter, indtil en homogen suspension observeres. </li><li> Afpipetteres en lille mængde af opløsning (dvs. mindre end 1 ml) på en 400 mesh kobber gitter med carbonfilm, og lad det tørre. </li><li> prøver Billede på en accelererende spænding på 80 kV. </li></ol></li><li> X-ray fluorescens (XRF) service af Materialer og Engineering Research Institute (MERI) på Sheffield Hallam University <ol><li> Kombiner 0,8 g nha pulver med 8 g lithium tetraborat. </li><li> Smelt blandingen i en platin-guld-legering digel benyttes en ovn indstillet til 1200 ° C. </li><li> Analyser resulterende prøver i et XRF-spektrometer til bestemmelse af grundstofsammensætningen afprøverne. </li></ol></li><li> Fourier-transformation infrarød spektroskopi i attenueret total reflektans mode (FTIR-ATR) <ol><li> Udfør 64 baggrundsscanninger fra 4.000 - 500 cm-1 med en opløsning på 4 cm -1. </li><li> Placer en lille mængde (dvs. mindre end 100 mg) NHA pulver på toppen af diamant i den svækkede totalreflektans tilstand adapter og komprimere på overfladen af diamant ved hjælp af skruen top. </li><li> Udfør 32 scanninger fra 4.000 - 500 cm-1 med en opløsning på 4 cm-1 med baggrundsscanninger trækkes fra prøven scanninger. </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>

Forfatterne har intet at afsløre.

Naturlige apatit er sammensat af nanoskala partikler af ikke-støkiometrisk kulsyreholdige hydroxyapatit med den omtrentlige kemiske formel for Ca 10-xy [(HPO 4) (PO4)] 6-x (CO 3) y (OH) 2-x. Produktionen af ​​biomaterialer med nær kemisk lighed med naturligt forekommende mineral er blevet rapporteret at fremme optimale biologiske reaktioner. For eksempel er forskning i biomimetiske calcium-deficient kulsyreholdige NHA vist det er i stand til at stimulere proliferation og den alkaliske phosphataseaktivitet af murine preosteoblast celler i højere grad end konventionel NHA 19. I denne undersøgelse udfældningen af HA, som udviste delvis termisk nedbrydning ved 1.000 ° C (figur 2) foreslog dannelsen af en calcium-deficient HA. Dette blev støttet af den lavere end støkiometriske Ca: P-forhold (1,63) opnået med XRF data (Tstand 1). Det forstås, at et reduceret Ca: P-forholdet er forbundet med en lavere termisk stabilitet 20, 21, 22, 23. I denne fremgangsmåde den hurtige tilsætning af phosphorsyreopløsning hurtigt sænket pH af reaktionsblandingen suspensionen til dannelse HPO 4 ioner. Tilstedeværelsen af HPO 4 grupper lettet udfældning af calcium deficient HA, med den molekylære formel: Ca 10-x (HPO 4) x (PO 4) 6-x (OH) 2-x, hvor 0 &lt;x &lt;1. Den hurtige tilsætning af phosphorsyre derfor haft en markant virkning på udfældning reaktionskinetikken. Som tidligere beskrevet titrering reaktioner, der involverer calciumhydroxid og phosphorsyre udført ved stuetemperatur tendens til dannelse af partikler med en høj formatforhold 13. For titration reaktioner, der involverer disse reaktanter, var det nødvendigt at anvende en forhøjet temperatur til frembringelse af partikler med en lavere formatforhold, som er mere ligner biologisk apatit 13. Højdimensionsforhold partikler frembringes, når krystal nukleationshastighed er langsommere end den krystalvæksthastighed 24. For den nye metode udviklet i denne undersøgelse, kan den hurtige tilsætning af phosphorsyreoploesning har givet et større antal nukleeringssteder, som resulterede i den forøgede tilstedeværelse af små afrundede partikler i modsætning til færre partikler med en større formatforhold. Som forfatterne ikke fuldt ud har undersøgt virkningerne af langsomt hælde phosphorsyren i calciumhydroxid suspension, for at opnå ensartede resultater anbefales det, at phosphorsyren hældes ved en hastighed svarer til det, der er vist i videoen (ca. 100 ml / s). Under udviklingen af ​​denne metode, forfatterne investigated en række trinvise ændringer i Nha forberedelse metode baseret på Prakash et al. 13 herunder sammenligning af produkter fremstillet med den langsomme titrering og hurtig tilsætning af phosphorsyreopløsning 25. Det blev konstateret, at den langsomme titrering af phosphorsyre i calciumhydroxid suspension resulterede i et produkt med en calciumhydroxid-rest. Vi foreslår, at pH-ændring som følge af den hurtige tilsætning af phosphorsyre tilskyndes opløsningen af ​​calciumhydroxid og derfor tillades for en vellykket omdannelse af reaktanterne i hydroxyapatit. En sammenligning af produkter fremstillet under anvendelse af hurtig blanding metoden ved stuetemperatur og forhøjede temperaturer (60 ° C), at en forhøjet temperatur resulterede i et højere ledningsevne efter reaktionen var fuldført. Dette antydede, at resterende calciumhydroxid var til stede som var sandsynligvis på grund af den lavere opløselighed af calciumhydroxid påøgede temperaturer. Tilstedeværelsen af ​​resterende calciumhydroxid var uønsket, da den grundlæggende natur af denne forbindelse kunne kompromittere biokompatibilitet. FTIR opdaget den karakteristiske fosfat og hydroxylgruppen aktivitet forbundet med HA (figur 3). Det blev bemærket, at spektret for det sintrede produkt viste skarpere fosfat og hydroxyl toppe. Disse ændringer har været forbundet med en større produkt krystallinitet 26, 27 .Den usintrede spektrum fremlagt beviser for B-typen carbonatsubstitution hvor carbonationer har erstattet fosfat grupper. Dette er i modsætning til A-type substitution, hvor carbonationer kan erstatte hydroxylgrupper 17. Det er blevet rapporteret, at der opstår B-typen carbonatsubstitution i biologisk apatit 3. Imidlertid TAMPIERI et al. rapporterede, at mens B-typen substitution var predominant i unge knogler, A-type carbonatsubstitution var mere og mere til stede i knogler af ældre personer 28. Carbonatsubstitution har vist sig at nedsætte krystalliniteten og termiske stabilitet af NHA samtidig øge dens opløselighed. Der er blevet foreslået disse ændringer for at bidrage til den øgede bioaktiviteten af carbonat-substitueret HA 29. Biologisk HA er også kendt for at indeholde visse af de andre elementer, der er optaget i XRF-analyse (Tabel 1), såsom magnesium, natrium og strontium 30. Tilstedeværelsen af ​​disse elementer kan også bidrage til forøget biologisk virkningsfuldhed. Det fremtidige arbejde bør rettes mod udarbejdelsen af disse nanoskala erstattet apatiter, og også produkter med øget biofunctionality såsom sølv-doteret NHA 31. For at forberede substitueret NHA, kan elementet indføres med tilsvarende reduktion af den tilsigtede element til substitute for, fx en reduktion i mængden af calciumforbindelsen når strontium, magnesium eller zink substitution forsøges 32. Alternativt kan en anden fremgangsmåde være at tilføje elementer med det formål at tilvejebringe &quot;doterede&quot; ioner, som er til stede på overfladen af NHA uden nødvendigvis til hensigt at erstatte elementet ind i HA krystalgitteret 31. For disse modifikationer af metoden er det muligt at fremstille blandede opløsninger såsom calciumhydroxid og sølvnitrat, og at udføre reaktionen på samme måde som beskrevet her. Afslutningsvis dette papir rapporterer en hidtil ukendt hurtig og i det væsentlige forbedret fremgangsmåde til fremstilling af bioinspirerede NHA. Til denne fremgangsmåde hurtig blanding af kemikalierne tager mindre end 5 sekunder, hvilket er en markant reduktion i tid i forhold til titreringer reaktioner typisk kræver timers omhyggelig overvågning. Det har et stort potentiale til brug i Biomaterial udvikling på grund af sin relative enkelhed og lave omkostninger i forhold til tiden anvendte industrielle Nha fremstillingsmetoder, hvor den iboende kompleksitet i de nuværende kommercielle systemer resulterer i langvarige forskning og udvikling gange, og væsentligt forøgede produktionsomkostninger. Især denne nye metode er overlegen i forhold til kontinuerlige flow processer eller hydrotermiske teknikker skyldes væsentligt lavere opstart udstyr investeringsbehov.

Der er et stort klinisk behov for avancerede biomaterialer med forbedret funktionalitet for at forbedre livskvaliteten for patienterne og reducere sundhedspleje byrde af en global aldrende befolkning. Hydroxyapatit har været meget anvendt i medicinske anvendelser i mange år på grund af sin gode biokompatibilitet. For nylig har der været en øget interesse for brugen af ​​nanoskala hydroxyapatit (NHA), især for mineraliseret væv regenerering i medicin og tandpleje. Mineralet findes i knogler og tandemaljen er calcium-mangel, multi-substituerede, nanoskala hydroxyapatit. Skøn for størrelsen af biologiske Nha blodplader rapporterer dimensioner på 50 nm x 30 nm x 2 nm 1, med endnu mindre strukturer, der er beskrevet i umodne knogle 2. Contrastingly, mineralet i tandemaljen er 10 til 100 gange større end den, der findes i knoglevæv i både længde og bredde 3, 4. Syntetisk NHA<html> måske bedre betegnet bioinspirerede snarere end biomimetiske, som vi søger at oversætte bemærkninger om de særlige kendetegn ved naturmaterialer i medicinske teknologier med forbedret ydeevne. Det er blevet foreslået, at bioinspirerede NHA gunstigere i knogle- og tandvæv restitution applikationer på grund af dets lighed med naturligt forekommende mineral 5. Der er forskellige metoder, som er blevet rapporteret til at forberede Nha herunder hydrotermisk 6, spray-tør 7 og sol-gel 8 teknikker. Af disse er den våde nedbør metode betragtes som en relativt bekvem fremgangsmåde til fremstilling af NHA. De offentliggjorte Nha våde nedbør metoder omfatter generelt en titrering skridt, når blande calcium og fosfor kemiske prækursorer 9, 10, 11,ref &quot;&gt; 12, 13, 14. Men disse fremgangsmåder er forbundet med en række ulemper, herunder lange og komplekse processer kombineret i nogle tilfælde med behovet for dyrt udstyr. Kommerciel produktion kan være endnu mere kompleks, med patenter beskriver sofistikerede reaktorer for fremstilling af høj kvalitet medicinsk kvalitet nha 15. trods dette neutralisering reaktion mellem calciumhydroxid og phosphorsyre er fordelagtig på grund af manglen af skadelige kemiske biprodukter. Forholdet mellem bearbejdningsbetingelser og morfologi NHA produkt er blevet rapporteret for langsomme titrering reaktioner. Specifikt for titreringsmetoder involverer calciumhydroxid og phosphorsyre, en forhøjet temperatur syntes at begunstige fremstillingen af partikler med en lav aspektratio 13. Dette arbejde blev udvidet betydeligt ved Genflise et al. 16 som demonstrerede forholdet mellem temperatur og andre procesbetingelser om kvaliteten af NHA produkter fra en lang række metoder. Han konkluderede, at den våde kemisk udfældning fremgangsmåde til Prakash 13 gjort den højeste kvalitet, men det skal bemærkes, at resultaterne var afhængige af teknisk udfordrende og langsomme / blandingsprocesser. Den oprindelige Prakash titrering trin tager over en time. Dog kan det være nødvendigt længere titrering gange for større partier til at være forberedt. For at opsummere, mens indflydelse af flere faktorer, herunder temperatur nu er blevet omfattende undersøgt, næsten ingen opmærksomhed har været rettet mod at reducere kompleksiteten og tilhørende nødvendige tid til at udføre titrering-baserede metoder. Formålet med denne undersøgelse var derfor at undersøge virkningerne af at anvende en hurtig mix tilgang til fremstilling af et bioinspirerede NHA, og til fuldt træk enze det fremkomne materiale. Hvis det lykkes, vil en forenklet hurtig mix tilgang har store fordele for laboratorie forskere og industrien, hvor omkostninger ved fremstillingen kan reduceres væsentligt uden omfattende kvalitet.

<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

Hydroxyapatit (HA) er ofte blevet brugt som en medicinsk keramik på grund af sin gode biokompatibilitet og osteokonduktivitet. For nylig har der været interesse for brugen af ​​bioinspirerede nanoskala hydroxyapatit (NHA). Imidlertid er biologisk apatit vides at være calcium-deficient og carbonat-substitueret med en nanoskala blodplade-lignende morfologi. Bioinspirerede NHA har potentiale til at stimulere optimal knogle vævsregeneration grund af sin lighed med knogle og tand emalje mineral. Mange af metoderne for tiden anvendes til at fabrikere nha både i laboratoriet og kommercielt, involverer langvarige processer og kompliceret udstyr. Derfor er målet med denne undersøgelse var at udvikle en hurtig og pålidelig metode til fremstilling af høj kvalitet bioinspirerede NHA. Den hurtig blanding udviklede metode var baseret på en syre-base-reaktion, der involverer calciumhydroxid og phosphorsyre. Kort fortalt blev en phosphorsyreopløsning hældt i en calciumhydroxid-opløsning efterfulgt af omrøring, vask ogtørretrin. Del af parti blev sintret ved 1000 ° C i 2 timer for at undersøge produkternes høje temperaturstabilitet. Røntgendiffraktion analyse viste den vellykkede dannelse af HA, som viste termisk nedbrydning til p-tricalciumphosphat efter høje temperaturer, hvilket er typisk for calcium-deficient HA. Fouriertransformation infrarød spektroskopi viste tilstedeværelsen af ​​carbonatgrupper i det udfældede produkt. De NHA partiklerne havde en lav aspektratio med omtrentlige dimensioner på 50 x 30 nm, tæt til dimensionerne af biologisk apatit. Materialet blev også calcium deficient med en Ca: P-molforhold på 1,63, der ligesom biologisk apatit er lavere end den støkiometriske HA-forhold på 1,67. Denne nye fremgangsmåde er derfor en pålidelig og langt mere praktisk fremgangsmåde til fremstilling af bioinspirerede NHA, overvinde behovet for langvarige titreringer og kompliceret udstyr. Det resulterende bioinspirerede HA Produktet er egnet til brug i en bred vifte afmedicinske og forbrugernes sundhed applikationer.

<html> XRD mønstre (figur 2) viste udfældning af en ren HA fase med brede toppe, hvilket indikerer en forholdsvis lille krystallitstørrelse og / eller amorf karakter. Efter høj temperatur sintring, blev påvist β-tricalciumphosphat (β-TCP), sammen med en hovedfase af HA. Afpudse diffraktionstoppene, dvs. en reduktion i den fulde bredde halvt maksimum, viste en stigning i krystallitstørrelse efter sintring. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig2.jpg" /> Figur 2. Crystal fase analyse af produkter. Røntgendiffraktion (XRD) mønstrene usintret nanoskala hydroxyapatit (NHA) pulver og NHA pulver sintret ved 1000 ° C i 2 timer. Peak etiketter: ▼ hydroxyapatit toppe, ■ β-tricalciumphosphat toppe.ge.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klik her for at se en større version af dette tal. FTIR-ATR spektre (figur 3) bekræftede dannelsen af en HA fase ved den karakteristiske phosphat og hydroxyl bånd 17, 18. I detaljer blev båndene tildelt som følger: 3,750 cm-1 (OH - stræk ν OH); 1.086 og 1.022 cm-1 (PO 4 3- mod Den 3); 962 cm-1 (PO 4 3- mod Den 1); 630 cm-1 (OH - libration δ OH); 600 og 570 cm-1 (PO 4 3- ν 4). I usintrede prøve blev yderligere toppe tildelt som følger: bred top centreret omkring 3.400 cm-1 (absorberet vandmolekyler); 1.455 og 1.410 cm-1 (CO 3 2- mod Den 3); 880 cm <sup&gt; -1 (CO 3 2- ν 2). Vandoptagelsen og carbonatgrupper observeret i usintret pulver blev fjernet under høj temperatur sintring fase. Sintringsprocessen skærpet også hydroxyl og fosfat bands, som blev manifesteret ved en større top, hvor afstand. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig3.jpg" /> Figur 3. infrarøde spektre af produkter. Fourier transformation infrarød i attenueret total reflektans mode (FTIR-ATR) spektre af usintret nanoskala hydroxyapatit (NHA) pulver og NHA pulver sintret ved 1000 ° C i 2 timer. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig3large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> TEM billeder (figur 4) viste dannelsen af nanoskala partikler with omtrentlige dimensioner på 50 nm med 30 nm. Partiklerne havde en lav aspektratio (partikellængde / partikel bredde) på omkring 1,7. Størrelsen og formen af nanoskala produkter var af samme omfang biologisk apatit 1. <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig4.jpg" /> Figur 4. Nanoskala morfologi produkt. Transmission elektronmikroskopiske optagelser (TEM) af nanoskala hydroxyapatit (NHA) fremstillet ved anvendelse af hurtig blanding metoden ved to forstørrelser. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig4large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> Kvantitativ kemisk analyse af det NHA pulveret ved XRF (tabel 1) tillod calcium: fosfor-forhold kan beregnes som 1,63, hvilket er lidt lavere end den støkiometriske HA which har en calcium: phosphor-forhold på 1,67. XRF viste også den høje renhed af det NHA produkt med kun spormængder af andre elementer, der er optaget. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Forbindelse </td><td> Vægt % </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> Na 2 O </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>tabel 1. Kvantitativ kemisk analyse af produktet. Røntgenfluorescens (XRF) resultater for usintret NHA pulver viste&gt; 99% renhed efter vægt.

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

Dette papir beskriver en hidtil ukendt fremgangsmåde til hurtig fremstilling af høj kvalitet bioinspirerede nanoskala hydroxyapatit. Dette biomateriale er af stor betydning i fremstillingen af ​​en lang række innovative medicinsk udstyr til kliniske anvendelser i ortopædi, kraniofacial kirurgi og tandpleje.

Hurtig Mix Udarbejdelse af bioinspirerede Nanoscale hydroxyapatit for Biomedical Applications

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

Udarbejdelse af 3D Fibrin stilladser til Stem celledyrkningsapplikationer

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

Graphene Maling til biomedicinske implantater

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

Designing Silke-silkeprotein legering materialer til biomedicinske anvendelser

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

Nanomanipulation af Single RNA-molekyler af Optisk Pincet

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

Opdigte superhydrofobe Polymere materialer til biomedicinske anvendelser

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

Fabrikation af mekanisk Tunable og bioaktive Metal Stilladser til biomedicinske anvendelser

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

Syntese af Keratin-baserede 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 ...

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

Udarbejdelse af Silicon nanotrådene Field-effekt Transistor for Kemiske og biosensorer Applications

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

Udvinding af Plant-baserede Kapsler til Microencapsulation Applications

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

To metoder til Decellularization af plantevæv til Tissue Engineering applikationer

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