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 arbeidet ble støttet av en EPSRC CASE studieplass i samarbeid med Ceramisys Ltd og er også forbundet med Mede Innovasjon, EPSRC Centre for Innovative Manufacturing i medisinsk utstyr [stipend nummer EP / K029592 / 1]. Forfatterne vil også gjerne takke Robert Burton ved Sheffield Hallam University for XRF analyse.

<img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig1.jpg" /> Figur 1. Prinsippskisse av rask blanding utarbeidelse av bioinspired nanoskala hydroksyapatitt. Fosforsyreløsning ble helt inn i kalsiumhydroksid suspensjon. Etter at suspensjonen avgjort over natten, ble NHA vasket med avionisert vann før den ble tørket ved 60 til 80 ° C. Den NHA ble deretter malt i en agat morter og støter og sintret for å undersøke den termiske stabilitet av det NHA produkt. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> 1. Rapid Mix Produksjon av nanoskala hydroksyapatitt <ol><li> Fremstilling av kalsium og fosfor løsninger for å fremstille 5 g av nanoskala hydroksyapatitt ved hjelp av en kalsium til fosfor molforhold på 1,67. <ol><li> Legg 3,705 g kalsiumhydroksid til500 ml avionisert vann og omrøres med en magnetrører plate i 1 time ved 400 rpm. </li><li> I et separat begerglass, oppløse 3,459 g av fosforsyre (85%) i 250 ml deionisert vann. </li></ol></li><li> Hell fosfor oppløsningen inn i den omrørte kalsiumhydroksyd suspensjonen med en hastighet på ca. 100 ml / s. Dekk beger med Parafilm (Bemis, USA). </li><li> Lar suspensjonen omrøres i 1 time ved 400 rpm. </li><li> Ta begeret av røre platen og la stå over natten. </li><li> Vask av suspensjonen ved å helle av supernatant og tilsetning av 500 ml avionisert vann og omrøring i 1 min ved 400 rpm. Gjenta dette trinnet tre ganger totalt, med 2 h mellom hver vask. </li><li> La Nha suspensjon for å bosette over natten. </li><li> Hell av den klare supernatant og plassere den sediment NHA suspensjon i en tørkeovn innstilt på 60 til 80 ° C. </li><li> Når tørr, plasserer tørket Nha inn en agat morter og male inntil fine. </li><li> Plasser 2,5 g proserte NHA pulver i en alumina digel og sinter pulver ved 1000 ° C i 2 timer ved bruk av en rampehastighet på 10 ° C / min. Etter varmebehandling, la Nha avkjøles i ovnen. </li><li> Oppbevar pulver i en vakuum-eksikator. </li></ol> 2. Karakterisering av nanoskala hydroksyapatitt <ol><li> Røntgendiffraksjon (XRD) ved hjelp av transmisjonsmodus diffractometers <ol><li> Plassere en liten mengde (dvs. mindre enn 200 ul) av poly (vinylalkohol) (PVA) lim på acetatfilm og blandes med en liten mengde (dvs. mindre enn 100 mg) av NHA pulver. </li><li> Unn med en varmluftpistol til den er tørr. </li><li> Av prøven i en prøveholder og lastfestet inn en overføringsmodus røntgen diffraktometer med Cu K α stråling. </li><li> Bruk diffraktometer innstillinger av 40 kV og 35 mA, med en 2θ området 10-70 °. </li><li> Analyser resulterende XRD mønstre. </li><li> Bruk følgende XRD kortene for fase identifikasjon: Hydroksyapatitt: 9-432. P-trikalsiumfosfat: 04-014-2292. </li></ol></li><li> Transmisjonselektronmikroskopi (TEM) <ol><li> Plassere en liten mengde pulver (dvs. mindre enn 10 mg) i en Powell og tilsettes ca. 3 ml etanol. </li><li> Ultra-sonicate prøven i 15 - 30 minutter til en homogen suspensjon er observert. </li><li> Pipetter en liten mengde av oppløsning (dvs. mindre enn 1 ml) og inn på en 400 mesh kobbergitter med karbon film, og la den tørke. </li><li> Bilde prøvene ved en akselererende spenning på 80 kV. </li></ol></li><li> X-ray fluorescens (XRF) service av materialer og Engineering Research Institute (Meri) ved Sheffield Hallam University <ol><li> Kombiner 0,8 g Nha pulver med 8 g litium tetraborate. </li><li> Smelte blandingen i en platina-gull-legering digelen ved hjelp av en ovn innstilt på 1200 ° C. </li><li> Analyser resulterende prøver i en XRF spektrometer for å bestemme elementsammensetningen avprøvene. </li></ol></li><li> Fourier-transform infrarød spektroskopi i attenuert total reflektans-modus (FTIR-ATR) <ol><li> Utfør 64 bakgrunnsskanninger fra 4000 - 500 cm -1 med en oppløsning på 4 cm -1. </li><li> Plassere en liten mengde (dvs. mindre enn 100 mg) av NHA pulver på toppen av diamanten i en svekket samlet refleksjonsmodus adapter og komprimere på overflaten av diamant ved hjelp av skrulokket. </li><li> Utfør 32 skanninger fra 4000 - 500 cm -1 med en oppløsning på 4 cm -1 med bakgrunnssøk trekkes fra prøve skanninger. </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 ikke noe å avsløre.

Naturlig apatitt er sammensatt av nanopartikler i ikke-støkiometriske kullsyreholdige hydroksyapatitt med den tilnærmede kjemiske formel for Ca 10-xy [(HPO 4) (PO 4)] 6-x (CO 3) y (OH) 2-x. Produksjonen av biomaterialer med nær kjemiske likhet med naturlig forekommende mineral har blitt rapportert å fremme optimale biologiske responser. For eksempel har forskning på biomimetic kalsium-mangel kullsyre Nha vist den er i stand til å stimulere spredning og alkalisk fosfatase aktivitet av murine preosteoblast celler i større grad enn vanlig Nha 19. I denne studien utfelling av HA som viste delvis termisk dekomponering ved 1000 ° C (figur 2) foreslått at dannelsen av en kalsium-mangel HA. Dette ble understøttet av den lavere enn støkiometriske Ca: P-forhold (1.63) oppnådd med XRF-data (Tstand 1). Det vil forstås at en redusert Ca: P-forhold er assosiert med en lavere termisk stabilitet 20, 21, 22, 23. I denne metoden, den raske tilsetning av fosforsyreløsning hurtig senket pH-verdien i reaksjonssuspensjonen for å generere HPO 4 ioner. Tilstedeværelsen av HPO 4 grupper lettere utfelling av kalsiummangelfull HA, med molekylformelen: 10 Ca-x (HPO 4) x (PO 4) 6-x (OH) 2-x, hvor 0 &lt;x &lt;1. Den hurtige tilsetning av fosforsyren hadde derfor en markert effekt på nedbørskinetikken til reaksjonen. Som beskrevet tidligere, titrering reaksjoner som omfatter kalsiumhydroksyd og fosforsyre utføres ved romtemperatur hadde tendens til å gi partikler med et høyt aspektforhold 13. for titration reaksjoner som involverer disse reaktanter, var det nødvendig å anvende en forhøyet temperatur for å fremstille partikler med et lavere sideforhold som er mer lik biologisk apatitt 13. Høyt aspektforhold partikler produseres når det krystallkjernedannelsesraten er langsommere enn den krystallveksthastigheten 24. For den nye metoden er utviklet i denne studien, kan den raske tilsetning av fosforsyreløsningen har gitt et større antall kjernedannelsesseter som resulterte i økt tilstedeværelse av små runde partikler, i motsetning til færre partikler med et større sideforhold. Som forfatterne ikke fullt ut har undersøkt effekten av langsomt strømme fosforsyren til kalsiumhydroksid suspensjon, for å oppnå konsistente resultater anbefales det at fosforsyren er strømmet med en hastighet i samsvar med det som er vist i videoen (ca. 100 ml / s). Under utviklingen av denne metoden, forfatterne INVestigated en rekke inkrementelle endringer i Nha forberedelse metode basert på Prakash et al. 13, sammenligning av produkter produsert med den langsomme titrering og den raske tilsetning av fosforsyreoppløsning 25. Det ble funnet at den langsomme titrering av fosforsyre inn i kalsiumhydroksid suspensjon resulterte i et produkt med en kalsiumhydroksyd rest. Vi foreslår at endringen pH-verdien som følge av den raske tilsetning av fosforsyre oppmuntret oppløsning av kalsiumhydroksyd og derfor tillates for en vellykket omdannelse av reaktantene til hydroksyapatitt. En sammenligning av produktene fremstilt ved hjelp av hurtig blanding fremgangsmåte ved romtemperatur og ved forhøyede temperaturer (60 ° C) fant at en forhøyet temperatur resulterte i en høyere ledningsevne etter at reaksjonen var fullført. Dette antydet at gjenværende kalsiumhydroksyd var til stede som var egnet til å være på grunn av den lavere oppløseligheten av kalsiumhydroksyd vedøkte temperaturer. Nærværet av gjenværende kalsiumhydroksyd var uønsket som den grunnleggende natur av denne forbindelse kunne kompromittere biokompatibilitet. FTIR oppdaget den karakteristiske fosfat og hydroksylgruppe aktivitet assosiert med HA (figur 3). Det ble bemerket at spekteret for det sintrede produkt viste skarpere fosfat- og hydroksylgruppene topper. Disse endringene har vært forbundet med et større produkt krystallinitet 26, 27 sikret usintret spektrum gitt bevis for B-type-karbonat substitusjon hvor karbonationer er byttet ut med fosfatgrupper. Dette er i motsetning til A-type substitusjon hvor karbonationer kan erstatte hydroksylgrupper 17. Det har blitt rapportert at B-type karbonat substitusjon forekommer i biologisk apatitt 3. Imidlertid TAMPIERI et al. rapportert at mens B-type substitusjon var predominmaur i små bein, A-type karbonat substitusjon var stadig til stede i bein av eldre individer 28. Karbonat substitusjon er blitt funnet å redusere krystalliniteten og termisk stabilitet i NHA samtidig øke dets oppløselighet. Disse endringene har vært foreslått for å bidra til øket bioaktivitet av karbonat-substituerte HA 29. Biologisk HA er også kjent å inneholde noen av de andre elementene som er registrert i XRF-analysen (tabell 1), slik som magnesium, natrium og strontium 30. Tilstedeværelsen av disse elementene kan også bidra til økt biologisk effekt. Fremtidig arbeid bør være rettet mot utarbeidelse av disse nanoskala byttet apatitt, og også produkter med økt biofunctionality som sølv-dopet Nha 31. For å fremstille substituerte NHA, kan elementet bli innført med en tilsvarende reduksjon av den tilsiktede element til substitute for, for eksempel en reduksjon i mengden av kalsiumforbindelsen når strontium, magnesium eller sink substitusjon er forsøkt 32. Alternativt kan en annen metode være å legge til elementer i den hensikt å tilveiebringe &quot;dopete&quot; ioner som er til stede på overflaten av NHA uten nødvendigvis har til hensikt å erstatte elementet inn i HA krystallgitteret 31. For disse modifikasjoner av fremgangsmåten er det mulig å fremstille blandede løsninger som kalsiumhydroksyd og sølvnitrat, og for å utføre reaksjonen på samme måte som beskrevet her. I konklusjonen, rapporterer dette papiret en roman rask og vesentlig forbedret metode for utarbeidelse av bioinspired NHA. For denne metoden, den raske blanding av kjemikalier tar mindre enn 5 sekunder som er en markert reduksjon i tid i forhold til titreringer reaksjoner vanligvis krever timer med nøye overvåking. Den har stort potensial for bruk i Biomaterial utvikling på grunn av sin relativt enkle og lave kostnader sammenlignet med i dag brukes industrielle Nha produksjonsmetoder der iboende kompleksiteten i dagens kommersielle systemer resulterer i lange forskning og utvikling ganger, og vesentlig økte produksjonskostnader. Spesielt er denne nye metoden overlegen kontinuerlig strømningsprosesser eller hydrotermale teknikker skyldes betydelig lavere start-up utstyr investeringsbehov.

Det er et stort klinisk behov for avanserte biomaterialer med forbedret funksjonalitet for å bedre livskvaliteten for pasienter og for å redusere helse byrden av en global aldrende befolkning. Hydroksyapatitt har vært mye brukt i medisinske anvendelser i mange år på grunn av sin gode biokompatibilitet. Nylig har det vært en økt interesse for bruk av nanoskala hydroksyapatitt (NHA), spesielt for mineralisert vev gjenfødelse i medisin og odontologi. Den mineral som finnes i bein og tannemaljen er kalsium-mangel, multi-substituert, nanoskala hydroksyapatitt. Anslag for størrelsen på biologiske Nha blodplater rapportere dimensjoner på 50 nm x 30 nm x 2 nm 1, med enda mindre strukturer som er beskrevet i umodne bein to. Contrastingly, mineralet i tannemaljen er 10 til 100 ganger større enn det som finnes i benvev i både lengde og bredde 3, 4. syntetisk NHA<html> kan være bedre betegnet bioinspired snarere enn biomimetic, som vi søker å oversette observasjoner om egenskaper naturlige materialer i medisinsk teknologi med forbedret ytelse. Det har blitt foreslått at bioinspired NHA kan være mer gunstig i bein og vev regenerering tann anvendelser på grunn av dets likhet til naturlig forekommende mineral 5. Det finnes ulike metoder som er rapportert å forberede Nha inkludert hydrotermale 6, spray-tørke 7 og sol-gel 8 teknikker. Av disse er den våte utfellingsmetoden betraktet som en relativt enkel fremgangsmåte for fremstilling av NHA. De publiserte NHA våt utfellingsmetoder omfatter vanligvis en titrering trinn ved blanding av kalsium og fosfor kjemiske forløpere 9, 10, 11,ref &quot;&gt; 12, 13, 14. Imidlertid er disse fremgangsmåter forbundet med en rekke ulemper, inkludert langvarige og kompliserte prosesser kombinert i enkelte tilfeller med behov for kostbart utstyr. Kommersiell produksjon kan være enda mer komplisert, med patenter som beskriver sofistikerte reaktorer produksjon av høy kvalitet av medisinsk kvalitet NHA 15. til tross for dette er den nøytraliser reaksjonen mellom kalsiumhydroksyd og fosforsyre fordelaktig på grunn av mangel på skadelige kjemiske biprodukter. Forholdet mellom prosessbetingelser og morfologi av NHA produktet har blitt rapportert for trege titrering reaksjoner. Nærmere bestemt, for titrering metoder som involverer kalsiumhydroksyd og fosforsyre, en forhøyet temperatur så ut til å favorisere fremstillingen av partikler med et lavt sideforhold 13. Dette arbeidet ble utvidet betraktelig av Genflis et al. 16 som viste forholdet mellom temperaturen og andre prosessbetingelser på kvaliteten av NHA produkter fra en lang rekke metoder. Han konkluderte med at den våte kjemisk utfelling metode for Prakash 13 laget produkter av høyeste kvalitet, men det bør bemerkes at resultatene var avhengig av teknisk utfordrende og langsomme / blandeprosesser. Den opprinnelige Prakash titreringstrinn tar over en time. Imidlertid kan lengre titrering ganger være nødvendig for større grupper for å være forberedt. For å oppsummere, mens påvirkning av flere faktorer, inkludert temperatur har nå blitt studert i stor utstrekning, nesten ingen oppmerksomhet er blitt rettet mot å redusere kompleksiteten og tilhørende tid som trengs for å utføre titrering baserte metoder. Hensikten med denne studien var derfor å undersøke effekten av å benytte en rask blanding tilnærming til produksjon av en bioinspired NHA, og fullt ut karakteristiske gjestgZe de resulterende materialer. Hvis de lykkes, vil en forenklet rask blanding tilnærming har store fordeler for laboratorium forskere og næringsliv både der kostnadene ved produksjon kan bli betydelig redusert uten bestående 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

Hydroksyapatitt (HA) er blitt mye brukt som en medisinsk keramisk grunn av god biokompatibilitet og osteoconductivity. Nylig har det vært interesse om bruk av bioinspired nanoskala hydroksyapatitt (NHA). Imidlertid er biologisk apatitt kjent for å være kalsium-mangelfull og karbonat-substituert med et nanoskala platelignende morfologi. Bioinspired NHA har potensial til å stimulere optimal benvev regenerering på grunn av dets likhet til ben og tannemaljen mineral. Mange av de metodene som i dag anvendes for å fremstille NHA både i laboratoriet og i handelen, innebære langvarige prosesser og komplisert utstyr. Derfor er målet med denne studien var å utvikle en rask og pålitelig metode for å forberede høy kvalitet bioinspired NHA. Den hurtig blanding metode som ble utviklet var basert på en syre-base-reaksjon som omfatter kalsiumhydroksyd og fosforsyre. I korthet ble en fosforsyreløsning helt ut i en kalsiumhydroksyd-oppløsning, fulgt av omrøring og vaskingtørketrinnene. En del av satsen ble sintret ved 1000 ° C i 2 timer for å undersøke produktets høy temperaturstabilitet. Røntgenstråle-diffraksjonsanalyse viste den vellykkede dannelse av HA, som viste termisk dekomponering p-trikalsiumfosfat etter høytemperatur-behandling, noe som er typisk for kalsium-mangelfull HA. Fourier transform infrarød spektroskopi viste tilstedeværelse av karbonatgrupper i det utfelte produkt. Nha partiklene hadde en lav sideforhold med omtrentlige dimensjoner på 50 x 30 nm, nær dimensjonene på biologisk apatitt. Materialet ble også kalsiummangelfull med et Ca: P-molforhold på 1,63, som i likhet med biologisk apatitt er lavere enn den støkiometriske HA-forhold på 1,67. Denne nye fremgangsmåte er derfor en pålitelig og langt mer praktisk fremgangsmåte for fremstilling av bioinspired NHA, overvinne behovet for lange titreringer og komplisert utstyr. Det resulterende bioinspired HA-produkt er egnet for bruk i en lang rekkemedisinske og forbrukerhelseapplikasjoner.

<html> XRD mønstrene (figur 2) viste utfelling av en ren HA fase med brede topper, noe som indikerer en forholdsvis liten krystallittstørrelse og / eller amorf karakter. Etter høytemperatur-sintring, ble β-trikalsiumfosfat (β-TCP) som detekteres, sammen med en hovedfase av HA. Sliping av diffraksjonstoppene, dvs. en reduksjon i full bredde halvt maksimum, indikerte en økning i krystallittstørrelse etter sintring. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig2.jpg" /> Figur 2. Krystall fase analyse av produkter. Røntgendiffraksjon (XRD) mønstre av usintret nanoskala hydroksyapatitt (NHA) pulver og Nha pulver sintret ved 1000 ° C i 2 timer. Peak etiketter: ▼ hydroksyapatitt topper, ■ β-trikalsiumfosfat topper.ge.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. FTIR-spektra ATR (figur 3) bekreftet dannelsen av en HA fase ved den karakteristiske fosfat- og hydroksylgruppene båndene 17, 18. I detalj band ble tildelt som følger: 3750 cm -1 (OH - strekke ν OH); 1,086 og 1,022 cm -1 (PO 4 3- v 3); 962 cm-1 (PO 4 3- v 1); 630 cm -1 (OH - libration δ OH); 600 og 570 cm-1 (PO 4 3- ν 4). I usintret prøven tilleggs toppene ble tildelt som følger: bred topp sentrert rundt 3400 cm -1 (absorbert vann molekyler); 1,455 og 1,410 cm -1 (CO 3 2- v 3); 880 cm <sup&gt; -1 (CO 3 2- ν 2). De absorberte vann og karbonat-grupper observert i usintret pulver ble fjernet under høy temperatur sintringstrinnet. Den sintringsprosessen også skjerpet hydroksyl og fosfat band som ble manifestert ved en større topp til bunn avstand. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig3.jpg" /> Figur 3. Infrarød-spektrene til produktene. Fourier transform infrarød i attenuert total reflektans-modus (FTIR-ATR) spektra av usintret hydroksyapatitt nanoskala (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">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> TEM bilder (figur 4) viste dannelsen av nanoskala partikler viddh omtrentlige dimensjoner på 50 nm ved 30 nm. Partiklene hadde et lavt sideforhold (lengde partikkel / partikkel bredde) på rundt 1,7. Størrelsen og formen på nanoskala produkter var av tilsvarende dimensjoner til biologisk apatitt 1. <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig4.jpg" /> Figur 4. nanoskala morfologien av produktet. Transmisjons- elektronmikroskopi (TEM) av nanoskala hydroksyapatitt (NHA) utarbeidet etter den raske blandemetode ved to forstørrelser. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55343/55343fig4large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> Kvantitativ kjemisk analyse av NHA pulver ved XRF (tabell 1) tillot kalsium: fosfor-forhold som skal beregnes som 1,63, som er litt lavere enn den støkiometriske HA hh har en kalsium: fosfor-forhold på 1,67. XRF viste også den høye renheten av NHA produkt med bare spormengder av andre elementer som er registrert. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> forbindelse </td><td> vekt% </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> SiO 2 </td><td> 0,03 </td></tr><tr><td> Mn 3 O 4 </td><td> 0,03 </td></tr><tr><td> SrO </td><td> 0,02 </td></tr><tr><td> TiO 2 </td><td> 0,01 </td></tr></tbody></table>Tabell 1. Kvantitativ kjemisk analyse av produktet. X-ray fluorescens (XRF) resultater for usintret Nha pulver viste&gt; 99% renhet vekt.

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 notatet beskriver en ny metode for rask produksjon av høy kvalitet bioinspired nanoskala hydroksyapatitt. Dette biomateriale er av stor betydning i produksjon av et bredt spekter av innovative medisinske enheter for kliniske applikasjoner i ortopedi, craniofacial kirurgi og odontologi.

Rapid Mix Utarbeidelse av Bioinspired nanoskala hydroksyapatitt 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

Utarbeidelse av 3D Fibrin stillaser for Stem Cell Kultur 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 ...

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Graphene Belegg for Biomedical 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 Silk-silke Protein legering materialer for Biomedical Applications

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 av Enkelt RNA-molekyler ved optisk pinsett

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

Fabrikere superhydrophobic polymere materialer for Biomedical Applications

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

Fabrikasjon av mekanisk Tunable og Bioaktive Metal Stillas for Biomedical Applications

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 av Keratin-baserte 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

Utarbeidelse av Silicon nanowire felteffekttransistor for kjemi og biosensing applikasjoner

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

Utvinning av plantebaserte Kapsler for 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 for Decellularization av anlegget vev for Tissue Engineering programmer

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