Name: synthesis of graphene-hydroxyapatite nanocomposites for potential use in bone tissue engineering
Uploaded: 2022-07-27T13:50:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Graphene-Hydroxyapatite Nanocomposites for Potential Use in Bone Tissue Engineering at JoVE.com

Dr. Sougata Ghosh anerkender Institut for Videnskab og Teknologi (DST), Ministeriet for Videnskab og Teknologi, Indiens regering og Jawaharlal Nehru Center for Avanceret Videnskabelig Forskning, Indien for finansiering under Post-Doctoral Overseas Fellowship in Nano Science and Technology (Ref. JNC / AO / A.0610.1 (4) 2019-2260 dateret 19. august 2019). Dr. Sougata Ghosh anerkender Kasetsart University, Bangkok, Thailand for et postdoktorgradsstipendium og finansiering under Reinventing University Program (Ref. nr. 6501.0207/10870 dateret 9. november 2021). Forfatterne vil gerne takke Kostas Advanced Nano-Characterization Facility (KANCF) for hjælp med karakteriseringseksperimenterne. KANCF er en fælles tværfaglig forsknings- og uddannelsesfacilitet inden for Kostas Research Institute (KRI) ved Northeastern University.

1. Syntese af nHAP ved udfældning
<ol><li>Syntetisere den uberørte nHAP ved hjælp af 50 ml af reaktionsblandingen indeholdende 1 M Ca (NO3) 2∙4H2O og 0,67 M (NH4)H2PO4 efterfulgt af dråbevis tilsætning af NH4OH (25%) for at opretholde en pH omkring 1018.</li>
	<li>Derefter omrøres reaktionsblandingen ved ultralydsbestråling (UI) i 30 minutter (500 W effekt og 20 kHz ultralydfrekvens).</li>
	<li...

<ol>
	<li>Novoselov, K. 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=Electric+field+effect+in+atomically+thin+carbon+films.">Electric field effect in atomically thin carbon films.</a> Science. 306 (5696), 666-669 (2004).</li><li>Novoselov, K. 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=Unconventional+quantum+Hall+effect+and+Berry's+phase+of+2&#960;+in+bilayer+graphene.">Unconventional quantum Hall effect and Berry's phase of 2&#960; in bilayer graphene.</a> Nature Physics. 2 (3), 177-180 (2006).</li><li>Zhang, Y. B., Tan, Y. W., Stormer, H. L., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+observation+of+the+quantum+Hall+effect+and+Berry's+phase+in+graphene.">Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene.</a> Nature. 438 (7065), 201-204 (2005).</li><li>Ozyilmaz, B., 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=Electronic+transport+and+quantum+hall+effect+in+bipolar+Graphene+p&#8722;n&#8722;p+junctions.">Electronic transport and quantum hall effect in bipolar Graphene p&#8722;n&#8722;p junctions.</a> Physical Review Letters. 99 (16-19), 166804 (2007).</li><li>Morozov, S. V., 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=Giant+intrinsic+carrier+mobilities+in+graphene+and+its+bilayer.">Giant intrinsic carrier mobilities in graphene and its bilayer.</a> Physical Review Letters. 100 (1-11), 016602 (2008).</li><li>Han, M., Ozyilmaz, B., Zhang, Y., Jarillo-Herero, P., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electronic+transport+measurements+in+graphene+nanoribbons.">Electronic transport measurements in graphene nanoribbons.</a> Physica Status Solidi B: Basic Solid State Physics. 244 (11), 4134-4137 (2007).</li><li>Talyzin, A. V., 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=Synthesis+of+graphene+nanoribbons+encapsulated+in+single-walled+carbon+nanotubes.">Synthesis of graphene nanoribbons encapsulated in single-walled carbon nanotubes.</a> Nano Letters. 11 (10), 4352-4356 (2011).</li><li>Allen, M. J., Tung, V. C., Kaner, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Honeycomb+carbon:+A+review+of+graphene.">Honeycomb carbon: A review of graphene.</a> Chemical Reviews. 110 (1), 132-145 (2010).</li><li>Ghosh, S., Webster, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metallic+nanoscaffolds+as+osteogenic+promoters:+Advances,+challenges+and+scope.">Metallic nanoscaffolds as osteogenic promoters: Advances, challenges and scope.</a> Metals. 11 (9), 1356 (2021).</li><li>Ghosh, S., Webster, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoporous+silica+based+nanostructures+for+bone+tissue+regeneration.">Mesoporous silica based nanostructures for bone tissue regeneration.</a> Frontiers in Materials. 8, 213 (2021).</li><li>Medeiros, J. 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=Nanohydroxyapatite/graphene+nanoribbons+nanocomposites+induce+in+vitro+osteogenesis+and+promote+in+vivo+bone+neoformation.">Nanohydroxyapatite/graphene nanoribbons nanocomposites induce in vitro osteogenesis and promote in vivo bone neoformation.</a> ACS Biomaterials Science and Engineering. 4 (5), 1580-1590 (2018).</li><li>Faniyi, I. O., 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=The+comparative+analyses+of+reduced+graphene+oxide+(RGO)+prepared+via+green,+mild+and+chemical+approaches.">The comparative analyses of reduced graphene oxide (RGO) prepared via green, mild and chemical approaches.</a> SN Applied Sciences. 1 (10), 1-7 (2019).</li><li>Neelgund, G. M., Oki, A., Luo, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+deposition+of+hydroxyapatite+on+graphene+nanosheets.">In situ deposition of hydroxyapatite on graphene nanosheets.</a> Materials Research Bulletin. 48 (2), 175-179 (2013).</li><li>Rajkumar, M., Sundaram, N. M., Rajendran, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+size+controlled,+stoichiometric+and+bioresorbable+hydroxyapatite+nanorod+by+varying+initial+pH,+Ca/P+ratio+and+sintering+temperature.">Preparation of size controlled, stoichiometric and bioresorbable hydroxyapatite nanorod by varying initial pH, Ca/P ratio and sintering temperature.</a> Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 6 (1), 169-179 (2011).</li><li>Mondal, 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=Hydroxyapatite+coated+iron+oxide+nanoparticles:+A+promising+nanomaterial+for+magnetic+hyperthermia+cancer+treatment.">Hydroxyapatite coated iron oxide nanoparticles: A promising nanomaterial for magnetic hyperthermia cancer treatment.</a> Nanomaterials. 7 (12), 426 (2017).</li><li>Oliveira, F. 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=High+loads+of+nano-hydroxyapatite/graphene+nanoribbon+composites+guided+bone+regeneration+using+an+osteoporotic+animal+model.">High loads of nano-hydroxyapatite/graphene nanoribbon composites guided bone regeneration using an osteoporotic animal model.</a> International Journal of Nanomedicine. 14, 865-874 (2019).</li><li>Murugan, N., Sundaramurthy, A., Chen, S. -. M., Sundramoorthy, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+oxide/oxidized+carbon+nanofiber/mineralized+hydroxyapatite+based+hybrid+composite+for+biomedical+applications.">Graphene oxide/oxidized carbon nanofiber/mineralized hydroxyapatite based hybrid composite for biomedical applications.</a> Materials Research Express. 4 (12), 124005 (2017).</li><li>Barbosa, M. C., Messmer, N. R., Brazil, T. R., Marciano, F. R., Lobo, A. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+ultrasonic+irradiation+on+the+crystallinity+of+nano-hydroxyapatite+produced+via+the+wet+chemical+method.">The effect of ultrasonic irradiation on the crystallinity of nano-hydroxyapatite produced via the wet chemical method.</a> Materials Science and Engineering C. 33 (5), 2620-2625 (2013).</li><li>Rodrigues, B. V. 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=Graphene+oxide/multi-walled+carbon+nanotubes+as+nanofeatured+scaffolds+for+the+assisted+deposition+of+nanohydroxyapatite:+characterization+and+biological+evaluation.">Graphene oxide/multi-walled carbon nanotubes as nanofeatured scaffolds for the assisted deposition of nanohydroxyapatite: characterization and biological evaluation.</a> International Journal of Nanomedicine. 11, 2569-2585 (2016).</li><li>Sharma, M., Nagar, R., Meena, V. K., Singh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-deposition+of+bactericidal+and+corrosion-resistant+hydroxyapatite+nanoslabs.">Electro-deposition of bactericidal and corrosion-resistant hydroxyapatite nanoslabs.</a> RSC Advances. 9 (20), 11170-11178 (2019).</li><li>Kamrujjaman, M., Khandaker, J. I., Haque, M. M., Rahman, M. O., Rahman, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+the+dependency+of+pH+values+on+HAp+synthesis.">Study of the dependency of pH values on HAp synthesis.</a> Journal of Nanomaterials &amp; Molecular Nanotechnology. 7, 4 (2019).</li><li>Baradaran, 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=Mechanical+properties+and+biomedical+applications+of+a+nanotube+hydroxyapatite-reduced+graphene+oxide+composite.">Mechanical properties and biomedical applications of a nanotube hydroxyapatite-reduced graphene oxide composite.</a> Carbon. 69, 32-45 (2014).</li><li>Sassoni, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydroxyapatite+and+other+calcium+phosphates+for+the+conservation+of+cultural+heritage:+A+review.">Hydroxyapatite and other calcium phosphates for the conservation of cultural heritage: A review.</a> Materials. 11 (4), 557 (2018).</li><li>Tang, H., Ehlert, G. J., Lin, Y., Sodano, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+efficient+synthesis+of+graphene+nanocomposites.">Highly efficient synthesis of graphene nanocomposites.</a> Nano Letters. 12 (1), 84-90 (2012).</li><li>Walker, L. S., Marotto, V. R., Rafiee, M. A., Koratkar, N., Corral, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toughening+in+graphene+ceramic+composites.">Toughening in graphene ceramic composites.</a> ACS Nano. 5 (4), 3182-3190 (2011).</li><li>Rafiee, M. A., 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=Enhanced+mechanical+properties+of+nanocomposites+at+low+graphene+content.">Enhanced mechanical properties of nanocomposites at low graphene content.</a> ACS Nano. 3 (12), 3884-3890 (2009).</li><li>Luque de Castro, M. D., Priego-Capote, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound-assisted+crystallization+(sonocrystallization).">Ultrasound-assisted crystallization (sonocrystallization).</a> Ultrasonics Sonochemistry. 14 (6), 717-724 (2007).</li><li>Azhari, A., Toyserkani, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+manufacturing+of+graphene-hydroxyapatite+nanocomposite+structures.">Additive manufacturing of graphene-hydroxyapatite nanocomposite structures.</a> International Journal of Applied Ceramic Technology. 12 (1), 8-17 (2015).</li><li>Li, H., Wang, J., Bao, Y., Guo, Z., Zhang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+sonocrystallization+in+the+salting-out+process.">Rapid sonocrystallization in the salting-out process.</a> Journal of Crystal Growth. 247 (1-2), 192-198 (2003).</li><li>Zou, Z., Lin, K., Chen, L., Chang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+synthesis+and+characterization+of+carbonated+hydroxyapatite+nanopowders+via+sonochemistry-assisted+microwave+process.">Ultrafast synthesis and characterization of carbonated hydroxyapatite nanopowders via sonochemistry-assisted microwave process.</a> Ultrasonics Sonochemistry. 19 (6), 1174-1179 (2012).</li><li>Rouhani, P., Taghavinia, N., Rouhani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+growth+of+hydroxyapatite+nanoparticles+using+ultrasonic+irradiation.">Rapid growth of hydroxyapatite nanoparticles using ultrasonic irradiation.</a> Ultrasonics Sonochemistry. 17 (5), 853-856 (2010).</li><li>Fan, Z., 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=One-pot+synthesis+of+graphene/hydroxyapatite+nanorod+composite+for+tissue+engineering.">One-pot synthesis of graphene/hydroxyapatite nanorod composite for tissue engineering.</a> Carbon. 66, 407-416 (2014).</li><li>Ghosh, S., Mostafavi, E., Thorat, N., Webster, T. J., Liu, H., Shokuhfar, T., Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanobiomaterials+for+three-+dimensional+bioprinting.">Nanobiomaterials for three- dimensional bioprinting.</a> Nanotechnology in Medicine and Biology. , 1-24 (2021).</li><li>Ghosh, S., Sanghavi, S., Sancheti, P., Balakrishnan, P., Sreekala, P., Thomas, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metallic+biomaterial+for+bone+support+and+replacement.">Metallic biomaterial for bone support and replacement.</a> Fundamental Biomaterials: Metals. Vol 2. Woodhead Publishing Series in Biomaterials. , 139-165 (2018).</li><li>Hazra, A., Basu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+nanoribbon+as+potential+on-chip+interconnect+material-A+Review.">Graphene nanoribbon as potential on-chip interconnect material-A Review.</a> C Journal of Carbon Research. 4 (3), 49 (2018).</li><li>Zanin, H., 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=Fast+preparation+of+nano-hydroxyapatite/superhydrophilic+reduced+graphene+oxide+composites+for+bioactive+applications.">Fast preparation of nano-hydroxyapatite/superhydrophilic reduced graphene oxide composites for bioactive applications.</a> Journal of Materials Chemistry B. 1 (38), 4947-4955 (2013).</li><li>Lobo, A. O., 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=Fast+preparation+of+hydroxyapatite/superhydrophilic+vertically+aligned+multiwalled+carbon+nanotube+composites+for+bioactive+application.">Fast preparation of hydroxyapatite/superhydrophilic vertically aligned multiwalled carbon nanotube composites for bioactive application.</a> Langmuir. 26 (23), 18308-18314 (2010).</li></ol>

Selvom forskellige metaller, polymerer, keramik og deres kombinationer er blevet undersøgt som ortopædiske implantater og fikseringstilbehør, anses HAP for at være et af de mest foretrukne materialer på grund af dets kemiske lighed med selve knoglen og deraf følgende høj cytokompatibilitet 20,21,22. I denne undersøgelse var hap's orientering varieret, hvilket kan have en betydelig indvirkning på dets unikke egenskaber, ...

Grafen har arklignende todimensionelle strukturer sammensat af sp-hybridiseret kulstof. Flere andre allotroper kan tilskrives det udvidede honeycomb-netværk af grafen (f.eks. Danner stabling af grafenark 3D-grafit, mens rulning af det samme materiale resulterer i dannelsen af 1D nanorør1). Ligeledes dannes 0D fullerener på grund af indpakning2. Grafen har attraktive fysisk-kemiske og optoelektroniske egenskaber, der inkluderer en ambipolær felteffekt og en kvante Hall-effekt ved stuetemperatur 3,4. Påvisning af enkeltmolekyleadsorptionshændelser og ekstremt høj bæremobilitet føjer til grafenens attraktive egenskaber 5,6. Endvidere betragtes grafennanoribboner (GNR'er) med smalle bredder og en stor gennemsnitlig fri vej, lav resistivitet med høj strømtæthed og høj elektronmobilitet som lovende sammenkoblingsmaterialer7. Derfor undersøges GNR'er til applikationer i et utal af enheder og for nylig inden for nanomedicin, især vævsteknik og lægemiddellevering8.
Blandt forskellige traumatiske lidelser betragtes knogleskader som en af de mest udfordrende på grund af vanskeligheder med at stabilisere brud, regenerering og udskiftning med ny knogle, modstå infektion og justere knogle ikke-fagforeninger 9,10. Kirurgiske procedurer forbliver det eneste alternativ til lårbensbrud. Det skal bemærkes, at næsten 52 millioner dollars hvert år bruges på behandling af knogleskader i Mellemamerika og Europa11.
Bioaktive stilladser til knoglevævstekniske applikationer kan være mere effektive ved at inkorporere nano-hydroxyapatit (nHAP), da de ligner selve knoglens mikro- og nano arkitektoniske egenskaber12. HAP, kemisk repræsenteret som Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 med et Ca / P molforhold på 1,67, er den mest foretrukne til biomedicinske applikationer, især til behandling af periodontale defekter, substitution af hårdt væv og fremstilling af implantater til ortopædiske operationer13,14. Således kan fremstillingen af nHAP-baserede biomaterialer forstærket med GNR'er have overlegen biokompatibilitet og kan være fordelagtig på grund af deres evne til at fremme osseointegration og være osteokonduktiv15,16. Sådanne hybridkompositstilladser kan bevare biologiske egenskaber såsom celleadhærens, spredning, proliferation og differentiering17. Heri rapporterer vi fremstillingen af to nye nanokompositter til knoglevævsteknik ved rationelt at ændre det rumlige arrangement af nHAP og GNR'er som illustreret i figur 1. De kemiske og strukturelle egenskaber ved de to forskellige nHAP-GNR-ordninger blev her evalueret.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ammonium phosphate monobasic</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>216003-100G</td>
			<td>Synthesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium nitrate tetrahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>237124</td>
			<td>Synthesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Hettich</td>
			<td>EBA 200S</td>
			<td>Recovery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fourier transform infrared spectrometer</td>
			<td>Brucker</td>
			<td>Vertex 70</td>
			<td>Characterization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphene nanoribbon</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>922714</td>
			<td>Synthesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High resolution transmission electron microscope</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>Themis Titan 300</td>
			<td>Characterization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stirrer</td>
			<td>IKA</td>
			<td>C-MAG HS7 S68</td>
			<td>Functionalization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipettes</td>
			<td>TreffLab</td>
			<td>06H35687</td>
			<td>Reagent preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH meter</td>
			<td>Eutech pH5+</td>
			<td>ECPH503PLUSK</td>
			<td>Reagent preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermogravimetric analyzer</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>SDT Q600</td>
			<td>Characterization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic bath</td>
			<td>Bandelin</td>
			<td>DT100</td>
			<td>Functionalization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Universal Oven</td>
			<td>Memmert</td>
			<td>UF55</td>
			<td>Functionalization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Weighing balance</td>
			<td>Precisa</td>
			<td>XB220A</td>
			<td>Reagent preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray diffractometer</td>
			<td>Brucker</td>
			<td>D8-Advanced</td>
			<td>Characterization</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of graphene-hydroxyapatite nanocomposites for potential use in bone tissue engineering

Udvikling af nye materialer til knoglevævsteknik er et af de vigtigste indsatsområder inden for nanomedicin. Flere nanokompositter er blevet fremstillet med hydroxyapatit for at lette celleadhærens, proliferation og osteogenese. I denne undersøgelse blev hybrid nanokompositter med succes udviklet ved hjælp af grafen nanoribbons (GNR'er) og nanopartikler af hydroxyapatit (nHAPs), som, når de anvendes i bioaktive stilladser, potentielt kan forbedre knogleregenerering. Disse nanostrukturer kan være biokompatible. Her blev der brugt to tilgange til at forberede de nye materialer. I en tilgang blev der anvendt en co-funktionaliseringsstrategi, hvor nHAP blev syntetiseret og konjugeret til GNR'er samtidigt, hvilket resulterede i nanohybrider af nHAP på GNR-overflader (betegnet som nHAP / GNR). Højopløsnings transmissionselektronmikroskopi (HRTEM) bekræftede, at nHAP / GNR-kompositten består af slanke, tynde strukturer af GNR'er (maksimal længde på 1,8 μm) med diskrete patches (150-250 nm) af nålelignende nHAP (40-50 nm i længden). I den anden tilgang blev kommercielt tilgængelig nHAP konjugeret med GNR'er, der dannede GNR-belagt nHAP (betegnet GNR / nHAP) (dvs. med en modsat orientering i forhold til nHAP / GNR nanohybrid). Nanohybriden dannet ved hjælp af sidstnævnte metode udstillede nHAP nanosfærer med en diameter fra 50 nm til 70 nm dækket af et netværk af GNR'er på overfladen. Energidispergerende spektre, elementær kortlægning og Fourier transform infrarød (FTIR) spektre bekræftede den vellykkede integration af nHAP og GNR'er i begge nanohybrider. Termogravimetrisk analyse (TGA) viste, at tabet ved forhøjede opvarmningstemperaturer på grund af tilstedeværelsen af GNR'er var 0,5% og 0,98% for henholdsvis GNR / nHAP og nHAP / GNR. nHAP-GNR nanohybrider med modsatte orienteringer repræsenterer betydelige materialer til brug i bioaktive stilladser for potentielt at fremme cellulære funktioner til forbedring af knoglevævstekniske applikationer.

HRTEM-analyse Individuelt var GNR'er slanke bambuslignende strukturer med nogle bøjninger i en vis afstand som observeret i figur 2. Den længste GNR var 1.841 μm, mens den mindste bøjede GNR var 497 nm. Nanoribbonerne viste ofte en synlig variation i bredden, der kan tilskrives vridning for at danne spiralformede konfigurationer mange steder. En sådan ensrettet justering af GNR'er kan bidrage til at opnå attraktive egenskaber såsom magnetiske egenskaber, ledningsev...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Graphene-Hydroxyapatite Nanocomposites for Potential Use in Bone Tissue Engineering at JoVE.com

Synthesis of Graphene-Hydroxyapatite Nanocomposites for Potential Use in Bone Tissue Engineering

Nye nanokompositter af grafen nanoribboner og hydroxyapatit nanopartikler blev fremstillet ved anvendelse af opløsningsfasesyntese. Disse hybrider, når de anvendes i bioaktive stilladser, kan udvise potentielle anvendelser inden for vævsteknik og knogleregenerering.

Syntese af grafen-hydroxyapatit nanokompositter til potentiel anvendelse i knoglevævsteknik

Developing novel materials for bone tissue engineering is one of the most important thrust areas of nanomedicine. Several nanocomposites have been ...

Dette arbejde forklarer strategien for at fremstille nye kompositter af nanohydroxyapatit og grafen nanoribboner med modsatte orienteringer. Disse biomaterialer er vigtige for udvikling af knoglevævstekniske stilladser. Dette er en simpel syntese af en gryde.Det er en hurtig, effektiv og økonomisk metode. Dette arbejde er yderst relevant i forbindelse med behandling af knogleskader og tilhørende lidelser, hvor mere knogleregenerering vil fremme hurtig heling. Til at begynde med syntetiseres de uberørte nanopartikler af hydroxyapatit ved hjælp af 50 ml af reaktionsblandingen.Dråbevis tilsættes 25% ammoniumhydroxid for at opretholde en pH på omkring 10. Derefter omrøres reaktionsblandingen ved ultralydsbestråling i 30 minutter. Den resulterende opløsning lades modne i 120 timer ved stuetemperatur, indtil det hvide bundfald af nanopartikler af hydroxyapatit sætter sig ud.Nanopartiklerne af hydroxyapatit genvindes ved centrifugering ved 1.398 x g i fem minutter ved stuetemperatur. Vask bundfaldet med deioniseret vand tre gange. For at forberede nHAP / GNR nanokomposit skal du bruge en cofunktionaliseringsstrategi, starte med at opløse fem milligram grafen nanoribboner i en blanding af et molært calciumnitrattetrahydrat og 0,67 molært diammoniumhydrogenphosphat til et 50 ml endeligt volumen.Under denne reaktion tilsættes 25% ammoniumhydroxid dråbevis for at opretholde pH ved ca. 10. Omrør den resulterende blanding ved ultralydbehandling i 30 minutter. Efter afslutningen af reaktionen skal opløsningen være uforstyrret i 120 timer ved stuetemperatur indtil modning.Overhold for dannelsen af et gelatinøst bundfald af nanopartikler af hydroxyapatit, som dækker grafin nanoribbons, hvorefter et hvidt bundfald af nHAP / GNR sætter sig. Bundfaldet vaskes tre gange ved centrifugering ved 1.398 x g i fem minutter ved stuetemperatur efterfulgt af omispersion i deioniseret vand. For at syntetisere GNR / nHAP nanokompositter suspendere kommercielt tilgængelige nanopartikler af hydroxyapatit i en koncentration på fem milligram pr. milliliter i 50 ml deioniseret vand suppleret med fem milligram grafin nanoribboner.Omrør den resulterende blanding ved ultralydbehandling i 30 minutter, og lad derefter blandingen være uforstyrret i 120 timer ved stuetemperatur. Efter modning genvindes det hvide bundfald af det resulterende GNR/nHAP ved centrifugering ved 1.398 x g i fem minutter ved stuetemperatur. Prøven vaskes tre gange med deioniseret vand.HRTEM-analysen af nHAP /GNR nanokomposit viste nHAP-patches mellem 150 og 250 nanometer i længde og bredde. Elementær kortlægning bekræftede, at de mellemliggende nodalpletter på GNR'erne faktisk var nHAP på grund af tilstedeværelsen af elementært calcium og fosfor. I GNR/nHAP nanokompositter dannede GNR tynde film på overfladen af de sfæriske nHAP nanopartikler.EDS-analysen viste en klar stigning i kulstofindholdet på grund af GNR'er, mens toppe, der var specifikke for calcium og fosfor, skyldtes nHAP. Den markante stigning i kulstofindholdet i nHAP/GNR-spektret skyldes størstedelen af GNR'erne, hvorpå der kun blev observeret små pletter af frisksyntetiseret nHAP. XRD-analyse bekræftede den sekskantede krystalstruktur af de nHAP stærke toppe svarende til henholdsvis 002, 102, 211, 300, 202, 310, 113, 222 og 213 fly bekræftede renheden af den as-syntetiserede nHAP.TGA-analyse viste et støt fald i masse efter 200 grader Celsius op til 500 grader Celsius på grund af krystallisationen af nHAP. Yderligere opvarmning førte til nedbrydning af komplekserne. Tabt på grund af tilstedeværelsen af GNR'er viste sig at være mellem 0,5 og 0,98% i GNR / nHAP og nHAP / GNR.Sekvensen af tilsætning af reagenser og reaktionsbetingelser er mest kritiske for at få den ønskede omvendte orientering af nanokompositterne. Cellelinjebaserede undersøgelser kan udføres for at kontrollere nanokompositternes potentiale til at fremme osteogenese. Dette vil åbne et nyt område med orienteringsmedieret modulering af cellulær respons til vævsteknik.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Elastomeric PGS Scaffolds in Arterial Tissue Engineering

Cardiovascular disease is one of the leading cause of mortality in the US and especially, coronary artery disease increases with an aging population and ...

Use of Human Perivascular Stem Cells for Bone Regeneration

Brug af menneskelige perivaskulær stamceller til Bone Regeneration

Human perivascular stem cells (PSCs) can be isolated in sufficient numbers from multiple tissues for purposes of skeletal tissue engineering1-3. PSCs are ...

Encapsulation of Cardiomyocytes in a Fibrin Hydrogel for Cardiac Tissue Engineering

Culturing cells in a three dimensional hydrogel environment is an important technique for developing constructs for tissue engineering as well as studying ...

Postproduction Processing of Electrospun Fibres for Tissue Engineering

Postproduktion Behandling af Electrospun Fibre til Tissue Engineering

Electrospinning is a commonly used and versatile method to produce  scaffolds (often biodegradable) for 3D tissue engineering.1, 2, 3 Many tissues in vivo ...

Capillary Force Lithography for Cardiac Tissue Engineering

Kapillarkraft Litografi for Cardiac Tissue Engineering

Cardiovascular disease remains the leading cause of death worldwide1. Cardiac tissue engineering holds much promise to deliver groundbreaking medical ...

Tissue Engineering of a Human 3D in vitro Tumor Test System

Tissue Engineering of a Human 3D in vitro Tumor Test System

Tissue Engineering af et menneske 3D<em&gt; In vitro</em&gt; Tumor Test System

Cancer is one of the leading causes of death worldwide.  Current therapeutic strategies are predominantly developed in 2D culture  systems, which ...

Production, Characterization and Potential Uses of a 3D Tissue-engineered Human Esophageal Mucosal Model

Produktion, karakterisering og potentielle anvendelse af en 3D-Tissue-manipuleret humant Esophageal Mucosal Model

The incidence of both esophageal adenocarcinoma and its precursor, Barrett&#8217;s Metaplasia, are rising rapidly in the western world. Furthermore ...

Engineering 3D Cellularized Collagen Gels for Vascular Tissue Regeneration

Engineering 3D Cellularized kollagengeler for Vascular Tissue Regeneration

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. ...

Sandwich-like Microenvironments to Harness Cell/Material Interactions

Sandwich-lignende mikromiljøer at udnytte Cell / Materiale Interactions

Cell culture has been traditionally carried out on bi-dimensional (2D) substrates where cells adhere using ventral receptors to the biomaterial surface. ...

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 ...