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 erkent het Department of Science and Technology (DST), het Ministerie van Wetenschap en Technologie, de Regering van India en het Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research, India voor financiering onder de Post-Doctoral Overseas Fellowship in Nano Science and Technology (Ref. JNC / AO / A.0610.1 (4) 2019-2260 van 19 augustus 2019). Dr. Sougata Ghosh erkent Kasetsart University, Bangkok, Thailand voor een postdoctorale beurs en financiering in het kader van het Reinventing University Program (Ref. Nr. 6501.0207/10870 van 9 november 2021). De auteurs willen de Kostas Advanced Nano-Characterization Facility (KANCF) bedanken voor hulp bij de karakteriseringsexperimenten. KANCF is een gedeelde multidisciplinaire onderzoeks- en onderwijsfaciliteit binnen het Kostas Research Institute (KRI) aan de Northeastern University.

1. Synthese van nHAP door neerslag
<ol><li>Synthetiseer de ongerepte nHAP met behulp van 50 ml van het reactiemengsel dat 1 M Ca(NO3)2∙4H2O en 0,67 M (NH4)H2PO4 bevat, gevolgd door de druppelsgewijze toevoeging van NH4OH (25%) om een pH rond 1018 te behouden.</li>
	<li>Roer daarna het reactiemengsel door ultrasone bestraling (UI) gedurende 30 minuten (500 W vermogen en 20 kHz ultrasone frequentie).</l...

<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>

Hoewel verschillende metalen, polymeren, keramiek en hun combinaties zijn onderzocht als orthopedische implantaten en fixatieaccessoires, wordt HAP beschouwd als een van de meest geprefereerde materialen vanwege de chemische gelijkenis met het bot zelf en de daaruit voortvloeiende hoge cytocompatibiliteit 20,21,22. In deze studie was de oriëntatie van HAP gevarieerd, wat een aanzienlijke impact kan hebben op de unieke eigenscha...

Grafeen heeft plaatachtige tweedimensionale structuren die zijn samengesteld uit sp-gehybridiseerde koolstof. Verschillende andere allotropen kunnen worden toegeschreven aan het uitgebreide honingraatnetwerk van grafeen (bijvoorbeeld het stapelen van grafeenvellen vormt 3D-grafiet terwijl het afrollen van hetzelfde materiaal resulteert in de vorming van 1D-nanobuisjes1). Evenzo worden 0D-fullerenen gevormd als gevolg van hetinpakken van 2. Grafeen heeft aantrekkelijke fysisch-chemische en opto-elektronische eigenschappen, waaronder een ambipolair veldeffect en een quantum Hall-effect bij kamertemperatuur 3,4. Detectie van adsorptiegebeurtenissen met één molecuul en extreem hoge dragermobiliteit dragen bij aan de aantrekkelijke eigenschappen van grafeen 5,6. Verder worden grafeen nanoribbons (GNR's) met smalle breedtes en een groot gemiddeld vrij pad, lage weerstand met een hoge stroomdichtheid en hoge elektronenmobiliteit beschouwd als veelbelovende onderling verbonden materialen7. Vandaar dat GNR's worden onderzocht voor toepassingen in een groot aantal apparaten, en meer recent in nanogeneeskunde, met name tissue engineering en medicijnafgifte8.
Onder de verschillende traumatische aandoeningen worden botletsels beschouwd als een van de meest uitdagende vanwege problemen bij het stabiliseren van de fractuur, regeneratie en vervanging door nieuw bot, weerstand bieden aan infectie en bot niet-unies opnieuw uitlijnen 9,10. Chirurgische ingrepen blijven het enige alternatief voor femurschachtfracturen. Opgemerkt moet worden dat bijna $ 52 miljoen elk jaar wordt besteed aan de behandeling van botletsels in Midden-Amerika en Europa11.
Bioactieve steigers voor botweefseltechnologietoepassingen kunnen effectiever zijn door nano-hydroxyapatiet (nHAP) op te nemen, omdat ze lijken op de micro- en nano-architecturale eigenschappen van het bot zelf12. HAP, chemisch weergegeven als Ca10(PO4)6(OH)2 met een Ca/P molaire verhouding van 1,67, heeft de meeste voorkeur voor biomedische toepassingen, met name voor de behandeling van parodontale defecten, de vervanging van harde weefsels en het vervaardigen van implantaten voor orthopedische operaties13,14. De fabricage van op nHAP gebaseerde biomaterialen versterkt met GNR's kan dus superieure biocompatibiliteit bezitten en kan voordelig zijn vanwege hun vermogen om osseo-integratie te bevorderen en osteogeleidend te zijn 15,16. Dergelijke hybride composietsteigers kunnen biologische eigenschappen behouden, zoals celaanhanging, verspreiding, proliferatie en differentiatie17. Hierin rapporteren we de fabricage van twee nieuwe nanocomposieten voor botweefseltechnologie door de ruimtelijke rangschikking van nHAP en GNR's rationeel te wijzigen, zoals geïllustreerd in figuur 1. De chemische en structurele eigenschappen van de twee verschillende nHAP-GNR-regelingen werden hier geëvalueerd.

<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

Het ontwikkelen van nieuwe materialen voor botweefseltechnologie is een van de belangrijkste stuwkrachtgebieden van nanogeneeskunde. Verschillende nanocomposieten zijn vervaardigd met hydroxyapatiet om celtrouw, proliferatie en osteogenese te vergemakkelijken. In deze studie werden hybride nanocomposieten met succes ontwikkeld met behulp van grafeen nanoribbons (GNR's) en nanodeeltjes van hydroxyapatiet (nHAPs), die bij gebruik in bioactieve steigers mogelijk de regeneratie van botweefsel kunnen verbeteren. Deze nanostructuren kunnen biocompatibel zijn. Hier werden twee benaderingen gebruikt voor het voorbereiden van de nieuwe materialen. In één benadering werd een co-functionalisatiestrategie gebruikt waarbij nHAP tegelijkertijd werd gesynthetiseerd en geconjugeerd tot GNR's, wat resulteerde in nanohybriden van nHAP op GNR-oppervlakken (aangeduid als nHAP / GNR). Hoge resolutie transmissie-elektronenmicroscopie (HRTEM) bevestigde dat de nHAP/GNR-composiet bestaat uit slanke, dunne structuren van GNR's (maximale lengte van 1,8 μm) met discrete patches (150-250 nm) naaldachtige nHAP (40-50 nm lang). In de andere benadering werd commercieel verkrijgbare nHAP geconjugeerd met GNR's die GNR-gecoat nHAP vormden (aangeduid als GNR / nHAP) (d.w.z. met een tegenovergestelde oriëntatie ten opzichte van het nHAP / GNR-nanohybride). Het nanohybride gevormd met behulp van de laatste methode vertoonde nHAP-nanosferen met een diameter variërend van 50 nm tot 70 nm bedekt met een netwerk van GNR's op het oppervlak. Energiedispersieve spectra, elementaire mapping en Fourier transform infrared (FTIR) spectra bevestigden de succesvolle integratie van nHAP en GNR's in beide nanohybriden. Thermogravimetrische analyse (TGA) gaf aan dat het verlies bij verhoogde verwarmingstemperaturen als gevolg van de aanwezigheid van GNR's respectievelijk 0,5% en 0,98% was voor GNR/nHAP en nHAP/GNR. De nHAP-GNR nanohybriden met tegengestelde oriëntaties vertegenwoordigen belangrijke materialen voor gebruik in bioactieve steigers om mogelijk cellulaire functies te bevorderen voor het verbeteren van botweefseltechnologietoepassingen.

HRTEM analyse Individueel waren GNR's slanke bamboe-achtige structuren met enkele bochten op enige afstand, zoals waargenomen in figuur 2. De langste GNR was 1.841 μm terwijl de kleinste gebogen GNR 497 nm was. De nanoribbons vertoonden vaak een zichtbare variatie in breedte die kan worden toegeschreven aan het draaien om op veel plaatsen spiraalvormige configuraties te vormen. Een dergelijke unidirectionele uitlijning van GNR's kan bijdragen tot het verkrijgen van aantr...

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

Nieuwe nanocomposieten van grafeen nanoribbons en hydroxyapatiet nanodeeltjes werden bereid met behulp van oplossingsfase synthese. Deze hybriden kunnen, wanneer ze worden gebruikt in bioactieve steigers, potentiële toepassingen vertonen in tissue engineering en botregeneratie.

Synthese van grafeen-hydroxyapatiet nanocomposieten voor potentieel gebruik in bone tissue engineering

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

Dit werk verklaart de strategie om nieuwe composieten van nanohydroxyapatiet en grafeen nanoribbons met tegengestelde oriëntaties te fabriceren. Deze biomaterialen zijn belangrijk voor het ontwikkelen van botweefsel engineering steigers. Dit is een eenvoudige eenpotsynthese.Het is een snelle, effectieve en economische methode. Dit werk is uiterst relevant in de context van de behandeling van botletsels en bijbehorende aandoeningen waarbij meer botweefselregeneratie een snelle genezing zal bevorderen. Om te beginnen synthetiseert u de ongerepte nanodeeltjes van hydroxyapatiet met behulp van 50 milliliter van het reactiemengsel.Voeg druppelsgewijs 25% ammoniumhydroxide toe om een pH van ongeveer 10 te behouden. Roer daarna het reactiemengsel door ultrasone bestraling gedurende 30 minuten. Laat de resulterende oplossing 120 uur rijpen bij kamertemperatuur totdat het witte neerslag van nanodeeltjes hydroxyapatiet is neergedaald.Herstel de nanodeeltjes hydroxyapatiet door centrifugering bij 1, 398 x g gedurende vijf minuten bij kamertemperatuur. Was het neerslag drie keer met gedeïoniseerd water. Om het nHAP / GNR-nanocomposiet voor te bereiden, gebruikt u een cofunctionalisatiestrategie, begint u met het oplossen van vijf milligram grafeennanoribbons in een mengsel van één molair calciumnitraattetrahydraat en 0,67 molair diammoniumwaterstoffosfaat tot een eindvolume van 50 milliliter.Voeg tijdens deze reactie druppelsgewijs 25% ammoniumhydroxide toe om de pH op ongeveer 10 te houden. Roer het resulterende mengsel door ultrasoonbehandeling gedurende 30 minuten. Laat na voltooiing van de reactie de oplossing 120 uur ongestoord op kamertemperatuur tot rijping.Let op de vorming van een gelatineus neerslag van nanodeeltjes hydroxyapatiet, dat de grafine-nanoribbons bedekt, waarna een wit neerslag van nHAP / GNR bezinkt. Was het neerslag driemaal door centrifugeren op 1, 398 x g gedurende vijf minuten bij kamertemperatuur, gevolgd door herverdeling in gedeïoniseerd water. Om GNR / nHAP-nanocomposieten te synthetiseren, suspensie u in de handel verkrijgbare nanodeeltjes hydroxyapatiet in een concentratie van vijf milligram per milliliter in 50 milliliter gedeïoniseerd water, aangevuld met vijf milligram grafine-nanoribbons.Roer het resulterende mengsel door ultrasoonbehandeling gedurende 30 minuten en laat het mengsel daarna 120 uur ongestoord bij kamertemperatuur. Herstel na rijping het witte neerslag van het resulterende GNR/nHAP door centrifugatie bij 1,398 x g gedurende vijf minuten bij kamertemperatuur. Was het monster driemaal met gedeïoniseerd water.De HRTEM-analyse van nHAP/GNR-nanocomposiet toonde nHAP-patches tussen 150 en 250 nanometer in lengte en breedte. Elementaire mapping bevestigde dat de geoxideerde nodale patches op de GNR's inderdaad nHAP waren vanwege de aanwezigheid van elementair calcium en fosfor. In GNR/nHAP nanocomposieten vormde de GNR dunne films op het oppervlak van de bolvormige nHAP nanodeeltjes.De EDS-analyse toonde een duidelijke toename van het koolstofgehalte als gevolg van GNR's, terwijl de pieken specifiek voor calcium en fosfor te wijten waren aan nHAP. De duidelijke toename van het koolstofgehalte in het nHAP/GNR-spectrum is te wijten aan de meerderheid van de GNR's waarop slechts kleine stukjes vers gesynthetiseerd nHAP werden waargenomen. XRD-analyse bevestigde de zeshoekige kristalstructuur van de nHAP-sterke pieken die overeenkomen met respectievelijk 002, 102, 211, 300, 202, 310, 113, 222 en 213 vlakken en bevestigde de zuiverheid van de gesynthetiseerde nHAP.TGA-analyse toonde een gestage afname van de massa na 200 graden Celsius tot 500 graden Celsius als gevolg van de kristallisatie van nHAP. Verdere verhitting leidde tot de ontbinding van de complexen. Verloren als gevolg van de aanwezigheid van GNR's bleek tussen 0,5 en 0,98% in GNR / nHAP en nHAP / GNR te liggen.De volgorde van toevoeging van reagentia en reactieomstandigheden zijn het meest kritisch om de gewenste omgekeerde oriëntatie van de nanocomposieten te krijgen. Cellijnen-gebaseerde studies kunnen worden uitgevoerd om het potentieel van de nanocomposieten te controleren om osteogenese te bevorderen. Dit zal een nieuw gebied van oriëntatie-gemedieerde modulatie van cellulaire respons openen voor tissue engineering.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Elastomeric PGS Scaffolds in Arterial Tissue Engineering

Elastomeer PGS Steigers 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

Gebruik van de Mens Perivasculaire stamcellen voor botregeneratie

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

Inkapseling van hartspiercellen in een fibrine Hydrogel voor 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

Postproduction Verwerking van electrospun Vezels voor 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

Capillaire Force Lithografie voor 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 van een Menselijke 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

Productie, karakterisering en toepassingsmogelijkheden van een 3D Tissue-engineered Human Slokdarmkanker Mucosale 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 Collageen Gel voor Vasculaire 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-achtige microenvironments Harness Cell / Material 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

Synthese van Keratine-gebaseerde Nanovezel voor Biomedische Technologie

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...