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

Д-р Сугата Гош выражает признательность Департаменту науки и техники (DST), Министерству науки и технологий, правительству Индии и Центру перспективных научных исследований имени Джавахарлала Неру, Индия, за финансирование в рамках постдокторской зарубежной стипендии в области нанонауки и техники (Ref. JNC / AO / A.0610.1 (4) 2019-2260 от 19 августа 2019 года). Д-р Сугата Гош благодарит Университет Касецарт, Бангкок, Таиланд, за постдокторскую стипендию и финансирование в рамках программы «Переосмысление университета» (No 6501.0207/10870 от 9 ноября 2021 года). Авторы хотели бы поблагодарить Kostas Advanced Nano-Characterization Facility (KANCF) за помощь в экспериментах по определению характеристик. KANCF является общим междисциплинарным научно-исследовательским и образовательным учреждением в рамках Научно-исследовательского института Костаса (KRI) в Северо-Восточном университете.

1. Синтез nHAP по осадкам
<ol><li>Синтезируют нетронутый nHAP, используя 50 мл реакционной смеси, содержащей 1 M Ca(NO3)2∙4H2O и 0,67 M (NH4)H2PO4 с последующим добавлением по каплям NH4OH (25%) для поддержания рН около 1018.</li>
	<li>После этого перемешива...

<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>

Хотя различные металлы, полимеры, керамика и их комбинации были исследованы в качестве ортопедических имплантатов и фиксирующих аксессуаров, HAP считается одним из наиболее предпочтительных материалов из-за его химического сходства с самой костью и, как следствие, высокой цитосовмести...

Графен имеет листовидные двумерные структуры, состоящие из sp-гибридизированного углерода. Несколько других аллотропов могут быть отнесены к расширенной сотовой сети графена (например, укладка графеновых листов образует 3D-графит при скатывании с того же материала, что приводит к образованию 1D-нанотрубок1). Аналогично, 0D фуллерены образуются из-за обертывания2. Графен обладает привлекательными физико-химическими и оптоэлектронными свойствами, которые включают амбиполярный полевой эффект и квантовый эффект Холла при комнатной температуре 3,4. Обнаружение одномолекулярных адсорбционных событий и чрезвычайно высокая подвижность носителей добавляют к привлекательным свойствам графена 5,6. Кроме того, графеновые наноленты (GNR) с узкой шириной и большим средним свободным путем, низким удельным сопротивлением с высокой плотностью тока и высокой подвижностью электронов считаются перспективными взаимосвязанными материалами7. Следовательно, ГНР изучаются для применения во множестве устройств, а в последнее время и в наномедицине, особенно в тканевой инженерии и доставке лекарств8.
Среди различных травматических заболеваний травмы костей считаются одними из самых сложных из-за трудностей в стабилизации перелома, регенерации и замене новой костью, сопротивления инфекции и повторного выравнивания костных несоединений 9,10. Хирургические процедуры остаются единственной альтернативой переломам бедренного мозга. Следует отметить, что почти 52 миллиона долларов ежегодно тратится на лечение травм костей в Центральной Америке и Европе11.
Биоактивные каркасы для инженерных применений костной ткани могут быть более эффективными путем включения наногидроксиапатита (nHAP), поскольку они напоминают микро- и наноархитектурные свойства самой кости12. HAP, химически представленный как Ca10(PO4)6(OH)2 с молярным соотношением Ca/P 1,67, является наиболее предпочтительным для биомедицинских применений, особенно для лечения пародонтальных дефектов, замещения твердых тканей и изготовления имплантатов для ортопедических операций13,14. Таким образом, изготовление биоматериалов на основе nHAP, усиленных ГНР, может обладать превосходной биосовместимостью и может быть выгодным из-за их способности способствовать остеоинтеграции и быть остеокондуктивным15,16. Такие гибридные композитные каркасы могут сохранять биологические свойства, такие как сцепление клеток, распространение, пролиферация и дифференцировка17. Здесь мы сообщаем о создании двух новых нанокомпозитов для инженерии костной ткани путем рационального изменения пространственного расположения nHAP и GNR, как показано на рисунке 1. Здесь были оценены химические и структурные свойства двух различных механизмов nHAP-GNR.

<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

Разработка новых материалов для инженерии костной ткани является одной из наиболее важных областей наномедицины. Несколько нанокомпозитов были изготовлены с гидроксиапатитом для облегчения клеточной адгезии, пролиферации и остеогенеза. В этом исследовании гибридные нанокомпозиты были успешно разработаны с использованием графеновых нанолент (GNR) и наночастиц гидроксиапатита (nHAPs), которые при использовании в биологически активных каркасах могут потенциально улучшить регенерацию костной ткани. Эти наноструктуры могут быть биосовместимыми. Здесь для подготовки новых материалов использовались два подхода. В одном подходе использовалась стратегия кофункционализации, при которой nHAP синтезировался и сопрягался с GNR одновременно, что приводило к наногибридам nHAP на поверхностях GNR (обозначаемым как nHAP/GNR). Просвечивающая электронная микроскопия с высоким разрешением (HRTEM) подтвердила, что композит nHAP/GNR состоит из тонких, тонких структур GNR (максимальная длина 1,8 мкм) с дискретными пятнами (150-250 нм) игольчатого nHAP (40-50 нм в длину). В другом подходе коммерчески доступный nHAP был сопряжен с ГНРс, образующими nHAP с покрытием GNR (обозначаемым как GNR/nHAP) (т.е. с противоположной ориентацией относительно наногибрида nHAP/GNR). Наногибриды, сформированные с помощью последнего метода, выставляли nHAP-наносферы диаметром от 50 нм до 70 нм, покрытые сетью ГНР на поверхности. Спектры дисперсии энергии, элементарное отображение и инфракрасные спектры преобразования Фурье (FTIR) подтвердили успешную интеграцию nHAP и GNR в обоих наногибридах. Термогравиметрический анализ (TGA) показал, что потери при повышенных температурах нагрева из-за присутствия ГНРс составляли соответственно 0,5% и 0,98% для GNR/nHAP и nHAP/GNR. Наногибриды nHAP-GNR с противоположными ориентациями представляют собой значимые материалы для использования в биологически активных каркасах для потенциального стимулирования клеточных функций для улучшения инженерных приложений костной ткани.

Анализ HRTEM По отдельности ГНР представляли собой тонкие бамбуковые структуры с некоторыми изгибами на некотором расстоянии, как показано на рисунке 2. Самый длинный GNR составлял 1,841 мкм, в то время как самый маленький изогнутый GNR составлял 497 нм. Наноленты част?...

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

Новые нанокомпозиты графеновых нанолент и наночастиц гидроксиапатита были получены с использованием растворно-фазового синтеза. Эти гибриды при использовании в биологически активных каркасах могут демонстрировать потенциальное применение в тканевой инженерии и регенерации костей.

Синтез графен-гидроксиапатитовых нанокомпозитов для потенциального использования в инженерии костной ткани

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

Эта работа объясняет стратегию изготовления новых композитов наногидроксиапатитов и графеновых нанолент с противоположными ориентациями. Эти биоматериалы важны для разработки инженерных каркасов костной ткани. Это простой синтез одного горшка.Это быстрый, эффективный и экономичный метод. Эта работа чрезвычайно актуальна в контексте лечения травм костей и связанных с ними заболеваний, где большая регенерация костной ткани будет способствовать быстрому заживлению. Для начала синтезируют нетронутые наночастицы гидроксиапатита, используя 50 миллилитров реакционной смеси.По каплям добавьте 25% гидроксида аммония для поддержания рН около 10. После этого перемешайте реакционную смесь ультразвуковым облучением в течение 30 минут. Дайте полученному раствору созреть в течение 120 часов при комнатной температуре, пока белый осадок наночастиц гидроксиапатита не осядет.Восстанавливают наночастицы гидроксиапатита центрифугированием при 1, 398 х г в течение пяти минут при комнатной температуре. Промыть осадок деионизированной водой три раза. Чтобы подготовить нанокомпозит nHAP/GNR, используйте стратегию кофункционализации, начните с растворения пяти миллиграммов графеновых нанолент в смеси одного молярного тетрагидрата нитрата кальция и 0,67 молярного диаммонийфосфата водорода до конечного объема 50 миллилитров.Во время этой реакции добавляют 25% гидроксида аммония по каплям, чтобы поддерживать рН примерно на уровне 10. Перемешайте полученную смесь ультразвуком в течение 30 минут. После завершения реакции оставьте раствор нетронутым в течение 120 часов при комнатной температуре до созревания.Наблюдают за образованием желатинового осадка наночастиц гидроксиапатита, который покрывает графиновые наноленты, после чего оседает белый осадок nHAP/GNR. Промыть осадок три раза центрифугированием при 1, 398 х г в течение пяти минут при комнатной температуре с последующим повторным окрашиванием в деионизированной воде. Для синтеза нанокомпозитов GNR/nHAP суспендируют коммерчески доступные наночастицы гидроксиапатита в концентрации пяти миллиграммов на миллилитр в 50 миллилитрах деионизированной воды, дополненной пятью миллиграммами графиновых нанолент.Полученное смесь перемешивают ультразвуком в течение 30 минут, а затем оставляют смесь ненарушенной в течение 120 часов при комнатной температуре. После созревания восстанавливают белый осадок полученного GNR/nHAP центрифугированием при 1, 398 х г в течение пяти минут при комнатной температуре. Промыть образец три раза, используя деионизированную воду.Анализ нанокомпозита nHAP/GNR показал, что участки nHAP имеют длину и ширину от 150 до 250 нанометров. Элементарное картирование подтвердило, что опосредованные узловые пятна на ГНР действительно были nHAP из-за присутствия элементарного кальция и фосфора. В нанокомпозитах GNR/nHAP GNR образовывала тонкие пленки на поверхности сферических наночастиц nHAP.Анализ EDS показал явное увеличение содержания углерода из-за ГНР, в то время как пики, характерные для кальция и фосфора, были связаны с nHAP. Заметное увеличение содержания углерода в спектре nHAP/GNR обусловлено большинством ГНЗ, на которых наблюдались лишь небольшие участки свежесинтезированного nHAP. XRD-анализ подтвердил гексагональную кристаллическую структуру сильных пиков nHAP, соответствующих плоскостям 002, 102, 211, 300, 202, 310, 113, 222 и 213 соответственно, подтвердил чистоту синтезированного nHAP.Анализ TGA показал устойчивое снижение массы после 200 градусов Цельсия до 500 градусов Цельсия из-за кристаллизации nHAP. Дальнейший нагрев привел к разложению комплексов. Было установлено, что потеря из-за наличия ГНЗ составляет от 0,5 до 0,98% в GNR/nHAP и nHAP/GNR.Последовательность добавления реагентов и условия реакции наиболее критичны для получения желаемой обратной ориентации нанокомпозитов. Исследования на основе клеточных линий могут быть выполнены для проверки потенциала нанокомпозитов для стимулирования остеогенеза. Это откроет новую область ориентационно-опосредованной модуляции клеточного ответа для тканевой инженерии.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Elastomeric PGS Scaffolds in Arterial Tissue Engineering

Эластомерные PGS Строительные леса в Артериальная тканевой инженерии

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

Использование прав Периваскулярная стволовых клеток для регенерации костной

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

Инкапсуляция кардиомиоцитов в Фибрин Гидрогель для сердечной тканевой инженерии

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

Озвучка обработка волокна Electrospun для тканевой инженерии

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

Капиллярная сила Литография для сердечной тканевой инженерии

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

Тканевая инженерия человеческого 3D<em&gt; В пробирке</em&gt; Опухоль Тестовая система

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

Производственные, характеристики и потенциальные возможности использования в 3D тканевой инженерии человека пищевода слизистой модели

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

Инженерные 3D Cellularized Коллаген Гели для сосудистой регенерации ткани

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

Сэндвич-как микросреды, чтобы использовать Cell / Материал взаимодействий

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

Синтез кератина основе нановолокон для биомедицинской инженерии

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