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 erkänner Institutionen för vetenskap och teknik (DST), ministeriet för vetenskap och teknik, Indiens regering och Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research, Indien för finansiering under postdoktoralt utländskt stipendium i nanovetenskap och teknik (Ref. JNC / AO / A.0610.1 (4) 2019-2260 daterad den 19 augusti 2019). Dr Sougata Ghosh erkänner Kasetsart University, Bangkok, Thailand för ett postdoktoralt stipendium och finansiering under Reinventing University Program (Ref. nr 6501.0207/10870 daterad den 9 november 2021). Författarna vill tacka Kostas Advanced Nano-Characterization Facility (KANCF) för hjälp med karakteriseringsexperimenten. KANCF är en gemensam tvärvetenskaplig forsknings- och utbildningsanläggning inom Kostas Research Institute (KRI) vid Northeastern University.

1. Syntes av nHAP genom utfällning
<ol><li>Syntetisera den orörda nHAP med användning av 50 ml av reaktionsblandningen innehållande 1 M Ca (NO3) 2∙4H2Ooch 0,67 M (NH4)H2PO4följt av droppvis tillsats avNH4OH(25%) för att upprätthålla ett pH runt 1018.</li>
	<li>Därefter omrör reaktionsblandningen genom ultraljudsbestrålning (UI) i 30 min (500 W effekt och 20 kHz ultraljudsfrekvens).</li>
	<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>

Även om olika metaller, polymerer, keramik och deras kombinationer har undersökts som ortopediska implantat och fixeringstillbehör, anses HAP vara ett av de mest föredragna materialen på grund av dess kemiska likhet med själva benet och därmed hög cytokompatibilitet 20,21,22. I denna studie varierades orienteringen av HAP, vilket kan ha en betydande inverkan på dess unika egenskaper, såsom främjande av osteogenes, oss...

Grafen har arkliknande tvådimensionella strukturer som består av sp-hybridiserat kol. Flera andra allotroper kan hänföras till det utökade bikakenätverket av grafen (t.ex. stapling av grafenark bildar 3D-grafit medan rullning av samma material resulterar i bildandet av 1D-nanorör1). På samma sätt bildas 0D-fullerener på grund av inslagning2. Grafen har attraktiva fysikalisk-kemiska och optoelektroniska egenskaper som inkluderar en ambipolär fälteffekt och en kvant Hall-effekt vid rumstemperatur 3,4. Detektion av enmolekylära adsorptionshändelser och extremt hög bärarmobilitet bidrar till de attraktiva egenskaperna hos grafen 5,6. Vidare anses grafennanoribboner (GNR) med smala bredder och en stor medelfri väg, låg resistivitet med hög strömtäthet och hög elektronmobilitet vara lovande sammanlänkande material7. Därför undersöks GNR för applikationer i en myriad av enheter, och på senare tid inom nanomedicin, särskilt vävnadsteknik och läkemedelsleverans8.
Bland olika traumatiska sjukdomar anses benskador vara en av de mest utmanande på grund av svårigheter att stabilisera frakturen, regenerering och ersättning med nytt ben, motstå infektion och återanpassa benfri fackföreningar 9,10. Kirurgiska ingrepp är fortfarande det enda alternativet för lårbensfrakturer. Det bör noteras att nästan 52 miljoner dollar spenderas varje år på behandling av benskador i Centralamerika och Europa11.
Bioaktiva byggnadsställningar för benvävnadstekniska applikationer kan vara mer effektiva genom att införliva nano-hydroxiapatit (nHAP), eftersom de liknar mikro- och nanoarkitekturegenskaperna hos själva benet12. HAP, kemiskt representerat som Ca10(PO4)6(OH)2 med ett Ca/P molförhållande på 1,67, är det mest föredragna för biomedicinska tillämpningar, särskilt för behandling av parodontala defekter, substitution av hårda vävnader och tillverkning av implantat för ortopediska operationer13,14. Således kan tillverkningen av nHAP-baserade biomaterial förstärkta med GNR ha överlägsen biokompatibilitet och kan vara fördelaktig på grund av deras förmåga att främja osseointegration och vara osteoledande15,16. Sådana hybridkompositställningar kan bevara biologiska egenskaper såsom cellföljsamhet, spridning, spridning och differentiering17. Häri rapporterar vi tillverkningen av två nya nanokompositer för benvävnadsteknik genom att rationellt ändra det rumsliga arrangemanget av nHAP och GNR som illustreras i figur 1. De kemiska och strukturella egenskaperna hos de två olika nHAP-GNR-arrangemangen utvärderades här.

<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

Att utveckla nya material för benvävnadsteknik är ett av de viktigaste områdena inom nanomedicin. Flera nanokompositer har tillverkats med hydroxiapatit för att underlätta cellföljsamhet, proliferation och osteogenes. I denna studie utvecklades hybridnanokompositer framgångsrikt med hjälp av grafennanoribboner (GNR) och nanopartiklar av hydroxiapatit (nHAPs), som när de används i bioaktiva byggnadsställningar potentiellt kan förbättra benvävnadsregenerering. Dessa nanostrukturer kan vara biokompatibla. Här användes två metoder för att förbereda det nya materialet. I ett tillvägagångssätt användes en kofunktionaliseringsstrategi där nHAP syntetiserades och konjugerades till GNR samtidigt, vilket resulterade i nanohybrider av nHAP på GNR-ytor (betecknat som nHAP / GNR). Högupplöst transmissionselektronmikroskopi (HRTEM) bekräftade att nHAP / GNR-kompositen består av smala, tunna strukturer av GNR (maximal längd på 1,8 μm) med diskreta fläckar (150-250 nm) av nålliknande nHAP (40-50 nm i längd). I det andra tillvägagångssättet konjugerades kommersiellt tillgängligt nHAP med GNR som bildade GNR-belagd nHAP (betecknad som GNR / nHAP) (dvs. med motsatt orientering i förhållande till nHAP / GNR-nanohybriden). Nanohybriden som bildades med den senare metoden uppvisade nHAP-nanosfärer med en diameter från 50 nm till 70 nm täckt med ett nätverk av GNR på ytan. Energidispersiva spektra, elementär kartläggning och Fouriertransform infraröda (FTIR) spektra bekräftade den framgångsrika integrationen av nHAP och GNR i båda nanohybriderna. Termogravimetrisk analys (TGA) indikerade att förlusten vid förhöjda uppvärmningstemperaturer på grund av närvaron av GNR var 0,5% respektive 0,98% för GNR / nHAP respektive nHAP / GNR. Nanohybriderna nHAP-GNR med motsatta inriktningar representerar betydande material för användning i bioaktiva byggnadsställningar för att potentiellt främja cellulära funktioner för att förbättra benvävnadstekniska applikationer.

HRTEM-analys Individuellt var GNR smala bambuliknande strukturer med några böjningar på något avstånd som observerats i figur 2. Den längsta GNR var 1.841 μm medan den minsta böjda GNR var 497 nm. Nanoribbonerna visade ofta en synlig variation i bredd som kan hänföras till vridning för att bilda spiralformade konfigurationer på många ställen. Sådan enkelriktad inriktning av GNR kan bidra till att erhålla attraktiva egenskaper såsom magnetiska egenskaper, ...

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

Nya nanokompositer av grafennanoribboner och hydroxiapatitnanopartiklar framställdes med användning av lösningsfassyntes. Dessa hybrider när de används i bioaktiva byggnadsställningar kan uppvisa potentiella tillämpningar inom vävnadsteknik och benregenerering.

Syntes av grafen-hydroxiapatitnanokompositer för potentiell användning inom benvävnadsteknik

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

Detta arbete förklarar strategin att tillverka nya kompositer av nanohydroxiapatit och grafennanoribboner med motsatta inriktningar. Dessa biomaterial är betydelsefulla för att utveckla benvävnadstekniska byggnadsställningar. Detta är en enkel en pottsyntes.Det är en snabb, effektiv och ekonomisk metod. Detta arbete är extremt relevant med samband med behandling av benskador och tillhörande sjukdomar där mer benvävnadsregenerering kommer att främja snabb läkning. För att börja syntetisera de orörda nanopartiklarna av hydroxiapatit med användning av 50 ml av reaktionsblandningen.Droppvis, tillsätt 25% ammoniumhydroxid för att bibehålla ett pH på cirka 10. Därefter omrör reaktionsblandningen genom ultraljudsbestrålning i 30 minuter. Låt den resulterande lösningen mogna i 120 timmar vid rumstemperatur tills den vita fällningen av nanopartiklar av hydroxiapatit sätter sig ut.Återvinn nanopartiklarna av hydroxiapatit genom centrifugering vid 1 398 x g i fem minuter vid rumstemperatur. Tvätta fällningen med avjoniserat vatten tre gånger. För att förbereda nHAP / GNR-nanokompositen, använd en kofunktionaliseringsstrategi, börja med att lösa upp fem milligram grafennanoribboner i en blandning av ett molärt kalciumnitrattetrahydrat och 0,67 molärt diammoniumvätefosfat till en 50 ml slutlig volym.Under denna reaktion tillsätt 25% ammoniumhydroxid droppvis för att bibehålla pH vid cirka 10. Agitera den resulterande blandningen genom ultraljud i 30 minuter. Efter avslutad reaktion, lämna lösningen ostörd i 120 timmar vid rumstemperatur tills mognad.Observera för bildandet av en gelatinös fällning av nanopartiklar av hydroxiapatit, som täcker grafinnanoribbonerna, varefter en vit fällning av nHAP / GNR sätter sig. Tvätta fällningen tre gånger genom centrifugering vid 1 398 x g i fem minuter vid rumstemperatur följt av omfördelning i avjoniserat vatten. För att syntetisera GNR / nHAP-nanokompositer, suspendera kommersiellt tillgängliga nanopartiklar av hydroxiapatit i en koncentration av fem milligram per milliliter i 50 ml avjoniserat vatten, kompletterat med fem milligram grafinnanoribboner.Agitera den resulterande blandningen genom ultraljud i 30 minuter och lämna därefter blandningen ostörd i 120 timmar vid rumstemperatur. Efter mognadslagring återvinns den vita fällningen av den resulterande GNR/nHAP genom centrifugering vid 1 398 x g i fem minuter vid rumstemperatur. Tvätta provet tre gånger med avjoniserat vatten.HRTEM-analysen av nHAP / GNR nanokomposit visade nHAP-fläckar mellan 150 och 250 nanometer i längd och bredd. Elemental kartläggning bekräftade att de mellanliggande nodfläckarna på GNR verkligen var nHAP på grund av närvaron av elementärt kalcium och fosfor. I GNR/nHAP-nanokompositer bildade GNR tunna filmer på ytan av de sfäriska nHAP-nanopartiklarna.EDS-analysen visade en tydlig ökning av kolhalten på grund av GNR, medan topparna som var specifika för kalcium och fosfor berodde på nHAP. Den markanta ökningen av kolhalten i nHAP/ GNR-spektrumet beror på majoriteten av de GNR på vilka endast små fläckar av nysyntetiserad nHAP observerades. XRD-analys bekräftade den sexkantiga kristallstrukturen hos nHAP-starka toppar motsvarande 002, 102, 211, 300, 202, 310, 113, 222 respektive 213 plan bekräftade renheten hos den syntetiserade nHAP.TGA-analys visade en stadig minskning av massan efter 200 grader Celsius upp till 500 grader Celsius på grund av kristalliseringen av nHAP. Ytterligare uppvärmning ledde till sönderdelning av komplexen. Förlorad på grund av förekomsten av GNR visade sig vara mellan 0,5 och 0,98% i GNR / nHAP och nHAP / GNR.Sekvensen för tillsats av reagens och reaktionsförhållanden är mest kritiska för att få önskad omvänd orientering av nanokompositerna. Cellinjebaserade studier kan utföras för att kontrollera nanokompositernas potential att främja osteogenes. Detta kommer att öppna ett nytt område med orienteringsmedierad modulering av cellulärt svar för vävnadsteknik.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Elastomeric PGS Scaffolds in Arterial Tissue Engineering

Elastomerisk PGS Byggnadsställningar i arteriellt 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

Användning av mänskliga perivaskulär stamceller för benuppbyggnad

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

Inkapsling av Cardiomyocytes i en Fibrin Hydrogel för hjärtvävnad 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 Bearbetning av Electrospun Fibrer för 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

Kapillärkraften Litografi för 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 av en Human 3D<em&gt; In vitro</em&gt; Tumör 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 och potentiella användningsområdena för en 3D vävnadstekniska Human Esophageal Mucosal Modell

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

Ingenjörs 3D Cellularized kollagengeler för kärlvävnad 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 liknande mikromiljöer att utnyttja Cell / Material Interaktioner

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

Syntes av keratin-baserad nanofiber för medicinsk teknik

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