עבודה זו נתמכה על ידי מלגת לימודי CASE EPSRC בשיתוף עם Ceramisys בע&quot;מ וגם קשורה חדשנות Mede, מרכז EPSRC עבור ייצור חדשני בתחום המכשור רפואי [מספר מענק EP / K029592 / 1]. המחברים גם רוצה להודות רוברט ברטון ב שפילד האלאם האוניברסיטה לניתוח XRF.

<img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig1.jpg" /> איור 1. תרשים סכמטי של הכנת שילוב המהירה של hydroxyapatite ננו bioinspired. הפתרון חומצה זרחתית נמזג ההשעיה הידרוקסיד סידן. לאחר ההשעיה שקטה במהלך הלילה, את נה נשטפה עם מים ללא יונים לפני המיובשת ב- C 60 עד 80 °. נה היה ומעבדים מרגמה אגת העלי ו sintered לחקור את יציבות תרמית של המוצר נה. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55343/55343fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 1. הפקת מיקס המהירה של Hydroxyapatite ננומטריים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת פתרונות סידן וזרחן להכין 5 גרם של hydroxyapatite ננו באמצעות סידן לזרחן יחס טוחן של 1.67. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 3.705 גרם של סידן הידרוקסיד כדימים ללא יונים 500 מ&quot;ל ומערבבים בצלחת בוחש מגנטי עבור 1 שעות ב 400 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בכוס נפרדת ממיסים 3.459 גרם של חומצה זרחתית (85%) ב -250 מ&quot;ל מים ללא יונים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את הפתרון זרחן לתוך ההשעיה הידרוקסיד סידן בחישה בשיעור של כ 100 מ&quot;ל / s. מכסים בכוס עם Parafilm (Bemis, ארה&quot;ב). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאירו את ההשעיה לבחוש עבור 1 שעות ב 400 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח כוס מצלחת הבוחשת ולהשאיר להתיישב לילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטפו את ההשעיה על ידי שפיכת את supernatant והוספת 500 מ&quot;ל מים deionized ו ערבוב במשך 1 דקות ב 400 סל&quot;ד. חזור על פעולה זו שלוש פעמים בסך הכל, עם 2 שעות בין כל שטיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאר השעית Nha להתיישב לילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את supernatant ברור ומניחים ההשעיה Nha התיישבו ייבוש להגדיר בתנור ב 60 עד 80 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר יבש, למקם את נה היבשה לתוך מרגמה אגת עלי וטוחן עד בסדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים 2.5 גרם של פרואבקה מופק נה ב אבקת כור היתוך ו דבקוק אלומינה ב 1000 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות, תוך שימוש בשיעור רמפה של 10 ° C / min. לאחר טיפול בחום, לעזוב את נה להתקרר בכבשן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבקות חנות ייבוש ואקום. </li></ol> .2 אפיון Hydroxyapatite ננומטריים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רנטגן עקיפה (XRD) באמצעות diffractometers אמצעי השידור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כמות קטנה (כלומר פחות מ -200 μL) של פולי (ויניל אלכוהול) דבק (PVA) על הסרט אצטט ומערבבים עם כמות קטנה (כלומר פחות מ -100 מ&quot;ג) של אבקת נה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנק עם אקדח אוויר חם עד יבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר מדגם לתוך בעל מדגם ועומס על גבי diffractometer רנטגן במצב שידור עם קרינת α Cu K. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בהגדרות diffractometer של 40 קילו ו -35 מילי-אמפר, עם מגוון 2θ של 10-70 מעלות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח את דפוסי XRD הנגזרים מהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש כרטיסי XRD הבאים לזיהוי שלב: Hydroxyapatite: 9-432. בטא-מזוני פוספט: 04-014-2292. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים (TEM) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כמות קטנה של אבקת (כלומר פחות מ -10 מ&quot;ג) בתוך bijou ולהוסיף כ אתנול מ&quot;ל 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדגם Ultra-sonicate במשך 15 - 30 דקות עד השעיה הומוגנית הוא ציין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיפטה כמות של פתרון קטנה (כלומר פחות מ -1 מיליליטר) על גבי רשת נחושת רשת 400 עם סרט פחמן, ולאפשר לו להתייבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות תמונה לעבר מתח מאיץ של 80 קילו וולט. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רנטגן פלואורסצנטי (XRF) שירות על ידי חומרים והנדסה מכון המחקר (מרי) על שפילד האלאם האוניברסיטה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים אבקת 0.8 גרם נה עם 8 גרם של tetraborate ליתיום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממסי תערובת בכור היתוך סגסוגת פלטינה-זהב באמצעות תנור מוגדר 1,200 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח דגימות הנובע ממנו ספקטרומטר XRF כדי לקבוע את הרכב היסודות שלהדגימות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פורייה-transform ספקטרוסקופיה אינפרא אדום במצב ההחזרה הכולל מוחלשים (FTIR-ATR) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע 64 סריקות ברקע בין 4,000 - 500 ס&quot;מ -1 עם רזולוציה של 4 ס&quot;מ -1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כמות קטנה (כלומר פחות מ -100 מ&quot;ג) של אבקת נה על גבי היהלום של מתאם במצב ההחזרה הכולל מוחלשים לדחוס על פני השטח של היהלום באמצעות בורג בראש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע 32 סריקות בין 4,000 - 500 ס&quot;מ -1 עם רזולוציה של 4 ס&quot;מ -1 עם סריקות ברקע מפחיתים את סריקות המדגם. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Pasteris, J. D., Wopenka, B., Valsami-Jones, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+and+tooth+mineralization:+why+apatite?.">Bone and tooth mineralization: why apatite?.</a> Elements. 4 (2), 97-104 (2008).</li><li>Carter, D. H., Hatton, P. V., Aaron, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ultrastructure+of+slam-frozen+bone+mineral.">The ultrastructure of slam-frozen bone mineral.</a> Histochem. J. 29 (10), 783-793 (1997).</li><li>Wopenka, B., Pasteris, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mineralogical+perspective+on+the+apatite+in+bone.">A mineralogical perspective on the apatite in bone.</a> Mater. Sci. Eng. 25 (2), 131-143 (2005).</li><li>Boskey, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mineralization+of+bones+and+teeth.">Mineralization of bones and teeth.</a> Elements. 3 (6), 385-391 (2007).</li><li>Fox, K., Tran, P. A., Nhiem, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Advances+in+Research+Applications+of+Nanophase+Hydroxyapatite.">Recent Advances in Research Applications of Nanophase Hydroxyapatite.</a> ChemPhysChem. 13 (10), 2495-2506 (2012).</li><li>Neira, I. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Effective+Morphology+Control+of+Hydroxyapatite+Crystals+via+Hydrothermal+Synthesis.">An Effective Morphology Control of Hydroxyapatite Crystals via Hydrothermal Synthesis.</a> Cryst. Growth. Des. 9 (1), 466-474 (2009).</li><li>Luo, P., Nieh, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+ultrafine+hydroxyapatite+particles+by+a+spray+dry+method.">Synthesis of ultrafine hydroxyapatite particles by a spray dry method.</a> Mater. Sci. Eng. C. 3 (2), 75-78 (1995).</li><li>Wang, F., Li, M. S., Lu, Y. P., Qi, Y. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+sol-gel+technique+for+preparing+hydroxyapatite+nanopowders.">A simple sol-gel technique for preparing hydroxyapatite nanopowders.</a> Mater. Lett. 59 (8-9), 916-919 (2005).</li><li>Cai, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+hydroxyapatite+nanoparticle+size+in+bone+cell+proliferation.">Role of hydroxyapatite nanoparticle size in bone cell proliferation.</a> J. Mater. Chem. 17 (36), 3780-3787 (2007).</li><li>Catros, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physico-chemical+and+biological+properties+of+a+nano-hydroxyapatite+powder+synthesized+at+room+temperature.">Physico-chemical and biological properties of a nano-hydroxyapatite powder synthesized at room temperature.</a> IRBM. 31 (4), 226-233 (2010).</li><li>Kumar, R., Prakash, K. H., Cheang, P., Khor, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+driven+morphological+changes+of+chemically+precipitated+hydroxyapatite+nanoparticles.">Temperature driven morphological changes of chemically precipitated hydroxyapatite nanoparticles.</a> Langmuir. 20 (13), 5196-5200 (2004).</li><li>Liu, H., Yazici, H., Ergun, C., Webster, T. J., Bermek, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+in+vitro+evaluation+of+the+Ca/P+ratio+for+the+cytocompatibility+of+nano-to-micron+particulate+calcium+phosphates+for+bone+regeneration.">An in vitro evaluation of the Ca/P ratio for the cytocompatibility of nano-to-micron particulate calcium phosphates for bone regeneration.</a> Acta. Biomater. 4 (5), 1472-1479 (2008).</li><li>Prakash, K. H., Kumar, R., Ooi, C. P., Cheang, P., Khor, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Apparent+solubility+of+hydroxyapatite+in+aqueous+medium+and+its+influence+on+the+morphology+of+nanocrystallites+with+precipitation+temperature.">Apparent solubility of hydroxyapatite in aqueous medium and its influence on the morphology of nanocrystallites with precipitation temperature.</a> Langmuir. 22 (26), 11002-11008 (2006).</li><li>Bianco, A., Cacciotti, I., Lombardi, M., Montanaro, L., Gusmano, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+stability+and+sintering+behaviour+of+hydroxyapatite+nanopowders.">Thermal stability and sintering behaviour of hydroxyapatite nanopowders.</a> J. Therm. Anal. Calorim. 88 (1), 237-243 (2007).</li><li>Brito Lopes, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+method+for+calcium+phosphate+nano-particles+with+high+purity+and+their+use.">Production method for calcium phosphate nano-particles with high purity and their use.</a> WO2008/007992A2. , (2008).</li><li>Gentile, P., Wilcock, C. J., Miller, C. A., Moorehead, R., Hatton, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+optimisation+to+control+the+physico-chemical+characteristics+of+biomimetic+nanoscale+hydroxyapatites+prepared+using+wet+chemical+precipitation.">Process optimisation to control the physico-chemical characteristics of biomimetic nanoscale hydroxyapatites prepared using wet chemical precipitation.</a> Materials. 8 (5), 2297-2310 (2015).</li><li>Gibson, I. R., Bonfield, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+synthesis+and+characterization+of+an+AB-type+carbonate-substituted+hydroxyapatite.">Novel synthesis and characterization of an AB-type carbonate-substituted hydroxyapatite.</a> J. Biomed. Mater. Res. 59 (4), 697-708 (2002).</li><li>Koutsopoulos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+hydroxyapatite+crystals:+a+review+study+on+the+analytical+methods.">Synthesis and characterization of hydroxyapatite crystals: a review study on the analytical methods.</a> J. Biomed. Mater. Res. 62 (4), 600-612 (2002).</li><li>Deng, Y., Sun, Y., Chen, X., Zhu, P., Wei, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+synthesis+and+biocompatibility+evaluation+of+carbonated+apatites+template-mediated+by+heparin.">Biomimetic synthesis and biocompatibility evaluation of carbonated apatites template-mediated by heparin.</a> Mater. Sci. Eng. C.-Mater. Biol. Appl. 33 (5), 2905-2913 (2013).</li><li>Gibson, I. R., Rehman, I., Best, S. M., Bonfield, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+transformation+from+calcium-deficient+apatite+to+beta-tricalcium+phosphate.">Characterization of the transformation from calcium-deficient apatite to beta-tricalcium phosphate.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 11 (9), 533-539 (2000).</li><li>Siddharthan, A., Seshadri, S. K., Kumar, T. S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+accelerated+synthesis+of+nanosized+calcium+deficient+hydroxyapatite.">Microwave accelerated synthesis of nanosized calcium deficient hydroxyapatite.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 15 (12), 1279-1284 (2004).</li><li>Yubao, L., Klein, C., Dewijn, J., Vandemeer, S., Degroot, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+change+and+phase-transition+of+needle-like+nonstoichiometric+apatite+crystals.">Shape change and phase-transition of needle-like nonstoichiometric apatite crystals.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 5 (5), 263-268 (1994).</li><li>Prieto Valdes, J. J., Ortiz Lopez, J., Rueda Morales, G., Pacheco Malagon, G., Prieto Gortcheva, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibrous+growth+of+tricalcium+phosphate+ceramics.">Fibrous growth of tricalcium phosphate ceramics.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 8 (5), 297-301 (1997).</li><li>Bouyer, E., Gitzhofer, F., Boulos, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+study+of+hydroxyapatite+nanocrystal+suspension.">Morphological study of hydroxyapatite nanocrystal suspension.</a> J. Mater. Sci.-Mater. M. 11 (8), 523-531 (2000).</li><li>Wilcock, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The development of nanostructured calcium phosphate biomaterials for bone tissue regeneration PhD thesis. , (2015).</li><li>Khalid, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+surfactant+and+heat+treatment+on+morphology,+surface+area+and+crystallinity+in+hydroxyapatite+nanocrystals.">Effect of surfactant and heat treatment on morphology, surface area and crystallinity in hydroxyapatite nanocrystals.</a> Ceram. Int. 39 (1), 39-50 (2013).</li><li>Reyes-Gasga, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=XRD+and+FTIR+crystallinity+indices+in+sound+human+tooth+enamel+and+synthetic+hydroxyapatite.">XRD and FTIR crystallinity indices in sound human tooth enamel and synthetic hydroxyapatite.</a> Mater. Sci. Eng. C.-Mater. Biol. Appl. 33 (8), 4568-4574 (2013).</li><li>Tampieri, A., Celotti, G., Landi, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+biomimetic+apatites+to+biologically+inspired+composites.">From biomimetic apatites to biologically inspired composites.</a> Anal. Bioanal. Chem. 381 (3), 568-576 (2005).</li><li>Boanini, E., Gazzano, M., Bigi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+substitutions+in+calcium+phosphates+synthesized+at+low+temperature.">Ionic substitutions in calcium phosphates synthesized at low temperature.</a> Acta. Biomater. 6 (6), 1882-1894 (2010).</li><li>Elliott, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Structure and Chemistry of the Apatites and Other Calcium Orthophosphates. , 260 (1994).</li><li>Wilcock, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+Antibacterial+Properties+of+Silver-doped+Nanoscale+Hydroxyapatite+Pastes+for+Bone+Repair+and+Augmentation.">Preparation and Antibacterial Properties of Silver-doped Nanoscale Hydroxyapatite Pastes for Bone Repair and Augmentation.</a> J. Biomed. Nanotechnol. , (2017).</li><li>Cox, S. C., Jamshidi, P., Grover, L. M., Mallick, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+characterisation+of+nanophase+Sr,+Mg,+and+Zn+substituted+hydroxyapatite+by+aqueous+precipitation.">Preparation and characterisation of nanophase Sr, Mg, and Zn substituted hydroxyapatite by aqueous precipitation.</a> Mater. Sci. Eng. C. 35, 106-114 (2014).</li></ol>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

אפטיט טבעי מורכב מחלקיקים ננומטריים של hydroxyapatite מוגזים שאינם stoichiometric עם הנוסחה הכימית המשוער של Ca 10 XY [(HPO 4) (PO 4)] 6-x (CO 3) y (OH) 2-x. הפקת חומרים ביולוגיות עם דמיון כימי קרוב מינרל טבעי דווחה לקדם תגובות ביולוגיות אופטימליות. לדוגמא, מחקר על נה מוגזים סידן המחסר biomimetic הוכיח שהוא מסוגל לעורר התפשטות פעילות phosphatase אלקליין של תאי preosteoblast murine במידה רבה יותר הקונבנציונלית נה 19. במחקר זה, משקעים של HA שהראה פירוק תרמי חלקית ב 1000 ° C (איור 2) הציע היווצרות של HA סידן מחסר. זו נתמכה על ידי נמוך מ Ca stoichiometric: יחס P (1.63) שהושג עם נתוני XRF (Tמסוגל 1). מובן כי מופחת Ca: יחס P קשור יציבות תרמית נמוכה 20, 21, 22, 23. בשיטה זו, התוספת המהירה של פתרון החומצה זרחתית במהירות הורידה את ה- pH של השעית התגובה לייצר HPO 4 יונים. הנוכחות של HPO 4 קבוצות הקל משקעים של סידן לקוי HA, עם נוסחה מולקולרית: Ca 10-x (HPO 4) x (PO 4) 6-x (OH) 2-x, כאשר 0 &lt;x &lt;1. תוספת מהירה של חומצה זרחתית ולכן היתה השפעה ניכרת על קינטיקה ממטרים של התגובה. כפי שתואר קודם לכן, תגובות טיטרציה מעורבות הידרוקסיד סידן וחומצה זרחתית בצע בטמפרטורת חדר נטו להניב חלקיקים עם היבט יחס גבוה 13. לקבלת titration התגובות המעורבות המגיב אלה, היו צורך להשתמש טמפרטורה גבוהה לייצר חלקיקים עם יחס רוחב-גובה נמוך אשר דומים יותר אפטיט ביולוגי 13. חלקיקי יחס ממדים גבוהים מיוצרים כאשר שיעור נוקלאציה קריסטל הוא איטי מקצב הגידול קריסטל 24. לקבלת השיטה החדשה שפותחה במחקר זה, התוספת המהירה של פתרון החומצה זרחתית עשויה ספקה מספר גדול יותר של אתרי התגרענות אשר הביאו הנוכחות המוגברת של חלקיקים מעוגלים קטנים לעומת פחות חלקיקים עם יחס רוחב-גובה גדול יותר. ככל מחברי לא מלא חקרו את ההשפעות של לאט לשפוך חומצה זרחתית לתוך ההשעיה הידרוקסיד סידן, על מנת להשיג תוצאות עקביות אנו ממליצים מהחומצה הזרחתית הוא שפך בקצב בקנה אחד עם זה המוצג בסרטון (כ 100 מ&quot;ל / ים). במהלך הפיתוח של שיטה זו, המחברים investigated מספר שינויים הדרגתיים שיטת ההכנה Nha מבוסס על Prakash et al. 13 כולל השוואה של המוצרים המיוצרים עם טיטרציה איטית תוספת מהירה של הפתרון חומצה זרחתית 25. נמצא כי טיטרציה האיטית של חומצה זרחתית לתוך השעית הידרוקסיד סידן הביאה מוצר עם שאריות סידן הידרוקסיד. אנו מציעים כי שינוי pH נגרם על ידי התוספת המהירה של חומצה זרחתית עודד את פירוקה של הידרוקסיד סידן ולכן מותר עבור ההמרה המוצלחת של המגיבים לתוך hydroxyapatite. השוואת מוצרים מוכנה בשיטת הערבוב המהירה על חדר בטמפרטורות גבוהות (60 מעלות צלזיוס) נמצאה כי טמפרטורה גבוהה הביאה מוליכות גבוהות יותר לאחר התגובה הושלמה. זה הציע הידרוקסיד סידן שיורית נכח אשר עשוי להיות בשל מסיסות נמוכה של סידן הידרוקסיד בהטמפרטורות עלו. הנוכחות של סידן הידרוקסיד שיורית רצויה כמו הטבע הבסיסי של המתחם הזה עלול לסכן את biocompatibility. FTIR זיהה את פעילות קבוצת פוספט הידרוקסיל מאפיין הקשורים HA (איור 3). צוין כי הספקטרום עבור המוצר sintered הראה פוספט חדות ופסגות הידרוקסיל. שינויים אלו קושרו עם crystallinity מוצר גדול 26, 27 ספקטרום unsintered .the סיפק ראיות להחלפת קרבונט B- סוג שבו יונים קרבונט הייתה תחליף קבוצות פוספט. זאת בניגוד ל החלפה של סוג א שבו יוני קרבונט יכולים להוות תחליף קבוצות הידרוקסיל 17. זה כבר דווח כי החלפת קרבונט B- הסוג מתרחשת אפטיט ביולוגי 3. עם זאת, Tampieri et al. דיווח כי B- סוג החלפה תוך הייתה predominנמלה בעצמות צעירות, החלפה של סוג א קרבונט נכחה ויותר בעצמות של אנשים מבוגרים 28. החלפת קרבונט נמצאה להקטין את יציבות crystallinity והתרמית של נה תוך הגדלת מסיסותו. שינויים אלו הוצעו כדי לתרום את הפעילות הביולוגית המוגברת קרבונט-להחליף HA 29. גם ביולוגית HA ידוע מכילים כמה אלמנטים אחרים שנרשמו ניתוח XRF (טבלה 1), כגון מגנזיום, נתרן סטרונציום 30. הנוכחות של אלמנטים אלה עשויות גם לתרום גדלו יעילות ביולוגית. עבודה עתידית צריכה להיות מופנה הכנת apatites להחליף אלה ננומטריים, וכן מוצרים עם biofunctionality המוגברת כגון נה כסף מסומם 31. על מנת להכין תחליף נה, האלמנט יכול להיות מוצג עם ירידה מקבילה של אלמנט נועד substitutדואר עבור, למשל הפחתה בסך של מתחם סידן כאשר סטרונציום, מגנזיום או החלפת אבץ הוא ניסה 32. לחלופין, גישה אחרת עשויה להיות להוסיף אלמנטים מתוך הכוונה לספק &quot;מסוממים&quot; יונים אשר נמצאים על פני השטח של Nha בלי להתכוון בהכרח להחליף את הרכיב לתוך הסריג הגבישי HA 31. עבור שינויים אלה לשיטה אפשר להכין פתרונות מעורבים כמו הידרוקסיד סידן חנק כסף, וכדי לבצע את התגובה באותו אופן כפי שתואר כאן. לסיכום, במאמר זה מדווח על שיטה מהירה ומשופרת רומן משמעותית לעריכת bioinspired נה. בשיטה זו, הערבוב המהיר של הכימיקלים לוקח פחות מ -5 שניות המהווה ירידה ניכרת בזמן לעומת titrations תגובות בדרך כלל מחייב שעות של מעקב צמוד. יש לו פוטנציאל גדול לשימוש biomatפיתוח erial בשל פשטותו היחסית ועלות הנמוכה בהשוואה לשיטות ייצור Nha המשמשים כיום תעשייתיות שבו המורכבות הטבועה של תוצאות מערכות מסחריות נוכחיות פעמי מחקר ופיתוח ממושכות, וגדילה משמעותית את עלויות ייצור. בפרט, זו השיטה החדשה עדיפה על תהליכי זרימה רציפים או טכניקות הידרותרמיות עקב דרישות השקעה בציוד הזנק נמוכות משמעותית.

יש צורך רפואי נהדר עבור biomaterials מתקדמים עם פונקציונליות משופרת על מנת לשפר את איכות החיים של חולים כדי להפחית את נטל הבריאות של האוכלוסייה המזדקנת העולמי. Hydroxyapatite כבר בשימוש נרחב ביישומים רפואיים במשך שנים רבות בשל biocompatibility הטוב שלה. לאחרונה, חלה התעניינות מוגברת השימוש hydroxyapatite ננומטריים (Nha), במיוחד לשחזור רקמות mineralized ברפואה ורפואת שיניים. המינרל נמצא אמייל השן העצם הוא סידן מחסר, רב להחליף, hydroxyapatite ננומטריים. אומדנים עבור הגודל של טסיות Nha הביולוגית לדווח ממדים של 50 ננומטר x 30 ננומטר x 2 ננומטר 1, עם מבנים קטנים יותר אפילו מתוארים עצם 2 בשלה. וחשוף, המינרל ב אמייל השן הוא 10 עד 100 פעמים גדול יותר מזה שנמצא רקמת העצם בשני אורך ורוחב 3, 4. נה הסינטתית<html> כמו שאפשר לקרוא לזה טוב bioinspired ולא biomimetic, כפי שאנו מבקשים לתרגם תצפיות לגבי התכונות של חומרים טבעיים לתוך טכנולוגיות רפואיות עם ביצועים משופרים. הועלה שערה כי bioinspired נה עשויה להיות חיובית יותר ביישומי התחדשות רקמת עצם ושן בשל הדמיון שלה טבעית מינרלים 5. ישנן שיטות שונות אשר דווחו להכין Nha כולל הידרותרמיות 6, תרסיס יבש 7 ו סול ג &#39;8 טכניקות. מבין אלה, שיטת המשקעים הרטובה נחשבת שיטה נוחה יחסית לייצור נה. השיטות ממטר רטוב שפורסמו נה בדרך כלל כוללות צעד טיטרציה כאשר ערבוב סידן ומבשרים כימיים זרחן 9, 10, 11,נ&quot;צ &quot;&gt; 12, 13, 14. עם זאת, גישות אלה קשורות עם מספר החסרונות כולל תהליכים ארוכים ומורכבים בשילוב ובמקרים מסוימים עם הצורך בציוד יקר. הפקה מסחרית עשויה להיות מורכב אף יותר, עם פטנטים מתארים כורים משוכללים ייצור של כיתה רפואית באיכות גבוהה נה 15. למרות זאת, תגובת הנטרול בין הידרוקסיד סידן וחומצה זרחתית יש יתרון בשל החוסר כימי רעיל תוצרי לוואי. הקשר בין תנאי עיבוד ואת המורפולוגיה של מוצר Nha דווח לתגובות טיטרציה איטיות. באופן ספציפי, עבור שיטות טיטרציה מעורבות הידרוקסיד סידן וחומצה זרחתית, טמפרטורה גבוהה הופיעה להעדיף להכנת חלקיקים עם יחס רוחב-גובה נמוך 13. עבודה זו הוארכה משמעותית על ידי Genאריח et al. 16 שהפגינו את הקשר בין הטמפרטורה ותנאי עיבוד אחרים על איכות מוצרים נה מתוך מגוון רחב של שיטות. הוא הגיע למסקנה כי שיטת המשקעים כימיים הרטובה של Prakash 13 גרמה מוצרים באיכות הגבוהות ביותר, אך יש לציין כי התוצאות היו תלויות מאתגרים איטיים טכניים / תהליכי ערבוב. צעד טיטרציה Prakash המקורי לוקח יותר משעה. עם זאת, פעמים טיטרציה עוד עשויות להידרש קבוצות גדולות יותר כדי להיות מוכנים. לסיכום, ואילו השפעתו של מספר גורמים, כוללים טמפרטורה עכשיו נחקרה רבה, כמעט לא שם לב כבר שמיועדת להפחית את המורכבות קשורות הזמן הדרוש כדי לבצע בשיטות מבוססות טיטרציה. מטרת המחקר הנוכחי הייתה אפוא כדי לחקור את ההשפעות של יישום גישת תערובת מהירה בייצור של Nha bioinspired, וכדי מלא characteriZE החומרים וכתוצאה מכך. אם יצליח, גישת שילוב מהירה פשוט תצטרך יתרונות גדולים לחוקרי מעבדה ותעשייה כאחד בם עלויות ייצור יכולות להיות מופחתות באופן משמעותי ללא המהווים איכות.

<table><tbody><tr><td>Calcium hydroxide (purity of &amp;ge; 96%)</td><td>Sigma Aldrich UK</td><td>31219</td><td>Good laboratory practise should be used at all times including the use of appropriate personal protective equipment.</td></tr><tr><td>Phosphoric acid (85%)</td><td>Sigma Aldrich UK</td><td>345245</td><td>Safety goggles and a faceshield should be used when handling this product (see safety data sheet from Sigma Aldrich for further information).</td></tr><tr><td>STOE IP X-ray diffractometer</td><td>Phillips</td><td></td><td></td></tr><tr><td>International centre for diffraction data (ICDD) PDF4+ database</td><td>International Centre for Diffraction Data</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Holey carbon films on 300 mesh grids</td><td>Agar Scientific</td><td>S147-3H&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Tecnai G2 Spirit transmission electron microscope</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lithium tetraborate</td><td>ICPH, Malz&amp;eacute;ville, France</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PW2440 XRF spectrometer&amp;nbsp;</td><td>Philips</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ThermoScientific Nikolett Spectrometer</td><td>Unicam Ltd</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

rapid mix preparation of bioinspired nanoscale hydroxyapatite for biomedical applications

Hydroxyapatite (HA) כבר בשימוש נרחב כמו קרמיקה רפואית בשל biocompatibility ו osteoconductivity הטוב שלה. לאחרונה חלה התעניינות בנוגע לשימוש hydroxyapatite ננו bioinspired (Nha). עם זאת, אפטיט ביולוגי ידוע להיות סידן מחסר קרבונט-להחליף עם מורפולוגיה טסיות דמוית ננומטריים. יש Bioinspired Nha פוטנציאל לעורר התחדשות רקמת העצם אופטימלית בשל הדמיון שלה מינרלים אמייל השן העצם. רבות מהשיטות שבהן משתמשים כיום לפברק נה הן במעבדה והן מבחינה מסחרית, לערב תהליכים ממושכים וציוד מורכב. לכן, מטרת המחקר הנוכחי הייתה לפתח שיטה מהירה ואמינה להכין באיכות גבוהה bioinspired נה. שיטת הערבוב המהירה פתחה התבססה על תגובת חומצה-בסיס המעורב הידרוקסיד סידן וחומצה זרחתית. בקצרה, פתרון חומצה זרחתית נמזג פתרון הידרוקסיד סידן ואחריו ערבוב, כביסהבשלבי ייבוש. חלק האצווה sintered ב 1000 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות על מנת לחקור את יציבות הטמפרטורה הגבוהה של המוצרים. רנטגן ניתוח עקיף הראה ההיווצרות המוצלחת של HA, שהראתה פירוק תרמי כדי בטא מזוני פוספט לאחר עיבוד בטמפרטורה גבוהה, אשר אופייני עבור HA סידן המחסר. ספקטרוסקופיית פורה הראתה הנוכחות של קבוצות קרבונט במוצר זרז. חלקיקי נה היה יחס ממדים נמוך עם ממדים של כ 50 x 30 ננומטר, קרובים ממדי אפטיט ביולוגי. החומר היה גם סידן לקוי עם Ca: יחס טוחנת P של 1.63, אשר כמו אפטיט הביולוגי נמוכה משיעור HA stoichiometric של 1.67. שיטה חדשה זו היא אפוא תהליך אמין והרבה יותר נוח לייצור bioinspired נה, וכך להתגבר על הצורך titrations ממושך וציוד מורכב. מוצר bioinspired HA וכתוצאה מכך הוא מתאים לשימוש במגוון רחב שליישומי רפואה ובריאות צרכן.

<html> דפוסי XRD (איור 2) הראו את המשקעים של שלב HA טהור עם פסגות רחבות, מה שמעיד על גודל גביש קטן יחסית ו / או טבע אמורפי. לאחר sintering בטמפרטורה גבוהה, פוספט β-מזוני (β-TCP) התגלה, לצד השלב העיקרי של HA. החידוד של הפסגות העקיפות, כלומר הפחתה של הערך החצי ברוחב המלא, מצביע על עלייה בגודל הגביש לאחר sintering. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig2.jpg" /> ניתוח שלב איור 2. קריסטל של מוצרים. רנטגן עקיפה (XRD) דפוסי hydroxyapatite ננו unsintered (Nha) אבקת Nha אבקת sintered ב 1000 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. תוויות שיא: ▼ פסגות hydroxyapatite, ■ פסגות פוספט β-מזוני.ge.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. FTIR-ATR ספקטרה (איור 3) אשרה את ההיווצרות של שלב HA ידי פוספט המאפיין והלהקות הידרוקסיל 17, 18. בפירוט הלהקות חולקו כדלקמן: 3,750 -1 ס&quot;מ (OH - למתוח ν OH); 1,086 ו -1,022 -1 ס&quot;מ (PO 4 3- ν 3); 962 ס&quot;מ -1 (PO 4 3- ν 1); 630 ס&quot;מ -1 (OH - libration δ OH); 600 ו 570 ס&quot;מ -1 (PO 4 3- ν 4). במדגם unsintered פסגות הנוספות חולקו כדלקמן: שיא רחב סביב 3,400 -1 סנטימטר (מולקולות מים נספגות); 1,455 ו 1,410 -1 ס&quot;מ (CO 3 2- ν 3); 880 ס&quot;מ <sup&gt; -1 (CO 3 2- ν 2). קבוצות מי קרבונט נספגו שנצפו אבקת unsintered הוסרו בשלב sintering בטמפרטורה הגבוהה. תהליך sintering חריף גם את הלהקות הידרוקסיל פוספט אשר התבטאה לשיא יותר שוקת מרחק. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig3.jpg" /> איור 3. ספקטרום אינפרא אדום של מוצרים. התמרת אינפרא אדום במצב ההחזרה הכולל מוחלשים (FTIR-ATR) ספקטרום של hydroxyapatite ננו unsintered (Nha) אבקת Nha אבקת sintered ב 1000 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55343/55343fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> תמונות TEM (איור 4) הראו ההיווצרות של שנינות חלקיקים ננומטרייםמידות בקירוב h של 50 ננומטר ב -30 ננומטר. החלקיקים לו יחס היבט נמוך (רוחב אורך חלקיקים / חלקיקים) של 1.7 סביב. הגודל והצורה של מוצרי ננו היו ממדים דומים אפטיט ביולוגי 1. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/55343/55343fig4.jpg" /> איור 4. ננומטריים מורפולוגיה של המוצר. micrographs אלקטרוני הילוכים (TEM) של hydroxyapatite ננומטריים (Nha) הכין בשיטת הערבוב המהירה בשנייה בהגדלה. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55343/55343fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> אנליזה כימית כמותית של אבקת Nha ידי XRF (טבלה 1) אפשרה סידן: יחס זרחן שיחושב 1.63, שהוא נמוך במעט HA stoichiometric whic<html> יש h סידן: יחס זרחן של 1.67. XRF גם הראה את הטוהר הגבוה של המוצר נה עם כמויות זעירות בלבד של יסודות אחרים המוקלטים. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> מתחם </td><td> משקל% </td></tr><tr><td> קאו </td><td> 51.52 </td></tr><tr><td> P 2 O 5 </td><td> 39.89 </td></tr><tr><td> MgO </td><td> 0.46 </td></tr><tr><td> Na 2 O </td><td> 0.13 </td></tr><tr><td> Y 2 O 3 </td><td> 0.07 </td></tr><tr><td> אל 2 O 3 </td><td> 0.03 </td></tr><tr><td> SiO 2 </td><td> 0.03 </td></tr><tr><td> Mn 3 O 4 </td><td> 0.03 </td></tr><tr><td> sRO </td><td> 0.02 </td></tr><tr><td> Tio 2 </td><td> 0.01 </td></tr></tbody></table>יפ-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; בטבלה 1. אנליזה כימית כמותית של המוצר. רנטגן פלואורסצנטי (XRF) תוצאות עבור אבקת unsintered Nha הראה&gt; 99% טוהר לפי משקל.

Watch this Scientific Journal Video about Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications at JoVE.com

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

מאמר זה מתאר שיטה חדשה לייצור המהיר של hydroxyapatite ננו bioinspired באיכות גבוהה. ביולוגי זה הוא בעל חשיבות רבה בייצור של מגוון רחב של מכשירים רפואיים חדשניים ליישומים קליניים באורתופדיה, ניתוח craniofacial ורפואת שיניים.

הכנה מהירה מיקס של Bioinspired ננומטריים Hydroxyapatite עבור יישומים ביו-רפואיים

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...

rapid-mix-preparation-bioinspired-nanoscale-hydroxyapatite-for

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

19.1K Views.  University of Sheffield.  מאמר זה מתאר שיטה חדשה לייצור המהיר של hydroxyapatite ננו bioinspired באיכות גבוהה. ביולוגי זה הוא בעל חשיבות רבה בייצור של מגוון רחב של מכשירים רפואיים חדשניים ליישומים קליניים באורתופדיה, ניתוח craniofacial ורפואת שיניים. 

Video: Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Separation of Single-stranded DNA, Double-stranded DNA and RNA from an Environmental Viral Community Using Hydroxyapatite Chromatography

Viruses, particularly bacteriophages (phages), are the most numerous biological entities on Earth1,2. Viruses modulate host cell abundance and diversity, contribute to the cycling of nutrients, alter host cell phenotype, and influence the evolution of both host cell and viral communities through the lateral transfer of genes 3. Numerous studies have highlighted the staggering genetic diversity of viruses and their functional potential in a variety of natural environments. 
Metagenomic techniques have been used to study the taxonomic diversity and functional potential of complex viral assemblages whose members contain single-stranded DNA (ssDNA), double-stranded DNA (dsDNA) and RNA genotypes 4-9. Current library construction protocols used to study environmental DNA-containing or RNA-containing viruses require an initial nuclease treatment in order to remove nontargeted templates 10. However, a comprehensive understanding of the collective gene complement of the virus community and virus diversity requires knowledge of all members regardless of genome composition. Fractionation of purified nucleic acid subtypes provides an effective mechanism by which to study viral assemblages without sacrificing a subset of the community&#x2019;s genetic signature. 
Hydroxyapatite, a crystalline form of calcium phosphate, has been employed in the separation of nucleic acids, as well as proteins and microbes, since the 1960s11. By exploiting the charge interaction between the positively-charged Ca2+ ions of the hydroxyapatite and the negatively charged phosphate backbone of the nucleic acid subtypes, it is possible to preferentially elute each nucleic acid subtype independent of the others. We recently employed this strategy to independently fractionate the genomes of ssDNA, dsDNA and RNA-containing viruses in preparation of DNA sequencing 12. Here, we present a method for the fractionation and recovery of ssDNA, dsDNA and RNA viral nucleic acids from mixed viral assemblages using hydroxyapatite chromotography.

We describe an efficient method to separate single-stranded DNA, double-stranded DNA and RNA molecules from environmental viral communities. Nucleic acids are fractionated using hydroxyapatite chromatography with increasing concentrations of phosphate-containing buffers. This method permits the isolation of all viral nucleic acid types from environmental samples.

ההפרדה של ה-DNA חד גדילי, פעמיים תקועים DNA ו-RNA מהקהילה ויראלי הסביבה באמצעות כרומטוגרפיה hydroxyapatite

Viruses, particularly bacteriophages (phages), are the most numerous biological entities on Earth1,2.  Viruses modulate host cell abundance and diversity, ...

Immunology and Infection

Facile Preparation of Ultrafine Aluminum Hydroxide Particles with or without Mesoporous MCM-41 in Ambient Environments

An aqueous suspension of nanogibbsite was synthesized via the titration of aluminum aqua acid [Al(H2O)6]3+ with L-arginine to pH 4.6. Since the hydrolysis of aqueous aluminum salts is known to produce a wide array of products with a wide range of size distributions, a variety of state-of-the-art instruments (i.e., 27Al/1H NMR, FTIR, ICP-OES, TEM-EDX, XPS, XRD, and BET) were used to characterize the synthesis products and identification of byproducts. The product, which was comprised of nanoparticles (10-30 nm), was isolated using gel permeation chromatography (GPC) column technique. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and powder X-ray diffraction (PXRD) identified the purified material as the gibbsite polymorph of aluminum hydroxide. The addition of inorganic salts (e.g., NaCl) induced electrostatic destabilization of the suspension, thereby agglomerating the nanoparticles to yield Al(OH)3 precipitate with large particle sizes. By utilizing the novel synthetic method described here, Al(OH)3 was partially loaded inside the highly ordered mesoporous framework of MCM-41, with average pore dimensions of 2.7 nm, producing an aluminosilicate material with both octahedral and tetrahedral Al (Oh/Td = 1.4). The total Al content, measured using energy-dispersive X-ray spectrometry (EDX), was 11% w/w with a Si/Al molar ratio of 2.9. A comparison of bulk EDX with surface X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) elemental analysis provided insight into the distribution of Al within the aluminosilicate material. Furthermore, a higher ratio of Si/Al was observed on the external surface (3.6) as compared to the bulk (2.9). Approximations of O/Al ratios suggest a higher concentration of Al(O)3 and Al(O)4 groups near the core and external surface, respectively. The newly developed synthesis of Al-MCM-41 yields a relatively high Al content while maintaining the integrity of the ordered silica framework and can be used for applications where hydrated or anhydrous Al2O3 nanoparticles are advantageous.

An ultrafine aluminum hydroxide nanoparticle suspension was prepared via the controlled titration of [Al(H2O)]3+ with L-arginine to pH 4.6 with and without cage-effect confinement within mesoporous channels of MCM-41.

הכנת Facile של אלומיניום Ultroine hydroxide חלקיקים עם או ללא Mesoporous MCM-41 בסביבות הסביבה

An aqueous suspension of nanogibbsite was synthesized via the titration of aluminum aqua acid [Al(H2O)6]3+ with L-arginine to pH 4.6. Since the hydrolysis ...

Chemistry

Development of Amelogenin-chitosan Hydrogel for In Vitro Enamel Regrowth with a Dense Interface

Biomimetic enamel reconstruction is a significant topic in material science and dentistry as a novel approach for the treatment of dental caries or erosion. Amelogenin has been proven to be a critical protein for controlling the organized growth of apatite crystals. In this paper, we present a detailed protocol for superficial enamel reconstruction by using a novel amelogenin-chitosan hydrogel. Compared to other conventional treatments, such as topical fluoride and mouthwash, this method not only has the potential to prevent the development of dental caries but also promotes significant and durable enamel restoration. The organized enamel-like microstructure regulated by amelogenin assemblies can significantly improve the mechanical properties of etched enamel, while the dense enamel-restoration interface formed by an in situ regrowth of apatite crystals can improve the effectiveness and durability of restorations. Furthermore, chitosan hydrogel is easy to use and can suppress bacterial infection, which is the major risk factor for the occurrence of dental caries. Therefore, this biocompatible and biodegradable amelogenin-chitosan hydrogel shows promise as a biomaterial for the prevention, restoration, and treatment of defective enamel.

Development of Amelogenin-chitosan Hydrogel for In Vitro Enamel Regrowth with a Dense Interface

In this article, we describe a protocol for fabricating an amelogenin-chitosan hydrogel for superficial enamel reconstruction. Organized in situ growth of apatite crystals in the hydrogel formed a dense enamel-restoration interface, which will improve the effectiveness and durability of restorations.

פיתוח של Hydrogel Amelogenin-chitosan עבור<em&gt; במבחנה</em&gt; אמייל לצמיחה מחודשת עם ממשק צפוף

Biomimetic enamel reconstruction is a significant topic in material science and dentistry as a novel approach for the treatment of dental caries or ...

Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally purify the same by acid elution. By combining sodium silicate with a polyfunctional bioinspired additive, silica is rapidly formed at ambient conditions upon neutralization. 
The effect of neutralization rate and biomolecule addition point on silica yield are investigated, and biomolecule immobilization efficiency is reported for varying addition point. In contrast to other porous silica synthesis methods, it is shown that the mild conditions required for bioinspired silica synthesis are fully compatible with the encapsulation of delicate biomolecules. Additionally, mild conditions are used across all synthesis and modification steps, making bioinspired silica a promising target for the scale-up and commercialization as both a bare material and active support medium.
The synthesis is shown to be highly sensitive to conditions, i.e., the neutralization rate and final synthesis pH, however tight control over these parameters is demonstrated through the use of auto titration methods, leading to high reproducibility in reaction progression pathway and yield. 
Therefore, bioinspired silica is an excellent active material support choice, showing versatility towards many current applications, not limited to those demonstrated here, and potency in future applications.

Here, we present a protocol to synthesize bioinspired silica materials and immobilize enzymes therein. Silica is synthesized by combining sodium silicate and an amine &#39;additive&#39;, which neutralize at a controlled rate. Material properties and function can be altered either by in situ enzyme immobilization or post-synthetic acid elution of encapsulated additives.

הכנת סיליקה פונקציונלי באמצעות שיטת Bioinspired

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally ...

Distinctive Capillary Action by Micro-channels in Bone-like Templates can Enhance Recruitment of Cells for Restoration of Large Bony Defect

Without an active, thriving cell population that is well-distributed and stably anchored to the inserted template, exceptional bone regeneration does not occur. With conventional templates, the absence of internal micro-channels results in the lack of cell infiltration, distribution, and inhabitance deep inside the templates. Hence, a highly porous and uniformly interconnected trabecular-bone-like template with micro-channels (biogenic microenvironment template; BMT) has been developed to address these obstacles. The novel BMT was created by innovative concepts (capillary action) and fabricated with a sponge-template coating technique. The BMT consists of several structural components: inter-connected primary-pores (300-400 &#181;m) that mimic pores in trabecular bone, micro-channels (25-70 &#181;m) within each trabecula, and nanopores (100-400 nm) on the surface to allow cells to anchor. Moreover, the BMT has been documented by mechanical test study to have similar mechanical strength properties to those of human trabecular bone (~3.8 MPa)12.
The BMT exhibited high absorption, retention, and habitation of cells throughout the bridge-shaped (&#928;) templates (3 cm height and 4 cm length). The cells that were initially seeded into one end of the templates immediately mobilized to the other end (10 cm distance) by capillary action of the BMT on the cell media. After 4 hr, the cells homogenously occupied the entire BMT and exhibited normal cellular behavior. The capillary action accounted for the infiltration of the cells suspended in the media and the distribution (active migration) throughout the BMT. Having observed these capabilities of the BMT, we project that BMTs will absorb bone marrow cells, growth factors, and nutrients from the periphery under physiological conditions.
The BMT may resolve current limitations via rapid infiltration, homogenous distribution and inhabitance of cells in large, volumetric templates to repair massive skeletal defects.

A step-by-step generic process to create a bone-like template with engineered micro-channels is presented. High absorption and retention capabilities of the template are demonstrated by capillary action via micro-channels.

תבניות נימי פעולה ייחודית על ידי מיקרו-ערוצים בעצמות כמו-יכולות לשפר את הגיוס של תאים לשיקום גדול גרמי פגם

Without an active, thriving cell population that is well-distributed and stably anchored to the inserted template, exceptional bone regeneration does not ...

Preparation of Thermoresponsive Nanostructured Surfaces for Tissue Engineering

Thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)-immobilized surfaces for controlling cell adhesion and detachment were fabricated by the Langmuir-Schaefer method. Amphiphilic block copolymers composed of polystyrene and PIPAAm (St-IPAAms) were synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) radical polymerization. A chloroform solution of St-IPAAm molecules was gently dropped into a Langmuir-trough apparatus, and both barriers of the apparatus were moved horizontally to compress the film to regulate its density. Then, the St-IPAAm Langmuir film was horizontally transferred onto a hydrophobically modified glass substrate by a surface-fixed device. Atomic force microscopy images clearly revealed nanoscale sea-island structures on the surface. The strength, rate, and quality of cell adhesion and detachment on the prepared surface were modulated by changes in temperature across the lower critical solution temperature range of PIPAAm molecules. In addition, a two-dimensional cell structure (cell sheet) was successfully recovered on the optimized surfaces. These unique PIPAAm surfaces may be useful for controlling the strength of cell adhesion and detachment.

Nanoscaled sea-island surfaces composed of thermoresponsive block copolymers were fabricated by the Langmuir-Schaefer method for controlling spontaneous cell adhesion and detachment. Both the preparation of the surface and the adhesion and detachment of cells on the surface were visualized.

הכנת Thermoresponsive Nanostructured משטחי הנדסת רקמות

Thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)-immobilized surfaces for controlling cell adhesion and detachment were fabricated by the ...

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with controlled pore structure and mechanical properties. Cellulose nanocrystals (CNCs, 69.62 wt%) based hydrogel ink with matrix (sodium alginate and gelatin) was developed and 3D printed into scaffolds with uniform and gradient pore structure (110-1,100 &#181;m). The scaffolds showed compression modulus in the range of 0.20-0.45 MPa when tested in simulated in vivo conditions (in distilled water at 37 &#176;C). The pore sizes and the compression modulus of the 3D scaffolds matched with the requirements needed for cartilage regeneration applications. This work demonstrates that the consistency of the ink can be controlled by the concentration of the precursors and porosity can be controlled by the 3D printing process and both of these factors in return defines the mechanical properties of the 3D printed porous hydrogel scaffold. This process method can therefore be used to fabricate structurally and compositionally customized scaffolds according to the specific needs of patients.&#160;

The three critical steps of this protocol are i) developing the right composition and consistency of the cellulose hydrogel ink, ii) 3D printing of scaffolds into various pore structures with good shape fidelity and dimensions and iii) demonstration of the mechanical properties in simulated body conditions for cartilage regeneration.

3D מודפס נקבובי תאית Nanocomposite הידרוג פיגומים

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with ...

Procedure for Fabricating Biofunctional Nanofibers

Electrospinning is an effective processing method for preparing nanofibers decorated with functional groups. Nanofibers decorated with functional groups may be utilized to study material-biomarker interactions i.e. act as biosensors with potential as single molecule detectors. We have developed an effective approach for preparing functional polymers where the functionality has the capacity of specifically binding with a model protein. In our model system, the functional group is 2,4-dinitrophenyl (DNP) and the protein is anti-DNP IgE (Immunoglobulin E). The functional polymer, &alpha;,&omega;-bi[2,4-dinitrophenyl caproic][poly(ethylene oxide)-b-poly(2-methoxystyrene)-b-poly(ethylene oxide)] (CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP), is prepared by anionic living polymerization. The difunctional initiator utilized in the polymerization was prepared by electron transfer reaction of &alpha;-methylstyrene and potassium (mirror) metal. The 2-methoxystyrene monomer was added first to the initiator, followed by the addition of the second monomer, ethylene oxide, and finally the living polymer was terminated by methanol. The &alpha;,&omega;-dihydroxyl polymer [HO-PEO-P2MS-PEO-OH] was reacted with N-2,4-DNP-&isin;-amino caproic acid, by DCC coupling, resulting in the formation of &alpha;,&omega;-bi[2,4-dinitrophenylcaproic][poly(ethyleneoxide)-b-poly(2-methoxystyrene)-b-poly(ethylene oxide)] (CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP). The polymers were characterized by FT-IR, 1H NMR and Gel Permeation Chromatography (GPC). The molecular weight distributions of the polymers were narrow (1.1-1.2) and polymers with molecular weights greater than 50,000 was used in this study. The polymers were yellow powders and soluble in tetrahydrofuran. A water soluble CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP/ DMEG (dimethoxyethylene glycol) complex binds and achieves steady state binding with solution IgE within a few seconds. Higher molecular weight (water insoluble i.e. around 50,000) CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP polymers, containing 1% single wall carbon nanotubes (SWCNT) were processed into electroactive nanofibers (100 nm to 500 nm in diameter) on silicon substrate. Fluorescence spectroscopy shows that anti-DNP IgE interacts with the nanofibers by binding with the DNP functional groups decorating the fibers. These observations suggest that appropriately functionalized nanofibers hold promise for developing biomarker detection device.

An efficient approach for preparing nanofibers decorated with functional groups capable of specifically interacting with proteins is described. The approach first requires the preparation of a polymer functionalized with the appropriate functional group. The functional polymer is fabricated into nanofibers by electrospinning. The effectiveness of the binding of the nanofibers with a protein is studied by confocal microscopy.

הליך לבודת Nanofibers Biofunctional

Electrospinning is an effective processing method for preparing nanofibers decorated with functional groups. Nanofibers decorated with functional groups ...

Biology

Ceramic Omnidirectional Bioprinting in Cell-Laden Suspensions for the Generation of Bone Analogs

Structurally, bone tissue is an inorganic-organic composite containing metabolically active cells embedded within a hierarchical, highly mineralized matrix. This organization is challenging to replicate due to the heterogeneous environment of bone. Ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions (COBICS) is a microgel-based bioprinting technique that uniquely replicates the mineral and cellular structure of bone. COBICS prints complex, biologically relevant constructs without the need for sacrificial support materials or harsh postprocessing steps (e.g., radiation and high-temperature sintering), which are two of the biggest challenges in the additive manufacturing of bone mimetic constructs. This technique is enabled via the freeform extrusion of a novel calcium phosphate-based ink within a gelatin-based microgel suspension. The yield-stress properties of the suspension allow deposition and support the printed bone structure. UV crosslinking and nanoprecipitation then "lock" it in place. The ability to print nanostructured bone-mimetic ceramics within cell-laden biomaterials provides spatiotemporal control over macro- and micro-architecture and facilitates the real-time fabrication of complex bone constructs in clinical settings.

This protocol describes a 3D printing technique to fabricate bone-like structures by depositing a calcium phosphate ink in a gelatin-based granular support. Printed bone analogs are deposited in freeform, with flexibility for direct harvesting of the print or crosslinking within a living cell matrix for multiphasic constructs.

הדפסה ביולוגית רב-כיוונית קרמית במתלים עמוסי תאים ליצירת אנלוגים לעצם

Structurally, bone tissue is an inorganic-organic composite containing metabolically active cells embedded within a hierarchical, highly mineralized ...

Synthesis of Graphene-Hydroxyapatite Nanocomposites for Potential Use 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 fabricated with hydroxyapatite to facilitate cell adherence, proliferation, and osteogenesis. In this study, hybrid nanocomposites were successfully developed using graphene nanoribbons (GNRs) and nanoparticles of hydroxyapatite (nHAPs), that when employed in bioactive scaffolds may potentially improve bone tissue regeneration. These nanostructures can be biocompatible. Here, two approaches were used for preparing the novel materials. In one approach, a co-functionalization strategy was used where nHAP was synthesized and conjugated to GNRs simultaneously, resulting in nanohybrids of nHAP on GNR surfaces (denoted as nHAP/GNR). High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) confirmed that the nHAP/GNR composite is comprised of slender, thin structures of GNRs (maximum length of 1.8 &#181;m) with discrete patches (150-250 nm) of needle-like nHAP (40-50 nm in length). In the other approach, commercially available nHAP was conjugated with GNRs forming GNR-coated nHAP (denoted as GNR/nHAP) (i.e., with an opposite orientation relative to the nHAP/GNR nanohybrid). The nanohybrid formed using the latter method exhibited nHAP nanospheres with a diameter ranging from 50 nm to 70 nm covered with a network of GNRs on the surface. Energy dispersive spectra, elemental mapping, and Fourier transform infrared (FTIR) spectra confirmed the successful integration of nHAP and GNRs in both nanohybrids. Thermogravimetric analysis (TGA) indicated that the loss at elevated heating temperatures due to the presence of GNRs was 0.5% and 0.98% for GNR/nHAP and nHAP/GNR, respectively. The nHAP-GNR nanohybrids with opposite orientations represent significant materials for use in bioactive scaffolds to potentially promote cellular functions for improving bone tissue engineering applications.

Novel nanocomposites of graphene nanoribbons and hydroxyapatite nanoparticles were prepared using solution-phase synthesis. These hybrids when employed in bioactive scaffolds can exhibit potential applications in tissue engineering and bone regeneration.

הכנה מהירה מיקס של Bioinspired ננומטריים Hydroxyapatite עבור יישומים ביו-רפואיים

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video