Rapid Mix Приготовление биоинспирированных наноразмерных гидроксилапатита для биомедицинских применений

Природные апатит состоит из наноразмерные частицы нестехиометрического газированной гидроксиапатита с приближенным химической формулой Ca _10-ху [(HPO ₄₎ (PO _{4)] 6-х} (CO _{3) Y} (ОН) _2-х. Производство биоматериалов с близкой химической схожести природе минерал, как сообщалось, способствуют оптимальной биологической реакции. Например, исследование на биомиметического кальцийдефицитного газированной nhà показал , что способен стимулировать пролиферацию и активность щелочной фосфатазы мышиных preosteoblast клеток в большей степени , чем обычные nhà ^19.

В этом исследовании, осаждение ГА , который показал частичное термическое разложение при 1000 ° С (рисунок 2) предложил образование кальцийдефицитного HA. Это предложение было поддержано более низкой , чем стехиометрическое Са: Р (1.63) , полученные с данными XRF (Tв состоянии 1). Понятно , что сниженная Са: Р связано с более низкой термостабильностью ^{20, 21, 22, 23.} В этом методе, быстрое добавление раствора фосфорной кислоты быстро понижении рН реакционной суспензии , для генерации HPO ₄ ионов. Присутствие HPO ₄ группы способствовали осаждению кальция кальцийдефицитный ГА, с молекулярной формулой: Са _10-х (HPO _{4) x} (PO _{4) 6-х} (ОН) _2-х, где 0 <х <1.

Быстрое добавление фосфорной кислоты поэтому имели заметное влияние на осаждении кинетики реакции. Как было описано ранее, титрование реакции с участием гидроксида кальция и фосфорной кислоты проводят при комнатной температуре , как правило, дают частицы с высоким соотношением сторон ^13. Для titratioп реакций с участием этих реагентов, необходимо было использовать при повышенной температуре для получения частиц с более низким соотношением сторон , которые больше похожи на биологической апатита ^13. Частицы с высоким уровнем соотношения получаются , когда скорость зарождения кристалла происходит медленнее , чем скорость роста кристалла ^24. Для получения нового метода, разработанного в данном исследовании, быстрое добавление раствора фосфорной кислоты, возможно, при условии, большее количество центров кристаллизации, которые привели к увеличению присутствия мелких округлых частиц, в отличие от меньшего количества частиц с большим соотношением сторон. Поскольку авторы не полностью исследовали эффекты медленно выливая фосфорной кислоты в суспензии гидроксида кальция, для достижения стабильных результатов мы рекомендуем фосфорную кислоту сливают со скоростью сравнимо с тем, как показано на видео (приблизительно 100 мл / с).

В процессе разработки этого метода, авторы INVestigated ряд дополнительных изменений в способе получения NHA на основе Prakash и др. ¹³ в том числе сравнение продуктов , полученных с медленным титрованием и быстрым добавлением раствора фосфорной кислоты ^25. Было установлено, что медленное титрование фосфорной кислоты в суспензии гидроксида кальция, приводит к получению продукта с остатком гидроксида кальция. Мы полагаем, что изменение рН, вызванное быстрым добавлением фосфорной кислоты рекомендуется растворение гидроксида кальция и, следовательно, допускается для успешного превращения реагентов в гидроксиапатита. Сравнение продуктов, полученных с использованием метода быстрого перемешивании при комнатной и повышенных температурах (60 ° С), обнаружили, что при повышенной температуре приводит к более высокой проводимости после завершения реакции. Это позволило предположить, что остаточный гидроксид кальция, который присутствовал, вероятно, будет из-за низкой растворимости гидроксида кальция вповышенные температуры. Присутствие остаточного гидроксида кальция нежелательно, так как основная природа этого соединения может поставить под угрозу биосовместимость.

ИК – Фурье обнаружен характерный фосфат и гидроксильную группу активность , связанную с HA (рисунок 3). Было отмечено, что спектр для спеченного продукта показал, что более резкие фосфатные и гидроксильные пики. Эти изменения были связаны с большей степенью кристалличности продукта ^{26, 27} .The неспеченного спектра при условии доказательства карбонатного замещения B-типа , где карбонатные ионы подменили фосфатных групп. Это в отличие от типа A замещения , где карбонатные ионы могут замещать гидроксильных групп ^17. Сообщалось , что замещение карбоната В-типа происходит в биологической апатита ^3. Тем не менее, Предприятие Tampieri и др. Сообщается, что в то время как замещение B-типа был predominмуравей в молодых костей, А-типа карбоната замещение было все больше и больше присутствует в костях пожилых людей ^28. Карбонат замещение было обнаружено, чтобы уменьшить степень кристалличности и термическую стабильность NHA, увеличивая его растворимость. Были предложены эти изменения , чтобы способствовать увеличению биоактивности карбонатом-замещенных HA ^29. Биологическое HA также известно, содержат некоторые из других элементов , записанных в рентгенофлуоресцентного анализа (таблица 1), таких как магний, натрий и стронций ^30. Наличие этих элементов может также способствовать повышению биологической эффективности. Будущая работа должна быть направлена на подготовку этих наноразмерных замещенных апатитов, а также продукты с повышенным biofunctionality , таких как серебро , легированного Nha ^31. Для того чтобы получить замещенный NHA, элемент может быть введен с соответствующим уменьшением предполагаемого элемента к substitutе для, например , уменьшение количества соединения кальция , когда стронций, магний или цинк замена попытка ^32. В качестве альтернативы, другой подход может быть добавление элементов с целью обеспечения «легированные» ионы , которые присутствуют на поверхности ГУЖС без того, чтобы обязательно заменить элемент в кристаллическую решетку HA ^31. Для этих модификаций метода можно приготовить смешанные растворы, такие как гидроксид кальция и нитрата серебра, а также проводить реакцию таким же способом, как описано здесь.

В заключение, этот документ сообщает новый быстрый и существенно улучшенный способ получения биоинспирированных НСЗ. Для этого метода, быстрое смешивание химикатов занимает менее 5 секунд, что является заметное сокращение времени по сравнению с титровании реакции, как правило, требующих часов тщательного контроля. Она имеет большой потенциал для использования в BIOMATПерс развитие из-за своей относительной простоты и низкой стоимости по сравнению с используемыми в настоящее время промышленными методами производства НСЗ, где присущая сложность текущих результатов коммерческих систем в длительных исследований и разработок времен, и существенно увеличились производственные затраты. В частности, этот новый метод превосходит непрерывных процессов потока или методов гидротермальных из-за значительного снижения инвестиционных требований пуска оборудования.