JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Nederlands

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bioengineering

Rapid Mix Bereiding van Bioinspired Nanoscale hydroxyapatiet voor biomedische toepassingen

Published: February 23, 2017
doi:
10.3791/55343
, , ,
1Bioengineering and Healthcare Technologies, School of Clinical Dentistry,University of Sheffield

Summary

Dit document beschrijft een nieuwe methode voor de snelle productie van hoge kwaliteit bioinspired nanoschaal hydroxyapatiet. Dit biomateriaal is van groot belang bij de vervaardiging van een groot aantal innovatieve medische inrichtingen voor klinische toepassingen voor orthopedie, craniofaciale chirurgie en tandheelkunde.

Abstract

Hydroxyapatiet (HA) is op grote schaal gebruikt als een keramische medische vanwege de goede biocompatibiliteit en osteoconductiviteit. Onlangs is er belangstelling is geweest met betrekking tot het gebruik van bioinspired nanoschaal hydroxyapatiet (NHA). Echter, biologische apatiet bekend calciumtekort en carbonaat gesubstitueerd met nanoschaal plaatjesachtige morfologie. Bioinspired NHA heeft het potentieel om optimale botweefselregeneratie stimuleren vanwege de gelijkenis met bot en tandglazuur mineralen. Veel momenteel gebruikte methoden te vervaardigen NHA zowel in het laboratorium als commercieel betrokken processen langdurige en ingewikkelde apparatuur. Daarom was het doel van deze studie om een ​​snelle en betrouwbare methode om hoge kwaliteit bioinspired NHA bereiden ontwikkelen. De snelle menging ontwikkelde methode was gebaseerd op een zuur-base reactie met calciumhydroxide en fosforzuur. In het kort werd een fosforzuuroplossing uitgegoten in een calciumhydroxideoplossing gevolgd door roeren en wassendroogstappen. Een deel van de lading werd gesinterd bij 1000 ° C gedurende 2 uur teneinde een hoge temperatuurstabiliteit van de producten te onderzoeken. Röntgendiffractie-analyse toonde de succesvolle vorming van HA, die thermische ontleding toonde aan P-tricalciumfosfaat wordt verwerking bij hoge temperatuur, die typisch is voor calciumtekort HA. Fourier transformatie infrarood spectroscopie toonde de aanwezigheid van carbonaatgroepen in het neergeslagen product. NHA deeltjes had een lage aspectverhouding met afmetingen van ongeveer 50 x 30 nm, dicht bij de afmetingen van biologische apatiet. Het materiaal was calcium deficiënt met Ca: P molaire verhouding van 1,63, waarvan achtige biologische apatiet lager is dan de stoichiometrische HA verhouding van 1,67. Deze nieuwe methode is dus een betrouwbare en veel handiger werkwijze voor de bereiding van bioinspired NHA, het overwinnen van de noodzaak van langdurige en complexe apparatuur titraties. Het verkregen HA bioinspired product is geschikt voor gebruik in allerleimedische en consumententoepassingen gezondheid.

Introduction

Er is een grote klinische behoefte aan geavanceerde biomaterialen met verbeterde functionaliteit om de kwaliteit van leven van patiënten te verbeteren en de gezondheidszorg last van een wereldwijde vergrijzing van de bevolking te verminderen. Hydroxyapatiet is op grote schaal gebruikt in medische toepassingen voor vele jaren als gevolg van de goede biocompatibiliteit. Onlangs is er een toegenomen belangstelling voor het gebruik van nanoschaal hydroxyapatiet (NHA) zijn, met name voor gemineraliseerde weefselregeneratie in de geneeskunde en tandheelkunde. Het mineraal gevonden in het bot en tandglazuur is calcium-deficiënt, multi-gesubstitueerde, nanoschaal hydroxyapatiet. Schattingen voor de grootte van biologische NHA bloedplaatjes bericht afmetingen van 50 nm x 30 nm x 2 1 nm, met nog kleinere structuren onrijpe bot 2 beschreven. Daartegenover, de mineralen in tandglazuur is 10 tot 100 keer groter dan die gevonden in botweefsel in de lengte en breedte 3, 4. synthetische nhà misschien beter genoemd bioinspired plaats van biomimetische, want we zijn op zoek naar opmerkingen over de eigenschappen van natuurlijke materialen in medische technologieën met verbeterde prestaties vertalen. Er is gesuggereerd dat bioinspired NHA gunstiger in bot- en tandweefsel regeneratie toepassingen kan het gevolg zijn gelijkenis met natuurlijk mineraal 5.

Er zijn verschillende methoden die zijn gemeld naar Nha bereiden met inbegrip van hydrothermale 6 spray droog 7 en sol-gel 8 technieken. Hiervan heeft de natte precipitatie methode als een relatief gemakkelijke werkwijze voor de bereiding van NHA. De gepubliceerde Nhà natte precipitatiemethoden algemeen een doseringsaanpassing bij het mengen van calcium en fosfor chemische precursoren 9, 10, 11,ref "> 12, 13, 14. Echter, deze methoden zijn geassocieerd met een aantal nadelen, waaronder langdurige en complexe processen soms gecombineerd met dure apparatuur. De productie zelfs complexer, met octrooien die geavanceerde reactoren voor vervaardigen van hoogwaardige medische kwaliteit NHA 15. Desondanks, de neutralisatiereactie tussen calciumhydroxide en fosforzuur is voordelig vanwege het ontbreken van schadelijke chemische bijproducten.

De relatie tussen procesomstandigheden en de morfologie van de NHA product is vermeld voor langzame titratie reacties. Specifiek voor titratie met calciumhydroxide en fosforzuur, een verhoogde temperatuur bleek de bereiding van deeltjes met een lage aspectverhouding 13 bevorderen. Dit werk werd sterk door Gen verlengdtegel et al. 16 die het verband tussen temperatuur en andere verwerkingsomstandigheden van de kwaliteit van NHA uit uiteenlopende methoden aangetoond. Hij concludeerde dat de natchemische precipitatiewerkwijze van Prakash 13 die de hoogste kwaliteit, maar het moet worden opgemerkt dat de resultaten afhankelijk zijn technisch uitdagend en langzame / mengprocessen waren. De originele Prakash titratie stap duurt meer dan een uur. Echter, grotere titratie tijden vereist voor grote series worden vervaardigd.

Samenvattend, terwijl de invloed van diverse factoren zoals temperatuur nu uitgebreid bestudeerd, bijna geen aandacht gericht op het verminderen van de complexiteit en de bijbehorende benodigde tijd-titratie gebaseerde methoden uitgevoerd. Het doel van deze studie was daarom de effecten van het toepassen van een snelle mix aangaande de vervaardiging van een bioinspired NHA onderzoeken en volledige karakteriseringZé de resulterende materialen. Als dat lukt, zou een vereenvoudigde snelle mix aanpak grote voordelen voor het laboratorium onderzoekers en de industrie zowel waar de kosten van de productie in hoofdzaak zonder bestaande kwaliteit zou kunnen worden verminderd hebben.

Protocol

Figuur 1. Schematische weergave van snelle mix voorbereiding van bioinspired nanoschaal hydroxyapatiet. Fosforzuuroplossing werd in de calciumhydroxidesuspensie. Nadat de suspensie overnacht neergeslagen werd NHA gewassen met gedeioniseerd water alvorens te worden gedroogd bij 60 tot 80 ° C. NHA werd vervolgens gemalen in een agaat mortier en stamper en gesinterd om de thermische stabiliteit van het product NHA onderzoeken. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. 1. Rapid Mix Productie van Nanoscale hydroxyapatiet Bereiding van calcium en fosfor oplossingen 5 g nanoschaal hydroxyapatiet bereiden met een calcium tot molverhouding van 1,67 fosfor. Voeg 3,705 g calciumhydroxide500 ml gedeïoniseerd water en roeren op een magnetische roerder dienblad 1 uur bij 400 rpm. In een apart bekerglas los 3,459 g fosforzuur (85%) in 250 ml gedeïoniseerd water. Giet de oplossing in de fosfor geroerde calciumhydroxidesuspensie met een snelheid van ongeveer 100 ml / s. Bedek beker met Parafilm (Bemis, USA). Laat de suspensie geroerd gedurende 1 uur bij 400 rpm. Neem de beker van de roerder bord en laat een nacht bezinken. Was de suspensie door afgieten van het supernatant en toevoeging van 500 ml gedeïoniseerd water en roeren gedurende 1 min bij 400 rpm. Herhaal deze stap drie keer in totaal, met 2 uur tussen elke wasbeurt. Laat NHA schorsing tot 's nachts af te wikkelen. Giet het heldere supernatant en plaats vaste NHA suspensie in een droogstoof bij 60 tot 80 ° C. Wanneer het droog is, plaatst u de gedroogde Nha in een agaat mortier en stamper en vermalen tot fijn. Plaatsen 2,5 g progeproduceerd Nhà poeder in een aluminium kroes en sinteren poeder bij 1000 ° C gedurende 2 h en een toenamesnelheid van 10 ° C / min. Na de warmtebehandeling, laat de NHA afkoelen in de oven. WINKEL poeders in een vacuümexsiccator. 2. Karakterisering van Nanoscale hydroxyapatiet Röntgendiffractie (XRD) middels transmissiemodus diffractometers Plaats een kleine hoeveelheid (minder dan 200 pl) van poly (vinylalcohol) (PVA) lijm op acetaat film en mengen met een kleine hoeveelheid (minder dan 100 mg) NHA poeder. Behandelen met een hete lucht pistool tot het droog is. Monteer het monster in een monsterhouder en lading op een transmissie-modus X-ray diffractometer met Cu K α-straling. Gebruik diffractometer instellingen van 40 kV en 35 mA, met een 2θ bereik van 10-70 °. Analyseer de resulterende XRD patronen. Gebruik de volgende XRD kaarten voor fase identificatie: Hydroxyapatiet: 9-432. ß-tricalciumfosfaat: 04-014-2292. Transmissie elektronen microscopie (TEM) Plaats een kleine hoeveelheid poeder (minder dan 10 mg) in een bijou en voeg ongeveer 3 mL ethanol. Ultra-ultrasone trillingen monster gedurende 15-30 minuten totdat een homogene suspensie wordt waargenomen. Pipetteer een kleine hoeveelheid oplossing (minder dan 1 mL) op een 400 mesh koperen rooster met koolstof film en laten drogen. Afbeelding monsters bij een versnellingsspanning van 80 kV. X-ray fluorescentie (XRF) service door het Materials en Engineering Research Institute (MERI) aan Sheffield Hallam University Combineer 0,8 g Nha poeder met 8 g lithium tetraborzuur. Smelt mengsel in een platina-goud legering kroes met behulp van een oven ingesteld op 1200 ° C. Analyseer resulterende monsters per XRF spectrometer om de elementaire samenstelling te bepalen vande voorbeelden. Fourier-transformatie infrarood spectroscopie in verzwakte totale reflectie-modus (FTIR-ATR) Voer 64 scans op de achtergrond van 4000 – 500 cm -1 met een resolutie van 4 cm -1. Plaats een kleine hoeveelheid (minder dan 100 mg) NHA poeder bovenop de diamant in de verzwakte totale reflectie mode adapter en drukt op het oppervlak van de diamant met de schroefdop. 32 scans uitvoeren van 4000 – 500 cm -1 met een resolutie van 4 cm-1 met de achtergrond scans afgetrokken van het monster scans.

Representative Results

XRD-patronen (figuur 2) toonden de precipitatie van een zuivere HA fase brede pieken, hetgeen een relatief kleine kristallietgrootte en / of amorfe aard. Na de hoge temperatuur sinteren, β-tricalciumfosfaat (β-TCP) werd aangetroffen, naast een hoofdfase van HA. De verscherping van de diffractiepieken, namelijk een vermindering van de volle breedte half maximum, wees op een verhoging van de kristallietgrootte na sinteren. Figuur 2. kristalfase analyse van producten. Röntgendiffractie (XRD) patronen van ongesinterde nanoschaal hydroxyapatiet (NHA) poeder en NHA poeder gesinterd bij 1000 ° C gedurende 2 uur. Peak labels: ▼ hydroxyapatiet pieken, ■ β-tricalciumfosfaat pieken.ge.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. FTIR-ATR-spectra (figuur 3) bevestigde de vorming van een HA fase door de karakteristieke fosfaat- en hydroxyl- groepen 17, 18. In detail werden de banden als volgt ingedeeld: 3750 cm -1 (OH – strekken ν OH); 1086 en 1022 cm -1 (PO 4 3- ν 3); 962 cm -1 (PO 4 3- ν 1); 630 cm -1 (OH – libratie δ OH); 600 en 570 cm -1 (PO 4 3- ν 4). In de niet-gesinterde steekproef werden de extra pieken als volgt ingedeeld: brede piek gecentreerd rond 3400 cm -1 (geabsorbeerde watermoleculen); 1455 en 1410 cm -1 (CO 3 2- ν 3); 880 cm <sup> -1 (CO 3 2- ν 2). De geabsorbeerde water en carbonaat groepen waargenomen in de gesinterde poeder werden verwijderd tijdens de hoge temperatuur sinteren podium. Het sinterproces verscherpt ook de hydroxyl en fosfaat bands die tot uiting kwam door een grotere piek tot dal afstand. Figuur 3. Infrarood spectra van producten. Fourier transformatie infrarood in verzwakte totale reflectie modus (FTIR-ATR) spectrum van ongesinterde nanoschaal hydroxyapatiet (NHA) poeder en NHA poeder gesinterd bij 1000 ° C gedurende 2 uur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. TEM beelden (Figuur 4) toonde de vorming van nanodeeltjes with afmetingen van ongeveer 50 nm 30 nm. De deeltjes had een lage aspect ratio (/ breedte deeltje lengte deeltje) van rond de 1,7. De grootte en vorm van de nanoschaal produkten waren van vergelijkbare omvang als biologische apatiet 1. Figuur 4. nanoschaal morfologie van het product. Transmissie electronenmicroscoop (TEM) van nanoschaal hydroxyapatiet (NHA), bereid met behulp van de snelle menging methode op twee vergrotingen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Kwantitatieve chemische analyse van de NHA poeder door XRF (Tabel 1) toegelaten calcium: fosfor verhouding wordt berekend als 1,63, wat iets minder is dan de stoichiometrische HA which heeft een calcium: fosfor-verhouding van 1,67. XRF toonde ook de hoge zuiverheid van het product NHA slechts sporen van andere elementen opgenomen. samenstelling gewicht% CaO 51.52 P 2 O 5 39.89 MgO 0.46 Na2O 0.13 Y 2 O 3 0.07 Al 2 O 3 0.03 SiO 2 0.03 Mn 3 O 4 0.03 SrO 0.02 TiO 2 0.01 <p class="jove_content" fo:kEEP-together.within-page = "1"> Tabel 1. Kwantitatieve chemische analyse van het product. Röntgenfluorescentie (XRF) resultaten ongesinterde NHA poeder bleek> 99% zuiver per gewicht.

Discussion

Natuurlijke apatiet bestaat uit nanodeeltjes van niet-koolzuurhoudende hydroxyapatiet stoichiometrisch met de benaderde chemische formule Ca 10-xy [(HPO 4) (PO 4)] 6-x (CO3) y (OH) 2-x. De productie van biomaterialen met nauwe chemische gelijkenis met natuurlijk mineraal is gemeld optimale biologische reacties te bevorderen. Zo heeft onderzoek biomimetische calciumtekort koolzuurhoudende NHA getoond is in staat om proliferatie en de activiteit van alkalische fosfatase van murine preosteoblast cellen te stimuleren in een grotere mate dan de conventionele NHA 19.

In deze studie, de precipitatie van HA die gedeeltelijke thermische ontleding toonde bij 1000 ° C (Figuur 2) zonder de vorming van een calciumtekort HA. Dit werd ondersteund door de lager dan stoichiometrische Ca: P ratio (1,63) verkregen met de XRF-gegevens (Tstaat 1). Het is duidelijk dat een verminderde Ca: P-verhouding wordt geassocieerd met een lagere thermische stabiliteit 20, 21, 22, 23. In deze methode wordt de snelle toevoeging van de fosforzuuroplossing sterk verlaagde de pH van de reactiesuspensie op HPO genereren 4 ionen. De aanwezigheid van HPO 4 groepen vergemakkelijkt het neerslaan van calcium deficiënt HA, met de moleculaire formule: Ca 10-x (HPO 4) x (PO 4) 6-x (OH) 2-x, waarbij 0 <x <1.

De snelle toevoeging van het fosforzuur had dus een duidelijk effect op de kinetiek neerslaan van de reactie. Zoals eerder beschreven titratie reacties met calciumhydroxide en fosforzuur bij kamertemperatuur neiging om deeltjes verkregen met een hoge aspectverhouding 13. voor titration reacties met deze reactiemiddelen, was het nodig een verhoogde temperatuur om deeltjes met een lagere aspectverhouding die meer lijkt op biologische apatiet 13 te produceren. Hoge aspectverhouding deeltjes worden geproduceerd wanneer de nucleatiesnelheid trager is dan de kristalgroeisnelheid 24. Voor de nieuwe methode die in dit onderzoek, kan de snelle toevoeging van de fosforzuuroplossing een groter aantal kiemvormingsplaatsen waardoor de verhoogde aanwezigheid van kleine ronde deeltjes, in tegenstelling tot minder deeltjes met een grotere aspectverhouding hebben ontvangen. Zoals de auteurs het effect van langzaam gieten van het fosforzuur in de calciumhydroxidesuspensie, om consistente resultaten nog niet volledig onderzocht raadzaam het fosforzuur in een hoeveelheid vergelijkbaar met die in beeld (ongeveer 100 ml / gegoten s).

Tijdens de ontwikkeling van deze methode, de auteurs investigated een aantal incrementele wijzigingen aan de NHA voorbereiding methode op basis van Prakash et al. 13 met inbegrip van de vergelijking van producten die zijn geproduceerd met de trage titratie en de snelle toevoeging van de oplossing van fosforzuur 25. Het bleek dat de langzame titratie van fosforzuur in de calciumhydroxidesuspensie resulteerde in een product met een calciumhydroxide residu. Wij stellen de pH-verandering, veroorzaakt door de snelle toevoeging van fosforzuur aangemoedigd het oplossen van calciumhydroxide en derhalve toegestaan ​​voor de succesvolle conversie van reactanten in hydroxyapatiet. Een vergelijking van producten bereid volgens de werkwijze snel mengen bij kamertemperatuur en verhoogde temperaturen (60 ° C) dat een verhoogde temperatuur resulteerde in een hogere geleidbaarheid nadat de reactie was voltooid. Dit suggereerde dat de overblijvende calciumhydroxide aanwezig die waarschijnlijk was het gevolg van de lagere oplosbaarheid van calciumhydroxide inverhoogde temperaturen. De aanwezigheid van achtergebleven calciumhydroxide was ongewenst omdat de fundamentele aard van deze verbinding biocompatibiliteit in gevaar kunnen brengen.

FTIR ontdekt de karakteristieke fosfaat- en hydroxyl groepsactiviteit geassocieerd met HA (figuur 3). Opgemerkt werd dat het spectrum van het gesinterde produkt vertoonde scherpe pieken fosfaat- en hydroxylgroepen. Deze veranderingen zijn geassocieerd met een grotere kristalliniteit product 26, 27 .De ongesinterde spectrum aangetoond voor B-type carbonaat vervangen wanneer carbonaationen zijn vervangen fosfaatgroepen. Dit in tegenstelling tot A-substitutie waarbij carbonaationen kan stellen van hydroxylgroepen 17. Er is beschreven dat B-type carbonaat substitutie voorkomt in biologische apatiet 3. Echter, Tampieri et al. meldde dat, terwijl B-type wissel predominmier in jonge botten, A-type carbonaat wissel in toenemende mate aanwezig in de botten van oudere individuen 28. Carbonaat substitutie is gevonden om de kristalliniteit en de thermische stabiliteit van de NHA verminderen daarbij tevens zijn oplosbaarheid. Deze veranderingen zijn voorgesteld bij te dragen aan de verhoogde biologische activiteit van carbonaat-gesubstitueerde HA 29. Biologische HA is ook bekend om andere elementen die in de XRF analyse (tabel 1), zoals magnesium, natrium en strontium 30 bevatten. De aanwezigheid van deze elementen kan ook bijdragen aan verhoogde biologische werkzaamheid. Toekomstige werkzaamheden dienen te worden gericht op de voorbereiding van deze nanoschaal vervangen apatieten, en ook producten met een verhoogde biofunctionality zoals zilver gedoteerd NHA 31. Om NHA gesubstitueerd bereiden, kan het element worden ingebracht met een overeenkomstige vermindering van de beoogde element substitute voor bijvoorbeeld een verlaging van de hoeveelheid van de calciumverbinding bij strontium, magnesium of zink substitutie wordt geprobeerd 32. Als alternatief kan een andere benadering om elementen toe te voegen met als doel het verschaffen van 'gedoteerde' ionen die aanwezig zijn op het oppervlak van de NHA zijn zonder het oogmerk om het element te vervangen in de HA kristalrooster 31. Voor deze modificatie in de werkwijze is het mogelijk om gemengde oplossingen zoals calciumhydroxide en zilvernitraat bereiden, en om de reactie op dezelfde wijze uit te voeren zoals hier beschreven.

Tot slot, dit document meldt een nieuwe snelle en aanzienlijk verbeterde werkwijze voor de bereiding van bioinspired NHA. Voor deze werkwijze is de snelle menging van de chemicaliën in minder dan 5 seconden dat een aanzienlijke verkorting ten opzichte van reacties titraties meestal ter uren zorgvuldige controle. Het heeft een groot potentieel voor gebruik in biomaterial ontwikkeling als gevolg van de relatieve eenvoud en lage kosten in vergelijking met momenteel gebruikte industriële Nha fabricagemethoden, waar de inherente complexiteit van de huidige commerciële systemen resulteert in een langdurig onderzoek en ontwikkeling tijden, en de productiekosten aanzienlijk toegenomen. In het bijzonder, deze nieuwe methode superieur continue stroom processen of hydrothermale technieken door aanzienlijk lagere start-up apparatuur investeringsvereisten.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd ondersteund door een EPSRC CASE studententijd in samenwerking met Ceramisys Ltd. en wordt ook geassocieerd met Mede Innovatie, de EPSRC Centre for Innovative Manufacturing in Medical Devices [subsidie ​​aantal EP / K029592 / 1]. De auteurs willen ook graag bedanken Robert Burton aan Sheffield Hallam University voor XRF-analyse.

Materials

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

References

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

Tags

BioinspiredNanoscale HydroxyapatiteBiomedical ApplicationsRapid Mix PreparationCalcium HydroxidePhosphoric AcidMolar RatioWashingSinteringCharacterization

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Wilcock, C. J., Gentile, P., Hatton, P. V., Miller, C. A. Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications. J. Vis. Exp. (120), e55343, doi:10.3791/55343 (2017).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image