Rapid Mix Preparazione di bioispirati Nanoscale idrossiapatite per applicazioni biomediche

Apatite naturale è composto di nanoparticelle di idrossiapatite non stechiometrica gassata con la formula chimica approssimativa di Ca _{10 xy} [(HPO ₄₎ (PO _{4)] 6-x} (CO _{3) y} (OH) _2-x. La produzione di biomateriali con stretta somiglianza chimica naturalmente minerale presente stato segnalato per promuovere risposte biologiche ottimali. Per esempio, la ricerca sulla biomimetica calcio-carenti gassata NHA ha dimostrato di essere in grado di stimolare la proliferazione e l'attività della fosfatasi alcalina di cellule murine preosteoblast in misura maggiore rispetto ai convenzionali NHA ^19.

In questo studio, la precipitazione di HA che mostrava parziale decomposizione termica a 1.000 ° C (figura 2) ha suggerito la formazione di un HA calcio-carenti. Questo è stato sostenuto dalla inferiori a Ca stechiometrico: rapporto P (1.63) ottenuti con i dati XRF (Tgrado 1). Resta inteso che un Ca ridotta: rapporto P è associato con un minore stabilità termica ^{20, 21, 22, 23.} In questo metodo, la rapida aggiunta della soluzione di acido fosforico rapidamente abbassa il pH della sospensione di reazione per generare HPO ₄ ioni. La presenza di HPO ₄ gruppi facilitato la precipitazione del calcio carente HA, con la formula molecolare: Ca _10-x (HPO _{4) x} (PO _{4) 6-x} (OH) _2-x, dove 0 <x <1.

La rapida aggiunta dell'acido fosforico ha quindi un effetto marcato sulla cinetica di precipitazione della reazione. Come descritto in precedenza, le reazioni che coinvolgono titolazione idrossido di calcio e acido fosforico effettuata a temperatura ambiente tendevano a produrre particelle con un elevato rapporto di aspetto ^13. per titration reazioni che coinvolgono questi reagenti, è stato necessario utilizzare una temperatura elevata per produrre particelle con un rapporto di aspetto inferiore che sono più simili a apatite biologica ^13. Particelle elevato allungamento sono prodotte quando il tasso di nucleazione cristallo è più lento rispetto al tasso di crescita dei cristalli ^24. Per il nuovo metodo sviluppato in questo studio, la rapida aggiunta della soluzione di acido fosforico può essere fornito un numero maggiore di siti di nucleazione che ha portato alla maggiore presenza di piccole particelle arrotondate rispetto a meno particelle con un rapporto di formato più grande. Poiché gli autori non sono completamente studiato gli effetti di versare lentamente l'acido fosforico nella sospensione di idrossido di calcio, al fine di ottenere risultati coerenti si consiglia l'acido fosforico viene versata ad una velocità commisurata a quella mostrata nel video (circa 100 mL / S).

Durante lo sviluppo di questo metodo, gli autori investigated una serie di modifiche incrementali al metodo di preparazione NHA basato su Prakash et al. ¹³ compreso il confronto dei prodotti realizzati con la titolazione lenta e la rapida aggiunta della soluzione di acido fosforico ^25. Si è constatato che la lenta titolazione di acido fosforico nella sospensione di idrossido di calcio si ottenne un prodotto con un residuo idrossido di calcio. Si propone che il cambiamento di pH causato dalla rapida aggiunta di acido fosforico incoraggiato lo scioglimento dell'idrossido di calcio e perciò consentito per la conversione di successo dei reagenti in idrossiapatite. Un confronto dei prodotti preparati con il metodo di miscelazione rapida a camera e temperature elevate (60 ° C) hanno trovato che una temperatura elevata determinato una maggiore conduttività dopo la reazione è stata completata. Questo suggerisce che l'idrossido di calcio residuo era presente che era probabilmente dovuto alla minore solubilità di idrossido di calcio aaumento delle temperature. La presenza di idrossido di calcio residuo è desiderabile in quanto la natura di base di questo composto potrebbe compromettere biocompatibilità.

FTIR rilevata l'attività caratteristica fosfato e ossidrile gruppo associato con HA (figura 3). È stato osservato che lo spettro del prodotto sinterizzato mostrato nitide fosfato e ossidrile picchi. Questi cambiamenti sono stati associati con una maggiore cristallinità del prodotto ^{26, 27} .La spettro non sinterizzato fornito la prova di tipo B sostituzione carbonato dove ioni di carbonato hanno sostituito per gruppi fosfato. Questo è in contrasto con un tipo di sostituzione in cui ioni carbonato possono sostituire gruppi ossidrilici ^17. E 'stato riportato che la sostituzione B-tipo di carbonato avviene in apatite biologica ^3. Tuttavia, Tampieri et al. ha riferito che, mentre B-tipo di sostituzione è stato predominformica nei giovani le ossa, di tipo A sostituzione di carbonato è sempre più presente nelle ossa di individui più anziani ^28. sostituzione del carbonato è stato trovato per diminuire la cristallinità e la stabilità termica della NHA mentre aumentando la sua solubilità. Sono stati proposti Queste modifiche contribuire all'aumento bioattività di carbonato-sostituito HA ^29. HA biologica è noto anche per contenere alcuni degli altri elementi rilevati nell'analisi XRF (Tabella 1), come magnesio, sodio e stronzio ^30. La presenza di questi elementi può anche contribuire ad aumentare efficacia biologica. Il lavoro futuro dovrebbe essere diretto alla preparazione di questi apatite in nanoscala sostituito, e anche i prodotti con una maggiore biofunzionalità come l'argento-drogato nha ^31. Per preparare sostituito NHA, l'elemento può essere introdotta con una corrispondente riduzione dell'elemento prevista per Substitute per, ad esempio, una riduzione della quantità del composto di calcio quando stronzio, magnesio o zinco sostituzione viene tentato ^32. In alternativa, un altro approccio potrebbe essere quello di aggiungere elementi con l'intento di fornire ioni 'drogati', che sono presenti sulla superficie della NHA senza necessariamente intenzione di sostituire l'elemento nel reticolo cristallino HA ^31. Per queste modifiche al metodo è possibile preparare soluzioni miste come idrossido di calcio e nitrato d'argento, e di effettuare la reazione nello stesso modo come descritto qui.

In conclusione, questo lavoro riporta un metodo rapido e sostanzialmente migliorata innovativo per la preparazione di bioispirati NHA. Per questo metodo, la rapida miscelazione delle sostanze chimiche richiede meno di 5 secondi, che è una marcata riduzione del tempo rispetto al titolazioni reazioni tipicamente richiedono ore di attento monitoraggio. Esso ha un grande potenziale per l'utilizzo in biomatsviluppo erial a causa della sua relativa semplicità e basso costo rispetto ai metodi di produzione industriali Nha attualmente utilizzati in cui la complessità intrinseca delle attuali risultati dei sistemi commerciali in tempi di ricerca e sviluppo lunghe, e aumentato notevolmente i costi di produzione. In particolare, questo nuovo metodo è superiore ai processi di flusso continuo o tecniche idrotermali a causa della minore notevolmente i requisiti investimenti in attrezzature di start-up.