バイオメディカル応用のためのバイオインスパイアードナノハイドロキシアパタイトの急速なミックス準備

天然アパタイトは、Ca _10-XYのおおよその化学式[（HPO _{4）（PO 4）] 6-X（CO 3）、Y（OH）2-xの}非化学量論的な炭酸ヒドロキシアパタイトのナノスケールの粒子から構成されています。近い化学類似性を有する生体材料の製造は、天然に存在する鉱物は、最適な生物学的応答を促進することが報告されていることができます。例えば、生体模倣カルシウム欠損炭酸NHAの研究は、従来NHA ¹⁹よりも大きな程度に増殖し、マウスの前骨芽細胞のアルカリホスファターゼ活性を刺激することが可能であることを示しています。

本研究では、1000℃（ 図2）で部分的熱分解を示したHAの沈殿は、カルシウム欠損HAの形成を示唆しました。 T（XRFデータを用いて得られたP比（1.63）：これは、化学量論のCaよりも低くすることによってサポートされていましたできる1）。 P比が低い熱安定性^{20、21、22、23}に関連している：CA減少することが理解されます。この方法では、リン酸溶液の急速な添加は、急速HPO ₄イオンを生成するために、反応懸濁液のpHを低下させました。 HPO ₄基の存在は分子式で、カルシウム欠損HAの沈殿を促進：のCa _{10-x（HPO 4）x（PO 4）6-x（OH）2-x、0} <X <1。

リン酸の急速な添加は、したがって、反応の析出速度に顕著な効果を持っていました。前述のように、室温で行っ水酸化カルシウムおよびリン酸を含む滴定反応は、高アスペクト比¹³を有する粒子を生成する傾向がありました。 titratioのためnはこれらの反応物を含む反応は、生物学的アパタイト¹³に類似している低いアスペクト比を有する粒子を製造するために高温を使用する必要がありました。結晶核生成速度が結晶成長速度²⁴よりも遅い場合、高アスペクト比の粒子が生成されます。本研究で開発した新しい方法では、リン酸溶液の迅速な添加は、より大きなアスペクト比を有する少数の粒子とは対照的に、小さな丸い粒子の存在の増加をもたらした核形成部位の多くを提供していることができます。著者らは、完全にゆっくりと一貫した結果を得るために、水酸化カルシウムの懸濁液に、リン酸を注入の効果を調査していないとして、我々はリン酸は、ビデオ（約100ミリリットル/に示したものに相応の速度で注入されることをお勧めします秒）。

この方法の開発中に、作者のINVPrakashさんらに基づいてNHA調製法への増分変更の数をestigated。遅い滴定およびリン酸溶液²⁵を迅速に添加して製造された製品の比較を含めて^13。これは、水酸化カルシウムの懸濁液に、リン酸のゆっくり滴定は水酸化カルシウム残基と生成物が得られたことが分かりました。私たちは、リン酸の急速な添加によるpH変化が水酸化カルシウムの溶解を奨励し、したがって、ハイドロキシアパタイトへの反応物の変換が成功するために許可されていることを提案します。製品の比較は、室温及び高温（60℃）で急速な混合方法を用いて調製し、反応が完了した後、高温で高い導電性をもたらしたことを見出しました。この残留水酸化カルシウムはで水酸化カルシウムの低い溶解度に起因する可能性があった存在であることを示唆しました温度の上昇。この化合物の基本的な性質は、生体適合性を損なう可能性があるので、残留水酸化カルシウムが存在することは望ましくありませんでした。

FTIRは、HA（ 図3）に関連した特徴的なリン酸と水酸基の活性が検出されました。これは、焼結体のためのスペクトルがシャープリン酸と水酸基のピークを示したことが注目されました。これらの変更は、より大きな製品の結晶化度^26、炭酸イオンがリン酸基を置換しているB型炭酸置換のための証拠を提供^27【選択未焼成のスペクトルと関連しています。これは炭酸イオンがヒドロキシル基¹⁷を置換することができるタイプの置換とは対照的です。 B型カーボネート置換が、生物学的アパタイト³で発生することが報告されています。しかし、Tampieri ら。一方B型の置換がpredominたことを報告しましたアリは若い骨の中に、型炭酸置換が高齢者²⁸の骨でますます存在していました。カーボネート置換は、その溶解度を増加させる一方NHAの結晶性および熱安定性を低下させることが見出されています。これらの変更は、カーボネート置換HA ²⁹の増加生物活性に寄与することが提案されています。生物学的なHAはまた、マグネシウム、ナトリウム、ストロンチウム³⁰などのXRF分析（ 表1）に記録された他の要素のいくつかを含むことが知られています。これらの元素の存在はまた、生物学的効力の増加に寄与し得ます。今後の課題は、銀がドープされたNHA ³¹として増加した生物機能性にも製品をこれらのナノスケールの置換アパタイトの準備に向けて、する必要があります。置換NHAを調製するために、要素はsubstitutように意図要素の対応する減少に導入することができます電子、 例えばストロンチウム、マグネシウムまたは亜鉛置換が³²試みられるカルシウム化合物の量の減少。代替的に、別のアプローチは、必ずしも、HAの結晶格子³¹への要素を置換することを意図することなく、NHAの表面上に存在する「ドープされた」イオンを提供する目的で構成要素を追加することができます。方法のこれらの変更のためには、水酸化カルシウムと硝酸銀などの混合溶液を調製するために、ここで説明したのと同じ方法で反応を行うことができます。

結論として、本論文では、バイオインスパイアードNHAの調製のための新規の迅速かつ実質的に改良された方法を報告します。この方法では、化学物質の迅速な混合は、反応は通常、注意深い監視の時間を必要とする滴定に比べて時間の著しい減少である5秒未満かかります。これは、biomatで使用するための大きな可能性を秘めていますerial開発、その相対的な単純性と固有の長い研究開発時間の現在の商用システムの結果の複雑さ、および実質的に製造コストが増大し、現在使用される工業NHAの製造方法に比べて低コストです。具体的には、この新しい方法は、連続フロープロセスまたは有意に低い起動設備投資の要件による熱水技術に優れています。