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Couches, Poudres et Plaquettes de Nanohydroxyapatite Produites par l'intermédiaire des Méthodes Sol-gel pour des Applications Médicales

Professeur Besim Ben-Nissan, Faculté de la Science, Université De Technologie, Sydney, Australie et M. Andy Choi, Rédacteur-en-chef, AZoNano
Auteur Correspondant : B.Ben-Nissan@uts.edu.au

Introduction

Des Matériaux ayant des structures et des tailles qui font partie de la marge de 1 à 100 nanomètre désigné sous le nom des matériaux nanostructured. Les matériaux de Nanostructured sont associés avec une diversité des utilisations dans la zone médicale, par exemple, des nanoparticles dans des systèmes de médicament-accouchement, en médicament régénérateur et dans la science de biomatériaux et des systèmes diagnostiques.1,2

Les techniques de synthèse les plus utilisées généralement pour la fabrication du nanoceramics comprennent appuyer, et mouillent des techniques de traitement chimiques telles que sol-gel et la Co-précipitation, qui ont été employés pour produire des nanocoatings, des nanoparticles, et des cases et des formes solides nanostructured.

Le Procédé Sol-gel

Le traitement Sol-gel est seul parce qu'il peut être employé pour fabriquer des couches, monolithes, fibres, poudres ou, des plaquettes de même composition, simplement en variant la viscosité, la chimie, et d'autres facteurs d'une solution donnée.

Par définition, un solenoïde est une suspension des particules colloïdales dans un liquide. Un solenoïde diffère d'une solution parce qu'une solution est un système monophasé, d'autre part, un solenoïde est un biphasé, système de solide-liquide. Des Gels sont considérés comme des composés, puisque les gels se composent d'un réseau ou d'un squelette solide qui entourent un solvant liquide de phase ou d'excès. Selon leur chimie, les gels peuvent être mous et avoir un module élastique faible, habituellement obtenu par la polymérisation réglée du composé commençant hydrolysé. Dans ce cas, formes d'un réseau de tridimensionnel, ayant éventuel comme conséquence un gel polymère de poids. Le gel donnant droit peut être considéré comme une molécule macroscopique qui étend dans toute la solution. Cette congélation peut être employée pour produire un monolithe nanostructured ou des couches nanosized, selon le procédé appliqué.1,2

Les avantages de la technique sol-gel sont nombreux : elle a comme conséquence un produit stoechiométrique, homogène et pur, dû au mélange sur l'échelle moléculaire ; elle est du nanoscale ; la grande pureté peut être mise à jour en tant que meulage peut être évitée ; elle laisse les températures réduites d'allumage dues aux petites dimensions des particules avec des surfaces élevées ; elle peut être employée pour produire l'uniforme, structures à grain fin ; elle permet l'utilisation de différentes artères chimiques et ; elle est facilement appliquée aux formes complexes avec un domaine des techniques de couche. Les couches Sol-gel ont également l'avantage ajouté que le coût des précurseurs sont relativement sans importance, dû aux petites quantités de matériaux exigés.1,2

Le dépôt de Film mince utilisant la technique sol-gel offre également l'avantage par rapport à d'autres techniques de dépôt telles que la déposition en phase vapeur matérielle et, dans laquelle des propriétés telles que la surface et le volume de pore peuvent être réglées par chimie.

Poudres de Nanohydroxyapatite (NanoHap) pour des Applications Médicales

Le minerai d'Os se compose de nanoplatelets qui initialement ont été décrits comme hydroxyapatite ou HAp, et assimilé au dahllite minéral. Aujourd'hui, on le convient que l'apatite d'os peut mieux être décrite comme hydroxyapatite de carbonate, et est rapproché par la formule (Ca, Magnésium, Na)10 (POCO43)6 (OH)2.

Les paramètres les plus importants pour les implants orthopédiques particulièrement dans des conditions articulantes sont qu'ils ont la résistance à l'usure nécessaire, tiennent compte pour qu'une connexion adéquate désosse, et affichent les propriétés mécaniques exigées telles que la ductilité, l'élasticité et la force. La réponse à ces conditions pertinentes peut se situer dans convenablement conçu, la macro-instruction et les implants texturisés micro qui peuvent être enduits des phosphates de calcium comme un os de nanoscale qui peuvent induire la bioactivité améliorée et fournir la bonne adhérence entre l'implant et l'os.

La Nanotechnologie a ouvert des techniques novatrices pour produire des nanopowders et des couches synthétiques comme un os de hydroxyapatite. Bien Que non appelé les nanopowders, matériaux de nanoscale ont existé puisque l'aube de la science utilisant un domaine des artères chimiques. Des couches de Nanoscale de hydroxyapatite ont été seulement introduites au début des années 90.2-5 Cependant, sans aucun doute, la disponibilité de nanocoating sol-gel de hydroxyapatite et la technologie de production de poudre a ouvert des opportunités neuves de concevoir les couches biocompatibles supérieures pour des implants, et le développement des nanocomposites dentaires et orthopédiques de haute résistance pour des applications médicales.1

Bien Que, nanopowders de Hasard et nanoplatelets comme un os (le Schéma 1) peut être synthétisé par un domaine des méthodes de production, un élan très prometteur a été de synthétiser ces matériaux par l'intermédiaire d'une solution sol-gel.

Le Schéma 1. plaquettes d'apatite de carbonate de Nanocrystalline a produit utilisant le Procédé Sol-gel.

Les résultats des études plus précoces ont prouvé que, alors que des produits sol-gel biphasés de Hasard sont facilement synthétisés, il est plus difficile produire les poudres monophasiques de Hasard et les couches. Bien Qu'un certain nombre de poudres nanoes produites par compagnies internationales de Hasard seulement une compagnie Australienne aient été réussies en produisant l'os comme les nanoparticles de Hasard de carbonate, nanoplatelets avec des diamètres de l'ordre de 15 à 20 nanomètre, et avec des nanocoatings de Hasard de 70 nanomètre profondément. Les nanoparticles et les nanoplatelets du Hasard fournissent l'excellente bioactivité pour l'intégration dans l'os, qui résulte de leurs surfaces élevées mêmes.3,4

Apatite Sol-gel de Coralline de Nanohydroxyapatite et de Nanocoated

La hydroxyapatite Corallienne sont principalement utilisées comme matériaux de greffon osseux. Un certain nombre de compagnies ont lancé les apatites coralliennes since 1980 mais à cause de la nature du procédé de conversion, ces greffons osseux coralliens ont maintenu CaCO de corail ou libre3, qui ne permet pas au matériau d'être utilisé dans des conditions porteuses. La structure du Hasard corallien commercial possède également meso et des nano-pores dans les trabécules d'inter-pore. Ces nanopores et grandes surfaces associées ont comme conséquence des tarifs élevés de dissolution. Ce renvoi donne droit réduisent dedans la force, et l'effondrement précoce de la structure est observé. Ces produits ne peuvent pas être employés où la résistance de la structure élevée est exigée comme les longs os sans dispositifs de fixation internes ou externes. Pour surmonter ces limitations et améliorer la force, une technique de conversion brevetée neuve de double-stade a été développée par Ben-Nissan et des collègues.2,4,5,6,7,8

La technique actuelle concerne une artère à deux étages d'application par lequel, dans la première phase, une conversion complète de corail en Hasard pur soit réalisée. Dans la seconde étape, une hydroxyapatite solenoïde-gel-dérivée nanocoating est appliquée directement pour couvrir le meso et les nanopores dans le matériau d'intra-pore, tout en mettant à jour les grands pores pour la croissance osseuse appropriée. Le procédé est affiché sur le Schéma 2.

Le Schéma 2. Stades de la formation corallienne hydroxyapatite-enduite d'apatite de nanocrystalline. (première) Structure De Corail. Corail (de milieu) après conversion à la hydroxyapatite avec la méthode hydrothermique. (bas) apatite corallienne Convertie et nanocoated.

L'application d'une couche sol-gel de hydroxyapatite sur la hydroxyapatite monophasique dérivée de la méthode hydrothermique a amélioré ses propriétés mécaniques. On a enregistré que Cette conversion et nanocoating augmentent la résistance à la pression de 400% au-dessus du corail naturel. Les essais Animaux effectués sur les composants tibiaux des moutons ont affiché l'ossification neuve et excellent le biointegration assimilés à notre os naturel tout en maintenant toujours la structure et la force.

Résumé

Il y a eu une augmentation importante d'intérêt pour les matériaux nanostructured dans les technologies avancées pendant la décennie passée. La recherche et développement actuelle dans le domaine des nanocoatings sont d'une manière encourageante. Les couches dérivées Sol-gel expliquent la promesse dû à leur confort relatif de production, capacité de former chimiquement et la couche matériel uniforme et pure au-dessus des formes géométriques complexes. Nanobioceramics sont essentiel au design et au développement d'un large éventail d'implants médicaux neufs et de dispositifs lents d'accouchement de médicament.


Références

1. B. Ben-Nissan et A.H. Choi. Nanoceramics pour des applications médicales. Dans : Nanomaterials Avancés, (Eds) K.E. Geckeler, H. Nishide, ISBN : 978-3-527-31794-3 Wiley-VCH, Décembre 2009, 523-553.
2. B. Ben-Nissan et A.H. Choi. Production Sol-gel des nanocoatings bioactifs pour des applications médicales. Partie : une introduction, Nanomedicine 1(3), 2006, 311-319
3. A.H. Choi et B. Ben-Nissan. Production Sol-gel des nanocoatings bioactifs pour des applications médicales. Partie II : recherche et développement actuelle, Nanomedicine 2(1), 2007, 51-61.
4. C.S Chai et B. Ben-Nissan, Couches Sol-gel Bioactives de Hydroxyapatite de Nanocrystalline. J. Mère. Sci : Mère Med. 10 : 1999, 465-469.
5. B. Ben-Nissan et C.S Chai, Couches Bioactives Dérivées Sol-gel de Hydroxyapatite, Dans les Avances en Science Des Matériaux Et Chirurgie Orthopédique d'Implant, Suite de l'OTAN ASI, Suite E : Les Sciences Appliquées, (Eds.) R. Kossowsky et N.Kossovsky, Éditeurs Scolaires de Kluwer, ISBN 0-7923- 3558-9, 1995, Vol. 294, 265-275.
6. H. Zreiqat, et autres. L'effet de la modification extérieure de chimie de l'alliage titanique sur des voies de signalisation dans les osteoblasts humains. Biomatériaux 26, 2005, 7579-7586.
7. B. Ben-Nissan, « Bioceramics Naturel : du corail à désosser et au delà de », l'Opinion Actuelle en Science Des Matériaux Semi-conductrice et, 7, Publie 4-5, 2003, 283-288
8. B. Ben-Nissan., D.Green, G.S.K. Kannangara, C.S Chai. et A. Milev, « les Études 31P RMN du Phosphite A Dérivé la Hydroxyapatite de Nanocrystalline », J. Sol-Gel Sci. et Technologie, 21, 2001, 27-37.

Droit d'auteur AZoNano.com, Professeur Besim Ben-Nissan (Université De Technologie, Sydney)

Date Added: Jan 7, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:10

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