医学アプリケーションのためのゾル・ゲル方法によって作り出される Nanohydroxyapatite のコーティング、粉および血小板

科学のベン日産、能力工科大学、シドニー、オーストラリアおよび先生アンディー Choi、 AZoNano、編集長 Besim 教授
対応する著者: B.Ben-Nissan@uts.edu.au

導入

1 に 100 nm の範囲の内で落ちるサイズおよび構造を持っている材料は nanostructured 材料と言われます。 例えば Nanostructured の文書は医学フィールド内の使用薬物配達システム、再生薬および生体材料科学および診断システムの nanoparticles の多様性と関連付けられます。1,2

最も広く使われた nanoceramics の製造のための統合の技術は nanocoatings、 nanoparticles および nanostructured 固体ブロックおよび形作り出すのに使用されていた共同沈殿物加工の技巧含んでいます、およびゾル・ゲルのような押、およびぬれた化学。

ゾル・ゲルプロセス

ゾル・ゲルの処理はコーティング、モノリス、ファイバー、粉を製造するのにまたは使用することができることある特定の解決の粘着性、化学および他の要因の変化によって一義的、同じ構成の血小板、単にです。

定義上では、 SOL は液体のコロイド粒子の中断です。 SOL は解決と一方では、 SOL が二相の固体液体システムであることを解決が単相システムであること異なります。 ゲルは合成物とゲルが液体段階または超過分溶媒を囲む固体ネットワークか骨組から成っているので、みなされます。 化学によって、ゲルは柔らかくそして通常加水分解された開始の混合物の制御された重合によって得られる低い弾性率を、持つことができます。 この場合、三次元ネットワークは形作りま、高分子量の重合体のゲルで最終的に起因します。 生じるゲルは解決全体伸びるマクロスコピック分子としてについて考えることができます。 このゲル化が適用されるプロセスによって nanostructured モノリスか nanosized コーティングを、作り出すのに使用することができます。1,2

ゾル・ゲルの技術の利点は多数です: それは分子スケールの混合のために化学量論的で、同質で、純粋な製品で、起因します; それは nanoscale です; 高い純度は粉砕として避けることができます維持することができます; それは高い表面積の小さい粒度による温度を始動させることを減らされて割り当てます; それがユニフォーム、きめの細かい構造を作り出すのに使用することができます; それは異なった化学ルートの使用を可能にします; それはコーティングの技術の範囲との複雑な形に容易に適用されます。 前駆物質の費用が比較的重要でないことゾル・ゲルのコーティングにまた必要な材料の少量のために追加された利点が、あります。1,2

ゾル・ゲルの技術を使用して薄膜の沈殿はまた表面積および気孔ボリュームのような特性が化学によって制御することができる物理的な、化学気相堆積のような他の沈殿技術上の利点があります。

医学アプリケーションのための Nanohydroxyapatite (NanoHap) の粉

骨の鉱物は nanoplatelets で hydroxyapatite としてオリジナルに記述されているか、または偶然に起こる、およびミネラル dahllite に類似した構成されます。 現在骨のリン灰石が炭酸塩の hydroxyapatite としてよりよく記述されているかもしれない一致し方式 (CA、 Mg、 Na) (POCO) によって (オハイオ州10) 近づきます43ことが62

連結の条件の下の整形外科のインプラントのための最も重要なパラメータはとりわけ十分な接続機構が可能にし、そして延性、伸縮性および強さのような必須の機械特性を骨を抜くことができるように必要な耐久性があり、表示することです。 これらの適切な条件への答えは適切に設計されているに nanoscale 高められた bioactivity を誘導し、インプラントと骨間のよい付着を提供できる骨そっくりのカルシウム隣酸塩と塗ることができるマイクロ織り目加工のインプラントおよびマクロあるかもしれません。

ナノテクノロジーは骨そっくりの総合的な nanopowders および hydroxyapatite のコーティングを作り出すための革新的な技術を開発しました。 呼出されなくてが nanopowders、 nanoscale 材料は化学ルートの範囲を使用してので科学の夜明けありました。 hydroxyapatite の Nanoscale のコーティングはただ 1990年代初期に導入されました2-5 ただし、間違いなく、 hydroxyapatite のゾル・ゲルに nanocoating のアベイラビリティおよび粉の生産技術はインプラントのための優秀な biocompatible コーティングを設計する新しい機会および医学アプリケーションのための高力歯科および整形外科の nanocomposites の開発を開発しました。1

そして nanoplatelets (図 1) は生産方法の範囲によって 1 つの非常に有望なアプローチずっとゾル・ゲルの解決によってこれらの材料を総合することです総合することができますが、骨そっくりの偶然の nanopowders。

図 1. Nanocrystalline の炭酸塩のリン灰石の血小板はゾル・ゲルプロセスを使用して作り出しました。

より早い調査の結果は、 biphasic ゾル・ゲルの偶然の製品容易に総合されるが、 monophasic 偶然の粉はおよびコーティングはより作り出しにくいことを示しました。 何人かの国際的な会社が偶然の nano 粉を作り出したが 1 つのオーストラリアの会社だけ炭酸塩の偶然の nanoparticles、 15 への 20 nm の範囲の直径と 70 nm の偶然の nanocoatings の nanoplatelets のような骨を厚く作り出すことで成功していました。 偶然の nanoparticles そして nanoplatelets は非常に高い表面積から起こる骨に統合に優秀な bioactivity を提供します。3,4

ゾル・ゲルの Nanohydroxyapatite および Nanocoated のコラリンのリン灰石

コラリンの hydroxyapatite は骨の接木材料として主に使用されます。 何人かの会社は 80 年代以来のコラリンのリン灰石を販売しましたが、変換プロセスの性質のために、これらのコラリンの骨の接木は材料が3ロードベアリング状態の下で使用されないようにしない珊瑚か自由な CaCO を保ちました。 商業コラリンの偶然の構造はまた相互気孔の trabeculae 内の meso そして nano 気孔を所有しています。 これらの nanopores および関連大きい表面積は高い分解のレートで起因します。 このリターンは減らします強さを生じ、構造の早い崩壊は観察されます。 これらの製品は高い構造強度が内部か外部固定装置なしで長い骨のような必要となるところに利用することができません。 これらの限定を克服し、強さを改善するために、新しい特許を取られた二重段階の変換技術はベン日産および協力者によって開発されました。2,4,5,6,7,8

現在の技術は、第一段階で、純粋な偶然への珊瑚の完全な変換が達成されるという二段式アプリケーションルートを含みます。 第二段階では適切な骨の成長のための大きい気孔を維持している間内部気孔材料内の meso そして nanopores をカバーするために、 nanocoating SOL ゲル得られた hydroxyapatite は直接加えられます。 プロセスは図 2. で示されています。

nanocrystalline の hydroxyapatite 上塗を施してあるコラリンのリン灰石の形成の図 2. 段階。 (上の) 珊瑚の構造。 (熱水方法の hydroxyapatite への変換の後の中間の) 珊瑚。 (底) 変換され、 nanocoated コラリンのリン灰石。

熱水方法から得られた monophasic hydroxyapatite に hydroxyapatite のゾル・ゲルのコーティングのアプリケーションは機械特性を改良しました。 この変換および nanocoating は自然な珊瑚に 400% 耐圧強度を高めるために報告されました。 ヒツジの tibial コンポーネントで遂行された動物の試験はまだ構造および強さを保っている間私達の自然な骨と同じような新しい骨の形成および優秀な biointegration を示しました。

概要

過去ディケイドの間に先行技術の nanostructured 材料の興味に主要な増加がずっとあります。 nanocoatings のフィールドの現在の研究開発は有望です。 ゾル・ゲルの得られたコーティングは生産、化学的にそして複雑で幾何学的な形上の物理的に均一および純粋なコーティングを形作る能力の相対的な容易さのために約束を示します。 Nanobioceramics は新しい医学のインプラントおよび遅い薬剤配達装置の広い範囲のデザインそして開発に必要です。


参照

1. B. ベン日産および A.H. Choi。 医学アプリケーションのための Nanoceramics。 : 高度の Nanomaterials、 (ED) K.E. Geckeler、 H. Nishide、 ISBN: 978-3-527-31794-3 ワイリーVCH、 2009 年、 523-553 12 月。
2. B. ベン日産および A.H. Choi。 医学アプリケーションのための bioactive nanocoatings のゾル・ゲルの生産。 パート1: 導入、 Nanomedicine 1(3) 2006 年、 311-319
3. A.H. Choi および B. ベン日産。 医学アプリケーションのための bioactive nanocoatings のゾル・ゲルの生産。 部 II: 現在の研究開発、 Nanomedicine 2(1) 2007 年、 51-61。
4. C.S シェおよび B. ベン日産の Nanocrystalline Bioactive ゾル・ゲルの Hydroxyapatite のコーティング。 J. Mater。 Sci: Mater Med。 10: 1999 年、 465-469。
5. B. ベン日産および C.S シェの物質科学およびインプラント整形外科の外科の前進の Hydroxyapatite のゾル・ゲルの得られた Bioactive コーティング、 NATO ASI シリーズ、シリーズ E: 応用科学、 (ED。) R. Kossowsky および N.Kossovsky の Kluwer の学術の出版業者、 ISBN 0-7923- 3558-9 1995 年、 Vol. 294、 265-275。
6. H. Zreiqat、等。 人間の osteoblasts のシグナリングパスに対するチタニウムの合金の表面化学修正の効果。 生体材料 26 2005 年、 7579-7586。
7. B. ベン日産、 「自然な Bioceramics: 珊瑚から骨へのを越える」、ソリッドステートおよび物質科学、 7 の現在の意見は、 4-5 2003 年、 283-288 を出し、
8. B. ベン日産。、 D.Green、 G.S.K. Kannangara、 C.S シェ。 そして A. Milev は、 「亜リン酸塩の 31P NMR 調査 Nanocrystalline Hydroxyapatite」を、 J. Sol-Gel Sci 得ました。 そして Tech.、 21 2001 年、 27-37。

、版権 AZoNano.com Besim ベン日産 (工科大学、シドニー) 教授

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

Last Update: 13. June 2013 23:20

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