De Deklagen, het Poeder en de Plaatjes van Nanohydroxyapatite via Sol-Gel Methodes voor Medische Toepassingen worden Veroorzaakt die

Professor Besim Ben-Nissan, Faculteit van Wetenschap, Universiteit van Technologie, Sydney, Australië en Dr. Andy Choi, Hoofdredacteur, AZoNano
Overeenkomstige auteur: B.Ben-Nissan@uts.edu.au

Inleiding

De Materialen die structuren en grootte hebben die binnen de waaier van 1 tot 100 NM vallen worden doorverwezen naar zoals nanostructured materialen. De materialen van Nanostructured worden geassocieerd met een diversiteit van gebruik binnen het medische gebied, bijvoorbeeld, nanoparticles in drug-levering systemen, in regeneratieve geneeskunde en in biologisch materialenwetenschap en kenmerkende systemen.1,2

De synthesetechnieken het meest meestal voor de vervaardiging van nanoceramics worden gebruikt omvatten het drukken, en natte chemische verwerkingstechnieken zoals sol-gel en mede-precipitatie, die zijn gebruikt om nanocoatings te produceren, nanoparticles, en stevige blokken en vormen die nanostructured.

Het Sol-Gel Proces

Sol-gel verwerking is uniek in zoverre dat het kan gebruikt om deklagen, monolieten, vezels, poeder of, plaatjes van de zelfde samenstelling te vervaardigen, eenvoudig door de viscositeit, chemie, en andere factoren van een bepaalde oplossing te variëren.

Per definitie, is een sol een opschorting van colloïdale deeltjes in een vloeistof. Een sol verschilt van een oplossing in die zin dat een oplossing een eenfasig systeem, anderzijds, een sol is een systeem in twee fasen, vaste-vloeibare stof is. De Gelen worden beschouwd als samenstellingen, aangezien de gelen uit een stevig netwerk of een skelet bestaan dat een vloeibare fase of een bovenmatig oplosmiddel omringen. Afhankelijk van hun chemie, kunnen de gelen zacht zijn en een lage elastische die modulus, gewoonlijk hebben door gecontroleerde polymerisatie van de gehydroliseerde beginnende samenstelling wordt verkregen. In dit geval, vormt een driedimensioneel netwerk zich, uiteindelijk resulterend in een hoogte - moleculegewicht polymeer gel. Het resulterende gel kan van als een macroscopische molecule worden gedacht die zich door de oplossing uitbreidt. Deze gelatinevorming kan worden gebruikt om a te produceren nanostructured monoliet of nanosized deklagen, afhankelijk van het toegepaste proces.1,2

De voordelen van de sol-gel techniek zijn talrijk: het resulteert in een stoichiometrisch, homogeen en zuiver product, ten gevolge van zich het mengen op de moleculaire schaal; het is van nanoscale; de hoge zuiverheid kan worden gehandhaafd zoals het malen kan worden vermeden; het staat verminderde in brand stekende temperaturen toe te schrijven aan de kleine partikelgroottes met hoge oppervlakten toe; het kan worden gebruikt om eenvormige, met fijne korrels structuren te veroorzaken; het staat het gebruik van verschillende chemische routes toe en; het wordt gemakkelijk toegepast op complexe vormen met een waaier van deklaagtechnieken. Sol-gel deklagen hebben ook het toegevoegde voordeel dat de kosten van de voorlopers vrij onbelangrijk zijn, ten gevolge van de kleine vereiste hoeveelheden materialen.1,2

Het Dunne filmdeposito die de sol-gel techniek gebruiken biedt ook het voordeel over andere depositotechnieken zoals aan fysieke en chemische dampdeposito, waarin de eigenschappen zoals oppervlakte en porievolume door chemie kunnen worden gecontroleerd.

Van Nanohydroxyapatite (NanoHap) het Poeder voor Medische Toepassingen

Het mineraal van het Been is samengesteld uit nanoplatelets die oorspronkelijk als hydroxyapatite of HAp werden beschreven, en gelijkaardig aan mineraal dahllite. Vandaag, besluit men dat beenapatite beter als carbonaat kan worden beschreven hydroxyapatite, en door de formule (Ca, Mg, Na) benaderd10 (POCO43)6 (OH)2.

De belangrijkste parameters voor orthopedische implants specifiek in de articulerende omstandigheden zijn dat zij de noodzakelijke slijtageweerstand hebben, voor een adequate gehechtheid aan been, toestaan en de vereiste mechanische eigenschappen zoals rekbaarheid, elasticiteit en sterkte tonen. Het antwoord op deze relevante vereisten kan in geschikt ontworpen, macro en micro- geweven implants liggen die met fosfaten van het nanoscale de been-als calcium kunnen worden met een laag bedekt die verbeterde bio-activiteit kunnen veroorzaken en goede adhesie tussen implant en het been verstrekken.

De Nanotechnologie heeft innovatieve technieken opengesteld om been-als synthetische nanopowders en hydroxyapatite deklagen te veroorzaken. Hoewel genoemd niet nanopowders, nanoscale hebben materialen sinds de dageraad van wetenschap gebruikend een waaier van chemische routes bestaan er. Deklagen van Nanoscale van hydroxyapatite werden slechts geïntroduceerd in de vroege jaren '90.2-5 Nochtans, zonder enige twijfel, heeft de beschikbaarheid van hydroxyapatite sol-gel het nanocoating en van de poederproductie technologie nieuwe kansen om superieure biocompatibele deklagen voor implants te ontwerpen, en de ontwikkeling van tand en orthopedische nanocomposites met hoge weerstand voor medische toepassingen opengesteld.1

Hoewel, been-als nanopowders HAp en nanoplatelets (Figuur 1) door een waaier van productiemethodes kan worden samengesteld, is één zeer veelbelovende benadering geweest deze materialen via een sol-gel oplossing samen te stellen.

Figuur 1. Het carbonaatapatite van Nanocrystalline geproduceerde plaatjes gebruikend het Sol-Gel Proces.

De resultaten van vroegere studies hebben aangetoond dat, terwijl de tweefasen sol-gel producten HAp gemakkelijk samengesteld zijn, monophasic poeder HAp en de deklagen moeilijker zijn te produceren. Hoewel een aantal internationale bedrijven nano poeder van HAp was slechts produceerden één Australisch bedrijf succesvol in het produceren van been zoals carbonaat HAp nanoparticles, nanoplatelets met diameters in de waaier van 15 tot 20 NM, en met nanocoatings HAp van 70 NM dik. Nanoparticles en nanoplatelets van HAp verstrekken uitstekende bio-activiteit voor integratie in been, dat van hun zeer hoge oppervlakten het gevolg is.3,4

Sol-Gel Koraalachtige Apatite Nanohydroxyapatite en Nanocoated

Koraalachtige hydroxyapatite wordt hoofdzakelijk gebruikt als materialen van de beenent. Een aantal bedrijven hebben koraalachtige apatites sinds de jaren '80 op de markt gebracht maar wegens de aard van het omzettingsproces, hebben deze koraalachtige beenenten koraal of vrije CaCO behouden3, die niet het materiaal om in de ladings dragende omstandigheden toelaat worden gebruikt. De structuur van commerciële koraalachtige HAp bezit ook meso en nano-poriën binnen de inter-porietrabecula. Deze nanopores en verwante grote oppervlakten resulteren in een hoog ontbindingstarief. Deze terugkeer resulteert in vermindert sterkte, en de vroege instorting van de structuur wordt waargenomen. Deze producten kunnen niet worden gebruikt waar de hoge structurele sterkte zoals de lange beenderen zonder interne of externe bevestigingsapparaten wordt vereist. Om deze beperkingen te overwinnen en sterkte te verbeteren, werd een nieuwe gepatenteerde techniek van de dubbel-stadiumomzetting ontwikkeld door Ben-Nissan en medewerkers.2,4,5,6,7,8

De huidige techniek impliceert een toepassingsroute in twee stadia waardoor, in het eerste stadium, een volledige omzetting van koraal aan zuivere HAp wordt bereikt. In het tweede stadium, hetafgeleide hydroxyapatite wordt nanocoating toegepast direct om meso en nanopores binnen het intra-poriemateriaal te behandelen, terwijl het handhaven van de grote poriën voor de aangewezen beengroei. Het proces wordt getoond in Figuur 2.

Figuur 2. Stadia van nanocrystalline hydroxyapatite-met een laag bedekte koraalachtige apatite vorming. (de hoogste) Structuur van het Koraal. (midden) Koraal na omzetting in hydroxyapatite met de hydrothermale methode. (bodem) Omgezet en nanocoated koraalachtige apatite.

De toepassing van een hydroxyapatite sol-gel deklaag op monophasic hydroxyapatite uit de hydrothermale methode wordt afgeleid verbeterde zijn mechanische eigenschappen die. Deze omzetting en het nanocoating werden gemeld om de samenpersende sterkte met 400% over natuurlijk koraal te verhogen. De Dierlijke die proeven op tibial componenten van schapen worden uitgevoerd toonden nieuwe beenvorming en uitstekende biointegration gelijkend op ons natuurlijk been terwijl nog het behouden van structuur en sterkte.

Samenvatting

Er is een belangrijke verhoging van rente in nanostructured materialen in geavanceerde technologieën tijdens het afgelopen decennium geweest. Het huidige onderzoek en de ontwikkeling op het gebied van nanocoatings zijn aanmoedigend. Sol-gel afgeleide deklagen tonen belofte ten gevolge van hun relatief gemak van productie, capaciteit aan om een chemisch en fysisch eenvormige en zuivere deklaag over complexe geometrische vormen te vormen. Nanobioceramics is essentieel aan het ontwerp en de ontwikkeling van een brede waaier van nieuwe medische implants en de langzame apparaten van de druglevering.


Verwijzingen

1. B. Ben-Nissan en A.H. Choi. Nanoceramics voor medische toepassingen. In: Geavanceerde Nanomaterials, (Eds) K.E. Geckeler, H. Nishide, ISBN: 978-3-527-31794-3 Wiley-VCH, Dec 2009, 523-553.
2. B. ben-Nissan en A.H. Choi. Sol-gel productie van bioactivee nanocoatings voor medische toepassingen. Deel 1: een inleiding, Nanomedicine 1(3), 2006, 311-319
3. A.H. Choi en B. Ben-Nissan. Sol-gel productie van bioactivee nanocoatings voor medische toepassingen. Deel II: huidige onderzoek en ontwikkeling, Nanomedicine 2(1), 2007, 51-61.
4. C.S Chai en B. Ben-Nissan, Bioactivee Deklagen Nanocrystalline Sol-gel Hydroxyapatite. J. Mater. Sc.i: Med van Mater. 10: 1999, 465-469.
5. B. Ben-Nissan en C.S Chai, Sol-Gel Afgeleide Bioactivee Deklagen Hydroxyapatite, Vooraf In de Wetenschap van Materialen en Implant Orthopedische Chirurgie, de Reeks van de NAVO ASI, Reeks E: Toegepaste Wetenschappen, (Eds.) R. Kossowsky en N.Kossovsky, Kluwer Academische Uitgevers, ISBN 0-7923- 3558-9, 1995, Volume 294, 265-275.
6. H. Zreiqat, et. al. het effect van de wijziging van de oppervlaktechemie van titaniumlegering op signalerende wegen in menselijke osteoblasts. Biologisch Materialen 26, 2005, 7579-7586.
7. B. Ben-Nissan, „Natuurlijke Bioceramics: van koraal om uit te benen en voorbij“, Huidig Advies in In Vaste Toestand en Wetenschap van Materialen, 7, Kwesties 4-5, 2003, 283-288
8. B. Ben-Nissan., D.Green, G.S.K. Kannangara, C.S Chai. en A. Milev, „31P NMR Studies van Fosfiet Afgeleide Nanocrystalline Hydroxyapatite“, J. Sol-Gel Sc.i. en Technologie., 21, 2001, 27-37.

Copyright AZoNano.com, Professor Besim Ben-Nissan (Universiteit van Technologie, Sydney)

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

Last Update: 13. June 2013 23:06

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit