通过医疗应用的溶胶凝胶相互转换的方法和血小板被生产的 Nanohydroxyapatite 涂层、粉末

Besim 科学本日产、科技大学,悉尼、澳大利亚和安迪崔,总编辑, AZoNano 博士教授
对应的作者: B.Ben-Nissan@uts.edu.au

简介

有的材料属于范围的 1 到 100 毫微米的结构和范围指 nanostructured 材料。 Nanostructured 材料与用途,例如, nanoparticles 相关分集在这个医疗域内的在药物发运系统,在再生医学和在生物材料科学和诊断系统。1,2

最常用综合的技术的 nanoceramics 制造包括按和湿化工处理技术例如溶胶凝胶相互转换和共同降雨雪,用于生产 nanocoatings、 nanoparticles 和 nanostructured 固定的块和形状。

溶胶凝胶相互转换的进程

溶胶凝胶相互转换处理通过变化黏度、化学和一个特定解决方法的其他系数是唯一的因为它可以用于制造涂层,巨型独石,纤维,粉末或,同一构成的血小板,完全。

根据定义, sol 是胶质微粒暂挂在液体的。 sol 与解决方法有所不同因为解决方法是一个单阶系统,另一方面, sol 二阶段式,固态液体系统。 胶凝体被认为综合,因为胶凝体包括包围一种液体阶段或超额溶剂的一个固定的网络或概要。 根据他们的化学,胶凝体可以软和有一个低弹性模数,通常获得通过这种被水解的开始的化合物的受控聚化。 在这种情况下,一个三维网络形成,根本地导致高分子重聚合物胶凝体。 这个发生的胶凝体可以延伸在这个解决方法中的被重视作为一个宏观分子。 此凝胶化可以用于根据适用的这个进程生产 nanostructured 巨型独石或 nanosized 涂层。1,2

这个溶胶凝胶相互转换的技术的好处是许多: 它导致一个化学计量学,同类和纯产品,由于混合在分子等级; 它是 nanoscale; 高纯度可以被维护作为研可以避免; 它准许减少射击温度由于与高表面的小的微粒大小; 它可以用于生产统一,详细的结构; 它允许使用不同的化工途径和; 它容易地适用于与涂层技术的范围的复杂形状。 溶胶凝胶相互转换的涂层也有这个被添加的好处前体的费用是相对地不重要的,由于需要的少量材料。1,2

使用这个溶胶凝胶相互转换的技术的薄膜证言也提供好处超过其他证言技术例如实际和化学气相沉积,属性例如表面和毛孔数量可以由化学控制。

医疗应用的 Nanohydroxyapatite (NanoHap) 粉末

骨头矿物原来地被描述作为 hydroxyapatite 或凑巧由 nanoplatelets 的组成,和类似于矿物 dahllite。 今天,同意骨头磷灰石可能更好被描述作为碳酸盐 hydroxyapatite,并且由这种配方 (加州、 Mg, Na) (10POCO)43 (6OH) 接近2

矫形植入管的最重要的参数特别地在明确表达的情况下是他们有必要的耐磨性,允许一个足够的附件去骨,并且显示必需的机械性能例如延展性、弹性和力量。 对这些相关需求的答复在适当地设计可能在,可以用 nanoscale 象骨头的磷酸钙涂可能导致改进的生物活性和提供在植入管和骨头之间的好黏附力的宏指令和微织地不很细植入管。

纳米技术打开了生产象骨头的综合 nanopowders 和 hydroxyapatite 涂层的创新技术。 使用化工途径的范围虽然没叫 nanopowders, nanoscale 材料存在了,因为科学黎明。 在 20 世纪 90 年代初只介绍 hydroxyapatite Nanoscale 涂层2-5 然而,毫无疑问, hydroxyapatite 溶胶凝胶相互转换 nanocoating 的可用性和粉末生产技术打开了新的机会设计植入管的优越生物适合的涂层和高强度牙齿和矫形 nanocomposites 的发展医疗应用的。1

虽然,象骨头的机会 nanopowders 和 nanoplatelets (图 1) 可以由生产范围方法综合,一项非常可行措施是综合这些材料通过一个溶胶凝胶相互转换的解决方法。

使用溶胶凝胶相互转换的进程,图 1. Nanocrystalline 碳酸盐磷灰石血小板生产了。

更早的研究的结果向显示,而双相的溶胶凝胶相互转换的机会产品容易地被综合,单相的机会粉末和涂层是更难生产。 虽然很多家国际公司生产了机会纳诺粉末仅一家澳大利亚公司是成功的在浓厚生产象碳酸盐机会 nanoparticles, nanoplatelets 的骨头与在 15 范围内的直径到 20 毫微米和与机会 nanocoatings 70 毫微米。 机会 nanoparticles 和 nanoplatelets 为综合化提供非常好的生物活性到骨头,从他们的非常高表面出现。3,4

溶胶凝胶相互转换的 Nanohydroxyapatite 和 Nanocoated 珊瑚藻磷灰石

珊瑚 hydroxyapatite 主要使用作为骨头贪污材料。 很多家公司销售了珊瑚磷灰石从 20 世纪 80 年代由于转换进程的本质,但是,这些珊瑚骨头贪污保留珊瑚或自由 CaCO3,不允许材料在承重情况下使用。 商业珊瑚机会结构也拥有在相互毛孔横条内的 meso 和纳诺毛孔。 这些 nanopores 和涉及的大表面导致一种高解散费率。 此回归发生减少力量,并且这个结构的早折叠被观察。 不可能使用这些产品高结构强度需要例如长骨,不用内部或外部定象设备的地方。 要解决这些限制和改进力量,一个新的给予专利的二重阶段转换法由本日产和工友开发。2,4,5,6,7,8

这个当前技术介入一个两阶段应用途径,藉以,在第一阶段,珊瑚一个完全转换向纯机会达到。 在第二级,直接地应用 nanocoating 一 sol 胶凝体派生的 hydroxyapatite 包括在内部毛孔材料内的 meso 和 nanopores,当维护适当的骨头增长的时大毛孔。 这个进程在表 2. 显示。

图 2. nanocrystalline hydroxyapatite 上漆的珊瑚磷灰石形成阶段。 (顶部) 珊瑚结构。 (经过转换 hydroxyapatite 的中间名) 珊瑚与热液方法。 (底层) 被转换的和 nanocoated 珊瑚磷灰石。

hydroxyapatite 溶胶凝胶相互转换的涂层的应用在从这个热液方法派生的单相的 hydroxyapatite 上的改进其机械性能。 此转换和 nanocoating 报告增加耐压强度 400% 在自然珊瑚。 在绵羊胫骨要素执行的动物试算显示了新的骨头形成和非常好的 biointegration 相似与我们的自然骨头,当仍然保留结构和力量时。

汇总

在过去十年期间,有在兴趣的一个主要增量在 nanostructured 材料上在先进技术。 在 nanocoatings 的域的当前研究与开发令人鼓舞。 溶胶凝胶相互转换的派生的涂层由于生产展示承诺,能力他们的相对方便形成化工和实际上在复杂几何形状的统一和纯涂层。 Nanobioceramics 对各种各样新的医疗植入管和缓慢的药物发运设备的设计和发展是重要的。


参考

1. B. 本日产和 A.H. 崔。 医疗应用的 Nanoceramics。 在: 先进的 Nanomaterials, (编辑) K.E. Geckeler, H. Nishide,国际标准书号: 978-3-527-31794-3 威里VCH, 523-553 12月 2009年。
2. B. 本日产和 A.H. 崔。 生物活性的 nanocoatings 的溶胶凝胶相互转换的生产医疗应用的。 第 1 部分: 简介, Nanomedicine 1(3) 2006年, 311-319
3. A.H. 崔和 B. 本日产。 生物活性的 nanocoatings 的溶胶凝胶相互转换的生产医疗应用的。 第II部分: 当前研究与开发, Nanomedicine 2(1), 2007年, 51-61。
4. C.S 柴和 B. 本日产,生物活性的 Nanocrystalline 溶胶凝胶相互转换的 Hydroxyapatite 涂层。 J. Mater。 Sci : Mater Med。 10 : 1999年, 465-469。
5. B. 本日产和 C.S 柴,溶胶凝胶相互转换的派生的生物活性的 Hydroxyapatite 涂层,在预付款在材料学和植入管矫形手术,北约 ASI 串联,串联 E : 应用科学, (编辑。) R. Kossowsky 和 N.Kossovsky, Kluwer 学术发布人,国际标准书号 0-7923- 3558-9, 1995年,第294卷, 265-275。
6. H. Zreiqat,等。 钛合金的表面化学修改的作用对在人力 osteoblasts 的信号路。 生物材料 26日 2005年, 7579-7586。
7. B. 本日产, “自然 Bioceramics : 从珊瑚到骨头和外面”,当前观点在固体和材料学, 7,发行 4-5, 2003年, 283-288
8. B. 本日产。, D.Green, G.S.K. Kannangara, C.S 柴。 并且 A. Milev, “31P 亚磷酸盐的核磁共振的研究派生了 Nanocrystalline Hydroxyapatite”, J. Sol-Gel Sci。 并且 Tech., 21日 2001年, 27-37。

版权 AZoNano.com, Besim 本日产 (科技大学,悉尼) 教授

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

Last Update: 13. June 2013 22:59

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