अस्थि ऊतक इंजीनियरिंग में संभावित उपयोग के लिए ग्राफीन-हाइड्रॉक्सीपेटाइट नैनोकम्पोजिट्स का संश्लेषण
Summary
समाधान-चरण संश्लेषण का उपयोग करके ग्राफीन नैनोरिबन और हाइड्रॉक्सीपेटाइट नैनोकणों के उपन्यास नैनोकंपोजिट तैयार किए गए थे। बायोएक्टिव मचानों में नियोजित होने पर ये संकर ऊतक इंजीनियरिंग और हड्डी पुनर्जनन में संभावित अनुप्रयोगों का प्रदर्शन कर सकते हैं।
Abstract
हड्डी ऊतक इंजीनियरिंग के लिए उपन्यास सामग्री विकसित करना नैनोमेडिसिन के सबसे महत्वपूर्ण जोर क्षेत्रों में से एक है। सेल पालन, प्रसार और ऑस्टियोजेनेसिस की सुविधा के लिए हाइड्रॉक्सीपेटाइट के साथ कई नैनोकंपोजिट बनाए गए हैं। इस अध्ययन में, हाइब्रिड नैनोकंपोजिट्स को ग्राफीन नैनोरिबन (जीएनआर) और हाइड्रोक्सीपेटाइट (एनएचएपी) के नैनोकणों का उपयोग करके सफलतापूर्वक विकसित किया गया था, जो बायोएक्टिव मचानों में नियोजित होने पर संभावित रूप से हड्डी के ऊतकों के उत्थान में सुधार कर सकते हैं। ये नैनोस्ट्रक्चर जैव संगत हो सकते हैं। यहां, उपन्यास सामग्री तैयार करने के लिए दो दृष्टिकोणों का उपयोग किया गया था। एक दृष्टिकोण में, एक सह-कार्यात्मकरणनीति का उपयोग किया गया था जहां एनएचएपी को संश्लेषित किया गया था और एक साथ जीएनआर के लिए संयुग्मित किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप जीएनआर सतहों पर एनएचएपी के नैनोहाइब्रिड (एनएचएपी / उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एचआरटीईएम) ने पुष्टि की कि एनएचएपी / जीएनआर समग्र में जीएनआर की पतली, पतली संरचनाएं (1.8 μm की अधिकतम लंबाई) सुई जैसी एनएचएपी (लंबाई में 40-50 एनएम) के असतत पैच (150-250 एनएम) के साथ शामिल हैं। दूसरे दृष्टिकोण में, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एनएचएपी को जीएनआर-लेपित एनएचएपी (जीएनआर / एनएचएपी के रूप में निरूपित) (यानी, एनएचएपी / जीएनआर नैनोहाइब्रिड के सापेक्ष विपरीत अभिविन्यास के साथ) बनाने वाले जीएनआर के साथ संयुग्मित किया गया था। बाद की विधि का उपयोग करके गठित नैनोहाइब्रिड ने सतह पर जीएनआर के नेटवर्क के साथ कवर किए गए 50 एनएम से 70 एनएम तक के व्यास के साथ एनएचएपी नैनोस्फीयर का प्रदर्शन किया। ऊर्जा फैलाने वाला स्पेक्ट्रा, मौलिक मानचित्रण, और फूरियर ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड (एफटीआईआर) स्पेक्ट्रा ने दोनों नैनोहाइब्रिड में एनएचएपी और जीएनआर के सफल एकीकरण की पुष्टि की। थर्मोग्रेविमेट्रिक विश्लेषण (टीजीए) ने संकेत दिया कि जीएनआर की उपस्थिति के कारण ऊंचे हीटिंग तापमान पर नुकसान जीएनआर / एनएचएपी और एनएचएपी / जीएनआर के लिए क्रमशः 0.5% और 0.98% था। विपरीत झुकाव के साथ एनएचएपी-जीएनआर नैनोहाइब्रिड हड्डी ऊतक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में सुधार के लिए सेलुलर कार्यों को संभावित रूप से बढ़ावा देने के लिए बायोएक्टिव मचान में उपयोग के लिए महत्वपूर्ण सामग्रियों का प्रतिनिधित्व करते हैं।
Introduction
ग्राफीन में शीट जैसी द्वि-आयामी संरचनाएं होती हैं जो सपा-संकरित कार्बन से बनी होती हैं। कई अन्य अलॉट्रोप्स को ग्राफीन के विस्तारित मधुकोश नेटवर्क के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है (उदाहरण के लिए, ग्राफीन शीट का ढेर 3 डी ग्रेफाइट बनाता है जबकि एक ही सामग्री को रोल करने से 1 डी नैनोट्यूब1 का निर्माण होता है)। इसी तरह, 0 डी फुलरीन रैपिंग2 के कारण बनते हैं। ग्राफीन में आकर्षक भौतिक रासायनिक और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुण होते हैं जिनमें एक द्विध्रुवीय क्षेत्र-प्रभाव और कमरे के तापमान 3,4 पर क्वांटम हॉल प्रभाव शामिल होता है। एकल-अणु सोखना घटनाओं का पता लगाना और अत्यंत उच्च वाहक गतिशीलता ग्राफीन 5,6 की आकर्षक विशेषताओं में जोड़ती है। इसके अलावा, संकीर्ण चौड़ाई और एक बड़े माध्य मुक्त पथ के साथ ग्राफीन नैनोरिबन (जीएनआर), उच्च वर्तमान घनत्व के साथ कम प्रतिरोधकता, और उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता को आशाजनक इंटरकनेक्टिंग सामग्री माना जाता है7. इसलिए, जीएनआर को उपकरणों के असंख्य में अनुप्रयोगों के लिए खोजा जा रहा है, और हाल ही में नैनोमेडिसिन, विशेष रूप से ऊतक इंजीनियरिंग और दवा वितरण8 में।
विभिन्न दर्दनाक बीमारियों में, हड्डी की चोटों को फ्रैक्चर को स्थिर करने, पुनर्जनन और नई हड्डी के साथ प्रतिस्थापन, संक्रमण का विरोध करने और हड्डी के गैर-संघों 9,10 को फिर से संरेखित करने में कठिनाइयों के कारण सबसे चुनौतीपूर्ण माना जाता है। सर्जिकल प्रक्रियाएं ऊरु शाफ्ट फ्रैक्चर के लिए एकमात्र विकल्प बनी हुई हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मध्य अमेरिका और यूरोप में हड्डी की चोटों के इलाज पर हर साल लगभग $ 52 मिलियन खर्च किए जातेहैं।
हड्डी ऊतक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए बायोएक्टिव मचान नैनो-हाइड्रॉक्सीपेटाइट (एनएचएपी) को शामिल करके अधिक प्रभावी हो सकते हैं, क्योंकि वे हड्डी के सूक्ष्म और नैनो वास्तुशिल्प गुणों से मिलते जुलते हैं12. पी दाढ़ अनुपात 1.67 के साथ रासायनिक रूप से सीए10 (पीओ4) 6 (ओएच) 2 के रूप में दर्शाया गया है, जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए सबसे पसंदीदा है, विशेष रूप से पीरियडोंटल दोषों के इलाज के लिए, कठोर ऊतकों का प्रतिस्थापन, और ऑर्थोपेडिक सर्जरी13,14 के लिए प्रत्यारोपण का निर्माण। इस प्रकार, जीएनआर के साथ प्रबलित एनएचएपी-आधारित बायोमैटेरियल्स के निर्माण में बेहतर जैव संगतता हो सकती है और ओसियोइंटीग्रेशन को बढ़ावा देने और ओस्टियोकंडक्टिव15,16 होने की उनकी क्षमता के कारण फायदेमंद हो सकता है। इस तरह के हाइब्रिड समग्र मचान जैविक गुणों को संरक्षित कर सकते हैं जैसे कि सेल पालन, प्रसार, प्रसार और भेदभाव17. यहां, हम एनएचएपी और जीएनआर की स्थानिक व्यवस्था को तर्कसंगत रूप से बदलकर हड्डी ऊतक इंजीनियरिंग के लिए दो नए नैनोकंपोजिट के निर्माण की रिपोर्ट करते हैं जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। यहां दो अलग-अलग एनएचएपी-जीएनआर व्यवस्थाओं के रासायनिक और संरचनात्मक गुणों का मूल्यांकन किया गया था।
Protocol
Representative Results
Discussion
यद्यपि विभिन्न धातुओं, पॉलिमर, चीनी मिट्टी की चीज़ें, और उनके संयोजनों को आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण और निर्धारण सहायक उपकरण के रूप में शोध किया गया है, एचएपी को हड्डी के लिए इसकी रासायनिक समानता और परिणा?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
डॉ. सौगत घोष ने विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी), विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय, भारत सरकार और जवाहरलाल नेहरू सेंटर फॉर एडवांस्ड साइंटिफिक रिसर्च, भारत को नैनो विज्ञान और प्रौद्योगिकी में पोस्ट-डॉक्टोरल ओवरसीज फैलोशिप (रेफरी जेएनसी / डॉ सौगत घोष ने पोस्ट-डॉक्टरल फैलोशिप के लिए कासेटसार्ट विश्वविद्यालय, बैंकॉक, थाईलैंड को स्वीकार किया, और रीइन्वेंटिंग यूनिवर्सिटी प्रोग्राम (रेफरी नंबर 6501.0207/10870 दिनांक 9 नवंबर, 2021) के तहत वित्त पोषण किया। लेखक लक्षण वर्णन प्रयोगों के साथ सहायता के लिए कोस्टास उन्नत नैनो-लक्षण वर्णन सुविधा (केएएनसीएफ) को धन्यवाद देना चाहते हैं। केएएनसीएफ पूर्वोत्तर विश्वविद्यालय में कोस्टास अनुसंधान संस्थान (केआरआई) के भीतर एक साझा बहुआयामी अनुसंधान और शैक्षिक सुविधा है।
Materials
| Ammonium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | 216003-100G | Synthesis |
| Calcium nitrate tetrahydrate | Sigma-Aldrich | 237124 | Synthesis |
| Centrifuge | Hettich | EBA 200S | Recovery |
| Fourier transform infrared spectrometer | Brucker | Vertex 70 | Characterization |
| Graphene nanoribbon | Sigma-Aldrich | 922714 | Synthesis |
| High resolution transmission electron microscope | Thermo Fisher Scientific | Themis Titan 300 | Characterization |
| Magnetic stirrer | IKA | C-MAG HS7 S68 | Functionalization |
| Micropipettes | TreffLab | 06H35687 | Reagent preparation |
| pH meter | Eutech pH5+ | ECPH503PLUSK | Reagent preparation |
| Thermogravimetric analyzer | TA Instruments | SDT Q600 | Characterization |
| Ultrasonic bath | Bandelin | DT100 | Functionalization |
| Universal Oven | Memmert | UF55 | Functionalization |
| Weighing balance | Precisa | XB220A | Reagent preparation |
| X-ray diffractometer | Brucker | D8-Advanced | Characterization |
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