Synthesis and 细胞接种 Assessment of Novel Biphasic Nano Powder in the 氧化钙–MgO–SiO2 System for Bone Implant Application

文件类型:原始研究文章

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1 伊斯兰亚兹德大学科学与研究处安徽福彩网材料系,伊朗亚兹德

2 巴博尔理工大学纳米安徽福彩网技术研究小组材料工程系,伊朗巴博尔

抽象

目标: 氧化钙–MgO–SiO2系统安徽福彩网陶瓷具有用于硬组织工程应用的良好特性。该研究的目的是通过使用溶胶-凝胶法合成纳米粉末,并评估细胞培养物中的安徽福彩网活性。
方法: 为了表征粉末X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和评估安徽福彩网活性样品,进行了细胞接种和甲基噻唑四唑(MTT)分析。
结果: X射线衍射(XRD)分析表明在1300℃获得了双相粉末。°通过使用溶胶-凝胶法在室温下保持2小时。透射电子显微镜(TEM)图像显示粉末粒度为约45nm。此外,细胞培养结果表明,生存期的百分比随着时间的延长而增加。
结论: 发现该样品具有细胞相容性,并且在培养基中具有细胞增殖潜能。本研究表明,两相CaO–MgO–SiO 2系统可用于获得用于骨植入物应用的新型安徽福彩网活性材料。

关键词


介绍

骨组织工程在修复手术切除的骨缺损和先天性畸形方面具有巨大潜力[1]。安徽福彩网活性材料通过与羟基磷灰石的形成与活骨紧密连接而合格[2]。最近,使用了多种安徽福彩网活性材料(例如安徽福彩网聚合物,安徽福彩网陶瓷及其安徽福彩网复合材料)作为骨植入物。 Ca-p陶瓷是一种用于骨组织再生的安徽福彩网活性材料[3]。但是,由于其化学稳定性差,不能保持长期稳定性[4]。结果表明,基于Ca-Si-Mg的安徽福彩网陶瓷可作为新型的骨再生安徽福彩网活性材料[5-8]。钙锰矿和皂石的离子释放在很大程度上引起细胞的粘附和增殖[7-8]。安徽福彩网陶瓷不仅具有良好的机械强度,而且具有很高的化学稳定性和安徽福彩网相容性[9]。如前所述,某些含二氧化硅的材料已显示出比磷酸钙材料更高的安徽福彩网活性[10]。在钙和硅酸盐化合物中添加镁可显着增强化学稳定性[11]。结果表明,MgO含量影响安徽福彩网陶瓷的力学性能和安徽福彩网学性能[5]。 Ca,Mg,Si离子的溶解和释放可以增强成骨细胞的粘附,增殖和分化[1]。 Marzban制备了CaO-SiO2-MgO系陶瓷,并表明它在模拟体液(SBF)中具有磷灰石形成能力[12]。 Nakajima等人证明了将陶瓷植入兔子体内后可以与骨组织紧密结合。发现从表面释放的Ca,Mg和Si在细胞粘附和增殖中具有重要作用[13]。陶瓷,如布雷希德(Ca7镁硅4O16),透辉石(CaMgSi2O6),霞石(Ca3镁硅2O8),Akermanite(Ca2镁硅2O7)和蒙脱石(CaMgSiO4)在系统中[7]。皂石和钙钛矿的元素组成几乎相同(皂石仅比钙锰石多一种CaO),但是,两种安徽福彩网陶瓷的晶格不同,分别具有单斜晶结构和四方晶结构[14]。 Chen等人证明了MgO含量对MgO-CaO-SiO中的安徽福彩网学特性有重大影响2 系统。因此,随着MgO含量的增加,力学性能从硫铁矿到钙锰矿都增加了,但是在表面的骨状磷灰石的形成和细胞增殖却减少了[15]。钙锰矿似乎在CaO-SiO中作为一种新型的双相陶瓷掺入了皂石中2-MgO system might render better properties compared to the merwinite and akermanite alone. In other hand, a few researches have been done on bioactivity and cytocompatibility of a biphasic ceramics in 氧化钙-MgO-SiO2 系统。因此,有必要研究陶瓷的安徽福彩网学特性,将其作为骨植入物的成功候选者。在本文中,我们使用溶胶–凝胶法生产双相纳米粉末。该方法具有许多优势,例如在较低的温度下进行,产生纳米尺寸的颗粒,成本更低且具有较高的均一性[16]。 

 

方法

纳米粉体的制备与表征

使用原硅酸四乙酯((C2H5O) 4Si,TEOS),六水合硝酸镁(Mg(NO3)2.6H2O)和四水硝酸钙(Ca(NO3)2.4H2O)分别作为Si,Mg和Ca的原料。硝酸(HNO3)用作沉淀剂。 TEOS与水和硝酸混合(摩尔比:TEOS / H2不好了3= 1:8:0.16),搅拌30分钟。之后,镁(NO3)2.6H2O和Ca(NO3)2.4H2将O添加到溶液中(摩尔比:TEOS / Mg(NO3)2.6H2O / Ca(否3)2.4H2O = 2:1:3),在室温下搅拌5小时,然后在60℃加热48小时。最后,将获得的凝胶在1300℃加热 °C 2h。在结晶相中,通过X射线衍射分析(XRD; Philips PW3710衍射仪)测定粉末。扫描电子显微镜(SEM,Philips XL30)和透射电子显微镜(TEM; EM208S)被用于微观结构观察。根据Scherrer公式[15]计算纳米粉末的晶体尺寸,如下:

吨= 0.89λ/βcosθ

其中t是微晶尺寸,λ是波长,β是在弧度的一半高度处选择的峰宽,θ is the Bragg angle.

 

样品准备分析

将粉末坚硬地安装在称为样品架的样品架上,并通过溅射镀膜机(Eiko IB3,日本东京)用金涂覆3分钟。将用于可视化样品的显微镜调整为25 kV。 用Cu K以0.02 / min的扫描速率进行XRDα辐射用于样品的晶体结构分析。通过将粉末在乙醇中超声处理在箔片表面上得到悬浮液,然后将其放在铜杯上,最后干燥以通过TEM捕获图像,从而完成了样品制备。通过获得粉末在乙醇中的悬浮液来完成样品的制备,然后将其滴在铜网上,最后干燥以通过TEM仪器捕获照片。

 

细胞接种

在含5%CO的培养基中确定陶瓷盘的细胞相容性评估2 在37岁°C.将Saos-2细胞接种在样品上24小时,72小时和168小时。然后,取出接种的圆盘并用2.5%的戊二醛缓冲液固定。之后,将盘用磷酸盐缓冲溶液(PBS)冲洗几次。最后,以等级乙醇系列依次脱水,并通过立体显微镜(Olympus IX71)观察圆盘上细胞的形态。使用MTT测试评估细胞的活力。简要地说,在培养期(24小时,72小时和168小时)之后,将新的培养物和MTT溶液添加到720孔中μL and 80 μL分别。将样品保持在相同的培养条件下。之后,去除上清液。平板培养(超高分子量聚乙烯)用于阴性对照。通过使用分光光度法在570nm的波长下测量细胞存活率。

 

结果与讨论

1300℃热处理后溶胶-凝胶法制得的粉末的XRD图谱°显示了2个小时的C(图1)。 XRD峰位置与先前的研究非常吻合(5)。钙3镁硅2O8 (对应于JCPDS卡号35-0591)和Ca2镁硅2O7 (对应于JCPDS卡号35-0592),分别确定为主要结晶相和次要相。根据Scherrer方程[16],本研究中粉末的粒径约为42 nm。 XRD图谱中的强而尖锐的峰可能归因于粉末的良好结晶性。

 

图1.在1350烧结的粉末的XRD图谱°C for 2 h.

图1.在1350烧结的粉末的XRD图谱°C for 2 h.

 

 示出了所获得粉末的结构形态的SEM和TEM显微照片(图2)。很小的颗粒的显微照片显示出不规则形状的粉末,它们粘附在一起,并且由于高表面能而结块,成为纳米级粉末[16]。粉末的TEM显微照片证实,颗粒尺寸为约45nm。

 

 图2.合成的纳米粉末的(a,b)SEM和(c)TEM显微照片。

 

显示了在圆盘陶瓷上培养72 h的Saos-2成骨细胞形态的光学图像(图3)。根据72小时后样品的光学显微图像,观察到明显的细胞分布,其显示出高增殖细胞(白色箭头)。此外,立体显微镜图像显示(图3c)细胞种子附着在圆盘边缘,并汇合并拉长。此外,细胞在圆盘周围清晰可见增殖(注意,白线是培养基和圆盘之间的界面)。