Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1. Фотографии, показывающие стадии формирования композита на основе шелка и фосфата кальция.
a) Гель фиброинов шелка, содержащий гидрофосфат натрия.
b) Замороженный гель, готовый к минерализации раствором СаСl2.
c) Цилиндрический монолит после минерализации и сшивания (шкала 5мм).
d) Гранулы конечного продукта (шкала 10мм).
Рис.2.
a) Данные сканирующей электронной микроскопии макропористой минеральной архитектуры композита на основе шелка и фосфата кальция (шкала 200 мкм).
b) Данные EDX, показывающие большое количество минеральной фазы в композите.
c) Данные сканирующей электронной микроскопии при высоком увеличении, показывающие интегрированные кристаллиты фосфата кальция (шкала 10 мкм).
Рис.3. Данные по прочности (в МПа)
a) для контрольного образца пористого фосфата кальция с каркасной структурой, и
b-d) для полученного композита (30% минеральной фазы).

Шёлковые кости

Ключевые слова:  биоматериалы, фосфаты кальция

Опубликовал(а):  Корнейчук Светлана Александровна

02 декабря 2008

Сегодня в медицине идет активный поиск пористых материалов для костных имплантантов (biomaterials), которые должны быть биоактивными и прочными. Размер пор в таких материалах существенен и должен составлять около 100 мкм, чтобы кровеносные сосуды могли прорастать в имплантант. Прочность наиболее подходящих по этому параметру пористых материалов, иначе называемых "арочными" или "каркасными" структурами, оставляет желать лучшего. Для каркасных структур на основе коллагена она составляет 0,034 МПа, а для пористых фосфатов кальция – около 5 МПа. Прочность пористой человеческой кости варьируется от 10 МПа до 50 МПа.

Английские ученые сумели создать макропористые структуры из шелка и фосфата кальция, обладающие как биоактивностью, так и хорошими прочностными свойствами.

Эти структуры были получены следующим способом. Сначала была проведена заморозка геля на водной основе из недеградированных фиброинов (fibroins) шелка, содержащего фосфаты. Затем замороженный гель сначала пропитали водным раствором хлорида кальция при температуре 37 ºС и рН 9, а потом обработали этанолом. Структурирование высушенного и минерализованного материала происходило за счет образования в нем (сшивания) поперечных связей с помощью гексаметилена диизоцианата. Эта последняя стадия синтеза делает материал твердым и стабильным, т.е. пригодным для использования в качестве костного имплантанта.

Такой метод синтеза позволил создать высокопрочный макропористый материал. Добавление фосфата в раствор фиброина привело к формированию непрозрачного геля с повышенной вязкостью. В таком геле легко образуется макропористая структура, темплатами для которой являются кристаллы льда. Формирование макропор требует образования относительно больших ледяных кристаллов, что было достигнуто благодаря заморозке при оптимальной температуре 12ºС.

Казалось бы, что заморозка фиброинного геля должна вызывать дегидратацию и агрегацию белка шелка, однако при данных условиях синтеза формирование β-складчатой конформации белка (B-sheet) и сопутствующая ей гидрофобность ограничены. Таким образом, минерализация раствором кальция проходит как на поверхности, так и внутри белка. Для закрепления полученной морфологии и интегрированной минеральной фазы в материале его обрабатывают этанолом. Эта процедура вызывает образование β-складчатой конформации белка, которая на этот раз не мешает, а, наоборот, помогает процессу синтеза, закрепляя захваченные кристаллиты фосфата кальция (гидроксиапатита).

По данным электронной микроскопии размер пор составляет около 50-100 мкм. Плотность полученного композита на основе белка и фосфата кальция составляет около 70%.

Механические испытания показали, что средняя прочность образцов составляет около 14 МПа, что в три раза больше прочности аналогичных каркасных структур на основе коллагена.

Биологические испытания in vitro показали, что в присутствии полученного композита рост колонии клеток костного мозга человека происходит в пять раз быстрее, чем в его отсутствие. В испытаниях in vivo шелковый композит проявил хорошую биоактивность: на имплантированном материале происходило довольно быстрое осаждение остеобластов.

Данный композит может найти большое применение в медицине благодаря его биоактивности и прочностным свойствам. Работа «Bone-like Resorbable Silk-based Scaffolds for Load-bearing Osteoregenerative Applications» была опубликована в Advanced Materials.


Источник: Inter Science



Комментарии
Владимир Владимирович, 02 декабря 2008 07:33 
Интересная статья и перевод хороший!
Замечательно: в три раза!

Думается, перспективная работа, только, пожалуй, использование гексаметилена диизоцианата затруднит одобрение для практических применений in vivo.

Стереотипически подумал из названия, что китайских или японских авторов статья. Ан нет! Будем надеяться, дойдет дело и до шерстяных костей и композитов
Да, про три порядка - это круто. Не заметил
Да, красиво придумано.


Сшивку тоже хорошую подобрали. Неопасна она для организма. И ферментами расщепляется
Владимир Владимирович, 02 декабря 2008 14:40 
Сама молекула сшивки неопасна?
Про прореагировавшую и ферменты, согласен!
Очень активна, потому и неопасна.
Длительных последствий или глубокого проникновения в клетки можно не бояться. Кроме того, она легко кэпируется и может присутствовать в изделии только в виде небольшой примеси
Владимир Владимирович, 02 декабря 2008 15:13 
Я согласен, что очень активна. А понравится ли остаточная примесь организациям типа FDA, чтобы одобрить широкие применения?
Дальян Лариса Васильевна, 04 декабря 2008 09:52 
Добрый день. Мне понравился материал. А что скажете про http://md-pr...41893.html? "Завтра мы объявим о первом проекте, который запускаем совместно с «Роснано», производстве асферических оптических элементов – светодиоидов нового поколения. Это системный проект, его реализация приведет к замене всего освещение по всей стране. Мы выкупили эту технологию у группы бывших учеников академика Алферова, которые в свое время уехали в Германию, создали там компанию и развили технологию. Теперь мы возвращаем ее на родину вместе с людьми, что, на мой взгляд, очень правильно. Это позволит нам запустить на Уральском оптико-механическом заводе производство современной осветительной техники, которая изменит всю организацию освещения городов, офисов, жилых кварталов."....


Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Микроэмо
Микроэмо

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Механизмы механо-бактерицидного действия наноструктурных поверхностей. Кубан и кубаноиды. Оптический гетеродин для измерения времени сверхкоротких импульсов. Трещать по швам правильно: однонаправленный разрыв метаматериала.

Завершается прием работ части конкурсов наноолимпиады
31 января завершается прием работ части конкурсов олимпиады "Нанотехнологии - прорв в будущее!"

В магистратуру - с наукой и без экзаменов: конкурс "Науке нужен ты!" для поступающих в магистратуру
Открыт прием заявок на конкурс «Науке нужен ты!», главный приз которого – поступление в магистратуру факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО.

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.