Vật liệu lai được chuẩn bị bằng phương pháp điện phân cho gel sinh học polymer và hạt nano ceramic nhiều lớp

Biomaterials Research - Tập 20 - Trang 1-8 - 2016
Gyeong-Hyeon Gwak1, Ae-Jin Choi2, Yeoung-Seuk Bae2, Hyun-Jin Choi2, Jae-Min Oh1
1Department of Chemistry and Medical Chemistry, College of Science and Technology, Yonsei University, Wonju, Republic of Korea
2Postharvest Research Team, National Institute of Horticultural and Herbal Science (NIHHS) of RDA, Wanju, Republic of Korea

Tóm tắt

Để thu được các vật liệu sinh học có các tính chất vật lý - hóa học có thể kiểm soát, các vật liệu sinh học lai được cấu thành từ các polymer sinh học tương thích sinh học và các hạt nano ceramic đã thu hút được sự quan tâm. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chế tạo các vật liệu lai polymer sinh học/ceramic bao gồm nhiều polymer sinh học tự nhiên và hạt nano ceramic hydroxide đôi lớp (LDH) thông qua một phương pháp điện phân. Chúng tôi đã nghiên cứu cấu trúc và các đặc tính giải phóng có kiểm soát của các vật liệu này. Các mẫu tán xạ tia X (XRD) và quang phổ hấp thụ tia X (XAS) cho thấy rằng các hạt nano LDH được hình thành trong một gel sinh học polymer thông qua phản ứng điện phân. Hình ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy các hạt nano ceramic được phân bố đồng nhất trong toàn bộ ma trận gel. Một tác nhân chống oxy hóa (cụ thể là axit ferulic) được tải vào các vật liệu lai agarose/LDH và gelatin/LDH, và quá trình giải phóng phụ thuộc theo thời gian của axit ferulic đã được điều tra thông qua sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) để phù hợp với mô hình động học. Các vật liệu lai polymer sinh học/LDH được chuẩn bị bằng phương pháp điện phân tạo ra một hợp chất đồng nhất của hai thành phần và có các thuộc tính giải phóng thuốc có thể kiểm soát theo loại polymer sinh học.

Từ khóa

#vật liệu sinh học #polymer sinh học #hạt nano ceramic #phương pháp điện phân #gel sinh học #giải phóng thuốc

Tài liệu tham khảo

Tathe A, Ghodke M, Nikalje AP. A brief review: biomaterials and their application. Int J Pharm Pharm Sci. 2010;2:19–23. Patel NR, Gohil PP. A review on biomaterials: scope, applications & human anatomy significance. Int J Emerging Technol Adv Eng. 2012;2:91–101. Lee HB. Needs and opportunities for the biomaterials industry. Polym Sci Technol. 1994;5:566–76. Griffith L. Polymeric biomaterials. Acta Mater. 2000;48:263–77. Petzetakis N, Dove AP, O’Reilly RK. Cylindrical micelles from the living crystallization-driven self-assembly of poly (lactide)-containing block copolymers. Chem Sci. 2011;2:955–60. Hayashi T. Biodegradable polymers for biomedical uses. Prog Polym Sci. 1994;19:663–702. Phadke A, Zhang C, Hwang Y, Vecchio K, Varghese S. Templated mineralization of synthetic hydrogels for bone-like composite materials: Role of matrix hydrophobicity. Biomacromolecules. 2010;11:2060–8. Shih Y-RV, Hwang Y, Phadke A, Kang H, Hwang NS, Caro EJ, et al. Calcium phosphate-bearing matrices induce osteogenic differentiation of stem cells through adenosine signaling. Proc Natl Acad Sci. 2014;111:990–5. Holmes RE. Bone regeneration within a coralline hydroxyapatite implant. Plast Reconstr Surg. 1979;63:626–33. Staiger MP, Pietak AM, Huadmai J, Dias G. Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials: a review. Biomaterials. 2006;27:1728–34. Narayan R. Biomedical materials, Springer Science & Business Media. 2009. pp. 41–81. Choi YS, Lee S, Hong SR, Lee Y, Song K, Park M. Studies on gelatin-based sponges. Part III: a comparative study of cross-linked gelatin/alginate, gelatin/hyaluronate and chitosan/hyaluronate sponges and their application as a wound dressing in full-thickness skin defect of rat. J Mater Sci Mater Med. 2001;12:67–73. Cao Z, Gilbert RJ, He W. Simple Agarose-Chitosan Gel Composite System for Enhanced Neuronal Growth in Three Dimensions. Biomacromolecules. 2009;10:2954–9. Du C, Cui F, Feng Q, Zhu X, de Groot K. Tissue response to nano-hydroxyapatite/collagen composite implants in marrow cavity. J Biomed Mater Res. 1998;42:540–8. Ito Y, Hasuda H, Kamitakahara M, Ohtsuki C, Tanihara M, Kang I-K, et al. A composite of hydroxyapatite with electrospun biodegradable nanofibers as a tissue engineering material. J Biosci Bioeng. 2005;100:43–9. Gwak GH, Paek SM, Oh JM. Electrophoretic Preparation of an Organic–Inorganic Hybrid of Layered Metal Hydroxide and Hydrogel for a Potential Drug‐Delivery System. Eur J Inorg Chem. 2012;2012:5269–75. Alaminos M, Sánchez-Quevedo MDC, Munoz-Ávila JI, Serrano D, Medialdea S, Carreras I, et al. Construction of a complete rabbit cornea substitute using a fibrin-agarose scaffold. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006;47:3311–7. Mauck RL, Soltz MA, Wang CC, Wong DD, Chao P-HG, Valhmu WB, et al. Functional tissue engineering of articular cartilage through dynamic loading of chondrocyte-seeded agarose gels. J Biomech Eng. 2000;122:252–60. Campo VL, Kawano DF, da Silva DB, Carvalho I. Carrageenans: Biological properties, chemical modifications and structural analysis–A review. Carbohydr Polym. 2009;77:167–80. Edwards C, Blackburn N, Craigen L, Davison P, Tomlin J, Sugden K, et al. Viscosity of food gums determined in vitro related to their hypoglycemic actions. Am J Clin Nutr. 1987;46:72–7. Wang L, Shelton R, Cooper P, Lawson M, Triffitt J, Barralet J. Evaluation of sodium alginate for bone marrow cell tissue engineering. Biomaterials. 2003;24:3475–81. Tasneem M, Siddique F, Ahmad A, Farooq U. Stabilizers: Indispensable substances in dairy products of high rheology. Crit Rev Food Sci Nutr. 2014;54:869–79. Oh EJ, Park K, Kim KS, Kim J, Yang J-A, Kong J-H, et al. Target specific and long-acting delivery of protein, peptide, and nucleotide therapeutics using hyaluronic acid derivatives. J Control Release. 2010;141:2–12. Cavani F, Trifirò F, Vaccari A. Hydrotalcite-type anionic clays: Preparation, properties and applications. Catal Today. 1991;11:173–301. Choy J-H, Jung J-S, Oh J-M, Park M, Jeong J, Kang Y-K, et al. Layered double hydroxide as an efficient drug reservoir for folate derivatives. Biomaterials. 2004;25:3059–64. Khan AI, Lei L, Norquist AJ, O’Hare D. Intercalation and controlled release of pharmaceutically active compounds from a layered double hydroxide. Chem Commun. 2001;2001:2342–3. Foord S, Atkins E. New x‐ray diffraction results from agarose: Extended single helix structures and implications for gelation mechanism. Biopolymers. 1989;28:1345–65. Ki CS, Baek DH, Gang KD, Lee KH, Um IC, Park YH. Characterization of gelatin nanofiber prepared from gelatin–formic acid solution. Polymer. 2005;46:5094–102. Woo MA, Song M-S, Kim TW, Kim IY, Ju J-Y, Lee YS, et al. Mixed valence Zn–Co-layered double hydroxides and their exfoliated nanosheets with electrode functionality. J Mater Chem. 2011;21:4286–92. Hennig C, Hallmeier K-H, Zahn G, Tschwatschal F, Hennig H. Conformational influence of dithiocarbazinic acid bishydrazone ligands on the structure of zinc (II) complexes: a comparative XANES study. Inorg Chem. 1999;38:38–43. Choy J-H, Kwon Y-M, Han K-S, Song S-W, Chang SH. Intra-and inter-layer structures of layered hydroxy double salts, Ni1− x Zn2x(OH)2(CH3CO2)2x · nH2O. Mater Lett. 1998;34:356–63. Li Y, Rodrigues J, Tomas H. Injectable and biodegradable hydrogels: gelation, biodegradation and biomedical applications. Chem Soc Rev. 2012;41:2193–221. Oh J-M, Biswick TT, Choy J-H. Layered nanomaterials for green materials. J Mater Chem. 2009;19:2553–63. Lima E, Flores J, Cruz AS, Leyva-Gómez G, Krötzsch E. Controlled release of ferulic acid from a hybrid hydrotalcite and its application as an antioxidant for human fibroblasts. Microporous Mesoporous Mat. 2013;181:1–7. Chein S, Clayton W. Application of Elovich equation to the kinetics of phosphate release and sorption in soil. J Am Soil Sci Soc. 1980;44:265–8. Yang J-H, Han Y-S, Park M, Park T, Hwang S-J, Choy J-H. New inorganic-based drug delivery system of indole-3-acetic acid-layered metal hydroxide nanohybrids with controlled release rate. Chem Mater. 2007;19:2679–85.