Jungki Ryu1, Sook Hee Ku1, Haeshin Lee2, Chan Beum Park1
1Department of Materials Science and Engineering, KAIST Institute for the BioCentury (KIB) and the NanoCentury (KINC), Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) 335 Science Road, Daejeon 305‐701 (Republic of Korea)
2Department of Chemistry, Molecular‐Level Interface Research Center, KAIST Institute for the BioCentury (KIB) and the NanoCentury (KINC), Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) 335 Science Road, Daejeon 305‐701 (Republic of Korea)
Tóm tắt
Tóm tắtMô xương là một vật liệu biocomposite phức hợp với nhiều thành phần hữu cơ (như protein, tế bào) và vô cơ (như tinh thể hydroxyapatite) được tổ chức theo mô hình thứ bậc với độ chính xác ở cấp độ nano/vi mô. Dựa vào hiểu biết về sự tổ chức thứ bậc của mô xương và đặc tính cơ học độc đáo của nó, đã có nhiều nỗ lực được thực hiện để mô phỏng lại các vật liệu biocomposite hữu cơ–vô cơ lai này. Một yếu tố quan trọng trong việc thiết kế thành công các vật liệu sinh học lai phức tạp là việc tạo thuận lợi và kiểm soát sự bám dính tại các mặt giao tiếp, khi mà nhiều vật liệu sinh học tổng hợp hiện nay vẫn trơ, thiếu hoạt tính sinh học bề mặt. Trong vấn đề này, các nhà nghiên cứu tập trung vào việc kiểm soát giao diện thông qua việc chỉnh sửa bề mặt, nhưng phát triển một phương pháp đơn giản, thống nhất để chức năng hóa sinh học cho các vật liệu hữu cơ và vô cơ đa dạng vẫn là một thử thách quan trọng. Ở đây, một phương pháp khoáng hóa sinh học phổ dụng, được gọi là hình thành hydroxyapatite hỗ trợ polydopamin (pHAF), có thể được ứng dụng cho hầu hết các loại và hình thái của các vật liệu giá đỡ được trình bày. Được lấy cảm hứng từ cơ chế bám dính của trai biển, phương pháp pHAF có thể dễ dàng tích hợp hydroxyapatite trên các vật liệu gốm, kim loại quý, bán dẫn và polyme tổng hợp, bất kể kích thước và hình thái của chúng (như độ xốp và hình dáng). Các nhóm catecholamin bám trên bề mặt trong polydopamin làm phong phú mặt giao diện với các ion canxi, tạo điều kiện cho sự hình thành của các tinh thể hydroxyapatite nằm dọc theo trục c, song song với lớp polydopamin như đã quan sát thấy trong hydroxyapatite tự nhiên ở các mô khoáng hóa. Phương pháp khoáng hóa sinh học bề mặt phổ dụng này có thể là nền tảng sáng tạo cho công nghệ kỹ thuật mô trong tương lai.
