의료 임플란트 및 생체 의학 장치는 종종 생체 적합성이 좋지 않아 염증 반응을 유발합니다. 인회석 코팅은 잠재적 인 용액을 제공하지만 제한된 세포 접착은 종종 도전입니다. 이를 해결하기 위해 과학자들은 우수한 세포 접착력을 갖는 임플란트 코팅을위한 고급 인회석 나노 입자를 개발했다. 나노 입자의 합성 동안 pH를 조정함으로써, 이들은 이들 나노 입자의 표면 특성을 향상시켜 개선 된 물 상호 작용 및 더 큰 구조적 안정성을 달성하여보다 효과적이고 생체 적합성 의료 임플란트를위한 길을 열었다.
의료 임플란트는 의료 서비스를 변화 시켰으며 고급 재료 및 기술을 갖춘 혁신적인 솔루션을 제공했습니다. 그러나, 많은 생물 의학 장치는 세포 접착 불충분과 같은 문제에 직면하여 신체에 이식 한 후 염증 반응을 초래합니다. 뼈에서 발견되는 자연적으로 발생하는 아파타이트 인 아파타이트 코팅, 특히 하이드 록시 아파타이트 (HA)는 주변 조직과 더 나은 통합을 촉진하는 것으로 나타났습니다. 그러나, 인공적으로 합성 된 인구 나노 입자의 생체 적합성은 종종 나노 입자의 생물학적 조직과 효과적으로 결합 할 수있는 제한된 능력으로 인해 기대치에 미치지 못한다.
이 도전을 극복하기 위해 Nagaoka University of Technology의 연구원들은 표면 변형 인회석 나노 입자를 합성하는 방법을 개발하여 세포 접착력을 개선하여 차세대 생체 적합성 의료 임플란트에 새로운 가능성을 제공합니다. 일본 Nagaoka University of Technology의 재료 과학 및 생물 공학 부교수 인 Motohiro Tagaya 박사가 이끄는이 연구는 아파타이트 코팅의 성능을 향상시키고 의료 기기의 생체 적합성 재료 분야를 발전시키는 것을 목표로합니다. 이 연구의 결과는 온라인으로 출판되었습니다 ACS 응용 재료 및 인터페이스2025 년 1 월 13 일, 17 권, 2025 년 1 월 29 일 저널 4 호. Tagaya 박사, Nagaoka University of Technology의 Kazuto Sugimoto, Sophia University의 Tania Guadalupe Peñaflor Galindo 박사 및 Nagaoka University of Technology의 Ryota Akutsu 박사 도이 연구 팀의 일원이었습니다.
apatites는 뼈에서 발견되는 자연적으로 발생하는 형태 인 하이드 록시 아파트 타이트와 함께 칼슘-포스포 란 기반 무기 화합물의 부류입니다. 이들 화합물은 높은 생체 적합성으로 알려져있다. 최근 연구가 발견되었습니다 아파타이트 나노 입자로 인공 조인트 및 임플란트를 코팅하는 것은 이들 바이오 디바이스의 생체 적합성을 개선하기위한 그럴듯한 솔루션이다. 그러나, 인공적으로 합성 된 나노 입자는 종종 생물학적 조직에 대한 결합 친화력 감소를 나타낸다. 시험 관내. Tagaya 박사와 그의 팀에 따르면,이 차이는 인회석 나노 입자의 나노 스케일 표면층과 관련이있을 수 있습니다.
Tagaya 박사의 연구는 생체 적합성 재료의 복잡성을 풀고 자하는 욕구에 의해 주도되어 그의 팀은 아파타이트와 생물학적 시스템 사이의 복잡한 상호 작용을 제어하는 학제 간 프레임 워크를 개발하도록 이끌었습니다. “아파타이트 나노 입자의 나노 스케일 표면층의 특성은 의료 코팅을 고려할 때 중요합니다.Dr. Tagaya는 덧붙입니다. 더 덧붙여서 그는 이렇게 말합니다.이 연구에서, 우리는 아파타이트 나노 입자의 나노 스케일 표면층을 성공적으로 제어하여 바이오 디바이스를위한 고급 표면 코팅 기술의 길을 열었습니다.‘
이 팀은 칼슘과 포스페이트 이온의 수용액을 혼합함으로써 히드 록시 아파타이트 나노 입자를 합성했다. 용액의 pH는 테트라 메틸 암모늄 수산화물 (TMAOH), 수산화 나트륨 (NAOH) 및 수산화 칼륨 (KOH)을 포함하여 3 가지 상이한 염기를 사용하여 제어되었다. 이어서, 침전 된 나노 입자를 표면 층 특성에 대해 평가하고 전기 영동 증착을 통해 코팅에 추가로 사용 하였다.
결과는 PH가 결정상, 표면 특성 및 전기 영동 침착에 영향을 미쳤 기 때문에 합성 동안 핵심 요소임을 밝혀냈다. 나노 입자의 결정 상을 분석 할 때, pH의 선택은 칼슘 결핍 hydroxyapatite (CDHA) 및 탄산염 함유 hydroxyapatite (CHA)와 같은 상이한 인산염 상의 형성에 영향을 미쳤다. PH가 더 높아진 CHA의 형성을 선호하여 더 나은 결정 성 및 더 높은 칼슘 대 인 (CA/P) 몰비를 유발 하였다.
인회석 나노 입자의 표면은 3 개의 상이한 층을 나타낸다. 내부 인회석 층/코어는 아파타이트의 결정 구조의 존재에 의해 특징 지어집니다. 아파타이트 층 위에는 비-아파트 층이 있는데,이 층은 포스페이트 이온 및 탄산염 이온과 같은 이온이 풍부하다. 이 층은 물 분자와 반응하여 수화층을 형성합니다. 이들 층의 표면 특성을 분석하면 pH 조정이 반응성 이온이 풍부한 비-아파트 층의 형성을 촉진하여 수화 특성을 향상시켰다.
중요하게도,이 연구는 PH가 더 높은 것이 비 원주민 층의 형성을 촉진하는 반면, NA의 존재가+ 이온은 인산염 이온의 농도를 감소시켜 층의 반응성을 감소시킨다. NAOH에 의한 실질적인 이온의 도입은 또한 주사 프로브 현미경 연구에서 관찰 된 바와 같이 전기 영동 침착의 균일 성에 영향을 미쳤다. 이 효과는 KOH에서는 관찰되지 않았으며, 이는 KOH가 비 원주 층을 형성하고 균일 한 코팅을 보장하는데 NaOH보다 더 적합하다는 것을 나타낸다.
Tagaya 박사는 연구의 중요성을 강조하면서“이 연구는 바이오 세라믹과 생물학적 시스템 사이의 중요한 인터페이스에 중점을두고 우선적 인 세포 접착력으로 생체 적합성 표면의 설계에 영감을 줄 수 있습니다.”이러한 발견은 인공 관절 및 임플란트를 포함하여 인체에 이식 된 광범위한 바이오 디비전의 표면 코팅에 잠재적으로 유용 할 수 있습니다.
계속해서, 팀은 나노 비오 물질의 경계를 높이고 의료 서비스에 혁명을 일으키고 환자 결과를 향상시킬 수있는 의료 자료와 장치의 혁신적인 혁신을위한 길을 열어야합니다.
원천:
Nagaoka University of Technology
