カーボンナノチューブとグラフェンは、金属バイオマテリアルのナノ強化材として：レビュー

Carbon Nanotubes and Graphene as Nanoreinforcements in Metallic Biomaterials: a Review.

• Khurram S Munir
• Cuie Wen
• Yuncang Li

抄録

既存の金属生体材料における現在の課題は、生体医学応用のための新規材料開発の研究に取り組むことを奨励するものである。本論文では、骨組織工学のための金属生体材料におけるナノ強化材としてのカーボンナノチューブ（CNT）とグラフェンの可能性を批判的にレビューする。これらのカーボンナノ材料のユニークで顕著な機械的、電気的、生物学的特性により、モノリシック生体材料の第二段階の補強材としての使用が可能である。CNTとグラフェンのナノスケールの寸法と非常に大きな表面積は、それらを生体との意図的な反応に適した材料にしています。しかし、CNTとグラフェンの細胞親和性は未だに論争の的となっており、これらの有望な材料を整形外科の臨床応用に利用する上での進展を阻害している。本研究では、CNTとグラフェンとタンパク質、核酸、ヒト細胞などの生物系との相互作用について、in vitroおよびin vivoでの細胞適合性を評価するために批判的に検討した。その結果、CNTとグラフェンで強化された複合材料は、骨芽細胞の接着性が向上し、生体内での骨組織形成を促進することが明らかになった。この可能性は、再生医療や骨組織工学における画期的な技術開発への道を開くものと期待されています。また、骨組織工学のためのCNTおよびグラフェン強化インプラントの開発について、現在の進捗状況と今後の研究の方向性を明らかにした。

Current challenges in existing metallic biomaterials encourage undertaking research in the development of novel materials for biomedical applications. This paper critically reviews the potential of carbon nanotubes (CNT) and graphene as nanoreinforcements in metallic biomaterials for bone tissue engineering. Unique and remarkable mechanical, electrical, and biological properties of these carbon nanomaterials allow their use as secondary-phase reinforcements in monolithic biomaterials. The nanoscale dimensions and extraordinarily large surface areas of CNT and graphene make them suitable materials for purposeful reaction with living organisms. However, the cytocompatibility of CNT and graphene is still a controversial issue that impedes advances in utilizing these promising materials in clinical orthopedic applications. The interaction of CNT and graphene with biological systems including proteins, nucleic acids, and human cells is critically reviewed to assess their cytocompatibity in vitro and in vivo. It is revealed that composites reinforced with CNT and graphene show enhanced adhesion of osteoblast cells, which subsequently promotes bone tissue formation in vivo. This potential is expected to pave the way for developing ground-breaking technologies in regenerative medicine and bone tissue engineering. In addition, current progress and future research directions are highlighted for the development of CNT and graphene reinforced implants for bone tissue engineering.

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