41
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT BÁO CÁO ĐỀ TÀI SINH VIÊN NCKH NĂM HỌC 2013 - 2014 TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA VẬT LIỆU Y SINH HYDROXYAPATITE (HA) TỪ VỎ TRỨNG Giảng viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên thực hiện: TS. Bùi Xuân Vương Mai Thị Tuyết / D12HH01 Lê Thị Thu Thắm / D12HH01 Võ Oanh Kiều / C12HO01 Lê Thị Hồng Trâm / C12HO01 Bình Dương, tháng 4 năm 2014 NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 1

Báo cáo vo_chung.version _4

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

BÁO CÁO ĐỀ TÀI

SINH VIÊN NCKH NĂM HỌC 2013 - 2014

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA

VẬT LIỆU Y SINH HYDROXYAPATITE (HA) TỪ VỎ TRỨNG

Giảng viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên thực hiện:

TS. Bùi Xuân Vương Mai Thị Tuyết / D12HH01

Lê Thị Thu Thắm / D12HH01

Võ Oanh Kiều / C12HO01

Lê Thị Hồng Trâm / C12HO01

Bình Dương, tháng 4 năm 2014

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 1

Page 2: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 2

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm việc để hoàn thành đề tài nghiên

cứu khoa học này chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ,

hướng dẫn tận tình của TS. Bùi Xuân Vương cũng như các

thầy cô trong bộ môn hóa vô cơ, khoa khoa học tự nhiên

của trường Đại Học Thủ Dầu Một.

Qua đây nhóm sinh viên làm đề tài NCKH xin gửi lời

cảm ơn chân thành tới thầy Bùi Xuân Vương, người đã trực

tiếp hướng dẫn nhóm nghiên cứu, rèn luyện cho nhóm cách

thức thực hiện - quản lý công việc trong hoạt động NCKH.

Bình Dương,

1/4/2014

Nhóm sinh viên

NCKH

Page 3: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

MỤC LỤC

THUYẾT MINH ĐỀ TÀI………………………………………………………….7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN……………………………………………………...12

1.1. Vật liệu y sinh………………………………………………………………...12

1.1.1. Khái niệm:………………………………………………………………….12

1.1.2. Phân loại:…………………………………………………………………...12

1.1.3. Vật liệu y sinh xương nhân tạo Hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 (HA)…...12

1.2. Tính chất lý hóa của vật liệu y sinh HA……………………………………...14

1.3. Sự tương hợp sinh học và hoạt tính sinh học của vật liệu HA……………….15

1.4. Ứng dụng……………………………………………………………………..15

1.4.1. Ứng dụng của HA dạng bột kích thước nano………………………………15

1.4.2. Ứng dụng của HA dạng màng……………………………………………...16

1.4.3. Ứng dụng của HA dạng bột như vật liệu xương nhân tạo………………….17

1.4.4. Ứng dụng của HA dạng composit………………………………………….17

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDROXYAPATITE HA……………..17

2.1. Phương pháp kết tủa………………………………………………………….17

2.2. Phương pháp sol-gel………………………………………………………….19

2.3. Phương pháp siêu âm hoá học………………………………………………..19

2.4. Phương pháp phun sấy………………………………………………………..19

2.5. Phương pháp điện hoá………………………………………………………..20

2.6. Phương pháp thuỷ nhiệt………………………………………………………21

2.7. Phương pháp composit ………………………………………………………21

2.8. Phương pháp phản ứng pha rắn tổng hợp HA………………………………..23

CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU Y SINH HA TỪ VỎ TRỨNG…………..24

I. THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HA TỪ VỎ TRỨNG…………………………..24

1.1. Nguyên liệu và hóa chất……………………………………………………...24

1.2. Dụng cụ và thiết bị ........................................................................................24

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 3

Page 4: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

1.3. Quy trình thực nghiệm......................................................................................24

II. THỰC NGHIỆM “ IN VITRO” ........................................................................29

III. PHƯƠNG PHÁP LÝ HÓA ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU.......................................30

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..........................................................31

I. NHIỄU XẠ TIA X PHÂN TÍCH VẬT LIỆU HA TỔNG HỢP TỪ VỎ TRỨNG

TRƯỚC VÀ SAU THỰC NGHIỆM ‘‘IN VITRO’’...............................................31

II. ẢNH SEM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU HA TỔNG HỢP TỪ VỎ TRỨNG

TRƯỚC VÀ SAU THỰC NGHIỆM ‘‘IN VITRO’’...............................................33

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………...37

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………...38

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 4

Page 5: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1. Một số hình ảnh ứng dụng của vật liệu Hydroxyapatite (HA)………..13

Hình 1.2. Công thức cấu tạo của phân tử HA…………………………………...14

Hình 1.3. Thuốc bổ sung calcium sử dụng nguyên liệu HA dạng vi tinh thể…...16

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa………………………….....18

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp phun sấy…………… ……. ……. .19

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điện hóa………………………… 20

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của hệ thiết bị phản ứng thủy nhiệt………………....21

Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp composit HA - CS……………………………………22

Hình 2.1. Nung vỏ trứng………………………………………………………. ..25

Hình2.2. Dung dịch sau khi cô cạn……………………………………………...26

Hình 2.3. Lọc bỏ tạp chất trong dd Ca(NO3)2.........................................................26

Hình 2.4. Dung dịch đang khuấy trên máy từ……………………………………27

Hình 2.5. Rửa sản phẩm bằng nước cất……...........................................................27

Hình 2.6. Bột HA thu được sau khi nung ở 1000oC……………………………..28

Hình 2.7. Sơ đồ tổng hợp HA……………………………………………………28

Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp từ vỏ trứng…………………31

Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp sau 5 ngày ngâm trong SBF..32

Hình 3.3. Ảnh SEM của HA tổng hợp từ vỏ trứng…………………………........34

Hình 3.4. Ảnh SEM của HA tổng hợp sau 5 ngày ngâm trong dung dịch SBF….36

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 5

Page 6: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1. Quy trình nung vỏ trứng theo các chế độ nhiệt……………………….24

Bảng 2.2. Nồng độ các ion trong dung dịch SBF (10-3 mol/l)…………………..29

Bảng 2.3. Hàm lượng các chất trong dung dịch thành phần Ca-SBF và P-SBF….30

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 6

Page 7: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN

CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: Mai Thị Tuyết

Sinh ngày: 12 tháng 10 năm 1994

Nơi sinh: Quảng Nam

Lớp: D12HH01 Khóa: 2012-2016

Khoa: Khoa Học Tự Nhiên

Địa chỉ liên hệ: Phú Mỹ - TP. Thủ Dầu Một- Bình Dương

Điện thoại: 01685751291 Email: [email protected]

II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm

đang học):

* Năm thứ 1:

Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên

Kết quả xếp loại học tập: TB- Khá

* Năm thứ 2:

Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên

Kết quả xếp loại học tập: Khá

Ngày 01 tháng 04 năm 2014

Xác nhận của lãnh đạo khoa (ký, họ và tên)

Sinh viên chịu trách nhiệm chínhthực hiện đề tài(ký, họ và tên)

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 7

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Ảnh 4x6

Page 8: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

THUYẾT MINH ĐỀ TÀI

SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

(Năm học 2013-2014)

1. Tên đề tài: Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học vật liệu y sinh

Hydroxyapatite từ vỏ trứng.

2. Mã số: (do cán bộ quản lý ghi)

3. Loại hình nghiên cứu: ð Cơ bản * Ứng dụng ð Triển khai

4. Lĩnh vực nghiên cứu:

ð Khoa học Xã hội và Nhân văn ð Khoa học Kỹ thuật và Công

nghệ

ð Kinh tế Khoa học Tự nhiên

ð Khoa học Giáo dục

5. Thời gian thực hiện: 5 tháng (Từ tháng 11 năm 2013 đến tháng 4 năm 2014).

6. Đơn vị quản lý về chuyên môn:

Khoa: Khoa học tự nhiên Bộ môn: Hóa học

7. Giáo viên hướng dẫn:

Họ và tên: Bùi Xuân Vương

Học vị: Tiến Sỹ

Đơn vị công tác (Khoa, Phòng): Khoa khoa học tự nhiên

Địa chỉ nhà riêng: A216 – Ehome1 – Phước long B – Q9. Tp. HCM

Di động: 01276517788 E-mail: [email protected]

8. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài:

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 8

Page 9: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Sinh viên chịu trách nhiệm chính: (Họ tên, email, điện thoại)

Họ tên: Mai Thị Tuyết

Email: [email protected]

Điện thoại: 01685751291

Các thành viên tham gia đề tài:

TT Họ và tên Lớp, Khóa Chữ ký

1 Lê Thị Thu Thắm D12HH01

2 Võ Oanh Kiều C12H001

3 Lê Thị Hồng Trâm C12H001

9. Tính cấp thiết của đề tài:

Vật liệu y sinh Hydroxyapatite (HA) được sử dụng như một vật liệu cấy ghép

xương vì thành phần của nó giống như phần khoáng vô cơ trong xương người. Vật

liệu y sinh HA thể hiện tính ưu việt của một vật liệu xương nhân tạo bởi tính tương

thích sinh học của nó đối với cơ thể con người khi cấy ghép (không đào thải) cũng

như thể hiện hoạt tính sinh học cao (khả năng hình thành lớp khoáng xương mới).

Vật liệu y sinh HA là một trong những vật liệu xương nhân tạo mà nước ta vẫn

phải nhập ngoại về các cơ sở y tế và các bệnh viện.

Các báo cáo khoa học trên thế giới tập trung vào việc tổng hợp vật liệu xương

nhân tạo HA đi từ các tiền chất hóa học tinh khiết. Trong đề tài này chúng tôi tiến

hành tổng hợp HA từ nguồn nguyên liệu phế thải là vỏ trứng gà. Vỏ trứng gà sẽ

được sử lý bằng phương pháp hóa học sau đó tổng hợp phần khoáng HA. HA tách

được từ vỏ trứng sẽ được đặc trưng lý hóa để kiểm tra cấu trúc và độ tinh khiết.

Sau đó tiến hành thực nghiệm kiểm tra hoạt tính sinh học để đánh giá khả năng

hình thành lớp khoáng xương mới trên bề mặt vật liệu sau thực nghiệm ‘‘in vitro’’.

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 9

Page 10: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Chúng tôi hy vọng HA tổng hợp từ vỏ trứng có thể sử dụng như một vật liệu

xương nhân tạo trong phẫu thuật cấy ghép xương.

10. Mục tiêu đề tài:

- Phân tách HA từ vỏ trứng.

- Kiểm tra vật liệu bằng các phương pháp lý hóa.

- Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ đánh giá hoạt tính sinh học của vật liệu tổng hợp.

11. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Đối tượng: Vỏ trứng xử lý bằng hóa chất để phân tách HA

Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp vật liệu trong PTN, thực nghiệm đánh giá hoạt

tính sinh học của vật liệu ‘‘in vitro’’.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu, phân tích và đánh giá tài liệu

- Xây dựng phác đồ thực nghiệm

- Tiến hành thực nghiệm

- Thực nghiệm ‘‘in vitro’’

12. Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện:

12.1. Nội dung nghiên cứu (trình bày dưới dạng đề cương nghiên cứu chi tiết)

- Phân tách HA từ vỏ trứng

- Đặc trưng cấu trúc HA bằng các phương pháp lý hoá như: XRD và SEM.

- Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ ngâm vật liệu trong dung dịch mô phỏng dịch thể

người SBF (Simulated Body Fluid).

- Đặc trưng lý hoá vật liệu sau thực nghiệm ‘‘in vitro’’ để đánh giá hoạt tính

sinh học của vật liệu qua khả năng hình thành khoáng xương mới sau ngâm

cũng như đánh giá tính tương thích sinh học của vật liệu.

12.2. Tiến độ thực hiện: 5 tháng

13. Sản phẩm và khả năng ứng dụng:

- Báo cáo tổng kết đề tài.

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 10

Page 11: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

- 01 bài báo gửi đăng ở tạp chí chuyên nghành sau khi kết thúc đề tài.

- Vật liệu y sinh tổng hợp được có thể chuyển giao cho các bệnh viện để làm

các thực nghiệm tiếp theo.

14. Kinh phí thực hiện đề tài: (theo quy định của trường).

Ngày …… tháng …… năm 201… Ngày …… tháng …… năm 201…

Giáo viên hướng dẫn đề tài Sinh viên

(Ký, ghi rõ họ tên ) chịu trách nhiệm chính

(Ký, ghi rõ họ tên)

Bình Dương, ngày …… tháng …… năm 201…

Trưởng Khoa

(Ký, ghi rõ họ tên)

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 11

Page 12: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Vật liệu y sinh

1.1.1. Khái ni mệ :

Vật liệu y sinh là loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo, sử dụng để

thay thế hoặc thực hiện một chức năng sống của cơ thể con người [1]. Các vật liệu

y sinh đã trở nên thân thuộc trong đời sống của con người như: da nhân tạo, van

tim nhân tạo, các loại chỉ khâu trong y học, răng giả, chân tay giả, mạch máu nhân

tạo, các vật liệu trám răng, các vật liệu xương nhân tạo dùng trong phẫu thuật

chỉnh hình….

1.1.2. Phân loại:

Dựa vào tương tác giữa vật liệu và môi trường cơ thể, người ta chia vật liệu y

sinh ra 2 loại chính là vật liệu hoạt tính sinh học và vật liệu trơ sinh học [2]. Vật

liệu hoạt tính sinh học là loại vật liệu khi cấy ghép trong cơ thể con người sẽ xảy ra

các tương tác hóa học giữa vật liệu với môi trường sống. Vật liệu trơ sinh học là

vật liệu khi đưa vào cơ thể con người chúng không có bất cứ một tương tác hóa

học nào với môi trường sống.

1.1.3. Vật liệu y sinh xương nhân tạo Hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 (HA)

Có rất nhiều loại vật liệu y sinh khác nhau, riêng nhóm vật liệu y sinh sử dụng

như vật liệu xương nhân tạo có thể kể đến như: các vật liệu calcium phosphate

(tricalcium phosphate Ca3(PO4)3; hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 hay biphasic

calcium phosphate), các vật liệu thủy tinh hoạt tính sinh học (CaO - SiO2 - Na2O -

P2O5..), các xi măng y sinh, các kim loại trơ như Ti, Ni…Trong đó Hydroxyapatite

(HA) là một trong những vật liệu đa năng được sử dụng với mục đích cấy ghép

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 12

Page 13: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

xương do nó giống với thành phần khoáng vô cơ trong xương của cơ thể con

người.

Hiện nay HA đã và đang được nghiên cứu và phát triển vì những tính chất quan

trọng của nó như có hoạt tính sinh học và độ tương thích sinh học cao với các tế

bào và các mô, tạo liên kết trực tiếp với xương non dẫn đến sự tái sinh xương

nhanh mà không bị cơ thể đào thải. Sự ra đời của vật liệu y sinh HA và hiệu quả

của nó trong y học nói chung và ngành phẫu thuật chỉnh hình nói riêng, được ghi

nhận như là một thành tựu lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu.

Hình 1.1. Một số hình ảnh ứng dụng của vật liệu Hydroxyapatite (HA)

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 13

Page 14: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

1.2. Tính chất lý hóa của vật liệu y sinh HA [3-7]

Về tính chất vật lý, HA có công thức phân tử đầy đủ là Ca10(PO4)6(OH)2 hoặc có

thể viết rút gọn dưới dạng Ca5(PO4)3OH, khối lượng mol phân tử là 1004,60 (g/pt),

khối lượng riêng 3,156 (g/cm3). HA nóng chảy tại nhiệt độ 1760 (oC) và sôi ở 2850

(oC). Độ cứng theo thang Mohs bằng 5.

Công thức cấu tạo của phân tử HA được thể hiện ở hình dưới đây, có thể nhận

thấy phân tử HA có cấu trúc mạch thẳng, các liên kết Ca - O là liên kết cộng hoá

trị. Hai nhóm OH- được gắn với hai nguyên tử P ở hai đầu mạch:

Hình 1.2. Công thức cấu tạo của phân tử HA

Về mặt hoá học, HA có một số tính chất như: Có khả năng kết hợp với cấu trúc

xương và tác động tốt đến sự phát triển bên trong của xương mà không làm đứt gãy

hay phân hủy xương. HA không phản ứng với kiềm nhưng phản ứng với axit tạo

thành các muối của calcium và nước:

HA không bền nhiệt, dễ bị phân hủy trong khoảng nhiệt độ 800 ÷ 1200°C. Tuỳ

theo tỷ lệ cấu tạo của HA, tạo thành oxyapatit theo phản ứng:

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 14

Page 15: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Ngoài ra HA có thể bị phân hủy thành các chất khác trong nhóm calcium

phosphate tùy theo từng điều kiện. Ví dụ: HA có thể tạo thành β-TCP hay tetra

calcium phosphate theo các phương trình phản ứng dưới đây:

1.3. Sự tương hợp sinh học và hoạt tính sinh học của vật liệu HA

Vật liệu HA có tính tương thích sinh học cao với cơ thể con người vì tỷ lệ Ca/P

trong phân tử HA đúng như tỷ lệ của Ca/P trong xương và răng của người. Ở dạng

bột mịn kích thước nano, HA là dạng calcium phosphate dễ được cơ thể hấp thụ

nhất. Ở dạng màng và dạng xốp, HA có thành phần hoá học và các đặc tính giống

xương tự nhiên, các lỗ xốp liên thông với nhau làm cho các mô sợi, mạch máu dễ

dàng xâm nhập [5]

Hoạt tính sinh học của HA thể hiện ở chỗ sau khi cấy ghép, chúng sẽ tan ra do

tương tác với môi trường cơ thể, sau đó các ion Ca2+, PO43- và OH- trong môi

trường sẽ kết tủa trên bề mặt vật liệu để hình thành một lớp khoáng HA mới làm

cầu nối cho sự gắn kết miếng ghép xương và xương tự nhiên [8-9].

1.4. Ứng dụng vật liệu y sinh HA

Vật liệu HA có nhiều ứng dụng trong y học, phẫu thuật chỉnh hình, làm răng giả,

cấy ghép xương, làm chất dẫn thuốc…

1.4.1. Ứng dụng của HA dạng bột kích thước nano

Do lượng calcium hấp thụ thực tế từ thức ăn mỗi ngày tương đối thấp nên rất

cần bổ sung calcium cho cơ thể, đặc biệt cho trẻ em và người cao tuổi. Calcium có

trong thức ăn hoặc thuốc thường nằm ở dạng hợp chất hoà tan nên khả năng hấp

thụ của cơ thể không cao và thường phải dùng kết hợp với vitamin D nhằm tăng

cường việc hấp thụ và chuyển hoá calcium thành HA. Có thể bổ sung calcium cho

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 15

Page 16: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

cơ thể người bằng cách dùng thức ăn, thuốc tiêm hoặc truyền huyết thanh… Một

phương pháp hữu hiệu là sử dụng HA ở dạng bột mịn, kích thước nano để bổ sung

calcium. Với kích thước cỡ 20 - 100nm, HA được hấp thụ trực tiếp vào cơ thể mà

không cần phải chuyển hoá thêm [10].

Hình 1.3. Thuốc bổ sung calcium sử dụng nguyên liệu HA dạng vi tinh thể

1.4.2. Ứng dụng của HA dạng màng

Thông thường, người ta sử dụng các vật liệu bền cơ - hoá và nhẹ để thay thế, sửa

chữa những khuyết tật của xương và răng. Phổ biến nhất là hợp kim Ti6Al4V, đây

là vật liệu trơ sinh học và có độ bền cơ - hoá cao nhưng trong thực tế nó vẫn bị ăn

mòn khi nằm trong cơ thể người, tạo ra các chất độc hại và làm cho liên kết giữa

xương và chi tiết ghép bị lỏng lẻo. Lớp màng gốm HA có chiều dày cỡ µm được

phủ lên bề mặt vật liệu thay thế bằng các phương pháp plasma, bốc bay, điện

phân… đã hạn chế những nhược điểm nêu trên. Nhưng độ bám dính của lớp màng

trên vật liệu nền không bền chặt, do vậy tuổi thọ và phạm vi ứng dụng của chúng

không cao. Để cải thiện độ bám dính, người ta đã phủ lên các kim loại và hợp kim

nền một lớp màng gốm HA có chiều dày cỡ nanomet (màng n-HA) bằng phương

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 16

Page 17: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

pháp điện hoá nói chung và phương pháp điện di (EPD). Lớp màng n-HA có độ

bám dính cao với vật liệu nền và rất bền theo thời gian [11-12].

1.4.3. Ứng dụng của HA dạng bột như vật liệu xương nhân tạo

Như đã trình bày ở trên, vật liệu ceramic HA có tính tương thích và hoạt tính

sinh học cao. Nhờ có khả năng đặc biệt này HA được ứng dụng đặc biệt rộng rãi

trong y sinh học cấy ghép xương như: chế tạo răng giả và sửa chữa những khuyết

tật của răng như tram răng, chế tạo những chi tiết để ghép xương và sửa chữa

những khuyết tật của xương [13].

1.4.4. Ứng dụng của HA dạng composit

Bản chất của gốm xốp và màng HA là có độ bền cơ học thấp. Một giải pháp để

tăng độ bền cơ học là tạo ra một tổ hợp ceramic composit bằng cách phân tán HA

bột vào các polyme phân hủy sinh học như collagen, chitosan, xenlulo, đường

sacaro… Vật liệu ở dạng này được sử dụng làm các chi tiết cấy ghép xương chất

lượng cao, làm kẹp nối xương hoặc có thể làm chất truyền dẫn thuốc. Việc sử dụng

các polyme sinh học làm chất nền tạo điều kiện cho việc gia công, chế tạo các chi

tiết dễ dàng hơn. Mặt khác, các polyme này còn có khả năng liên kết với các tế bào

sinh học thông qua các nhóm chức OH, NH2, CH3COOH…của mình. Đây cũng là

ưu điểm vượt trội của vật liệu composit chứa HA [14].

1.2. Các phương pháp tổng hợp Hydroxyapatite HA

1.2.1. Phương pháp kết tủa

Đây là phương pháp chế tạo HA ở dạng bột hoặc dạng màng từ dung dịch chứa

các tiền chất ban đầu khác nhau như: Ca(NO3)2, (NH4)2HPO4, (NH4)3PO4, NH4OH,

, … Ưu điểm của phương pháp kết tủa là có thể điều chỉnh được

kích thước của hạt HA theo mong muốn [15-16].

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 17

Page 18: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Nguyên lý của quá trình tổng hợp HA này là sự kết tủa các ion và

trong các muối dễ tan trong nước theo một trong các phản ứng hóa học sau:

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa được thể hiện qua hình 1.4.

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 18

Page 19: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa

1.2.2. Phương pháp sol-gel

Có thể tổng hợp HA theo phương pháp sol – gel bằng cách: Hoà tan các hợp

chất như , với các hợp chất tạo gel như ,

, được chuẩn bị theo tỷ lệ nhất định vào nước cất. Khuấy và gia

nhiệt dung dịch này đến nhiệt độ 60 – 700C trong khoảng 3 – 4 giờ, gel có chứa

hợp chất HA sẽ được tạo thành. Sau đó, sấy gel ở nhiệt độ khoảng 1200C trong

vòng 24 giờ và nung ở nhiệt độ 750 – 9000C khoảng 1 giờ. HA bột nhận được có

kích thước trung bình khoảng 20nm, độ tinh thể khoảng 97% [17-18].

1.2.3. Phương pháp siêu âm hoá học

Để chế tạo HA bột có kích thước siêu mịn, có thể tiến hành phản ứng hoá học

trong môi trường sóng có cường độ lớn như vi sóng hay sóng siêu âm. Phương

pháp kết tủa tổng hợp HA có sự trợ giúp của sóng siêu âm có thể tổng hợp được

vật liệu HA có kích thước nanomet [19].

1.2.4. Phương pháp phun sấy

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 19

Page 20: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp phun sấy

Nguyên lý của phương pháp này là sử dụng dung dịch chứa các ion và

(tỷ lệ Ca/P = 1,67) phun vào thiết bị cùng với khí nén. Tốc độ phun dung dịch

được điều chỉnh bằng áp suất khí nén và dòng khí khô sao cho phản ứng tạo HA

xảy ra hoàn toàn, bột HA được sấy khô khi rơi đến đáy của cột thuỷ tinh gia nhiệt.

Sản phẩm HA dạng bột được lấy ra định kỳ qua bộ phận lắng tĩnh điện. Đây là

phương pháp hiện đại chế tạo bột HA năng suất cao, phù hợp với quy mô sản xuất

vừa và lớn [20].

1.2.5. Phương pháp điện hoá

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 20

Page 21: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điện hóa

Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng các thanh kim loại hoặc hợp kim làm

điện cực catot hay anot. Các điện cực này được nhúng vào bể điện phân với chất

điện giải là dung dịch bão hoà các ion và theo tỷ lệ Ca/P = 1,67 ở pH =

6 và nhiệt độ 600C. Lớp màng HA được tạo ra trên vật liệu nền có chiều dày

khoảng 100nm trong vòng 10 phút, chiều dày của lớp màng HA tăng theo thời gian

catot hoặc anot hoá [11-12].

1.2.6. Phương pháp thuỷ nhiệt

Vật liệu HA được tổng hợp theo phương pháp thuỷ nhiệt thông qua sản phẩm

trung gian CaO từ . Phản ứng thuỷ nhiệt tiếp theo trong hệ thiết bị ở nhiệt

độ khoảng 2000C, áp suất 10 - 15atm, thời gian 24 - 48 giờ [16, 19].

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 21

Page 22: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Sản phẩm phụ trong phản ứng trên cũng bị thuỷ nhiệt tạo HA theo các

phản ứng xảy ra sau:

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của hệ thiết bị phản ứng thủy nhiệt

1.2.7. Phương pháp composit

Để chế tạo vật liệu composit chứa HA, cation được phân tán đều trong

mạng lưới polyme sau đó các anion và được đưa vào dưới dạng dung

dịch để phản ứng tạo thành các hạt tinh thể HA. Cũng có thể thực hiện phản ứng

tạo ra các tinh thể HA trước, sau đó phân tán chúng vào mạng lưới polyme nhằm

ngăn không cho các tinh thể HA kết khối lại với nhau. Việc sử dụng các polyme

sinh học làm chất nền tạo điều kiện cho việc gia công, chế tạo các chi tiết dễ dàng

hơn. Mặt khác các polyme này còn có khả năng liên kết với các tế bào sinh học

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 22

Page 23: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

thông qua các nhóm chức của mình. Đây cũng là ưu điểm vượt trội của vật liệu

composit chứa HA [14]. Hình 1.8 mô tả tóm tắt quá trình tổng hợp HA bằng

phương pháp composit với polymer chitosan (CS).

Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp composit HA – CS

1.2.8. Phương pháp phản ứng pha rắn tổng hợp HA

Đây là phương pháp tổng hợp HA trên cơ sở thực hiện phản ứng pha rắn ở nhiệt

độ cao theo các phản ứng hóa học sau [4,6,15-16].

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 23

Page 24: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Phương pháp phản ứng pha rắn thường dùng để chế tạo HA dạng khối xốp. Hỗn

hợp nguyên liệu rắn ban đầu được ép nén để tạo ra các chi tiết có hình dạng và độ

xốp mong muốn. Sau phản ứng, sản phẩm vẫn giữ nguyên được hình dạng và cấu

trúc xốp ban đầu. Chính nhờ những ưu điểm này mà phương pháp phản ứng pha

rắn này thích hợp cho việc chế tạo các chi tiết ghép xương phức tạp.

Các phương pháp nêu trên là những cơ sở khoa học trong việc tổng hợp vật liệu

y sinh HA. Trên cơ sở các phương pháp trên, chúng tôi xây dựng một quy trình

riêng để tổng hợp vật liệu nay từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền là vỏ trứng. Chương 2

sẽ trình bày chi tiết quy trình này.

CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU Y SINH HA TỪ VỎ TRỨNG

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 24

Page 25: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

1.1. Thực nghiệm tổng hợp HA từ vỏ trứng

2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất

- Vỏ trứng gà.

- Các hóa chất có độ tinh khiết trên 99% được mua từ hang Sigma-Aldrich:

(NH4)2HPO4, K2HPO4.3H2O, Na2SO4, MgCl2.6H2O, HNO3, HCl, NaCl, KCl,

NaHCO3, CaCl2.

2.1.2. Dụng cụ và thiết bị

- Erlen 250ml, Betker 500ml, Pipet, Chén sứ , Đũa thủy tinh, Buret, Bóp cao su,

Giấy lọc, Ống đong 500ml, Tủ hút, Máy khuấy từ, Máy đo pH, Lò nung, Máy sấy,

Cân phân tích.

2.1.3. Quy trình thực nghiệm

Vỏ trứng sau khi thu gom, tách màng, rửa sạch bằng nước cất và đun sôi trong

khoảng thời gian 20 phút. Sau đó vỏ trứng được đập nhỏ và bỏ vào lò nung theo 3

giai đoạn nhiệt:

Bảng 2.1. Quy trình nung vỏ trứng theo các chế độ nhiệt

Giai đoạn Nhiệt độ oC Thời gian

Giai đoạn 1 0-450 1 giờGiai đoạn 2 450-600 1 giờGiai đoạn 3 600-900 30 phút

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 25

Page 26: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Hình 2.1. Nung vỏ trứng

Trong giai đoạn đầu vỏ trứng được nung tới 450oC và giữ nguyên trong khoảng

thời gian là 1 giờ nhằm loại bỏ các thành phần hữu cơ của vỏ trứng. Giai đoạn 2

nhiệt độ được nâng lên 600oC và vỏ trứng được nung trong 1 giờ nhằm loại bỏ

hoàn toàn thành phần hữu cơ và các tạp chất ra khỏi vỏ trứng. Giai đoạn cuối, vỏ

trứng được nung từ 600oC lên 900oC và giữ nguyên ở 900oC trong 30 phút nhằm

phân hủy phần khoáng canxicacbonat thành canxioxit và giải phóng khí

cacbondioxit theo phản ứng sau:

CaCO3 CaO + CO2

Sau khi nung xong, vỏ trứng chỉ còn lại khoáng CaO được hòa tan trong dung

dịch axit nitric đậm đặc HNO3 68%. Phản ứng tỏa nhiệt và được thực hiện trong tủ

hút. Cô cạn dung dịch bằng cách đun trên ngọn lửa đèn cồn.

CaO + HNO3 Ca(NO3)2 + H2O

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 26

Page 27: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Hình2.2. Dung dịch sau khi cô cạn.

Tiếp theo dung trên đem lọc để loại bỏ tạp chất từ quá trình nung và thu được

sản phẩm cần dùng là dung dịch canxinitrat Ca(NO3)2 tinh khiết.

Hình 2.3. Lọc bỏ tạp chất trong dd Ca(NO3)2

Dung dịch canxinitrat Ca(NO3)2 thu từ quá trình lọc bên trên được cho từ từ vào

dung dịch điamonihidrophotphat (NH4)2HPO4 để tổng hợp vật liệu HA. Hỗn hợp

phản ứng được khuấy bằng máy khuấy từ trong khoảng 5h. Duy trì pH = 10 trong

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 27

Page 28: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

suốt quá trình phản ứng bằng cách thêm dung dịch NH3. Sản phẩm thu được có

dạng dung dịch màu trắng sữa. Dưới đây là phản ứng tổng hợp HA:

10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH4OH →Ca10(PO4)6(OH)2 + 20NH4NO3 + 6H2O

Hình 2.4. Dung dịch đang khuấy trên máy từ

Rửa sản phẩm nhiều lần bằng nước cất để loại bỏ NH3 dư thừa, để lắng dung

dịch sau đó loại bỏ bớt nước.

Hình 2.5. Rửa sản phẩm bằng nước cất

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 28

Page 29: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Sản phẩm sau khi rửa sạch bằng nước cất được cho vào tủ sấy ở 120oC trong 8h

để bay hơi hoàn toàn nước. Bột sản phẩm thu được tiếp tục nung trong thời gian 5h

ở 1000oC nhằm kết tinh hoàn toàn vật liệu HA.

Hình 2.6. Bột HA thu được sau khi nung ở 1000oC

Quy trình tổng hợp HA từ vỏ trứng được tóm tắt bằng sơ đồ sau:

Hình 2.7. Sơ đồ tổng hợp HA

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 29

Page 30: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

1.2. Thực nghiệm “In vitro”

Vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng được tiến hành thực nghiệm ‘‘in vitro’’ để

kiểm tra xem có đạt yêu cầu của một vật liệu y sinh trước khi dùng cấy ghép trong

cơ thể sống ‘‘in vivo’’. Đây là một thực nghịêm nhanh và đơn giản, nhằm thực

hiện quá trình hoặc một phản ứng trong ống nghiệm, trong đĩa nuôi cấy ở bên

ngoài cơ thể sống. Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ được tiến hành bằng cách ngâm vật

liệu trong dung dịch mô phỏng dịch thể người SBF (Simulated Body Fluid) để

khảo sát khả năng hình thành khoáng xương mới sau ngâm.

Dung dịch SBF (simulated body fluid) là dung dịch giả dịch thể người có thành

phần các ion tương tự như máu trong cơ thể con người. Thành phần ion trong dung

dịch được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.2. Nồng độ các ion trong dd SBF (10-3 mol/l)

Ions Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl- HCO3- HPO4

2-

SBF 142.0 5.0 2.5 1.5 148.8 4.2 1.0

Plasma 142.0 5.0 2.5 1.5 103.0 27.0 1.0

Để điều chế dd SBF, ta đi điều chế hai dung dịch riêng rẽ, gọi là Ca-SBF và P-

SBF. Trộn hai dung dịch này thu được dung dịch SBF. Ưu điểm phương pháp này

là dung dịch có thể được lưu trữ một vài tuần [21-22 ].

Đối với mỗi dung dịch Ca-SBF hoặc P-SBF, đong 990 ml nước cất, gia nhiệt

trong 1 bể điều nhiệt và giữ ổn định ở 37°C (Body Temperature) trong suốt quá

trình tổng hợp. Thêm các chất hóa học theo hàm lượng có trong bảng dưới, mỗi

chất cách nhau 30 phút. Sử dụng cá từ để khuấy trộn dung dịch. Cả hai dung dịch

Ca-SBF và P-SBF đều đc điều chỉnh pH=7,4 (môi trường dịch thể người), bằng

cách sử dụng dung dịch HCl 6N. Sau đó thêm nước vào các bình để làm tròn thể

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 30

Page 31: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

tích 1000 ml. Khi cần dùng SBF, ta trộn những lượng V như nhau của cả hai dung

dịch Ca-SBF và P-SBF thu được dung dịch SBF. Các dung dịch Ca-SBF và P-SBF

đuợc dự trữ trong tủ lạnh ở 5-10°C, dùng cho 2-3 tuần.

Bảng 2.3. Các hóa chất dùng tổng hợp dung dịch SBF

Ca-SBF m (g) P-SBF m (g)

Tris : C4H11NO3 6,057 Tris : C4H11NO3 6,057

CaCl2 0,555 KH2PO4, 3 H2O 0,457

MgCl2, 6 H2O 0,610 NaHCO3 0,706

KCl 0,447

NaCl 16,106

- C4H11NO3 : tris(hydroxymethyl)aminomethane, có tác dụng tạo ra dung dịch đệm

có pH = const.

1.3. Phương pháp lý hóa đánh giá vật liệu

Vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng trước và sau thực nghiệm ‘‘in vitro’’ trong

dung dịch giả dịch thể người SBF được đặc trưng lý hóa bằng các phương pháp

phân tích hiện đại. Có nhiều phương pháp khác nhau để đặc trưng lý hóa vật liệu.

Trong giới hạn của đề tài này, chúng tôi sử dụng hai phương pháp chính. Phương

pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction XRD) nhằm xác định thành phần cấu trúc

pha của vật liệu. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scaning electron

microscope SEM) sử dụng để quan sát hình thái và cấu trúc bề mặt vật liệu.

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 31

Page 32: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

3.1. Nhiễu xạ tia X phân tích vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng trước và sau

thực nghiệm ‘‘In vitro’’

20 40 60

(002)

HAch

HAth

Inte

nsi

ty (

au

)

(304)(004)

(213)(222)

(310)

(211)

Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp từ vỏ trứng

Hình 3.1 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp từ vỏ trứng (HAth).

HA của hãng Sigma-Aldrich được sử dụng như phổ chuẩn (HAch). Quan sát nhiễu

xạ đồ vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng chúng ta có thể quan sát đầy đủ các pic đặc

trưng như của HA chuẩn. Các pic đó lần lượt là 26o; 32o; 40o; 46,5o; 49,5o; 53,2o và

64o (2ɵ). Các pic này lần lượt tương ứng với các mặt phẳng miller: (002); (211);

(310); (222); (213); (004) và (304) trong mạng tinh thể HA [23-24]. Ngoài ra

không có một pic lạ nào xuất hiện trong nhiễu xạ đồ của HA tổng hợp. Điều này

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 32

Page 33: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

khẳng định vật liệu HA tổng hợp được là hoàn toàn tinh khiết. Kết quả đạt được

khẳng định vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng hoàn toàn tương tự như HA chuẩn

của hãng Sigma-Aldrich. Như vậy từ nguyên liệu rẻ tiền, chúng tôi đã xây dựng

thành công quy trình tổng hợp vật liệu y sinh HA có chất lượng tốt. Quy trình tổng

hợp này có thể mở ra một triển vọng sản xuất HA từ các nguyên liệu rẻ tiền để thay

thế các sản phẩm ngoại nhập đang được sử dụng làm vật liệu trám răng, cấy ghép

xương trong các cơ sở y tế tại Việt Nam.

20 40 60

HA5ng

HAth

Inte

nsi

ty (

a.u

)

(304)(004)(213)

(222)(310)

(211)

(002)

Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp sau 5 ngày ngâm trong SBF

Hình 3.2. trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu HA tổng hợp sau thực

nghiệm ‘‘in vitro’’ năm ngày. Bột HA tổng hợp đã được ngâm trong dung dịch giả

dịch thể người Similated Body Fluid (SBF) với tỷ lệ 1/2 (mg/ml). Thực nghiệm

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 33

Page 34: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

này nhằm đánh giá hoạt tính và khả năng tương thích sinh học của vật liệu y sinh

HA. So sánh nhiễu xạ đồ của HA sau năm ngày ngâm với HA ban đầu, chúng ta có

thể nhận thấy các pic nhiễu xạ của HA sau ngâm tù và bề rộng tăng hơn so với HA

tổng hợp ban đầu. Kết quả này khẳng định sự tương tác giữa vật liệu HA tổng hợp

và môi trường giả dịch thể người SBF. Sự tương tác dẫn tới sự phá hủy cấu trúc

mạng tinh thể của HA cũ hình thành nên một lớp HA mới kém kết tinh hơn trên bề

mặt HA cũ. Quá trình tương tác giữa bột HA tổng hợp và dung dịch SBF được giải

thích bằng sự tan của HA trong môi trường SBF, sau đó tái kết tinh các ion Ca2+,

PO43- và OH- từ môi trường SBF để kết tinh thành lớp HA mới trên nền HA cũ.

Chúng ta cũng nhận thấy rằng các pic đặc trưng của HA không biến đổi sau

ngâm, tức là không hình thành pha mới khác với HA. Sự hình thành pha mới, khác

với thành phần HA của khoáng xương, có thể dẫn tới sự không tương thích sinh

học khi sử dụng vật liệu y sinh HA cho cấy ghép xương. Kết quả đạt được khẳng

định hoạt tính sinh học của vật liệu HA tổng hợp qua sự hình thành một lớp

Hydroxyapatite mới trên nền Hydroxyapatite cũ. Lớp khoáng xương HA mới hình

thành này chính là cầu nối giữa vật liệu ghép và xương tự nhiên trong cấy ghép

thực tế. Sauk hi ngâm trong SBF, bề mặt vật liệu HA tổng hợp chỉ hình thành lớp

HA mới giống với thành phần của khoáng xương tự nhiên. Trong trường hợp xuất

hiện pha mới khác HA có thể dẫn tới hiện tượng đào thải khi cấy ghép xương. Kết

quả này khẳng định tính tương thích sinh học của vật liệu HA tổng hợp.

3.2. Ảnh SEM phân tích vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng trước và sau thực

nghiệm ‘‘In vitro’’

Hình 3.3. tập hợp các ảnh SEM của vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng. Hình thái

bề mặt vật liệu thể hiện sự không đồng đều của cấu trúc hạt, tạo ra các khe hở và

cấu trúc xốp của vật liệu. Các khe hở và cấu trúc xốp của vật liệu y sinh tạo điều

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 34

Page 35: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

kiện thúc đẩy sự tương tác hóa học giữa vật liệu và môi trường sống. Các phản ứng

bề mặt giữa vật liệu và môi trường tạo ra một lớp HA mới trên bề mặt vật liệu, lấp

đầy các khe hở và lỗ xốp trong cấu trúc vật liệu ban đầu, làm cho miếng ghép

xương nhân tạo gắn chặt và tạo liên kết bền vững với xương tự nhiên. Các tính chất

này được chứng tỏ qua các ảnh SEM của vật liệu HA tổng hợp sau 5 ngày thực

nghiệm ‘‘In vitro’’ ngâm trong dung dịch giả dịch thể người SBF, được tập hợp

trong hình 3.4.

Hình 3.3. Ảnh SEM của HA tổng hợp từ vỏ trứng

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 35

Page 36: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Quan sát các ảnh SEM trong trình 3.4 chúng ta có thể nhận thấy sự thay đổi rõ

rang hình thái bề mặt của vật liệu so với trước khi ngâm. Các tinh thể li ti hình

thành trên bề mặt vật liệu và lấp đầy các khe hở tạo ra bề mặt vật liệu đặc sít. Qua

phân tích các giản đồ nhiễu xạ tia X ở trên khẳng định sau 5 ngày ngâm trong dung

dịch SBF, có sự hình thành lớp HA mới trên bề mặt vật liệu cũ, ngoài ra không

phát hiện bất cứ một pha lạ nào. Phân tích này kết hợp với quan sát ảnh SEM sau 5

ngày ngâm khẳng định các tinh thể li ti hình thành trên bề mặt vật liệu là các tinh

thể HA mới do sự kết tủa từ từ các ion Ca2+, PO43- và OH- từ môi trường SBF. Nhờ

sự hình thành của lớp HA mới này, vật liệu cấy ghép được gắn chặt vào phần

xương tự nhiên, qua đó xương hỏng được tu sửa và làm đầy.

Về cơ chế hoạt tính sinh học của vật liệu HA khi ngâm trong dung dịch SBF,

chúng ta có thể giải thích bằng quá trình hòa tan HA cũ và kết tinh lại HA mới qua

các giai đoạn sau [25-26]:

Giai đoạn 1: Sự tan ra của HA dưới tác dụng của môi trường dung dịch SBF

Ca10(PO4)6(OH)2 3[Ca3(PO4)2].Ca(OH)2 + H+ → Ca2+ + PO43- + OH-

Giai đoạn 2: Khi các ion Ca2+, PO43-, OH- trong dung dịch SBF đạt nồng độ bão

hòa, chúng kết tủa lại thành một lớp giàu Ca và P. Lớp giàu Ca và P theo thời gian

kết tinh thành một lớp HA mới.

10Ca2+ + 6PO43- + 2OH- → HA (mới)

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 36

Page 37: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Hình 3.4. Ảnh SEM của HA tổng hợp sau 5 ngày ngâm trong dung dịch SBF

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 37

Page 38: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trong khuôn khổ và giới hạn của một đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học,

chúng tôi đã tiếp cận và tìm hiểu về vật liệu y sinh đặc biệt là vật liệu y sinh sử

dụng như xương nhân tạo. Trong nhóm vật liệu y sinh dùng để cấy ghép xương,

chúng tôi đặc biệt quan tâm tới vật liệu Hydroxyapatite HA và nghiên cứu, tìm

hiểu các phương pháp tổng hợp vật liệu này. Từ các phương pháp tìm hiểu qua tài

liệu, chúng tôi đã xây dựng một quy trình riêng để tổng hợp HA từ nguồn nguyên

liệu rẻ tiền là vỏ trứng gà. Vật liệu sau tổng hợp được thực nghiệm ‘‘in vitro’’ để

kiểm tra hoạt tính sinh học của nó qua việc hình thành lớp khoáng xương mới làm

cầu nối trong cấy ghép xương. Vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng trước và sau thực

nghiệm ‘‘in vitro’’ được đặc trưng bằng hai phương pháp lý hóa hiện đại XRD và

SEM. Các kết quả chính đạt được của đề tài nghiên cứu này là:

- Xây dựng thành công quy trình riêng tổng hợp HA từ vỏ trứng gà.

- Vật liệu HA tổng hợp được hoàn toàn tinh khiết và tương tự như sản phẩm

thương mại uy tín của hãng Sigma-Aldrich.

- Thử nghiệm ‘‘in vitro’’ khẳng định hoạt tính sinh học của vật liệu HA tổng

hợp từ vỏ trứng qua việc hình thành một lớp khoáng xương mới trên bề mặt vật

liệu cũ, lớp khoáng xương mới này là cầu nối ghép vật liệu nhân tạo và xương tự

nhiên. Thực nghiệm này cũng khẳng định sự không hình thành pha mới ngoài HA

trên bề mặt sau ngâm, điều này khẳng định bước đầu tính tương thích sinh học của

vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng.

- 01 bài báo khoa học trên tạp chí chuyên ngành.

Với các kết quả bước đầu đầy triển vọng, chúng tôi mong muốn có thể phát triển

và hoàn thiện các nghiên cứu này trong khuôn khổ các đề tài tiếp theo.

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 38

Page 39: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] D. F. Williams, Definitions in Biomaterials, Consensus Conference for the

European Society for Biomaterials, Chester, UK, 1986.

[2] L. L. Hench, Bioceramics: From Concept to Clinic, Journal of the American

Ceramic Society 1991; 74, 1487-1510.

[3]. Pekka Ylinen, “ Academic Dissertation”, Applications of Coralline

Hydroxyapatite with Bioabsorbable Containment and Reinforcement as Bone Graft

Substitute, University of Helsinki, 2006.

[4] . http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1462 , Cameron Chai, Besim

Ben-Nissan. Hydroxylapatite, Thermal Stability Of Synthetic Hydroxylapatites.

[5] Krylova E.A., Ivanov A.A., Krylov S.E., Plashchina I.G., Nefedov P.V. ,

Hydroxyapatite-Alginate Sructure as Living Cells Supporting System, N.N.

Emanuel Institute of Biochemical Physics RAS, Russia, 2004.

Methods, Universidade Federal de Santa Catarina, Florian´opolis, Brazil, Cx.P.,

476, 88040-900, 2004.

[6] M. I. Kay, R. A. Young and A. S. Posner, Crystal Structure of Hydroxyapatite,

Nature 1964; 204, 1050-1052.

[7] C. Damia and P. Sharrock, Bioactive coatings obtained at room temperature

with hydroxyapatite and polysiloxanes, Materials Letters 2006; 60, 3192-3196.

[8] E. Pirhonen et al. Bone grafting material, method and implant. Us Patent 2007.

[9] K. C. Dee, D.A. Puleo and R. Bizios, An introduction to Tissue-Biomaterial

interactions, New Jersey: John Wiley & Sons 2012.

[10] P.C. Schmidt and R. Herzog, Calcium phosphate in pharmaceutical tableting,

Pharmacy World and Science 1993.

[11]. Shikhanzadeh M., “J. Mat. Sci. Let”, Bioactive Calcium Photphate Coating

Prepared by Electrodeposition, Vol.10, p.1415-1417, 1991.

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 39

Page 40: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

[12]. Eliaz N., Sridhar T.M., “Suface Engineering”, Electrochemical and

Electrophoretic Deposition of Hydroxyapatite for Orthopaedic Applications,

Vol.21, No.3,2004.

[13] Furcola, N.C.(2005), ASTM F-1088-04a. Standard specification for

composition of hydroxyapatite for surgical implant, NJ, ASTM International.

[14]. Fei Chen, Zhou-Cheng Wang and Chang-Jian Lin, “Materials Letters”,

Preparation and characterization of nano-sized hydroxyapatite particles and

hydroxyapatite/chitosan nano-composite for use in biomedical materials,

Vol.57, Issue.4, p.858-861, 2002.

[15]. Đỗ Ngọc Liên, Nghiên cứu qui trình tổng hợp bột và chế thử gốm xốp

hydroxyapatit, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp bộ, 2005

[16]. Milenko Markovic, Bruce O. Fowler, Ming S. Tung, “J. Res. Natl. Inst.

Stand. Technol.”, Preparation and Comprehensive Characterization of a Calcium

Hydroxyapatite Reference Materials, Vol.9, p.552-568, 2004.

[17]. Guzmán Vázquez C., Piña Barba C., Munguia N., “Revista Mexicana de

Fisica”, Stoichiometric Hydroxyapatite Obtained by Precipitation and Sol Gel

Processes, Vol.51, No.3, p.284-293, 2005.

[18]. U. Vijayalakshmi anh S. Rajeswari, “Trends Biomater. Artif. Organs”,

Preparation and Characterization of Microcrystalline Hydroxyapatite Using Sol

Gel Method,, Vol.19, No.2, p.57-62, 2006.

[19]. Donadel K., Laranjeira M.C.M., Goncalves V.L., F´avere V.T., Structural,

Vibrational and Mechanical Studies of Hydroxyapatite Produced by Wet-chemical

Methods, Universidade Federal de Santa Catarina, Florian´opolis, Brazil, Cx.P.,

476, 88040-900, 2004.

[20]. Laurence D., Chow C., Bernard J. Hockey, “J. Res. Natl. Inst. Stand.

Technol.”, Properties of Nanostructured Hydroxyapatite Prepared by a Spray

Drying Technique, Vol.109, p.543-551, 2004.

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 40

Page 41: Báo cáo vo_chung.version _4

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

[21] T. Kokubo, H. Kushitani, S. Sakka, T. Kitsugi and T. Yamamuro, Solutions

able to reproduce in vivo surface-structure changes in bioactive glass-ceramic A-

W, Journal of Biomedical Materials Research 1990; 24, 721-734.

[22] T. Kokubo and H. Takadama, How useful is SBF in predicting in vivo bone

bioactivity, Biomaterials 2006; 27, 2907-2915.

[23] Fiche JCPDF 09-432.

[24] E. Dietrich, H. Oudadesse, A. Lucas-Girot and M. Mami, “In vitro”

bioactivity of melt-derived glass 46S6 doped with magnesium, Journal of

Biomedical Materials Research 2008; 88A, 1087-1096.

[25] L. L. Hench, Bioactive ceramics, in Bioceramics: materials characteristics

versus in vivo behaviour, Ed. P. Ducheyne & J. Lemons Annals of NY Academy

of science 1988.

[26] L. L. Hench, R. J. Splinter, W. C. Allen and T. K. Jr. Greenlee, Bonding

Mechanisms at the Interface of Ceramic Prosthetic Materials, Journal of

Biomedical Materials Research 1972; 2, 117-141.

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 41