Luận văn nghiên cứu tổng hợp và xác Định các Đặc trưng của vật liệu hydroxyapatit Đi từ vỏ trứng Ứng dụng trong tái tạo xương

Ngoài ra, việc sử đựng các nguồn nguyên liên thiên nhiên, đắc biệt là các loại chất thải trông nghiệp vào quá trình điều chế Lỗng hợp HAp cũng được đây man, vừa có thế chế tạo hạt IIAp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LƯU TRƯỜNG GIANG

NGHIÊN CỨU TỎNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC

DAC TRUNG CUA VAT LIEU HYDROXYAPATIT

DI TU VO TRUNG UNG DUNG TRONG TAI TẠO XƯƠNG

LUAN VAN THAC SI KHOA HOC

KY THUAT HOA HOC

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYEN KIM NGA

HA NOI - 2016

luận văn cũng như trong, sướt quá trình học tập,

‘Xin cảm ơn gia dinh, các anh chị em, bạn bè đã động viên tình thân, giúp đỡ dễ tôi có thể hoàn thành cuỗn luận văn này!

Học viên

Tu Trường Giang

TỒI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả được trình bay trong han van là những kết quả

của riêng tôi, có được sau quả trình tìm hiểu, nghiên cứu và thí nghiệm lâu đải dưới sự hướng dẫn của PGB.TS Nguyễn Kia Ngà, Viện Kỹ Thuật lléa liẹc Trường Dai Loe Bách Khoa Hà Nội Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và không trùng

lập với các dẻ tài khảo

Học viên

Lưu Trường Giang

11 TONG QUAN VE HYDOXYAPATIT

1.1.1 Cau tao—tinh chải

2.23, Các phương pháp xác định đặc trung cấu trúc vật Hệu

3.13 KếtquãIR VÀ FDS

3.1.4 Cœchế quá trình tẳng hợp

TRUNG BANG PHƯƠNG PHAP THUY NHIỆT DƯỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CHÁT HOẠT DONG BE MAT CTAR VA P123

3.2.4 Kết quả phân lích EDX

3.3 DÁNH GIÁ HOAT TINH SINH HOC CUA VAT LIEU HAP TU VO TRUNG

3.3.1 Kết quả nhân tich SEM

3⁄32 Kél qua phan lich EDX

KET LUAN VA KIEN NCHL

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

ĐANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIET TAT

HAp: Hydroxynpalil

CTAB: Chất hoạt động bể

P123: Chất hoạt động bé m&t Pluronic

at Cetyl Trimétyl Améui Brômua

FTIR: Fourier Transform Infrared (Phuong phap phan tích quang phỏ hỏng

ngoại)

SEM: Scanning Electron Microscope (Phwong, phap kính hiển vi điện tử quét }

XRD: Xray diffraction (Phuong pháp phôn tích nhiều xe ta X)

TDS: Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (Phỏ tán sắc năng lượng tỉa X)

ĐANH MỤC BẰNG

Bảng ï: So sánh HydrayapaHl từ các nguôn nguyên liệu khác nhan eevee OF

Bang 2: Các thành phần cơ bản có trong vỏ trứng trắng và vỏ trứng xé

Bảng 3: Thành phan ian trong huyết tương và dung dich SBF - se 38 Đảng 4: Thành phân các chất có trong dụng dịch SBF à acc 39

Bang 5: So đồ muãi cấy vật ligu mang HAp/PDLLA trong dung dich SBF ow 39

Bang 6: Hinh thai hoc và kích thước của HÁp

Bảng 7: Thành phần %6 thao khối lượng mẫu Ÿi-I2

Bang 9: Kich theéc hat nano HAp tổng hợp tie VO WU oo oc coe oe coe oe os oe oe ve on eee

Bảng ï0: Các nhóm đặc trưng tương ứng số sóng mẫu HAp-CTAB ca se 552 Bảng 11: các nhóm đặc trưng tương ứng số sông mẫu HAp-P123 33

Bảng 12: tý lệ thành phần nguyên tổ trong mẫu 1IAp-CTAB tông họp từ vỏ trứng S5 Bảng 13: Thành phân trong bông apatit phải triển trên vậi liệu nuôi câu 60

DANH MỤC ĐÓ THỊ, HỈNH VẼ,

Hình 3: Các tình thể H¿Ip kết tình trong tự nhiền

THình 4: Phương pháp phản ứng phá phầm trong tổng hợp 114p J Hình 5: Phương pháp hóa cơ sử dung bi (béng) nghién

Hình 8: So sánh sự phải tiễn của cúc bại nano HAp trong diều kiện thường và diéu

Tình 9: Phương pháp thủy nhật lũng hop Hydroxyapatit 2 B38

Hinh 10: Mét sé nguyén ligu ty nhién duoc sit dung trong téng hop HAp 25

Hinh 11: So dé titn hanh tong hop Hydroxyapatit str dung CTAB

Hinh 12: So dé tong hop Hydroxyapatit si dung P123

1lình 13: Kết quả ảnh chup SEM céc mau LiAp theo néng d& CL!

khác nhau

Hinh 14: Kết quả ảnh clrup SEM các mẫu Hiáp có thời gian thủy nhiệt khác nhau

Hinh 15: Gidn dé XRD cae mau HAp voi nẵng dộ C18 khác nhau 44 1lình 16: Giản đồ phổ hồng ngoạt IR và giản đề phân tích thành phần mẫu 1T4p 46

Tình 23: Giản dỗ phô EDX mẫu H.Ap-CTAB từ vô trứng sau nuôi cấy 3 ngày 39

1lình 24: Giản để phổ H2X mẫu [lAp-C7AB từ vỗ trừng sau nưôi cấy 10 ngày 59

PHAN MO PAD

Linh vue y sinh noi chung và kỹ thuật mồ xương nói riêng đang ngảy gàng được quan tâm nghiên cứu nhằm đáp ứng nữm cầu thay thế, chữa trị các mô cứng bị khiếm

khuyết trong cơ thể do lại nạn hoặc bằm sinh, lão hóa Trong nhiễu thập kỷ qua, nhiều

loại vật liệu đã được giới khoa học nghiên cứu, tim hiểu để đưa vào ứng dụng trong kỹ thuật mô xương trong số đó, vật liệu hydroxyapatit (HAp) nhận được sự chú ý nhiễu nhất do những lính chất đặc biệt của nó Hydroxyapalit là một loại canxi phốt phát được tìm thấy nhiều nhất trong xương và rằng của động vật, nỏ có hoạt tình sinh học và tinh tương hợp sinh học cao, tạo các liên kết simh hóa với các Lế bảo, đầy nhanh quá

trinh sinh trưởng và phát triển của các nguyên bảo xương, giúp hình thành xương non

nhanh chóng mà không bi co thé dao thai [ign nay, các nhà khoa học đang Tập trung, tìm hiểu các phương pháp dé điều chế hvdroxyapatiL có kích thước nano (có ÍL nhất 7 chiểu < 100 nm) do hoạt tính của chúng cao gấp nhiều lần HAp có kich thước lớn

Ngoài ra, việc sử đựng các nguồn nguyên liên thiên nhiên, đắc biệt là các loại chất thải

trông nghiệp vào quá trình điều chế Lỗng hợp HAp cũng được đây man, vừa có thế chế tạo hạt IIAp sinh học, an toàn với cơ thể con người, đồng thời giúp xử lý một lượng, lớn các loại chât thải sinh học, bảo vệ môi trường

®> Lý do chọn để tài

Ö nước ta, vật liệu hyđroxyapatit cũng được nghiên cứu từ lâu, trang đỏ cũng có nhiều nghiên cứu hưởng đến việc sử dụng một loại chất thải nông nghiệp là vỗ trứng dễ tổng hợp hydroxyapatit Tuy nhiên, hấu hết các nghiên cửu đều chưa giảnh sự quan

tâm đúng mực đến việc phải chế tạo ra ITAp có hình thái học phủ hợp và có kích thước

Tách sử nghiên cứu

Tinh hình nghiên cứu trên thể giới

Năm 2007, Siva Rama D và công sự đã điều chế hydroxyapatit tù vỏ Irững bằng,

phương pháp kết tủa hóa học co ban [50]

Năm 2009, 3iddharthan đã nghiền cửu các tính chất của hydroxyapatit từ vỏ trứng ở các tỉ lệ Ca/P khác nhau [46]

Năm 2010, Gergrly đã tổng hợp hydrozyapatit từ vỏ trứng bằng phương pháp hỏa cơ, sử đụng máy nghiên bị [18]

Năm 2013, Wu Su và công sự đã tổng hợp hydroxyapatit từ vỏ trứng và chất thi từ trải cày bằng phương pháp thủy nhiệt [46]

Tinh hình nghiên cứu trong nước

Năm 2009, Vũ Thị Diu đã nghiên cứu cáo yến tố ảnh hưởng đến bệt hydroxvapatite kích thước nano diễu chế tử camei hydroxit [1]

Năm 2011, Nguyễn Văn Huông đã khảo sát quá trình tách và một số độc trưng,

của canxi hydrexyapatit từ xương động, vật [2]

Năm 2012, Phạm Thi Sao dã nghiên cửu chế tạo Hydroxyapatit dạng gốm xốp

từ nguyên liệu vỏ trúng vả đá vôi [3]

Mục dích nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo và xác định các tỉnh chất của 1Iydroxyapatit kích thước nano

từ nguồn nguyên liệu vô trửng gà bằng phương pháp thủy nhiệt có sự hỗ trợ của các

chải hoạt dộng bể mặt, dịnh hướng ứng dụng trong Tĩnh vục lái lao xương,

10

> Nội dung nghiên cứu

- Khio sat sy anh lưởng của chất hoạt dộng bề mặt CTAB vả thời gian thủy nhiệt đến hình thái học và kich thước của hạt nans hydroxyapatit tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt, tù đó đưa ra quy trình tổng hợp tôi ưu

-_ Áp đựng quy trình vừa nghiên cứu được, đồng thời sử đụng quy trinh đã có Từ

nghiên củu trước vào để tổn hợp bydroxyapabit từ nguồn nguyên liệu vỏ trứng,

gả xảm bằng phương pháp thủy nhiệt, dưới sự hỗ trợ của chất hoạt động bé mat

GTAB và P123

-_ Thử nghiệm đánh giá khả năng dẫn tạo xương thông qua khả năng dẫn tạo apatit

trong môi trường nuôi cấy SBF của vật liệu hydroxyapati Lổng hợp lữ vỏ trứng,

theo quy trình đưa ra

>_ Phương pháp nghiên cứu

-_ Xác dịnh cấu trúc, thành phân vật liệu bằng các phương pháp SEM, XRD,

TTIR, IDX

-_ Xác định hoạt tính vật liệu bằng phương pháp nuôi cấy dẫn tạo apatit trong môi trường giả địch thế người SBEF

11

CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 TONG QUAN VE HYDOXVAPATIT

1.1.1 Cấu tạo — tính chất

Trong tự nhiên, apatit là tên chung của một nhóm khoáng chất, chủ yếu chủa

canxi [oma pholphat CagP(POa)y và một lượng nhỏ các khoảng khác, trong da Fr

dược thay thể một phân hay hoan toan béi Cl, Br hoic OH Canxi hydroxyapatit (hay

cén duge go la Lydroxyapatit, viết tắt là ILAp) lá một dạng apatit trong đỏ chứa nhỏm

OFF vai công thie Cas(PO4)O8 nhưng thường được viết là Caus(POa}k(OH; để thể hiện ở dạng tình thể HAp tổn tại với 2 phân tứ liên kết Hydroxyapatit tỏn tại ở trong,

cơ thế người và động vật, là thành phân chính trong xương (chiêm đến 65 — 70 % khỏi

lượng) và răng (chiếm 96% khối lượng) Ngoài ra, HAp cũng dược tìm thay ở vỏ của một số loại động vật biển như ốc, sỏ, hay trong san hồ

tinh thé luc phuong Cac théng sé mang: a= 9,423 ¢=6875 Z=2

Tuy vao các điều kiên hình thành, tỉnh thẻ HAp tổn tại ở nhiều dạng khác nhau

như hình cầu, hinh kim, hình trụ Chỉ số khúc xa ne = 1.651, n¿ = 1.644, HAp thường

cỏ máu trắng hoặc trắng ngả, ngoài ra, khi hình thảnh ngoài tự nhiên, HAp cũng có thể

có các mâu khác như xanh, vàng, nâu

Hình 3: Các tình thê HAp kết tỉnh trong tự nhiên

13

HAp tuong déi bẻn nhiệt, bị phân huỷ chậm trong khoảng nhiệt dộ từ 800°C dén

1200°C tạo thành oxy-hydroxyapatit theo phần ứng:

Cau(PO¿j(OHj, ———> ©an(PO,)s(OH);„O, + xH¿O (0<x<1)

LEDS Hydroxyapatit và cde dae tinh sink hoe

Do đó cũng bản chất hoá học và cầu trúc, HAp là dạng canxi phốt phát có tỷ lệ

Ca¿P dúng như tỷ lệ Ca/P tự nhiên trong xương và răng, Vì vậy, HAp có các đặc tỉnh

quý giá như: có hoạt tính và độ tương thích sinh học cao với các tế bảo và các mổ, tạo liên kết trực tiếp với xương non din đến sụ tải sinh xương nhanh mà không bị cơ thể đảo thải Ở dạng bột mịn kích thước nano, HAp được cơ thể người hấp thụ rất nhanh

qua niêm mạc lưỡi và thực quản

14

HAp dã dược chứng mình là có những tỉnh chất sinh học tuyệt vời, bao gồm khả năng kết hợp với các loại polymer sinh học 194] khả năng dẫn tạo, thúc đây mọc

xương mới mà không gây độc hoặc lạo ra các phân ứng ruiễn dịch đặc hiệu 9491

HAp có thành phan hoá học và các đặc tính giếng xương tự nhiên, các lỗ xép

liên thông với nhau làm cho các mô sợi, mạch máu dé dang xàm nhập Chính vì vậy

mà vật liệu này có tính tương thích sinh học cao với các tế bào và mô, có tính dẫn

xương tối

Ngoài ra, HAp là hợp chất không gây độc, không gây di ứng cho cơ thể người

và có tỉnh sát khuẩn cao Hợp chat HAp cũng tương dối bên với dịch men tiéu hoa, it

chịu ảnh hưởng của dưng địch axit trong dạ dày Mặt khác, do khá trơ về mặt hóa học, lại có tính hấp phụ khá tốt nên HAp có thế tạo liên kết và lưu giú các loại hợp chất himi

cơ mà không làm biển tính chúng, Các tỉnh chất trên cúa hydroxyapatit ánh hưởng rất lớn tới các ứng đụng của chúng trong thực tế

1.12 Ilydroxyapatif— đối tượng nghiên cứu nhiễu tiềm năng ứng dụng

Hydroxyapalit là đối tượng nghiên cứu quan trợng của các nhà khoa học, đã có rất nhiều các công trinh nghiên cứu dược thực hiện đẻ tim hiểu các đặc tình cơ sở cũng, như đưa ra những ứng dụng của IAp vào trang đời sống, rong đó một số ứng dụng đã

dược khám phá và đạt dược một số thành tựu quan trọng Các ứng dụng co bản của

1IAp có thẻ chia ra làm bai loại: ứng dụng y tế vả ing dụng phi y tể,

Trong các lình vực phí v tẻ, HAp có khả năng ứng đụng như: làm chất xúc tác cho

các phán ứng hóa học đặc trưng Ì!1*2*I, vật liệu huỳnh quang 4 , cảm biến khí Í%I |

Tiệt IAp cũng có thể làm vật liện hắp phụ dùng trong sắc ký cột để phân tách nhanh

các prolem và axit nucleic 244, TAp cũng có hiệu quã cao trong quá trình xử lý nước

GSI và khắc phục dất bị nhiễm kim loại nặng P!! Tuy nhiên, lĩnh vực y tế hiện vẫn là lĩnh vục quan trọng nhất, nhận được sự quan tâm nghiên cửu của đông đảo của các nhà khoa học để tìm tôi và phát triển các ứng đụng của HÁp trong lĩnh vực này,

15

Việc sử dụng các muối canxi phốt phát dễ thay thế vả cải thiện mô xương dã dược nghiên cứu trong nhiêu nấm kế từ khi các nhà khoa học phát hiện ra rằng canxi phốt

phái đồng một vai Irẻ quan trọng trong pha vô cơ của các mỗ cứng, xương và rằng

Diễu này đôi hối các nhà nghiên cứu cần nhanh chéng tim cach tng dựng muối này vào các quá trình chữa bệnh 2Ï, Trong đó, việc kiếm soát các thông số cơ bản như

kích thước lạt, điện lích hễ mặt, kích thước Hỗ, độ tỉnh khiết và bình thái học đều là các

thông số quan trọng cân phải nghiên cứu Trong các nghiên cửu cấu trúc HAp khác

nhau, HAp có kích thước nano với hình thái học, hàm lượng và độ tĩnh khiết phù hợp

là đối tượng nhận dược sự quan tầm lớn trong các nghiên củu khoa học cơ bản

Nano LIAp được định nghĩa là có kích thước nhé hơn 100nm ở ít nhất 1 chiều, có Thoại tỉnh bề mặt cao Nhiễu nghiền củu đã chứng mình rằng rane HAp có kích thước

nhỏ có hoạt tình sinh học vá kha ning tai hap thu tốt hơn các hạt HAp có kích thước

lán842%%%] chứng cũng cẻ khả năng giải phóng các ion Ca nhanh hơn đáng kế so với

từ các tính thể thô cơ bảu Ngoài ra, ở kích thước nano, HAp cho thấy khả năng chịu tiến ép và chịu thiêu kết cao hơn han do năng lượng bề mặt caol55%1#l , nhờ đó, có thể tránh được sự hình thành của các vết rạn nứt, khuyết tật siêu nhỏ khi chế tạo vật liệu

Các báo cáo cũng cho thấy rằng nano HÁp giúp giâm thiểu rõ rệt sự tự phân hủy, từ đó

cãi thiện mức tăng sinh và biệt hóa tế bào, giúp các tế bao sinh trưởng và phát triển,

nhất là Irong quá trình phát triển xương lÊ22, Điểu này có thể được giải thích thông

qua các đặc tính bề mặt vượt trội cũa nano HAp so với HAp kích thước lớn Nano HAp

có điện tích bể mặt cao hơn và độ nhám tốt hơn, kết quả là bám dính tốt hơn với tế bào

vào tăng tính tương tác với chúng 832%], Vì vậy, trong những năm gắn day, Nano

1IAp trở thành vật liệu có nhiều tiểm năng trong một loạt các ứng dụng y sinh

Các loại LLAp dạng bột nano đang được ung dung rộng rãi trong việc bể sung canxi cho cơ thể Với kích thước cẽ 20 — 100 nm, HA duoc hập thụ trực tiếp vào cơ thé

mà không cần phải chuyển hoá thêm? Đề chữa Irị cần bệnh loãng xương, Cục Quận

lý Thực phẩm va Duoc phim My (FDA) 43 cho phép str dung IEAp trong sản xuất

16

thuốc và thực phim chức năng, Nhiều loại thuốc và thực phầm bỏ sung canxi eũ sử

dụng TIAp đó được lưu hành trờn thị trường Trong số đỏ cú thể kế đến Ossopan của

Thỏp, Bone Booster Complex, Bone Dense Calcium của Mỹ, Caẽciun Cornplex cửa

Anh, SuparCal của New Zealand Ở Việt Nam, sắn phẩm cũng đó được phũng [la Vừ

Cơ - Viện Húa Học, Viện Khoa Học Và Cụng Nghệ nghiờn cứu và đưa ra thị trường

ring! è , hệ thống kỹ thuật mổi , chất phõn phối nhỏ cham

thuờc#'† , hoặc lớp phủ sinh học cho cỏc vật liệu kim loại đựng trong cõy ghộp [31

Sự phỏt triển của vật liệu sinh học thay thể mỏ xương đó tăng lờn và thu hỳt rất

nhiều sự quan tõm do sự gia tăng số lượng bệnh nhõn đỏi hỏi xương thay thể, đặc biệt

là người mắc bệnh ung thư xương, chấn thương và lóo húa xương Yờu cõu đối với cỏc vật liệu sinh học này là phải tương thớch sinh học, cú độ bờn cơ học tết đủ để chống đố dược sức nặng của cơ thẻ?đẽ, Xương tự nhiờn dược tạo thành từ sự kết hợp của vật ộn

vụ cơ và lều cơ tạo thỏnh một loại compozit, trong đú thành phần vừ cơ chủ yờu là tydroxyapatiL cú sấu trỳc mứng phõn tỏn trong mụi trường hữu cơ là cỏc sợi collagen!’l, Chinh vi vay, HAp là một loại vật liệu quan trong chơ việc phỏt triển ghộp

mụ xương[è, TIAp đó được chỳng minh là vừa cú hoạt tớnh sinh học, via cú tinh

tương thớch sinh học, đồng thời cú bản chất thành phản húa hac va.ai tue sinh hee dội với thỏnh phần vụ cơ rong xương tự nhiờn(19!

Khoảng xương bao gồm cỏc loại muối canxi phốt phỏt trong đú tỉ lệ thành phõn

gidta conxi va photphat (Ca/P) 14 1,5 — 1,7, trong đú thành phẩn chủ yến là HAp với tỉ

lệ Ca/P dược giả dịnh là 1,67 với sự biến động khụng dỏng kế”đẽ, HAp cũng đó thộ

17

hiện khả năng tương thích sinh học tuyệt vời đổi với hầu hết các loại mô mềm trong cơ

thể như đa, cơ bắp, và nưởu răng, khả năng tương thích sinh hoc nay làm cho HAp trở

nên vượt trội so với các loại vật liệu nhân tạo khác đề trở thành một loại vật liệu cây

ghép lý tưởng trong phầu thuật chỉnh hình răng và mô xương

1.1.3 Các phương pháp tổng hop hydroxyapatit

Có rất nhiều phương pháp tổng hop hydroxyapatit dưới các dạng khác nhau tủy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng Trong đó, dựa vào điều kiện thực hiện các

phan ting tổng hợp, thường chia các phương pháp tổng hợp HAp thành hai nhóm: các

phương pháp khỏ vả các phương pháp trớt

113.1 Phương pháp khô

a Phan img pha ran

Phương pháp nay tông hợp HAp trên cơ sở thực hiện các phản ứng trong pha rắn

Các nguyễn liệu ban đầu có chứa các nguyên tổ Canxi và Photpho (thường là Cas(PO,)2 va CasP2Os, Cax(PO,)2 va CaO) ở dạng bột mịn, được trộn đều với nhau

Ưu điểm của phương pháp nảy là sản phẩm tạo ra giữ nguyên được hình dạng của

khuôn định dạng nên cỏ thẻ chế tạo thành HAp dạng khói xóp với các chỉ tiết phức tạp

theo mong muốn Tuy nhiên, nhược điểm của nó là nhiệt độ phản ứng rất cao, ở khoảng nhiệt độ nảy, HAp có khả năng bị chuyên hóa một phần thành các dang canxi

phốt phát khác Ngoài ra, do sự tiếp xúc pha bị hạn chế nên sản phẩm chứa nhiều tạp

chất là các nguyên liệu ban đầu chưa phản ứng hoàn toàn

b, Phan img héa-co

Phân ứng hỏa-cơ thực chất là phản ứng pha rắn dưới sự khuay tron của máy

nghiền bi (bỏng), nhờ đỏ khắc phục được hạn chế của phản ứng pha rắn là sự tiếp xúc

pha kém, làm tăng hiệu suất phản ứng, giảm các loại tạp chất là nguyên liệu ban đầu ở sản phẩm Ngoài ra, không cần các bước như nghiên mịn và trộn đều nguyên liệu ban

Hình 5: Phương pháp hóa cơ sử dụng bi (bóng) nghiền

Tuy nhiên, phương pháp này cũng cỏ nhược điểm có hữu của phản ứng pha rắn là

nhiệt độ phản ứng vẫn rất cao, các tạp chất là nguyên liệu ban đầu không được loại bỏ

hết, cỏ khả năng nhiễm tạp kim loại do bí và má nghiên bi mai mon,

19

Nhìn chung, các phương pháp khơ để tổng hợp HAp dễu thực hiện trên nguyên lý

sử dụng nhiệt độ cao trong hệ kín khơng cĩ dưng mơi, ưu điểm của phương pháp này là

cĩ thể thực hiện lượng lớn, tuy nhiên sản phẩm tạo ra thường khơng đồng nhất về hình dạng và kich thước hạt, hạt thường rất lớn, nhiều tạp chất, rất khỏ để ứng dụng trong

các lĩnh vực địi hỏi cáo sản phẩm sạch, tỉnh khiết như lĩnh vực y sinh

«Kết lủa lừ các muơi chứa rơn Ca?" và POä*" dé tan trong nước: Các loại muối

thường dược sử dụng trong nhỏm này bao gém Ca(NOs)2, CaCh, NaHPOs, aI:PO¿

« Kết tủa từ các chất chứa Ca? khĩ tan trong nước, phản ứng trực tiếp với axit

photnhone

Trưng đỏ, cae dung dich Ca?! va PO: ở cùng nơng độ, được trộn với nhau một cách từ từ theo thể tích phủ hợp, sao cho tỉ lệ Ca/P — 1,67 Yéu cau giữ pH — 9 + 11

trong quá trinh phán ung

Phương trinh phán ứng cơ bản phương pháp kết tủa này như sau:

10Ca” + 6PO# + 20H > Cai(POs)s(OH

20

Bơm lưu lượng

pH-meter dung dịch PO: Ÿ (cgáu

+ nồng độ chất tham gla _ —_ „ 2, tgs S phương pháp sly ——*

Bên gia nhiệt

Hình 6: Phương pháp kết tủa cơ bản trong tổng hợp H4p

Ưu điểm của phương pháp này là cực kỳ đơn giản, đễ thực hiện, kiểm soát được tỉ

lê nguyên liệu, hiệu suất phan img cao nên sản phẩm tạo ra có độ tỉnh khiết cao Tuy

nhiên, hình dạng hạt tạo ra lả vô định hình, kich thước hạt thay đổi mạnh Ảnh hưởng lớn tới hoạt tính sinh học của vật liệu Ngoài các yếu tổ như tỉ lệ nguyên liệu, độ pH,

các yêu tổ như nhiệt độ phản ứng, tốc độ khuây cũng ảnh hưởng rất lớn tới hình thái

học của sản phẩm

b Phuong phap sol-gel

ƒ-csNo,, cacao Pl (roe, AM) PO,

HAp cũng có thể được chế tạo bằng phương pháp Sol-Gel bang cach hoa tan cac

nguyên liệu chứa Canxi và Phót pho vao trong dung dịch cùng với các chất trợ tạo gel theo tỉ lệ nhất định Ban đầu, một hỗn hợp sol được tạo ra, khuây và gia nhiệt hỗn hợp sol này đến nhiệt độ khoảng 60 — 70 °C, trong quá trình nảy, dung môi sẽ bay hơi làm tăng khả năng va chạm của các hạt phân tản, tạo các kết nói chéo Đền một điểm nhất

định sẽ tạo thành gel, sảy gel nay ở nhiệt độ 120°C trong 24 giờ, sau đó nung ở nhiệt

độ khoảng 700-900°C trong 1 giờ Sản phân tạo ra thường là một khói xếp, mảng mỏng

hay hat nano HAp tủy vào nông độ sử dụng ban đầu vả cách tạo hình gel

Phương pháp sol-gel tuy có thể tạo được HAp cỏ độ đông nhất khá tốt, tuy nhiên

đô lặp không cao do có quá nhiều yêu tô ảnh hưởng đến kha nang tao gel

c Phương pháp thủy nhiệt

Thủy nhiệt là một phương pháp được sử dụng phỏ biển đẻ tổng hợp các loại vật

liệu vô cơ có kích thước nano Nguyên lý chủ yếu của phương pháp lả sử dụng áp suất

vả nhiệt độ cao trong môi trường dung dịch đẻ cung cấp năng lượng giúp các mâm tinh thể có sẵn trong dung dịch có thê “lớn lên” vẻ mặt kích thước

Phat trién mam Nanorod Hydroxyapatit

Hinh 8: So sénh sw phat trién ctia cde hat nano HAp trong diéu kién thong và điều

kiện thủy nhiệt

22

Trong tổng hợp hạt nano Hydroxyapatit, phương pháp thủy nhiệt cũng được quan

tâm nghiên cửu khả nhiều và tỏ ra hiệu quả Các bước thực hiện tương đối đơn giản như sau: đầu tiên, phản ứng tạo mâm tỉnh thẻ được thực hiện bằng cách hòa tan một

chất phụ trợ ( thường là các chất hoạt động bẻ mặt ) vào một dung dịch chứa Ca?* hoặc

PO¿*' với nòng độ phủ hợp Sau đỏ cho dung địch cỏn lại vào đề tiến hành tạo mam

Hôn hợp được mang đi thủy nhiệt trong nhiều giờ đề nuôi tỉnh thẻ, Sản phẩm bột tạo ra cản rửa nhiều lần trước khi nung ở nhiệt độ khoảng 500°C đẻ ra kết quả cuối củng là

Hình 9: Phương pháp thủy nhiệt tông hop Hydroxyapatit

Ưu điểm của phương pháp thủy nhiệt là đơn giản, dễ thực hiện và cho kết quả khả

quan trong việc tông hợp HAp kích thước nano, Đặc biệt, phương pháp nảy cỏ thể chủ

động trong việc định hình hình dạng của hạt nano HAp bằng các sử dụng các chát phụ trợ ban đầu khác nhau, ở các nông độ khác nhau Yếu tố khác ảnh hưởng tới quả trình

tổng hợp này cần phải quan tâm nghiên cứu đó là thời gian tiền hành thủy nhiệt

Ngoài những phương pháp đã nêu ở trên, cỏn rất nhiều các phương pháp khác đã

được nghiên cửu, sử dụng như phương pháp siêu âm, phương pháp phun sáy Mỗi

phương pháp đều có những hiệu quả nhất định, phụ thuộc vào điêu kiện thực hiện hay

mục đích hướng tới khác nhau của các nhà nghiên cửu

23

1.1.4 Phương hướng nghiên cứu hiện tại

Thư đã nói, trong hầu hết các ứng đụng hiện tại, hạt nano hydraxyapatit đều có Triệu quả tốt hơn cá hạt Hãp có kích thước lớn nhờ các đặc tĩnh be mật đặc biệt, chính

vi vậy, mục tiêu nghiên cửu của các nhả khoa học hiện tại trong việc ting hop 1LAp dd

là thu nhỏ được kích thước hạt hơn nữa Đối với các ng đựng trong y tế, cáo nghiên

cứu cũng cho thấy, hình dạng hại HAp cũng cô ảnh hưởng lớn tới hoạt tính sinh học của hydroxyapatit, các hạt có hình dạng như hình thanh, kinh kim, hình câu gai tổ ra

có hoại tính mạnh hơn đáng kế so với các đạng vô định hình hoặc hình cảu thông

việc tạo hình các bạt nano HAp thành các hình dạng,

đặc biệt sao cho diện tích bể mặt lớn hơn, làm tăng hoạt tính của vật liệu cũng được

thường ở củng kích thước Vì và)

quan tâm nghiên cửu

Hiện tại, việc sử dụng các nguồn nguyên liệu đi từ thiên nhiên tham gia vào quá

trình tổng hợp hydroxyapatit thay thể cho các loại hỏa chất nhân tạo đang mở ra một

hưởng nghiên cửu mới nhiều tiểm năng, Các sản phẩm di từ thiên nhiên thường có hoạt tính sinh học cao, đồng thời an toàn với sức khỏe con người nên phù hợp đề sử dụng

với mục đích y tê Phương pháp tiếp cận với các hướng nghiên cửu nảy được mô tả trên hình 10,

24

Loại bỏ thành phần hữu cơ bằng

nung hoặc phương pháp hóa học Por

Ay — Koay Các thành phản có hoạt tính sinh học Hono

Vỏ cam Lòng trắng trứng (Ovalbumin, Carotene, Papain, Vitamins, .)

sv$

Veitring aes Hydroxyapatit

Hinh 10: Một số nguyên liệu tự nhiên được sử dụng trong tông hợp H4p

Hình 10.a hướng đến việc chiết tách trực tiếp HAp có trong xương của các loài

động vật như lợn, bỏ, cá bằng các phương pháp xử lý khác nhau Các hình 10:b, 10.c, 10.e thi mô tả việc tận dụng các nguồn canxi rất sẵn có trong tự nhiên như từ san hô,

vỏ sỏ, vỏ trứng Hoặc hình 10.d lại hướng đến việc đưa các loại hoạt chất sinh học

25

khác nhau vào hydroxyapatit, !am tăng hoạt tỉnh sinh học vả tỉnh tương hợp của chủng,

đối với cơ thể con người Dây là các hướng nghiên cứu khá mới lạ ở Việt Nam cũng

thir trên thế giới, và có nhiều tiêm năng phái triển trơng tương lại

1.2 VO TRUNG — DAC DIEM CAU TAQ — TIEM NANG UNG DUNG

1.2.1 V6 trang — nguẫn nguyên liệu lý tướng tống hợp hydroxyapatic

Chất thải nông nghiệp được định nghĩa là mợi sản phẩm đư thừa sinh ra từ bắt kỳ

quả trình sắn xuất nông, nghiệp nảo tích lũy lại Sự tích lũy nảy thường trớ thành gánh

nặng môi trường, nguy cơ gây â nhiễm cao và lớn dân theo thời gian, chính vị vậy, cân

cỏ một chiến lược quản lý và tái chế chất thải một cách hợp lý dễ xử lý vẫn dé nay Trong đó việc tái chế, tái sử đụng hoặc hướng tới việc sử dựng chất thải để sản xuất thành các sản phẩm có giá trị cao là phương án giúp giãm thiếu chất thải mội cách bên

vững được tu tiên hướng đến Việc chuyển hỏa các chất thải thu được từ các quả trình néng nghiệp thanh các vật liệu sinh học có giá trị đổi với nhiều lĩnh vực khác là một phương dn ding din, giúp đưa các sẵn phẩm từ phể thải chưa chuyên đổi thành các sân phẩm có giả trị kinh tế cao, góp phần làm giảm chỉ phí xứ lý chất thái, giám nguy cơ 5

hiểm môi tường,

Một trong những cach đề làm tăng giá trị của chất thải nông nghiệp là việc sử dụng nó như một vật liệu sinh học dùng trong phẫu thuật và điều trị y tổ, vỉ trong các chất thái nảy có chứa các hợp chất có hoạt tỉnh sinh học, đây là một phát hiện có giá trị

vẻ mặt y học và kinh tế Hiện nay, hâu hết cáo nghiên cứu đêu tập trưng chủ yêu về việc sử dụng các chất thải nông nghiệp như là môi nguồn nguyên liệu vì sự phong phú của chúng, chỉ phí giá thành thấp và khả năng tái sinh caol#l Nhiều chất thải nông

nghiệp đã được báo cáo là nguyên liệu hiệu quả trong việc tao ra các sản phẩm hữu ích

cỏ giả trị kinh tếP””] , Một trong số chúng cũng đã được chứng mình là một lửa chọn

26

thích hợp trong việc sử dụng như là một vật liệu sinh học trong phương pháp thay thế

xương hoặc hỗ trợ cho sự tăng trưởng của tế bào xươngD7)

Bang I So sánh 1Iydroxyapatit từ các nguồn nguyên liệu khác nhan

Kích thước hạt Tir nemo téi micro Trong Khoxing nano >5Om >20 mm

Tĩầnh kim, thonh:trụ — !ihdilim thamhing tấm, — Tints Bim hadi Tinh kim hdc

Hình thúi học tẩm, hình cầu định câu thanh ing thanh trụ

Độ bên nhiệL 800 1000% 600 800°C S00 1000 >r/200C

Võ trứng là một phế phẩm nông nghiệp, gân như không có khả năng sử dụng tiếp

và thường bị vứt bỏ Tuy nhiên, chứng lại có tim năng để sản xuất ra HAp, một thành

phần chủ yếu được Lm thấy trong xương và rằng con người Trong đó, vỏ trứng giá

Ngoài vô trừng, một số nguôn canxi tự nhiên khác cũng được sử đựng trong tong

hop hydroxyapatit như xương trảu, bò, cá, vỏ rực, võ sò vả san hồ Chúng đã được chuyên đổi thành công thành các dang vật liệu sinh họoE981 _ Tưy nhiên, không giống,

như vỗ trứng, việu sử dụng các nguồn nguyên liệu này có khá năng dẫn đến sự suy

giảm của các loại động vật cung cấp nguồn nguyễn liệu, đặc biệt là dỏi với san hô do

khả năng tăng trưởng cỗa chúng là cự kỳ châm %l Ngoài ra, HÁp tổng hợp từ vô trứng

27

dã dược chứng minh là có các tỉnh chất tốt hơn HAp từ các nguồn khác khi sơ sánh về

độ cứng, mật độ và khả năng tương thích sinh học rang nuôi cây

1.2.2 Câu tạo — thành phấn vỏ trứng

‘Théng thưởng, vó trừng có kết cầu gồm 3 lớp: lớp vỏ củng ngoài củng, lớp xếp ở

giữa và lớp màng méng trong cùng Vỏ trúng chiếm khoảng 11% khỏi lượng một quả

trứngSl Trong đó các thành phần vô cơ chiếm chủ yếu mà phần lớn là canxi cacbonal

& dang canxit (khoảng 94% khối lượng) Các thành phẩn côn lại bao gdm magie cacbonal (1%), cai photphat (1%), cn lai khoang 4% là các chất hữu cơ hỗ trợ cầu trúc và các protein không tan Điều dỏ giúp vô trúng trở thành một nguồn nguyên liệu rat tét trong sản xuất tổng hạp hydroxyapatit 4451 Canxit la dang tổn tại bên nhất của

canxi cacborml, có thể tôn tại ở dạng cộL tụ, lắm hoặc đơn tình thể Quả trình vôi hóa

võ trừng được coi la một trong những quả trình sinh khoáng nhanh nhất trong, tự nhiền,

và phân lớn khoáng chất được tim thây trong vỏ trứng là camrit và một lượng nhỏ

hydroxyapatit ở lớp biểu bì bên trong!“!, Điều này làm tăng cường các đặc tính cơ lý

và khả năng chịu lực của vỏ trứng,

Bang 2: Cac thành phần cơ bản có trong võ trứng trắng và vó trừng xám:

Võ trứng cũng có thể được chia ra làm 2 loại cơ bản: võ trúng màu trắng và võ trửng màu xám Hai loại nảy có thành phần tương đối giống nhau, chỉ khác nhau về tỷ

lệ Nhìn chưng, các chất cô mặt trong vỗ trừng như Ca, Mụ, P, K, Na đều là các nguyên

có quan trọng có vai trò thiết yếu đổi với cơ thể con người Các nguyên tổ như Cu, Fe, Mmn, Zn cũng là các nguyên tả vi lượng sẵn thiết Vì vậy, vỏ trứng có thế soi là mệt Trguỗn cung cấp canxi sạch, không gây độc khi đưa vào cơ thể và là nguồn nguyên liệu

lý trưởng cho việc tổng hợp hydroxyapatit sử đụng trang các ứng đựng y tế

1.2.3 Phương pháp chế tạo HÁp từ vỏ trừng

Đôi với ứng dụng trong lĩnh vực y dược, HAp được tổng hợp từ các nguồn canxi sinh học được ưa thích Theo đó, HAp tống hop từ vỏ trứng nhận được nhiều sự

quan tâm nghiên cứu 848414] Tuy nhiên các nhược điểm có hữu rửư nhiễm tạp chất,

diện tích bễ mặt thấp, độ bẻn nhiệt kém và kich thước bạt lớn đã hạn chế khã năng ứng,

đụng của HÁp từ vẻ trứng trong các lĩnh vực nay) Vi vay, mot số phương pháp tổng,

hợp đã dược sử dụng dễ khắc phục những nhược diém nay

Tổ làm tĩnh sạch HAp từ vô trứng, các phương pháp làm tỉnh sạch đã được sử dụng như: hỏa tan vỏ trừng rong axi”Ì, tạo thành cáo phức canxi2!H, đựa canxi về dạng CaO ở nhiệt độ caol®l Tuy nhiên, các phương pháp đêu không có nhiều hiệu

qua trong việc cải Hiện các tỉnh chất như điện tích bê mặt hoặc kích thước lỗ giống như HAp hữu cơ Mặc dủ một số cũng, cho ra săn phẩm là bột nano HAp có diện tích

tbể mặt cao và kích thước hạt rửô 1501

Có nhiên công trình nghiên cứu đã được thục hiện nhằm tổng hợp ITAp, đặc biệt

là HAp có kích thước nano di từ vỏ trứng bằng nhiều phương pháp và dạt dược những, kết quá nhất định

Một số công trình nghiễn cứu tiếp cận từ phương, pháp phản img pha ran, theo dé

vỏ trứng sau khi rửa sạch sẽ được nung theo 2 giai đoạn, giai đoạn 1 ở 450°C để loại bỏ

2z

các hợp chất hữu cơ Giai doạn 2 ở 9U0%C để CaCO› có thê chuyển hỏa hoàn toàn thành CaO, sao đỏ bột CaO sẽ được trộn đều với Axit photphoric đạng tỉnh thể vả thực triện phan img & 900°C lần thứ 2 Kết quả, nghiên cứu này đã thành công trong việc

chuyển hỏa vỏ trứng thánh hydroxyapatil Tuy nhiên sản phẩm này ở dạng võ định

có lẫn rất nhiều tạp chất như CaCOs, Ca(OH)2, CaO HAp chế tạo theo phương pháp này có hoại tính sinh học kém

hình, kết tập lại với nhau, đồng thời trong sản

và không phù hợp đối với các ứng dụng trong lĩnh vue y sinh,

Một số công trình nghiên cứu khác sử dụng phương pháp thủy nhiệt dơn thuần dễ tổng hop HAp Võ trứng ban đầu được tung ở 9009C để chuyển hóa về dang CaO, san

dò sẽ được ngâm vào trong dung địch canxi phốt phát (thường là Cas(POa)›), và được

đem đi thủy nhiệt để hình thánh LLAp, sau đó tiếp tục đera mùng ở khoáng nhiệt độ từ

900 đến 1100%C Sản phẩm HAp tạo ra theo phương pháp này được bảo cáo là có nhiều tạp chất như CaO, CaCOs, TCP đồng thời có hình dạng đa dạng, kich thước không,

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM - NGHIÊN CỨU 2.1 ĐIÊU KIỆN TONG HOP VAT LIỆU

2.1.1 Dụng cụ, thiết bị

Mioropipet loại 20-200 Ll, 100-1000 pl, 1000-5000 ul (EMCLAB)

Cốc thủy tỉnh chịu nhiệt dung tích 50 mỊ, 100m), 500ml

Bình định mức dung tích 100 mỊ, 250 mÌ Chén nung

Teflon va AutoClave

Céi nghién thạch anh

Nhiệt kế rượu, nhiệt kế thủy ngân Ong Falcol dung tich 50 mi

Máy khuấy từ và gia nhiệt, con khuấy từ

Cân phân tích (chính xác 0,0001g)

Tia say (Binder)

Lé nung (Nabertherm) May ly tam lanh (Llettich —Mikro 22R) Máy đo pII (Denver)

Giấy do pH (Merck)

Tũ hút

Giấy lọc Phéu loc

Buret 25ml, 46 chia nhỏ nhất 0,1m1

Mang lọc vị khuẩn Ông xilanh 12ml Gang tay cao su sử đụng 1 lần

Bộ dụng cụ thí nghiệm inox (thia, quc khuảy, nhíp)

31

2.1.2 Héa chất

Dung dich HCl 1M (Merck)

Tĩnh thề NaOH (Merck) Tinh thé NazHPOx (Merck)

Tinh thd CaCh 21.0 (Merck)

CILCOOII 96% (Merck)

‘Tinh thé NaCl (Merck) Tĩnh thể NaHCO: (Merck) Tinh thé KCl (Merck)

Tinh thé K2HPO4.3A20 (Merck)

Tinh thé MgCh 6120 (Merck)

Chất én dinh pH méi trudng nudi cdy Tris (Merck) Chat hoat déng bé mit Cetyl ‘Trimetylamoni Bromua (CTAB) và

Pluronic P123

Nước đeion, nước cất 2 lân

Vỏ trứng gả xám (nua tại siêu thị Lette Mart)

‘Tinh thé EDTA (Merck)

‘Tinh thé NH«Cl (I'rung Quéc)

Dung dich NH (Trung Quốc)

Chat chi thi Murexit (Tring Quéc)

32

23.11 Khảo sát ảnh hưởng cúa nông dộ chất hoạt dộng bé mat CTAB dén hinh

thái và kích thuée hat nano hydroxyapatit

Cân m gam CTAT bằng cân phân tích (lan lot 14 0.64g, 1.64g, 2.64g va 1g), cho

vào cốc phân ứng Thêm vào cốc 100ml đụng dịch KazHPOx 1M, khuấy đều, tắc độ 300-400 vòng/phút trong vòng 30 phút ở 10°C Diéu chinh pli = 9 bằng NaOll 1M

San đó thêm 167ml dung địch CaCl; 1M vào cốc phân ứng, giữ nguyên tốc độ kimay

Sau 4 giờ phân ứng, đưa huyền phủ đi thủy nhiệt ở 180*C trong vòng 18 giờ Sau

deo lay san phẩm di rửa ly tâm bằng nước đeiơn, thu được phần bột ướt màu trang, Say sản phẩm ở 5Ú°C trong 24 giờ, sau đó nghiên thánh bột bằng cỏi thạch anh, mang bột

di ming & 500°C, thai gian lưa 2 giờ Sản phẩm cuối cùng là bột nano hydroxyapatit mau trang

22.12 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt đến hình thái và kích thước hat nano hydroxyapatite

Sau khi khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bé mat CTAB toi hinh

thái học và kích thước của hạt nano HÁp, tý lệ nễng độ giúp đại kích thước hat HAp

nhỏ nhất dược lựa chọn dẻ tiếp tục thực nghiệm khảo sát ánh nướng của thời gian thủy nhiệt Thí nghiệm được tiến hành với 3 mẫu củng nắng độ CTAN đã lựa chọn, quá

trình thủy nhiệt thực hiện ở 3 khoảng thời gian khác nhau, lần lượt là 6 giờ, 12 giờ và

18 giờ Các mẫu kết quá thu được sẽ được mang đi phân tích đảnh giá

2.2.2 Tong hyp Hydroxyapatit di ti vé trang

2.3.2.1, Ché tao dung dich CaCh tit vé trimg

Fé ché tao hydroxyapatite tix v6 trimg bằng phương pháp thủy nhiệt có sự hỗ trợ của chất hoạt động bê mặt, dung dịch CaC] đi từ vỏ trứng được sẵn xuất theo quy trình

sau:

34

Cân 20 gam bột vỏ trừng, dã sơ chế vào cóc phản ung, thêm 190ml dung dich HC] 2M vào cóc phân ime, khuấy đều, nhiệt độ phan ứng 30°C, trong vong 1 giờ Dung

dich được mang đi lọc ly tâm để loại bỏ cặn thô Dịch lọc được cho vào bình thủy tỉnh

sạch lưu trữ Nẵng độ Ca?” được kiểm tra bằng phương pháp chuẩn độ thể tích HIYLA,

chat chi thi Murexit

2.2.2.2, Tong hop Hydroxyapatit

Dung dich CaCl dién ché tix vé trimg sẽ được sử dụng cho các bước tổng hợp Hàp tiếp theo Dựa vào các kết quả nghiên cửu đã được thực hiện, quy trình tổng hợp 1IAp từ bằng phương pháp thủy nhiệt dưới sự hỗ trợ của chất hoạt déng bé mit CAB

và P123 đưa ra ở các nghiên cứu trước được áp dựng,

Đôi với chất hoạt động bẻ mặt CTAB, quy trình thực hiện giống như đã trình bay trong phần 2.2.1 (Hình 11)

Đôi với chất hoạt động bẻ mặt Piuronic P123, quy trình tổng hop HAp được thực

hiện như sau:

35