LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC: Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nanocompozit PLAHAp, ứng dụng trong cấy ghép xương

MỤC LỤCPHẦN 1: MỞ ĐẦU11. Lý do chọn đề tài12. Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.33. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài34. Phương pháp nghiên cứu3PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU5CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN51.1. Hydroxyapatit51.1.1. Tính chất vật lý51.1.2. Tính chất hoá học51.1.3. Tính chất sinh học61.1.4. Các phương pháp tổng hợp bột HAp71.1.5. Vai trò của các ion pha tạp trong bột hydroxyapatit91.1.6. Ứng dụng của HAp101.1.7. Hydroxyapatit biến tính (HApbt)111.2. Poly (axit lactic) (PLA)121.3. Vật liệu compozit trên cơ sở PLA và HAp151.3.1. Vật liệu compozit PLAHAp151.3.2. Các phương pháp tổng hợp161.3.3. Hoạt tính sinh học của vật liệu nanocompozit PLAHAp221.3.4. Ứng dụng của vật liệu nanocompozit PLAHAp24CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM262.1. Hóa chất và điều kiện thực nghiệm262.1.1. Hóa chất262.1.2. Tổng hợp HAp, HAp biến tính (HAp bt) và HAp pha tạpbiến tính (HApptbt)262.1.3. Tổng hợp vật liệu nanocompozit PLAHAp và PLAHAp pha tạp – biến tính.292.1.4. Thử nghiệm trong dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người (SBF)302.2. Các phương pháp nghiên cứu312.2.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)312.2.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM Scanning Electronic Microscopy)322.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)332.2.4. Đo độ bền kéo đứt, modun đàn hồi342.2.5. Xác định độ xốp bằng phương pháp Acsimet342.2.6. Phương pháp đo góc tiếp xúc35CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN363.1. Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nanocompozit PLAHAp chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy363.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần PLAHAp363.1.2. Ảnh hưởng của chất tương hợp403.1.3. Vật liệu nanocompozit PLAHApptbt433.1.4. Ảnh hưởng của chất tạo xốp453.2. Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nanocompozit PLAHAp chế tạo bằng phương pháp dung dịch483.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần PLAHAp483.2.2. Ảnh hưởng của chất tạo xốp503.3. Thử nghiệm khả năng tương thích sinh học của vật liệu PLA và nanocompozit PLAHAp trong môi trường dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người SBF553.3.1. Sự biến đổi pH của dung dịch ngâm và khối lượng mẫu553.3.2. Hình thái bề mặt của vật liệu sau khi ngâm trong dung dịch SBF583.3.3. Thành phần pha của mẫu D và E trước và sau khi ngâm trong SBF61PHẦN 3: KẾT LUẬN64TÀI LIỆU THAM KHẢO65

Để hoàn thiện luận văn này đó là một sự nỗ lực lớn đối với tôi, và khôngthể hoàn thành nếu không có sự đóng góp quan trọng của rất nhiều người.

Đầu tiên, với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh – Viện Kỹ thuật nhiệt đới, người đã không

những hướng dẫn khoa học mà còn tận tình dạy bảo, truyền cho tôi niềm đam

mê, sự nghiêm túc trong công việc nghiên cứu khoa học và trong cuộc sống

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong tổ bộ môn Hóa Lý Thuyết

và Hóa Lý, các thầy cô khoa Hóa Học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, cácthầy cô Viện kỹ thuật Nhiệt đới – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ ViệtNam đã giảng dạy, truyền thụ kiến thức khoa học bổ ích để tôi có khả nănghoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị thuộc phòng Ăn mòn vàbảo vệ kim loại – Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã tạo điều kiện về cơ sở, trangthiết bị phòng thí nghiệm và hỗ trợ về công nghệ, kỹ thuật thực nghiệm chotôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm

ơn đến ThS Nguyễn Thu Phương, NCS Phạm Thị Năm, ThS Nguyễn Thị

Thơm và các bạn học viên cao học, các bạn sinh viên đã giúp đỡ tôi trong quá

trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã hết lòng quantâm và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, Ngày 15 tháng 10 năm 2015

Học viên Nguyễn Hải Yến

DCM Điclorometan

Bảng 1.1 Góc tiếp xúc với nước của PLA và vật liệu nanocompozitPLA/HAp và PLA/HAp-bt 21Bảng 2.2 Thành phần của 1lít dung dịch SBF [3] 30Bảng 3.1 Trị số các dao động liên kết của các nhóm chức trong phân tử HAp,PLA và vật liệu nanocompozit PLA/HAp 37Bảng 3.2 Độ xốp của nanocompozit PLA/HAp-ptbt/PEO với hàm lượng khácnhau của chất tạo xốp NH4HCO3 51Bảng 3.3 Góc tiếp xúc với nước của PLA, PLA/HAp-ptbt/PEO và PLA/HAp-ptbt/PEO với 20% khối lượng NH4HCO3 54

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của phân tử HAp [31] 6

Hình 1.3 Hai dạng cấu hình của LA 12

Hình 1.4 Hình ảnh liên kết của HAp và PLA (nét đứt) 16

Hình 1.5 Ảnh SEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/nano HAp với các độ phóng đại khác nhau 18

Hình 1.6 Ảnh TEM của (a) HAp-NH2, (b) HAp-Br, (c) HAp-PLLA và (d) phân tích DLS của HAp-NH2, HAp-Br và HAp-PLLA 20

Hình 1.7 Ảnh SEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/HAp sau 7 ngày ngâm trong SBF 23

Hình 1.8 Phổ tán xạ năng lượng tia X của compozit PLLA/HAp sau 7 ngày ngâm trong SBF 24

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp HAp, HAp-pt bằng phương pháp 27

kết tủa hóa học 27

Hình 2.2 Ảnh SEM của bột HAp 28

Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp nanocompozit PLA/HAp (HAp- ptbt) bằng 30

Hình 2.4 Sơ đồ nhiễu xạ tia X từ một số hữu hạn các mặt phẳng 33

Hình 3.1 Phổ hồng ngoại của PLA, HAp và các nanocompozit PLA/HAp 36

Hình 3.2 Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau của 38

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn độ bền kéo đứt và modun đàn hồi của PLA và vật liệu nanocompozit PLA/HAp tổng hợp ở các tỷ lệ 80/20, 70/30 và 60/40 39

Hình 3.4 Phổ IR của HAp, PLA và PLA/HAp (80/20) với sự có mặt của các chất tương hợp PEO, PEG và PCL 5% 40

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn modun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit PLA/HAp không có và có 5% PEO, PEG hoặc PCL 41

Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn modun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệunanocompozit PLA/HAp với tỷ lệ PEO 0%, 5% và 10% 43Hình 3.8 Ảnh SEM của mẫu PLA/HAp: 80/20 (a), PLA/HAp-ptbt: 70/30 (b) 44Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn modun đàn hồi và độ bền kéo đứt của mẫu vật liệunanocompozit PLA/HAp: 80/20 và PLA/HAp-ptbt:70/30 và 60/40 45Hình 3.10 Ảnh chụp bề mặt của mẫu vật liệu nanocompozit 46Hình 3.11 Ảnh SEM của mẫu vật liệu nanocompozit PLA/HAp-ptbt (70/30)/PEO 5% với chất tạo xốp là NaCl (tỷ lệ 1/1 so với PLA) 47Hình 3.12 Modun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của vật liệunanocompozit PLA/HAp-ptbt (70/30)/PEO 5% không có và có chất tạo xốpNaCl với tỷ lệ 1/2 và 1/1 so với khối lượng PLA 48Hình 3.13 Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp-ptbt tổng hợp ở các tỉ lệkhác nhau: 80/20 (a), 70/30 (b), 60/40 (c) và 50/50 (d) 49Hình 3.14 Các tính chất cơ học: modun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) củananocompozit PLA/HAp tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau 50Hình 3.15 Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp với chất tạo xốp ở các tỷ

lệ khác nhau: 0 (a), 3 (b), 7 (c), 10 (d), 20 (e) và 30% (f) 52Hình 3.16 Modun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của PLA/HAp không có(0% khối lượng) và có 3, 7, 10, 20 và 30% khối lượng chất tạo xốp

NH4HCO3 53Hình 3.17 Các hình ảnh góc tiếp xúc với nước của PLA (a),PLA/HAp-ptbt/PEO không có (b) và có 20% chất tạo xốp NH4HCO3 (c) 54Hình 3.18 Sự biến đổi pH của dung dịch SBF theo thời gian ngâm mẫu 56

A, B, C, D, E, F 56

Hình 3.22 Ảnh SEM của mẫu C khi ngâm trong SBF theo thời gian 60

Hình 3.23 Ảnh SEM của mẫu F khi ngâm trong SBF theo thời gian 60

Hình 3.24 Ảnh SEM của mẫu E khi ngâm trong SBF theo thời gian 61

Hình 3.25 Giản đồ nhiễu xạ tia X của: 63

1: PLA, 2: PLA ngâm 7 ngày, 63

3: PLA/nanoHAp/PEO trộn nóng chảy ngâm 7 ngày, 63

4: PLA/nanoHAp/PEO/NaCl trộn nóng chảy ngâm 7 ngày, 63

5: PLA/nanoHAp/PEO dung dịch, 63

6: PLA/nanoHAp/PEO dung dịch ngâm 7 ngày, 63

7: PLA/nanoHAp/PEO/NH4HCO3 dung dịch ngâm 7 ngày, 8: HAp 63

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Hydroxyapatit 5

1.1.1 Tính chất vật lý 5

1.1.2 Tính chất hoá học 5

1.1.3 Tính chất sinh học 6

1.1.4 Các phương pháp tổng hợp bột HAp 7

1.1.5 Vai trò của các ion pha tạp trong bột hydroxyapatit 9

1.1.6 Ứng dụng của HAp 10

1.1.7 Hydroxyapatit biến tính (HAp-bt) 11

1.2 Poly (axit lactic) (PLA) 12

1.3 Vật liệu compozit trên cơ sở PLA và HAp 15

1.3.1 Vật liệu compozit PLA/HAp 15

1.3.2 Các phương pháp tổng hợp 16

1.3.3 Hoạt tính sinh học của vật liệu nanocompozit PLA/HAp 22

1.3.4 Ứng dụng của vật liệu nanocompozit PLA/HAp 24

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 26

2.1 Hóa chất và điều kiện thực nghiệm 26

2.1.1 Hóa chất 26

2.1.2 Tổng hợp HAp, HAp biến tính (HAp- bt) và HAp pha tạp-biến tính (HAp-ptbt) 26

2.1.3 Tổng hợp vật liệu nanocompozit PLA/HAp và PLA/HAp pha tạp – biến tính 29

2.2.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 31

2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning Electronic Microscopy) 32

2.2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 33

2.2.4 Đo độ bền kéo đứt, modun đàn hồi 34

2.2.5 Xác định độ xốp bằng phương pháp Acsimet 34

2.2.6 Phương pháp đo góc tiếp xúc 35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nanocompozit PLA/HAp chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy 36

3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần PLA/HAp 36

3.1.2 Ảnh hưởng của chất tương hợp 40

3.1.3 Vật liệu nanocompozit PLA/HAp-ptbt 43

3.1.4 Ảnh hưởng của chất tạo xốp 45

3.2 Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nanocompozit PLA/HAp chế tạo bằng phương pháp dung dịch 48

3.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần PLA/HAp 48

3.2.2 Ảnh hưởng của chất tạo xốp 50

3.3 Thử nghiệm khả năng tương thích sinh học của vật liệu PLA và nanocompozit PLA/HAp trong môi trường dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người SBF 55

3.3.1 Sự biến đổi pH của dung dịch ngâm và khối lượng mẫu 55

3.3.2 Hình thái bề mặt của vật liệu sau khi ngâm trong dung dịch SBF 58

3.3.3 Thành phần pha của mẫu D và E trước và sau khi ngâm trong SBF .61

PHẦN 3: KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang nghiêncứu sử dụng rất nhiều loại vật liệu sinh học dùng để cấy ghép xương Nhữngvật liệu này có thể được chế tạo trên cơ sở những nguồn nguyên liệu thiênnhiên (như san hô, ngà voi, ) hay tổng hợp nhân tạo (như gốm sứ, thủy tinhsinh học, kim loại, xi măng xương poly (methyl methacrylat), sợi cacbon, ).Trong số đó, vật liệu tổ hợp trên cơ sở polyme có khả năng tự phân hủy sinhhọc như poly (axit lactic), chitosan, poly (axit glycolic), poly caprolacton, làhướng nghiên cứu đang rất được quan tâm

Trong những năm gần đây, poly (axit lactic) (PLA) được ứng dụngchủ yếu trong lĩnh vực y-sinh với nhu cầu lớn và rất đa dạng như: vật liệu gắnkết xương, cấy ghép mô, chỉnh dây chằng, nối gân, vật liệu thay thủy tinh thể,vật liệu làm chỉ khâu tự tiêu và vật liệu tạo hệ giải phóng thuốc do nó cónhiều tính năng cơ lý ưu việt hơn hẳn các polyme phân hủy sinh học khác,như độ kết tinh, độ bền cơ lý cao Tuy nhiên, PLA có một số nhược điểm nhưgiòn, có độ dãn dài khi đứt thấp, dễ bị thủy phân, quy trình điều chế phức tạp

và giá thành cao đã hạn chế khả năng sử dụng của nó [1, 10, 22]

Trong các muối canxiphotphat, canxi hydroxyapatit (hay còn gọi làhydroxyapatit- HAp) có công thức hóa học Ca10(PO4)6(OH)2 hoặc ở dạng rútgọn Ca5(PO4)3(OH) là thành phần chính của xương và răng (thành phầnxương chiếm 67% HAp, 10% nước và phần còn lại là các chất hữu cơ) HAp

có tính tương thích sinh học tuyệt vời vì có khả năng tái sinh xương nhanh, cóthể tạo liên kết trực tiếp với xương non mà không cần có mô, cơ trung gian,tác động tốt lên sự phát triển bên trong của xương mà không làm đứt gãy hayphân hủy xương [4, 5, 9, 62] Tuy nhiên, nhược điểm của gốm HAp là có độbền cơ học thấp, do vậy người ta phải gắn nó lên vật liệu nền là kim loại hoặc

hợp kim Một giải pháp khác là tạo ra một tổ hợp compozit bằng cách phântán HAp bột vào các polyme sinh học như collagen, chitosan, xenluloza,PLA… Vật liệu ở dạng này được sử dụng làm các chi tiết cấy ghép xươngchất 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 giacông, chế tạo các chi tiết dễ dàng hơn Mặt khác, các polyme này còn có khảnăng liên kết với các tế bào sinh học thông qua các nhóm chức của mình Đâycũng là ưu điểm vượt trội của vật liệu compozit chứa HAp [51, 69].

Tận dụng những ưu điểm và khắc phục những nhược điểm của PLA

và HAp, vật liệu nanocompozit PLA/HAp là một ứng cử viên tiềm năng chovật liệu y - sinh, đặc biệt trong lĩnh vực cấy ghép xương

Có nhiều phương pháp để tổng hợp vật liệu nanocompozit PLA/HApnhư phương pháp dung dịch, phuơng pháp vi nhũ, phương pháp ngâm/nhúng,phương pháp trộn nóng chảy, phương pháp quay điện (electrospinning), [17,

28, 68] Ngoài ra, do về bản chất hoá học, HAp và PLA khác nhau vì vậy cácchất tương hợp như polycaprolacton, poly (etylen glycol) hay poly (etylenoxit) thường được sử dụng trong quá trình chế tạo vật liệu nanocompozitPLA/HAp để tăng sự tương thích giữa HAp và PLA và độ bền của vật liệu[21, 24]

Những năm gần đây, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiêncứu chế tạo vật liệu nanocompozit polyme/HAp trong đó có vật liệunanocompozit PLA/HAp Tuy nhiên, tại Việt Nam các công trình nghiên cứuchủ yếu đề cập tới các phương pháp chế tạo PLA, HAp và bước đầu ứng dụngHAp làm thực phẩm chức năng Mới chỉ có một số nghiên cứu cơ bản về vậtliệu tổ hợp trên cơ sở PLA, HAp Chưa có công trình nghiên cứu sử dụng cácchất phụ gia như chất hóa dẻo, chất tương hợp để tăng cường tương tác và

phân tán nano HAp vào PLA, nâng cao tính chất và định hướng ứng dụng vậtliệu nanocompozit PLA/HAp trong lĩnh vực cấy ghép xương

Chính vì vậy em lựa chọn đề tài: ''Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nanocompozit PLA/HAp, ứng dụng trong cấy ghép xương'' với

mong muốn nghiên cứu lựa chọn điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệunanocompozit PLA/HAp, đáp ứng yêu cầu làm vật liệu cấy ghép xương trongngành phẫu thuật chỉnh hình

2 Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Khảo sát các điều kiện thực nghiệm như: tỷ lệ thành phần của HAp,HAp pha tạp- biến tính; bản chất và hàm lượng chất tạo xốp; bản chất và hàmlượng chất tương hợp/chất hóa dẻo đến các đặc trưng, tính chất của vật liệunanocompozit PLA/HAp, PLA/HAp pha tạp- biến tính được tổng hợp bằnghai phương pháp dung dịch và trộn nóng chảy Thử nghiệm các vật liệu tổnghợp được trong môi trường dung dịch mô phỏng cơ thể người SBF để đánhgiá khả năng tương thích sinh học của vật liệu

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả của đề tài sẽ có đóng góp quan trọng vào lĩnh vực nghiên cứuvật liệu nanocompozit trên cơ sở polyme nguồn gốc thiên nhiên là PLA vàHAp định hướng ứng dụng trong cấy ghép xương, trong đó giải quyết các vấn

đề về khả năng phân tán, bám dính giữa các pha có bản chất khác nhau (phaphân tán là nanoHAp và pha liên tục PLA), vai trò của biến tính nanoHAp,bản chất và hàm lượng của chất tương hợp, bản chất và hàm lượng chất tạoxốp, khả năng tương thích sinh học của vật liệu nanocompozit PLA/HAp Từ

đó, góp phần tạo ra một loại vật liệu mới có tính tương thích sinh học cao đảmbảo yêu cầu kỹ thuật của lĩnh vực cấy ghép xương nhân tạo với giá thành hạhơn so với các sản phẩm nhập ngoại

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích hình thái bằng kính hiển vi điện tử quét: xácđịnh hình thái của vật liệu tổng hợp trên thiết bị SEM S4800 của hãng Hitachitại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương

- Phương pháp nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc pha của vật liệu PLA/HAp được thực hiện trên máy nhiễu xạ Siemens D5005 Bruker – Germanycủa Viện Khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ ViệtNam

- Độ bền kéo đứt và modun đàn hồi của vật liệu PLA/HAp được thựchiện trên máy Instron 1121 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn Lâm Khoahọc và Công nghệ Việt Nam

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hydroxyapatit

1.1.1 Tính chất vật lý

Hydroxyapatit (HAp) với công thức Ca10(PO4)6(OH)2 tồn tại ở trạngthái tinh thể, có màu trắng, trắng ngà, vàng, nâu hoặc xanh lơ…[64], nóngchảy ở nhiệt độ 1760oC và sôi ở nhiệt độ 2850oC Ở 25oC, khả năng hoà tantrong 1000g nước của HAp là 0,7g (0,7g/l), khối lượng phân tử là 1004,6 vàkhối lượng riêng là 3,156g/ml, độ cứng theo thang Mohs bằng 5 [45]

Cấu trúc mạng của HAp bao gồm các ion Ca2+, PO43- và OH- và chúngđược sắp xếp trong các ô đơn vị như trong hình dưới đây Đây là cấu trúcthường gặp của HAp nhân tạo và HAp tự nhiên trong xương và răng [53]

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của phân tử HAp [31]

HAp có một số tính chất hoá học sau đây:

- HAp không phản ứng với kiềm, phản ứng với axit tạo thành các muốicanxi và nước:

Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl → 3Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2H2O (1.1)

- HAp tương đối bền nhiệt, bị phân huỷ chậm trong khoảng nhiệt độ từ

800oC đến 1200oC tạo thành oxy-hydroxyapatit theo phản ứng [65]:

Ca10(PO4)6(OH)2 → Ca10-x(PO4)6(OH)2-4xOx + 2xH2O + xCaO (1.2)

- Ở nhiệt độ lớn hơn 1200oC, HAp bị phân huỷ thành các chất kháctrong nhóm canxi photphat tuỳ theo điều kiện Ví dụ tạo thành β-Ca3(PO4)2hay tetra canxi photphat Ca4P2O9 như các phương trình sau:

Ca10(PO4)6(OH)2 → 2β-Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + 2H2O (1.3)

Ca10(PO4)6(OH)2 → 3β-Ca3(PO4)2 + CaO + H2O (1.4)

- Không có tính bền cơ lý đủ để thay thế, cấy ghép hoàn toàn chonhững vùng xương chịu tải nặng của cơ thể

- Có khả năng kết hợp với cấu trúc xương và tác động tốt đến sự pháttriển bên trong của xương mà không làm đứt gãy hay phân hủy xương

1.1.3 Tính chất sinh học

Xương là bộ phận quan trọng nhất của cơ thể với thành phần chính làHAp chiếm 67%, 10% là nước và phần còn lại là các chất hữu cơ Các đặc

trưng sinh học và cấu trúc của xương rất đa dạng Về mặt sinh học, nó hoạtđộng như một bể chứa canxi đồng thời là nơi sản sinh ra các tế bào máu Vềmặt cấu trúc, xương tạo khung cho cơ thể HAp đóng vai trò quan trọng về cảmặt sinh học và cấu trúc của xương

Do có cùng bản chất và thành phần hóa học, HAp tự nhiên và nhântạo đều là vật liệu có tính tương thích sinh học cao Ở dạng bột mịn kíchthước nano là những dạng canxi photphat dễ được cơ thể hấp thụ nhất với tỷ

lệ Ca/P trong phân tử đúng như tỷ lệ trong xương và răng Ở dạng này, HApđược hấp thụ rất nhanh qua niêm mạc lưỡi và thực quản nên ít chịu ảnh hưởngcủa dung dịch axit có trong dạ dày Ở dạng màng và dạng xốp, HAp có thànhphần hóa học và các đặc tính giống xương tự nhiên, các lỗ xốp liên thông vớinhau làm cho các mô sợi, mạch máu dễ dàng xâm nhập Chính vì vậy mà vậtliệu này có độ tương thích sinh học cao với các tế bào và mô, có tính dẫnxương tốt, tạo liên kết trực tiếp với xương non mà không cần mô, cơ trunggian, dẫn đến sự tái tạo xương nhanh mà không bị cơ thể đào thải Ngoài ra,HAp là hợp chất không gây độc, không gây dị ứng cho cơ thể người và có khảnăng chống lại sự tấn công của vi khuẩn [4, 5, 9, 39, 62]

Nhờ những ưu việt kể trên, vật liệu HAp ngày càng được nghiên cứusâu rộng và ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực y dược

1.1.4 Các phương pháp tổng hợp bột HAp

Những năm gần đây, xu hướng nghiên cứu về hydroxyapatit, đặc biệt

là vật liệu nano hydroxyapatit dạng bột ngày càng được nhiều nhà khoa họcnghiên cứu sâu hơn Các nghiên cứu tập trung vào tổng hợp HAp ở dạng bộtmịn và siêu mịn bằng nhiều phương pháp khác nhau và khảo sát các đặc tính

để nâng cao khả năng ứng dụng của chúng

Có nhiều phương pháp để tổng hợp bột HAp, tuỳ vào các mục đíchkhác nhau và điều kiện phản ứng có thể phân chia thành các phương pháp

tổng hợp sau: phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp sol-gel hay phươngpháp kết tinh từ dung dịch bão hoà, phương pháp siêu âm hoá học, phươngpháp phun sấy và phương pháp hoá cơ [2, 9] Trong đó, phương pháp kết tủahóa học được sử dụng rộng rãi để tổng hợp HAp và HAp pha tạp do có những

ưu điểm như: thiết bị đơn giản, tạo ra được lượng sản phẩm lớn với chi phíthấp Vì vậy, trong luận văn này em đã lựa chọn phương pháp tổng hợp bộtHAp và HAp pha tạp các cation Zn2+, Mg2+, với kích thước nano bằng phươngpháp kết tủa hóa học

* Phương pháp kết tủa hóa học:

Đây là một trong những phương pháp cơ bản để tổng hợp HAp dựavào kết tủa từ dung dịch [6] Phương pháp này được Hayek và Stadlman [61]

sử dụng rộng rãi vì cách tiến hành đơn giản đồng thời cho một lượng mẫu lớncùng độ tinh khiết cao Phương pháp dựa trên phương trình sau:

10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH4OH = Ca10(PO4)6(OH)2 + 6H2O +20NH4NO3 (1.5)

Đầu tiên dung dịch có chứa (NH4)2HPO4 được điều chỉnh ở pH ≥10bằng dung dịch NH3, sau đó cho vào dung dịch Ca(NO3)2 cũng được điềuchỉnh ở pH ≥10, sau khi phản ứng đạt cân bằng thu được mẫu HAp Dựa vàohằng số phân ly của axit H3PO4 thấy rằng chỉ có ion HPO42- bị ảnh hưởng ở

pH trên, vì vậy có thể tránh được sự đồng kết tủa của muối canxi photphat.Muối amoni bị thăng hoa khi nung sản phẩm ở nhiệt độ 250˚C

Sản phẩm phụ của phản ứng phụ thuộc vào pH của môi trường tổnghợp, tỉ lệ dư của một trong hai cấu tử, nhiệt độ khi tổng hợp và điều kiện ổnđịnh pha tinh thể

Hệ tạo được sản phẩm với tỉ lệ HAp ≥ 93%, phần trăm còn lại chủ yếu

là tricanxi photphat (TCP), phần rất nhỏ < 0,1% là các sản phẩm phụ như làcác tạp chất

1.1.5 Vai trò của các ion pha tạp trong bột hydroxyapatit

HAp có mặt trong mô sinh học của xương, ngà răng, men răng, sự hóavôi răng, sỏi thận, mảng xơ vữa động mạch, [25] Các tinh thể xương đượchình thành trong một môi trường sinh học thông qua quá trình khoáng hóasinh học và có kích thước nano Thêm vào đó, khoáng chất xương cũng chứacác ion dạng vết như Na+, Mg2+, K+, Zn2+, đóng vai trò quan trọng HAptổng hợp có cấu trúc và đặc tính sinh học tương tự như HAp tự nhiên [52].Tuy nhiên, HAp tổng hợp có độ hòa tan tương đối cao trong môi trường sinh

lý và tính chất cơ lý kém [58] Để cải thiện nhược điểm này, các nhà khoa học

đã nghiên cứu thay thế các nguyên tử trong apatit bằng cách pha tạp cáccation kim loại: Mg2+, Zn2+, Al3+, Ag+, Mn2+, Các cation này khi được phatạp vào đã thay thế Ca2+ trong cấu trúc HAp làm giảm độ hòa tan, tăng hoạttính sinh học và tăng độ bền cơ lý, đồng thời dẫn đến tinh thể HAp pha tạpcác cation này có cấu trúc đơn pha và kết tinh, kích thước tinh thể khác nhautùy thuộc vào bán kính của cation [14, 25, 52, 58] Có thể nói, ghép xươngbằng nano HAp pha tạp các nguyên tố vi lượng sẽ có những đặc tính sinh học

và cơ học tương tự với xương tự nhiên [52] Chính vì vậy, trong luận văn này

em đã tổng hợp HAp pha tạp các nguyên tố Mg và Zn

Kẽm là kim loại dạng vết có khối lượng nhiều nhất trong khoángxương, là nguyên tố thiết yếu trong sự kích thích hình thành xương, thúc đẩyquá trình trao đổi chất trong xương và tăng trưởng, tăng mật độ xương, hạnchế sự mất xương Ngoài ra kẽm cũng là một chất khoáng thiết yếu cho sinhvật Kẽm có vai trò tích cực trong thay đổi hình thái cấu trúc và sự kết tinhcủa tinh thể HAp Kẽm là một ion kim loại đơn giản có ảnh hưởng nhất trongviệc hạn chế sự phát triển tinh thể HAp, kẽm có thể đi vào mạng tinh thể HApbằng cách tổng hợp trực tiếp trong điều kiện đơn giản Sự thay thế ion Ca2+bởi Zn2+ có thể lên tới 20% trong khi cấu trúc pha của hydroxyapatit khôngthay đổi Mặt khác khi thay thế kẽm vào tinh thể HAp sẽ làm tăng diện tích bềmặt riêng và tăng khả năng hấp phụ cho HAp [29, 52]

Magie cũng là một nguyên tố dạng vết rất quan trọng trong cơ thể conngười, và nó là tác nhân bảo vệ tim mạch Nhiều nghiên cứu mới đây chỉ rarằng, magiê đóng vai trò quan trọng trong hoạt động chống lại các hiện tượngliên quan đến lão hóa Các nghiên cứu cho thấy, pha tạp với nồng độ thấp của

Mg không ảnh hưởng đáng kể đến hình thái HAp, ngoài ra còn giúp cải thiện

độ bám dính nguyên bào xương so với HAp tinh khiết Tuy nhiên, khi tănghàm lượng Mg thay thế cho Ca trong hydroxyapatit thì magie ảnh hưởng lớnđến độ kết tinh, hình thái, kích thước tinh thể và sự ổn định nhiệt của HAp.HAp không pha tạp trong cùng điều kiện tổng hợp thì kết tinh thành tinh thể

ổn định Với sự gia tăng hàm lượng Mg, kích thước tinh thể giảm, điều đóchứng tỏ Mg làm mất ổn định cấu trúc hydroxyapatit Đồng thời, độ ổn địnhnhiệt của HAp pha tạp Mg giảm đáng kể so với HAp tinh khiết Ngoài ra, độxốp của chúng tăng lên do đó HAp pha tạp Mg có tính tan lớn hơn và diệntích bề mặt riêng cao hơn so với HAp [35, 52]

1.1.6 Ứng dụng của HAp

Vật liệu HAp có tính tương thích sinh học tuyệt vời nên trong lĩnh vực

y dược nó thường có những ứng dụng sau: i) dạng bột được đưa vào thuốc vàcác sản phẩm chức năng để bổ sung canxi; ii) dạng gốm dùng để nối xương,chỉnh hình hoặc chữa xương; iii) dạng màng phủ trên kim loại và hợp kim có

độ bền ăn mòn và độ bền cơ học cao (thép không gỉ 316L, titan, TiN,Ti6Al4V) dùng để làm nẹp vít xương; iv) dạng compozit dùng để làm thẳngxương, làm kẹp nối và có thể làm chất mang thuốc [26, 49, 66]

Để cải thiện nhược điểm của HAp đã có nhiều nghiên cứu đưa HApvào nền các polyme có khả năng phân hủy sinh học như chitosan, polycaprolacton, poly (axit lactic)… nhằm tạo ra vật liệu nanocompozit đáp ứngđược yêu cầu làm vật liệu cấy ghép xương có khả năng tự phân hủy trong cơthể hay còn gọi là vật liệu tự tiêu nhằm phục vụ cho ngành phẫu thuật vàchỉnh hình xương

1.1.7 Hydroxyapatit biến tính (HAp-bt)

Để ghép HAp với các polyme thì có một khó khăn đặt ra đó là HAp

và các polyme rất khác nhau về bản chất, công thức cấu tạo cũng như đặc tính

kỵ nước nên dẫn tới hạn chế trong khả năng bám dính giữa bề mặt HAp vàpha nền polyme Sau khi được cấy ghép vào cơ thể người, lớp bề mặt chunggiữa pha nền và pha tăng cường bị phá hủy đầu tiên, do đó các hạt HAp có thể

dễ dàng rời ra khỏi pha nền hữu cơ, kết quả giảm mạnh đặc tính cơ học trongmột thời gian rất ngắn Do vậy, việc tăng cường, cải thiện khả năng bám dính

bề mặt giữa các hạt HAp và pha nền polyme đã trở thành chìa khóa kỹ thuậttrong việc tổng hợp compozit HAp/polyme Để đáp ứng được yêu cầu này,HAp đã được biến tính với nhiều chất khác nhau như chitosan, silica và axitlactic (LA), poly (etylen glycol), iso cyanat, đođecyl alcohol, Các nghiêncứu đều chỉ ra rằng hiệu suất ghép của HAp biến tính cao hơn nhiều so vớiHAp không biến tính và đặc biệt tính chất cơ lý của vật liệu compozit HAp-polyme được nâng lên rõ rệt đáp ứng được yêu cầu làm nẹp vít xương chấtlượng cao cho những vùng xương chịu tải trọng nặng [23, 34, 67, 70]

Lê Anh Tuấn và các cộng sự đã biến tính thành công HAp với LAtrong dung môi tetrahydrofuran (THF) Kết quả thu được HAp-bt có khả năngghép với các polyme cao hơn HAp [11]

Trước khi tiến hành tổng hợp vật liệu nanocompozit PLA/HAp, đểtăng khả năng tương tác của PLA và HAp, LA được ghép lên HAp để tạothành HAp–biến tính (HAp–bt) Trong phương pháp này, HAp–bt được tạo ra

là nhờ các nhóm OH trên bề mặt của các hạt nano HAp tạo liên kết hóa họcđược với oligome Lactic với một phân tử khối nhất định được tổng hợp trựctiếp bằng con đường trùng hợp axit L- lactic Sau đó, HAp–bt được pha trộnvới PLLA Bằng cách này, các hạt HAp–bt có thể dễ dàng phân tán trong phanền PLLA và được gắn chặt với các chuỗi phân tử của pha nền PLLA Do đó,những đặc tính cơ học có thể được cải thiện [8]

1.2 Poly (axit lactic) (PLA)

PLA là một polyeste tổng hợp từ monome axit lactic Nó là một trongcác polyme sinh học được sản xuất từ các loại bột ngô, lúa mì, khoai tây Monome ban đầu của PLA là axit lactic được tạo thành khi vi khuẩn sử dụngtinh bột làm thức ăn Axit lactic có 2 dạng đồng phân có hoạt tính quang học

là L (+) axit lactic (PLLA) và D (-) axit lactic (PDLA) PLLA có độ kết tinhcao, còn PDLA tồn tại chủ yếu dưới dạng vô định hình [7]

Hình 1.3 Hai dạng cấu hình của LA

Do axit lactic tồn tại ở 2 dạng đồng phân không gian nên poly (axitlactic) tạo thành sẽ có 3 dạng cấu hình: D,D-lactic (gọi là D-lactic), L,L-lactic (L-lactic) và L,D- lactic hoặc D,L- lactic (meso-lactic) (trong đó, D vàL-lactic có hoạt tính quang học nhưng meso thì không nên PLA có nhiều loạikhác nhau) Nói chung PLA thương mại thường là copolyme của L-lactic vàD-lactic Để ứng dụng trong lĩnh vực y sinh người ta thường sử dụng cấu hìnhdạng L (PLLA) vì nó có cấu trúc tinh thể nên có khả năng tương thích sinhhọc với cơ thể người tốt hơn [1, 41]

PLA là polyme có nhiều tính chất tốt như dễ gia công, khả năngtương hợp tốt và có khả năng phân huỷ sinh học Tốc độ phân huỷ, tính chất

cơ lý thay đổi trong khoảng rộng phụ thuộc vào khối lượng phân tử (KLPT),thành phần và cấu trúc kết tinh của PLA Hàm lượng D- lactic có trong PLAđược dùng để điều chỉnh độ kết tinh và tính chất của PLA thu được [54, 55]

PLA là nhựa ở dạng hạt có màu trắng đục, cứng Tỷ trọng của PLLA là1,25–1,29 g/cm3 và PDLLA là 1,27 g/cm3 Khi tăng hàm lượng tinh thể, độbền của PLA tăng lên PLA thu được bằng trùng ngưng axit lactic có KLPTthấp và chứa nhiều nhóm –COOH và – OH cuối mạch nên chúng có thểtham gia phản ứng với các monome hay polyme chứa nhóm chức cuối mạchnhư các nhóm cacboxyl, hyđroxyl, amino, anhyđrit axit Kết quả là PLAđược nối dài thêm, KLPT tăng

Tính chất nhiệt của PLA phụ thuộc nhiều vào cấu trúc lập thể [38].PLA nóng chảy ở 130 - 215oC PLLA có Tm ở 170–183oC Độ bền nhiệt củaPLA giảm nhanh trong điều kiện nhiệt độ và hơi ẩm cao

Độ tan của PLA phụ thuộc vào KLPT, độ kết tinh PLA tan trong cácdung môi clorua hay florua hữu cơ, đioxan, furan, axeton, pyridin, etyl lactat,tetrahydrofuran, xylen, etylaxetat, dimetylsulfoxit, N,N-dimetylfocmamit vàmetyl etyl xeton Nó không tan trong nước, rượu (metanol, etanol, propylenglycol) và hydrocarbon chưa thế (hexan, heptan) [22]

PLA là một polyme bán tinh thể, có cơ tính cao như các nhựa nhiệtdẻo thông dụng Nó có độ cứng cao, dễ tạo thành nếp khi gấp, độ bền màimòn cơ học cao, modul lớn, độ bền kéo đứt lớn nhưng khả năng dãn dài kém

và độ mềm dẻo không cao so với poly etylen (PE) hay poly propylen (PP) Đểtăng khả năng mềm dẻo của PLA, người ta thường đưa vào chất hóa dẻo nhưpoly (etylen glycol) (PEG), poly (etylen oxit) (PEO), poly caprolacton (PCL)

… Tính chất cơ học của PLA có thể thay đổi trong phạm vi rộng từ mềm, dãndẻo tới cứng và nhựa có độ bền kéo cao, phụ thuộc vào thành phần và KLPTcủa PLA Khi KLPT tăng, cơ tính PLA tăng [30]

PLA chống thấm khí khá tốt Khả năng thấm khí của PLA với N2, O2

và CO2 thấp hơn nhiều so với PE Do đó, PLA che chắn không khí tốt hơn PEnhiều Ngoài ra, PLA giữ mùi hương tốt, cách nhiệt tốt, độ bóng và trong cao,trơ với chất béo [48] PLA có khả năng chống cháy, chống bức xạ tử ngoại, ít

bị phai màu [42] Nó dễ nhuộm màu với tỷ lệ chất màu rất nhỏ

PLA là một polyeste nên dễ bị thủy phân Tác nhân thúc đẩy thuỷphân PLA là nhiệt độ, độ ẩm và các chất xúc tác như axit, bazơ và enzym của

vi sinh vật Hai yếu tố ảnh hưởng chính đến thủy phân của PLA là sự thấmnước và cơ chế tự xúc tác [22] PLA có các nhóm axit cacboxylic cuối mạch

có thể xúc tác thủy phân PLA xảy ra nhanh hơn [19] Cơ chế tự xúc tác thểhiện rõ khi ngâm mẫu PLA trong dung dịch đệm có pH = 7,4 ở 37°C Cácphản ứng thủy phân PLA tự xúc tác diễn ra như sau:

(1.6)

(1.7)

PLA dễ bị phân huỷ nhanh ở môi trường có độ ẩm cao và nhiệt độ cao(55 - 70°C) Độ bền của PLA phụ thuộc KLPT và hàm lượng tinh thể PLA cóKLPT càng thấp càng dễ bị phân huỷ Quá trình thủy phân enzym và phânhủy của PLA trong các môi trường chứa vi sinh cũng chịu ảnh hưởng lớn bởiKLPT và độ kết tinh của PLA ban đầu [46] KLPT của PLLA càng nhỏ thì tốc

độ phân hủy sinh học càng lớn

Ngoài nhược điểm là dễ bị thủy phân, PLA còn có một số nhược điểmkhác như giòn, độ dãn dài khi đứt thấp, quy trình điều chế phức tạp và giáthành cao đã hạn chế khả năng sử dụng của nó Để khắc phục được các nhượcđiểm này, PLA đã được trộn hợp với các polyme khác hay với các chất độnbằng nhiều phương pháp khác nhau để tạo ra các polyme blend và compozit

có tính chất như mong muốn, đáp ứng yêu cầu sử dụng [1]

PLA như một polyme đa năng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực,trong đó có lĩnh vực y tế PLA dùng làm vỏ bọc của viên thuốc, môi trườngnuôi cầu khuẩn, tạo gel nước, làm chỉ khâu vết thương, mô tế bào… Một số

đồ dùng y tế cũng làm từ polyme này Sau thời gian sử dụng nhất định trong

cơ thể con người, chúng phân hủy và không gây độc hại trong cơ thể Ngoài

ra, PLA còn có khả năng khử trùng hiệu quả và tương đối ổn định trong điềukiện nhiệt độ khác nhau Do độ bền kéo khá cao và tỷ trọng khá nhẹ so vớikim loại nên PLA được dùng làm nẹp đỡ trong phẫu thuật chỉnh hình PLAcòn có khả năng khống chế tỷ lệ giải phóng các chất gây mê trong y dượctheo yêu cầu sử dụng Thông thường, một lượng nhỏ PLA được đưa vào cơthể người có tác dụng làm chậm quá trình giải phóng, kéo dài tác dụng củathuốc trong một thời gian dài [16]

1.3 Vật liệu compozit trên cơ sở PLA và HAp

1.3.1 Vật liệu compozit PLA/HAp

Vật liệu compozit là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khácnhau tạo nên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn vật liệu ban đầu Nhìn chung,mỗi vật liệu compozit gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trongmột pha liên tục duy nhất Pha liên tục gọi là vật liệu nền, thường làm nhiệm

vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệutăng cường được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn,chống xước [44]

Như đã trình bày ở trên, PLA là một polyme có nhiều tính chất tốt, dễgia công, có độ bền cơ lý cao, có khả năng tương hợp và phân huỷ sinh học.Tuy nhiên, PLA có một số nhược điểm như giòn, có độ dãn dài thấp, dễ bịthủy phân, HAp là thành phần chính của xương, có tính tương thích sinhhọc tuyệt vời nhưng lại có nhược điểm là có độ bền cơ học thấp Khắc phụcnhững nhược điểm và phát huy những ưu điểm của PLA và HAp, vật liệunanocompozit PLA/HAp là một ứng cử viên tiềm năng cho vật liệu y - sinh,đặc biệt trong lĩnh vực cấy ghép xương với những yêu cầu cần đạt được là cótính tương hợp và phân hủy sinh học, có độ bền cơ lý cao đủ để cấy ghép hoặc

thay thế những vùng xương chịu tải nặng Ở đây, PLA có vai trò như một chấtmang (pha liên tục), còn HAp đóng vai trò như một pha gián đoạn trên nềnchất mang PLA trong vật liệu compozit

Liên kết hydro giữa nguyên tử oxy của nhóm -COO trong PLA vớinhóm –OH của HAp được thể hiện bằng vạch nét đứt trong hình mô phỏngdưới đây [33]

Hình 1.4 Hình ảnh liên kết của HAp và PLA (nét đứt)

1.3.2 Các phương pháp tổng hợp

Hiện nay có rất nhiều phương pháp để tổng hợp vật liệu nanocompozitPLA/HAp như phương pháp dung dịch, phương pháp nhũ tương, phương pháptrộn nóng chảy, phương pháp phun điện (electrospinning), phương pháp thiêu kết

1.3.2.1 Phương pháp nhũ tương

Một trong những khó khăn khi tổng hợp vật liệu nanocompozitPLA/HAp là khả năng tương hợp của PLA và HAp do bản chất hoá học khácnhau của chúng Phương pháp tổng hợp nhũ tương in situ là phương pháp màHAp được tổng hợp song song và đồng thời với quá trình tổng hợp compozit.Bằng phương pháp này không những có thể tăng khả năng tiếp xúc giữa PLA vàHAp mà còn có thể kiểm soát được kích thước, hình thái cấu trúc của vật liệu tạo

thành [28, 50, 56] Phương pháp này được Kobubo và các cộng sự đưa ra lầnđầu tiên vào năm 1990 [20, 60] Gần đây, phương pháp này đã trở thành mộttrong những phương pháp mới để tổng hợp compozit PLA/nano HAp Cơ chếtổng hợp bằng phương pháp này là một quá trình phức tạp, có thể kiểm soátđược sự phát triển hay còn gọi là sự mầm hoá của HAp trong PLA

Zhang và các cộng sự đã tổng hợp nanocopozit PLA/HAp bằng phươngpháp nhũ tương dầu – nước Nguyên liệu được sử dụng để tổng hợp HAp làCa(OH)2 và H3PO4 Phổ hồng ngoại, Xray và SEM được nghiên cứu để khảosát ảnh hưởng của tỷ lệ PLA/HAp Với hàm lượng 20% HAp vật liệu thuđược có thể sử dụng trong lĩnh vực y sinh [70]

Fukue Nagata và cộng sự đã tổng hợp PLA/HAp bằng phương pháp vinhũ sử dụng nhũ tương dầu - nước Hình thái bề mặt của vật liệu đã đượcquan sát bằng ảnh SEM Các kết quả phân tích ảnh SEM, phổ FT-IR, phântích phổ nhiễu xạ tia X, năng lượng tán xạ tia X cho thấy nồng độ dung dịchCa(CH3COO)2 và (NH4)2HPO4 ảnh hưởng đến pha tinh thể và các liên kết của

vi cầu PLA/HAp [28]

1.3.2.2 Phương pháp thiêu kết

Năm 2008, Ting Tian và cộng sự người Trung Quốc đã chế tạo vậtliệu nanocompozit PLA/d-HAp bằng phương pháp ngâm/nhúng HAp đã thiêukết vào dung dịch của PLA trong dung môi clorofom và dùng kỹ thuật ly tâm

để loại bỏ dung dịch PLA không tham gia vào vật liệu compozit [59] ẢnhSEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/HAp cho thấy có một lớp mỏngpolyme phát triển trên các khung HAp với các cấu trúc lỗ xốp của HAp đãthiêu kết không thay đổi (hình 1.5)

Hình 1.5 Ảnh SEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/nano HAp với các

độ phóng đại khác nhau

1.3.2.3 Phương pháp electrospinning

Gần đây phương pháp chế tạo vật liệu nanocompozit PLA/HAp có sự

hỗ trợ của phun sợi điện/phun sợi sử dụng điện áp cao (electrospinning) đãđược các chuyên gia trên thế giới quan tâm sử dụng [12, 15, 27]

F Peng và cộng sự đã chế tạo sợi vật liệu compozit PLLA/HAp (80/20phần trăm khối lượng) bằng phương pháp phun sợi điện Đầu tiên, PLLAđược hòa tan trong hỗn hợp dung môi điclorometan/đimetylformamit 50/50theo thể tích để thu được nồng độ 12 % và bột HAp được phân tán trongDMF bằng siêu âm, sau đó trộn với dung dịch PLLA nêu trên Nhỏ từng giọtPLLA/HAp vào xy lanh chất dẻo nối với ống mao quản thép không gỉ với tốc

độ 2ml/giờ được điều khiển bằng bơm vi khuếch tán Một nguồn điện áp caoxoay chiều được kết nối với ống mao quản để tạo điện trường cao 2 kV/cmgiữa ống mao quản và bộ phận thu sợi (khoảng cách 10 cm) Bộ phận thu sợihay cực thu sợi là một tấm được làm từ phoi nhôm Nó giúp thu được sợiphun có cấu trúc sợi ngẫu nhiên Để thu được sợi phun có cấu trúc thẳng hàngngười ta sử dụng một cái trống bọc phoi nhôm quay với tốc độ 800 m/phút.Sợi vật liệu compozit PLLA/HAp được sấy chân không ở nhiệt độ phòng

trong 72 giờ để ổn định tính chất và cấu trúc Kết quả phân tích hình thái cấutrúc của vật liệu compozit PLLA/HAp cho thấy cả HAp kích thước nano vàHAp kích thước micro đều phân tán khá đồng nhất trong nền sợi PLLA và cáchạt HAp định hướng dọc theo sợi PLLA [27]

1.3.2.4 Phương pháp dung dịch

Phương pháp dung dịch là phương pháp mà PLA và HAp dưới dạng bộtđều đã được hòa tan và khuyếch tán trong cùng loại dung môi Hai hỗn hợp nàyđược trộn với nhau trong một khoảng thời gian nhất định và sau đó dung môi sẽđược loại bỏ bằng phương pháp bay hơi Xianmo Deng cùng các cộng sự đãtổng hợp nanocompozit PLA/d-HAp bằng phương pháp dung dịch Các dungmôi được sử dụng là clorofom, điclorometan (DCM), benzen vàđimetylformamit (DMF) Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi cho thấy,dung môi có độ phân cực càng lớn thì độ phân tán của HAp càng cao [68]

Nenasd Ignjatovic và các cộng sự cũng đã tổng hợp nanocompozitPLLA/HAp bằng phương pháp dung dịch Dung môi được sử dụng làclorofom ở 200C trong 60 phút Kết quả thu được vật liệu nanocompozitPLLA/HAp có độ tinh khiết cao nhờ vào việc loại bỏ clorofom rất dễ dàng.Vật liệu thu được có độ xốp lớn nhất là 0,4%, độ bền kéo cao nhất là 93,2MPA và modun đàn hồi là 2,43 GPa [47]

J He và các cộng sự đã chế tạo vật liệu compozit PLLA/HAp bằngcách phân tán hạt nano HAp thương mại trong cloroform nhờ khuấy từ vàkhuấy siêu âm Với vật liệu compozit PLLA/HAp-PLLA, đầu tiên HAp biếntính bằng các hợp chất chứa amin (HAp-NH2), hợp chất chứa brom (HAp-Br)

và axit lactic (HAp-PLLA) ở dạng bột được hòa tan vào cloroform và khuấyliên tục trong 24 giờ Sau đó, một trong hai hệ nhũ tương chứa HAp trên đượcđưa vào dung dịch PLLA trong cloroform (nồng độ PLLA 0,1 mg/mL) tới khiđạt tỷ lệ HAp là 10% và 30% về khối lượng trong mẫu compozit Dung dịch

này được tạo màng trên tấm kính phẳng bằng phương pháp bay hơi tự nhiên ởnhiệt độ phòng trong 48 giờ, sấy trong chân không ở 37ºC để loại dung môi

dư Hình 1.6 giới thiệu ảnh TEM của các hạt HAp-NH2, HAp-Br, HAp-PLLA

và phân bố kích thước hạt của chúng được xác định bằng phương pháp tán xạánh sáng động học (DLS – Dynamic Light Scattering) Ảnh 1.6a cho thấy sựkết tụ của các hạt HAp-NH2 Ảnh 1.6b cho thấy sự kết tụ của các hạt HAp-Brgiảm đi khá nhiều Ảnh 1.6c cho thấy các hạt HAp-PLLA có kích thước nhỏnhất và phân tán đồng đều Kích thước hạt trung bình của các hạt HAp-NH2,HAp-Br và HAp-PLLA giảm lần lượt từ 464 xuống 219 và 158 nm [36]

Hình 1.6 Ảnh TEM của (a) HAp-NH 2 , (b) HAp-Br, (c) HAp-PLLA và (d)

phân tích DLS của HAp-NH 2 , HAp-Br và HAp-PLLA

1.3.2.5 Phương pháp trộn nóng chảy

Trong những năm gần đây, phương pháp trộn nóng chảy được sử dụng

khá phổ biến để chế tạo vật liệu nanocompozit PLA/HAp do dễ thao tác trêncác thiết bị chế tạo các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo, thân thiện với môi trường vàkhông phải sử dụng dung môi [32, 40, 43] Phương pháp trộn nóng chảy kếthợp các yếu tố cơ nhiệt, cơ hóa và tác động cưỡng bức lên các polyme thànhphần, các chất phụ gia, trỗn lẫn chúng với nhau H Diao và các cộng sự đãchế tạo vật liệu nanocompozit PLA/HAp bằng phương pháp trộn nóng chảynhư sau: bột HAp hoặc HAp biến tính được trộn với PLA trong máy trộn nộiHaake ở 170oC với tốc độ trộn 50 vòng/phút cho tới khi PLA nóng chảy hoàn

toàn và ổn định Sau đó, hỗn hợp nhựa PLA nóng chảy đã phân tán bột HAphoặc HAp biến tính (HAp-bt) được đưa vào khuôn ép trên máy ép thủy lực ở

170oC, áp lực ép 14 MPa trong 5 phút để thu được vật liệu nanocompozitPLA/HAp dày khoảng 1 mm Các kết quả xác định độ bền kéo đứt của cáctấm vật liệu nanocompozit cho thấy vật liệu compozit PLA/HAp-bt có độ bềnkéo đứt lớn hơn độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit PLA/HAp (vớicùng một hàm lượng HAp) Khi tăng hàm lượng nano HAp từ 0 % đến 20 %,

độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit PLA/HAp giảm, trong khi độ bềnkéo đứt của vật liệu compozit PLA/HAp-bt đạt giá trị lớn nhất ở hàm lượng1% HAp, tăng 9,7 % so với PLA nguyên sinh Kết quả khảo sát góc tiếp xúcvới nước của vật liệu nanocompozit PLA/(1-3 %) HAp và PLA/(1-3 %) HAp-

bt (so với khối lượng PLA) cho thấy góc tiếp xúc với nước của các mẫu vậtliệu nanocompozit nêu trên đều giảm so với góc tiếp xúc của PLA (bảng 1.1).Điều này cho thấy các hạt nano HAp đưa vào PLA đã cải thiện khả năng ưanước của PLA [32]

Bảng 1.1 Góc tiếp xúc với nước của PLA và vật liệu nanocompozit

Như đã trình bày ở trên, có thể nhận thấy PLA rất khác HAp về bảnchất, công thức cấu tạo, cấu trúc, tính chất hóa học, về các đặc trưng vật lý

như tỷ trọng, kích thước hạt, tính ưa nước… nên sẽ gây khó khăn cho việcphân tán (do tính không tương hợp hoặc tương hợp kém giữa PLA vànanoHAp, sự vón cục, kết đám của các hạt nanoHAp trong nền PLA), ảnhhưởng tới tính chất và độ bền cơ, lý, nhiệt của nanocompozit PLA/HAp, PLA/HAp pha tạp- biến tính Một trong các biện pháp để cải thiện khả năng tươngtác của PLA và HAp là sử dụng các chất tương hợp/hóa dẻo trong quá trìnhtổng hợp như PEO, PEG hay PCL.

Để tổng hợp vật liệu ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép xương cầnquan tâm đến cấu tạo của xương Xương có vai trò hết sức quan trọng đối với

cơ thể sống Nó không những giúp tạo hình cơ thể mà còn là nơi tạo ra các tếbào máu Vì vậy, có những phần xương có cấu trúc rắn chắc và cũng cónhững phần có cấu trúc xốp dạng như tổ ong, có diện tích bề mặt lớn Tronglĩnh vực cấy ghép xương thì độ xốp của xương có vai trò rất quan trọng trongviệc hình thành xương, tái sinh xương nhanh nhờ tạo ra các mô mới, do đó mà

sự trồi xương tốt hơn Với mục đích tạo ra vật liệu có cấu tạo tương tự xương,trong nghiên cứu này em có đưa thêm các chất tạo xốp NaCl và NH4HCO3trong quá trình tổng hợp vật liệu nanocompozit PLA/HAp

1.3.3 Hoạt tính sinh học của vật liệu nanocompozit PLA/HAp

Hoạt tính sinh học của của vật liệu khung compozit PLLA/nanoHAp đãđược tiến hành bằng cách ngâm chúng vào chất lỏng mô phỏng dung dịch cơthể người (SBF) Để đánh giá khả năng hình thành apatit, khung compozitPLLA/ nanoHAp được ngâm vào dung dịch SBF ở pH 7,4 trong 7 ngày với tỷ

lệ rắn/lỏng là 1,5 mg/ml Dung dịch SBF được tổng hợp theo mô tả củaKokubo Khung compozit PLLA/nano HAp dạng lập phương (chiều dài mỗicạnh là 5mm) được ngâm trong SBF đựng trong bình nhựa kín để giảm thiểu sựthay đổi pH và nhiễm khuẩn vi sinh vật Quá trình ngâm được thực hiện trongmáy lắc duy trì ở 37oC, dung dịch SBF không được tái tạo trong quá trình thử

nghiệm Sau 7 ngày thử nghiệm, mẫu được lọc, rửa bằng nước đề ion hóa và làmkhô Kết quả quan sát ảnh SEM của vật liệu khung compozit PLLA/ nano HApsau 7 ngày ngâm trong SBF cho thấy cấu trúc lỗ xốp của HAp đã thiêu kếtkhông thay đổi Tuy nhiên, trên bề mặt của compozit xuất hiện một vài cặnđọng Có thể nhìn rõ cặn đọng này tạo thành từ các tinh thể HAp với kích thướckhoảng 100 nm ở ảnh SEM có độ khuếch đại lớn hơn [59]

Hình 1.7 Ảnh SEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/HAp sau 7 ngày

ngâm trong SBF

Ngoài ra, từ phổ tán xạ năng lượng tia X của vi cấu trúc khungcompozit PLLA/nano HAp sau 7 ngày ngâm trong SBF có thể phát hiện sự cómặt của các ion Ca và P với tỷ lệ Ca/ P tính toán bằng 1,65 gần với cấu trúccủa apatit [59]

Hình 1.8 Phổ tán xạ năng lượng tia X của compozit PLLA/HAp sau 7 ngày

ngâm trong SBF

Araujo và cộng sự đã thử nghiệm in vitro vật liệu compozitPLA/chitosan/HAp (tỷ lệ chitosan/HAp 2/5, pkl/pkl) chế tạo bằng phươngpháp dung dịch trong SBF sau các khoảng thời gian khác nhau để đánh giáhoạt tính sinh học của chúng (khả năng thúc đẩy hình thành lớp apaptit) Cáckết quả phân tích hình thái học cho thấy vật liệu compozit nhanh chóng đápứng với môi trường mô phỏng dung dịch cơ thể người và hứa hẹn khả năngứng dụng làm vật liệu y sinh Lớp apatit tăng theo thời gian ngâm trong SBF

và sau 30 ngày thử nghiệm, toàn bộ vật liệu compozit được bao phủ hoàn toànbởi lớp apaptit cấu trúc nano [13]

1.3.4 Ứng dụng của vật liệu nanocompozit PLA/HAp

Nhờ kết hợp được các ưu điểm của cả PLA và HAp nên vật liệunanocompozit PLA/HAp đã và đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực củacuộc sống đặc biệt trong lĩnh vực y- sinh như làm vật liệu cấy ghép và thaythế xương [18, 32, 68]

Vật liệu cấy ghép xương tốt có thể đưa vào tạo xương và hình thànhliên kết xương chặt chẽ với xương chủ/xương nền Trong xương người trưởng

thành, tinh thể HAp có độ dài và độ rộng trung bình là 50 x 25 nm và độ dày

là 2- 3 nm Hơn nữa, apatit tự nhiên là hydroxyapatit thiếu Ca với tỉ lệ Ca/Pnhỏ hơn 1,67 Những đặc trưng này gần tương tự với HAp tổng hợp và sửdụng phổ biến ở dạng hạt thiêu kết với cấu trúc đa tinh thể Từ quan điểm môphỏng sinh học, quá trình tạo xương tốt sẽ đạt được nếu HAp tổng hợp có tínhtương tự như xương về thành phần, cấu trúc kết tinh, độ kết tinh và hình tháihọc Trong nghiên cứu của X Deng và các cộng sự, các tác giả đã tổng hợpHAp khuyết Ca bằng phương pháp thủy nhiệt và có tinh thể với cấu trúc dạngque có độ dài trong khoảng 40-80 nm và độ rộng là 20-40 nm Các tinh thểnano này có các đặc trưng tương tự như khoáng xương về mặt hình thái học

và thành phần nên khả năng tạo xương bằng việc sử dụng vật liệu compozitPLA/HAp và PLA/nanoHAp là rất có triển vọng [68]

Một ưu điểm khác của vật liệu nanocompozit PLA/HAp là có thể làmvật liệu cấy xương Vật liệu cấy xương lý tưởng chế tạo từ vật liệunanocompozit này có thể nhanh chóng hình thành liên kết xương với xươngchủ và thay thế từ từ nhờ tạo ra xương mới nhờ tăng khả năng tương hợp bềmặt, cải thiện tính chất cơ, khả năng tương thích sinh học (khoáng hóa và tạoxương nhanh chóng trong môi trường mô phỏng dịch cơ thể người) [18, 68]

J Huang và các cộng sự đã chế tạo xương nhân tạo từ vật liệu compozitPLLA/HAp và PLA/nanoHAp bằng phương pháp trộn nóng chảy Kết quảnghiên cứu hình thái cấu trúc bằng các phương pháp TEM và XRD cho thấynanoHAp là các tinh thể hình kim có kích thước 50- 200 nm gần giống vớixương người, cả PLLA và HAp đều giữ nguyên cấu trúc kết tinh trong vậtliệu nanocompozit PLLA/HAp [37]

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1 Hóa chất và điều kiện thực nghiệm

2.1.1 Hóa chất

- Muối canxi nitrat Ca(NO3)2.4H2O, amoni hydrophotphat (NH4)2HPO4,dung dịch amoniac NH3 (25-28%), magie nitrat Mg(NO3)2.6H2O, kẽm nitratZn(NO3)2.6H2O, axit lactic (LA), tetra hydrofuran (THF), xylen, etyl axetat,điclorometan (DCM) Các hóa chất này đều là loại tinh khiết của Trung Quốc

- Poly (axit lactic) (PLA) dạng hạt, khối lượng riêng 1,24g/cm3, nhiệt

độ nóng chảy khoảng 165 – 176oC, M = 250.105 g/mol, là hóa chất tinh khiếtcủa Nature Works – USA, Hoa Kỳ

- Poly (etylen oxit) (PEO), poly (etylen glycol) (PEG), poly caprotacton(PCL) là các hóa chất tinh khiết của Hoa Kỳ

- Natri clorua, natri hydrocacbonat, kali clorua, đinatri hydrophotphatđihydrat Na2HPO4.2H2O, magie clorua hexahyđrat MgCl2.6H2O, canxi cloruaCaCl2, kali đihydrophotphat KH2PO4, magie sunphat MgSO4.7H2O, glucozơ

C6H12O6, axit clohidric HCl 1M Các hóa chất này đều là loại tinh khiết củaMerk để pha dung dịch mô phỏng cơ thể người SBF

2.1.2 Tổng hợp HAp, HAp biến tính (HAp- bt) và HAp pha tạp-biến tính (HAp-ptbt)

2.1.2.1 Tổng hợp HAp và HAp pha tạp bằng phương pháp kết tủa hóa học

Bột HAp và HAp pha tạp kẽm, magie được tổng hợp bằng phươngpháp kết tủa hóa học, đi từ Ca(NO3)2, Zn(NO3)2, Mg(NO3)2 và (NH4)2HPO4theo phương trình sau:

(10-2x)Ca2+ + xZn2+ + xMg2+ + 6PO43- + 2OH- → Ca(10-2x)ZnxMgx(PO4)6(OH)2(2.1) với x = 0; 0,5 tương ứng với quá trình tổng hợp HAp và HAp pha tạpvới tỷ lệ Ca/Zn/Mg là 9/0,5/0,5

Quy trình tổng hợp như sau:

Đầu tiên cho dung dịch Ca(NO3)2 0,5M hoặc hỗn hợp các dung dịchCa(NO3)2,Zn(NO3)2 vàMg(NO3)2 với tổng nồng độ là 0,5M vào bình cầu ba

cổ, khuấy mạnh với tốc độ 750 vòng/phút ở nhiệt độ 25oC Sau đó, nhỏ từ từdung dịch (NH4)2HPO4 0,3M với tốc độ 1ml/phút vào bình cầu (lượng(NH4)2HPO4 được sử dụng để đảm bảo tỷ lệ Ca/P = 10/6) pH của dung dịchphản ứng được giữ ở khoảng 10 bằng dung dịch NH3 Hỗn hợp được già hóatrong 2 giờ và lưu mẫu trong 24 giờ Sản phẩm được li tâm với tốc độ 4000vòng/phút và rửa bằng nước cất đến pH = 7 Kết tủa thu được được sấy ở

80oC trong 24 giờ sau đó nghiền với lượng 2,3g/giờ trong cối mã não Sảnphẩm HAp thu được màu trắng, có dạng bột, được bảo quản trong ống sạch

Sơ đồ quy trình tổng hợp HAp bằng phương pháp kết tủa hóa học đượcthể hiện trên hình 2.1

Dung dịch Ca(NO3)2 (0,5M) hoặc hỗn hợp dd Ca(NO3)2, Zn(NO3)2 và Mg(NO3)2 (tổng nồng độ là 0,5M) Dung dịch chứa HAp, HAp-pt

Sản phẩm bột HAp, HAp-pt

Khuấy

750 vòng/ph út

1 Già hóa 2 giờ

2 Lưu mẫu 24 giờ

3 Ly tâm 4000vòng/phút, pH = 7

4 Sấy 80 o C trong 24 giờ

5 Nghiền

Hình 2.2 Ảnh SEM của bột HAp

Hình 2.2 giới thiệu hình ảnh SEM của bột HAp HAp tổng hợp được códạng bột, mịn, màu trắng, tinh thể hình trụ, kích thước hạt khoảng: 19x29 nm[63]

2.1.2.2 Biến tính bề mặt HAp và HAp pha tạp bằng axit lactic

Với mục đích tăng sự phân tán và tương tác của HAp trong nền PLA,trong phần này em tiến hành biến tính bề mặt nano HAp và HAp-pt bằng axitlactic theo quy trình như sau: cho 5 g bột HAp hoặc HAp-pt vào bình cầu cóchứa 30 ml THF, tiếp tục nhỏ từng giọt axit lactic vào bình cầu với khốilượng axit lactic là 10 g Hỗn hợp trên được đặt trong lòng một chậu chứa dầusilicon và được khuấy với tốc độ 750 vòng/phút, nhiệt độ ban đầu là 650C vàđược để trong thời gian 30 phút Sau đó thêm 50 ml xylen vào và lắp ống sinhhàn hồi lưu, nhiệt độ phản ứng được tăng lên 150oC và tốc độ khuấy tăng lên

1000 vòng/phút Duy trì phản ứng trong thời gian 8 giờ Sản phẩm được lọcrửa ít nhất 3 lần bằng etyl axetat và sấy ở 80oC trong 24 giờ Sản phẩm HApbiến tính và HAp pha tạp-biến tính thu được ở dạng bột màu trắng Kết quảkhảo sát cho thấy hàm lượng ghép LA đạt giá trị cao nhất là 17% và hiệusuất pha tạp Mg và Zn vào HAp là 87%

2.1.3 Tổng hợp vật liệu nanocompozit PLA/HAp và PLA/HAp pha tạp – biến tính

Trong luận văn này em tiến hành tổng hợp vật liệu nanocompozit theohai phương pháp: Phương pháp trộn nóng chảy và phương pháp dung dịch

2.1.3.1 Phương pháp trộn nóng chảy

Vật liệu nanocompozit tổng hợp theo phương pháp trộn nóng chảy vớiquy trình như sau: trộn cơ học PLA và bột nano HAp hoặc HAp pha tạp- biếntính theo các tỷ lệ khối lượng PLA/HAp hoặc PLA/HAp pha tạp- biến tính là:80/20, 70/30, 60/40 Sau đó cho thêm các chất tương hợp/hóa dẻo là poly(etylen glycol), poly (etylen oxit) hoặc polycaprolacton với tỷ lệ khối lượngkhảo sát là 5% hoặc 10% nhằm tăng thêm khả năng phân tán, trộn lẫn, bámdính của hạt nano HAp với PLA Đồng thời, NaCl cũng được trộn lẫn vào hỗnhợp trên với tỷ lệ khối lượng PLA/NaCl khảo sát là 1/0,5; 1/1 nhằm tạo lỗ xốpcho vật liệu Đưa hỗn hợp đã trộn vào máy trộn nội gia nhiệt Haake ở 180oCtrong thời gian 4 phút, tốc độ quay rotor là 70 vòng/phút Sau đó, vật liệuđược lấy nhanh ra khỏi máy trộn và được ép với lực ép là 10 MPa trên máy épToyoseiki (Nhật Bản) tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, ở nhiệt độ 180°C trong thờigian 4 phút Vật liệu nanocompozit sau khi ép ở dạng tấm phẳng và được để

ổn định nhiệt 24 giờ ở nhiệt độ phòng Để tạo lỗ xốp, vật liệu sau khi tổnghợp cần phải ngâm trong nước cất để loại bỏ NaCl Quá trình ngâm này chỉdừng lại khi thử dung dịch sau ngâm bằng dung dịch AgNO3 cho thấy đã hếtion Cl- Sự thoát ra của các ion Na+ và Cl- làm xuất hiện các lỗ rỗng trong vậtliệu và do đó vật liệu nanocompozit có cấu trúc xốp

2.1.3.2 Phương pháp dung dịch

PLA được hòa tan bằng dung môi điclometan trên máy khuấy từ với tốc

độ khuấy 800 vòng/ phút trong khoảng 30 phút ở 25oC Ở một cốc khác, HAphoặc HAp pha tạp- biến tính cùng với các chất tương hợp và chất tạo xốp

NH4HCO3 cũng được phân tán trong dung môi điclometan bằng khuấy từtrong điều kiện tương tự Hai hỗn hợp trên được trộn với nhau và khuấy trong

2 giờ Hỗn hợp sau đó được đổ ra khuôn kính đến khi dung môi bay hơi hết ởnhiệt độ phòng Để đảm bảo không còn dung môi trong vật liệunanocompozit, vật liệu được đưa vào tủ sấy ở nhiệt độ 80oC trong thời gian 24giờ Vật liệu sau khi sấy khô được ép với lực ép là 10 MPa trên máy épToyoseiki (Nhật Bản) tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, ở nhiệt độ 180°C trong thờigian 4 phút Vật liệu nanocompozit thu được ở dạng tấm

Sơ đồ tổng hợp vật liệu nanocompozit PLA/HAp bằng phương phápdung dịch được mô tả trên hình 2.6

Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp nanocompozit PLA/HAp (HAp- ptbt) bằng

phương pháp dung dịch

2.1.4 Thử nghiệm trong dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người (SBF)

Dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người SBF được pha 1 lít từ các hóachất có thành phần được chỉ ra ở bảng 2.2 pH dung dịch là 7,4 được điềuchỉnh bằng dung dịch HCl 1M, dung dịch trong suốt và không có kết tủa hayvẩn đục, được bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 2 đến 5oC [57]

+ Khuấy + Đổ ra khuôn + Sấy ở 80 o C

PLA

(Dung môi)

HAp hoặc HAp-ptbt+

chất tương hợp

(Dung môi)

PLA/HAphoặcPLA/HAp- ptbt

HI 8424 microcomputer pH meter Sự biến đổi khối lượng mẫu (∆m) trongquá trình thử nghiệm được tính bằng hiệu của khối lượng mẫu ban đầu vàkhối lượng mẫu tại thời điểm ngâm Sau mỗi khoảng thời gian lấy mẫu ra, rửasạch, sấy khô và cân khối lượng, phân tích (SEM, X-Ray) và đo pH của dungdịch SBF

2.2 Các phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

Phổ hồng ngoại dùng để xác định cấu trúc phân tử của chất nghiên cứudựa vào những tần số đặc trưng trên phổ của các nhóm chức trong phân tử.Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào phân tử chất nghiên cứu, trong bản thân cácphân tử luôn có các trạng thái dao động của các nhóm chức Từ các số liệucủa phổ dao động, người ta có thể đi đến một số đặc trưng về cấu trúc phân