BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU MỚI TRONG CẤY GHÉP VÀ TÁI TẠO XƯƠNG TRÊN CƠ SỞ
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU MỚI TRONG CẤY GHÉP VÀ TÁI TẠO XƯƠNG TRÊN CƠ SỞ HYDROGEL COMPOSITE SINH HỌC GỒM BIPHASIC CALCIUM PHOSPHATE VÀ POLYMER SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN)
Chuyên ngành: VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP
Mã số : 62440125
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU
TP.HCM-2015
Trang 2Phòng Vật liệu hóa dƣợc, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam
giờ ngày tháng năm 2015
Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện:
Thƣ viện Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Trang 3MỞ ĐẦU
Vật liệu y sinh đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu thay thế các
bộ phận cơ thể, cấy ghép mô, xương của con người, hứa hẹn cho việc chữa trị và tái tạo các
mô và cơ quan bị mất hoặc bị tổn thương do chấn thương, bệnh tật hoặc lão hóa
Trong lĩnh vực vật liệu dùng cho xương, nhiều loại vật liệu dùng trong cấy ghép và thay thế xương đã phát triển đáng kể trong những thập kỷ qua như kim loại và hợp kim (titan, hợp kim của titan, thép không rỉ ) Những vật liệu này tuy tương hợp sinh học nhưng tính chất cơ lý của kim loại, hợp kim khác biệt nhiều so với xương dẫn đến nguy cơ gãy xương do kém tương thích giữa phần xương tiếp xúc với kim loại ghép
Vì vậy, các nhà khoa học trên thế giới hiện nay quan tâm đến vật liệu trên cơ sở Hydroxyapatite (HAp) và biphase calcium phosphate (BCP) HAp và BCP có tính tương hợp sinh học, hoạt tính sinh học cao, và khả năng chữa lành xương do thành phần tương tự thành phần khoáng trong xương Mặt khác, HAp và BCP có thể từ từ hòa tan trong cơ thể giải phóng ion calcium và phosphate có lợi trong việc hình thành và phát triển xương Tuy nhiên HAp và BCP ở dạng bột nên khó tạo hình có thành phần, cấu trúc xốp tương tự như xương
Hydrogel composite trên cơ sở BCP và polymer sinh học có thành phần, cấu trúc xốp tương tự xương, tương hợp sinh học, suy giảm sinh học và BCP thúc đẩy sự tạo khoáng, cải thiện tính chất cơ học của vật liệu Nhưng các vật liệu này suy giảm nhanh, chưa phù hợp với
sự phát triển của xương
Để giải quyết vấn đề trên cần thiết phải biến tính các polymer sinh học nhằm giảm khối lượng suy giảm, hướng tới ứng dụng các vật liệu hydrogel composite này trong cấy ghép
và tái tạo xương
Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trong cấy ghép và tái tạo xương trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan)”
Mục tiêu của luận án:
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm
biphasic calcium phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan) nhằm mục đích tạo ra vật
liệu có khả năng tương hợp sinh học, kích thích sự phát triển xương, có thời gian suy giảm phù hợp với thời gian xương phát triển để có thể ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xương
Nội dung nghiên cứu luận án bao gồm:
- Nghiên cứu tổng hợp nano BCP bằng phương pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm ứng dụng trong vật liệu sinh y
Trang 4- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin gelatin Gelatin) và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP
(TA Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin polyethyleneglycol gelatin (TA-PEG-Gelatin) và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel hydroxyphenyl acetic chitosan (HPA-Chitosan) và hydrogel composite HPA-Chitosan /BCP
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin tetronic chitosan (TA-TE-Chitosan) và hydrogel composite TA-TE-Chitosan/BCP
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin polyethyleneglycol chitosan (TA-PEG-Chitosan) và hydrogel composite TA-PEG-Chitosan/BCP
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin polyethyleneglycol chitosan oxi hóa (TA-PEG-Chitosan oxi hóa) và hydrogel composite TA-PEG-Chitosan oxi hóa /BCP
Ý nghĩa khoa học của luận án:
Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy một số kết luận có ý nghĩa khoa học sau:
- Kết hợp sóng siêu âm trong quá trình tổng hợp BCP sẽ tạo thành các hạt kích thước nano và đồng đều hơn so với không sử dụng sóng siêu âm BCP and HAp obtained by untrasound assisted process
- Để polymer sinh học tạo được hydrogel, cần thiết phải biến tính chúng với các phân tử hữu cơ đa nhóm chức (như TA, HPA, ) và tạo liên kết ngang bằng các hệ xúc tác enzyme như H2O2/HRP Bằng các lượng H2O2 và HRP khác nhau có thể điều chỉnh được thời gian gel hóa
- Các hydrogel và hydrogel composite của polymer sinh học (gelatin, gelatin biến tính, chitosan và chitosan biến tính) với BCP đều không độc và đều có tính tương hợp sinh học tốt với tế bào xương MG-63
- Khối lượng suy giảm của polymer sinh học (gelatin và chitosan) được giảm xuống sao cho phù hợp với quá trình ghép và tái tạo xương bằng cách biến tính các polymer sinh học trên với các hợp chất hữu cơ khác nhau như PEG, Te,
- Hydrogel composite gelatin biến tính và chitosan biến tính với BCP có khả năng tạo khoáng tốt hơn hẳn hydrogel tương ứng và rất có triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực ghép và tái tạo xương
Trang 5Bố cục của luận án:
Luận án có 159 trang với 14 bảng, 85 hình Ngoài phần mở đầu (3 trang), kết luận (23 trang), danh mục các công trình công bố (2 trang) và tài liệu tham khảo (20 trang) luận án được chia thành 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan 38 trang Chương 2: Thực nghiệm 20 trang Chương 3: Kết quả và biện luận 68 trang
Đóng góp mới của luận án:
1 Đã nghiên cứu tổng hợp thành công BCP với các tỷ lệ HAp:-TCP khác nhau (1,53; 1,57; 1,61) tại pH khác nhau (7; 9; 11) bằng phương pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm Sản phẩm thu được có kích thước nano và đồng đều hơn so với phương pháp kết tủa không kết hợp với sóng siêu âm
2 Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-Gelatin, Chitosan và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP, HPA-Chitosan/BCP Kết quả cho thấy cả hydrogel và hydrogel composite có khối lượng suy giảm quá nhanh không phù hợp cho ghép
HPA-và tái tạo xương
3 Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-PEG-Gelatin, TA-TE-Chitosan, TA-PEG-Chitosan , TA-PEG-Chitosan oxi hóa và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP, TA-TE-Chitosan/BCP, TA-PEG-Chitosan/BCP , TA-PEG-Chitosan oxi hóa/BCP Kết quả cho thấy hydrogel và hydrogel composite với hệ xúc tác H2O2/HRP có thời gian gel hóa nhanh, có cấu trúc xốp phù hợp cho xương, không độc với tế bào xương MG-63, tương hợp sinh học tốt, khối lượng suy giảm phù hợp cho ghép và tái tạo xương, tuy nhiên chỉ
có hydrogel composite có khả năng kích thích và tạo mầm tinh thể HAp trên bề mặt Do đó chỉ có hydrogel composite phù hợp cho ghép và tái tạo xương
Phương pháp nghiên cứu:
Sử dụng phương pháp mới trong tổng hợp nano BCP là phương pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm tổng hợp hạt nano BCP ứng dụng trong vật liệu sinh y
Sử dụng phương pháp phổ nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc của sản phẩm
Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM để đánh giá hình thái của sản phẩm
Sử dụng các phương pháp biến tính vật liệu sinh học hiện đại và kỹ thuật dùng màng thẩm tách để điều chế các polymer
Sử dụng các phương pháp phân tích cấu trúc và đánh giá độ chuyển hoá của quá trình biến tính các polymer như : 1H NMR, UV-Vis
Trang 6Sử dụng các kỹ thuật nuôi cấy tế bào để đánh giá tương hợp sinh học của các loại hydrogel và hydrogel composite tổng hợp
Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM và phương pháp phân tích nguyên tố EDS để khảo sát khả năng tạo khoáng của hydrogel và hydrogel composite
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3 1 TỔNG HỢP BCP 3.1.1 Kết quả phân tích XRD của BCP
Hình 3.1: Giản đồ XRD của HAp và β-TCP với tỉ lệ Ca/P = 1,53 tại các pH: (a) pH=7,
(b) pH=9 và (c) pH=11 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu nghiên cứu được tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53 (hình 3.1), tại pH=7 và pH=9 có các pic đặc trưng của β-TCP: 25,80 (10 10); 27,77 (214); 31,03 (0210); 34,37 (220); 52,94 (20 20) [62, 104, 105] và các pic đặc trưng của HAp: 25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411) [101-103] Điều này khẳng định các mẫu được tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53, tại pH=7 và pH=9 là BCP (hỗn hợp β-TCP và HAp)
Giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53 (hình 3.1) tại pH=11 chỉ tồn tại các pic đặc trưng của HAp: 25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411) [101-103] Điều này khẳng định các mẫu
đó là HAp tại pH=11
Trong khi đó, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,57 [phụ lục 3] cũng cho kết quả giống như với tỉ lệ mol Ca/P=1,53, sản phẩm tại pH=7 và pH=9 có hai pha tinh thể β-TCP
và HAp và tại pH=11 chỉ tồn tại pha HAp
Tuy nhiên, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,61 [phụ lục 4] tại pH=7 sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp, còn tại pH=9 và pH=11 sản phẩm chỉ có 1 pha HAp
Các công trình nghiên cứu trước [62] cho thấy với tỉ lệ mol Ca/P=1,50 thì tổng hợp được β-TCP, còn với tỉ lệ mol Ca/P=1,67 [64, 65] thì sẽ tổng hợp được HAp, nên khi tỉ lệ mol Ca/P càng gần 1,67 thì xu thế tạo thành sản phẩm HAp càng nhiều Tuy nhiên, khi môi
Trang 7trường phản ứng càng base thì phản ứng càng có xu thế tạo thành sản phẩm HAp Do đó với
tỉ lệ mol Ca/P=1,53 và 1,57 tại pH=7 và pH=9 phản ứng vẫn có xu hướng tạo thành β-TCP, nên sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp Còn tỉ lệ mol Ca/P=1,53 và 1,57 tại pH=11 sản phẩm tạo thành chỉ có HAp
Với tỉ lệ mol Ca/P=1,61 tại pH=7 phản ứng vẫn có xu hướng tạo thành β-TCP, nên sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp Còn tỉ lệ mol Ca/P=1,61 tại pH=9 và pH=11 sản phẩm tạo thành chỉ có HAp
Kết quả này phù hợp với những nghiên cứu đã được công bố của Bahman Mirhadi (2011) [62], Byong- Taek Lee [63]
Thành phần HAp hoặc β-TCP, theo Sylvie Raynaud [106] được tính toán dựa trên các pic nhiễu xạ là mặt phẳng (2 1 0) tại 2θ = 29,14° hoặc mặt phẳng (2 1 1) 2θ = 31,86° đối với HAp và mặt phẳng (0 2 10) tại 2θ= 31,08° đối với β-TCP (các pic này được đánh dấu bằng mũi tên trên hình 3.1) Tỷ lệ cường độ được sử dụng để phân tích định lượng calcium phosphate hai pha chứa HAp và β-TCP được xác định dựa trên đường chuẩn của R1 theo lượng (%) HAp [phụ lục 8] hoặc đường chuẩn của R2 theo lượng (%) β-TCP [phụ lục 9] Phần trăm khối lượng của β-TCP và HAp của các mẫu nghiên cứu được tổng hợp được thể hiện trong bảng 3.1
Bảng 3.1: Tổng hợp các thông số và phần trăm khối lượng của β-TCP và HAp theo tỉ
Theo các nghiên cứu của Carlos A Garrido [52] sản phẩm BCP với tỉ lệ % khối lượng
-TCP:HAp là 35: 65 phù hợp với ứng dụng cho xương Cho nên trong luận án này, chúng tôi
sử dụng sản phẩm BCP có % khối lượng -TCP:HAp là 33,8: 66,2 dùng tạo hydrogel composite nhằm giúp xương phát triển (BCP được tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P là 1,53, pH môi trường phản ứng là 9)
Trang 83.1.2 Kết quả phân tích IR của BCP
Phổ đồ FTIR cho thấy pic 3573 cm1 tương ứng với các dao động của nhóm OH trong HAp và pic 635 cm-1 là dao động giãn của nhóm OH trong HAp Các dải rất mạnh tại 1032
cm-1 và 1092 cm-1 tương ứng với các nhóm PO4-3 Pic 962 cm-1 tương ứng với dao động bất đối xứng của liên kết P-O trong nhóm PO43-, và các pic 603 cm-1 và 570 cm-1 tương ứng với dao động uốn của PO4 trong HAp [62, 104, 105, 107-112]
Kết qủa phân tích này khẳng định mẫu nghiên cứu có chứa HAp
Do đó kết hợp kết quả phân tích FTIR với kết quả phân tích XRD có thể khẳng định tùy theo điều kiện phản ứng sẽ thu được sản phẩm là BCP (hỗn hợp β-TCP và HAp) hoặc HAp
3.1.3 Kết quả khảo sát hình thái của BCP bằng hình ảnh SEM
Kết qủa hình SEM cho thấy: phương pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm (hình 3.3) cho sản phẩm kích thước nano và kích thước các hạt tương đối đồng đều Trong khi đó phương pháp kết tủa không sử dụng sóng siêu âm [111] cho sản phẩm có kích thước micro và đa phân tán (hình 3.4)
Điều này có thể được giải thích bởi sóng siêu âm làm tăng hiệu ứng hóa học và hiệu ứng vật lý, quá trình tạo-vỡ bọt xảy ra gần bề mặt phân pha lỏng-rắn làm giảm sự tích tụ của các hạt Ngoài ra sóng siêu âm tăng tốc độ tạo mầm tinh thể dẫn đến sản phẩm tạo thành có kích thước nhỏ hơn khi không sử dụng sóng siêu âm [113-115] Vì vậy, trong nghiên cứu chúng tôi sử dụng phương pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm để tổng hợp BCP
Hình 3.3: Hình ảnh SEM của HAp tổng hợp bằng phương pháp kết tủa kết hợp sóng
siêu âm với tỉ lệ mol Ca/P= 1,61 tại pH=9
Hình 3.4: Hình ảnh SEM của HAp tổng hợp theo phương pháp kết tủa không sử dụng sóng
siêu âm với tỉ lệ mol Ca/P= 1,67; tại pH=8 (h-1) và pH=9 (i-1) [111]
Trang 9Phương pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm cho sản phẩm từ các phản ứng với các tỉ lệ mol Ca/P (1,53; 1,57; 1,61) tại các pH khác nhau (7; 9; 11) đều có kích thước nano từ 70 đến
100 nm và tương đối đồng đều
3.2 HYDROGEL COMPOSITE TA-GELATIN/BCP 3.2.1 Tổng hợp TA-Gelatin
a Xác định thành phần, cấu trúc của TA-Gelatin
Sản phẩm TA-Gelatin được tổng hợp thông qua phản ứng giữa nhóm amin của tyramin và nhóm carboxyl của gelatin
Phổ 1H NMR của TA-Gelatin được đo trong H2O
Hình 3.7: Phổ 1H NMR của TA-Gelatin Phổ cộng hưởng từ hạt nhân có các tín hiệu của các proton có trong gelatin như pic đơn ở vị trí 4,8 ppm (proton vị trí anomeric carbone của gelatin) và các pic ở vị trí 0,8-4,6ppm (proton của các nhóm alkyl của gelatin Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của Park [116, 117]
Sự xuất hiện của pic đôi ở vị trí 6,754; 7,105 ppm trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân của TA-Gelatin chứng tỏ sự có mặt của proton Ha, Hb (nhóm -CH=CH- trong nhân thơm) của tyramin Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của Park [116, 117], điều này chứng tỏ TA-Gelatin đã được tổng hợp thành công
b Xác định lượng TA trong TA-Gelatin
Lượng TA trong TA-Gelatin được xác định bằng phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) Kết quả phân tích lượng TA trong TA-Gelatin cho thấy trong 100mg TA-Gelatin có 0,538mg
TA tương đương 0,00392 mmol TA
3.2.2 Tổng hợp hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP
a Xác định lượng H 2 O 2 tối thiểu để tạo gel
Theo nghiên cứu của Kurisawa [97] số mol H2O2 tối thiểu cần phản ứng là 60% số mol TA Trên cơ sở đó, chúng tôi tính lượng H2O2 tối thiểu cần phản ứng với TA trong 10mg TA-Gelatin để tạo gel là 0,00235 mmol tương đương lượng H2O2 là 0,008% trong dung dịch TA-Gelatin 10% Ngoài ra nồng độ H2O2 không sử dụng cao hơn 0,25% vì sẽ gây độc đối với
tế bào [119]
Trang 10b Khảo sát thời gian gel hóa của hydrogel Gelatin và hydrogel composite Gelatin/BCP
TA-Thời gian gel hóa của hydrogel là thông số có ý nghĩa trong việc định hướng ứng dụng vật liệu như: tiêm hydrogel trực tiếp vào vết thương hoặc định hình hydrogel trước khi ghép hydrogel vào vết thương Kết quả khảo sát thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP bằng cách thay đổi lượng H2O2 và lượng HRP trong dung dịch TA-Gelatin được thể hiện thông qua hình 3.8 và hình 3.9
Hình 3.8: Đồ thị thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP theo lượng H2O2/TA-Gelatin tại lượng HRP/TA-Gelatin là 0,00025% và
[97], Veitch [119] Điều này đã được giải thích như sau: khi lượng H2O2 cao, H2O2 ức chế enzyme HRP làm cho thời gian tạo gel tăng lên
Khi tăng lượng HRP/TA-Gelatin từ 0,00013 đến 0,001% (lượng H2O2/TA-Gelatin 0,01%, nồng độ TA-Gelatin 10%) thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin giảm từ 98 còn
48 giây Điều này có thể giải thích như sau: khi lượng HRP tăng thời gian tạo gel nhanh hơn
Trang 11do lượng enzyme xúc tác nhiều hơn nên liên kết ngang tạo thành nhanh hơn dẫn đến rút ngắn thời gian tạo gel [96]
Trong trường hợp hydrogel composite TA-Gelatin/BCP thời gian tạo gel ít thay đổi so với thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin Ví dụ: thời gian tạo gel của TA-Gelatin là 70 giây khi nồng độ TA-Gelatin 10%, lượng HRP/TA-Gelatin 0,00025 % và lượng H2O2/TA-Gelatin 0,008%, khi có thêm BCP với lượng 10% thời gian tạo gel là 68 giây
Điều này có thể giải thích do tương tác của các hạt BCP và gelatin Nhóm chức NH2,
OH, COOH của gelatin liên kết hydrogen với nhóm OH của HAp trong BCP, ngoài ra còn có liên kết tạo phức của nhóm NH2 của gelatin và ion Ca2+ của BCP [120-123] Các liên kết giữa các hạt BCP và gelatin làm mật độ liên kết của hydrogel composite tăng do đó thời gian tạo gel của hydrogel composite giảm Trái lại, BCP làm tăng độ nhớt của dung dịch nên ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán xúc tác dẫn đến thời gian tạo liên kết ngang tăng dần Dẫn đến kết quả thời gian tạo gel của hydrogel composite TA-Gelatin/BCP ít thay đổi so với thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin
Tóm lại: thời gian gel hóa có thể điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu thực tiễn ứng dụng bằng cách thay đổi lượng H2O2 hoặc HRP trong dung dịch TA-Gelatin
3.2.3 Khảo sát hình thái của hydrogel Gelatin và hydrogel composite
TA-Gelatin/BCP
Hình 3.10: Hình ảnh SEM của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP
với các lượng BCP khác nhau Hình ảnh SEM được sử dụng để khảo sát hình thái học của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP với các lượng BCP khác nhau (hình 3.10) Kết quả cho thấy hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP có cấu trúc không gian ba chiều xốp Trong khi vật liệu được tổng hợp bằng phương pháp đúc không có cấu trúc xốp như hydrogel [124-127]
Cấu trúc không gian 3 chiều, xốp của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP tạo khoảng cư trú cho tế bào dịch chuyển và lưu thông các yếu tố chuyển hóa tạo xương Ngoài ra, tế bào và mạch máu có thể phát triển bên trong các lỗ xốp của vật
liệu giúp xương phát triển bên trong vật liệu [27, 123] Do đó, cấu trúc xốp của hydrogel và
hydrogel composite phù hợp cho ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xương
Trang 123.2.6 Khảo sát khối lượng suy giảm sinh học của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel
composite TA-Gelatin/BCP
Phương pháp phân tích trọng lượng theo thời gian được sử dụng để khảo sát khối lượng suy giảm của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/ BCP, kết quả được thể hiện qua hình 3.11
Hình 3.11: Đồ thị khối lượng (%) suy giảm của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel
composite TA-Gelatin/BCP theo thời gian Kết quả khảo sát khối lượng suy giảm của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP cho thấy hydrogel không có BCP khối lượng suy giảm nhanh hơn nhiều so với hydrogel composite có BCP Lượng BCP trong hydrogel composite càng tăng thì khối lượng (%) suy giảm của hydrogel composite càng nhỏ Ví dụ: sau 18 giờ TA-Gelatin suy giảm 97% và TA-Gelatin-5%BCP suy giảm 66%, TA-Gelatin-10%BCP suy giảm 45% Điều này có thể giải thích do tương tác của các hạt BCP và gelatin Nhóm chức NH2, OH, COOH của gelatin liên kết hydrogen với nhóm OH của HAp trong BCP, ngoài ra còn có liên kết tạo phức của nhóm NH2 của gelatin và ion Ca2+ của BCP [120-123]
Tuy vậy, khối lượng suy giảm gần 100% sau 42 giờ không phù hợp để ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xương
3.3 HYDROGEL COMPOSITE TA-PEG-GELATIN/BCP 3.3.1 Tổng hợp TA-PEG-Gelatin
a Xác định thành phần, cấu trúc của TA-PEG-Gelatin
Tổng hợp NPCPEGNPC
Để tổng hợp TA-PEG-Gelatin cần phải hoạt hóa hai nhóm OH cuối của PEG bởi p
nitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian NPC-PEG- NPC
Phổ 1H NMR đo trong dung môi H2O
Trang 13Hình 3.13: Phổ 1H NMR của NPCPEGNPC Phổ cộng hưởng từ hạt nhân có các tín hiệu của các proton có trong PEG như pic đơn
ở δ = 3,64ppm chứng tỏ sự có mặt của proton H trên mạch PEG ở vị trí liên kết với nhóm
(-O-CH2-CH2-).Tín hiệu pic ở δ = 4,42ppm là tín hiệu của proton H trên mạch PEG liên kết với nhóm NPC (NPC-O-CH2-) Hai tín hiệu pic ở δ = 7,38ppm và δ = 8,26ppm là tín hiệu của proton H của nhóm NPC (-CH=CH-) Các kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Park [117] Mức độ hoạt hóa đạt khoảng 97% được tính từ tỷ lệ tích phân của proton thơm (NPC)
và proton methylene (PEG)
