Chế tạo, khảo sát đặc trưng hóa lí và khả năng kháng khuẩn của lớp phủ aghap trên đế titanium trong định hướng ứng dụng làm vật liệu cấy ghép xương

Tất cả các mẫu thử được ngâm trong SBF sau khi xử lí bằng kiềm và nhiệt cho thấy sự hình thành của một lớp dày đặc và đồng nhất trên bề mặt của chúng, ngo i trừ các tấm không được xử lí.

GI O V O T O TRƯỜNG I HỌ SƯ PH M THÀNH PHỐ HỒ HÍ MINH

Võ ương Thu Ngân

HẾ T O, KHẢO S T Ặ TRƯNG HO LÍ

V KHẢ NĂNG KH NG KHUẨN

ỦA LỚP PHỦ Ag/HAp TRÊN Ế TITANIUM

TRONG ỊNH HƯỚNG ỨNG NG

L M VẬT LIỆU ẤY GHÉP XƯƠNG

LUẬN VĂN TH SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Thành phố Hồ Chí Minh – 2020

GI O V O T O TRƯỜNG I HỌ SƯ PH M THÀNH PHỐ HỒ HÍ MINH

Võ ương Thu Ngân

HẾ T O, KHẢO S T Ặ TRƯNG HO LÍ

V KHẢ NĂNG KH NG KHUẨN

ỦA LỚP PHỦ Ag/HAp TRÊN Ế TITANIUM

TRONG ỊNH HƯỚNG ỨNG NG

L M VẬT LIỆU ẤY GHÉP XƯƠNG

Chuyên ngành : Hoá vô cơ

LỜI AM OAN

Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài “ Chế tạo, khảo sát đặc trưng hoá lí và khả năng kháng khuẩn của lớp phủ Ag/HAp trên đế Titanium trong định hướng ứng dụng làm vật liệu cấy ghép xương” là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Thị Trúc Linh Các số liệu, kết quả nghiên

cứu là trung thực và chưa được công bố trong bất kì công trình nào khác

Tác giả

Võ Dương Thu Ngân

LỜI M ƠN

Với sự biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Cô Nguyễn Thị Trúc Linh, người đ trực tiếp hướng dẫn, giúp đ và t o m i điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả quý thầy cô Khoa Hoá h c Trường Đ i

h c Sư ph m Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đ i h c Khoa h c Tự nhiên và Trường Đ i h c Bách Khoa – Đ i h c Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, đ truyền d y cho tôi những kiến thức bổ ích, quý báu trong suốt thời gian theo h c

t i trường

Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới cha mẹ và những người thân trong gia đình, đồng nghiệp, b n bè, những người luôn bên c nh, ủng hộ động viên tôi những lúc khó khăn Trong suốt quá trình nghiên cứu không tránh khỏi những sai sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô và các b n Cuối cùng, xin chúc quý thầy cô thật nhiều sức khỏe và thành công trong sự nghiệp

TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 11 năm 2020

Tác giả

Võ Dương Thu Ngân

M C L C

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các hình ảnh

Danh mục bảng biểu

Danh mục các từ viết tắt

MỞ ẦU 1

hương 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Sơ lược về vật liệu cấy ghép kim lo i 2

1.2 Các kĩ thuật biến tính bề mặt Ti 3

1.2.1 Lớp phủ HAp/Ti 3

1.2.2 Lớp phủ HAp/TiO2/Ti 4

1.2.3 Lớp phủ kim lo i M/HAp/TiO2/Ti 7

1.3 Các đặc trưng của lớp phủ trên Ti 10

1.4 Hướng nghiên cứu của luận văn 16

hương 2 THỰ NGHIỆM 17

2.1 Hoá chất, dụng cụ thí nghiệm 17

2.2 Quy trình thực nghiệm 18

2.3 Xác định đặc trưng vật liệu 20

2.3.1 Thành phần pha, cấu trúc, thành phần hoá h c 20

2.3.2 Hình thái 22

2.3.3 Khả năng kháng khuẩn 22

hương 3 KẾT QUẢ V THẢO LUẬN 24

3.1 Đặc trưng của bề mặt chất nền Ti 24

3.2 Đặc trưng lớp phủ HAp trên bề mặt Ti 26

3.3 Đặc trưng của lớp phủ Ag/HAp/Ti 35

3.4 Khả năng kháng khuẩn Streptococcus mutans của lớp phủ Ag/HAp/Ti 37

KẾT LUẬN V KIẾN NGHỊ 41

4.1 Kết luận 41

4.2 Kiến nghị 41

T I LIỆU THAM KHẢO 42

PH L C

DANH M C CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Quy trình chế t o mẫu Ag/HAp trên đế Ti 18

Hình 2.2 Quy trình xử lí đế kim lo i trong dung dịch SBF 19

Hình 2.3 Hiện tượng nhiễu x tia X từ hai mặt phẳng tinh thể 20

Hình 3.1 Ảnh SEM của bề mặt kim lo i Ti ban đầu 24

Hình 3.2 Phổ EDX của bề mặt kim lo i Ti ban đầu 25

Hình 3.3 Giản đồ XRD của bề mặt kim lo i Ti ban đầu 25

Hình 3.4 Hình ảnh bề mặt của các tấm Ti sau khi ngâm trong dung dịch SBF 28 ngày 27

Hình 3.5 Giản đồ XRD của mẫu Ti-SBF-28 28

Hình 3.6 Phổ EDX của mẫu Ti-SBF-28 28

Hình 3.7 Giản đồ XRD của mẫu bột được thu hồi từ cặn rắn của bình ngâm mẫu 30

Hình 3.8 Phổ FTIR của mẫu bột HAp 31

Hình 3.9 Ảnh SEM của mẫu bột HAp 32

Hình 3.10 Thành phần pha (XRD): các ảnh ghép 12h đến 48 giờ 33

Hình 3.12 Giản đồ XRD của mẫu Ag/HAp/Ti 35

Hình 3.13 Ảnh SEM của mẫu Ag/HAp/Ti 36

Hình 3.14 Ảnh chụp của mẫu Ag/HAp/Ti 37

Hình 3.15 Khả năng ức chế sự hình thành chủng Streptococcus mutans của các mẫu nghiên cứu: 0h (a), 5h (b), 12h (c), 24h (d) 40

DANH M C BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng giá trị hàm lượng các chất có trong dung dịch SBF và SBF cải

tiến 19Bảng 3.1 Bảng thành phần các nguyên tố trong mẫu Ti sau khi ngâm trong

dung dịch SBF 28 ngày (có xử lí bằng dung dịch H2O2) 27

DANH M C CÁC TỪ VIẾT TẮT

2θ : Góc nhiễu x tia X

a, b, c : Hằng số m ng tinh thể

d : Khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể

t : Thời gian ngâm mẫu

SBF : Dung dịch sinh h c mô phỏng

XRD : Nhiễu x tia X

SEM : Hiển vi điện tử quét

TEM : Hiển vi điện tử truyền qua

AFM : Hiển vi nguyên tử lực

MAO : Quá trình oxi hoá vi hồ quang

FT-IR : Phổ hấp phụ hồng ngo i

HAp : Hydroxyapatite

DCPD : Dicyclopentadiene

EDTA : Ethylene diamine tetraacetic acid

EDX : Phổ tán x năng lượng tia X

XPS : Phổ quang điện tử tia X

MỞ ẦU

Hiện nay, ngành phẫu thuật chấn thương và chỉnh hình dùng nhiều lo i vật liệu khác nhau để làm nẹp vít cố định xương trong quá trình thay thế và hàn gắn xương như: hợp kim của cobalt, thép không gỉ 316L, titanium (Ti) và hợp kim của

Ti (Ti6Al4V, TiN, TiO2) Trong đó, Ti và hợp kim của Ti trở thành vật liệu kim lo i

y sinh khá phổ biến cho các ứng dụng chỉnh hình và nha khoa bởi độ bền cơ lí, hoá cao Tuy nhiên, ho t tính sinh h c của Ti không cao [1], [2], [3], [4], [5] Do đó, để tăng khả năng ứng dụng, đặc biệt là tăng tính tương thích sinh h c của vật liệu Ti trong cơ thể người, nhiều nghiên cứu về việc chế t o lớp phủ tương thích sinh h c trên bề mặt Ti đ và đang được tiến hành Đặc biệt, hướng chế t o lớp phủ hydroxyapatite (HAp) được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm do những tính năng vượt trội của nó [6]

Trên thực tế, khi sử dụng vật liệu cấy ghép từ Ti hoặc hợp kim của nó thì vẫn

có thể gây viêm nhiễm t i khu vực cấy ghép dẫn đến các phản ứng đào thải làm giảm hiệu quả của quá trình cấy ghép cũng như ảnh hưởng bất lợi đến sức khỏe bệnh nhân [2], [3] Do đó, giải pháp được đặt ra là bổ sung nano b c trong lớp phủ HAp nhằm tăng khả năng kháng khuẩn của vật liệu cấy ghép Sự kết hợp giữa tính tương thích sinh h c tốt của lớp phủ HAp với khả năng kháng khuẩn của nano b c

và tính bền của vật liệu Ti sẽ t o ra vật liệu nền đáp ứng được định hướng ứng dụng cấy ghép xương

Tuy nhiên, việc chế t o lớp phủ Ag/HAp trên đế Ti chưa được nghiên cứu

rộng r i Trước tình hình đó, chúng tôi ch n đề tài “ HẾ T O, KHẢO S T Ặ TRƯNG HO LÍ V KHẢ NĂNG KH NG KHUẨN ỦA LỚP PHỦ Ag/HAp TRÊN Ế TITANIUM TRONG ỊNH HƯỚNG ỨNG NG L M VẬT LIỆU ẤY GHÉP XƯƠNG”

hương 1 TỔNG QUAN

Trong luận văn này, chúng tôi đ tiến hành chế t o, khảo sát đặc trưng hoá lí

và khả năng kháng khuẩn của lớp phủ Ag/HAp trên đế Titanium (Ti) với định hướng ứng dụng làm vật liệu cấy ghép xương Do đó, ở chương 1, một số vấn đề cơ bản được trình bày bao gồm khái quát về vật liệu cấy ghép kim lo i, các kĩ thuật xử

lí bề mặt kim lo i cấy ghép (Ti và một số hợp kim điển hình của Ti) và các đặc trưng của bề mặt kim lo i sau xử lí

1.1 Sơ lược về vật liệu cấy ghép kim loại

Xương là một mô sống phức t p và đóng vai trò quan tr ng trong cơ thể động vật có vú Tuy nhiên nó dễ bị g y do chấn thương và các bệnh thoái hoá thường liên quan đến tuổi th Vì vậy, nhu cầu tái t o, khôi phục các chức năng cơ bản của xương là cần thiết [7] Sự già hoá của dân số ở các nước phát triển và mong muốn cho người bệnh có thể duy trì ho t động và chất lượng cuộc sống cao, đồng thời những tiến bộ trong tổng hợp vật liệu, trình độ phẫu thuật đ cho phép vật liệu cấy ghép sinh h c (implant) được ứng dụng theo nhiều phương thức khác nhau Các implant sử dụng trong kỹ thuật chỉnh hình thường được chế t o bằng vật liệu kim

lo i do có độ cứng và độ bền cơ h c cao hơn so với vật liệu hữu cơ hay vật liệu composite [8] Hiện nay, ngành phẫu thuật chấn thương và chỉnh hình dùng nhiều

lo i vật liệu khác nhau để làm nẹp vít cố định xương trong quá trình thay thế và hàn gắn xương như: hợp kim của cobalt, thép không gỉ 316L, titanium (Ti) và hợp kim của Ti (Ti6Al4V, TiN, TiO2) Trong đó, Ti và hợp kim của Ti trở thành vật liệu kim

lo i y sinh khá phổ biến cho các ứng dụng chỉnh hình và nha khoa bởi độ bền cơ lí, hoá cao Tuy nhiên, ho t tính sinh h c của Ti không cao [1], [2], [3], [4], [5] Do đó,

để tăng khả năng ứng dụng, đặc biệt là tăng tính tương thích sinh h c của vật liệu Ti trong cơ thể người, nhiều nghiên cứu về việc chế t o lớp phủ tương thích sinh h c trên bề mặt Ti đ và đang được tiến hành Đặc biệt, hướng chế t o lớp phủ hydroxyapatite (HAp) được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm do những tính năng vượt trội của nó [6]

Hydroxyapatite (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2) là một lo i khoáng apatite, chiếm khoảng 60-70% khối lượng xương động vật khô HAp được xem là nguyên chất, khoáng hay thương m i phụ thuộc vào các pha tồn t i khi đ thiêu kết HAp nguyên chất chứa 39,68% Ca và 18,45% P theo khối lượng, tỉ lệ mol Ca/P là 1,67 Sự hiện diện của β- tricalcium phosphate (β-TCP), monetite CaHPO4 cùng với pha HAp trong vật liệu cho thấy tỉ lệ mol Ca/P thấp hơn trong HAp nguyên chất Các tỉ lệ cao hơn 1,67 cho thấy sự hiện diện của CaO Cấu trúc tinh thể đặc trưng của HAp là

d ng lục phương (hexagonal) nhưng cũng có thể tồn t i cả d ng đơn tà (monoclinic) tùy thuộc vào số nguyên tử Ca trong ô m ng HAp với tỉ lệ Ca/P =1,67 có cấu trúc hexagonal thuộc nhóm không gian P63/m, với các hằng số m ng a=0,9423nm, b=0,9423nm và c=0,6875 nm, α = β = 900 và γ = 120o [9]

HAp được quan tâm nghiên cứu bởi những khả năng ứng dụng của nó trong cả hai lĩnh vực y sinh và xúc tác Trong lĩnh vực y sinh, HAp được nghiên cứu chế t o làm vật liệu gốm xương, trám răng, cấy ghép nguyên khối hoặc phủ trên vật liệu cấy ghép kim lo i Tuy nhiên, lớp phủ HAp trên vật liệu cấy ghép có tính chất cơ h c

khác nhau có xu hướng tồn t i trong lỗ trống của lớp phủ HAp, có thể gây nhiễm trùng t i khu vực cấy ghép gây ra các phản ứng đào thải Do đó, để khắc phục nhược điểm của lớp phủ HAp trên vật liệu cấy ghép, nhiều nghiên cứu lớp phủ kháng khuẩn trên Ti đ được tiến hành

1.2 Các kĩ thuật biến tính bề mặt Ti

1.2.1 Lớp phủ HAp/Ti

Chihiro Mochizuki và cộng sự [10] đ tổng hợp lớp phủ HAp bằng phương pháp ướt Màng HAp được lắng đ ng đồng nhất trên các tấm Ti, sử dụng tiền chất

là dung dịch phức của EDTA với 2

Ca Một dung dịch khác được điều chế bằng cách thêm H3PO4 vào dung dịch (C4H9)2NH Các dung dịch được chuẩn bị đủ điều kiện để phun vào một tấm Ti Từ phép đo XRD của màng được phun, rõ ràng cấu trúc apatite dễ dàng được hình thành bằng phương pháp này Ngoài ra, hình thái bề mặt của màng phun không thay đổi khi xử lí nhiệt ở 400 - 700°C dưới dòng khí Ar

Các vật liệu với các màng HAp này không độc h i và có khả năng liên kết tốt với các mô xương

Wei-Qi Yan và cộng sự [11] xử lí các đế Ti tinh khiết bằng acetone và nước cất trong máy siêu âm Sau đó, nhóm tác giả ngâm mẫu trong dung dịch NaOH 4M

ở 60oC trong 24 giờ, rửa bằng nước cất và sấy khô ở 40oC trong 24 giờ Các mẫu được xử lí sau đó được gia nhiệt ở 600oC với tốc độ gia nhiệt 5oC/phút và giữ ở nhiệt độ ổn định trong 1 giờ Sau khi xử lí kiềm và nhiệt, một số tấm được ngâm trong SBF với dung dịch đệm (pH =7,4) ở 36,5oC cho sự hình thành apatite trên bề mặt của chúng Sau 4 tuần ngâm, các mẫu được rửa bằng acetone và sấy khô Tất cả các mẫu thử được ngâm trong SBF sau khi xử lí bằng kiềm và nhiệt cho thấy sự hình thành của một lớp dày đặc và đồng nhất trên bề mặt của chúng, ngo i trừ các tấm không được xử lí Các phân tích của EPMA phát hiện ra rằng lớp apatite này là calcium phosphate tinh khiết TF-XRD đ xác nhận rằng không có lớp apatite nào hình thành trên bề mặt kim lo i Ti nguyên chất ngay cả sau khi được ngâm trong SBF trong 4 tuần

1.2.2 Lớp phủ HAp/TiO 2 /Ti

Wang Yue-qin và cộng sự [12] đ điều chế lớp phủ HAp trên đế Ti bằng phương pháp lắng đ ng điện hóa Để cải thiện độ bền liên kết giữa lớp phủ HAp và chất nền Ti, một mảng ống nano TiO2 đồng nhất và định hướng tốt trên bề mặt chất nền Ti đ được t o ra bằng phương pháp oxi hoá anot Sau đó, lớp phủ CaHPO4.2H2O (DCPD), là tiền thân của lớp phủ HAp, đ được m điện trên đế Ti

Ở giai đo n đầu của quá trình m điện, các tinh thể DCPD, ở d ng kết tủa với kích thước nanomet, được giữ ở phía trong và giữa các ống Với việc tăng thời gian lắng

đ ng, các tinh thể DCPD kích thước nanomet được kết nối với nhau để t o thành một lớp phủ liên tục trên mảng ống nano oxide titannium Cuối cùng, lớp phủ DCPD được chuyển đổi thành HAp đơn giản bằng cách ngâm trong dung dịch kiềm

X.J Wang và cộng sự [13] xử lí các tấm Ti tinh khiết để t o thành các lo i các lớp oxide khác nhau trên bề mặt Cụ thể: bột Ti được đổ vào khuôn thép và nén thành các hợp chất màu xanh lá cây dưới áp suất 200 MPa Các vật liệu màu xanh lá cây sau đó được thiêu kết ở 1200°C với khoảng chân không 10−4 đến 10−5 Torr Sau

đó, các đế Ti được làm s ch siêu âm trong acetone và nước cất trong 15 phút ở mỗi bước Tiếp theo các mẫu được ngâm vào dung dịch SBF để đánh giá khả năng hình thành apatite Hình thái bề mặt và độ nhám của các lớp oxide khác nhau được đo bằng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) và năng lượng bề mặt được xác định dựa trên các phương pháp OwensWendt (OW) Kết quả thấy rằng các mẫu Ti sau khi xử

lí nhiệt kiềm (AH) hình thành apatite tốt nhất sau khi ngâm với SBF trong ba tuần,

so với những mẫu nền không xử lí nhiệt hoặc oxi hoá với H2O2 Hơn nữa, phép đo góc tiếp xúc cho thấy rằng lớp oxide trên các mẫu Ti được xử lí nhiệt kiềm sở hữu cao nhất năng lượng bề mặt Kết quả chỉ ra rằng khả năng hình thành apatite của lớp TiO2 liên kết với năng lượng bề mặt của nó, việc t o mầm apatite dễ dàng hơn trên

bề mặt có năng lượng cao

A Kar và đồng nghiệp thuộc trường Đ i h c Nevada, Hoa Kì [14] đ tổng hợp màng HAp trên đế Ti trong dung dịch chứa K2HPO4 1,67 3

10 M + CaCl2 2,5 3

10 M + NaCl 0,15 M; pH = 7,2 được điều chỉnh bằng dung dịch

Tris(hydroxymethyl)aminomethane và dung dịch HCl Đế Ti trước khi phủ HAp được anot hoá và xử lí bề mặt trong dung dịch kiềm để t o lớp nano TiO2 d ng ống trên bề mặt Ti với mục đích cải thiện độ bám dính của HAp với chất nền Màng HAp tổng hợp trên Ti bằng phương pháp dòng áp đặt qua hai bước: HAp được tổng hợp ở mật độ dòng không đổi trong thời gian 60 phút Kết quả HAp thu được có tinh thể d ng hình que với chiều dài 2-3 µm, đường kính 70-100 nm và m c định hướng

Ohtsu Naofumi và cộng sự [15] đ sử dụng huyền phù Ca3(PO4)2 để chế t o lớp phủ HAp mỏng trên Ti bằng quy trình phủ hoá h c Chất nền Ti được ngâm chìm hoàn toàn bằng cách trộn bột Ca3(PO4)2 với nước cất, và chất nền sau đó được nung nóng ở 700o

C trong không khí Lớp phủ được chế t o bao gồm HAp và TiO2,

với độ dày của lớp phủ xấp xỉ 300nm

Ngoài ra, Ngô Thị Ánh Tuyết và cộng sự [8] đ sử dụng phương pháp sol-gel với tiền chất H3PO4 để chế t o lớp phủ HAp trên đế Ti, ảnh hưởng của các thông số đến tính chất của lớp phủ cũng đ được đánh giá Một quy trình chế t o lớp phủ HAp và dẫn xuất của HAp là fluoride-hydroxyapatite (FHAp) trên đế Ti có khả năng tương thích sinh h c cao đ được đề xuất với các thông số cơ bản như sau: pH của sol bằng 7, nhiệt độ nung 900°C, thời gian nung 4 giờ Độ bền bám dính của lớp phủ HAp đ được tiến hành nghiên cứu cải thiện bằng cách xử lí bề mặt đế Ti bằng phương pháp anot hoá điện hoá t o lớp phủ TiO2 trung gian

Như vậy, các nghiên cứu đ chỉ ra rằng các tinh thể HAp có thể t o mầm trên

Ti trong các thí nghiệm in vitro [16] và in vivo [11], [13] và do đó được tích hợp vào xương Để t o lớp phủ HAp lên Ti và hợp kim, các kĩ thuật đ được nghiên cứu

và phát triển [17], [18], [19] HAp có thể được điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau như: phương pháp vật lí (plasma chân không, phun nhiệt, phương pháp phún x magnetron, phún x chùm ion, lắng đ ng pha hơi ), phương pháp hoá h c (sol-gel, nhúng, ngâm, ép nóng ) và phương pháp điện hoá [1], [12], [20], [21] Mỗi phương pháp đều có các ưu nhược điểm riêng, do đó, việc lựa ch n phương pháp điều chế tùy thuộc vào mục đích sử dụng của sản phẩm và điều kiện phù hợp

để tiến hành thí nghiệm Trong đó, phương pháp ngâm tẩm được cho là khá đơn

giản, không cần phải thực hiện ở nhiệt độ cao, mẫu được ngâm tẩm với trong dung

dịch SBF với điều kiện pH và nhiệt độ thấp [21] Do các điều kiện sinh lí này, có thể dùng để phủ các vật liệu nh y cảm với nhiệt như polyme và che phủ các vật liệu

có hình d ng phức t p như cấy ghép xốp Hơn nữa, kĩ thuật này cho phép bao phủ chất nền với các pha HAp mới [22], [23] không thể sản xuất ở nhiệt độ cao Các lớp

phủ sinh h c mới này có cấu trúc di chuyển và tính chất hòa tan tùy thuộc vào kích

thước tinh thể và thành phần pha của chúng [24] Những đặc điểm cụ thể này có thể rất có lợi cho sự hình thành xương so với lớp phủ HAp phun plasma Tuy nhiên, sự phát triển của lớp phủ HAp sinh h c như vậy bị h n chế bởi thời gian ngâm dài khoảng 7-14 ngày hoặc 21 ngày, 28 ngày với các lần thay dung dịch hàng ngày để

đ t được các lớp HAp đồng nhất trên các chất nền khác nhau [11], [13], [25], [26], [27], [28] Một số nghiên cứu đ chỉ ra rằng xử lí hoá h c bề mặt Ti có thể tăng cường sự lắng đ ng của apatite thành các lớp [29], [30], [31] Một khả năng khác để rút ngắn quá trình phủ chính là nâng cao nồng độ dung dịch SBF Tuy nhiên, các dung dịch SBF được siêu b o hòa ở pH sinh lí và việc tăng nồng độ bị h n chế bởi

độ hòa tan thấp của HAp Do đó, ý tưởng là tăng khả năng hòa tan của các pha HAp bằng cách sử dụng một lo i khí có tính axit yếu như carbon dioxide (CO2) Khí CO2cho phép điều chế SBF đậm đặc năm lần (được g i là dung dịch SBF x5) [16] Khi ngừng cung cấp CO2, khí được giải phóng ra khỏi dung dịch dẫn đến tăng pH và do

đó, hình thành HAp trong dung dịch và lắng đ ng lên đế Ti [24]

1.2.3 Lớp phủ kim loại M/HAp/TiO 2 /Ti

Lớp phủ HAp trên chất nền Ti đ thu hút nhiều sự chú ý nhờ sự kết hợp các tính chất cơ h c tốt của Ti và khả năng tương thích sinh h c vượt trội của HAp Kết hợp b c Ag vào lớp phủ HAp là một phương pháp hiệu quả để t o các lớp phủ có đặc tính kháng khuẩn Tuy nhiên, việc phân phối đồng đều Ag vẫn là một thách thức và các h t Ag trong lớp phủ rất dễ kết tụ, do đó ảnh hưởng đến các ứng dụng của lớp phủ Do đó, Xiong Lu và cộng sự [32] đ sử dụng phương pháp lắng đ ng xung điện hoá đồng thời m hóa HAp và Ag, kết quả cho thấy sự phân bố đồng đều của các h t Ag trong lớp phủ Phương pháp này dựa trên việc sử dụng chất điện phân được chuẩn bị tốt có chứa các ion Ag+, ion Ca2+ và L-cysteine, trong đó cystein đóng vai trò tác nhân phối hợp ổn định ion Ag+ Các thí nghiệm nuôi cấy vi khuẩn và tế bào đ được sử dụng để đánh giá tính chất kháng khuẩn và khả năng tương thích sinh h c của lớp phủ hỗn hợp HAp/Ag Kết quả cho thấy các lớp phủ có đặc tính kháng khuẩn và tương thích sinh h c tốt Tuy nhiên, nên ch n hàm lượng

b c thích hợp để cân bằng tính tương thích sinh h c và tính kháng khuẩn Xử lí nhiệt thúc đẩy chất kết dính và tăng cường khả năng tương thích sinh h c mà không làm mất tính chất kháng khuẩn của lớp phủ Ag/HAp Tóm l i, nghiên cứu này cung cấp một phương pháp thay thế để chuẩn bị bề mặt ho t tính sinh h c với khả năng diệt khuẩn cho các thiết bị y sinh

Yajing Yan và cộng sự [33] sử dụng phương pháp lắng đ ng điện hoá anot hoá trên đế Ti để tổng hợp HAp pha t p với các ion Ag (AgHAp) Quá trình lắng

đ ng được thực hiện với chất điện phân Ca(NO3)2 0,042 M và NH4H2PO4 0,025 M trong nước cất với tỉ lệ mol Ca/P = 1,67 ở 65o

C; cung cấp một mật độ dòng không đổi 0,85 mA/ 2

cm trong 2100 giây Tiếp đó, dung dịch AgNO3 0,1 mM đ được thêm vào chất điện phân Giá trị pH của chất điện phân được điều chỉnh thành 4.2 bằng dung dịch NH3 Sau đó, các mẫu được ngâm với dung dịch NaOH 0,1 M trong

Yingbo Wang và cộng sự [34] đ chế t o lớp phủ Cu/HAp trên đế Ti bằng phương pháp trùng hợp pyrrole kết hợp với xung điện hoá thông qua sự phối hợp và pha t p của các cation và anion Trong quá trình này, 3

4

PO trong chất điện phân được pha t p vào cấu trúc anion tương ứng trong chuỗi polypyrrole và t o thành HAp với 2

Ca  và OHdo tương tác tĩnh điện Khảo sát ho t tính sinh h c chỉ ra rằng các lớp phủ tổng hợp có thể hình thành apatite trong dung dịch calcium phosphate b o hòa Hơn nữa, các thử nghiệm về độ ma sát và mài mòn cho thấy các lớp phủ composite này cải thiện tính chất ma sát của vật liệu ở một mức độ nhất định Các vật liệu tổng hợp cũng thể hiện tỉ lệ kháng khuẩn là 97% trong các xét nghiệm khả năng kháng khuẩn

Xinxin Zhang và cộng sự [35] đ chế t o một hỗn hợp hai lớp Cu/HAp pha

t p với lớp phủ TiO2 trên đế Ti bằng quá trình oxi hoá vi hồ quang một bước trong dung dịch nước điện giải chứa calcium acetate, sodium dihydrogen phosphate và ethylene diamine tetraacetic acid cupric disodium (CuNa2-EDTA) ở mật độ dòng

không đổi 100 mA/ 2

cm Sau quá trình oxi hoá vi hồ quang trong 20 phút, dẫn đến

sự hình thành lớp phủ TiO2 pha t p Cu Ngoài ra, pha HAp hình cầu có kích thước nanomet cũng có mặt trên lớp phủ TiO2 pha t p Cu Với giai đo n tăng cường thẩm thấu HAp và Cu đ tiêu diệt được vi khuẩn gây bệnh trong các khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu

Xiangyu Zhang và cộng sự [36] thấy rằng sự kết hợp của các chất kháng khuẩn (ví dụ Ag và Cu) ở bề mặt vật liệu y sinh đ phát triển như một phương pháp

có hiệu quả để ngăn ngừa nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra Tuy nhiên, hiệu quả kháng khuẩn của vật liệu cấy ghép phải được cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn tốt và khả năng ăn mòn của lớp phủ kháng khuẩn l i ít khi được nghiên cứu Trong

đề tài này, nhóm tác giả đ điều chế kết hợp lớp phủ TiO2 kháng khuẩn với Zn trên

đế Ti bằng quá trình oxi hoá vi hồ quang (MAO) Kết quả thu được từ các nghiên cứu kháng khuẩn cho thấy lớp phủ TiO2 kết hợp Zn cung cấp ho t tính diệt khuẩn đối với cả Escherichia coli gram âm (E.coli) và Staphylococcus aureus gram dương (S.aureus) hơn 90%

Chang Xiaotong và cộng sự [37] đ sử dụng một lớp phủ lai của ion b c với

10 × 10 × 1 mm được nhúng trong nhựa epoxy sao cho diện tích 1 2

cm được tiếp xúc với chất điện phân, lá này được sử dụng làm chất nền để phát triển mảng TNT.Chất điện phân được điều chế từ hỗn hợp Ca(NO3)2: 0,021 M; NH4H2PO4: 0,025 M; NaNO3: 0,1 M và AgNO3: 0,021 M Giá trị pH của dung dịch được điều chỉnh

là 4,5 bằng cách thêm dung dịch HNO3 hay (CH2OH)3CNH2 với nồng độ thích hợp Lớp phủ FAgHA được điện hoá trực tiếp sau khi thêm NaF 3

10 M vào chất điện phân ở 60°C ± 1°C Sau đó, các mẫu được thiêu kết trong không khí ở 450°C trong

2 giờ Mục đích của quá trình xử lí nhiệt là tăng cường độ kết tinh của lớp phủ HAp

và làm cho quá trình biến đổi TNT từ giai đo n vô định hình thành anatase Việc thêm ion F làm tăng tính ổn định cấu trúc của lớp phủ

Có thể thấy, ức chế sự phát triển của vi khuẩn là điều cần thiết để ngăn ngừa nhiễm trùng t i khu vực cấy ghép Một số giải pháp phủ các chất kháng khuẩn lên

bề mặt cấy ghép đ được trình bày ở trên Cụ thể, để cải thiện khả năng kháng khuẩn của HAp, các ion khác nhau như Cu2+

, Zn2+ và Ag+ được tích hợp vào HAp [32], [33], [38] So với các tác nhân kháng khuẩn hữu cơ như chlorhexidine, collagen, chloroxylenol và poly (hexamethylenebiguanide) [39], [40], [41], [42], các h t nano kim lo i kháng khuẩn vô cơ đ thu hút sự chú ý nhiều hơn do diện tích

bề mặt lớn hơn so với tỉ lệ thể tích, ổn định tốt, nguy cơ sản xuất các chủng kháng thuốc và độc tính tương đối thấp đối với tế bào trong cơ thể người [39], [43] Trong

số các h t nano kim lo i kháng khuẩn vô cơ, h t nano b c được nghiên cứu rộng r i nhất do tính không độc của Ag đối với tế bào trong cơ thể người và ho t động kháng khuẩn rất tốt [44] Người ta đ chứng minh rằng Ag có thể tương tác với các

tế bào vi khuẩn, dẫn đến sự gia tăng tính thấm của màng, sự phân hủy của các phân

tử lipopolysacarit, gây tổn thương cho màng ngoài của vi khuẩn [45] Các nghiên cứu in vitro đ chứng minh tính tương hợp sinh h c tốt của nano b c được cấy bằng thép không gỉ mà không có tác dụng gây độc tế bào [46] Rõ ràng, các mẫu HAp kết hợp nano Ag có các ứng dụng tiềm năng lớn trong vật liệu cấy ghép để ngăn ngừa nhiễm trùng nhờ vào sự kết hợp giữa quá trình thẩm thấu của HAp với ho t tính kháng khuẩn của Ag [47]

1.3 ác đặc trƣng của lớp phủ trên Ti

Chihiro Mochizuki và cộng sự [10] khảo sát đặc đính của mẫu bằng các phương pháp: XRD, SEM, biến đổi Fourier hồng ngo i (FT-IR) Từ phép đo XRD của màng được phun, cho thấy cấu trúc apatite dễ dàng được hình thành bằng phương pháp ướt trong nghiên cứu này Ngoài ra, hình thái bề mặt của màng được phun không thay đổi khi xử lí nhiệt ở 400 - 700°C dưới dòng khí Ar Mặt khác, sự thay đổi nồng độ của dung dịch phun gây ra sự thay đổi hình thái bề mặt Kết quả phân tích nguyên tố và FT-IR của mẫu bột được thu thập một cách cơ h c từ bề mặt của màng phun phù hợp với chất Ca10(PO4)6(CO3)·2CO2·3H2O Ngoài ra, mẫu được cấy ghép vào một khiếm khuyết ở xương đùi của chuột Sau hai tuần, cho thấy

sự hình thành xương mới xung quanh vùng cấy ghép

Wang Yue-qin và cộng sự [12] kiểm tra độ tinh thể và cấu trúc của các lớp phủ bằng máy đo nhiễu x tia X (Bruker D-8) Hình thái của ống nano TiO2, hình thái bề mặt của mẫu nền và bề mặt được quan sát qua ảnh FE-SEM (LEO-1530VP) Phổ EDX được sử dụng để phân tích thành phần của lớp phủ Khả năng chống ăn mòn trong SBF được đánh giá theo đường cong phân cực được đo bằng máy điện hóa CHI660A Kết quả cho thấy một mảng ống nano TiO2 được sắp xếp theo chiều

d c trên bề mặt chất nền Ti Lớp phủ HAp được lắng đ ng trên Ti trong chất điện phân có chứa các ion 2

Ca  và 3

4

PO  Hình thái h c bề mặt của ống nano TiO2 thúc đẩy sự đan xen cơ h c giữa HAp và TiO2 Các tinh thể lắng đ ng được neo giữ trong và giữa các ống, chế độ chèn góp phần cải thiện cường độ liên kết

A Kar và cộng sự [14] xác định đặc trưng của lớp phủ bằng các phương pháp XRD, SEM, Kết quả cho thấy sự lắng đ ng được thực hiện ở mật độ dòng điện cao và do đó lớp phủ hoàn toàn là HAp, lớp phủ chứa các thanh nano lục giác định hướng thẳng đứng với tỉ lệ cao Đường kính của các thanh là 70 - 100nm và chiều dài là 2 - 3 μm Việc định vị điện được thực hiện theo quy trình hai bước gồm

100 chu kì xung đầu tiên của dòng điện, sau đó là ứng dụng mật độ dòng không đổi trong 60 phút Ngoài ra, nhóm tác giả đánh giá độ bền của lớp phủ bằng cách tiến hành kiểm tra độ bền kéo được mô tả trong tiêu chuẩn ASTM F 1147-99 Chất nền

Ti phủ HAp được dán vào hai bề mặt giao nhau bằng keo 3M Scotch-Weld NMF và được xử lí ở 121°C bằng cách sử dụng vật cố định phù hợp ở áp suất tiếp xúc nhẹ Kiểm tra độ bền kéo được thực hiện trên máy kiểm tra phổ điều khiển bằng máy tính (United Calibrations, Model STM 20E-S, Huntington Beach, CA) với tốc

2214-độ đầu 0,25 cm / phút, (0,1 in./min) Kết quả cho thấy 2214-độ bền liên kết của lớp phủ lắng đ ng (được phủ mà không tiền xử lí với NaOH) là khoảng 19 MPa Lớp phủ được xử lí trước bằng kiềm cho thấy độ bền liên kết là 25 MPa Điều này là do thực

tế là việc xử lí kiềm đ giúp tăng độ pH bên trong các lỗ nano trên Ti dẫn đến t o mầm tinh thể HAp tốt trong quá trình định vị điện Tiếp tục xử lí nhiệt các mẫu được tráng HAp đ xử lí với kiềm ở 600°C trong môi trường khí trơ làm tăng cường

độ liên kết lên khoảng 40 MPa

Ohtsu Naofumi và cộng sự [15] quan sát thấy các h t lồi có kích thước vài chục nanomet trên bề mặt mẫu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ở điện

áp gia tốc 10 kV; độ dày của lớp phủ xấp xỉ 300nm được xác định bằng phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM); kết hợp kết quả phổ quang điện tử tia X (XPS) cho thấy vùng từ 0 đến 300nm có chứa Ca, P, O và Ti, tương ứng với lớp phủ và vùng trên 300 nm, không có Ca và P, tương ứng với chất nền Độ dày của lớp phủ được ước tính là khoảng 300nm, phù hợp với kết quả thu được từ phân tích TEM Nồng độ Ca, P và O trong lớp phủ giảm dần và nồng độ Ti tăng theo chiều sâu, cho thấy sự khuếch tán giao thoa từ lớp phủ vào chất nền được t o điều kiện trong quá trình gia nhiệt Kết quả XRD của lớp phủ cho thấy các đỉnh trong các mẫu được gán cho HAp, TiO2 với cấu trúc rutile, TiO2 với cấu trúc anatase và Ti với cấu trúc hcp Các đỉnh của Ti có nguồn gốc từ chất nền, và các đỉnh cho HAp và TiO2 là từ lớp phủ Các kết quả thu được từ XPS và XRD chỉ ra rằng lớp phủ bao gồm HAp và TiO2

Thukkaram và cộng sự [48] xác định việc hình thành, phân bố và thành phần hoá h c của các h t nano Ag trên Ti bằng phương pháp SEM, XPS Cấu trúc tinh thể và độ ẩm của lớp phủ được đặc trưng bởi XRD và phân tích góc tiếp xúc nước tương ứng Độ nhám bề mặt và độ cứng của lớp phủ được kiểm tra bằng cách sử dụng cấu hình bề mặt và kiểm tra độ thụt Knoop, trong khi sự giải phóng ion b c được định lượng bằng phương pháp quang phổ khối plasma kết hợp tự cảm Kết quả phân tích cho thấy bề mặt của chất nền Ti được chuyển thành TiO2 gồm các pha anatase và rutile Các vi ảnh SEM cho thấy các các h t nano Ag được phân phối khắp lớp oxide, mà không làm thay đổi hình thái của lớp phủ Các lớp phủ cũng cho thấy độ nhám bề mặt tăng, độ cứng vi mô và độ thấm ướt bề mặt được cải thiện so với chất nền Ti chưa được xử lí Hơn nữa, sự kết hợp của Ag vào lớp phủ không làm thay đổi thành phần pha, độ nhám, độ cứng và độ ẩm Một lo t các thử nghiệm kháng khuẩn trong ống nghiệm chỉ ra rằng việc tăng số lượng nano Ag trong chất điện phân dẫn đến các ho t động kháng khuẩn rất tốt

Yajing Yan và cộng sự [33] xác định cấu trúc tinh thể của các lớp phủ bằng phương pháp XRD (BEDE D1 SYSTEM) với bức x CuK ho t động ở 40 kV và

30 mA, thực hiện với góc 2 ph m vi từ 20o đến 70o với kích thước bước nhảy 0,06o Các đặc điểm cấu trúc và phân bố nguyên tố của các lớp phủ thu được, bề mặt sau anot hoá được nghiên cứu bằng SEM, EDX (JSM-6490LV) Hiệu quả của

sự thay thế Ag trên các nhóm chức khác nhau được xác định bằng phương pháp

FT-IR (NICONET NEXUS 670) trong vùng 400 – 4000 1

cm Các nghiên cứu về quang phổ quang điện tử tia X (XPS) cũng được áp dụng bằng cách sử dụng cài đặt VG ESCA 3 MK II XPS (E K = 1486,7 eV) Phổ ghi XPS với độ phân giải R = 50 eV với 256 kênh ghi, được xử lí bằng phần mềm xử lí dữ liệu Spectral v 2.3 Từ kết quả XRD cho thấy các đỉnh nhiễu x HAp điển hình có thể được nhìn thấy trong cả lớp phủ HAp và AgHAp tương ứng với HAp thuần túy (JCPDS số 09-4302) và dao động từ 25o đến 35o Không quan sát thấy các đỉnh nhiễu x m nh tương ứng với

Ag (JCPDS số 04-0783), nguyên nhân có thể là do ion phức b c amine ổn định và phản ứng nhanh giữa ion phosphate và ion b c trong dung dịch

Yingbo Wang và cộng sự [34] đ sử dụng phổ FTIR của lớp phủ composite

ở nhiệt độ phòng để tìm ra các nhóm đặc trưng của HAp Đồng thời, kết quả cho thấy Cu chiếm 1,5% và được phân tán đồng đều trên bề mặt của Ti Điều này cho thấy PPy cho phép phân phối đồng đều các h t nano HAp và Cu trong lớp phủ dưới

d ng bộ điều chỉnh kép Bên c nh đó, nhóm tác giả sử dụng máy vi tính kĩ thuật số

để đo kích thước của các h t nano trong ảnh SEM, trong đó lấy kích thước trung bình từ hơn 100 phép đo cho mỗi ảnh SEM Để kiểm tra ho t tính sinh h c, lớp phủ hỗn hợp được ngâm trong dung dịch calcium phosphate siêu b o hòa (SCPS) ở 37°C Nồng độ ion của dung dịch phù hợp với nồng độ của máu và Tris-HCl được

sử dụng làm chất đệm Độ pH được điều chỉnh thành 6.2 - 6.3 ở nhiệt độ phòng Các mẫu được rửa bằng nước cất và sấy khô trong không khí sau khi được lấy ra khỏi dung dịch vào ngày thứ 10

Trong [35], hình thái h c bề mặt của lớp phủ hỗn hợp được quan sát bằng SEM, (Gemini 300, Germany and Nova NanoSEM 450, Netherland) Các mặt cắt

ngang của mẫu thu được khi sử dụng chùm ion tập trung (FIB), (FEI Nova NanoLab™ 600 DualBeam, Netherlands) FIB cũng được sử dụng để thu được một

lá mỏng trong suốt cho lớp phủ composite, sau đó được phân tích bằng TEM (Tecani G2 20, US) ho t động ở 200 kV cùng với EDX (X-Max, Oxford Instrument, UK) Cấu trúc pha của lớp phủ hỗn hợp được phát hiện bằng nhiễu x tia X màng mỏng (TFXRD) (XtaLAB PRO MM007HF, Japan) với bức x Cu-Kα ở tốc độ quét 1°/phút từ 20° đến 80° với góc tới 0,5° Ngoài ra, nhóm tác giả sử dụng phân tích XPS trên thiết bị AXIS-ULTRA DLD-600W instrument (Shimadzu-Kratos Co Ltd, Japan) để kiểm tra tr ng thái hoá h c bề mặt của lớp phủ composite

Trong [36], hình thái h c bề mặt và thành phần nguyên tố của lớp phủ TiO2kết hợp Zn đ được nghiên cứu bởi FE-SEM (JSM-7001F, JEOL) và EDX Thành phần pha của mẫu được phân tích bằng XRD (Shimadzu) Ho t tính kháng khuẩn của Ti tinh khiết và lớp phủ Zn/TiO2 được xác định bởi cả hai vi khuẩn Escherichia coli (E coli) và Staphylococcus aureus (S aureus) Hình thái của E coli và S aureus trên mẫu vật được quan sát bởi FE-SEM Sau khi ủ với các huyền phù vi khuẩn ở 37oC trong 24 giờ, các bề mặt mẫu được rửa bằng PBS Các vi khuẩn được

cố định với 3% glutaraldehyd, được rửa nước liên tục trong một lo t các dung dịch ethanol trong 10 phút mỗi lần, sấy khô, tráng bằng b ch kim để quan sát SEM Từ

đó, các kết quả thu được như sau: Các lớp phủ dày khoảng 10 m và liên kết tốt với chất nền Các nguyên tố O, Ti, Zn, Ca và P trải đều trên toàn bộ diện tích của lớp phủ Quan sát phổ XRD của mẫu Zn/TiO2 cho thấy, lớp phủ chủ yếu bao gồm pha rutile và anatase, không phát hiện đỉnh đặc trưng của các hợp chất chứa Zn do nồng

độ Zn được kết hợp trong lớp phủ thấp Nồng độ Zn trên các bề mặt là 8,7 at.% và

Zn được phân bố đều trên toàn bộ lớp phủ Lớp phủ TiO2 kết hợp Zn thể hiện tính kháng khuẩn tốt Kết quả điện hoá cho thấy lớp phủ TiO2 kết hợp Zn cũng mang l i khả năng bảo vệ Ti tinh khiết chống ăn mòn hiệu quả

Chang Xiaotong và cộng sự [37] đ sử dụng một số kĩ thuật để kiểm tra đặc tính của lớp phủ FAgHAp/TNT Nhóm tác giả phân tích pha của mẫu bằng phương pháp XRD (D/Max-2500; Rigaku Corporation, Tokyo, Nhật Bản) với bức x Cu-

Kα, λ≈1,5418 và 10°<2 <70° Kết quả XPS của mẫu được thực hiện bằng cách sử dụng máy quang phổ kế Thermo ESCALAB 250XI, quang phổ hồng ngo i biến đổi Fourier (FT-IR; Nicolet 670, MA, USA) đ được sử dụng để đánh giá các nhóm chức và sự thay đổi cấu trúc của các mẫu Ảnh SEM (FE-SEM, JEOL JSM-7500F; JEOL, Tokyo, Nhật Bản) đ được sử dụng để kiểm tra các đặc điểm hình thái của các mẫu được nghiền và ủ Thành phần nguyên tố của các mẫu được đo bằng quang phổ tán x năng lượng tia X (EDX) được kết hợp với ảnh FE-SEM Độ bền liên kết giữa lớp phủ FAgHAp và chất nền Ti được kiểm tra bằng máy thí nghiệm v n năng (AG-10TA, Shimadzu, Kyoto, Nhật Bản) theo tiêu chuẩn quốc tế của Hiệp hội Vật liệu thử nghiệm Hoa Kì (ASTM F1044-05) Một số máy đo góc (Easy Drop Instrument, DSA 100; KRÜSS, Hamburg, Đức) được sử dụng để đo độ ẩm Kết luận F và Ag được kết hợp đồng thời vào cấu trúc tinh thể của HAp mà không t o thành bất kì pha thứ cấp nào khác Các lớp phủ cấu trúc nano FAgHAp đ được phủ thành công lên chất nền Ti Độ bền của lớp phủ được cải thiện bằng cách xử lí nhiệt được thực hiện trên các mẫu được phủ So với lớp phủ HAp, lớp phủ FAgHA /TNT dày đặc và đồng đều với bề mặt có đường kính từ 30 đến 50nm Phép đo độ hòa tan chỉ ra rằng điện trở hòa tan của HAp đ tăng lên do sự kết hợp của các ion F- Khả năng chống ăn mòn được tăng cường, mật độ dòng ăn mòn đ giảm gần hai bậc Độ bền liên kết được cải thiện > 17 MPa, nhờ hiệu ứng giữ của TNT Thông qua các nghiên cứu khả năng kháng khuẩn và tế bào in vitro, nhóm tác giả thấy rằng lớp phủ hai lớp FAgHA/TNT trên Ti thể hiện tính chất kháng khuẩn và khả năng tương thích tế bào rất tốt

Ngô Thị Ánh Tuyết và cộng sự [8] đánh giá các tính chất vật lí và cơ h c của vật liệu bao gồm đánh giá thành pha, cấu trúc bề mặt, thành phần hoá h c của lớp phủ, độ bám dính… sử dụng các phương pháp như: XRD, SEM, EDX, kéo đứt… Bên c nh đó, nhóm tác giả sử dụng phương pháp đo tổng trở của các mẫu trong dung dịch SBF với tần số quét từ 10 kHz đến 10 mHz, biên độ điện thế 10 mV để đánh giá khả năng chống ăn mòn của vật liệu phủ HAp và FHAp và cơ chế hình thành màng apatite theo thời gian ngâm mẫu Ngoài ra, để đánh giá khả năng tương

thích sinh h c của mẫu, nhóm tác giả sử dụng các thử nghiệm in vitro trong dung dịch SBF và vivo với đối tượng là cá thể thỏ Kết quả cho thấy, độ bền bám dính của lớp phủ HAp đ được tiến hành nghiên cứu cải thiện bằng cách xử lí bề mặt nền

Ti và sử dụng Ti xốp Với nền Ti được xử lí anot hoá điện hoá t o lớp phủ TiO2trung gian, độ bền bám dính của lớp phủ HA tăng đến 2 lần trong khi với nền Ti xốp độ bền bám dính của lớp phủ tăng đến 3 lần Một kĩ thuật khác để cải thiện tính chất của lớp phủ HAp bằng cách thay đổi thành phần hoá h c t o ra lớp phủ FHAp cũng đ được nghiên cứu sử dụng Kết quả chỉ ra độ bền bám dính của lớp phủ FHAp tăng gần 2 lần so với lớp phủ HAp trong khi vẫn đảm bảo được độ ổn định hoá h c và khả năng tương thích sinh h c cao

Qua đó, chúng tôi nhận thấy các tác giả thường sử dụng các phương pháp, kĩ thuật phân tích như XRD, EDX, SEM, FTIR,… để khảo sát đặc trưng hoá lí và thử nghiệm in vitro trong dung dịch SBF và vivo với đối tượng là cá thể sống, hoặc đo vòng kháng khuẩn để đánh giá khả năng kháng khuẩn của các mẫu nghiên cứu

1.4 Hướng nghiên cứu của luận văn

- Nghiên cứu chế t o và khảo sát đặc trưng hoá lí của lớp phủ Ag/HAp trên đế

Ti

- Nghiên cứu đặc trưng và khả năng kháng khuẩn với vi khuẩn Streptococcus mutans của lớp phủ Ag/HAp trên đế Ti

hương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Hoá chất, dụng cụ thí nghiệm

- Đế Ti d ng tấm, chiều dày 0.1 mm (KPC Metal Co., Ltd., Hàn Quốc) được cắt thành các hình vuông với c nh 2cm

- Các hoá chất bao gồm: sodium chloride (NaCl), sodium bicarbonate (NaHCO3), potassium chloride (KCl), di-sodium hydrogen phosphate (Na2HPO4.2H2O), magnesium chloride (MgCl2.6H2O), calcium chloride (CaCl2), monopotassium phosphate (KH2PO4), magnesium sulfate (MgSO4.7H2O), glucose (C6H12O6), hydrogen peroxide (H2O2) 30%, etanol (C2H5OH), acetone (CH3COCH3), silver nitrate (AgNO3), sodium hydroxide (NaOH), ammonia (NH3), đều là hoá chất phân tích, được cung cấp bởi công ty Xilong Scientific, Trung Quốc Riêng AgNO3 của h ng Merck, Đức

- Dụng cụ, máy móc: lò nung, tủ sấy, bể siêu âm gia nhiệt cùng với các thiết bị khác trong phòng thí nghiệm

2.2 Quy trình thực nghiệm

Hình 2.1 Quy trình chế tạo mẫu Ag/HAp trên đế Ti

Quy trình phủ bạc

- Chuẩn bị

+ 100 mL dung dịch AgNO3 3.10-3 M (pha từ 0,05 gram muối AgNO3 rắn)

+ 100 mL dung dịch NH3 0,15 M (pha từ 1 mL dung dịch NH3 25 – 28%)

+ 100 mL dung dịch glucose 0,03 M (pha từ 0,59 gram C6H12O6 rắn)

+ 100 mL dung dịch NaOH 0,2 M (pha từ 0,8 gram NaOH rắn)

Hình 2.2 Quy trình xử lí đế kim loại trong dung dịch S F

ảng 2.1 ảng giá trị hàm lƣợng các chất có trong dung dịch S F và S F cải tiến

STT Đơn vị: mM Na+ Mg2+ Ca2+ Cl- HPO42- HCO3

- Trộn 100 mL dung dịch AgNO3 3.10-3 M và 100 mL dung dịch NH3 0,15 M

l i với nhau, sau đó khuấy đều để yên trong 5 phút, thu được dung dịch A, đo pH của dung dịch A (kết quả khoảng pH = 10)

- Sau đó, làm tăng pH của dung dịch A bằng cách cho 5 gi t dung dịch NaOH 0,2 M vào dung dịch A, khuấy và để yên trong 5 phút, lặp đi lặp l i cho đến khi đo

pH của dung dịch khoảng 12-13, thu được dung dịch B

- Lấy 6 mL dung dịch B vào 4 hủ bi có chứa sẵn tấm HAp/Ti, sau đó lấy 3 mL dung dịch C6H12O6 0,03 M cho tiếp vào các hủ bị rồi đập nắp l i, thực hiện phản ứng tráng b c theo các khoảng thời gian 2h, 4h, 6h, 8h

- Sau mỗi thời gian lấy mẫu ra và sấy, nung ở 350oC trong 3h

2.3 Xác định đặc trƣng vật liệu

2.3.1 Thành phần pha, cấu trúc, thành phần hoá học

Phương pháp nhiễu x tia X được sử dụng rộng r i để phân tích cấu trúc vật liệu Khi chiếu chùm tia X vào vật liệu tinh thể, nó sẽ bị “phản x ” bởi các mặt phẳng tinh thể (hình 2.3) H mặt phẳng tinh thể (hkl) nào có giá trị d (khoảng cách giữa hai mặt phẳng lân cận có cùng chỉ số) thỏa m n điều kiện phản x Bragg: nλ = 2d.sin(θ) sẽ cho một cực đ i nhiễu x t i vị trí góc θ = arcsin(nλ/2πd ) tương ứng trên giản đồ nhiễu x [49]

Hình 2.3 Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X từ hai mặt phẳng tinh thể

Đối với mỗi lo i vật liệu kết tinh, giản đồ nhiễu x tia X là duy nhất và được đặc trưng bởi một bộ v ch nhiễu x Phân tích giản đồ nhiễu x , ta có thể thu được các

thông tin định tính, định lượng về các pha tinh thể có trong vật liệu và xác định chính xác hằng số m ng tinh thể, phân biệt vật liệu kết tinh với vật liệu vô định hình

Từ giản đồ nhiễu x tia X, người ta có thể xác định được kích thước trung bình pha tinh thể theo công thức gần đúng Debye - Scherrer:

os

k D

x được xuất ra dưới d ng giản đồ chồng với phổ chuẩn trong ngân hàng giản đồ cùng với số liệu chi tiết dưới d ng File Raw Từ kết quả File Raw, chúng tôi dùng phần mềm “X'hingher score” xử lí thu được các thông số đặc trưng

Phổ tán x năng lượng tia X, hay Phổ tán sắc năng lượng là kĩ thuật phân tích thành phần hoá h c của vật rắn dựa vào việc ghi l i phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức x (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử) Có nghĩa là tần số tia X phát ra đặc trưng cho nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về thành phần các nguyên tố hoá h c có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này [49] Phương pháp này dùng để xác định

thành phần hoá h c của mẫu Ag/HAp/Ti Phổ EDX được đo trên máy S-4800, Hitachi, Nhật Bản t i trường Đ i h c Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.

Phổ hồng ngo i là kĩ thuật được sử dụng phổ biến để nghiên cứu tính chất vật liệu vô cơ và hữu cơ Phương pháp phổ hồng ngo i dựa trên nguyên tắc hấp phụ

ch n l c bức x hồng ngo i của các phân tử, do tần số dao động tự nhiên của các liên kết trong phân tử bằng tần số dao động của các bức x tới và gây ra nhiều biến thiên momen lư ng cực của chúng [49]

Khi chiếu một chùm tia tới đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngo i qua mẫu phân tích, một phần năng lượng bị hấp thụ làm giảm cường độ tia tới Cường độ hấp thụ hồng ngo i được xác định từ định luật Lambert-Beer:

A = lg(Io/I) =

Trong đó: A- mật độ quang

Io và I lần lượt là cường độ của chùm ánh sáng tới và chùm ánh sáng truyền qua, là hệ số hấp phụ phân tử

l- chiều dày cuvet và C là nồng độ chất nghiên cứu mol/l

Phương pháp phổ hồng ngo i được dùng để xác định các nhóm nguyên tử đặc trưng trong cấu trúc của mẫu bột HAp Vật liệu hấp thụ bức x hồng ngo i tùy thuộc vào tần số dao động của nhóm chức trong thành phần cấu trúc của HAp Chúng tôi tiến hành đo phổ hồng ngo i của các mẫu trên máy quang phổ hồng ngo i IMPACT 410-Nicolet (FT-IR) t i Viện Khoa h c Vật liệu thành phố Hồ Chí Minh

2.3.2 Hình thái

Phương pháp SEM được sử dụng để xác định hình thái h c bề mặt của vật liệu Trong luận văn này, hình thái h c bề mặt của đế Ti, mẫu bột HAp hình thành trong dung dịch SBF, mẫu Ag/HAp/Ti được đo trên thiết bị hiển vi điện tử quét Hitachi S4800 (Nhật Bản) của trường Đ i h c Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh

2.3.3 Khả năng kháng khuẩn

Để đánh giá ho t tính kháng khuẩn của các lớp phủ, chúng tôi đ thực hiện phương pháp đo mật độ quang với vi khuẩn Streptococcus mutans, là vi khuẩn hình cầu khuẩn gram dương, được tìm thấy trong mảng bám răng sinh acid gây ăn mòn men răng [50] Chủng vi khuẩn Streptococcus mutans, phân lập từ các mẫu bệnh

phẩm người Việt Nam lấy t i Khoa Răng Hàm Mặt, Bệnh viện B ch Mai, Hà Nội Chủng S mutans hiện đang được giữ và bảo quản t i phòng thí nghiệm Enzym h c

và Phân tích ho t tính Sinh h c, Phòng thí nghiệm Tr ng điểm Công nghệ Enzym

và Protein Khả năng kháng khuẩn được kiểm tra t i Trung tâm Khoa h c và Công nghệ Sinh h c - Trường Đ i h c Khoa h c Tự nhiên – Thành phố Hồ Chí Minh Cụ thể, trung tâm kiểm tra khả năng kháng khuẩn của mẫu với máy quang phổ định lượng vi khuẩn OD600 DiluPhotometer™, h ng sản xuất: IMPLEN - ĐỨC OD-

600 là máy quang phổ chuyên dụng định lượng vi khuẩn, nấm và các protein có bước sóng gần 600nm

Phương pháp thử độ độc tế bào in vitro được Viện Ung thư Quốc gia Hoa K (National Cancer Institute - NCI) xác nhận là phép thử độ độc tế bào chuẩn nhằm sàng l c, phát hiện các chất có khả năng kìm h m sự phát triển hoặc diệt tế bào ung thư ở điều kiện in vitro Phép thử này được thực hiện theo phương pháp của Monks Phép thử tiến hành xác định hàm lượng vi khuẩn dựa vào mật độ quang h c (Optical Density - OD) Giá trị OD máy đo được tỉ lệ thuận với lượng vi khuẩn sống sót, do đó lượng tế bào càng nhiều (lượng vi khuẩn càng nhiều) thì giá trị OD càng lớn