ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HYDROXYAPATITE POLYMALTOSE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2016 ĐẠI HỌC QUỐ[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HYDROXYAPATITE - POLYMALTOSE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HYDROXYAPATITE - POLYMALTOSE Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN THỊ NGỌC BÍCH Hà Nội -2016 LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ hoàn thành Phịng thí nghiệm Phịng Hóa Vơ – Viện Hóa học- Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn tới Cơ PGS TS Phan Thị Ngọc Bích giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thí nghiệm thuận lợi giúp cho em hồn thành luận văn Em gửi lời cảm ơn chân thành đến cô, chú, anh chị em cơng tác Phịng Hóa Vơ trao đổi kinh nghiệm giúp đỡ em trình thực Luận văn Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu Hà Nội, tháng năm 2016 Học viên Đặng Thị Nhung DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DTA (Differential Thermal Analysis) FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) Phân tích nhiệt vi sai Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier HA Hydroxyapatite HAP Hydroxyapatite/polymaltose PPA Phƣơng pháp A PPB Phƣơng pháp B PPC Phƣơng pháp C SEM (Scanning Electron Microscopy) Hiển vi điện tử quét TGA (Thermal Gravimetric Analysis) Phân tích nhiệt trọng lƣợng TEM (Transmission Electron Microscopy) Hiển vi điện tử truyền qua XRD (X-Ray Diffraction) Nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Ảnh hiển vi điện tử tinh thể HA .3 Hình 1.2 Cấu trúc ô mạng sở tinh thể HA Hình 1.3 Cơng thức cấu tạo polymaltose 10 Hình 1.4 Sự tạo mầm HA chất polyme 11 Hình 1.5 Compozit HA/collagen 14 Hình 1.6 Sự chuyển pha từ brushite sang HA theo thời gian 16 Hình 1.7 Giản đồ DT-TGA compozit HA/chitosan với hàm lượng khác 17 Hình 1.8 Hình thái học compozit HA 18 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp compozit HA/polymaltose theo phương pháp kết tủa 24 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu HAP tổng hợp theo phương pháp khác 29 Hình 3.2 Phổ FTIR mẫu HA, polymaltose P3 mẫu HAPc 30 Hình 3.3 Ảnh TEM mẫu HAP tổng hợp theo phương pháp khác 31 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu HAP tổng hợp với DE khác 32 Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu HAP với polymaltose có DE khác 33 Hình 3.6 Ảnh TEM mẫu HAP với giá trị DE khác 34 Hình 3.7 Giản đồ TG-DTA mẫu HA, polymaltose P3 mẫu HAP 36 Hình 3.8 Giản đồ XRD mẫu HAP với hàm lượng P3 khác 37 Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu HAP với hàm lượng polymaltose khác .38 Hình 3.10 Ảnh SEM mẫu HAP với tốc độ cấp axit ml/phút 40 Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu HAP tổng hợp nhiệt độ khác 41 Hình 3.12 Ảnh TEM mẫu HAP tổng hợp nhiệt độ khác 42 Hình 3.13 Giản đồ XRD mẫu với thời gian già hóa khác 44 Hình 3.14 Ảnh TEM sản phẩm HAP với chế độ làm khô khác 45 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Hàm lượng polymaltose mẫu compozit 25 Bảng 3.1 Hàm lượng polymaltose thực tế mẫu HAP .36 Bảng 3.2 Kích thước độ tinh thể mẫu HAP theo nhiệt độ 41 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 HYDROXYAPATITE 1.1.1 Tính chất vật lý 1.1.2 Tính chất hóa học 1.1.3 Tính chất sinh học] 1.1.4 Các ứng dụng vật liệu HA 1.1.5 Các phương pháp tổng hợp HA 1.2 POLYMALTOSE 1.2.1 Cấu trúc 1.2.2 Tính chất ứng dụng polymaltose [51, 52, 54] .10 1.3 VẬT LIỆU COMPOZIT CỦA HA VÀ POLYME 11 1.3.1 Sự tạo thành vật liệu compozit HA/polyme .11 1.3.2 Các phương pháp tổng hợp compozit HA/polyme 13 1.3.2.1 Phương pháp trộn HA polyme 13 1.3.2.2 Phương pháp kết tủa trực tiếp 14 1.3.3 Đặc trưng vật liệu compozit HA/polyme 15 1.3.3.1 Thành phần 15 1.3.3.2 Hình thái học 18 1.3.3.3 Tương tác HA polyme .19 1.3.4 Ứng dụng compozit HA/polyme .20 1.3.4.1 Sửa chữa khuyết tật xương 20 1.3.4.2 Sửa chữa khiếm khuyết 20 1.3.4.3 Truyền thuốc gen .21 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ HA VÀ COMPOZIT HAP Ở NƢỚC TA .21 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM 23 2.1 HÓA CHẤT 23 2.2 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PHẢN ỨNG ĐẾN HA/POLYMALTOSE 23 2.2.1 Lựa chọn phương pháp tổng hợp HA/polymaltose 23 2.2.2 Lựa chọn polymaltose có số DE thích hợp .24 2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thông số phản ứng đến sản phẩm HAP .25 2.2.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng polymaltose 25 2.2.3.2 Ảnh hưởng tốc độ cấp axit H3PO4 25 2.2.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng .26 2.2.3.4 Ảnh hưởng thời gian phản ứng .26 2.2.3.5 Ảnh hưởng chế độ làm khô sản phẩm 26 2.3 CAC PHƢƠNG PHAP XAC DịNH DặC TRƢNG 26 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 26 2.3.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) 27 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 27 2.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .28 2.3.5 Phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DTA) 28 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 LựA CHọN PHƢƠNG PHÁP TổNG HợP HA/POLYMALTOSE 29 3.2 LựA CHọN POLYMALTOSE VớI DE THÍCH HợP 32 3.3 KHảO SÁT Sự ảNH HƢởNG CủA CÁC THÔNG Số PHảN ứNG ĐếN HAP 35 3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng polymaltose 35 3.3.2 Ảnh hƣởng tốc độ cấp axit H3PO4 39 3.3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng 41 3.3.4 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng 43 3.3.5 Ảnh hƣởng chế độ làm khô sản phẩm 44 KẾT LUẬN CHUNG 46 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN LỜI MỞ ĐẦU Hydroxyapatite hay Canxi hydroxyapatite (HA), có cơng thức Ca10(PO4)6(OH)2, HA thành phần xƣơng thể ngƣời động vật HA có đặc tính q giá nhƣ có hoạt tính độ tƣơng thích sinh học cao với tế bào mơ, có tính dẫn xƣơng tốt, tạo liên kết trực tiếp với xƣơng non dẫn đến tái sinh xƣơng nhanh, không bị thể đào thải, tồn trạng thái tập hợp khác HA dạng canxi photphat dễ hấp thu thể ngƣời với tỉ lệ Ca/P nhƣ tỉ lệ Ca/P tự nhiên xƣơng Ở nƣớc ta, vật liệu vơ có khả ứng dụng y sinh học nói chung dƣợc phẩm nói riêng đƣợc quan tâm từ lâu Tuy nhiên, việc ứng dụng vật liệu vô y sinh học dƣợc học nhiều hạn chế Từ năm 2005, nhóm nghiên cứu thuộc Phịng Hố Vơ cơ, Viện Hố học (Viện KH&CN Việt Nam) thực nghiên cứu tổng hợp vật liệu HA dạng bột dạng xốp hƣớng đến ứng dụng dƣợc học y sinh học Để nâng cao đặc tính HA ứng dụng dƣợc học y sinh học, xu hƣớng tạo vật liệu compozit cách phân tán HA vào polyme sinh học Các nhóm chức polyme có khả tạo liên kết tốt với tế bào sinh học, nâng cao tính tƣơng thích sinh học vật liệu khả hấp thụ thể Các polyme đƣợc tập trung nghiên cứu theo hƣớng polyme tự nhiên nhƣ collagen, chitosan, alginat, polymaltose hay polyme tổng hợp nhƣ poly (lactide-co-galactide) làm chất truyền dẫn, nhả chậm thuốc chế tạo chi tiết xƣơng nhân tạo để cấy ghép xƣơng Vật liệu compozit sinh học sở HA polyme tự nhiên đƣợc ứng dụng rộng rãi cơng nghệ mơ, phẫu thuật chỉnh hình, truyền dẫn thuốc, nhả thuốc… Để tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có nƣớc góp phần tạo loại vật liệu có nhiều ƣu điểm khả ứng dụng y sinh học dƣợc học, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp xác định đặc trưng hydroxyapatite - polymaltose” Đề tài tập trung khảo sát nội dung sau: Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN Nghiên cứu lựa chọn phƣơng pháp tổng hợp vật liệu HA/polymaltose Lựa chọn polymaltose với số DE thích hợp Khảo sát ảnh hƣởng thông số phản ứng để lựa chọn lựa chọn đƣợc chế độ tổng hợp thích hợp, tạo sản phẩm HAP có kích thƣớc hạt độ phân tán tốt Các thông số bao gồm: - Hàm lƣợng polymaltose - Tốc độ cấp axit H3PO4 - Nhiệt độ phản ứng - Thời gian khuấy - Chế độ làm khô sản phẩm Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 HYDROXYAPATITE 1.1.1 Tính chất vật lý Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, kích thƣớc hạt trạng thái tập hợp mà Hydroxyapatite (HA) có màu trắng, trắng ngà, vàng nhạt xanh lơ HA nóng chảy 1760oC, sôi nhiệt độ 2850oC, độ tan nƣớc 0,7 g/l, khối lƣợng phân tử 1004,60 g/mol, khối lƣợng riêng 3,156 g/cm3, độ cứng theo thang Mohs [28, 57] HA hợp chất bền nhiệt, bị phân hủy khoảng 800-1200oC tùy thuộc vào phƣơng pháp điều chế dạng tồn Các tinh thể HA thƣờng tồn dạng hình que, hình kim, hình vảy, hình cầu… [28] Có thể nhận biết dạng tồn tinh thể HA nhờ sử dụng phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) hiển vi điện tử truyền qua (TEM) (Hình 1.1) Hình 1.1 Ảnh hiển vi điện tử tinh thể HA Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN Cấu trúc mạng HA gồm: Ca2+, PO43- OH- đƣợc xếp đơn vị Hình 1.2 Cấu trúc ô mạng sở tinh thể HA Trong tổng số 14 ion Ca2+ có ion thuộc HA nằm trọn vẹn ô mạng đơn vị, lại ion nằm chu vi hai mặt đáy đƣợc dùng chung với ô đơn vị kề bên định vị ion Trong 10 nhóm PO43- nhóm nằm bên đơn vị cịn nhóm nằm chu vi hai mặt đáy nhƣng có nhóm thuộc đơn vị, nhóm gồm nhóm bên đơn vị cộng với số nhóm nằm chu vi mặt đáy Tƣơng tự, có số nhóm OH- hình thuộc ô đơn vị Số lƣợng ion xuất đơn vị khơng với cơng thức phân tử HA Điều giải thích lặp lại đơn vị hệ đối xứng ba chiều Với cách giải thích nhƣ trên, phân tử HA bao gồm có 10 ion Ca2+, nhóm PO43- nhóm OH-, từ ta khẳng định HA có cơng thức hóa học tỷ lƣợng Ca10(PO4)6(OH)2 [10] Nestor J Zaluzec [48] nghiên cứu công thức cấu tạo phân tử HA đƣợc thể hình 1.3, nhận thấy phân tử HA có cấu trúc mạch thẳng, liên kết Ca – O liên kết cộng hố trị Hai nhóm OH đƣợc gắn với hai nguyên tử P hai đầu mạch: Hình 1.3 Công thức cấu tạo phân tử HA Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN 1.1.2 Tính chất hóa học HA khơng phản ứng với kiềm nhƣng phản ứng với axit tạo thành muối canxi nƣớc: Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl 3Ca3(PO4)2↓ + CaCl2 + 2H2O (1.1) HA tƣơng đối bền nhiệt, bị phân hủy chậm khoảng nhiệt độ từ 800oC đến 1200oC tạo thành oxy-hydroxyapatite theo phản ứng: Ca10(PO4)6(OH)2 Ca10(PO4)6(OH)2-2xOx + xH2O (0 ≤ x ≤ 1) (1.2) Ở nhiệt độ > 1200oC, HA bị phân hủy thành β - Ca3(PO4)2 Ca4P2O9 CaO: Ca10(PO4)6(OH)2 2β-Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + 2H2O (1.3) Ca10(PO4)6(OH)2 2β- Ca3(PO4)2 + CaO + 2H2O (1.4) 1.1.3 Tính chất sinh học [24] Do có thành phần hóa học cấu trúc tƣơng tự HA tự nhiên nhân tạo vật liệu có tính tƣơng thích sinh học cao Ở dạng bột mịn kích thƣớc nano HA dạng canxi photphat dễ đƣợc thể hấp thụ với tỷ lệ Ca/P phân tử nhƣ tỷ lệ xƣơng Ở dạng màng dạng xốp HA có thành phần hóa học đặc tính giống xƣơng tự nhiên, lỗ xốp liên thông với làm cho mô sợi, mạch máu dễ dàng xâm nhập Do vật liệu tƣơng thích sinh học cao với tế bào mơ, có tính dẫn xƣơng tốt, tạo liên kết trực tiếp với xƣơng non dẫn đến tái sinh xƣơng nhanh mà không bị thể đào thải Mặt khác, HA hợp chất không gây độc, không gây dị ứng cho thể ngƣời có tính kháng khuẩn 1.1.4 Các ứng dụng vật liệu HA Các muối canxi photphat (CaP) thành phần khoáng xƣơng động vật có xƣơng sống [7, 8, 20, 42, 45, 57] Xƣơng mô cứng khác đƣợc xem vật liệu compozit tự nhiên gồm chất khoáng sinh học gắn chất polyme, chất hữu khác nƣớc [42, 57] Pha khoáng sinh học, nhiều loại muối CaP, chiếm 65-70% khối lƣợng xƣơng, nƣớc chiếm khoảng 5-8% phần lại pha hữu cơ, mà chủ yếu collagen [20, 42, 57] Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN Collagen đóng vai trị chất cho lắng đọng tăng trƣởng chất khoáng [42, 57] Trong số muối CaP, HA thành phần chủ yếu pha khoáng sinh học [42, 45] Trong nhiều thập kỷ qua, việc nghiên cứu tổng hợp HA đƣợc nhà khoa học vật liệu quan tâm tính tƣơng thích sinh học tuyệt vời [5, 17, 22, 30], gần gũi với polyme sinh học [30] có khả dẫn xƣơng cao [8, 20, 23, 36] HA đƣợc chứng minh thúc đẩy phát triển xƣơng thông qua chế dẫn xƣơng mà không gây độc tính cục tồn thân, viêm dị ứng [18, 23, 28, 36, 63] Khi cấy ghép vật liệu gốm chứa HA vào thể, lớp mơ đƣợc hình thành bề mặt góp phần vào liên kết mơ cấy vào xƣơng, dẫn đến định hình vƣợt trội mô cấy đến mô xung quanh [53] Hơn nữa, số nghiên cứu cho thấy HA muối CaP đƣợc khai thác nhƣ hợp chất mơ hình để nghiên cứu q trình khống hóa sinh học thể ngƣời [63, 65] Các nghiên cứu gần rằng, hạt HA ức chế phát triển nhiều loại tế bào ung thƣ [37, 38, 39] Hiện nay, HA vật liệu đƣợc lựa chọn cho ứng dụng y sinh học khác nhau, ví dụ: thay cho xƣơng khuyết tật nha chu, ổ răng, cấy ghép tai giữa, hệ thống kỹ thuật mô, tác nhân truyền dẫn thuốc, điều trị bệnh loãng xƣơng, vật liệu nha khoa lớp phủ hoạt tính sinh học lên miếng cấy ghép xƣơng kim loại [18 - 22, 25, 29, 32, 36, 60, 67] Ngoài lĩnh vực dƣợc học y sinh học, HA muối CaP ngày đƣợc ứng dụng nhiều ngành công nghiệp khác Ví dụ: chất xúc tác cho phản ứng cộng hợp kiểu Michael oxy hóa metan, nguyên liệu phát laser, vật liệu huỳnh quang [38] HA tổng hợp đƣợc sử dụng phƣơng pháp sắc ký cột để cất phân đoạn đơn giản nhanh chóng protein axit nucleic Hơn nữa, HA cịn vật liệu có giá trị cho q trình xử lý nƣớc hấp phụ kim loại nặng đất [31] Các nghiên cứu vật liệu HA kích thƣớc nano có tính tƣơng thích, tái hấp thu sinh học hoạt tính sinh học cao nhiều so với vật liệu có kích thƣớc micro [60, 65, 67] Bởi kích thƣớc siêu mịn, hạt nano HA có hoạt tính bề mặt cao, nhanh chóng giải phóng ion canxi tƣơng tự nhƣ apatit sinh học Ngoài ra, phản ứng khử khống men xƣơng bị ức Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN chế kích thƣớc hạt đạt đến mức nano, ngăn ngừa bệnh sâu loãng xƣơng [43, 66] Một số nghiên cứu báo cáo nano HA có khả giảm đáng kể tế bào chết tự hủy hoại nên cải thiện tăng sinh tế bào hoạt tính tế bào liên quan đến phát triển xƣơng [66] Vì vậy, năm gần đây, gốm sinh học compozit sinh học chứa HA kích thƣớc nano đƣợc xem vật liệu hứa hẹn cho loạt ứng dụng y sinh học [55, 64] Để phản ánh quan tâm ngày tăng việc nghiên cứu chế tạo vật liệu HA, M Sadat-Shojai tìm kiếm nghiên cứu sở liệu Scopus, kết cho thấy số lƣợng ấn phẩm dạng vật liệu chứa HA tăng lên gấp ba lần từ năm 1999 đến 2011 [56] Tuy vậy, việc điều chế HA với đặc trƣng xác định thách thức thú vị Cụ thể tìm phƣơng pháp kiểm sốt xác cấu trúc tinh thể, thành phần hóa học, độ tinh thể hóa, phân bố kích thƣớc, trạng thái kết tập động lực cho nhà nghiên cứu vật liệu chứa HA giới [53, 55] 1.1.5 Các phương pháp tổng hợp HA Để tạo HA có tính chất ƣu việt đáp ứng yêu cầu mục đích sử dụng cụ thể, nhiều phƣơng pháp khác đƣợc phát triển nhƣ kết tủa hóa học, điện hóa, thủy nhiệt, phản ứng pha rắn, đơi có hỗ trợ thiết bị siêu âm, vi sóng [4 – 6, 11 - 13, 21, 37 - 40, 50] Có thể phân thành loại phƣơng pháp ƣớt phƣơng pháp khơ… Trong đó, phƣơng pháp khô: phƣơng pháp phản ứng pha rắn, phƣơng pháp hóa cơ, phƣơng pháp vật lí Cịn phƣơng pháp ƣớt phƣơng pháp tạo pha rắn HA từ dung dịch chứa nguyên liệu ban đầu khác Phƣơng pháp ƣớt bao gồm: phƣơng pháp kết tủa, sol-gel hay phƣơng pháp kết tinh từ dung dịch bão hòa, phƣơng pháp phun sấy, phƣơng pháp sử dụng vi sóng,…thƣờng đƣợc dùng để tổng hợp HA dạng bột với kích thƣớc khác Ƣu điểm phƣơng pháp ƣớt điều chỉnh đƣợc kích thƣớc hạt HA theo mong muốn Trong luận văn này, quan tâm đến phƣơng pháp kết tủa phƣơng pháp ƣớt Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN Việc tổng hợp HA cách kết tủa từ ion Ca2+ PO43- thực theo nhiều cách khác nhau, đƣợc phân thành hai nhóm chính: - Phương pháp kết tủa tử muối chứa ion Ca2+ PO43- dễ tan nước: Các muối hay đƣợc dùng Ca(NO3)2, CaCl2, (NH4)2HPO4,… 10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH4OH→Ca10(PO4)6(OH)2↓+20NH4NO3+6H2O (1.5) Lƣợng Ca(NO3)2 (NH4)2HPO4 đƣợc chuẩn bị theo tỷ lệ mol Ca/P = 1,67, pha nƣớc cất với nồng độ tƣơng ứng 0,2M 0,1M Sau đó, nhỏ từ từ (tốc độ 2ml/phút) dung dịch (NH4)2HPO4 vào cốc đựng Ca(NO3)2 máy khuấy từ (tốc độ 300-400 vòng/phút) Bổ sung dung dịch NH4OH để đảm bảo phản ứng diễn môi trƣờng pH = 10 - 12 Sau nhỏ hết lƣợng dung dịch (NH4)2HPO4, tiếp tục khuấy hỗn hợp khoảng nhiệt độ định Kết thúc phản ứng, thu lấy kết tủa làm cách lọc rửa nhiều lần với nƣớc cất máy ly tâm thiết bị lọc hút chân không Sản phẩm đƣợc sấy khô nhiệt độ 75-800C - Phương pháp kết tủa từ hợp chất chứa Ca2+ tan không tan nước: Phản ứng xảy Ca(OH)2, CaO, CaCO3… với axit H3PO4 môi trƣờng kiềm Phƣơng trình phản ứng đặc trƣng: 10Ca(OH)2 + 6H3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2↓ + 18H2O (1.6) Trong trình điều chế, yếu tố pH đóng vai trị quan trọng H3PO4 axit có độ mạnh trung bình, phân ly theo nấc: H2PO4- + H+ pK1 = 2,2 (1.7) H2PO4- ↔ HPO42- + H+ pK2 = 7,2 (1.8) HPO42- ↔ pK3 = 12,3 H3PO4 ↔ PO43- + H+ (1.9) Khi thêm axit với tốc độ cao, pH dung dịch giảm đột ngột, dẫn đến phân ly axit khơng hồn tồn, tạo ion HPO42- H2PO4- ảnh hƣởng đến chất lƣợng vật liệu HA Các yếu tố nhƣ nguyên liệu ban đầu, nhiệt độ, môi trƣờng phản ứng… thƣờng ảnh hƣởng đến chất lƣợng hình dạng tinh thể HA Để nhận đƣợc sản Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN phẩm HA bột có kích thƣớc mong muốn yếu tố trên, cần quan tâm đến kết tinh HA suốt trình tổng hợp 1.2 POLYMALTOSE 1.2.1 Cấu trúc Polymaltose sản phẩm thủy phân khơng hồn tồn tinh bột Dựa vào mức độ thủy phân tinh bột (loại enzyme điều kiện thủy phân), có sản phẩm khác nhau, đƣợc đặc trƣng giá trị đƣờng khử dextrose equivalent (DE) DE đại lƣợng cho biết lƣợng đƣờng khử có sản phẩm, so với dextrose (hay glucose) tính theo phần trăm khối lƣợng chất thơ Gía trị DE cho biết độ chuyển hóa từ tinh bột đến dextrose Tinh bột tự nhiên, ví dụ tinh bột sắn có DE gần khơng, glucose có DE 100 [60, 61] Maltodextrin, dextrin, polymaltose tên gọi quen thuộc, phổ biến sản phẩm thủy phân khơng hồn tồn tinh bột Tuy nhiên, chúng khơng có phân biệt, khơng có ranh giới rõ ràng giá trị DE Maltodextrin thƣờng đƣợc nghĩa rõ ràng hơn, để sản phẩm có DE 20 thấp hơn, thƣờng khoảng - 20 [60, 61] Dextrin để chung chung sản phẩm thủy phân tinh bột có chiều dài mạch trung bình Polymaltose hay đƣợc thích nhƣ tên khác dextrin, số công bố lại cho thuật ngữ polymaltose tƣơng đƣơng với maltodextrin Bên cạnh đó, lĩnh vực vật liệu y sinh học, thuật ngữ polymaltose đƣợc sử dụng phổ biến, đặc biệt với chất bổ sung sắt Chính vậy, đề tài nghiên cứu sử dụng sản phẩm thủy phân tinh bột có DE khoảng 12 - 30 để tạo vật liệu ứng dụng y sinh học nên lựa chọn tên gọi phổ biến polymaltose Polymaltose sản phẩm dễ tan nƣớc, cấu trúc gồm phân tử Dglucose liên kết với nhau, có công thức cấu tạo (C6H10O5)n với phân tử lƣợng dao động tƣơng đối lớn khoảng 10.000 - 100.000 Dalton, phân tử glucose liên kết với chủ yếu liên kết α - 1, α - 1, glicozit Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN Hình 1.3 Cơng thức cấu tạo polymaltose 1.2.2 Tính chất ứng dụng polymaltose [51, 52, 54] - Polymaltose có khả giữ ẩm hạn chế kết tinh, đặc biệt polymaltose ngăn chặn di chuyển độ ẩm từ hạt tinh bột, làm giảm tƣợng thối hóa cách ức chế q trình tái cấu trúc chuỗi amylose amylopectin liên kết tinh bột - gluten Chính vậy, polymaltose có khả trì độ ẩm cao, giữ đƣợc độ ẩm phù hợp thực phẩm đặc biệt loại bánh tƣơi - Polymaltose hấp thu từ từ máu, cung cấp lƣợng cho thể cách đều, giữ ổn định máu thời gian dài - Đƣợc dùng để chỉnh kích thƣớc màng, ổn định tính chất cảu sản phẩm thực phẩm nguyên liệu - Khi bổ sung vào thực phẩm, đồ uống polymaltose tác nhân kìm hãm thành phần máu, thay phần glucose nên hàm lƣợng glucose thấp Hơn ngăn cản kết tinh đƣờng saccharose bảo vệ cấu trúc sản phẩm thời gian bảo quản - Polymaltose có độ thấp, 30% so với đƣờng saccharose dung dịch 10% nhiệt độ 250C nên thay đƣờng saccharose thực phẩm để giảm độ sản phẩm mà không ảnh hƣởng đến hƣơng vị sản phẩm Polymaltose tạo cảm giác ngon miệng tiêu hóa dễ dàng đƣợc sử dụng nhiều thức ăn trẻ em, ngƣời già, bệnh nhân, đặc biệt dành cho ngƣời bệnh tiểu đƣờng ngƣời già Đặng Thị Nhung 10 Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN 1.3 VẬT LIỆU COMPOZIT CỦA HA VÀ POLYME 1.3.1 Sự tạo thành vật liệu compozit HA/polyme Trong hình thành vật liệu compozit HA/polyme, polyme đóng vai trị chất cung cấp vị trí tạo mầm điều chỉnh phát triển hình thái học tinh thể HA Các nhóm cacboxyl phân tử polyme có vị trí quan trọng tạo mầm tinh thể HA [2, 11, 23] Z X Liu cộng [40] gắn nhóm cacboxyl, amin methyl đế Au đánh giá hình thành tăng trƣởng mầm tinh thể HA dung dịch giả dịch thể ngƣời (SBF) Ở bề mặt chứa nhóm cacboxyl, lƣợng tinh thể HA hình thành dày gấp ba lần so với bề mặt amin, bề mặt chứa nhóm methyl gần nhƣ khơng có tinh thể HA đƣợc tìm thấy Bằng phƣơng pháp hiển vi lực nguyên tử (AFM), Nonoyama cộng quan sát giai đoạn trình tạo mầm HA thấy rằng, ban đầu nhóm cacboxyl có tƣơng tác với ion canxi sau ion photphat gắn lên ion canxi [47] Hình 1.4 Sự tạo mầm HA chất polyme (a) Các nhóm chức phân tử polyme vị trí tạo mầm cho tinh thể HA, (b) Sự tạo mầm phát triển tinh thể HA polyme gắn đế đế Au Đặng Thị Nhung 11 Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN Bên cạnh nhóm cacboxyl, nhóm cacbonyl collagen có ƣu cao cho tạo mầm tinh thể [67] Đối với chất tơ sợi Fibroin, có vị trí tạo mầm khác nhƣ nhóm amin hydroxyl [38] Các nhóm amin chitosan đóng góp cặp electron tự tƣơng tác với ion canxi tạo thành phức chitosan - ion canxi trƣớc tạo mầm [39] L Wang cộng [33] sử dụng phƣơng pháp mô động lực học phân tử (Molecular Dynamics – MD), cho thấy tƣơng tác phân tử chất polyme HA chủ yếu lực VanđecVan Thơng thƣờng, nhóm mang điện tích âm phân tử polyme đƣợc xem có liên kết mạnh với ion canxi tinh thể HA, nhóm tích điện dƣơng có liên kết với ion photphat Vì vậy, polyme tự nhiên phân cực nhƣ chitosan [27], alginat [1], tinh bột [9], …sẽ có khả kết dính tƣơng tác tốt với HA Tƣơng tác hóa học HA polyme nhƣ liên kết hydro, lực Van de Van, phức chất cacboxyl-Ca-cacboxyl, … cho phép phân tán đồng HA pha hữu Các compozit HA/chitosan đƣợc nghiên cứu tổng hợp nhiều phƣơng pháp khác Do chitosan tan tốt dung dịch nƣớc axit hữu nhƣ axit axetic, axit lactic, axit malic axit xitric, nên ảnh hƣởng dung dịch axit hữu vi cấu trúc sản phẩm đƣợc khảo sát [27] HA dạng tinh thể hình thành sử dụng axit axetic axit lactic, HA tồn dạng vơ định hình dùng axit hữu có nhiều hai nhóm cacboxyl Trong số polyme tự nhiên, tinh bột sản phẩm biến tính từ tinh bột nguồn quan trọng phổ biến Tuy nhiên, có tài liệu việc chế tạo vật liệu HA với vật liệu Sadjadi, Meskinfam cộng tổng hợp q trình mơ sinh học in situ có mặt tinh bột hỗn hợp genlatin/ tinh bột [49] Kết cho thấy hình thái hạt HA bị ảnh hƣởng polyme này, HA tạo thành có dạng hình que giống nhƣ HA vơ xƣơng tự nhiên Shakir cộng thông báo họ tổn hợp thành công hệ HA/chitosan/dextrin phản ứng đồng kết tủa ứng dụng kỹ thuật mô xƣơng Đặng Thị Nhung 12 Cao học Hóa - K24 ... sinh học dƣợc học, lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu tổng hợp xác định đặc trưng hydroxyapatite - polymaltose” Đề tài tập trung khảo sát nội dung sau: Đặng Thị Nhung Cao học Hóa - K24 Luận văn Thạc sĩ. ..ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HYDROXYAPATITE - POLYMALTOSE Chun ngành:... 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN THỊ NGỌC BÍCH Hà Nội -2 016 LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ hoàn thành Phịng thí nghiệm Phịng Hóa Vơ – Viện Hóa học- Viện Hàn lâm Khoa