Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Tổng hợp nano canxi hydroxyapatite từ phế phẩm xương cá chẽm biến tính ZnO và đánh giá khả năng kháng khuẩn của vật liệu

NGUYỄN THỊ THU TRANG

TỔNG HỢP NANO CANXI HYDROXYAPATITE TỪ PHẾ PHẨM XƯƠNG CÁ CHẼM BIẾN TÍNH ZnO

VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA VẬT LIỆU

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học Mã số: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2021

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM PHÒNG DẦU KHÍ VÀ XÚC TÁC, VIỆN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC,

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Trí

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Quốc Thiết Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS Nguyễn Đình Thành

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – HCM ngày 28 tháng 08 năm 2021 (trực tuyến)

ĐHQG-Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 Chủ tịch: PGS TS Nguyễn Quang Long

2 Phản biện 1: TS Nguyễn Quốc Thiết 3 Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Đình Thành 4 Ủy viên: PGS TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ 5 Ủy viên, thư ký: PGS TS Nguyễn Tuấn Anh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301I TÊN ĐỀ TÀI: Tổng hợp nano canxi hydroxyapatite từ phế phẩm xương cá chẽm biến tính ZnO và đánh giá khả năng kháng khuẩn của vật liệu

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Khảo sát ảnh hưởng của các yêu tố đến quá trình tổng hợp nano canxi hydroxyapatite (HA) từ xương cá chẽm bằng phương pháp thủy nhiệt Xác định điều kiện tổng hợp phù hợp

- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình tổng hợp HA biến tính ZnO bằng phương pháp vi sóng Xác định điều kiện tổng hợp phù hợp

- Đánh giá các tính chất lý hóa và chỉ tiêu vi sinh của mẫu vật liệu HA và HA biến tính ZnO sau khi tổng hợp được

- Đánh giá khả năng kháng một số chủng vi khuẩn phổ biến của vật liệu HA biến tính ZnO (ZnO@HA)

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 22/02/2021

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/06/2021

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ, TS Nguyễn Trí Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua bộ môn

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm2021

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời tri ân đến quý thầy, quý cô đã tận tình giảng dạy lớp cao học chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học, khóa 2018 Các thầy cô đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích, những kinh nghiệm quý báu cũng như đã giúp đỡ tôi suốt quá trình học tập ở trường

Đặc biệt, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ và TS Nguyễn Trí, những người thầy đã tận tình chỉ dạy, động viên và luôn theo sát tôi trong quá trình thực hiện luận văn của mình Các thầy đã dành cho tôi nhiều thời gian, tâm sức, cho tôi nhiều góp ý quan trọng cũng như động viên, khuyến khích tôi cố gắng trong suốt quá trình thực hiện luận văn Tôi xin kính chúc các thầy luôn mạnh khỏe, vững bước trên con đường giảng dạy và sự nghiệp trồng người của mình

Tôi xin cảm ơn các thầy cô, các anh chị công tác tại Viện Công nghệ Hóa học đã tạo điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, sắp xếp thời gian để tôi có thể thực hiện thí nghiệm với điều kiện tốt nhất Tôi xin cảm ơn những người bạn, thành viên nghiên cứu, làm thí nghiệm tại phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Hóa học đã sẵn sàng san sẻ, giúp đỡ những lúc tôi gặp khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù đã cố gắng, song do còn hạn chế về kiến thức chuyên sâu cũng như kinh nghiệm thực tiễn và thời gian tìm hiểu nên luận văn này khó tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự chia sẻ và những ý kiến góp ý quý báu của các thầy cô giáo, các bạn bè đồng nghiệp

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 6 năm 2021 Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Thu Trang

iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong nghiên cứu này, bã rắn xương cá chẽm (thải ra sau quá trình thủy phân enzym thu nhận protein) sau khi được rửa sạch, sấy khô, nghiền mịn được tiến hành tổng hợp hydroxylapatite (HA) bằng phương pháp thủy nhiệt Quy trình thủy nhiệt trải qua các công đoạn: khuấy phân tán nguyên liệu trong nước cất, tiếp theo là thực hiện phản ứng với dung dịch H3PO4 để bổ sung thêm thành phần photpho để đạt tỉ lệ mol Ca/P theo lý thuyết trong HA (1,67), ủ kín hỗn hợp phản ứng trong môi trường nhiệt độ cao tại các mốc nhiệt độ từ 80 đến 140 oC với thời gian ủ từ 6 đến 24 giờ Phần sản phẩm rắn được mang rửa sạch, sấy khô và nung ở những nhiệt độ khác nhau (550, 650, 750, 800 và 850 oC) trong các khoảng thời gian khác nhau (0,25; 0,5; 1; 1,5; 2 giờ) để thu được sản phẩm HA tinh khiết, không lẫn tạp chất hữu cơ Ngoài ra, cũng thực hiện quy trình tổng hợp HA với nhiều tỉ lệ lỏng – rắn trong hỗn hợp phản ứng, bằng cách thay đổi đồng thời khối lượng nguyên liệu xương cá và nồng độ dung dịch H3PO4 tại những tỉ lệ 0,5; 1; 2; 3; 4 gam xương cá/50ml hỗn hợp phản ứng Thông qua, kết quả đánh giá kích thước hạt và độ đơn pha của sản phẩm (bằng phương pháp XRD) đã đề xuất quy trình tổng hợp tốt nhất: quy trình tổng hợp HA từ xương cá chẽm sẽ diễn tốt nhất ở các điều kiện ủ nhiệt tại 120 oC trong thời gian 7 giờ, nung ở nhiệt độ 800 oC trong thời gian 30 phút, và tỉ lệ phù hợp cho phản ứng là 1 gam xương cá chẽm trong 50 ml nước cất

Từ sản phẩm HA thu được ở điều kiện tổng hợp tối ưu nhất, tiếp tục thực hiện biến tính 5 %kl ZnO để thu được vật liệu ZnO@HA bằng phương pháp vi sóng Thực hiện việc biến tính này tại các điều kiện vi sóng khác nhau: thời gian vi sóng thay đổi từ 0,25, 0,5, 0,76 đến 1 giờ; công suất vi sóng ở bốn mức Medium Low, Medium, Medium High và High Sau khi đánh giá kích thước thước hạt, thành phần nguyên tố và khả năng kháng khuẩn của các sản phẩm ZnO@HA bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD); tán xạ tia X (EDS) và xác định nồng độ ức chế tối thiểu đối với năm chủng vi sinh Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella, Bacillus cereus, đã xác định được, điều kiện biến tính tối ưu nhất để thu được ZnO@HA đó là thực hiện vi sóng trong vòng 30 phút tại mức công suất

iv Medium

Sản phẩm ZnO@HA tổng hợp theo quy trình tốt nhất, cho thấy tính chất hóa lý đạt yêu cầu, tương đương hoặc tốt hơn các đề tài đã nghiên cứu trước đây Sản phẩm thu được là thuần pha HA và ZnO, có kích thước nano (HA và ZnO có kích thước tinh thể lần lượt là 35,3 nm và 20,9 nm (theo kết quả XRD), bề mặt vật liệu có cấu trúc lỗ xốp, diện tích bề mặt riêng là 18,6 m2/g theo kết quả phân tích BET Hình ảnh SEM, TEM cũng cho thấy hình dạng kích thước các hạt không chênh lệch nhau nhiều, kích thước hạt vào khoảng 30 – 60 nm Khi đánh giá chỉ tiêu vi sinh với ba chủng vi sinh Salmonella, E coli và Coliform, sản phẩm vô khuẩn – không bị nhiễm ba chủng vi sinh nêu trên ZnO@HA tổng hợp được cũng cho thấy khả năng kháng khuẩn đối với các chủng vi khuẩn khác nhau: S aureus, B cereus, E coli, P.aeruginosa và Salmonella Với những tính chất như trên, vật liệu ZnO@HA thu được rất có tiềm năng để ứng dụng trong lĩnh vực y sinh

v

ABSTRACT

In this study, hydroxylapatite (HA) derived from Barramundi fishbones cleaned-out of protein, dried, and crushed was synthesized by hydrothermal method The hydrothermal synthesis undergoes the following steps: stirring to disperse the material in distilled water, followed by reacting with H3PO4 solution to add phosphorus to achieve the theoretical Ca/P molar ratio in HA (1.67), keeping the reaction mixture at temperatures (80  140 oC) with the different durations (6  24 hours) After washed and dried, the solid product was calcined at different temperatures (550, 650, 750, 800 and 850 oC) for a period of 0,25; 0,5; 1; 1,5; 2 hours to get product HA pure, no impurities of the organic compounds Besides, the effect of the contents of raw fishbone in the reaction solution was surveyed From the results of the size as well as the purity of the HA product, the suitable conditions for synthesizing HA from Barramundi fishbones as detailed: the hydrothermal reaction: 120 °C for 7 hours, calcination: 800 oC for 30 minutes, and the content of raw fishbone in the reaction solution: 1 gam/50 ml

From HA synthesized at the suitable conditions, HA doped 5 wt.% ZnO was fabricated by microwave irradiation technique This process undergoes at different conditions: period time from 0,25; 0,5; 0,75 to 1 hour; and four levels microwave power: Medium Low; Medium; Medium High; and High The product were also determined particle size, elemental composition and antibacterial ability of by X-ray diffraction (XRD); X-ray dispersion (EDS) and determination of minimum inhibitory concentrations for five strains of microorganisms Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella and Bacillus cereus The investigation found out the suitable conditions for the synthesis process is maintaining in 30 minutes at Medium power in microwave environment

The product ZnO@HA obtained by the suitable process has the chemical properties meeting the requirements and being equivalent to or better than those previously studied.Pure HA and ZnO according to processing parameters were observed by XRD analysis with the diameters of 35,3 nm and 20,9 nm respectively

physico-vi BET analysis revealed the surface area of ZnO-doped HA was 18.6 m2/g The SEM and TEM images indicate the particle size is a range of 30  60 nm Microbiological criteria test outcomes of ZnO@HA showing microbiological safety toward all bacteria including Salmonella, E coli và Coliform The antibacterial property of ZnO@HA was confirmed when tested against S aureus, B cereus, E coli, P.aeruginosa and Salmonella by minimum inhibitory concentration method With significant antibacterial activity, the product ZnO@HA has great potential for application in the biomedical field

vii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ và TS Nguyễn Trí Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa được công bố trong luận văn cùng cấp khác Những số liệu trong bảng biểu phục vụ cho việc so sánh, đánh giá được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong phần trình bày, tôi có sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan, tổ chức khác đều có trích dẫn, chú thích nguồn gốc

Nếu không đúng như đã nêu trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nghiệm về đề tài của mình

Nguyễn Thị Thu Trang

GIỚI THIỆU VỀ CANXI HYDROXYAPATITE (HA) 4

2.1.1 Cấu tạo hóa học và cấu trúc tinh thể 4

GIỚI THIỆU VỀ KẼM OXIT 12

2.2.1 Tính chất sinh học và khả năng kháng khuẩn của ZnO 13

VẬT LIỆU ZnO@HA 16

2.3.1 Giới thiệu về ZnO@HA 16

2.3.2 Khả năng kháng khuẩn của ZnO@HA 16

2.3.3 Một số phương pháp tổng hợp ZnO@HA 17

ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 18

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LIỆU 21

2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 21

2.5.2 Phương pháp quang phổ huỳnh quang XRF 23

2.5.3 Phương pháp phổ hồng ngoài FT-IR 24

2.5.4 Phương pháp tán sắc năng lượng tia X (EDS) 25

2.5.5 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 25

3.2.2 Diễn giải quy trình 35

3.2.3 Khảo sát nhiệt độ của giai đoạn ủ nhiệt 37

3.2.4 Khảo sát thời gian của giai đoạn ủ nhiệt 37

3.2.5 Khảo sát nhiệt độ của giai đoạn nung 38

3.2.6 Khảo sát thời gian của giai đoạn nung 39

3.2.7 Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ rắn lỏng đến hiệu quả của quá trình 39

QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ ZnO@HA 40

3.3.1 Sơ đồ quy trình điều chế ZnO@HA 40

3.3.2 Diễn giãi quy trình 42

3.3.3 Khảo sát thời gian vi sóng 42

3.3.4 Khảo sát công suất vi sóng 43

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 44

QUY TRÌNH TỔNG HỢP HA 44

4.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ nhiệt 44

4.1.2 Ảnh hưởng của thời gian ủ nhiệt 45

4.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung 47

4.1.4 Ảnh hưởng của thời gian nung 49

x

4.1.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng 50

CÁC TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA HA THU ĐƯỢC TỪ XƯƠNG CÁ CHẼM 53

4.2.1 Thành phần pha của vật liệu HA 53

4.2.2 Thành phần nguyên tố của vật liệu HA 54

4.2.3 Các nhóm chức và liên kết đặc trưng của vật liệu HA 56

4.2.4 Hình thái bề mặt của của vật liệu HA 57

4.2.5 Diện tích bề mặt riêng, đường kính lỗ xốp và kích thước lỗ xốp (BET) của vật liệu HA 58

4.2.6 Các chỉ tiêu vi sinh của vật liệu HA 60

QUY TRÌNH TỔNG HỢP ZnO@HA BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG 61

4.3.1 Ảnh hưởng của thời gian vi sóng 61

4.3.2 Ảnh hưởng của công suất vi sóng 64

CÁC TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA VẬT LIỆU HA BIẾN TÍNH ZnO 714.4.1 Thành phần pha trong vật liệu HA biến tính ZnO 71

4.4.2 Thành phần nguyên tố trong vật liệu HA biến tính ZnO 72

4.4.3 Các nhóm chức và liên kết đặc trưng của vật liệu HA biến tính ZnO 734.4.4 Hình thái bề mặt của vật liệu HA biến tính ZnO 74

4.4.5 Diện tích bề mặt riêng, đường kính lỗ xốp và kích thước lỗ xốp của vật liệu HA biến tính ZnO 75

4.4.6 Các chỉ tiêu vi sinh vủa vật liệu HA biến tính ZnO 77

4.4.7 Khả năng kháng khuẩn vật liệu HA biến tính ZnO 78

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

KẾT LUẬN 81

KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

xi

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Công thức cấu tạo của phân tử HA 4

Hình 2.2: Kết quả XRD của hai dạng tinh thể lục phương (a) và đơn tà (b) 5

Hình 2.3: Cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh thể lục phương 5

Hình 2.4: Các dạng tồn tại của HA 6

Hình 2.5: Cấu trúc tinh thể của kẽm oxit 13

Hình 2.6: Những cấu trúc ROS điển hình 15

Hình 2.7: Mô phỏng cơ chế kháng khuẩn của ZnO 15

Hình 2.8: Cơ chế kháng khuẩn của ZnO@HA 17

Hình 2.9: Cấu tạo bóng đèn cao tần ((Magnetron) 18

Hình 2.10: Sơ đồ dao động của phân tử H2O trong môi trường vi sóng 19

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình tổng hợp HA 34

Hình 3.2: Quá trình bổ sung H3PO4 và duy trì phản ứng 35

Hình 3.3: Thiết bị ủ nhiệt áp suất cao 36

Hình 3.4: Mẫu HA trước nung (a) và sau khi nung (b) 36

Hình 3.5: Sơ đồ quy trình điều chế ZnO@HA 41

Hình 4.1: Phổ XRD của các mẫu HA được tổng hợp ở nhiệt độ ủ (Th) khác nhau (th = 24 giờ, Tc = 550 oC và tc = 2 giờ); a) Th = 80 oC; b) Th = 100 oC; 44

Hình 4.2: Phổ XRD của các mẫu HA được tổng hợp với thời gian ủ (th) khác nhau (Th = 120 oC, Tc = 550 oC và tc = 2 giờ); a) th = 6 giờ; b) th = 7 giờ; 46

Hình 4.3: Phổ XRD của các mẫu HA tổng hợp được khi nung ở nhiệt độ khác nhau (Th = 120 oC, th = 7 giờ, tc = 2 giờ); a) Tc = 550 oC; b) Tc = 650 oC; 47

Hình 4.4: Phổ XRD của các mẫu HA tổng hợp được khi nung với thời gian nung khác nhau (Th = 120 oC, th = 7 giờ, Tc = 800 oC); a) tc = 0,25 giờ; 49

Hình 4.5: Phổ XRD của các mẫu HA tổng hợp với tỷ lệ rắn/lỏng khác nhau trong cùng điều kiện ủ và điều kiện nung phù hợp (Th = 120 oC, th = 7 giờ, 50

Hình 4.6: Quy trình tổng hợp HA từ xương cá chẽm đề xuất 52

Hình 4.7: Phổ XRD của mẫu HA thu được từ xương cá chẽm theo quy trình điều chế phù hợp nhất 54

Hình 4.8: Phổ FT–IR của mẫu HA thu được từ xương cá chẽm 56

Hình 4.9: Ảnh SEM (a) và TEM (b) của mẫu HA thu được từ xương cá chẽm 57

Hình 4.10: Đường hấp phụ và giải hấp đẳng nhiệt khí N2 (a) và đường phân bố kích thước lỗ xốp được xác định bằng phân tích BJH (b) của vật liệu HA 59

Hình 4.11: Phổ XRD của các mẫu ZnO@HA được tổng hợp ở các thời gian vi sóng khác nhau (công suất: Medium, %kl ZnO: 5%) 61

xii

Hình 4.12: EDS mapping thể hiện sự phân bố của các nguyên tố của các mẫu ZnO@HA được tổng hợp ở các thời gian vi sóng khác nhau 63Hình 4.13: Phổ XRD của các mẫu ZnO@HA được tổng hợp ở các mức công suất vi sóng khác nhau (thời gian vi sóng 30 phút; %ZnO = 5%) 65Hình 4.14: EDS mapping thể hiện sự phân bố các nguyên tố của các mẫu ZnO@HA được tổng hợp ở các công suất vi sóng khác nhau (thời gian vi sóng: 30 phút, %kl ZnO: 5% ); a) ZnHA-H, b) ZnHA-MH, c) ZnHA-M và d) ZnHA-ML 66Hình 4.15: Quy trình tổng hợp HA biến tính ZnO đề xuất 70Hình 4.16: Phổ XRD của mẫu 5%ZnO@HA được tổng hợp ở điều kiện tốt nhất 71Hình 4.17: Ảnh EDS mapping thể hiện sự phân bố các nguyên tố (a), phổ tán xạ tia X (b) của thành phần các nguyên tố có trong vật liệu HA biến tính ZnO 72Hình 4.18: Phổ FT-IR của HA biến tính ZnO 73Hình 4.19: Ảnh SEM (a) và TEM (b) của mẫu ZnO@HA 75Hình 4.20: Đường hấp phụ và giải hấp đẳng nhiệt khí N2 (a) và đường phân bố kích thước lỗ xốp được xác định bằng phân tích BJH (b) của vật liệu ZnO@HA 76Hình 4.21: Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu HA biến tính ZnO (E- E coli, Sta - S aureus, P -P aeruginosa, Sal - Salmonella và B - B.cereus) 78

xiii DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Tính chất vật lý của HA 7

Bảng 3.1: Các giá trị nhiệt độ ủ nhiệt được khảo sát 37

Bảng 3.2: Các giá trị thời gian của giai đoạn ủ nhiệt được khảo sát 37

Bảng 3.3: Các giá trị nhiệt độ của giai đoạn nung được khảo sát 38

Bảng 3.4: Các giá trị thời gian của giai đoạn nung được khảo sát 39

Bảng 3.5: Các tỉ lệ rắn lỏng được khảo sát 39

Bảng 3.6: Các mốc thời gian vi sóng được khảo sát 43

Bảng 3.7: Các công suất vi sóng được khảo sát 43

Bảng 4.1: Kích thước tinh thể (d) của các mẫu HA được tổng hợp ở nhiệt độ ủ (Th) khác nhau (th = 24 giờ, Tc = 550 oC và tc = 2 giờ) 45

Bảng 4.2: Kích thước tinh thể (d) của các mẫu HA được tổng hợp với thời gian ủ (th) khác nhau (Th = 120 oC, Tc = 550 oC và tc = 2 giờ) 46

Bảng 4.3: Kích thước tinh thể (d) của các mẫu HA tổng hợp được khi nung ở nhiệt độ khác nhau (Th = 120 oC, th = 7 giờ, tc = 2 giờ) 48

Bảng 4.4: Kích thước tinh thể (d) của các mẫu HA tổng hợp được khi nung với thời gian nung khác nhau (Th = 120 oC, th = 7 giờ, Tc = 800 oC) 50

Bảng 4.5: Các thông số cho quy trình tổng hợp HA từ xương cá chẽm 51

Bảng 4.6: Hàm lượng các nguyên tố của mẫu xương cá chẽm nguyên liệu và sản phẩm HA 55

Bảng 4.7: So sánh tỷ lệ mol Ca/P trong sản phẩm HA thu được từ xương cá chẽm và các sản phẩm HA ở các nghiên cứu khác 55

Bảng 4.8: So sánh kích thước tinh thể HA từ xương cá chẽm với các mẫu HA của các nghiên cứu khác 58

Bảng 4.9: Hình ảnh đánh giá một số chỉ tiêu vi sinh Salmonella, E coli và Coliform của mẫu HA 60

Bảng 4.10: Kích thước tinh thể của HA (dHA),ZnO (dZnO) và thành phần Zn (Zn) có trong các mẫu ZnO@HA được tổng hợp ở các thời gian vi sóng khác nhau (công suất: Medium, %kl ZnO: 5%, tương đương %kl Zn: 4,01%) 64

Bảng 4.11: Kích thước tinh thể của HA (dHA), ZnO (dZnO) và thành phần Zn (Zn) có trong các mẫu ZnO@HA được tổng hợp ở công suất vi sóng khác nhau (thời gian vi sóng: 30 phút, %kl ZnO: 5% ) 67

Bảng 4.12: Nồng độ ức chế tối thiểu của các mẫu ZnO@HA được tổng hợp ở công suất vi sóng khác nhau (thời gian vi sóng: 30 phút, %kl ZnO: 5% ) đối với các loại vi khuẩn khác nhau 67

Bảng 4.13: Hình ảnh đánh giá các chỉ tiêu vi sinh của HA biến tính ZnO 77

xiv

Bảng 4.14: Nồng độ ức chế tối thiểu của vật liệu HA biến tính ZnO đối với 5 loại vi khuẩn khác nhau 79Bảng 4.15: So sánh nồng độ ức chế tối thiểu đối với hai chủng vi khuẩn E coli và S.aureus của vật liệu HA biến tính ZnO với vật liệu nano ZnO ở một số công trình đã công bố 80

xv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HA Nano canxi hydroxyapatite

ZnO@HA Nano canxi hydroxyapatite biến tính kẽm XRD Phổ nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction)

XRF Phổ huỳnh quang tia X (X-ray fluorescence) BET Diện tích bề mặt riêng (Brunauer Emmett Teller)

FT-IR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourrier Transformation InfraRed) EDS Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán sắc năng lượng tia

X)

SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscopy)

TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmitting electron microscopy) MIC Nồng độ ức chế tối thiểu (Minial Inhibitory concentration

E coli Escherichia coli Salmonella Salmonella Typhi

1

Chương 1 MỞ ĐẦU

Nước ta có đường bờ biển dài và hệ thống sông ngòi dày đặc nên ngành đánh bắt, nuôi trồng và chế biến thủy hải sản có nhiều thuận lợi Chế biến thủy sản hiện nay đang phát triển thành một trong những ngành kinh tế mũi nhọn Ngành này sản xuất một lượng hàng hóa lớn và đi đầu trong chiến lược hội nhập quốc tế Với sự tăng trưởng nhanh và hiệu quả, thủy sản đã đóng góp tích cực trong chuyển đổi cơ cấu kinh tế nông nghiệp, đóng góp hiệu quả cho công cuộc xóa đói, giảm nghèo và giải quyết được việc làm cho hàng triệu lao động, nâng cao đời sống cộng đồng dân cư khắp các vùng nông thôn, ven biển, đồng bằng,…Ở khu vực cửa sông nơi giao nhau của nước ngọt và nước mặn là khu vực lý tưởng để nuôi trồng các loại thủy hải sản thích nghi với vùng nước lợ, hoặc có thay đổi điều kiện độ muối trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau

Cá chẽm là loài cá có vảy được nuôi ở nước ta với số lượng lớn Nuôi cá chẽm có một số điểm thuận lợi, ít rủi ro hơn các loại thủy hải sản khác, như: cá chẽm dễ thích nghi với môi trường, có thể chịu nóng tốt, thích nghi với môi trường có khoảng muối rộng [1] và gần đây nguồn giống cá chẽm đang được các Viện/đơn vị có uy tín cung ứng ổn định, đáp ứng được nhu cầu của bà con nông dân nên xu hướng trong tương lai, sản lượng cá chẽm nuôi trồng ở nước ta sẽ tiếp tục tăng nhanh Ngoài việc tiêu thụ nhỏ lẻ ở các chợ dân sinh, hầu hết cá chẽm nuôi được thu mua, chế biến công nghiệp và xuất khẩu dưới dạng cá phi lê Phần xương cá được xem là phế phẩm có giá trị thấp, thực trạng hiện nay tồn tại một số cơ sở nhỏ thu gom và xử lý chưa tốt gây ra các vấn đề về môi trường Trong khi đó phế phẩm này lại chứa nhiều thành phần có giá trị như canxi photphat, sợi colagen, canxicarbonat và hydroxyapatite Đến nay, đã nhiều nghiên cứu nhằm tìm giải pháp tận dụng nguồn nguyên liệu này để gia tăng giá trị cho ngành nuôi trồng cũng như giải quyết được vấn đề môi trường Trong đó, hướng nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng canxi hydroxyapatite (viết tắt là HA) có kích thước nano từ xương cá chẽm rất có tiềm năng phát triển, tuy nhiên hướng nghiên cứu này ở Việt Nam chưa được quan tâm

HA là một trong những thành phần chính của xương và răng người, do đó HA

2 là vật liệu phù hợp để ứng dụng trong ngành vật liệu y sinh Và xương cá sẽ là nguồn canxi photphat tự nhiên rẻ tiền cho việc tổng hợp HA Hơn nữa đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng HA từ động vật là vật liệu y sinh có tính tương thích sinh học cao, không gây độc đối với cơ thể so với các chất tổng hợp hóa học [2] Chắc chắn quá trình biến đổi xương cá thành HA là một quá trình thân thiện với môi trường và là cơ hội tốt để giảm chi phí điều trị trong lĩnh vực nha khoa và chỉnh hình

Tuy nhiên thực tế sẽ có một sự chênh lệch đáng kể giữa thành phần nguyên tố trong nguyên liệu nguồn gốc động vật và trong vật liệu y sinh mong muốn Do đó, nhiệm vụ đặt ra là kiểm soát được tỉ lệ phù hợp của các thành phần mong muốn trong sản phẩm, cũng như gia tăng các tính chất cơ lý, tính chất kháng khuẩn đối với một số chủng vi khuẩn phổ biến

Do đó, đề tài nghiên cứu này được thực hiện với mục đích là tổng hợp được vật liệu HA đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của vật liệu y sinh; đồng thời biến tính HA đã đượng chế tạo với một lượng nhỏ ZnO giúp tăng cường các phản ứng sinh học, mở ra một giải pháp mới cho lĩnh vực chấn thương chỉnh hình nói riêng và các ứng dụng y sinh khác nói chung

Trong khuôn khổ đề tài này, các mục tiêu và nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:

 Mục tiêu nghiên cứu:

 Xây dựng được quy trình tổng hợp HA từ xương cá chẽm bằng phương pháp thủy nhiệt

 Xây dựng được quy trình điều chế ZnO@HA bằng phương pháp vi sóng

 Đánh giá các tính chất lý hóa cũng như các chỉ tiêu vi sinh của các mẫu vật liệu HA và HA biến tính ZnO tổng hợp được

 Đánh giá khả năng kháng khuẩn đối với 05 chủng vi sinh Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella và Bacillus cereus

 Nội dung nghiên cứu:

 Nội dung 1: Tổng hợp HA bằng phương pháp thủy nhiệt từ xương cá

3 chẽm và các tiến chất H3PO4, dung dịch NH4OH bổ sung Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian phản ứng, tỉ lệ rắn lỏng đến quy trình tổng hợp Đánh giá sản phẩm thu được để lựa chọn điều kiện thích hợp nhất

 Nội dung 2: Điều chế vật liệu ZnO@HA bằng phương pháp vi sóng từ sản phẩm HA tổng hợp được và muối kẽm nitrat Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian vi sóng và công suất vi sóng đến tính chất, kích thước và cấu trúc hạt sản phẩm thu được để lựa chọn điều kiện phù hợp

 Nội dung 3: Sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại để xác định tính chất lý hoá của các mẫu vật liệu HA biến tính ZnO thu được: phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định thành phần pha; phương pháp phân tích phổ EDS để xác định thành phần nguyên tố hóa học; phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để xác định hình thái bề mặt; phương pháp hấp phụ N2 (BET) để xác định diện tích bề mặt riêng, thể tích và kích thước lỗ xốp Đồng thới đánh giá mức độ nhiễm khuẩn của các vật liệu

 Nội dung 4: Đánh giá khả năng kháng khuẩn đối với năm chủng vi khuẩn: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella và Bacillus cereus bằng phương pháp nồng độ ức chế tối thiểu

Hình 2.1: Công thức cấu tạo của phân tử HA

Phân tử HA có cấu trúc mạch thẳng, gồm ba vòng canxi photphat Ca3(PO4)2 liên kết với nhau bằng cầu nối canxi, hai nhóm OH nằm ở hai đầu mạch và liên kết trực tiếp với nguyên tử P

HA thường được tìm thấy ở hai dạng tinh thể, là dạng lục phương (hexagonal) và dạng đơn tà (monoclinic) [4] HA dạng đơn tà chủ yếu được sinh ra khi nung dạng lục phương ở 850 oC trong không khí sau đó làm nguội đến nhiệt độ phòng Còn dạng lục phương thường được tạo thành trong quá trình điều chế ở nhiệt độ từ 25 oC đến 100 oC Giản đồ nhiễu xạ tia X của hai dạng này giống nhau hoàn toàn về số lượng và vị trí của các vạch nhiễu xạ (hình 1.2), chúng chỉ khác nhau về cường độ của đỉnh đặc trưng, dạng đơn tà cho các đỉnh có cường độ yếu hơn dạng lục phương khoảng 1% [5]

5 Hình 2.2: Kết quả XRD của hai dạng tinh thể lục phương (a) và đơn tà (b)

Trong thực tế, dạng lục phương xuất hiện nhiều hơn, đây cũng là cấu trúc thường gặp trong xương và răng của người Cấu trúc ô mạng tinh thể lục phương bao gồm các ion Ca2+,PO4, và OH được sắp xếp trong các ô đơn vị như hình 1.3

Hình 2.3: Cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh thể lục phương

Hình 1.3 cho thấy, có 6 ion Ca2+ của HA nằm trọn vẹn trong một ô mạng đơn vị trong tổng số 14 ion Ca2+, còn lại 8 ion nằm trên hai mặt đáy và được dùng chung với các ô đơn vị kế bên Trong 10 nhóm PO4, có hai nhóm nằm trong ô đơn vị và 8 nhóm nằm trên hai mặt đáy nhưng chỉ có sáu nhóm thuộc về ô đơn vị, 6 nhóm này

6 gồm 2 nhóm ở bên trong ô đơn vị và tám nhóm chia đều nằm trên 2 mặt đáy Tương tự chỉ có 2 trong số tám nhóm OH- trong hình là thuộc về ô đơn vị Trong ô đơn vị, số lượng các ion có thể không đúng với công thức phân tử của HA Điều này được giải thích do có sự lặp lại của các ô đơn vị trong hệ đối xứng ba chiều Như vậy cách giải thích trên cho thấy, trong một phân tử HA bao gồm 10 ion Ca2+, 6 nhóm PO4và hai nhóm OH-, một lần nữa khẳng định công thức hóa học lý tưởng của HA là Ca10(PO4)6(OH)2 Cấu trúc mạng tinh thể lục phương của HA có các thông số mạng như sau: a = b = 0,9423 nm, c = 0,6875 nm, α = β = 90o, γ = 120o

2.1.2 Tính chất vật lý

HA thường có màu trắng hoặc trắng ngà, ngoài ra khi hình thành ngoài tự nhiên, HA cũng có thể có các màu khác như xanh, vàng, nâu… Tùy thuộc vào điều kiện hình thành và phương pháp tổng hợp, điều kiện tổng hợp mà tinh thể HA tồn tại ở dạng hình cầu, hình kim hoặc hình trụ Sau khi đã xác định được trạng thái pha của HA bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, có thể sử dụng các phương pháp phân tích như kính hiển vi điện tử quét (SEM) hoặc kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để nhận biết các hình dạng tồn tại của tinh thể HA minh họa ở hình 1.4 HA có một số tính chất vật lý đặc trưng như được trình bày ở bảng 1.1

Hình 2.4: Các dạng tồn tại của HA

7 Bảng 2.1: Tính chất vật lý của HA

8 Thành phần hóa học của xương người bao gồm: 10% nước, 20% chất hữu cơ và khoảng 70% là hợp chất vô cơ, cụ thể là khoáng apatite Trong đó tỉ lệ nguyên tố Ca/P trong thành phần khoáng vô cơ này gần giống với tỉ lệ Ca/P trong HA Do có cùng bản chất và thành phần hóa học với xương, nên HA tự nhiên hay nhân tạo đều là những vật liệu có tính tương thích sinh học cao

Khi ở dạng màng và xốp HA có đặc tính giống như xương tự nhiên, các lỗ xốp liên thông với nhau làm cho các mô sợi, mạch máu dễ dàng xâm nhập, neo đậu và cố định Ngoài ra, HA còn được chứng minh là có thể thúc đẩy sự phát triển của xương mới thông qua cơ chế dẫn xương mà không gây ra độc tính cục bộ hoặc toàn thân [6] Khi cấy ghép vật liệu gốm chứa HA vào cơ thể, một lớp mô mới được hình thành trên bề mặt của nó và góp phần vào sự liên kết của các mô cấy vào xương, dẫn đến sự định hình vượt trội của mô cấy đến các mô xung quanh [7, 8] Hơn nữa, một số nghiên cứu còn cho thấy HA có thể được khai thác như một hợp chất mô hình để nghiên cứu quá trình khoáng hóa sinh học trong cơ thể [9]

Ở dạng bột mịn kích thước nano, HA là dạng canxi photphat dễ dàng được cơ thể hấp thụ nhất với tỉ lệ mol Ca/P là 1,67 tương đồng với thành phần vô cơ trong xương và răng Hợp chất HA có đặc điểm tương đối bền với dịch men tiêu hóa, khi ở kích thước nano có thể được cơ thể hấp thu rất nhanh qua niêm mạc lưỡi và thực quản Do đó còn được sử dụng như một hợp chất bổ sung canxi cho cơ thể

2.1.5 Ứng dụng phổ biến của vật liệu HA 2.1.5.1 Ứng dụng làm vật liệu y sinh

Do tính chất của HA tương tự với xương và răng của người, nên HA được coi là một loại vật liệu thích hợp để khắc phục, sửa chữa các khiếm khuyết của mô cứng trong cơ thể từ 40 năm trước (Hench, 1991) Trong thực hành lâm sàng, gốm sứ sinh học HA thường được ứng dụng để chế tạo các chi tiết lấp đầy khiếm khuyết: trám răng, cấy ghép các xương nhỏ, không phải chịu tải (xương tai giữa) hoặc làm lớp phủ sinh học trên vật liệu cấy ghép kim loại để cấy ghép phục hình các khớp, xương có chức năng chịu lực lớn Thực tế cho thấy vật liệu HA có khả năng thích nghi tốt với

9 môi trường dịch tế bào, thúc đẩy hình thành xương mới, tạo liên kết với các mô xương bị tổn thương

Ngoài ra, HA còn có khả năng lưu trữ điện tích trên bề mặt có tác dụng thúc đẩy sự sinh trưởng của nguyên bào sợi, đẩy nhanh quá trình hình thành của lớp biểu bì và sự di chuyển của tế bào sừng vào lớp biểu bì nên được nghiên cứu để điều trị các tổn thương trên bề mặt da

2.1.5.2 Ứng dụng làm chất dẫn truyền thuốc

Ngoài khả năng tương thích sinh học, không độc với dịch tế bào, độ ổn định khi lưu trữ cao, HA còn có tính chất đặc biệt là thay đổi tính tan theo pH nên đây là lựa chọn khả quan cho việc ứng dụng làm chất dẫn truyền thuốc Khi pH giảm từ pH kiềm xuống axit, tốc độ phân hủy của HA tăng lên rõ rệt, lúc này tốc độ giải phóng các phân tử thuốc khỏi bề mặt HA cũng tăng lên Theo nghiên cứu y sinh cho thấy, pH trong các tế bào bình thường xấp xỉ 7,4, tuy nhiên lân cận các khối u sẽ có pH thấp hơn (pH ≈ 5) chính là pH kích thích HA phân hủy

Qua quá trình nghiên cứu, đã có nhiều phương pháp để khống chế, điều chỉnh kích thước, hình thái, cấu trúc xốp của vật liệu HA, đây cũng là lợi thế để các nhà khoa học nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng của HA trong việc dẫn truyền thuốc 2.1.5.3 Ứng dụng trong thực phẩm bổ sung chất dinh dưỡng

Cơ thể cần được bổ sung canxi liên tục và đầy đủ để phát triển xương, khớp và điều hòa quá trình nội tiết Canxi có trong thức ăn thường nằm ở dạng hợp chất hòa tan nên khả năng hấp thụ của cơ thể không cao và thường phải dùng kết hợp với vitamin D nhằm tăng cường việc hấp thụ và chuyển hóa canxi thành HA để phát triển xương HA ở dạng bột mịn, kích thước nano được cơ thể người hấp thụ nhanh qua niêm mạc lưỡi và thực quản, do vậy nó ít chịu ảnh hưởng của dung dịch axit có trong dạ dày Vì những đặc tính này, HA kích thước nano được dùng làm thuốc bổ sung canxi với hiệu quả cao

2.1.5.4 Ứng dụng trong kỹ thuật y sinh

Trong hai thập kỷ gần đây, kỹ thuật xét nghiệm bệnh phẩm ngày càng đóng vai trò quan trọng, bổ trợ hiệu quả cho quá trình đánh giá và điều trị của bác sĩ Và ngày nay, HA cũng được ứng dụng trong lĩnh vực này

10 HA được sử dụng như một chất hấp thụ và làm sạch trong sắc ký, để phân tách riêng biệt protein, axit nucleic và kháng thể do có khả năng hấp thụ cao, tính chọn lọc cao, ổn định trong môi trường phân tách, gần như trơ và không có tác dụng phụ với các thành phần của bệnh phẩm Thêm nữa khi sử dụng vật liệu này có thể tái tạo và sử dụng được trong thời gian dài

2.1.6 Các phương pháp tổng hợp HA

Hiện nay, việc nghiên cứu để tổng hợp vật liệu HA đã có những thành tựu đáng kể, đi từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau: tổng hợp hóa học từ các hóa chất đơn lẻ, tổng hợp sinh học từ các nguyên liệu như vỏ sò, xương bò, xương cá bằng nhiều phương pháp khác nhau Dưới đây là một số phương pháp phổ biến thường được ứng dụng trong thực tế

2.1.6.1 Phương pháp hóa cơ

Phương pháp cơ học [10] thường được sử dụng để điều chế chất rắn đa tinh thể, HA được sinh ra bằng phản ứng giữa hai pha rắn, phản ứng được thể hiện ở một trong các phản ứng dưới đây:

4CaCO3 + 6CaHPO4.2H2O → Ca10(PO4)6(OH)2 + 4H2CO32Ca3(PO4)3 + Ca4P2O9 + H2O → Ca10(PO4)6(OH)2

3Ca3(PO4)3 + CaO + H2O → Ca10(PO4)6(OH)2 2Ca3(PO4)3 + Ca(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)2

Phương pháp này xảy ra trong một hệ thống gồm có nhiều bi nghiền và má nghiền, đòi hỏi có lực ma sát lớn lên cấu tử của hai pha rắn Lực này phải đủ mạnh để tạo ra sự khuếch tán nội, dẫn đến xảy ra phản ứng giữa hai pha rắn để tạo ra pha thứ ba Phương pháp này dễ thực hiện, dễ điều khiển quá trình Nhược điểm là cần có thời gian phản ứng dài, sản phẩm dễ lẫn tạp chất là sản phẩm trung gian, sản phẩm phụ hoặc mảnh vụn sinh ra do sự mài mòn của hệ thống máy nghiền [11]

2.1.6.2 Phương pháp kết tủa hóa học

Phương pháp kết tủa hóa học thường được sử dụng trong công nghiệp do cách thực thực hiện khá đơn giản và có thể điều chỉnh được kích thước hạt HA theo mong muốn [12, 13] Phương pháp này thường đi từ các nguyên liệu là hóa chất có sẵn,

11 hoặc dạng dễ tan, dễ tạo huyền phù trong nước

Quá trình phản ứng sẽ trải qua hai giai đoạn, giai đoạn hòa tan và phân li của chất phản ứng, giai đoạn kết hợp của các ion để tạo thành HA có kích thước nano Hai giai đoạn này xảy ra rất nhanh và gần như đồng thời, nên thời gian phản ứng được rút ngắn Ngoài ra, thông qua các thông số nhiệt độ, thời gian, pH, dung môi,… để kiểm soát sự lớn lên của tinh thể sản phẩm nhằm điều chỉnh kích thước của hạt sản phẩm mong muốn

Nhược điểm của phương pháp này là sản phẩm có thể lẫn một số chất không mong muốn như Ca3(PO4)2, CaHPO4,…

2.1.6.3 Phương pháp sol-gel

Hệ phân tán là môi trường liên tục, trong đó các tiểu phân (các hạt) có kích thước nhỏ được phân tán đồng đều trong môi trường đó Tập hợp các tiểu phân này gọi là pha phân tán, môi trường chứa pha phân tán gọi là môi trường phân tán Khi môi trường phân tán là lỏng và pha phân tán là rắn thì tùy kích thước hạt mà ta thu được hệ huyền phù hoặc hệ keo

Sol là dạng huyền phù chứa các tiểu phân có đường kính khoảng 1 – 100 nm phân tán trong môi trường lỏng, trong đó chuyển động Brown giúp các hạt lơ lửng Gel là trạng thái mà chất lỏng và rắn phân tán vào nhau trong đó vẫn còn giữ dung môi trong hệ chất rắn dưới dạng keo hoặc plymer Có thể chuyển Sol thành Gel bằng cách tách dung môi Khi dung môi bị tách ra, các hạt keo hoặc chất cao phân tử xích lại gần nhau hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng liên kết lại với nhau, lúc này độ nhớt của dung dịch tăng nhanh và toàn khối dung dịch sẽ chuyển thành gel Một cách khác để tạo gel đó là khuấy mạnh dung dịch Khi thời gian và cường độ khuấy đủ lớn sẽ làm tăng tần số va chạm giữa các hạt và tạo điều kiện cho chúng liên kết với nhau Để tăng hiệu suất, thường sẽ kết hợp hai phương pháp nêu trên HA tổng hợp theo phương pháp sol-gel thường đi từ nguyên liệu là Ca(NO3)2, (NH4)2HPO4 và các chất tạo gel như (C2H5O)3P(O), CH3O(CH2)2(OH) theo một tỉ lệ nhất định được khuấy đều trong nước ở nhiệt độ khoảng 6070 oC, trong thời gian 34 giờ, sẽ tạo thành gel Sấy gel ở nhiệt độ 120 oC trong thời gian 24 giờ và nung ở nhiệt độ khoảng 800 oC sẽ thu được HA có kích thước nano [14]

12 Phương pháp sol-gel có thể cho sản phẩm có độ đồng nhất cao, dễ dàng chế tạo vật liệu ở dạng màng mỏng, sợi hoặc hạt có chất lượng tốt

2.1.6.4 Phương pháp thủy nhiệt

Phương pháp thủy nhiệt [15] chủ yếu để tổng hợp HA dạng xốp và gốm xốp, thường đi từ sản phẩm có tính chất sinh học như xương bò, xương cá, vỏ sò, vỏ trứng… Sản phẩm HA thu được theo phương pháp này thường vẫn giữ nguyên hình thái và cấu trúc xốp như ban đầu Với thành phần và cấu trúc xốp sinh học này, vật liệu sẽ có khả năng tương thích sinh học với cơ thể người cao hơn so với HA gốm xốp tổng hợp bằng các phương pháp khác

Trong các vật liệu sinh học phổ biến như vỏ sò, xương cá, thường chứa một lượng lớn CaCO3 cao hơn trong xương người, do đó tỉ lệ Ca/P cũng cao hơn Phản ứng thủy nhiệt được sử dụng để biến đổi lượng CaCO3 này thành HA trong dung dịch có chứa gốc PO43- ở điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao [16]

10CaCO3 + 6(NH4)2HPO4 + 2H2O → Ca10(PO4)6(OH)2 + 6(NH4)2CO3 + 4H2CO3Phương pháp này cho sản phẩm có độ tinh khiết cao, sản phẩm thu được là sản phẩm đơn pha, nhưng thiết bị và điều kiện thực hiện có phần phức tạp hơn các phương pháp khác

GIỚI THIỆU VỀ KẼM OXIT

Kẽm oxit là hợp chất của kẽm và oxy Về tính chất vật lý: tinh thể ZnO có khối lượng riêng p ~ 5,606 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy cao (~1975 oC) và sôi ở nhiệt độ khoảng 2360 oC, gần như không tan trong nước (0,16 mg/100 mL tại 30 °C), không mùi Ở điều kiện thường có dạng bột màu trắng, khi nung trên 300°C, sẽ chuyển sang màu vàng và quay trở lại màu trắng khi làm lạnh về nhiệt độ thường

Tinh thể ZnO tồn tại dưới 03 dạng chủ yếu: wurtzite lục giác, zincblende khối, và các rocksalt khối hiếm gặp Trong đó cấu trúc wurtzite lục giác được cho là ổn định nhất ở điều kiện thường nên cũng là dạng tồn tại phổ biến nhất Cấu trúc wurtzite lục giác của ZnO dựa trên liên kết đồng hóa trị của một nguyên tử với bốn nguyên tử lân cận Hằng số mạng a, c dao động trong khoảng khoảng 0,32495–0,32860 nm và 0,52069–0,5214 nm

13 Hình 2.5: Cấu trúc tinh thể của kẽm oxit

Trong các lĩnh vực công nghiệp cũng như trong đời sống, oxit kẽm có rất nhiều ứng dụng Trong ngành công nghiệp sản xuất cao su, oxit kẽm cùng với axit stearic được sử dụng trong lưu hóa cao su và được dùng để làm phụ gia bảo vệ cao su khỏi nấm và ánh sáng UV Trong ngành công nghiệp bê tông, oxit kẽm được bổ sung vào sản phẩm để cải thiện thời gian xử lý và tăng sức đề kháng của bê tông chống lại nước hay được sử dụng để làm lớp phủ chống ăn mòn kim loại Ngoài ra, oxit kẽm còn được thêm vào làm phụ gia kháng khuẩn trong công nghiệp sản xuất vải sợi, túi ni lông, hộp giấy tiện lợi, đầu lọc thuốc lá…

Trong lĩnh vực y tế, kẽm oxit được dùng để sản xuất calamin (dùng để dưỡng da và điều trị trong nha khoa) Ngoài ra, kẽm oxit còn được dùng để sản xuất thuốc mỡ khử trùng, kem bôi, kem chống nắng với ưu điểm nổi bật là không gây hại da, không gây mụn Không những vậy, kẽm oxit còn được dùng trong phấn trẻ em để chống ban khi trẻ em mang tã, dùng trong dầu gội trị gàu, trị nấm da đầu,…

Trong lĩnh vực thực phẩm, oxit kẽm được thêm vào rất nhiều sản phẩm, bao gồm cả ngũ cốc ăn sáng, nó được coi như là một nguồn dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể

2.2.1 Tính chất sinh học và khả năng kháng khuẩn của ZnO

Trong nhóm nguyên tố vi lượng cần cho cơ thể, kẽm là nguyên tố thứ hai, chỉ đứng sau sắt, và 85% kẽm trong cơ thể tập trung ở xương và cơ Theo các chuyên gia dinh dưỡng, đối với cơ thể người trưởng thành cần bổ sung khoảng 15 mg kẽm/ngày

14 để hoạt động bình thường Nếu chế độ ăn uống không đáp ứng được nhu cầu, có thể dẫn đến nhiều vấn đề về sức khỏe, bao gồm phản ứng miễn dịch thay đổi, vết thương chậm lành, thay đổi biểu bì da và rối loạn cảm xúc Lý do là bởi vì kẽm đóng một vai trò quan trọng trong việc phục hồi và kích thích giám sát miễn dịch Những điều này cho thấy kẽm là nguyên tố “thân thiện” với cơ thể người

Qua một số nghiên cứu, cho thấy kẽm oxit có khả năng kháng khuẩn thông qua bốn cơ chế như sau:

Cơ chế 1: Hấp thụ tĩnh điện lên bề mặt vi khuẩn làm vi khuẩn mất cân bằng điện ZnO có thể hấp thụ lên màng tế bào của vi khuẩn nhờ lực hút tĩnh điện giữa ZnO (điện tích dương) và màng tế bào vi khuẩn (điện tích âm) Khi ZnO hấp thụ lên màng tế bào của vi khuẩn sẽ làm thay đổi điện tích dẫn đến thay đổi cấu trúc và hình dạng của tế bào vi khuẩn, giúp tiêu diệt vi khuẩn [17, 18]

Cơ chế 2: Xâm nhập vào tế bào vi khuẩn gây rối loạn hoặc ức chế quá trình trao đổi chất Hạt ZnO ở kích thước nano có diện tích bề mặt riêng và năng lượng bề mặt lớn, nên dễ dàng hấp thụ lên vi khuẩn và sau khi hấp thụ lên màng tế bào, chúng sẽ tấn công vào bên trong tế bào vi khuẩn, gây rối loạn và ức chế quá trình trao đổi chất của tế bào vi khuẩn với môi trường, giúp ngăn cản quá trình phát triển của tế bào vi khuẩn [18]

Cơ chế 3: Tạo ion Zn2+ đi vào tế bào chất của vi khuẩn và phá hủy các nhóm chức năng: amino -NH2, hydroxy –OH Một lượng nhỏ ZnO hòa tan và phân li sẽ tạo ra ion Zn2+, Zn2+ dễ dàng xâm nhập vào tế bào vi khuẩn bằng hình thức trao đổi ion, sau khi vào tế bào chất sẽ xen giữa các cấu trúc axit amin, axit nucleic làm rối loạn hoạt động tế bào của vi khuẩn làm vi khuẩn giảm sức sống và chết dần [18]

Cơ chế 4: Tạo ra những phân tử ROS (Reactive Oxygen Spcecies) chứa nguyên tố oxi (OH, O2…) có hoạt tính mạnh [18] Một vài ROS điển hình minh họa ở hình 1.6

Do có tồn tại electron chưa bão hòa nên ROS có hoạt tính hóa học mạnh, thời gian tồn tại ngắn, sau khi sinh ra sẽ nhanh chóng phản ứng với các chất khác để lập nên trạng thái bền hơn, nên ROS dễ dàng phản ứng với hợp chất hữu cơ: AND, ARN, axit amin của vi khuẩn dẫn đến phá hủy màng sinh chất, và vật chất di truyền của vi

15 khuẩn Mặt khác các phản ứng oxi hóa khử này có tính dây chuyển, sản phẩm của phản ứng trước là chất tham gia của phản ứng sau, làm cấu trúc và chức năng tế bào vi khuẩn nhanh chóng bị phá hủy Đây được xem là cơ chế chính của quá trình kháng khuẩn mà ZnO sinh ra (cơ chế được minh họa hình 1.7) Ngoài ra, ROS còn được cơ thể sản sinh ra dưới các tác động xấu của môi trường như tia cực tím, khói thuốc, căng thẳng và sẽ tấn công cả tế bào của cơ thể Do đó việc bổ sung lượng ZnO vào cơ thể cần có sự xem xét và cân nhắc của bác sĩ chuyên môn

Hình 2.6: Những cấu trúc ROS điển hình

Hình 2.7: Mô phỏng cơ chế kháng khuẩn của ZnO

Về cơ chế hình thành ROS: trong tế bào sinh vật, có một đơn vị chức năng gọi là ti thể: là nơi diễn ra các phản ứng oxi hóa khử dạng chuỗi để sinh ra năng lượng giúp tế bào thực hiện chức năng Trong ti thể tồn tại một lượng lớn các phân tử ROS

16 Kẽm oxit sẽ can thiệp vào hoạt động của ti thể, làm rò rỉ một phần hoặc toàn bộ các ROS ra tế bào chất và phá hủy các thành phần cấu trúc của tế bào bằng phản ứng oxi hóa khử

VẬT LIỆU ZnO@HA 2.3.1 Giới thiệu về ZnO@HA

Việc kết hợp ZnO và HA là một trong những giải pháp để tăng tính kháng khuẩn và độ bền cơ học cho vật liệu HA khi ứng dụng trong lĩnh vực y sinh Sự có mặt của ZnO trong vật liệu cấy ghép sẽ thúc đẩy sự tăng sinh và biệt hóa của các tế bào mới, giúp cho quá trình khôi phục và hoàn thiện cấu trúc diễn ra nhanh hơn Thêm vào đó, sự kết hợp ZnO và HA sẽ làm thay đổi một số thông số cấu trúc của vật liệu, như: tham số mạng, tính chất vật lý và sinh học Vật liệu ZnO@HA sẽ có tính chất cơ học vượt trội hơn HA, tăng cường được các phản ứng sinh học để kháng khuẩn và chống nấm Mặt khác, ZnO cũng sẽ góp phần kiểm soát tốc độ phân hủy sinh học của HA

Một số nghiên cứu về quá trình khoáng hóa khi cấy ghép vật liệu ZnO@HA đã được báo cáo và chứng minh là có khả năng thúc đẩy sự hình thành mô liên kết xung quanh các mô cấy và làm giảm các phản ứng viêm [19] Đồng thời khả năng kháng khuẩn và kháng nấm của ZnO@HA đã được nghiên cứu và cho kết quả là cải thiện được hiệu suất chống lại vi khuẩn khoang miệng

2.3.2 Khả năng kháng khuẩn của ZnO@HA

Vi khuẩn là sinh vật đơn bào, có cấu trúc đơn giản, có khả năng thích nghi với nhiều kiểu môi trường khác nhau Những sinh vật này có ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sống và sức khỏe của con người

Tế bào vi khuẩn khác với tế bào thực vật và động vật Vi khuẩn là đơn vật nhân sơ, cấu tử di truyền tồn tại ngay trong tế bào chất chứ không có cấu trúc màng bao quanh Một tế bào vi khuẩn bao gồm: thành tế bào, vỏ nhầy, màng tế bào, tế bào chất, ribosome, thế nhân, tiêu mao và nhung mao Trong đó thành tế bào (được cấu tạo bởi lớp peptidoglycan) có vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ vi khuẩn

Khi kết hợp ZnO vào HA, các hạt nano ZnO có kích thước nhỏ có thể đi qua

17 thành tế bào hoặc phá vỡ thành tế bào bằng cách phá vỡ lớp protein màng và lipit, do đó làm hỏng tế bào vi khuẩn [20] Đồng thời sự giải phóng ion Zn2+ gây ức chế sự phát triển của tế bào vi khuẩn Năm 2017, Ananth A và Dharaneedharan [21] đã chứng minh sự giải phóng Zn2+ là một trong những cơ chế chính của ZnO trong thí nghiệm kháng vi khuẩn E.coli, S.iniae, S.parauberis và E.tarda

Hình 2.8: Cơ chế kháng khuẩn của ZnO@HA

Hơn nữa, khi kết hợp ZnO vào HA, nhờ sự tương thích sinh học tốt của HA sẽ giúp cho các tinh thể ZnO tồn tại tốt hơn trong môi trường dịch bào, qua đó tăng cường khả năng tạo ra ROS, giúp cho hoạt tính kháng khuẩn của ZnO@HA cao hơn [20]

2.3.3 Một số phương pháp tổng hợp ZnO@HA

Phướng pháp tẩm: Tẩm là phương pháp ngâm trực tiếp vật liệu nền làm chất mang vào dung dịch của hợp chất cần tẩm, các nguyên tử/phân tử sẽ phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt và bên trong khối vật liệu [22] Phương pháp này có đặc điểm là đơn giản, dễ thực hiện, nhưng khó kiểm soát sự phát triển của kích thước hạt nên sản phẩm thu được không đồng nhất

Phương pháp sol-gel: đây là phương pháp được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có kích thước nano có độ đồng nhất tương đối cao, nhưng quy trình thực hiện tương đối phức tạp cần theo dõi và điều chỉnh liên tục [23]

18 Phương pháp vi sóng: Phương pháp này sử dụng năng lượng của vi sóng để gia tăng quá trình chuyển động, va chạm và xen lẫn vào nhau của các hạt vật chất Phương pháp này cho hiệu suất cao, sản phẩm thu được đồng đều nổi trội hơn so với các phương pháp khác Trong khuôn khổ luận văn này, để tổng hợp vật liệu HA biến tính ZnO có kích thước đồng đều cũng như tiết kiệm chi phí năng lượng cho quá trình tổng hợp, phương pháp tổng hợp có sự hỗ trợ vi sóng sẽ được áp dụng

ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Vi sóng (tên gọi khác là sóng vi ba) là một dạng bức xạ điện từ có bước sóng từ khoảng 1 m đến 1 mm với tần số giao động từ 300 MHz đến 300 GHz Dải sóng này lần đầu được phát minh bởi hai nhà khoa học Randall và Boot vào năm 1940 với mục đích ứng dụng trong kỹ thuật rada [24] Từ đó đến nay kỹ thuật vi sóng đã phát triển mạnh mẽ về cả mặt thiết bị tạo vi sóng và ứng dụng của nó, nhiều kiểu thiết bị vi sóng ra đời phục vụ cho các mục đích khác nhau: sấy và tiệt trùng thực phẩm, dược phẩm; tổng hợp vật liệu nano, tổng hợp hữu cơ, hỗ trợ trong công nghệ thiêu kết vật liệu…[25]

Hình 2.9: Cấu tạo bóng đèn cao tần ((Magnetron)

Vi sóng được sinh ra từ bóng đèn cao tần (Magnetron) có cấu tạo như hình ở trên Một bóng đèn cao tần gồm có catot và anot được đặt trong môi trường chân không và từ trường, trong đó anot có cấu tạo đặc biệt bao gồm các mặt cong như các mặt trong của hình trụ Khi áp một điện áp cao áp lên đến 5000 V giữa anot và catot, phần lõi catot sẽ rất nhanh chóng nóng lên, nhiệt độ cao làm các eletron bứt ra va đập

19 vào thành anot Các tương tác của electron với bề mặt anot trong từ trường sẽ tạo ra các dao động có tần số cao lên đến 2,5 GHz được dẫn truyền và phát vào khoang phản ứng tại bộ phận microwave radiation

Tính chất quan trọng giúp vi sóng được ứng dụng rộng rãi đó là tần số dao động của vi sóng vừa phải, không quá lớn để phá hủy các liên kết hóa học, nhưng đủ để gây ra chuyển động lớn cho cấu tử phân cực có trong môi trường vi sóng và làm vật chất đó nóng lên Xét hệ vật chất có cẩu tử phân cực (ví dụ là H2O) khi ở trong môi trường vi sóng, sẽ có hiện tượng xảy ra như hình 1.10

Khi sóng điện từ đổi pha, phân tử nước sẽ quay, sao cho nguyên tử hydro hướng theo chiều của điện trường Trong một giây, sóng điện từ đổi pha lên đến gần 2,5 tỉ lần nên phân tử nước cũng sẽ dao động số lần tương đương Việc dao động nhanh và liên tục làm chúng cọ xát, va đập vào nhau tạo ra nhiệt để làm nóng cả khối vật chất

Hình 2.10: Sơ đồ dao động của phân tử H2O trong môi trường vi sóng

Hiện nay, với nhu cầu tăng tốc độ phản ứng và giảm thời gian phản ứng trong công nghiệp hóa học, cùng với xúc tác, vi sóng trở thành hướng nghiên cứu khả quan, và đã có nhiều thành tựu trong thực tế [26] Vi sóng có khả năng đẩy nhanh tốc độ

20 phản ứng, tăng năng suất của quá trình, giảm sản phẩm phụ và tăng độ tinh khiết cho sản phẩm qua đó tăng cao hiệu quả của cả quá trình công nghệ…[27]

Nguyên lý tác động của vi sóng lên hệ phản ứng là thông qua việc cung cấp năng lượng Để một phản ứng xảy ra thì năng lượng của trạng thái trung gian phải cao hơn năng lượng hoạt hóa của phản ứng, vi sóng không có tác dụng làm giảm năng lượng hoạt hóa mà là làm hệ phản ứng nóng lên, cung cấp năng lượng để hệ vượt qua ngưỡng năng lượng hoạt hóa Mặt khác, nhiệt độ còn ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng theo phương trình dưới [28]:

k= A ∗ e

Ví dụ, với một phản ứng bậc 1, có phương trình tốc độ phản ứng là: v= k[A], thì chỉ cần tăng nhiệt độ lên 17 oC, tốc độ phản ứng sẽ tăng lên 10 lần, tăng nhiệt độ lên 35 oC thì tốc độ phản ứng tăng lên 100 lần Mà vi sóng có khả năng tăng nhiệt độ cho hệ gần như lập tức, do đó, rất hiệu quả trong việc rút ngắn thời gian phản ứng Thêm nữa, khi sử dụng vi sóng để gia nhiệt, người ta nhận thấy rằng hỗn hợp nóng lên gần như đồng nhất (sự phân bố nhiệt hẹp hơn các phương pháp gia nhiệt thông thường) nên sản phẩm được tạo thành gần như đồng đều ở mọi vị trí, do đó đặc biệt thích hợp cho các phản ứng cần khống chế kích thước hạt sản phẩm [27]

Đến nay, đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra vi sóng cho hiệu quả vượt trội so với các phương pháp thông thường Nhóm tác giả [29] đã thành công ứng dụng vi sóng để tổng hợp siêu nhanh thuốc nano diopside ứng dụng trong y sinh Hwang và cộng sự [30] đã có báo cáo kết quả tổng hợp các hạt nano sắt/carbon (M@CNPs, M=Fe, Co, Ni) gần như tinh khiết bằng cách sử dụng vi sóng để cung cấp năng lượng dẫn đến phân hủy nhiệt hợp chất cơ kim Năm 2019, Kalenga Pierre Mubiayi và cộng sự [31] đã ứng dụng phương pháp vi sóng để tổng hợp vật liệu CIGSe QD (Copper indium gallium selenide quantum dots) có đủ đặc điểm, tiêu chuẩn để chế tạo pin mặt trời Từ nguyên liệu Xeri (III) nitrat hexahydrat và natri hydroxit, nhóm tác giả [32] cũng đã tổng hợp thành công vật liệu ceria (CeO2) bằng phương pháp thủy nhiệt có sự hỗ trợ của vi sóng, thời gian phản ứng rút ngắn chỉ còn 10 phút và giảm được nhiệt

21 độ của giai đoạn thiêu kết từ 1500 oC xuống còn 1200 oC mà vẫn giữa được các đặc tính kỹ thuật cần thiết

Đến nay, công nghệ tổng hợp vật liệu tồng hợp bằng vi sóng đã được nghiên cứu ứng dụng trong tổng hợp ZnO và đã có nhiều nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố như thời gian vi sóng [33-35] và công suất vi sóng [36-38] đến tính chất của vật liệu như kích thước hạt, hình thái tinh thể cũng như tính chất quang và hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano ZnO Tùy mỗi tiền chất sử dụng hay môi trường phân tán khác nhau sẽ ứng với điều kiện tổng hợp phù hợp Do vậy, với mỗi vật liệu nghiên cứu cần khảo sát đánh giá lựa chọn điều kiện tổng hợp vi sóng phù hợp nhằm tiết kiệm chi phí tổng hợp đồng thời tạo ra được sản phẩm đáng ứng yêu cầu chỉ tiêu sản phẩm Điển hình là vật liệu HA từ xương cá chẽm biến tính ZnO chưa được nghiên cứu, do vậy khi áp dụng công nghệ vi sóng trong tổng hợp vật liệu này, khảo sát và xác định điều kiện vi sóng (thời gian và công suất vi sóng) là cần thiết

Với những tính năng nổi bật về khả năng rút ngắn thời gian phản ứng và tăng độ tinh khiết cho sản phẩm như trên, vi sóng được kỳ vọng là phương pháp phù hợp cho nghiên cứu về vật liệu y sinh trên nền HA từ xương cá chẽm biến tính ZnO với độ tinh khiết cao trong khuôn khổ đề tài này

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LIỆU 2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

Phương pháp nhiễu xạ tia X được được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu, có thể xác định nhanh, chính xác các pha tinh thể, định lượng pha tinh thể và kích thước hạt với độ tin cậy cao

Nguyên lý chung của phương pháp nhiễu xạ tia X: Chiếu tia X vào tinh thể, khi đó các nguyên tử bị kích thích và trở thành các tâm phát sóng thứ cấp Các sóng thứ cấp này (tia X, điện tử, nơron) triệt tiêu nhau theo một phương và tăng cường nhau theo một số phương tạo nên hình ảnh giao thoa Hình ảnh này phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể Từ việc phân tích hình ảnh đó, ta có thể biết được cách sắp xếp các nguyên tử trong ô mạng Qua đó xác định được cấu trúc mạng tinh thể, các pha cấu trúc trong vật liệu…

22 Phương trình nhiễu xạ Bragg: Hiện tượng nhiễu xạ tia X được giải thích dựa trên phương trình nhiễu xạ Bragg Theo đó, ta coi mạng tinh thể là tập hợp các mặt phẳng song song cách nhau một khoảng d Khi chiếu tia X vào bề mặt, do tia X có khả năng đâm xuyên mạnh nên không chỉ những nguyên tử bề mặt mà cả những nguyên tử bên trong cũng tham gia vào quá trình tán xạ [39]

Hình 2.1: Hình ảnh mô tả nhiễu xạ tia X trên bề mặt vật liệu Điều kiện có cực đại giao thoa (phương trình Vulf–Bragg) [40]:

Với D là kích thước tinh thể trung bình (nm), θ là góc nhiễu xạ, β là độ rộng vạch nhiễu xạ đặc trưng (radian) lấy giá trị bằng nửa cường độ cực đại, λ = 1,5406 Å là bước sóng của tia tới, k là hằng số Scherrer phụ thuộc vào hình dạng tinh thể và chỉ số Miller của vạch nhiễu xạ (lấy k = 0,9)

Thực nghiệm: Các mẫu vật liệu được đo thành phần pha trên thiết bị đo XRD D2-PHARSER (hãng Brucker) tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ nano – Trung tâm Nghiên cứu Triển khai – Khu Công nghiệp cao với các thông số bước quét của 2θ =

23 0,03 o, bức xạ CuKα Mẫu được nghiền thành dạng bột mịn, tạo bề mặt phẳng có bề dày khoảng 100 Å, sau đó tiến hành đo Phần mềm phân tích nhiễu xạ ASTM được sử dụng để xác định các pha có trong mẫu thử, đo ở nhiệt độ phòng Các mẫu vật liệu HA thu được sẽ được đo XRD để xác định pha tinh thể cũng như sự ảnh hưởng của nhiệt độ ủ, thời gian ủ, nhiệt độ nung, thời gian nung và tỷ lệ rắn lỏng ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu HA Các mẫu ZnO@HA sẽ được phân tích XRD để xem xét độ đơn pha và kích thước của tinh thể khi được tổng hợp ở các khoảng thời gian và công suất vi sóng khác nhau

2.5.2 Phương pháp quang phổ huỳnh quang XRF

Phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X – là kỹ thuật quang phổ được ứng dụng chủ yếu trong các mẫu chất rắn, trong đó sự phát xạ tia X thứ cấp được sinh ra bởi sự kích thích các điện tử của mẫu bằng nguồn phát tia X XRF có khả năng xác định gần như tất cả các nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học, thông thường giữa natri và uranium (bao gồm cả các nguyên tố âm điện chẳng hạn như clo, photpho, lưu huỳnh) tới giới hạn phát hiện trong phạm vi 1–10 mg/kg [42]

Nguyên lý chung của phương pháp XRF: Ở chế độ cơ bản, nguyên tử được cấu tạo bởi nhân và các lớp electron (điện tử) xung quanh (K, L, M, N)

Hình 2.2: Sơ đồ cơ chế của phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X Khi bắn tia X mang năng lượng lớn vào mẫu – nguyên tử: Mức năng lượng này lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết các lớp electron cấu tạo nên nguyên tử, xảy