Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của vật liệu y sinh hydroxyapatite (HA) từ vỏ trứng

Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của vật liệu y sinh hydroxyapatite (HA) từ vỏ trứng

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT BÁO CÁO ĐỀ TÀI SINH VIÊN NCKH NĂM HỌC 2013 - 2014 TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA VẬT LIỆU Y SINH HYDROXYAPATITE (HA) TỪ VỎ TRỨNG Giảng viên hướng dẫn: TS. Bùi Xuân Vương Bình Dương, tháng 4 năm 2014 NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 1 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 2 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm việc để hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của TS. Bùi Xuân Vương cũng như các thầy cô trong bộ môn hóa vô cơ, khoa khoa học tự nhiên của trường Đại Học Thủ Dầu Một. Qua đây nhóm sinh viên làm đề tài NCKH xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Bùi Xuân Vương, người đã trực tiếp hướng dẫn nhóm nghiên cứu, rèn luyện cho nhóm cách thức thực hiện - quản lý công việc trong hoạt động NCKH. Bình Dương, 1/4/2014 Nhóm sinh viên NCKH Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 MỤC LỤC THUYẾT MINH ĐỀ TÀI………………………………………………………….7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN…………………………………………………… 12 1.1. Vật liệu y sinh……………………………………………………………… 12 1.1.1. Khái niệm:………………………………………………………………….12 1.1.2. Phân loại:………………………………………………………………… 12 1.1.3. Vật liệu y sinh xương nhân tạo Hydroxyapatite Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 (HA)… 12 1.2. Tính chất lý hóa của vật liệu y sinh HA…………………………………… 14 1.3. Sự tương hợp sinh học và hoạt tính sinh học của vật liệu HA……………….15 1.4. Ứng dụng…………………………………………………………………… 15 1.4.1. Ứng dụng của HA dạng bột kích thước nano………………………………15 1.4.2. Ứng dụng của HA dạng màng…………………………………………… 16 1.4.3. Ứng dụng của HA dạng bột như vật liệu xương nhân tạo………………….17 1.4.4. Ứng dụng của HA dạng composit………………………………………….17 II. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDROXYAPATITE HA…………… 17 2.1. Phương pháp kết tủa………………………………………………………….17 2.2. Phương pháp sol-gel………………………………………………………….19 2.3. Phương pháp siêu âm hoá học……………………………………………… 19 2.4. Phương pháp phun sấy……………………………………………………… 19 2.5. Phương pháp điện hoá……………………………………………………… 20 2.6. Phương pháp thuỷ nhiệt………………………………………………………21 2.7. Phương pháp composit ………………………………………………………21 2.8. Phương pháp phản ứng pha rắn tổng hợp HA……………………………… 23 CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU Y SINH HA TỪ VỎ TRỨNG………… 24 I. THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HA TỪ VỎ TRỨNG………………………… 24 1.1. Nguyên liệu và hóa chất…………………………………………………… 24 1.2. Dụng cụ và thiết bị 24 NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 3 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 1.3. Quy trình thực nghiệm 24 II. THỰC NGHIỆM “ IN VITRO” 29 III. PHƯƠNG PHÁP LÝ HÓA ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU 30 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 I. NHIỄU XẠ TIA X PHÂN TÍCH VẬT LIỆU HA TỔNG HỢP TỪ VỎ TRỨNG TRƯỚC VÀ SAU THỰC NGHIỆM ‘‘IN VITRO’’ 31 II. ẢNH SEM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU HA TỔNG HỢP TỪ VỎ TRỨNG TRƯỚC VÀ SAU THỰC NGHIỆM ‘‘IN VITRO’’ 33 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………… 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 38 NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 4 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1. Một số hình ảnh ứng dụng của vật liệu Hydroxyapatite (HA)……… 13 Hình 1.2. Công thức cấu tạo của phân tử HA………………………………… 14 Hình 1.3. Thuốc bổ sung calcium sử dụng nguyên liệu HA dạng vi tinh thể… 16 Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa………………………… 18 Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp phun sấy…………… ……. ……. .19 Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điện hóa………………………… 20 Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của hệ thiết bị phản ứng thủy nhiệt……………… 21 Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp composit HA - CS……………………………………22 Hình 2.1. Nung vỏ trứng………………………………………………………. 25 Hình2.2. Dung dịch sau khi cô cạn…………………………………………… 26 Hình 2.3. Lọc bỏ tạp chất trong dd Ca(NO 3 ) 2 26 Hình 2.4. Dung dịch đang khuấy trên máy từ……………………………………27 Hình 2.5. Rửa sản phẩm bằng nước cất…… 27 Hình 2.6. Bột HA thu được sau khi nung ở 1000 o C…………………………… 28 Hình 2.7. Sơ đồ tổng hợp HA……………………………………………………28 Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp từ vỏ trứng…………………31 Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp sau 5 ngày ngâm trong SBF 32 Hình 3.3. Ảnh SEM của HA tổng hợp từ vỏ trứng………………………… 34 Hình 3.4. Ảnh SEM của HA tổng hợp sau 5 ngày ngâm trong dung dịch SBF….36 NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 5 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1. Quy trình nung vỏ trứng theo các chế độ nhiệt……………………….24 Bảng 2.2. Nồng độ các ion trong dung dịch SBF (10-3 mol/l)………………… 29 Bảng 2.3. Hàm lượng các chất trong dung dịch thành phần Ca-SBF và P-SBF….30 UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 6 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN: Họ và tên: Mai Thị Tuyết Sinh ngày: 12 tháng 10 năm 1994 Nơi sinh: Quảng Nam Lớp: D12HH01 Khóa: 2012-2016 Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Địa chỉ liên hệ: Phú Mỹ - TP. Thủ Dầu Một- Bình Dương Điện thoại: 01685751291 Email: maituyet1210@gmail.com II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm đang học): * Năm thứ 1: Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Kết quả xếp loại học tập: TB- Khá * Năm thứ 2: Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Kết quả xếp loại học tập: Khá Ngày 01 tháng 04 năm 2014 Xác nhận của lãnh đạo khoa (ký, họ và tên) Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (ký, họ và tên) NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 7 Ảnh 4x6 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT THUYẾT MINH ĐỀ TÀI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (Năm học 2013-2014) 1. Tên đề tài: Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học vật liệu y sinh Hydroxyapatite từ vỏ trứng. 2. Mã số: (do cán bộ quản lý ghi) 3. Loại hình nghiên cứu:  Cơ bản * Ứng dụng  Triển khai 4. Lĩnh vực nghiên cứu:  Khoa học Xã hội và Nhân văn  Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ  Kinh tế  Khoa học Tự nhiên  Khoa học Giáo dục 5. Thời gian thực hiện: 5 tháng (Từ tháng 11 năm 2013 đến tháng 4 năm 2014). 6. Đơn vị quản lý về chuyên môn: Khoa: Khoa học tự nhiên Bộ môn: Hóa học 7. Giáo viên hướng dẫn: Họ và tên: Bùi Xuân Vương Học vị: Tiến Sỹ Đơn vị công tác (Khoa, Phòng): Khoa khoa học tự nhiên Địa chỉ nhà riêng: A216 – Ehome1 – Phước long B – Q9. Tp. HCM Di động: 01276517788 E-mail: vuongbx@yahoo.com 8. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài: Sinh viên chịu trách nhiệm chính: (Họ tên, email, điện thoại) NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 8 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 Họ tên: Mai Thị Tuyết Email: maituyet1210@gmail.com Điện thoại: 01685751291 Các thành viên tham gia đề tài: TT Họ và tên Lớp, Khóa Chữ ký 1 Lê Thị Thu Thắm D12HH01 2 Võ Oanh Kiều C12H001 3 Lê Thị Hồng Trâm C12H001 9. Tính cấp thiết của đề tài: Vật liệu y sinh Hydroxyapatite (HA) được sử dụng như một vật liệu cấy ghép xương vì thành phần của nó giống như phần khoáng vô cơ trong xương người. Vật liệu y sinh HA thể hiện tính ưu việt của một vật liệu xương nhân tạo bởi tính tương thích sinh học của nó đối với cơ thể con người khi cấy ghép (không đào thải) cũng như thể hiện hoạt tính sinh học cao (khả năng hình thành lớp khoáng xương mới). Vật liệu y sinh HA là một trong những vật liệu xương nhân tạo mà nước ta vẫn phải nhập ngoại về các cơ sở y tế và các bệnh viện. Các báo cáo khoa học trên thế giới tập trung vào việc tổng hợp vật liệu xương nhân tạo HA đi từ các tiền chất hóa học tinh khiết. Trong đề tài này chúng tôi tiến hành tổng hợp HA từ nguồn nguyên liệu phế thải là vỏ trứng gà. Vỏ trứng gà sẽ được sử lý bằng phương pháp hóa học sau đó tổng hợp phần khoáng HA. HA tách được từ vỏ trứng sẽ được đặc trưng lý hóa để kiểm tra cấu trúc và độ tinh khiết. Sau đó tiến hành thực nghiệm kiểm tra hoạt tính sinh học để đánh giá khả năng hình thành lớp khoáng xương mới trên bề mặt vật liệu sau thực nghiệm ‘‘in vitro’’. Chúng tôi hy vọng HA tổng hợp từ vỏ trứng có thể sử dụng như một vật liệu xương nhân tạo trong phẫu thuật cấy ghép xương. NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 9 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 10. Mục tiêu đề tài: - Phân tách HA từ vỏ trứng. - Kiểm tra vật liệu bằng các phương pháp lý hóa. - Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ đánh giá hoạt tính sinh học của vật liệu tổng hợp. 11. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Đối tượng: Vỏ trứng xử lý bằng hóa chất để phân tách HA Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp vật liệu trong PTN, thực nghiệm đánh giá hoạt tính sinh học của vật liệu ‘‘in vitro’’. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu, phân tích và đánh giá tài liệu - Xây dựng phác đồ thực nghiệm - Tiến hành thực nghiệm - Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ 12. Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện: 12.1. Nội dung nghiên cứu (trình bày dưới dạng đề cương nghiên cứu chi tiết) - Phân tách HA từ vỏ trứng - Đặc trưng cấu trúc HA bằng các phương pháp lý hoá như: XRD và SEM. - Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ ngâm vật liệu trong dung dịch mô phỏng dịch thể người SBF (Simulated Body Fluid). - Đặc trưng lý hoá vật liệu sau thực nghiệm ‘‘in vitro’’ để đánh giá hoạt tính sinh học của vật liệu qua khả năng hình thành khoáng xương mới sau ngâm cũng như đánh giá tính tương thích sinh học của vật liệu. 12.2. Tiến độ thực hiện: 5 tháng 13. Sản phẩm và khả năng ứng dụng: - Báo cáo tổng kết đề tài. - 01 bài báo gửi đăng ở tạp chí chuyên nghành sau khi kết thúc đề tài. - Vật liệu y sinh tổng hợp được có thể chuyển giao cho các bệnh viện để làm NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 10 [...]... phương pháp trên, chúng tôi x y dựng một quy trình riêng để tổng hợp vật liệu nay từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền là vỏ trứng Chương 2 sẽ trình b y chi tiết quy trình n y CHƯƠNG 2 TỔNG HỢP VẬT LIỆU Y SINH HA TỪ VỎ TRỨNG 1.1 Thực nghiệm tổng hợp HA từ vỏ trứng 2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất - Vỏ trứng gà NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 24 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 - Các hóa chất... nhân tạo, các vật liệu trám răng, các vật liệu xương nhân tạo dùng trong phẫu thuật chỉnh hình… 1.1.2 Phân loại: Dựa vào tương tác giữa vật liệu và môi trường cơ thể, người ta chia vật liệu y sinh ra 2 loại chính là vật liệu hoạt tính sinh học và vật liệu trơ sinh học [2] Vật liệu hoạt tính sinh học là loại vật liệu khi c y ghép trong cơ thể con người sẽ x y ra các tương tác hóa học giữa vật liệu với môi... không tương thích sinh học khi sử dụng vật liệu y sinh HA cho c y ghép xương Kết quả đạt được khẳng định hoạt tính sinh học của vật liệu HA tổng hợp qua sự hình thành một lớp Hydroxyapatite mới trên nền Hydroxyapatite cũ Lớp khoáng xương HA mới hình thành n y chính là cầu nối giữa vật liệu ghép và xương tự nhiên trong c y ghép thực tế Sauk hi ngâm trong SBF, bề mặt vật liệu HA tổng hợp chỉ hình thành... với thành phần của khoáng xương tự nhiên Trong trường hợp xuất hiện pha mới khác HA có thể dẫn tới hiện tượng đào thải khi c y ghép xương Kết quả n y khẳng định tính tương thích sinh học của vật liệu HA tổng hợp 3.2 Ảnh SEM phân tích vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng trước và sau thực nghiệm ‘‘In vitro’’ Hình 3.3 tập hợp các ảnh SEM của vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng Hình thái bề mặt vật liệu thể hiện... sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 Hiện nay HA đã và đang được nghiên cứu và phát triển vì những tính chất quan trọng của nó như có hoạt tính sinh học và độ tương thích sinh học cao với các tế bào và các mô, tạo liên kết trực tiếp với xương non dẫn đến sự tái sinh xương nhanh mà không bị cơ thể đào thải Sự ra đời của vật liệu y sinh HA và hiệu quả của nó trong y học nói chung và ngành phẫu... sống Vật liệu trơ sinh học là vật liệu khi đưa vào cơ thể con người chúng không có bất cứ một tương tác hóa học nào với môi trường sống 1.1.3 Vật liệu y sinh xương nhân tạo Hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 (HA) Có rất nhiều loại vật liệu y sinh khác nhau, riêng nhóm vật liệu y sinh sử dụng như vật liệu xương nhân tạo có thể kể đến như: các vật liệu calcium phosphate (tricalcium phosphate Ca3(PO4)3; hydroxyapatite. .. đều của cấu trúc hạt, tạo ra các khe hở và cấu trúc xốp của vật liệu Các khe hở và cấu trúc xốp của vật liệu y sinh tạo điều NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 34 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 kiện thúc đ y sự tương tác hóa học giữa vật liệu và môi trường sống Các phản ứng bề mặt giữa vật liệu và môi trường tạo ra một lớp HA mới trên bề mặt vật liệu, lấp đ y các khe hở và lỗ... viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu y sinh 1.1.1 Khái niệm: Vật liệu y sinh là loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo, sử dụng để thay thế hoặc thực hiện một chức năng sống của cơ thể con người [1] Các vật liệu y sinh đã trở nên thân thuộc trong đời sống của con người như: da nhân tạo, van tim nhân tạo, các loại chỉ khâu trong y học, răng giả, chân tay... riêng, được ghi nhận như là một thành tựu lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu Hình 1.1 Một số hình ảnh ứng dụng của vật liệu Hydroxyapatite (HA) NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 13 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 1.2 Tính chất lý hóa của vật liệu y sinh HA [3-7] Về tính chất vật lý, HA có công thức phân tử đ y đủ là Ca10(PO4)6(OH)2 hoặc có thể viết rút gọn dưới dạng Ca5(PO4)3OH,... hình thái và cấu trúc bề mặt vật liệu CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 31 Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014 3.1 Nhiễu xạ tia X phân tích vật liệu HA tổng hợp từ vỏ trứng trước và sau thực nghiệm ‘‘In vitro’’ (211) (002) Intensity (au) (213) (222) (004) (310) (304) HAch HAth 20 40 60 2θ Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp từ vỏ trứng Hình