Tổng hợp gốm xốp hyđrôxyapatit bằng phương pháp nén ép thiêu kết

LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Thị Hạnh, ngƣời hƣớng dẫn, giúp đỡ, bảo cho suốt trình nghiên cứu, thực nghiệm để hoàn thành khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo phòng Vô cơ, nhƣ ban lãnh đạo Viện Hoá học – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện cho suốt trình làm nghiên cứu Viện Các thầy cô giáo, bạn khoa Hóa học – trƣờng ĐHSP Hà Nội giúp đỡ suốt trình học tập thực khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn ông bà, bố mẹ ngƣời thân gia đình nuôi dƣỡng, ủng hộ, khuyên bảo, giúp đỡ trƣởng thành suốt 24 năm qua Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2012 Sinh viên Đặng Thị Hằng DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Nồng độ ion dung dịch SBF x1 huyết tƣơng ngƣời Bảng 2: Các hóa chất dùng để pha chế dung dịch SBF (pH = 7,4; 5L) Bảng 3: Trọng lƣợng mẫu HA I nén ép áp suất 4000 kg/cm2 trƣớc sau nung Bảng 4: Trọng lƣợng mẫu HA II nén ép áp suất 400 kg/cm2 trƣớc sau nung Bảng 5: Trọng lƣợng mẫu gốm HA I nén ép áp suất 4000 kg/cm2 trƣớc sau ngâm SBF x1 Bảng 6: Trọng lƣợng mẫu gốm HA II nén ép áp suất 400 kg/cm2trƣớc sau ngâm SBF x1 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Ảnh hiển vi điện tử tinh thể HA Hình 2: Công thức cấu tạo phân tử HA Hình 3: Thuốc bổ sung canxi sử dụng nguyên liệu HA dạng vi tinh thể Hình 4: Quá trình tạo lớp men HA bề mặt Hình 5: Gốm y sinh HA tổng hợp phƣơng pháp khác Hình 6: Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp kết tủa Hình 7: Giản đồ nhiễu xạ tia X HA Hình 8: Giản đồ nhiễu xạ tia X HA Hình 9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng hợp HA bột Hình 10: Giản đồ XRD mẫu HA tổng hợp nhiệt độ khác Hình 11: Ảnh SEM bột HA nhiệt độ phản ứng khác Hình 12: Ảnh TEM mẫu bột HA đƣợc tổng hợp nhiệt độ khác Hình 13: Giản đồ XRD bột HA đƣợc tổng hợp tốc độ cấp axit khác Hình 14: Ảnh SEM bột HA tổng hợp ba tốc độ cấp axit H3PO4 Hình 15: Phổ FTIR bột HA tốc độ cấp axit Hình 16: Giản đồ XRD gốm HA trƣớc (a) sau (b) nung Hình 17: Ảnh SEM mẫu HA I-2 sau thiêu kết Hình 18: Biến thiên nồng độ Ca2+ ngâm SBF mẫu HA I (a) 37 ± 10C HA II (b) 200C Hình 19: Đƣờng chuẩn xác định nồng độ PO43- phƣơng pháp đo quang Hình 20: Biến thiên nồng độ PO43- ngâm SBF mẫu HA I (a) 37 ± 10C HA II (b) 200C Hình 21: Giản đồ XRD gốm HA trƣớc (a) sau (b) ngâm dung dịch SBF x1 Hình 22: Ảnh SEM gốm HAI-2 trƣớc (a) sau (b) ngâm dung dịch SBF x1 Hình 23: Phổ FTIR mẫu HA I-2, HA I-4 HA II-2 sau ngâm dung dịch SBF x1 Hình 24: Giản đồ TGA/DrTGA mẫu HA I-2 (a) HA II-2 (b) sau ngâm dung dịch SBF x1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO HYDROXYAPATIT 1.1.Tính chất hydroxyapatit 1.1.1 Tính chất vật lý 1.1.2 Tính chất hóa học 1.1.3 Tính chất sinh học 1.2 Các ứng dụng hydroxyapatit 1.2.1 Ứng dụng hydroxyapatit dạng bột 1.2.2 Ứng dụng hydroxyapatit dạng gốm xốp 1.3 Các phƣơng pháp chế tạo hydroxyapatit 1.3.1 Phƣơng pháp chế tạo hydroxyapatit dạng bột 1.3.2 Phƣơng pháp chế tạo hydroxyapatit dạng màng 10 1.3.3 Phƣơng pháp chế tạo hydroxyapatit dạng xốp gốm xốp 11 1.3.3.1 Phƣơng pháp phản ứng pha rắn 11 1.3.3.2.Phƣơng pháp thiêu kết chế tạo gốm 12 1.4 Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng vật liệu hydroxyapatit 14 1.4.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 14 1.4.2 Phƣơng pháp hồng ngoại (FTIR) 16 1.4.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử 16 1.4.4 Phƣơng pháp phân tích nhiệt 17 1.4.5 Phƣơng pháp hóa học xác định hàm lƣợng Ca2+ PO43- 17 1.4.6 Phƣơng pháp đánh giá tính tƣơng thích sinh học 18 CHƢƠNG : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 20 2.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu gốm xốp hydroxyapatit phƣơng pháp nén ép - thiêu kết 20 2.1.1 Tổng hợp hydroxyapatit bột phƣơng pháp kết tủa hóa học 20 2.1.2 Chế tạo gốm xốp hydroxyapatit phƣơng pháp nén ép - thiêu kết 22 2.2 Xác định hàm lƣợng ion Ca2+ PO43- dung dịch SBF 23 2.3 Đánh giá tính tƣơng thích sinh học gốm hydroxyapatit phƣơng pháp in-vitro 25 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ……28 3.1 Tổng hợp gốm xốp hydroxyapatit phƣơng pháp kết tủa hóa học 28 3.1.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ 28 3.1.2 Ảnh hƣởng tốc độ cấp axit 31 3.2 Chế tạo gốm xốp hydroxyapatit phƣơng pháp nén ép - thiêu kết 33 3.3 Kết thử tính tƣơng thích sinh học in-vitro 38 3.3.1 Kết xác định nồng độ Ca2+ PO43- dung dịch SBF 38 3.3.2 Sự thay đổi trọng lƣợng mẫu 40 3.3.3 Các đặc trƣng mẫu 41 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 MỞ ĐẦU Hợp chất canxi hydroxyapatit, viết tắt HA, có công thức hóa học Ca10(PO4)6(OH)2 HA tồn tự nhiên dƣới dạng khoáng chất, thuộc họ apatit Hợp chất thành phần xƣơng, răng, mô cứng ngƣời động vật có vú HA có đặc tính nhƣ hoạt tính khả tƣơng thích sinh học cao với tế bào mô, tạo liên kết trực tiếp với xƣơng non dẫn đến tái sinh xƣơng nhanh mà không bị thể đào thải [4,6] Năm 1983, nhà khoa học tổng hợp thành công gốm xốp HA dƣới dạng chi tiết cho mục đích ghép xƣơng Vật liệu có thành phần cấu trúc xốp tƣơng tự nhƣ xƣơng ngƣời [5] Do đó, họ sử dụng loại vật liệu phẫu thuật chỉnh hình để sửa chữa thay khuyết tật xƣơng thể ngƣời Cùng với tiến khoa học kĩ thuật, ứng dụng hiệu loại vật liệu tiên tiến tạo tiến lĩnh vực xét nghiệm, điều trị y học, lĩnh vực dƣợc phẩm, vật liệu y sinh [4]… HA dạng bột đƣợc dùng để làm thuốc thực phẩm bổ sung canxi; dạng màng đƣợc dùng để tạo lớp men răng, chi tiết nối xƣơng lớp bao phủ bề mặt xƣơng; dạng xốp đƣợc dùng để điền đầy xƣơng răng, làm xƣơng nhân tạo, mắt giả…[5] Ở nƣớc ta, vật liệu vô 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 Vì vậy, để góp phần tạo loại vật liệu có khả định hƣớng ứng dụng dƣợc học y sinh học nƣớc ta, lựa chọn đề tài “Tổng hợp gốm xốp hydroxyapatit phƣơng pháp nén ép - thiêu kết” Mục đích đề tài: Tổng hợp vật liệu HA nhằm ứng dụng cấy ghép xƣơng phẫu thuật chỉnh hình xƣơng, Nội dung đề tài: - Tổng hợp vật liệu HA điều kiện khác (áp suất, tỉ lệ HA : tinh bột) - Thử nghiệm khả tƣơng thích sinh học vật liệu - Phân tích, xác định đặc trƣng vật liệu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO HYDROXYAPATIT 1.1 Tính chất hydroxyapatit 1.1.1 Tính chất vật lý Ở trạng thái tinh thể HA có màu sắc trắng, trắng ngà, vàng, nâu…, nhiệt độ nóng chảy 17600C, nhiệt độ sôi 28500C, độ hòa tan nƣớc 0,7 g/l, trọng lƣợng phân tử 1004,60 g, trọng lƣợng riêng 3,156 g/cm3 Ở điều kiện khác tự nhiên trình tổng hợp, tinh thể HA tồn dạng que, hình kim, hình vảy, hình sợi, hình cầu [1,4] Để nhận biết dạng tồn HA sử dụng phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) hiển vi điện tử truyền qua (TEM) (hình 1) (c) (b) (a) (d) (e) (f) Hình 1: Ảnh hiển vi điện tử tinh thể HA (a) - Dạng hình que (b) - Dạng hình trụ (c) - Dạng hình cầu (d) - Dạng hình sợi (e) - Dạng hình vảy (f) - Dạng hình kim 1.1.2 Tính chất hóa học Công thức cấu tạo phân tử HA (hình 2), có cấu trúc mạch thẳng, liên kết Ca O liên kết cộng hóa trị Hai nhóm OH- đƣợc gắn với nguyên tử P hai đầu mạch [4] Hình 2: Công thức cấu tạo phân tử HA HA không phản ứng với kiềm, phản ứng với axit tạo thành muối canxi photphat nƣớc Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl → 3Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2H2O (1.1) HA tƣơng đối bền nhiệt [1]: Ở nhiệt độ 800 - 12000C, HA bị phân hủy thành oxy - hydroxyapatit Ca10(PO4)6(OH)2 Ca10(PO4)6(OH)2-2xOx + xH2O (0 x 1) (1.2) Ở nhiệt độ lớn 12000C, HA bị phân hủy thành β - Ca3(PO4)2, Ca4P2O9, Ca4O(PO4)2 CaO Ca10(PO4)6(OH)2 → 2β - Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + H2O (1.3) Ca10(PO4)6(OH)2 → 3β - Ca3(PO4)2 + CaO + H2O (1.4) 1.1.3 Tính chất sinh học [1,4] 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 (b) Hình 16: Giản đồ XRD gốm HA trước (a) sau (b) nung Trên hình 16 giản đồ XRD gốm HA trƣớc thiêu kết có vạch sắc nhọn, vạch phổ có độ rộng lớn sau thiêu kết Chứng tỏ độ tinh thể HA chƣa cao Mẫu HA sau thiêu kết vạch trở nên hẹp hơn, xuất vạch đặc trƣng HA, không xuất pha lạ, không bị phân hủy sau nung Do sản phẩm HA đơn pha Các vạch đặc trƣng HA xuất đầy đủ, rõ nét tách biệt Do độ tinh thể gốm HA cao trƣớc thiêu kết 36 Ảnh SEM Hình 17: Ảnh SEM mẫu HA I-2 sau thiêu kết Hình 17 ảnh SEM mẫu HA xốp sau thiêu kết với 10 % tinh bột, áp suất nén ép 4000 kg/cm2, tốc độ gia nhiệt 100C/phút Trong trình thiêu kết tinh bột nóng chảy lấp đầy khoảng trống hạt HA, sau tiếp tục tăng nhiệt độ tinh bột bị phân hủy hoàn toàn thành CO2 nƣớc, làm cho khoảng trống hạt trở nên đồng Đồng thời nhiệt độ cao, phân tử HA nằm biên hạt khuếch tán sang làm cho biên hạt biến Do đó, gốm HA có lỗ xốp liên thông với liên kết chặt chẽ với Mẫu HA I nén ép áp suất 4000 kg/cm2, ngâm nhiệt độ 37 ± 10C có kích thƣớc lỗ xốp trung bình khoảng 0,29 m, kích thƣớc hạt khoảng 0,58 m 3.3 Kết thử tính tƣơng thích sinh học in-vitro 3.3.1 Kết xác định nồng độ Ca2+ PO43- dung dịch SBF 37 100 (a) 80 HA I-1 60 HA I-2 40 HA I-3 HA I-4 20 0 (ngày) (ngày) 14 (ngày) 21 (ngày) 28 (ngày) 100 (b) 80 HA II-1 60 HA II-2 40 HA II-3 HA II-4 20 0 (ngày) (ngày) 14 (ngày) 21 (ngày) Hình 18: Biến thiên nồng độ Ca2+ ngâm SBF mẫu HA I (a) 37 ± 10C HA II (b) 200C Quan sát hình 18 cho thấy nồng độ Ca2+ giảm dần theo thời gian giảm dần từ mẫu - Mẫu HA I có nồng độ Ca2+ ngày 93mg/l, đến ngày thứ 28 nồng độ giảm khoảng 50 - 56 mg/l Mẫu HA II có nống độ Ca2+ ngày 91 mg/l, đến ngày thứ 21 nống độ giảm xuống khoảng 62 - 67 mg/l Đƣờng chuẩn phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ ion PO43đƣợc thể hình 19 38 2.5 y = 0.047x ABS 1.5 0.5 0 10 20 30 40 50 60 C (mg/l) Hình 19: Đường chuẩn xác định nồng độ PO43- phương pháp đo quang 90 80 70 60 50 40 30 20 10 (a) HA I-1 HA I-2 HA I-3 HA I-4 (ngày) (ngày) 14 (ngày) 21 (ngày) 28 (ngày) 80 (b) 70 60 50 HA II-1 40 HA II-2 30 HA II-3 20 HA II-4 10 0 (ngày) (ngày) 14 (ngày) 21 (ngày) Hình 20: Biến thiên nồng độ PO43- ngâm SBF mẫu HA I (a) 37 ± 10C HA II (b) 200C 39 Từ hình 20 cho thấy nồng độ PO43- giảm dần theo thời gian, nhiên không đồng ngày sai số trình đo mật độ quang Mẫu HA I có nồng độ PO43- ngày trung bình 79,78 mg/l, đến ngày thứ 28 nồng độ giảm trung bình 25,69 mg/l Mẫu HA II có nồng độ PO43- ngày trung bình 74,15 mg/l, sau 21 ngày nồng độ giảm xuống trung bình 31,42 mg/l Thực nghiệm cho thấy pH dung dịch hầu nhƣ không thay đổi trình ngâm mẫu Nồng độ ion Ca2+ PO43- giảm theo thời gian, quy đổi thành trọng lƣợng phần giảm trọng lƣợng gần nhƣ tƣơng đƣơng với phần tăng trọng lƣợng viên mẫu Các viên mẫu giữ nguyên hình dạng ban đầu, không bị rạn nứt hay sứt mẻ sau ngâm dung dịch SBF Nồng độ Ca2+ PO43- giảm theo thời gian hình thành hạt tinh thể HA bề mặt viên mẫu 3.3.2 Sự thay đổi trọng lƣợng mẫu Kết đo đạc tính toán trình thay đổi trọng lƣợng nhƣ tỷ lệ thay đổi trọng lƣợng so với trọng lƣợng mẫu trƣớc ngâm dung dịch SBF đƣợc thể bảng nhƣ sau: Bảng 5: Trọng lượng mẫu gốm HA I nén ép áp suất 4000 kg/cm2 trước sau ngâm SBF x1 Mẫu HA I-1 HA I-2 HA I-3 HA I-4 Tỷ lệ TB/HA 0/500 50/450 100/400 200/300 Trọng lƣợng (ngày) 436,32 390,62 347,54 262,3 Trọng lƣợng 28 (ngày) 441,32 406,75 358,38 270,5 Thay đổi trọng lƣợng mẫu (%) 1,15 4,13 3,12 3,13 Trọng lƣợng mẫu gốm HA I tăng lên theo thời gian Sau 28 ngày ngâm dung dịch SBF trọng lƣợng mẫu HA I-1 tăng từ 436,32 - 441,32 tƣơng 40 ứng với 1,15% Tƣơng tự nhƣ vậy, trọng lƣợng mẫu HA I-2, HA I-3, HA I-4 tăng lên so với mẫu ban đầu lần lƣợt 4,13; 3,12; 3,13 % Bảng 6: Trọng lượng mẫu gốm HA II nén ép áp suất 400 kg/cm2 trước sau ngâm SBF x1 Mẫu HA II-1 HA II-2 HA II-3 HA II-4 Tỷ lệ TB/HA 0/500 50/450 100/400 200/300 Trọng lƣợng (ngày) (mg) 443,62 404,82 362,42 265,06 Trọng lƣợng 21 (ngày) (mg) 448,25 415,1 369,15 271,08 Thay đổi trọng lƣợng mẫu (%) 1,04 2,54 1,86 2,27 Trọng lƣợng mẫu gốm HA II tăng lên theo thời gian Sau 21 ngày ngâm dung dịch SBF trọng lƣợng mẫu HA II-1tăng từ 443,62 - 448,25 tƣơng ứng với 1,04 % Tƣơng tự nhƣ trọng lƣợng mẫu HA II-2, HA II-3, HA II-4 tăng lên so với mẫu ngày lần lƣợt 2,54; 1,86; 2,27% Trọng lƣợng mẫu gốm HA tăng lên theo thời gian chứng tỏ sau ngâm mẫu HA không bị phân hủy môi trƣờng SBF, phần tăng trọng lƣợng tinh thể HA kết tinh bề mặt gốm 3.3.3 Các đặc trƣng mẫu Kết XRD Trên giản đồ hình 21 mẫu gốm HA trƣớc sau ngâm SBF cho kết tƣơng tự Các mẫu không bị phân hủy thành pha khác, pha khác hình thành bề mặt Chứng tỏ sản phẩm HA đơn pha Các vạch đặc trƣng HA xuất đầy đủ, rõ nét tách biệt Do độ tinh thể gốm HA cao Các mẫu HA I-2, HA I-4, HA II-2 có xuất vạch nhiễu xạ đặc trƣng HA Độ rộng vạch đặc trƣng thay đổi không đáng kể nên kích thƣớc trung bình hạt HA không thay đổi nhiều 41 (a) (b) Hình 21: Giản đồ XRD gốm HA trước (a) sau (b) ngâm dung dịch SBF x1 Ảnh SEM Nhìn vào ảnh SEM mẫu gốm trƣớc sau ngâm dung dịch SBF x1 Ta quan sát thấy hình dạng cấu trúc mẫu HA 42 không bị thay đổi ngâm dung dịch SBF x1, lỗ xốp liên thông với thay đổi không nhiều kích thƣớc Trên ảnh SEM không quan sát thấy lớp biên HA khung xƣơng cũ lớp HA Chứng tỏ, lƣợng HA kết tinh thành lớp màng mỏng phủ lên toàn khung gốm theo chế epitaxy, hạt tinh thể HA tăng lên lấp đầy vào khoảng trống, làm cho bề mặt viên mẫu trở nên mịn hơn, hạt liên kết với chặt chẽ hơn, đặc khít Các lỗ xốp mẫu liên thông với thay đổi không nhiều kích thƣớc (a) (b) Hình 22: Ảnh SEM gốm HA I-2 trước (a) sau (b) ngâm dung dịch SBF x1 43 Phổ FTIR Hình 23: Phổ FTIR mẫu HA I-2, HA I-4 HA II-2 sau ngâm dung dịch SBF x1 Phổ FTIR mẫu HA I-2, HA I-4 HA II-2 nhiều khác biệt Trên phổ FTIR mẫu HA I-2 tồn dải hấp thụ vùng 1042.47, 1095.76, 566.81, 602.34, 470.10, 438.53 cm-1 đặc trƣng cho nhóm PO43-, vùng 3573.54, 635.89 cm-1 đặc trƣng cho nhóm OH-, vùng 3424.40 cm1 đặc trƣng cho H2O tự xuất với cƣờng độ nhỏ Từ phổ FTIR mẫu HA I-2, HA I-4 HA II-2 cho thấy gốm HA không bị phân hủy phản ứng tạo thành hợp chất lạ ngâm dung dịch SBF 44 Đặc trưng nhiệt (b) (a) Hình 24: Giản đồ TGA/DrTGA mẫu HA I-2 (a) HA II-2 (b) sau ngâm dung dịch SBF x1 Hình 24 giản đồ TGA DTA mẫu HA I-2 HA II-2 đƣợc ghi đến 8000C, tốc độ gia nhiệt 100C/phút Trên giản đồ thể trình giảm trọng lƣợng mẫu diễn với trình tăng nhiệt độ Trọng lƣợng mẫu HA I-2 giảm giai đoạn: Trong khoảng nhiệt độ từ - 6000C giảm 1.779% xuất hiệu ứng thu nhiệt bay nƣớc, từ 600 - 8000C giảm 0.299% xuất hiệu ứng tỏa nhiệt phân hủy CaCO3 tạo thành CO2 bay lên nhiệt độ khoảng 8000C Ở nhiệt độ từ - 8000C, trọng lƣợng mẫu HA II-2 giảm 2.018% xuất hiệu ứng tỏa nhiệt bay nƣớc có mẫu HA Khối lƣợng mẫu HA giảm không đáng kể so với khối lƣợng ban đầu, bay nƣớc phân hủy phần CaCO3 Do mẫu HA phù hợp với mẫu HA chuẩn NIST Chính loại vật liệu đƣợc ứng dụng y sinh học 45 46 KẾT LUẬN Quy trình tổng hợp bột HA có kích thƣớc nano phƣơng pháp kết tủa hóa học từ nguyên liệu ban đầu Ca(OH)2 H3PO4 thu đƣợc sản phẩm hydroxyapatit đơn pha Các kết cho thấy nhiệt độ tốc độ cấp axit thông số quan trọng, có ảnh hƣởng định đến chất lƣợng sản phẩm HA Điều kiện thích hợp để tổng hợp HA 300C tốc độ cấp axit H3PO4 1,6 ml/phút Bằng phƣơng pháp nén ép - thiêu kết HA bột với chất tạo xốp tinh bột chế tạo đƣợc HA đơn pha dạng khối xốp Cấu trúc sản phẩm HA sau thiêu kết có dạng khung xốp, hạt HA liên kết chặt chẽ với có lỗ xốp liên thông với Trọng lƣợng mẫu HA sau nung giảm so với khối lƣợng ban đầu Các đặc trƣng mẫu HA tổng hợp nhƣ XRD, FTIR, SEM, TGA…về phù hợp với mẫu HA chuẩn Viện tiêu chuẩn Công nghệ quốc gia Mỹ (NIST) Kết thử in-vitro cho thấy mẫu gốm xốp HA chế tạo đƣợc có tính tƣơng thích sinh học cao với dung dịch giả dịch thể ngƣời SBF Giữa mẫu HA với môi trƣờng SBF không diễn phản ứng hóa học tạo pha lạ, mẫu không bị phá hủy bền học môi trƣờng SBF Trọng lƣợng mẫu gốm tăng lên HA kết tinh phát triển đồng bề mặt toàn khối xốp 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Thị Dịu (2009), Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến bột hyđroxyapatit Ca10(PO4)6(OH)2 kích thước nano điều chế từ canxi hyđroxit Ca(OH)2, luận văn thạc sĩ Hóa học Đào Quốc Hƣơng, Phan Thị Ngọc Bích (2007), Tổng hợp bột hydroxyapatit kích thước nano phương pháp kết tủa hóa học, Tạp chí Hóa học, Tập 45, Số 2, Tr.146-151 Đào Quốc Hƣơng, Vũ Duy Hiển, Phan Thị Ngọc Bích, Trần Việt Hùng (2010), Xác định đặc trưng gốm xốp hydroxyapatit chế tạo từ mai mực để đánh giá tính tương thích sinh học phương pháp thẻ in-vitro môi trường giả dịch thể người, Tạp trí Hóa học, T.48 (4A), Tr.251-255 Vũ Duy Hiển (2009), Nghiên cứu tổng hợp đặc trưng hoá lý hydroxyapatit dạng khối xốp có khả ứng dụng phẫu thuật chỉnh hình, luận án tiến sĩ Hoá học Vũ Duy Hiển, Đào Quốc Hƣơng, Phan Thị Ngọc Bích (2008), Chế tạo gốm xốp từ hidroxyapatit bột phương pháp nén ép - thiêu kết, Tạp chí Hóa Học, T.46 (2A), Tr.112-117 Tiếng Anh Ales Heledrant, Lenka Jonasova, Ludvík Sanda (2001), The Influence of Simulated Body Fluid Composition on Carbonated Hydroxyapatite Formation, Ceramics-Silikáty, Vol.46, No.1, p.9-14 Biltz R.M., Pellegrino E.D (2007), The Composition of Recrystallized Bone Mineral, J Dent Res.,Vol.62, No.12, p.1190-1195 48 Cuneyt Tas A (2000), Combustion Synthesis of Calcium Phosphate Bioceramic Powders, Journal of the European Ceramic Society, Vol.20, p.2389-2394 Ferraz M.P., Monteiro F.J., Manuel C.M (2004), Hydroxyapatite Nanoparticles: A Review of Preparation Methodologies, Journal of Applied Biomaterials & Biomechanics, Vol.2, No.1, p.74-80 10 Gómez-Morales J., Torrent-Burgués J., Rodriguez-Clemente R (2001), Crystal Size Distribution of Hydroxyapatite Precipitated in a MSMPR Reactor, Cryst Res Technol., Vol.36, p.1065-1074 11 I.B Leonor, A Ito, K.Onuma, N Kanzaki, R.L Reis (2003), In- vitro bioactivity of starch thermoplastic/hydroxyapatite composite biomaterials: an in situ study using atomic force microscopy, biomaterials 24, 579-585 12 Kasioptas Argyrios, Perdikouri Christina, Putnis Christine V., Putnis Andrew (2008), Pseudomorphic replacement of single calcium carbonate crystals by polycrystalline apatite, Mineralogical Magazine, Vol.72(1), p.7780 13 Kristin B (2006), Measurement of Crystallinity and Phase Composition of Hydroxyapatite by XRD, VAMAS TWA 3, Project 14, Northboro Massachusetts, USA 14 Kundu B., Sinha K., Basu (2004), Fabrication and Characterization of Porous Hydroxyapatite Ocular Implant Followed by an in Vivo Study, Indian Academy of Sciences, Bull Mater Sci., Vol.27, No.2, p.133-140 15.Merkle R., Maier J (2005), On the Tammann-Rule, Z Anorg Allg Chem., No.631, p.1163-1166 16 Murugan R., Ramakrishna S (2007), Development of Cell-Responsive Nanophase Hydroxyapatite for Tissue Engineering, American Journal of Biochemistry and Biotechnology, Vol.3, No.3, ISSN 1553-3468, p.118-124 49 17 Nestor J Zaluzec (2003), The Scanning Confocal Electron Microscope, Microscopy-Today, Vol.6, p.8-12 18.Robert C Weast (1976), Handbook of Chemistry and Physics, CRC press, INC 19.Satou K., Guicciardi S., Galassi C., Landi E., Tampieri A., Pezzotti G (2001), Rheological Characteristics of Slurry Controlling the Microstructure and the Compressive Strength Behaviour of Biomimetic Hydroxyapatite, Materials Research Soc., Vol.16, No.1, p.164-165 20 Saburo Hidaka, Yoshizo Okamoto, Suehiro Tsukamoto and Akiko Oishi (2008), The in - vitro formation of hydroxyapatite is regulated by a combination of protein and mineral content in dietary starch flour, The Open Food Science Journal, 2, 10-22 21 T Kokubo, H Kushitani, S Sakka, T Kitsugi and T Yamamuro (1990), "Solutions able to reproduce in vivo surface-structure changes in bioactive glass-ceramic A-W", J Biomed Mater Res., 24, 721-734 50 [...]... đƣợc tiến hành ở nhiệt độ 300C 2.1.2 Chế tạo gốm xốp hydroxyapatit bằng phƣơng pháp nén ép - thiêu kết Nguyên liệu: Sử dụng bột HA tổng hợp bằng phƣơng pháp kết tủa hóa học nhƣ trong phần 2.1.1 đem nghiền nhỏ và rây đến kích thƣớc < 0,074 mm Chất tạo xốp: tinh bột (TB), sản xuất tại Trung Quốc Thiết bị và dụng cụ: Cân phân tích, cối nghiền mã não, thiết bị nén ép tạo viên, tủ sấy, lò nung… Mô tả thí nghiệm:... trung vào tổng hợp HA ở dạng bột mịn và siêu mịn, dạng khối xốp, dạng màng bằng các phƣơng pháp khác nhau và khảo sát các đặc tính để nâng cao khả năng ứng dụng của chúng 1.3.1 Phƣơng pháp chế tạo hydroxyapatit dạng bột [1,2,4] Là phƣơng pháp tạo pha rắn HA từ dung dịch chứa các nguyên liệu đầu khác nhau, bao gồm: phƣơng pháp kết tủa, phƣơng pháp sol - gel… Các phƣơng pháp này đƣợc sử dùng để tổng hợp HA... 2.5 Cl- 152,7 103.0 HCO3- 4.2 27.0 HPO42- 1.0 1.0 SO42- 0.5 0.5 19 CHƢƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu gốm xốp hydroxyapatit bằng phƣơng pháp nén ép - thiêu kết HA bột 2.1.1 Tổng hợp hydroxyapatit bột bằng phƣơng pháp kết tủa hóa học Hóa chất: - Axit photphoric H3PO4 85% (d = 1,69), loại P (Trung Quốc) - Canxi hiđroxit Ca(OH)2, loại P (Trung Quốc) Phản ứng tạo... tạo những chi tiết ghép và sửa chữa những khuyết tật của xương [4] Hình 5: Gốm y sinh HA tổng hợp bằng các phương pháp khác nhau Phụ thuộc mục đích cấy ghép hoặc thay thế để chế tạo sản phẩm gốm HA kích thƣớc và độ xốp khác nhau Sau đó, gia công các sản phẩm này thành các chi tiết phù hợp hoặc có thể sử dụng gốm HA ở dạng hạt để điền đầy những chỗ khuyết tật của xƣơng 1.3 Các phƣơng pháp chế tạo hydroxyapatit... việc chế tạo gốm y sinh với các chi tiết phức tạp 1.3.3.2 Phƣơng pháp thiêu kết chế tạo gốm [1,4] Vật liệu dạng bột đƣợc nén ép thành các chi tiết có hình dạng nhất định rồi tiến hành nung ở nhiệt độ cao để thu đƣợc sản phẩm cụ thể có độ chắc đặc, bền cơ, bền hóa và có tính chất vật lý mong muốn Quá trình thiêu kết (quá trình kết khối) là quá trình nung khối vật liệu dƣới dạng bột đã đƣợc nén ép để tạo... 14, 21 ngày Từ kết quả thu đƣợc, có thể đánh giá sự phát triển của tinh thể HA trong dung dịch có thành phần các ion tƣơng tự nhƣ trong huyết thanh của cơ thể nhằm xác định tính tƣơng thích sinh học của gốm thành phẩm thông qua thí nghiệm với dung dịch giả dịch thể ngƣời 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp gốm xốp hydroxyapatit bằng phƣơng pháp kết tủa hóa học Quy trình tổng hợp HA bột từ... phƣơng pháp kết tủa 8 Có thể chia quá trình tổng hợp HA bằng phƣơng pháp kết tủa từ các ion Ca2+ và PO43- thành 2 nhóm chính: a ) Phương pháp kết tủa từ các muối chứa ion Ca 2+và PO43 dễ tan trong nước Sử dụng các muối: Ca(NO3)2, CaCl2, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4 Phƣơng trình phản ứng: 10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH3 + 2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 20NH4NO3 (1.5) Ở pH = 10÷12, phản ứng diễn ra theo chiều thuận b) Phương. .. thành 1.3.2 Phƣơng pháp chế tạo hydroxyapatit dạng màng [1,4] a) Phương pháp điện hóa Lớp màng HA có chiều dày cỡ nm đƣợc chế tạo bằng các phƣơng pháp điện hóa nhƣ kết tủa catot, anot hóa Các phƣơng pháp này sử dụng các vật liệu sinh học bằng kim loại hoặc hợp kim làm điện cực Hệ điện cực đƣợc đƣa vào dung dịch điện giải chứa các ion Ca2+, PO43-, tỷ lệ Ca/P = 1,67 10 b) Phương pháp vật lý Nguyên lý:... Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng Từ giản đồ có thể nhận biết hàm lƣợng ẩm trong nguyên liệu ban đầu và trong mẫu HA, xác định đƣợc hàm lƣợng CaCO3 nếu có, nhiệt độ phân hủy của HA, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ phân hủy của các chất tạo xốp để đƣa ra chế độ nung, thiêu kết phù hợp trong quá trình chế tạo HA xốp 1.4.5 Phƣơng pháp hóa học xác định hàm lƣợng Ca2+ và PO43Xác định Ca2+ bằng phương pháp. .. thƣờng bị lẫn các tạp chất của vật liệu nền, HA dễ bị phân hủy do nhiệt độ cao dẫn đến tỷ lệ Ca/P bị thay đổi… Ví dụ: Phƣơng pháp plasma, phƣơng pháp bốc bay chân không… 1.3.3 Phƣơng pháp chế tạo hydroxyapatit dạng xốp và gốm xốp 1.3.3.1 Phƣơng pháp phản ứng pha rắn [4] Tổng hợp HA trên cơ sở thực hiện các phản ứng pha rắn - Nguyên liệu: Ca3(PO4)2, Ca4P2O9, CaCO3 và CaHPO4.2H2O đƣợc trộn theo tỷ lệ ... tài Tổng hợp gốm xốp hydroxyapatit phƣơng pháp nén ép - thiêu kết Mục đích đề tài: Tổng hợp vật liệu HA nhằm ứng dụng cấy ghép xƣơng phẫu thuật chỉnh hình xƣơng, Nội dung đề tài: - Tổng hợp. .. phƣơng pháp nén ép - thiêu kết 20 2.1.1 Tổng hợp hydroxyapatit bột phƣơng pháp kết tủa hóa học 20 2.1.2 Chế tạo gốm xốp hydroxyapatit phƣơng pháp nén ép - thiêu kết 22 2.2 Xác định... 3.2 Chế tạo gốm xốp hydroxyapatit phƣơng pháp nén ép - thiêu kết Nguyên liệu dùng để sản xuất gốm xốp HA: Bột HA đƣợc lấy từ sản phẩm quy trình tổng hợp hydroxyapatit bột phƣơng pháp kết tủa hóa