Tổng hợp và đặc trưng màng hydroxyapatit pha tạp một số nguyên tố vi lượng trên nền thép không rỉ 316l định hướng ứng dụng làm nẹp vít xương (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Võ Thị Hạnh TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƢNG MÀNG HYDROXYAPATIT PHA TẠP MỘT SỐ NGUYÊN TỐ VI LƢỢNG TRÊN NỀN THÉP KHÔNG GỈ 316L ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG LÀM NẸP VÍT XƢƠNG Chun ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 62 440119 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2018 Cơng trình hồn thành tại: Phòng Ăn mòn bảo vệ kim loại - Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh, Viện Kỹ thuật nhiệt đới Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học Viện họp Học Viện Khoa học Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi …… … phút … , ngày … tháng … năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia Hà Nội - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Ngày nay, vật liệu sử dụng phổ biến ngành chỉnh hình với mục đích làm nẹp vít xương chủ yếu kim loại trơ mặt hóa học thép khơng gỉ 316L, titan hợp kim titan, Các vật liệu làm từ titan hợp kim titan có độ bền lý cao khả tương thích tốt giá thành cao Do đó, để giảm giá thành dịch vụ y tế, Việt Nam hầu hết nẹp vít xương làm thép không gỉ 316L Tuy nhiên, thép không gỉ 316L môi trường thể người bị hạn chế khả chịu ăn mòn tính tương thích sinh học Vì vậy, để khắc phục tồn nhà khoa học nghiên cứu phủ lên thép khơng gỉ màng hydroxyapatit Hydroxyapatit (HAp) thành phần xương, mô cứng người động vật có vú HAp tổng hợp có cấu trúc hoạt tính sinh học tương tự HAp tự nhiên nên chúng có khả tương thích sinh học cao với tế bào không bị thể đào thải Màng HAp phủ lên nẹp vít xương có tác dụng kích thích tế bào xương phát triển có khả bảo vệ kim loại chống lại ăn mòn mơi trường sinh lý Tuy nhiên, màng HAp tổng hợp có độ hòa tan tương đối cao mơi trường sinh lý tính chất lý Nhược điểm khắc phục cách pha tạp vào màng HAp số nguyên tố vi lượng có mặt thể magiê, natri, sronti, flo, kẽm, … Việc pha tạp thực cách thay ion Ca2+ cation thay ion OH- anion cấu trúc HAp Ngoài ra, vấn đề nhiễm trùng sau phẫu thuật định tới thành cơng việc cấy ghép Do đó, nguyên tố có khả kháng khuẩn đồng, bạc kẽm nghiên cứu để đưa vào màng HAp Chính lý mà nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài luận án: “Tổng hợp đặc trưng màng hydroxyapatit pha tạp số nguyên tố vi lượng thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng làm nẹp vít xương” Mục tiêu luận án: - Chế tạo thành công màng NaHAp pha tạp riêng rẽ đồng thời nguyên tố vi lượng: natri, magiê, stronti, flo, đồng, bạc kẽm thép không gỉ 316L đáp ứng yêu cầu làm nẹp vít xương - Nghiên cứu đặc trưng hóa lý, nghiên cứu đánh giá độc tính, khả kháng khuẩn khả tương thích sinh học màng NaHAp pha tạp riêng rẽ đồng thời nguyên tố vi lượng Nội dung nghiên cứu luận án: - Khảo sát lựa chọn điều kiện thích hợp tổng hợp màng NaHAp NaHAp pha tạp riêng rẽ đồng thời nguyên tố vi lượng: magiê, stronti flo phương pháp quét catơt, nghiên cứu tính chất hóa lý màng HAp pha tạp thu - Khảo sát lựa chọn điều kiện thích hợp để tổng hợp màng NaHAp pha tạp riêng rẽ đồng thời nguyên tố vi lượng bạc, đồng, kẽm TKG316L phương pháp trao đổi ion, nghiên cứu tính chất hóa lý màng HAp pha tạp thu - Kết hợp đồng thời hai phương pháp: điện hóa trao đổi ion để tổng hợp màng NaHAp pha tạp đồng thời nguyên tố vi lượng: Mg, Sr, F, Cu, Ag Zn - Nghiên cứu hoạt tính sinh học vật liệu: TKG316L, NaHAp/TKG316L, MgSrFNaHAp/TKG316L HApđt/TKG316L dung dịch SBF - Nghiên cứu khả gây độc tế bào sợi bột NaHAp, MgSrFNaHAp - Nghiên cứu khả kháng khuẩn bột NaHAp, MgSrFNaHAp, AgNaHAp, CuNaHAp, ZnNaHAp HApđt - Đánh giá khả tương thích sinh học vật liệu TKG316L không phủ có phủ màng NaHAp MgSrFNaHAp thể chó CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính chất phƣơng pháp tổng hợp màng HAp HAp pha tạp Màng HAp pha tạp nguyên tố vi lượng có nhiều ưu điểm vượt trội so với màng HAp nguyên chất như: độ hòa tan màng giảm; trao đổi chất, khả tương thích sinh học hoạt tính sinh học màng tăng Màng HAp phủ kim loại phương pháp: plasma, phún xạ magnetron điện hóa Các phương pháp có ưu nhược điểm riêng Phương pháp điện hóa có nhiều ưu điểm nhiệt độ phản ứng thấp, điều khiển chiều dày màng, màng tạo có độ tinh khiết độ bám dính cao Ngồi ra, phương pháp điện hóa dễ dàng pha tạp vào màng HAp số nguyên tố vi lượng Mg, Na, K, Sr, F, … cách đưa muối M(NO3)n vào dung dịch tổng hợp để tạo màng HAp pha tạp theo phương trình phản ứng: (10-x)Ca2+ + 6PO43- + (2-y)OH- + xM2+ + yX-  Ca10-x M x(PO4)6(OH)2-yXy 1.2 Thử nghiệm hoạt tính sinh học HAp Khả tương thích vật liệu cấy ghép với xương tự nhiên nghiên cứu hình thành màng apatit bề mặt vật liệu ngâm dung dịch SBF thử nghiệm thể động vật sống 1.3 Ứng dụng HAp HAp pha tạp - Làm thuốc bổ sung canxi: Trong thành phần HAp chứa nhiều canxi hợp chất HAp thể người hấp thụ trực tiếp mà không cần chuyển hóa - Làm phận để cấy ghép vào thể làm giả sửa chữa khuyết tật răng, làm mắt giả, làm vật liệu thay sửa chữa khuyết tật xương 1.4 Tình hình nghiên cứu HAp nƣớc giới Từ việc tìm hiểu tình hình nghiên cứu HAp HAp pha tạp nước giới cho thấy: nước chưa có cơng bố tổng hợp màng HAp pha tạp; giới, màng HAp pha tạp tổng hợp, nhiên, nghiên cứu dừng lại việc pha tạp riêng rẽ nguyên tố mà chưa tiến hành pha tạp đồng thời nguyên tố vi lượng vào màng HAp Chính vậy, luận án trình bày chi tiết trình tổng hợp màng HAp pha tạp đơn đồng thời nguyên tố vi lượng Na, Mg, Sr, F, Cu, Ag, Zn nhằm mục đính làm tăng tính tương thích sinh học tăng khả kháng khuẩn CHƢƠNG THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Các phƣơng pháp tổng hợp màng HAp pha tạp 2.1.1 Phương pháp điện hóa (qt catơt) 2.1.1.1 Hệ điện hóa Hệ điện cực: điện cực đối platin dạng mỏng có diện tích cm2, điện cực so sánh calomen bão hoà KCl (SCE) điện cực làm việc TKG316L giới hạn diện tích làm việc 1cm2 epoxy 2.1.1.2 Tổng hợp màng HAp pha tạp natri - Tổng hợp dung dịch có thành phần: Ca(NO3)2 3.10-2 M + NH4H2PO4 1,8.10-2 M NaNO3 có nồng độ thay đổi: 4.10-2 M (DNa1), 6.10-2 M (DNa2) 8.10-2 M (DNa3) - Trong điều kiện thay đổi: khoảng quét thế: ÷ -1,5; ÷ -1,7; ÷ -1,9 ÷ -2,1 V/SCE; nhiệt độ: 25; 35; 50; 60 70 oC; pH = 4,0; 4,5; 5,0 5,5; số lần quét: 1, 3, 5, 10 lần; tốc độ quét: 3, 4, 5, mV/s 2.1.1.3 Tổng hợp màng NaHAp pha tạp riêng rẽ magiê, stronti flo (ĐNaHAp) Tổng hợp 50 oC 80 mL dung dịch có thành phần bảng 2.1 điều kiện thay đổi: khoảng quét thế: ÷ -1,5; ÷ -1,7; ÷ -1,9 ÷ -2,1 V/SCE; số lần quét: 1, 3, 5, 10 lần; tốc độ quét: 3, 4, 5, mV/s Bảng 2.1 Thành phần dung dịch tổng hợp màng ĐNaHAp ĐNaHAp MgNaHAp SrNaHAp FNaHAp Ký hiệu DMg1 DMg2 DMg3 DMg4 DSr1 DSr2 DSr3 DSr4 DF1 DF2 DF3 Thành phần DNa2+ Mg(NO3)2 1.10-4 M DNa2+ Mg(NO3)2 5.10-4 M DNa2+ Mg(NO3)2 1.10-3 M DNa2+ Mg(NO3)2 5.10-3 M DNa2 + Sr(NO3)2 1.10-5 M DNa2 + Sr(NO3)2 5.10-5 M DNa2 + Sr(NO3)2 1.10-4 M DNa2 + Sr(NO3)2 5.10-4 M DNa2 + NaF 5.10-4 M DNa2 + NaF 1.10-3 M DNa2 + NaF 2.10-3 M 2.1.3.4 Tổng hợp màng NaHAp pha tạp đồng thời magiê, stronti flo Tổng hợp 80 mL dung dịch chứa: DNa2 + NaF 2.10-3 M + Sr(NO3)2 5.10-5 M + Mg(NO3)2 1.10-3 M điều kiện thay đổi: khoảng quét thế: ÷ -1,5; ÷ -1,7; ÷ -1,9 ÷ -2,1 V/SCE; nhiệt độ: 25, 35, 50, 60 70 oC; số lần quét: 3, 4, 5, 6, 10 lần; tốc độ quét: 3, 4, 5, mV/s 2.1.2 Phương pháp trao đổi ion Chuẩn bị vật liệu: Màng NaHAp tổng hợp TKG316L phương pháp quét catôt khoảng quét ÷ -1,7 V/SCE; nhiệt độ 50 oC, lần quét với tốc độ quét mV/s dung dịch DNa2 2.1.2.1 Tổng hợp màng NaHAp pha tạp riêng rẽ đồng, bạc kẽm Ngâm vật liệu NaHAp/TKG316L mL dung dịch Cu(NO3)2 AgNO3 Zn(NO3)2 có nồng độ khảo sát thể bảng 2.2 thời gian khảo sát: 0; 2,5; 5; 10; 20; 30; 60 80 phút nhiệt độ phòng Bảng 2.2 Nồng độ ban đầu M(NO3)n khảo sát M(NO3)n Nồng độ (M) Cu(NO3)2 AgNO3 Zn(NO3)2 0,005 0,0012 0,01 0,01 0,0022 0,05 0,02 0,005 0,1 0,05 0,01 0,15 0,1 - 2.1.2.2 Tổng hợp màng NaHAp pha tạp đồng thời đồng, bạc kẽm Ngâm vật liệu NaHAp/TKG316L mL dung dịch có chứa đồng thời Cu(NO3)2 0,02 M + AgNO3 0,001 M + Zn(NO3)2 0,05 M thời gian 30 phút nhiệt độ phòng 2.1.3 Tổng hợp màng HAp pha tạp đồng thời nguyên tố magiê, stronti, flo, natri, đồng, bạc kẽm (HApđt) - Chuẩn bị vật liệu: màng MgSrFNaHAp tổng hợp TKG316L phương pháp quét catôt dung dịch DMgSrFNa, điều kiện: khoảng quét ÷ -1,7 V/SCE; nhiệt độ 50 oC, lần quét với tốc độ quét mV/s - Màng HApđt tổng hợp cách ngâm vật liệu MgSrFNaHAp/ TKG316L mL dung dịch có chứa đồng thời Cu(NO3)2 0,02 M + AgNO3 0,001 M + Zn(NO3)2 0,05 M thời gian 30 phút nhiệt độ phòng 2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Các phương pháp điện hóa Các phương pháp điện hóa (phương pháp quét động, đo điện trở phân cực, đo điện mạch hở theo thời gian tổng trở điện hóa) thực thiết bị AUTOLAP Viện Kỹ thuật nhiệt đới 2.2.2 Phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion thực cách ngâm vật liệu HAp pha tạp TKG316L dung dịch có chứa ion Mn+ cần trao đổi với khoảng thời gian xác định 2.2.3 Các phương pháp xác định thành phần cấu trúc Thành phần cấu trúc màng HAp pha tạp xác định phương pháp: IR, XRD, SEM, AFM, EDX (hoặc AAS ICP-MS), UV-VIS 2.2.4 Các phương pháp xác định tính chất lý Tính chất lý màng HAp pha tạp xác định phương pháp: cân khối lượng màng HAp, đo độ bám dính, chiều dày màng nghiên cứu khả hòa tan (bằng cách xác định nồng độ Ca2+ hòa tan theo thời gian ngâm vật liệu dung dịch muối sinh lý NaCl 0,9 %) xác định tổng nồng độ sắt hòa tan từ ngâm vật liệu dung dịch SBF 2.2.5 Phương pháp thử nghiệm in vitro in vivo 2.2.5.1 Thử nghiệm dung dịch mô dịch thể người (SBF) Khảo sát khả hình thành apatit diễn biến ăn mòn vật liệu TKG316L, NaHAp/TKG316L, MgSrFNaHAp/TKG316L HApđt/TKG316L dung dịch SBF phương pháp: đo điện mạch hở theo thời gian, đo tổng trở điện hóa, đo điện trở phân cực 2.2.5.2 Thử nghiệm tế bào Tiến hành nghiên cứu tính an tồn tương thích sinh học vật liệu màng NaHAp MgSrFNaHAp dòng tế bào sợi phương pháp: thử nghiệm Trypan Blue thử nghiệm MTT 2.2.5.3 Thử nghiệm khả kháng khuẩn Khả kháng khuẩn NaHAp, MNaHAp, MgSrFNaHAp HApđt chủng khuẩn (E.faecalis, E.coli P.aerugimosa) phương pháp khuếch tán đĩa thạch 2.2.5.4 Thử nghiệm in vivo Chó khỏe mạnh chia thành nhóm, nhóm con, cấy loại nẹp vít xương làm từ TKG316L khơng phủ có phủ màng NaHAp MgSrFNaHAp hai phương pháp: đưa vật liệu vào da vùng đùi trước đưa nẹp vít vào vùng xương đùi chó Đánh giá tương thích vật liệu phương pháp: quan sát tình trạng chỗ vết mổ, số huyết học sinh hóa, hình ảnh đại thể vi thể vị trí cấy ghép CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp đặc trƣng màng HAp pha tạp 3.1.1 Tổng hợp màng HAp pha tạp phương pháp điện hóa 3.1.1.1 Màng HAp pha tạp natri a Đường cong phân cực catơt Hình 3.1 giới thiệu đường cong phân cực catôt điện cực TKG316L khoảng từ ÷ -2,1 V/SCE Trong khoảng điện này, có phản ứng: 2H+ + 2e-  H2 (3.1) O2 + 2H2O + 4e  4OH (3.2)  3 H PO4 + 2e  PO4 + H2 (3.3)  2 H2 PO4 + 2e  HPO4 + H2 (3.4) i (mA/cm ) HPO24 + 2e- PO34 + H2 NO3 + 2H2O + 2e  NO2 + 2OH2H2O + 2e-  H2 + 2OHH PO4 + OH-  HPO24 + H2O HPO24 + OH-  PO34 + H2O 10(Ca2+, Na+) + PO34 + 2OH− → (Ca, Na)10(PO4)6(OH)2 (3.5) (3.6) (3.7) (3.8) (3.9) (3.10) 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0 -4.5 -5.0 -5.5 -6.0 -2.2 -2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 E (V/SCE) Hình 3.1 Đường cong phân cực catơt điện cực TKG316L dung dịch DNa2 b Ảnh hưởng nồng độ dung dịch Màng NaHAp tổng hợp dung dịch có nồng độ NaNO3 khác cho tỉ lệ nguyên tử (Ca + 0,5 Na)/P gần giống tỉ lệ Ca/P xương (1,67) (bảng 3.1) Để thu màng có tỉ lệ Na/Ca ≤ 0,102 tương tự xương tự nhiên dung dịch DNa1 DNa2 thích hợp Do đó, dung dịch DNa2 lựa chọn cho thí nghiệm Bảng 3.1 Kết AAS NaHAp tổng hợp thay đổi nồng độ NaNO3 DD (0,5 Na+ Ca)/ P 0,0155 0,0785 0,1156 1,63 1,61 1,58 2- 3- C-êng ®é nhiƠu x¹ 447 566 3441 603 874 PO4 1641 1384 H2O §é trun qua (a.u) 3- CO3 (a) PO4 - CO3 OH Na / Ca HAp; CrO.FeO.NiO; Fe 2- DNa1 DNa2 DNa3 % khối lƣợng nguyên tố P Ca Na 17,25 36,09 0,32 16,80 33,20 1,50 16,60 33,09 2,20 11 NaHAp 1 1 1 1036 HAp (NIST) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 10 -1 20 30 40 50 60 70 2 ( ®é) Sè sãng (cm ) Hình 3.2 Phổ IR giản đồ XRD màng NaHAp Phổ IR giản đồ XRD màng NaHAp tổng hợp dung dịch DNa2 cho thấy màng NaHAp thu dạng tinh thể đơn pha (hình 3.2) c Ảnh hưởng khoảng quét Sự biến đổi điện lượng trình tổng hợp, khối lượng, độ bám dính chiều dày màng thay đổi khoảng quét cho thấy với khoảng qt ÷ -1,7 màng thu có chiều dày độ bám dính lớn (bảng 3.2) Do đó, khoảng qt ÷ -1,7 V/SCE lựa chọn cho trình tổng hợp màng NaHAp Bảng 3.2 Sự biến đổi điện lượng, khối lượng, độ bám dính chiều dày màng NaHAp tổng hợp dung dịch DNa2 khoảng quét khác Khoảng Điện lƣợng Khối lƣợng Chiều dày Độ bám (V/SCE) Q (C) (mg/cm ) (àm) dớnh (MPa) ữ -1,5 0,41 1,00 3,2 ÷ -1,7 3,23 2,45 7,8 7,2 ÷ -1,9 4,29 1,82 5,8 7,1 ÷ -2,1 6,57 1,67 5,3 7,0 d Ảnh hưởng nhiệt độ Hình ảnh SEM màng NaHAp tổng hợp dung dịch DNa2 nhiệt độ khác cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng đến hình thái học màng Hình 3.3 Hình ảnh SEM màng NaHAp tổng hợp nhiệt độ khác 34 HAp; DCPD CrO.FeO.NiO; Fe 1 C-ờng độ nhiễu xạ 1 60 C 50 C 35 C 25 C 10 20 30 40 50 60 70 2 ( ®é) Hình 3.4 Giản đồ XRD màng NaHAp tổng hợp nhiệt độ khác Dựa vào kết phân tích XRD cho thấy: 25 35 oC, thành phần màng đicanxi photphat đihyđrat (DCPD, CaHPO4.2H2O) với góc nhiễu xạ 2 ≈ 12 24 o HAp thành phần phụ góc nhiễu xạ 2 ≈ 26 32 o; Ở nhiệt độ cao (50 60 oC), pha DCPD không quan sát thấy, màng thu đơn pha HAp (hình 3.4) Ngồi ra, xuất số pic đặc 10 10 10 SrNaHAp FNaHAp 3,51 4,61 6,33 0,56 2,13 3,51 4,02 4,98 0,78 2,61 3,82 5,14 6,96 2,63 1,41 0,98 0,37 1,51 2,35 1,51 1,12 0,62 1,80 2,40 1,52 1,26 8,1 4,5 3,1 1,2 5,2 7,6 4,8 3,7 1,8 5,6 7,8 4,9 4,1 7,2 6,3 5,7 10,0 7,3 7,5 5,2 7,4 7,1 6,1 5,8 3- 2- PO4 3- CO3 PO4 - OH CO3 H2O F 3000 1000 C-ờng độ nhiễu xạ 11 FNaHAp 1 SrNaHAp MgNaHAp 565 602 874 2500 2000 1500 -1 Sè sãng (cm ) 1035 1390 1645 3500 437 MgNaHAp NaHAp SrNaHAp 4000 23 HAp; CrO.FeO.NiO; Fe - 3445 §é trun qua (a.u) FNaHAp 2- d Đặc trưng hóa lý Dựa vào phổ IR, giản đồ XRD hình ảnh SEM màng ĐNaHAp cho thấy màng thu dạng tinh thể đơn pha có mặt ion Mg2+, Sr2+, F- màng HAp làm thay đổi hình thái học màng (hình 3.7 3.8) NaHAp 500 10 15 20 25 30 35 40 45 2 (®é) 50 55 60 65 70 Hình 3.7 Phổ IR giản đồ XRD màng ĐNaHAp Hình 3.8 Hình ảnh SEM màng NaHAp ĐNaHAp 3.1.1.3 Màng NaHAp pha tạp đồng thời magiê, stronti flo a Ảnh hưởng khoảng quét Màng MgSrFNaHAp hình thành bề mặt TKG316L theo phản ứng: 10(Ca2+,Na+,Mg2+,Sr2+) + PO34 + 2OH-  (Ca,Na,Mg,Sr)10(PO4)6(OH)2 (3.15) (Ca,Na,Mg,Sr)10(PO4)6(OH)2 + x F- + x H+  (Ca,Na,Mg,Sr)10(PO4)6(OH)2- xFx + xH2O (3.16) 13 Bảng 3.10 biểu diễn thay đổi điện lượng, khối lượng chiều dày màng MgSrFNaHAp thay đổi khoảng quét Khối lượng màng thu đạt giá trị cực đại ứng với khoảng quét ÷ -1,7 V/SCE Bảng 3.10 Sự biến đổi điện lượng, chiều dày khối lượng màng MgSrFNaHAp thay đổi khoảng quét Khoảng (V/SCE) ÷ -1,5 ÷ -1,7 ÷ -1,8 ÷ -1,9 ÷ -2,1 Điện lƣợng (C) 1,13 4,32 5,08 5,92 7,84 Khối lƣợng (mg/cm2) 1,01 3,17 2,54 1,95 1,47 Chiều dày (µm) 3,1 8,9 7,8 5,9 4,2 Hình ảnh SEM màng MgSrFNaHAp tổng hợp thay đổi khoảng quét hình 3.9 Ở khoảng ÷ -1,7 ÷ -1,8 V/SCE, màng thu có dạng que đồng Do đó, dựa vào kết trên, khoảng ÷ -1,7 V/SCE lựa chọn để tổng hợp màng MgSrFNaHAp Hình 3.9 Hình ảnh SEM màng MgSrFNaHAp tổng hợp thay đổi khoảng quét thế: (a) ÷ -1,5; (b) ÷ -1,7; (c) ÷ -1,8; (d) ÷ -1,9 (V/SCE) b Ảnh hưởng nhiệt độ Các kết phân tích XRD màng MgSrFNaHAp tổng hợp thay đổi nhiệt độ hình 3.10a Với màng tổng hợp 25 35 o C, thành phần màng DCPD Ở nhiệt độ cao hơn, không quan sát thấy pic DCPD màng thu có pha HAp Nhiệt độ phù hợp cho trình tổng hợp màng MgSrFNaHAp lựa chọn 50 oC c Ảnh hưởng số lần quét Các giản đồ XRD màng MgSrFNaHAp tổng hợp ứng với lần quét, thành phần pha DCPD mà khơng có pha HAp Với lần quét, xuất pha HAp DCPD thành phần Từ lần quét trở lên, màng thu có pha HAp (hình 3.10b) 14 d Ảnh hưởng tốc độ quét Bằng phân tích giản đồ XRD cho thấy với tốc độ quét từ ÷ mV/s, cho pic đặc trưng HAp (hình 3.10c) Tuy nhiên với tốc độ quét nhanh (6 mV/s) cường độ pic HAp thấp xuất pha DCPD Vì vậy, tốc độ quét phù hợp cho trình tổng hợp màng MgSrFNaHAp mV/s 34 1 1 HAp; DCPD; CrO.FeO.NiO; Fe 34 (b) HAp; DCPD; CrO.FeO.NiO; Fe (c) 1 70 C 60 C 50 C C-ờng độ nhiễu xạ C-ờng độ nhiễu xạ HAp; DCPD; CrO.FeO.NiO; Fe 11 1 13 lÇn quÐt lÇn quÐt lÇn quÐt 1 10 lÇn quét mV/s C-ờng độ nhiễu xạ (a) mV/s mV/s mV/s 35 C mV/s lÇn quÐt 25 C 10 20 30 40 ®é 50 60 70 10 20 30 40 ®é 50 60 70 10 20 30 40 50 60 ®é Hình 3.10 Giản đồ XRD màng MgSrFNaHAp thay đổi: (a) nhiệt độ, (b) số lần quét, (c) tốc độ quét e Đặc trưng tính chất màng MgSrFNaHAp Phổ EDX màng MgSrFNaHAp quan sát thấy pic đặc trưng cho nguyên tố Ca, P, O, F, Mg, Sr Na với % nguyên tố liệt kê bảng 3.11 Từ đó, xác định tỉ lệ nguyên tố, kết cho thấy thành phần màng HAp pha tạp có gần tương đối tốt với thành phần nguyên tố xương tự nhiên (bảng 3.12) Bảng 3.11 Phần trăm khối lượng (% m) phần trăm nguyên tử (% n) nguyên tố màng MgSrFNaHAp Nguyên tố O Ca P Na Sr Mg F %m 39,34 32,65 15,76 0,56 0,03 0,14 1,50 %n 68,20 18,00 11,20 0,99 0,01 0,13 1,47 Bảng 3.12 Tỉ lệ nguyên tử màng MgSrFNaHAp xương tự nhiên M/ Ca (M: Na, Mg, Sr, F) MgSrFNaHAp Xƣơng tự nhiên Na/ Ca 8,8.10-2 0,102 -3 Mg/Ca 1,2.10 6,7.10-3÷ 1,7.10-2 Sr/ Ca 8,9.10-4 2,7.10-4 ÷ 9,8.10-4 F/ Ca 1,3.10-2 0,024 ÷ 0,15 (0,5 Na + Mg + Sr + Ca)/P 1,664 Hình ảnh SEM cho thấy pha tạp thêm nguyên tố vi lượng thể vào thành phần màng HAp, màng thu có dạng que, bề mặt màng có đồng đặc khít so với màng NaHAp (hình 3.11) Kết đo AFM 15 70 cho thấy màng HAp pha tạp đồng thời nguyên tố vi lượng thể có bề mặt mịn với giá trị độ gồ ghề Ra thấp lần so với màng NaHAp Hình 3.11 Hình ảnh SEM (a) AFM (b) bề mặt màng NaHAp MgSrFNaHAp 3.1.2 Pha tạp số nguyên tố vào màng NaHAp phương pháp trao đổi ion 3.1.2.1 Màng NaHAp pha tạp riêng rẽ đồng, bạc kẽm a Ảnh hưởng nồng độ Đối với trình trao đổi ion màng NaHAp với Cu2+, nồng độ ban đầu Cu2+ tăng từ 0,005 M ÷ 0,02 M, dung lượng trao đổi ion tăng nhanh, tăng nồng độ Cu2+ lên 0,05 M 0,1 M dung lượng tăng khơng đáng kể q trình trao đổi ion đạt tới xu hướng cân Vì vậy, dung dịch Cu2+ có nồng độ 0,02 M sử dụng để tổng hợp màng CuNaHAp (bảng 3.13) Đối với trình trao đổi ion màng NaHAp với ion Ag+ Zn2+, dung lượng trao đổi ion tăng liên tục nồng độ ion tăng Giản đồ XRD mẫu thu sau trao đổi ion thể hình 3.12 Với nồng độ Ag+ từ 0,001 ÷ 0,005 M Zn2+ từ 0,01 ÷ 0,1 M, tất mẫu thu đơn pha HAp Với nồng độ Ag+ 0,01 M, mẫu thu ngồi pha HAp chủ yếu pha Ag3PO4 Trong thí nghiệm tiếp theo, dung dịch Ag+ 0,001 M, Zn2+ 0,05 M sử dụng để tổng hợp màng AgNaHAp màng ZnNaHAp Bảng 3.13 Dung lượng trao đổi ion công thức phân tử MNaHAp Ion Cu2+ Ag+ Zn2+ Nồng độ Mn+ (M) 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,001 0,002 0,005 0,01 0,01 Công thức phân tử màng MNaHAp (dự kiến) Ca9,278Na0,722 Cu0,065(PO4)6(OH)2 Ca9,162Na0,722 Cu0,116(PO4)6(OH)2 Ca9,113Na0,722 Cu0,165(PO4)6(OH)2 Ca9,076Na0,722 Cu0,202(PO4)6(OH)2 Ca9,064Na0,722 Cu0,214(PO4)6(OH)2 Ca9,021Na0,722 Ag0,257(PO4)6(OH)2 Ca8,907Na0,722 Ag0,371(PO4)6(OH)2 Ca8,714Na0,722 Ag0,564(PO4)6(OH)2 Ca8,783Na0,722 Zn0,495(PO4)6(OH)2 Q (mmol/g) 0,065 0,117 0,166 0,204 0,216 0,259 0,374 0,569 2,470 0,499 16 0,05 0,1 1,248 3,858 Ca8,040Na0,722 Zn1,238(PO4)6(OH)2 Ca5,452Na0,722 Zn3,826(PO4)6(OH)2 HAp; CrO.FeO.NiO; Fe; Ag 3PO4 4 4 g C-ờng độ nhiễu xạ 4 23 4 1 f e d c b a 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65  ®é Hình 3.12 Giản đồ XRD mẫu thu sau trao đổi ion màng NaHAp với dung dịch: Zn2+ có nồng độ 0,01 M (a); 0,05 M (b); 0,1 M (c) Ag+ có nồng độ 0,001 M (d); 0,002 M (e); 0,005 M (f); 0,01 M (g) 0.60 0.18 0.55 + 0.16 0.15 0.14 0.13 0.50 0.45 0.40 0.35 + NaHAp + Ag 0,001M 2+ NaHAp + Cu 0,02M 0.12 1.4 1.2 2+ 0.17 1.6 Q (mmol Zn /g NaHAp) 0.19 Q (mmol Ag /g NaHAp) 2+ Q (mmol Cu /g NaHAp) b Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc Dung lượng trao đổi ion màng NaHAp với dung dịch Cu2+ 0,02 M; Ag+ 0,001 M Zn2+ 0,05 M theo thời gian cho thấy: sau 30 phút (với màng CuNaHAp ZnNaHAp) sau 10 phút (với màng AgNaHAp) dung lượng trao đổi ion gần đạt tới xy hướng cân (hình 3.13), tiếp tục tăng thời gian lên dung lượng thay đổi khơng đáng kể Do đó, thời gian lựa chọn để tổng hợp màng CuNaHAp, ZnNaHAp 30 phút màng AgNaHAp 10 phút 1.0 0.8 0.6 2+ NaHAp + Zn 0,05M 0.30 10 20 30 40 50 Thêi gian (phót) 60 70 80 90 10 20 30 40 50 60 Thêi gian (phót) 70 80 90 10 20 30 40 50 60 Thêi gian (phót) 70 80 90 Hình 3.13 Sự biến đổi dung lượng trao đổi ion theo thời gian tiếp xúc màng NaHAp với dung dịch Mn+ c Đặc trưng, tính chất màng: CuNaHAp, AgNaHAp, ZnNaHAp Phổ IR mẫu MNaHAp có pic đặc trưng cho dao động nhóm chức phân tử HAp giản đồ XRD có pic đặc trưng cho pha HAp TKG316L mà khơng thấy có mặt pha khác Hình ảnh SEM cho thấy có mặt ion Cu2+, Ag+ Zn2+ màng NaHAp làm thay đổi hình thái học màng (hình 3.15) 17 HAp; CrO.FeO.NiO; Fe - 3- OH CO3 2- NaHAp PO4 C-ờng độ nhiễu xạ AgHAp ZnHAp 11 1390 (a) PO4 3- H2O §é trun qua CuHAp ZnNaHAp AgNaHAp CuNaHAp 1643 3430 602 NaHAp 565 1034 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 10 500 20 30 40 2 (®é) -1 Sè sãng (cm ) 50 60 Hình 3.14 Phổ IR giản đồ XRD màng NaHAp màng MNaHAp Hình 3.15 Hình ảnh SEM màng NaHAp màng MNaHAp 3.1.2.2 Màng NaHAp pha tạp đồng thời đồng, bạc kẽm Trao đổi ion màng NaHAp với dung dịch có chứa đồng thời ion: Cu2+ 0,02 M, Ag+ 0,001 M Zn2+ 0,05 M thời gian 30 phút làm giá trị dung lượng trao đổi ion giảm so với trao đổi ion riêng rẽ nguyên tố (bảng 3.14) Bảng 3.14 Dung lượng trao đổi ion công thức phân tử màng CuAgZnNaHAp Ion Nồng độ Mn+ (M) Q (mmol/g) Công thức phân tử (dự kiến) Cu2+ 0,02 0,121 Ca8,550Na0,722 Cu0,121 + Ag 0,001 0,207 Ag0,208Zn1,121(PO4)6(OH)2 Zn2+ 0,05 1,117 Dựa vào phổ IR, giản đồ XRD hình ảnh SEM cho thấy màng CuAgZnNaHAp thu có dạng đơn pha, tinh thể dạng hình phiến (hình 3.16) 3432 602 565 C-ờng độ nhiễu xạ 1643 3- PO4 1390 (b) 2- 3- PO4 OH H2O §é trun qua CO3 - HAp; CrO.FeO.NiO; Fe (a) 1 (b) (a) 1034 4000 3000 2000 -1 Sè sãng (cm ) 1000 10 15 20 25 30 35 40 2 (®é) 45 50 55 60 65 Hình 3.16 Phổ IR, XRD màng NaHAp (a) CuAgZnNaHAp (b) ảnh SEM màng CuAgZnNaHAp 3.1.3 Màng HAp pha tạp đồng thời nguyên tố magiê, sronti, flo, natri, đồng, bạc kẽm Phổ EDX màng HApđt có pic đặc trưng cho nguyên tố Ca, P, O, Mg, Sr, F, Cu, Ag, Zn Na với % nguyên tố liệt kê bảng 3.15, 18 tỉ lệ nguyên tử X/Ca, tỉ lệ (0,5Na+Ca+Mg+Sr+Cu+0,5Ag+Zn)/P (ký hiệu Z/P) xác định bảng 3.16 Trong màng HApđt, thành phần Mg, Sr, F Na có gần so với xương tự nhiên, thành phần Cu, Ag, Zn cao xương tự nhiên để làm tăng khả kháng khuẩn cho màng Bảng 3.15 Thành phần nguyên tố màng HApđt Nguyên tố O P Ca Na Mg Sr F Cu Ag Zn %m 29,01 14,67 52,83 0,15 0,04 0,03 1,07 0,18 0,39 1,06 %n 49,17 12,63 35,82 0,18 0,05 0,008 1,53 0,08 0,1 0,44 Bảng 3.16 Tỉ lệ nguyên tử M/P màng HApđt, xương tự nhiên công thức phân tử dự kiến màng HApđt Tỉ lệ nguyên F/Ca Mg/Ca Sr/Ca Na/Ca Cu/Ca Ag/Ca Zn/Ca Z/P tử Màng HApđt 2.10-3 0,0646 4.10-4 8.10-3 3.10-3 4.10-3 0,0187 1,65 Xương tự 0,149 0,176 4.10-4 0,102 1.10-4 1.10-6 6.10-4 1,67 nhiên CTPT (dự Ca9,005Mg0,019Sr0,004F0,638Cu0,032Ag0,041Zn0,185Na0,074(PO4)6(OH)2 kiến) Phổ IR màng NaHAp HApđt có dạng tương tự có pic đặc trưng cho nhóm chức phân tử HAp; Giản đồ XRD cho thấy màng HApđt dạng tinh thể, đơn pha; Hình ảnh SEM màng màng HApđt cho thấy: màng HApđt có dạng hình phiến, đồng đặc khít (hình 3.17) HAp; CrO.FeO.NiO; Fe 2- 1390 1643 (b) 3432 602 565 C-êng độ nhiễu xạ 33- PO4 PO4 OH H2O Độ truyền qua (a) CO3 - 1 (b) 1 (a) 1034 4000 3000 2000 -1 Sè sãng (cm ) 1000 10 15 20 25 30 35 40 2 (®é) 45 50 55 60 65 Hình 3.17 Phổ IR, giản đồ XRD màng NaHAp (a), HApđt (b) hình ảnh SEM màng HApđt Khả hòa tan màng nghiên cứu cách ngâm vật liệu NaHAp/TKG316L, MgSrFNaHAp/TKG316L HApđt/ TKG316L dung dịch muối sinh lý NaCl 0,9 % dung dịch SBF (hình 3.18) Kết cho thấy nồng độ Ca2+ hòa tan từ ba vật liệu tăng theo thời gian ngâm Tuy nhiên, nồng độ Ca2+ hòa tan từ màng HApđt thấp nhất, tiếp đến màng MgSrFNaHAp cao màng NaHAp, tương ứng độ hòa tan màng NaHAp > MgSrFNaHAp > HApđt) Tổng nồng độ sắt bị tan từ TKG316L 19 bốn vật liệu theo thời gian ngâm dung dịch SBF xác định, kết cho thấy nồng độ sắt tăng theo thời gian ngâm nồng độ sắt hòa tan từ mẫu TKG316L > NaHAp/TKG316L > MgSrFNaHAp/TKG316L > HApđt/TKG316L Kết khẳng định khả bảo vệ TKG316L màng HApđt > MgSrFNaHAp > NaHAp 200 a: NaHAp/TKG316L b: MgSrFNaHAp/TKG316L c: HAp®t /TKG316L a a: TKG316L b: NaHAp/TKG316L c: MgSrFNaHAp/TKG316L d: HAp®t /TKG316L 150 Nồng độ sắt (ppb) 2+ Nồng độ Ca (ppm) b c a b 100 c d 50 0 10 12 14 16 18 14 21 Thêi gian (ngµy) Thêi gian (ngµy) 28 Hình 3.18 Nồng độ Ca2+ tổng nồng độ sắt hòa tan 3.2 Thử nghiệm in vitro in vivo 3.2.1 Thử nghiệm in vitro 3.2.1.1 Trong dung dịch mô dịch thể người a Xác định pH điện mạch hở theo thời gian ngâm mẫu Với mẫu TKG316L, giá trị pH giảm liên tục điện mạch hở không thay đổi nhiều có xu hướng tăng theo thời gian ngâm mẫu (hình 3.19) 8.2 7.8 7.6 pH 7.4 7.2 7.0 (a) (b) (c) 6.8 6.6 (d) 6.4 (a): TKG316L (b): NaHAp/TKG316L (c): MgSrFNaHAp/TKG316L (d): HAp®t/TKG316L 120 80 E0 (V/SCE) (a): TKG316L (b): NaHAp/TKG316L (c): MgSrFNaHAp/TKG316L (d): HApdt/TKG316L 8.0 (d) (c) 40 (b) -40 (a) -80 -120 -160 6.2 10 15 20 25 Thêi gian (ngµy) 10 12 14 Thêi gian (ngµy) 16 18 20 22 Hình 3.19 Sự biến đổi pH điện mạch hở theo thời gian ngâm vật liệu dung dịch SBF Với mẫu TKG316L phủ HAp pha tạp, giá trị pH E thay đổi theo thời gian ngâm Kết hòa tan màng HAp hình thành màng apatit Màng HAp bị hòa tan dẫn đến pH tăng Eo giảm Khi hình thành apatit ion Ca2+, PO43- ion OH- bị tiêu thụ lượng lớn dẫn đến pH giảm Eo tăng 20 b Đo tổng trở điện hóa 22 12 TKG 316L NaHAp/TKG316L 11 x : 100 mHz 10 18 Z'' (.cm ) 2 ngµy ngµy ngµy ngµy 10 ngµy 14 ngµy 17 ngµy 21 ngµy 0 Z' (.cm ) x : 100 mHz 24 IZI (k.cm ) 22 Z'' (.cm ) 20 18 16 14 12 10 ngày ngày 0 10 12 14 16 Z' (.cm ) 10 11 12 Z' (.cm ) HAp®t/TKG 316L 28 18 20 10 ngày 14 ngày 17 ngày 21 ngày 22 24 26 28 14 12 10 ngµy ngµy ngµy ngµy 0 26 10 ngµy 14 ngµy 17 ngµy 21 ngµy ngµy ngµy ngµy ngµy x : 100 mHz 16 Z'' (.cm ) Z'' (.cm ) MgSrFNaHAp/TKG316L 20 x : 100 mHz 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 (a) 10 12 14 Thêi gian (Ngày) 10 12 14 16 18 20 22 Hình 3.20 Phổ tổng trở dạng Bode biến đổi mođun tổng trở vật liệu tần số 100 mHz (d) (b) 4 (c) 2 Z' (.cm ) a: TKG316L b: NaHAp/TKG316L c: MgSrFNaHAp/TKG316L d: HApdt/TKG316L 0 10 ngµy 14 ngµy 17 ngµy 21 ngµy 16 18 20 22 Với vật liệu TKG316L ln có hình thành màng apatit giá trị tổng trở tăng theo thời gian ngâm mẫu, với vật liệu TKG316L phủ màng HAp pha tạp tổng trở có thăng giáng theo thời gian ln xảy hai q trình: hòa tan màng HAp kết tủa apatit nhìn chung tổng trở có giá trị tăng lên sau 21 ngày ngâm SBF chứng tỏ tốc độ hình thành màng apatit ln lớn tốc độ hòa tan màng HAp (hình 3.20) Ngồi ra, biến đổi modun tổng trở tần số 100 mHz cho thấy với thời điểm, tổng trở vật liệu MgSrFNaHAp/TKG316L HApđt/TKG316L cao nhiều so với vật liệu NaHAp/TKG316L TKG316L (hình 3.20), chứng tỏ màng HAp có mặt nguyên tố vi lượng có khả bảo vệ cho vật liệu tốt so với màng NaHAp c Đo phân cực Tafel Sự có mặt nguyên tố vi lượng màng HAp làm điện ăn mòn Ecorr dịch chuyển phía dương giảm mật độ dòng ăn mòn so với vật liệu khơng phủ (hình 3.21 bảng 3.17) Như vậy, màng HAp pha tạp có hiệu bảo vệ cho bề mặt nền; khả bảo vệ cho vật liệu HApđt/TKG316L > MgSrFNaHAp/TKG316L > NaHAp/TKG316L 21 -3.5 (a): TKG316L (b): NaHAp/TKG316L (c): MgSrFNaHAp/TKG316L (d): HAp®t/TKG316L -4.0 lg(i), A/cm -4.5 -5.0 -5.5 Bảng 3.17 Giá trị ăn mòn mật độ dòng ăn mòn vật liệu dung dịch SBF Vật liệu -6.0 -6.5 -7.0 a b -7.5 -8.0 -8.5 -0.8 c d -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 E (V/SCE) Hình 3.21 Đường cong phân cực vật liệu 0.6 TKG316L NaHAp/TKG316L MgSrFNaHAp/TKG316L HApđt/TKG316L Ecorr (V) -0,424 -0,354 -0,258 -0,213 icorr (µA/cm2) 2,773 0,842 0,355 0,193 d Hình ảnh SEM màng apatit hình thành dung dịch SBF Hình 3.22 Hình ảnh SEM vật liệu trước (trên) sau ngâm 21 ngày (dưới) dung dịch SBF Hình 3.22 giới thiệu hình ảnh SEM vật liệu TKG316L, NaHAp/ TKG316L, MgSrFNaHAp/TKG316L HApđt/TKG316L trước sau 21 ngày ngâm SBF Sau ngâm, hình thành tinh thể apatit quan sát bề mặt tất vật liệu 3.2.1.2 Thử nghiệm tế bào Kết thử nghiệm tế bào theo phương pháp Trypan Blue phương pháp MTT cho thấy bột NaHAp MgSrFNaHAp nồng độ khác an tồn cho tế bào sợi mơi trường ni cấy in vitro 3.2.1.3 Thử nghiệm khả kháng khuẩn Kết kiểm tra khả kháng khuẩn cho thấy: NaHAp, ZnHAp MgSrFNaHAp khơng có hiệu ứng với loại chủng khuẩn P.aerugimosa, E.coli E.faecalis; CuHAp có hiệu ứng tốt với chủng P.aerugimosa; AgHAp HApđt có hiệu ứng kháng chủng khuẩn 22 3.2.2 Thử nghiệm in vivo chó 3.2.2.1 Kết cấy vật liệu vào tổ chức Vết mổ có dấu hiệu nề, xung huyết nhẹ ngày đầu tiên, khơng có tượng chảy máu, chảy dịch từ vết mổ Sau tháng vết mổ liền da gần hoàn toàn, sẹo liền đẹp, phẳng, bờ mềm mại (hình 3.23) Hình 3.24 Vết mổ vùng đùi chó sau phẫu thuật Theo dõi số huyết học, sinh hóa động vật trước sau cấy ghép cho thấy vật liệu NaHAp/TKG316L MgSrFNaHAp/TKG316L không gây nên phản ứng ảnh hưởng đến chức quan tạo máu, chức gan thận giai đoạn cấp mạn tính Hình ảnh vi thể cho thấy nhóm động vật cấy ghép có kết nhau, vùng tiếp xúc trực tiếp với vật liệu hình thành màng liên kết Tuy nhiên, nhóm vật liệu khơng phủ có phủ NaHAp có rải rác số tế bào lympho, nhóm phủ MgSrFHAp hồn tồn khơng thấy có tế bào lympho 3.2.2.2 Kết ghép vật liệu vào xương Hình ảnh đại thể vị trí cấy ghép cho thấy: vết mổ có dấu hiệu nề, xung huyết nhẹ ngày đầu, khơng có tượng chảy máu Sau tháng vết mổ liền da gần hồn tồn Hình ảnh vi thể vị trí cấy ghép cho thấy: - Sau tuần, động vật ghép vật liệu khác cho kết tương tự Tại vị trí ghép hình ảnh viêm cấp tính, khu vực lân cận có nhiều tế bào tạo xương, rải rác có mảnh xương vụn khu vực lỗ khoan bắt vít, mảnh vụn q trình khoan xương để bắt vít cố định (hình 3.24) Hình 3.24 Hình ảnh sau tuần ghép vật liệu NaHAp/TKG316L 23 - Sau tháng, vị trí ghép tất động vật hết tế bào viêm cấp tính, khơng có hình ảnh hoại tử Ở động vật có cấy vật liệu TKG316L NaHAp/TKG316L có tế bào tạo xương gần vùng khoan xương, nhiên rải rác tế bào lympho (hình 3.25a) Với động vật có cấy vật liệu MgSrFNaHAp, hoạt động tạo xương tạo cốt bào mạnh, thể số lượng tập trung lớn vị trí rìa bờ xương (hình 3.25b), bề mặt vật liệu có lớp màng bám (hình 3.25c) Hình 3.25 Hình ảnh tạo cốt bào gần vị trí ghép vật liệu: TKG316L (a), MgSrFNaHAp/TKG316L (b, c) sau tháng phẫu thuật - Sau tháng cấy ghép, vị trí cấy ghép xung quanh vật liệu TKG316L NaHAp/TKG316L có nhiều tế bào tạo xương, nhiên rải rác tế bào lympho (hình 3.26a); lớp bám vào bề mặt vật liệu NaHAp/TKG316L tốt so với vật liệu TKG316L Ở nhóm động vật cấy ghép vật liệu MgSrFNaHAp/ TKG316L có lớp xương quanh vị trí khoan, khơng có tế bào lympho (hình 3.26b), có lớp màng bám bề mặt xương vật liệu (hình 3.26c) Hình 3.26 Hình ảnh tế bào tạo xương gần vị trí ghép vật liệu: TKG316L (a) MgSrFNaHAp/TKG316L (b, c) sau tháng phẫu thuật - Sau tháng cấy ghép, cấu trúc xương gần vùng ghép hoàn chỉnh, khơng quan sát thấy tế bào lympho, khơng có hình ảnh tiêu xương (3.27 a, b) Tại vị trí khoan xương, nhóm vật liệu phủ MgSrFNaHAp có lớp xương dày, ơm sát vít xương (3.27 c), hình ảnh gặp nhóm vật liệu phủ NaHAp khơng phủ 24 Hình 3.28 Hình ảnh cấu trúc xương hoàn chỉnh sau tháng ghép vật liệu: TKG316L (a), MgSrFNaHAp/TKG316L (b, c) KẾT LUẬN CHUNG Bằng phương pháp điện hóa lựa chọn điều kiện thích hợp để tổng hợp màng HAp pha tạp riêng rẽ đồng thời nguyên tố Na, Mg, Sr, F: khoảng quét ÷ -1,7 V/SCE (0 ÷ -1,8 V/SCE FNaHAp); lần quét; tốc độ quét mV/s; 50 oC tương ứng dung dịch DNa2, DMg3, DSr3, DF3 DNaMgSrF Màng HAp pha tạp thu có cấu trúc tinh th, n pha, chiu dy khong 7,6 ữ 8,1 àm Thành phần % khối lượng nguyên tố Na, Mg, Sr F màng NaHAp, MgNaHAp, SrNaHAp, FNaHAp 1,5; 0,2; 6,3.10-4 1,55 % màng MgSrFNaHAp là: 0,56 % Na; 0,14 % Mg; 0,03 % Sr 1,5 % F Bằng phương pháp trao đổi ion tổng hợp thành công màng NaHAp pha tạp riêng rẽ đồng thời nguyên tố Cu, Ag, Zn TKG316L, thực cách ngâm màng NaHAp dung dịch có chứa riêng đồng thời: Cu(NO3)2 0,02 M AgNO3 0,001 M Zn(NO3)2 0,05 M thời gian 30 phút (10 phút màng AgNaHAp) Bằng việc kết hợp hai phương pháp điện hóa trao đổi ion tổng hợp thành công màng HAp pha tạp đồng thời nguyên tố magiê, stronti, flo, natri, đồng, bạc kẽm Màng thu đơn pha HAp, cấu trúc tinh thể hình san hơ thành phần % khối lượng nguyên tố Mg, Sr, F, Na, Cu, Ag, Zn lần lượt: 0,04; 0,03; 1,07; 0,15; 0,18; 0,39 1,06 % Sự có mặt nguyên tố vi lượng làm giảm độ hòa tan, tăng khả bảo vệ kim loại tăng khả kháng khuẩn Đã nghiên cứu diễn biến ăn mòn hình thành màng apatit ngâm loại vật liệu: TKG316L, NaHAp/TKG316L, MgSrFNaHAp/TKG316L, HApđt/ TKG316L dung dịch SBF phương pháp đo điện mạch hở, điện trở phân cực, tổng trở điện hóa Kết cho thấy hoạt tính sinh học khả bảo vệ cho kim loại màng: HApđt > MgSrFNaHAp > NaHAp Đã thử nghiệm khả gây độc tế bào sợi phương pháp Trypan Blue phương pháp MTT Kết cho thấy bột NaHAp MgSrFNaHAp nồng độ khác an tồn với dòng tế bào Đã nghiên cứu khả kháng khuẩn HAp pha tạp Kết cho thấy: AgNaHAp HApđt có hiệu ứng kháng chủng khuẩn P.aerugimosa, E.coli E.faecalis; CuNaHAp có hiệu ứng với chủng khuẩn 25 P.aerugimosa; NaHAp, ZnHAp MgSrFNaHAp khơng có hiệu ứng chủng khuẩn Đánh giá khả tương thích sinh học vật liệu TKG316L khơng phủ có phủ màng NaHAp MgSrFNaHAp thể chó cách phẫu thuật đưa vật liệu vào da vùng đùi trước lên xương đùi chó thời gian thử nghiệm từ đến tháng Kết cho thấy khả tương thích sinh học MgSrFNaHAp/TKG316L > NaHAp /TKG316L > TKG316L NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Bằng kết hợp hai phương pháp: điện hóa trao đổi ion chế tạo thành công màng HAp pha tạp đồng thời nguyên tố vi lượng thể người (Na, Mg, Sr, F, Cu, Ag, Zn) TKG316L Sự có mặt đồng thời nguyên tố vi lượng làm tăng hoạt tính sinh học, tăng khả kháng khuẩn, làm giảm độ hòa tan màng HAp tăng khả bảo vệ cho TKG316L so với màng HAp pha tạp nguyên tố Mg, Sr, F Na màng HAp pha tạp Na Thử nghiệm in vitro thể chó khẳng định vật liệu nẹp vít xương TKG316L phủ màng HAp pha tạp đồng thời nguyên tố Mg, Sr, F Na có khả tương thích tốt so với nẹp vít phủ màng NaHAp TKG316L, thể hình thành lớp xương mới, dày bề mặt vật liệu cấu trúc xương gần vùng ghép vật liệu hoàn chỉnh sau tháng thử nghiệm 26 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Đà CƠNG BỐ Pham Thi Nam, Nguyen Thi Thom, Nguyen Thu Phuong, Vo Thi Hanh, Nguyen Thi Thu Trang, Vu Thi Hai Van, Trinh Hoang Trung, Tran Dai Lam, Dinh Thi Mai Thanh Electrodeposition of substainable fluoridated Hydroxylapatite coatings on 316L stainless steel for application in bone implaint Green Processing and Synthesis, 5, 499 - 510, 2016 (ISI) Võ Thị Hạnh, Phạm Thị Năm, Nguyễn Thị Thơm, Đỗ Thị Hải Đinh Thị Mai Thanh Tổng hợp điện hóa màng natri hydroxyapatit thép khơng gỉ 316L Tạp chí hóa học 55(3), 348 - 354, 2017 Vo Thi Hanh, Pham Thi Nam, Dinh Thi Mai Thanh Electrodeposition and characterization of strontium hydroxyapatite coatings on 316L stailess steel Vietnam Journal of Chemistry, 55(3e12), 346 - 350, 2017 Võ Thị Hạnh, Phạm Thị Năm, Đinh Thị Mai Thanh Tổng hợp đặc trưng màng đồng hydroxyapatit thép khơng gỉ 316L Tạp chí ĐHSP Hà Nội 62(3), 51 - 59, 2017 Vo Thi Hanh, Le Thi Duyen, Do Thi Hai, Pham Thi Nam, Nguyen Thi Thom, Nguyen Thu Phuong, Dinh Thi Mai Thanh Electrodeposition and characterization of Mg2+, Sr2+, F-, Na+ co-doped hydroxyapatite coatings on 316L stailess steel Processdings of 6th Asian Symposium on Advanced Materials, 740 - 746, 2017 Võ Thị Hạnh, Lê Thị Duyên, Phạm Thị Năm Đinh Thị Mai Thanh Nghiên cứu diễn biến điện hóa vật liệu NaHAp/thép khơng gỉ 316L dung dịch mô dịch thể người Tạp chí Hóa học 55(5E1,2), 114-119, 2017 Vo Thi Hanh, Pham Thi Nam, Nguyen Thu Phuong, Nguyen Thi Thom, Le Thi Phuong Thao, Dinh Thi Mai Thanh Electrodeposition and characterization of magnesium hydroxyapatite coatings on 316L stailess steel Vietnam Journal of Chemistry, 55(5), 657-662, 2017 Vo Thi Hanh, Pham Thi Nam, Nguyen Thu Phuong, Dinh Thi Mai Thanh Electrodeposition of co-doped hydroxyapatite coatings on 316L stailess steel Vietnam Journal of Science and technology, 56 (01), 94-101, 2018 Võ Thị Hạnh, Phạm Thị Năm, Lê Thị Duyên Đinh Thị Mai Thanh Ảnh hưởng NaNO3 H2O2 tới trình tổng hợp màng natri hydroxyapatit thép khơng gỉ phương pháp điện hóa Tạp chí ĐHSP Hà Nội, nhận đăng 6/2017 (DOI: 10.18173/2354-1059.2017-0011, dự kiến đăng số 63, 3/2018) 27 ... màng hydroxyapatit pha tạp số nguyên tố vi lượng thép không gỉ 316L định hướng ứng dụng làm nẹp vít xương Mục tiêu luận án: - Chế tạo thành công màng NaHAp pha tạp riêng rẽ đồng thời nguyên tố vi. .. riêng rẽ nguyên tố mà chưa tiến hành pha tạp đồng thời nguyên tố vi lượng vào màng HAp Chính vậy, luận án trình bày chi tiết trình tổng hợp màng HAp pha tạp đơn đồng thời nguyên tố vi lượng Na,... Na màng HAp pha tạp Na Thử nghiệm in vitro thể chó khẳng định vật liệu nẹp vít xương TKG316L phủ màng HAp pha tạp đồng thời nguyên tố Mg, Sr, F Na có khả tương thích tốt so với nẹp vít phủ màng