Nghiên cứu một số đặc thính về hình thái, cấu trúc và hóa lý của hydroxyapatite thu nhận từ vảy cá rô phi( oreochromis niloticus)

Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu về đặc tính của hydroxyapatite ..... Quy trình tổng hợp HA bằng phương pháp phản ứng hóa cơ .... – Xác đinh được một số đặc tính dựa trên các phư

LỜI CÁM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận rất nhiều sự quan tâm, giúp

đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Để hình thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Thầy Cô Khoa Công Nghệ Thực phẩm, Thầy

Cô Bộ môn Kỹ thuật Hóa Học, các Cán bộ quản lí phòng thí nghiệm đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án

Đặc biệt em xin gởi lời cám ơn chân thành đến một người cô đã hướng dẫn em tận tình trong thời gian qua và luôn tạo điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình định hướng nội dung nghiên cứu, tìm tài liệu, gởi mẫu phân tích và tư vấn nhiệt tình

đó là TS Trần Thị Hoàng Quyên

Trong quá trình làm đồ án, vì kiến thức còn hạn hẹp, nếu có gì sai sót mong Thầy Cô và mọi người thông cảm và em xin nhận ý kiến đóng góp từ mọi người, để

đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Sau cùng em xin gởi lời cám ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên

cổ vũ và đóng góp ý kiến trong quá trình học tập, nghiên cứu cũng như quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn

Nha Trang, ngày 17 tháng 07 năm 2019

Sinh Viên

Bùi Thị Thanh Thúy

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC HÌNH ẢNH 8

MỞ ĐẦU 9

1 Lí do chọn đề tài 9

2 Mục tiêu đề tài 9

3 Nội dung nghiên cứu 10

4 Phương pháp nghiên cứu 10

5 Đối tượng nghiên cứu 10

6 Tính cấp thiết của đề tài 10

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 11

7.1 Ý nghĩa khoa học 11

7.2 Ý nghĩa thực tiễn 11

A TỔNG QUAN 12

1 Tổng quan về hydroxyapatite 12

1.1 Công thức cấu tạo của hydroxyapatite 12

1.2 Tính chất của hydroxyapatite 13

1.2.1 Tính chất vật lý 13

1.2.2 Tính chất hóa học 13

1.2.3 Tính chất sinh học 14

1.3 Nguồn thu nhận hydroxyapatite 14

1.3.1 Nguồn thu nhận tự nhiên 14

1.3.2 Nguồn tổng hợp từ các chất vô cơ 15

1.4 Các phương pháp thu nhận hydroxyapatite 16

1.4.1 Phương pháp phản ứng pha rắn 16

1.4.2 Phương pháp hóa cơ 16

1.4.3 Phương pháp thủy phân 17

1.4.4 Phương pháp solgel 17

1.4.5 Phương pháp thủy nhiệt 18

1.4.6 Phương pháp kết tủa 18

1.4.7 Phương pháp nhiệt phân 19

1.5 Ứng dụng hydroxyapatite 20

1.5.1 Ứng dụng dạng bột 20

1.5.2 Ứng dụng dạng màng 20

1.5.3 Ứng dụng dạng xốp 21

1.5.4 Ứng dụng dạng composite 22

2 Tổng quan về cá rô phi và vảy cá rô phi 22

2.1 Đặc điểm hình thái và phân bố cá rô phi 22

2.1.1 Danh pháp 22

2.1.2 Phân bố 22

2.1.3 Đặc điểm hình thái 22

3 Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu về đặc tính của hydroxyapatite 23

3.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy, SEM) 23

3.1.1 Mục đích 23

3.1.2 Nguyên lí hoạt động và nguyên tắc tạo ảnh 24

3.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron

microscopy, TEM) 24

3.2.1 Mục đích 24

3.2.2 Nguyên lí hoạt động và nguyên tắc tạo ảnh 24

3.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (Xray diffraction, XRD) 25

3.3.1 Mục đích 25

3.3.2 Nguyên lí hoạt động và nguyên tắc tạo ảnh của phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 25

3.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (fourier transformation infrared spectrophotometer, FTIR) 26

3.4.1 Mục đích 26

3.4.2 Nguyên lí hoạt động và nguyên tắc tạo ảnh của phương pháp FTIR 26

3.5 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA 27

B ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Đối tượng nghiên cứu 28

2.2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 28

2.2.1 Dụng cụ 28

2.2.2 Thiết bị 28

2.2.3 Hóa chất 28

2.3 Phương pháp nghiên cứu 29

2.3.3 Xác định hàm lượng khoáng bằng phương pháp nung 29

2.4 Quy trình thu nhận hydroxyapatite từ vảy cá rô phi 29

2.4.1 Tiền xử lí nguyên liệu 29

2.4.2 Thu nhận hydroxyapatite 30

C KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

2 Đánh giá hydroxyapatite qua các nhiệt độ nung khác nhau 32

2.1 Hiệu suất thu hồi hydroxyapatite ở các nhiệt độ nung khác nhau bằng phương pháp nung 32

2.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) của hydroxyapatite ở các nhiệt độ nung khác nhau 32

3 Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 33

4 Kết quả chụp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 34

5 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) 34

6 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 35

7 Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 36

8 Kết quả xác định độ tan của hydroxyapatite trong các dung dịch có pH từ 17 37

1 Kết luận 38

2 Kiến nghị 39

E TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HA - Hydroxyapatite

SEM - Scanning electron microscope

TEM - Transmission electron microscopy

XRD - X–ray diffraction

EDS/EDX - Electron dispersive scaning

FTIR - Fourier transformation infrared spectrophotometer

TGA - Thermal gravimetric analysis

TCP - Tricalcium phosphate

βTCP - βTricalcium phosphate

ĐTNC - Đối tượng nghiên cứu

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số muối calcium phosphate (CaP) 15

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của hydroxyapatite 12

Hình 1.2 Các dạng tồn tại của tinh thể của HA 13

Hình 1.3 Quy trình tổng hợp HA từ các chất vô cơ 15

Hình 1.4.Quy trình tổng hợp HA bằng phương pháp phản ứng pha rắn 16

Hình 1.5 Quy trình tổng hợp HA bằng phương pháp phản ứng hóa cơ 17

Hình 1.6 Quy trình tổng hợp HA bằng phương pháp solgel 18

Hình 1.7 Quy trình thu nhận HA bằng phương pháp thủy nhiệt 18

Hình 1.8 Quy trình thu nhận HA bằng phương pháp kết tủa 19

Hình 1.9 Quy trình thu nhận HA bằng phương pháp nhiệt phân 20

Hình 1.10 Cá rô phi 23

Hình 1.11 Thiết bị hiển vi điện tử quét SEM 24

Hình 1.12 Nguyên lí hoạt động của phương pháp nhiễu xạ tia X 26

Hình 2.1 Bảo quản vảy cá (đã loại bỏ protein) sau sấy trong bình hút ẩm 30

Hình 2.2 Mẫu vảy cá đã được xử lý được đưa vào tủ nung 31

Hình 3.1 Vảy cá sau khi nung (đã nghiền) trong 3h với tốc độ gia nhiệt 5oC/phút 32 Hình 3.2 Ảnh chụp SEM của HA thu nhận từ vảy cá 34

Hình 3.3 Phổ FTIR của vảy cá 35

Hình 3.4 Kết quả phân tích TGA của HA tổng hợp bằng phương pháp siêu âm 37

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Ở nước ta, cá rô phi (Oreochromis niloticus) một loài cá tăng trưởng nhanh,

khỏe mạnh mà từ lâu đã trở thành nguồn cung cấp protein chủ yếu của nhiều nước đang phát triển và gần đây có nhu cầu cao ở các nước phát triển Tại Việt Nam, cá

rô phi được coi là sản phẩm chủ lực, diện tích cá rô phi ở đồng bằng sông Cửu Long tăng khoảng 13.00015.000 để sản lượng đạt 120.000150.000 tấn, trong đó 2/3 chủ yếu dành cho xuất khẩu Sản phẩm xuất khẩu cá rô phi chủ yếu ở dạng phi lê là chính Nên hàng năm, lượng xuất khẩu phi lê cá rô phi tăng cũng tương đương với lượng chất thải sinh học (vảy cá, xương cá, nội tạng,…) của chúng thải ra môi trường tăng, làm ảnh hưởng đến môi trường bên ngoài Việc nghiên cứu tận dụng những phế liệu này để thu nhận các sản phẩm có giá trị gia tăng là một việc làm có

ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

Do đó, trong đồ án tốt nghiệp này đã sử dụng vảy cá rô phi làm đối tượng nghiên cứu Trong vảy cá rô phi ngoài một lượng rất nhỏ collagen, protein, lipid,… thì có chứa một lượng lớn hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 Theo FDA (cục quản lí thực phẩm) cho phép sử dụng hydroxyapatite trong sản xuất thuốc và thực phẩm chức năng; hay chế tạo răng giả, để sữa chữa khuyết điểm của răng; chế tạo mắt giả; chế tạo chi tiết ghép xương và sữa chữa khuyến tật của xương Như vậy, việc sử dụng các nguyên liệu tự nhiên này để sản xuất hydroxyapatite là một quá trình kinh

tế và tiềm năng sinh lợi, tạo ra triển vọng ứng dụng hydroxyapatite vào các lĩnh vực khác nhau như: y học, sinh học,

Vì những lý do trên nên chọn đề tài: “Nghiên cứu một số đặc tính về hình thái, cấu trúc và hoá lý của hydroxyapatite thu nhận từ vảy cá rô phi

(Oreochromis niloticus)”

2 Mục tiêu đề tài

– Thu nhận được hydroxyapatite

– Xác đinh được một số đặc tính dựa trên các phương pháp SEM, TEM, XRD, FTIR, TGA và tính chất hóa lý của hydroxyapatite

3 Nội dung nghiên cứu

– Thu nhận HA từ vảy cá rô phi (Oreochromis niloticus)

– Nghiên cứu các đặc tính bằng các phương pháp SEM, TEM, XRD, FTIR, TGA

– Nghiên cứu độ tan của HA trong các môi trường có pH khác nhau

4 Phương pháp nghiên cứu

 Thu nhận hydroxyapatite từ vảy cá rô phi (Oreochromis niloticus) bằng

phương pháp nung ở các nhiệt độ khác nhau

 Xác định các đặc tính mẫu HA bằng các phương pháp SEM, TEM, XRD, FTIR, TGA

 Đánh giá độ tan của HA trong các môi trường pH khác nhau bằng phương pháp chuẩn độ

5 Đối tượng nghiên cứu

Vảy cá rô phi ( Oreochromis niloticus ) được thu mua sau quá trình phi lê ở siêu thị Lotte Mart Nha Trang, phường Phương Sơn, thành phố Nha Trang Sau đó, vảy cá được rửa sạch và phơi khô và bảo quản ở nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm cho những nghiên cứu sau đó

6 Tính cấp thiết của đề tài

Tại Việt Nam, có nhiều công ty sản xuất thủy hải sản và nhiều công ty chế biến thủy sản cho ra các sản phẩm cá điển hình như phi lê cá Tra, cá Basa,… được thị trường trong nước và các quốc gia ưa chuộng Tuy nhiên, quá trình phi lê cá thải

ra những chất thải sinh học dẫn đến bị lãng phí và gây ô nhiễm môi trường, trong khi nó có nhiều lợi ích về kinh tế nếu chúng ta biết cách xử lý và ứng dụng Do đó, việc tận dụng phế thải sinh học này để làm nguồn nguyên liệu thu nhận sản phẩm có giá trị gia tăng cao là hydroxyapatite là một việc làm có ý nghĩa và cấp thiết Ngoài

ra, hydroxyapatite được sử dụng làm thuốc trám răng, xương giả, răng giả,… Nhất

là hydroxyapatite kích thước nanometre có tính tương thích sinh học tốt với cơ thể người, có thể liên kết trực tiếp với cơ, tạo sự tái sinh xương nhanh

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

7.1 Ý nghĩa khoa học

– Đã thu nhận thành công hydroxyapatite

– Xác định được các đặc tính của hydroxyapatite dựa trên các phương pháp phân tích như SEM, TEM, XRD, FTIR, TGA

– Xác định được độ tan của HA trong các môi trường pH khác nhau bằng phương pháp chuẩn độ

7.2 Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu này thực hiện sự so sánh HA thu được từ vảy cá rô dựa trên các phương pháp phân tích SEM, TEM, XRD, FTIR, TGA Kết quả chỉ ra tính khả thi trong việc thương mại hóa sản phẩm hydroxyaptite thu nhận từ vảy cá rô phi Như vậy, việc tận dụng phế liệu thuỷ sản (vảy cá rô phi) để thu nhận các sản phẩm có giá

trị gia tăng cao (hydroxyapatite HA) là việc làm có ý nghĩa thực tiễn và kinh tế cao

A TỔNG QUAN

1 Tổng quan về hydroxyapatite

Hydroxyapatite (HA) với công thức là Ca5(PO4)3(OH) hay Ca10(PO4)6(OH)2 là một trong những thành phần vô cơ, có trong cơ thể người và động vật, đóng vai trò khá quan trọng Thực tế người ta vẫn có thể tìm thấy HA ở dạng tự nhiên, và đưa ra một số phương pháp tách chiết đối với chúng, ví dụ như tách chiết HA từ xương động vật (xương cá, xương bò, xương lợn), thu nhận HA từ vảy, da cá, hoặc thu tiền thân HA từ vỏ trứng, vỏ cua ghẹ, vỏ ốc, Bên cạnh đó, HA còn có những đặc tính quý như: có hoạt tính 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; mặc khác do có cùng bản chất hóa học và cấu trúc, HA cũng là dạng calcium phosphate dễ hấp thụ nhất đối với cơ thể con người [24]

1.1 Công thức cấu tạo của hydroxyapatite

Phân tử HA có các liên kết CaO là liên kết cộng hóa trị Hai nhóm OH được gắn với nguyên tử P ở hai đầu mạch [23,1]

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của hydroxyapatite [23]

Hydroxyapatite có trong thành phần của xương và ngà răng thường có dạng lục phương và thuộc nhóm không gian P63/m với các hằng số mạng a=b= 0,9417Ao

và c = 0,6875Ao, α = β = 90o và γ = 120o Mỗi ô mạng cơ sở của tinh thể HAp gồm các ion Ca2+, PO43 và OH được sắp xếp như (Hình 1.2) [25]

1.2 Tính chất của hydroxyapatite

1.2.1 Tính chất vật lý

Hydroxyapatite (HA) có màu trắng, trắng ngà, vàng nhạt hoặc xanh lơ, tùy theo điều kiện hình thành, kích thước hạt và trạng thái tập hợp HA nóng chảy ở nhiệt độ 1760oC; sôi ở 2850oC; độ tan trong nước 0,7g/l; khối lượng phân tử 1004,60g/mol; khối lượng riêng 3,156g/cm3; độ cứng theo thang Mohs là 5

Tùy thuộc vào điều kiện hình thành, mà các HA tự nhiên hay nhân tạo tồn tại

ở các dạng hình que, hình kim, hình vảy, hình sợi, hình trụ và hình cầu [26]

Hình 1.2 Các dạng tồn tại của tinh thể của HA [5]: a) Dạng hình que; b) dạng hình

trụ; c) dạng hình cầu; d) dạng hình sợi; e) dạng hình vảy; f) dạng hình kim

1.2.2 Tính chất hóa học

HA không phản ứng với kiềm HA phản ứng với acid tạo thành muối calcium

và nước theo phản ứng [26]:

Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl → 3Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2H2O

HA tương đối bền với nhiệt, bị phân hủy chậm trong khoảng nhiệt độ từ 800oC đến 1200oC tạo thành oxidehydroxyapatite theo phản ứng [5]:

Ca10(PO4)6(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)22XOX +XH2O (0<x<1 )

Ở nhiệt độ lớn hơn 1200oC, HA bị phân hủy thành βCa3(PO4)2 và Ca4P2O9 hoặc CaO [23]:

Ca10(PO4)6(OH)2 → 2βCa3(PO4)2 + Ca4P2O9 + H2O

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

Ở dạng màng và dạng xốp, HA có thành phần hóa học và 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 [26]

Do đó, vật liệu này có tính thích sinh học cao với các tế bào và mô, có tính dẫn xương tốt, tạo liên kết trực tiếp với xương non dẫn đến sự tái sinh xương nhanh mà không bị cơ thể đào thải Bên cạnh đó, HA không gây độc; không dị ứng với cơ thể

và có tính sát khuẩn cao; tương đối bền với dịch men tiêu hóa, ít chịu ảnh hưởng của dung dịch axit trong dạ dày [26]

1.3 Nguồn thu nhận hydroxyapatite

1.3.1 Nguồn thu nhận tự nhiên

Nguồn thu nhận HA trong tự nhiên đa dạng và phong phú, chủ yếu được phân loại như sau [7]:

Nguồn thu nhận HA trong tự nhiên

vỏ cua, sau đó

bổ sung tiền chất PO43

Thu nhận dịch chiết từ các hợp chất thiên nhiên, sau đó bổ sung tiền chất

Ca2+ và PO43

1.3.2 Nguồn tổng hợp từ các chất vô cơ

HA thường được tạo ra từ phản ứng giữa tiền chất cation là Ca2+ và tiền chất anion PO43 hoặc có thể là các muối calcium phosphate (Bảng 1.1) [7]

Bảng 1.1 Một số muối calcium phosphate (CaP)

Monocalcium phosphate monohydrate Ca(H2PO4)2.H2O 0,5

Monocalcium phosphate anhydruos Ca(H2PO4)2 0,5

Dicalcium phosphate dehydrate CaHPO4.2H2O 1,0

Dicalcium phosphate anhydrous CaHPO4 1,0

Octacalcium phosphate Ca8(HPO4)2(PO4)4.5H2O 1,33

Amosphous calcium phosphate Cax(PO4)y.nH2O 1,22,2

Quá trình này đòi hỏi phải kiểm soát tốt các điều kiện phản ứng như độ tinh khiết của hóa chất, pH, thời gian phản ứng, nồng độ các chất phản ứng và nhiệt độ

để tổng hợp được HA chất lượng cao [7] Khi xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình tổng hợp HA, khi nhiệt độ nung cao hơn 1200oC, HA tổng hợp thường sẽ mất dần các nhóm OH của nó, có thể chuyển thành oxyapatite như Ca10O(PO4)6 hoặc Ca10(PO4)6O, và sau đó các oxyapatite này thường phân ly thành các sản phẩm αCa3(PO4)2, Ca2P2O7 và Ca4P2O9 ở 1450oC [26]

Hình 1.3 Quy trình tổng hợp HA từ các chất vô cơ [7]

1.4 Các phưng pháp thu nhận hydroxyapatite

1.4.1 Phương pháp phản ứng pha rắn

Phản ứng trạng thái rắn, là một quy trình tương đối đơn giản, có thể được sử dụng sản xuất hàng loạt bột HA Trong một quy trình, tiền chất được nghiền và sau

đó được nung ở nhiệt độ rất cao (ví dụ: 1000oC) Tiền chất có thể là các nguồn calcium và phosphate hoặc đơn giản là muối calcium phosphate được điều chế trước

đó (Bảng 1.1) Nhiệt độ cao của quá trình nung dẫn đến sự hình thành cấu trúc tinh thể HA [7]

Hình 1.4.Quy trình tổng hợp HA bằng phương pháp phản ứng pha rắn [7]

1.4.2 Phương pháp hóa cơ

Hydroxyapatite có thể chế tạo bằng phản ứng giữa hai pha rắn CaCO3 và CaHPO4.2H2O bằng các phản ứng sau [1]:

4CaCO3 + 6CaHPO4.2H2O → Ca10(PO4)6(OH)2 + 4H2CO3 Hoặc bằng các phản ứng sau:

2Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + H2O→ Ca10(PO4)6(OH)2 3Ca3(PO4)2 + CaO + H2O → Ca10(PO4)6(OH)2

3Ca3(PO4)2 + Ca(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)2 Phương pháp này dựa trên cơ sở của một lực ma sát lớn giữa bi và má nghiền của bi đến các cấu tử của 2 pha rắn [1,7]:

Hình 1.5 Quy trình tổng hợp HA bằng phương pháp phản ứng hóa cơ [7] 1.4.3 Phương pháp thủy phân

Các hạt nano HA, có thể được điều chế bằng cách thủy phân các pha calcium phosphate, bao gồm DCPA (dicalcium phosphate anhydrous), DCPD (dicalcium phosphate dehydrate) và TBP (tricalcium phosphate) theo các phản ứng sau [7]:

10CaHPO4 + 2H2O → Ca10(PO4)6(OH)2 + 4H3PO4 10CaHPO4 +12OH → Ca10(PO4)6(OH)2 + 4PO43 +10H2O

6CaHPO4 + 4Ca(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)2 + 6H2O 6CaHPO4 + 4CaCO3 + 2H2O → Ca10(PO4)6(OH)2 +4H2CO3

10CaHPO4.2H2O → Ca10(PO4)6(OH)2 +18H2O +12H+ + 4PO43

6CaHPO4.2H2O +4Ca(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O 10Ca3(PO4)2 + 6H2O → Ca10(PO4)6(OH)2 +2PO43 + 6H+10Ca3(PO4)2 + 6OH → Ca10(PO4)6(OH)2 + 2PO43

1.4.4 Phương pháp solgel

Bằng phương pháp solgel có thể tạo ra được bột có kích thước từ cấp µm đến

nm, có tính đồng nhất, độ tinh khiết cao, bề mặt riêng lớn, có thể tổng hợp được ở dạng màng mỏng và sợi Có thể tổng hợp HA theo phương pháp solgel bằng cách như sau [7]:

Hình 1.6 Quy trình tổng hợp HA bằng phương pháp solgel [7]

Các hợp chất Ca(NO3)2, (NH4)2HPO4 với các chất tạo gel như (C2H5O)3P(O), CH3O(CH2)2(OH) (được chuẩn bị theo tỷ lệ nhất định) vào nước cất Khuấy và gia nhiệt dung dịch này ở nhiệt độ và thời gian thích hợp, gel có chứa hợp chất HA tạo thành Sau đó, sấy gel và nung ở nhiệt độ thích hợp, thu được HA dạng bột [7]

1.4.5 Phương pháp thủy nhiệt

Phương pháp thủy nhiệt là quá trình sử dụng các phản ứng ở pha đồng thể hoặc dị thể trong môi trường lỏng ở nhiệt độ (t>25oC) và áp suất (P>100kPa) để kết tinh trực tiếp vật liệu ceramic từ dung dịch Trong phương pháp này, tỷ lệ Ca/P được cải thiện khi tăng nhiệt độ và suất thủy nhiệt Một số nghiên cứu tổng hợp HA bằng phương pháp thủy nhiệt đã được đưa ra và có thể tổng hợp được nano dạng que [7]

Sau đây là sơ đồ tổng quát phương pháp thủy nhiệt:

Hình 1.7 Quy trình thu nhận HA bằng phương pháp thủy nhiệt [7]

1.4.6 Phương pháp kết tủa

Hình 1.8 Quy trình thu nhận HA bằng phương pháp kết tủa [7]

Phương pháp kết tủa thường được sử dụng để điều chế hydroxyapatite dạng bột Trong suốt quá trình phản ứng chỉ có nước là sản phẩm phụ duy nhất Do đó, phương pháp kết tủa đóng vai trò quan trọng trong các phương pháp tổng hợp HA [3] Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp HA như: độ pH, nhiệt độ phản

ứng, chất hoạt động bề mặt…

1.4.7 Phương pháp nhiệt phân

Đặc điểm chính của quá trình là khả năng tạo ra bột với độ tinh khiết cao Hơn nữa, lợi thế là nguyên liệu thô giá thành thấp, quy trình chuẩn bị tương đối đơn giản, quá trình đốt cháy dung dịch của tinh thể HA liên quan đến phản ứng oxi hóa khử nhiệt giữa các chất oxy hóa (calcium nitrate và HNO3) và một loại nhiên liệu hữu cơ phù hợp (ví dụ glycine, urê, sucrose, axit citric và axit succinic) và một pha nước [1]

Đầu tiên, các dung dịch gốc là Ca(NO3)2 và (NH4)2HPO4, tiếp theo thêm HNO3 đậm đặc để hòa tan kết tủa trắng Phản ứng có thể bắt đầu bằng cách đun nóng hỗn hợp trong lò ở nhiệt độ khá thấp (ví dụ: 300oC); sau đó là nhiệt độ tăng đột ngột Bước cuối cùng là làm lạnh nhanh hỗn hợp để tạo ra sự tạo mầm tối đa và

để ngăn chặn sự phát triển của hạt [1]

Hình 1.9 Quy trình thu nhận HA bằng phương pháp nhiệt phân [7]

1.5 Ứng dụng hydroxyapatite

1.5.1 Ứng dụng dạng bột

Xương là phần quan trọng của cơ thể con người, có ý nghĩa lớn về mặt sinh học và cấu trúc Về mặt sinh học, xương là nơi tập trung nhiều calcium nhất Về mặt cấu trúc, xương là khung đỡ cho các bộ phận khác; hình thành nên cấu trúc và hình dáng cơ thể

Thực tế hiện nay, lượng calcium hấp thụ từ thức ăn mỗi ngày tương đối thấp nên rất cần bổ sung calcium cho trẻ em và người cao tuổi Calcium có trong thức ăn

và thuốc 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 Một phương pháp hữu hiệu nữa là sử dụng HA

ở dạng bột mịn hay nhân tạo, kích thước nano để bổ sung calcium Với kích thước

cỡ 20100nm, HA hấp thụ trực tiếp vào cơ thể mà không cần phải chuyển hóa thêm [26]

FDA (cục quản lí thực phẩm và dược phẩm Mỹ) cho phép sử dụng HA trong sản xuất thuốc và thực phẩm chức năng Nhiều loại thuốc và thực phẩm bổ sung calcium có sử dụng HA đã được lưu hành trên thị trường, điển hình như Ossopan của Pháp, Bone Dense Calcium của Mỹ, Calcium Complex của Anh, SuperCal của New Zealand [26]

1.5.2 Ứng dụng dạng màng

Lớp màng HA có chiều dày cỡ m được phủ lên bề mặt vật liệu nhân tạo như hợp kim Ti6Al4V bằng phương pháp plasma, điện phân, đã hạn chế những nhược điểm như bị ăn mòn, tạo ra các chất độc hại, liên kết lỏng lẻo giữa xương tự nhiên

và chi tiết cấy ghép,… Nhưng, độ bám dính của lớp màng trên vật liệu nền vẫn không bền chặt, do vậy tuổi thọ và phạm vi ứng dụng của chúng không cao [26]

Để cải thiện độ bám dính, người ta đã phủ lên các kim loại và hợp kim một lớp màng gốm HA có chiều dày cỡ nm ( màng nHA) bằng phương pháp điện hóa nói chung và phương pháp điện di (EDP) Lớp màng nHA có độ bám dính cao với vật liệu nền (>60 MPa ) và rất bền theo thời gian Công nghệ màng nHA đã tạo ra những chi tiết xương nhân tạo có khả năng tự liên kết với xương và mô tự nhiên, có tính tương thích sinh học cao với cơ thể con người [26]

1.5.3 Ứng dụng dạng xốp

Chế tạo răng giả, sữa chữa khuyến tật của răng: Nhật Bản đã thành công trong việc tạo ra một hỗn hợp gồm HA tinh thể kích thước nano và polymer sinh học có khả năng phủ và bám dính trên răng theo cơ chế epitaxy, tức là tinh thể HA mới tạo thành lớp men răng cứng chắc giống như lớp men răng tự nhiên [26]

Chế tạo mắt giả: HA xốp tổng hợp từ san hô có cấu trúc bền vững, nhẹ và đặc biệt là có khả năng thích ứng cao với cơ thể Việc sử dụng loại vật liệu này đã khắc phục được hiện tượng sụp mi do trọng lượng, hạn chế phản ứng của cơ thể và làm tăng thời gian sử dụng của mắt giả [6]

Chế tạo ra những chi tiết để ghép xương và sữa chữa những khuyến tật của xương Tùy thuộc vào mục đích cấy ghép và thay thế, người ta có thể chế tạo ra những sản phẩm gốm HA, có kích thước 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 vào những chỗ khuyến tật của xương [26]

Làm điện cực sinh học cho thử nghiệm sinh học

Làm vật liệu truyền dẫn như khả năng vận chuyển và phân tán insullin trong ruột [8]