Nghiên cứu tổng hợp vật liệu biphasic calcium phosphate bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm

i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QUÁT VỀ CALCIUM PHOSPHATE 1.1.1 Tình hình nghiên cứu 1.1.2 Ƣu điểm BCP 1.1.3 Các ứng dụng BCP 1.1.4 Ứng dụng HAp bột 1.1.5 Ứng dụng HAp dạng xốp 1.1.6 Ứng dụng HAp dạng composit 1.2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIPHASIC CALCIUM PHOSPHATE 1.2.1 Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 10 1.2.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 11 1.2.3 Phƣơng pháp phân tích quang phổ hồng ngoại (FTIR) 12 1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP HAp 1.3.1 Phƣơng pháp ƣớt ……………………………………………………… 13 1.3.2 Phƣơng pháp khô 19 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, HÓA CHẤT 2.1.1 Dụng cụ 21 2.1.2 Thiết bị 21 2.1.3 Hóa chất 21 ii 2.2 QUY TRÌNH TỔNG HỢP BCP 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 2.3.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 23 2.3.2 Phƣơng pháp phân tích quang phổ hồng ngoại (FTIR) 23 2.3.3 Phƣơng pháp chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 24 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.1 Kết phân tích XRD HAp β-TCP 25 3.1.2 Kết chụp IR β-TCP HAp 29 3.1.3 Kết chụp SEM β-TCP HAp tỉ lệ mol Ca/P= 1,57 31 KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT β–TCP: β-tricalcium phosphate BCP: Biphasic calcium phosphate HAp: Hydroxyapatite FTIR: Fourier Transform Infrared (Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại) SEM: Scanning Electron Microscope (Phương pháp kính hiển vi điện tử quét ) XRD: X-ray diffraction (Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X) iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 BCP dạng bột, dạng viên khối đặc, xốp Hình 1.2 Dạng gel BCP Hình 1.3 Thuốc bổ sung canxi sử dụng nguyên liệu HAp dạng vi tinh thể Hình 1.4 Quá trình tạo lớp men bề mặt Hình 1.5 Gốm y sinh HAp tổng hợp phương pháp khác Hình 1.6 Sửa chữa khuyết tật xương gốm HAp dạng khối xốp dạng hạt Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý phương pháp nhiễu xạ tia X 10 Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý SEM 12 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý phương pháp kết tủa 14 Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý phương pháp phun sấy 16 Hình 1.11 Quá trình tạo vỡ bọt tác dụng sóng siêu âm 17 Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý phương pháp siêu âm hố học 18 Hình 3.1 Giản đồ XRD β-TCP HAp tỉ lệ Ca/P=1,53 phụ thuộc vào pH: (a) pH=7, (b) pH=9 (c) pH=11 25 Hình 3.2 Giản đồ XRD β-TCP HAp tỉ lệ Ca/P=1,57 phụ thuộc vào pH: (a) pH=7, (b) pH=9 (c) pH=11 26 Hình 3.3 Giản đồ XRD β-TCP HAp tỉ lệ Ca/P=1,61 phụ thuộc vào pH: (a) pH=7, (b) pH=9 (c) pH=11 26 Hình 3.4 Phổ FTIR β-TCP HAp tỉ lệ Ca/P=1,53 tùy thuộc vào pH dung dịch: (a) pH=7, (b) pH=9 (c) pH=11 29 Hình 3.5 Phổ FTIR β-TCP HAp tỉ lệ Ca/P=1,57 tùy thuộc vào pH dung dịch: (a) pH=7, (b) pH=9 (c) pH=11 29 Hình 3.6 Phổ FTIR β-TCP HAp tỉ lệ Ca/P=1,61 tùy thuộc vào pH dung dịch: (a) pH=7, (b) pH=9 (c) pH=11 30 Hình 3.7 Hình ảnh (SEM) β-TCP HAp tỉ lệ Ca/P=1,57 phụ thuộc vào pH dung dịch ban đầu: (a,d) pH=7, (b, e) pH=9 (c, f) pH=11 31 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bước sóng đặc trưng nhóm chức 13 Bảng 2: Tổng hợp thông số phần trăm khối lượng β-TCP HAp theo tỉ lệ mol Ca/P 27 LỜI MỞ ĐẦU Vật liệu y sinh nghiên cứu mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu thay phận thể, cấy ghép mô, xương người, hứa hẹn cho việc chữa trị tái tạo mô quan bị bị tổn thương chấn thương, bệnh tật lão hóa Trong năm gần đây, người đạt tiến đáng kể việc cấy ghép nội tạng, phẫu thuật tái tạo sử dụng mô nhân tạo để điều trị, cấy ghép quan nội tạng mô xương Trong lĩnh vực vật liệu dùng cho xương, nhiều loại vật liệu dùng cấy ghép thay xương phát triển đáng kể thập kỉ qua, năm gần đây, nhà khoa học giới quan tâm đến vật liệu biphasic calcium phosphate (BCP) Biphasic calcium phosphates vật liệu có khả liên kết sinh hóa với tế bào sống, giúp cho tế bào xương sau bị thương tổn tiếp tục tái sinh liên kết trực tiếp với bề mặt vật cấy, tạo liên kết trực tiếp với xương non dẫn đến tái sinh xương nhanh mà không bị thể đào thải Các nhà nghiên cứu cố gắng điều chế BCP kích thước nano (trong khoảng 20 – 100nm) để góp phần nâng cao khả hấp thụ thể [13]  Lý chọn đề tài Ở nước ta, vật liệu vơ có khả ứng dụng y sinh học quan tâm từ lâu Tuy nhiên, việc ứng dụng vật liệu vô y sinh học dược học cịn nhiều hạn chế, để góp phần hồn thiện quy trình chế tạo BCP kích thước nano ứng dụng y sinh học lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu biphasic calcium phosphate phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm.”  Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp biphasic calcium phosphate phương pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm Khảo sát ảnh hưởng pH tỉ lệ mol Ca/P đến kết tổng hợp biphasic calcium phosphate  Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp biphasic calcium phosphate (HAp & β-TCP) từ calcium chloride trisodium phosphate - Khảo sát môi trường pH=7, pH=9, pH=11 - Khảo sát tỉ lệ mol Ca/P= 1,53; Ca/P= 1,57; Ca/P= 1,61  Phƣơng pháp nghiên cứu - Xác định cấu trúc phương pháp XRD (phân tích nhiễu xạ tia X) [13] - Xác định nhóm chức phương pháp phân tích FTIR (quang phổ hồng ngoại) [13] - Chụp bề mặt mẫu phương pháp chụp SEM ( kính hiển vi điện tử quét) [13]  Bố cục Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QUÁT VỀ CALCIUM PHOSPHATE Calcium phosphates với đặc tính phù hợp dùng làm vật liệu sinh học thu hút nhiều ý khoa học ứng dụng làm vật liệu cho xương Calcium phosphate có tính tương hợp sinh học, hoạt tính sinh học cao khả chữa lành xương có thành phần cấu trúc tương tự thành phần khống xương Ngồi calcium phosphate cịn có độ hấp thụ cao protein fibronectin vitronectin Vì vậy, sử dụng calcium phosphate tăng cường kết dính tế bào tạo xương Mặt khác calcium phosphate bên thể từ từ hịa tan để giải phóng ion calcium phosphate có lợi việc hình thành xương Sản phẩm trình phân hủy calcium phosphate hình thành carbonated apatite; carbonated apatite hình thành có thành phần cấu trúc hóa học giống với pha khống xương có hoạt tính sinh học Ngồi ra, nano calcium phosphate có hoạt tính sinh học cao hơn, hạt calcium phosphate kích thước nano dùng cấy ghép mơ với tính tương hợp sinh học cải thiện đáng kể [3] Calcium phosphate dùng lĩnh vực y sinh biết đến như: - Hydroxyapatite (HAp) [1] - β-tricalcium phosphate (β–TCP) [1] - Biphasic calcium phosphate (BCP) [1] Chúng khác thành phần mà cịn khác độ tan, tính tương hợp sinh học, tính chất lý Biphasic calcium phosphate (BCP, hỗn hợp HAp β –TCP) quan tâm nghiên cứu BCP ảnh hưởng tốt đến trình tái tạo xương HAp TCP BCP có tốc độ tan phù hợp với tốc độ tái tạo xương [13] 1.1.1 Tình hình nghiên cứu  Tình hình nghiên cứu giới - Năm 1986, Moore Chapman chế tạo miếng ghép tổ hợp hai pha HA β –TCP [3] - Năm 1989 Daculsi.G nghiên cứu thay đổi tính chất hóa lý BCP ống nghiệm [9] - Năm 2003 Bagot.D nghiên cứu ứng dụng vật liệu xốp BCP phẫu thuật xương tai [6] - Năm 2003 Nich.C nghiên cứu ứng dụng vật liệu xốp BCP cấy ghép xương hông [19] - Năm 2003 Rochet.N nghiên cứu ảnh hưởng BCP lên tế bào xương người [21]; - Năm 2005 Livingston AT nghiên cứu ảnh hưởng BCP lên tế bào gốc người tạo nên hình thành xương [16]; - Năm 2006 Ogose.A nghiên cứu đánh giá mô học BCP ghép xương người [20] - Năm 2006 Mastrogiacomo nghiên cứu ảnh hưởng BCP lên tạo thành xương ống nghiệm [17] - Năm 2007 Byong-Taek Lee đồng nghiệp tổng hợp bột BCP kích thước nano dạng hình cầu phương pháp sử dụng vi sóng [8] - Năm 2008 Sun H nghiên cứu tính dẫn xương BCP tế bào gốc [22] - Năm 2013 Wen-Yu Su nghiên cứu BCP dùng làm chất mang thuốc Gentamicin chống viêm tủy xương [26]  Tình hình nghiên cứu nƣớc - Năm 2005, Đỗ Ngọc Liên nghiên cứu quy trình tổng hợp bột chế thử gốm xốp hydroxyapatit [3] - Năm 2009, Vũ Thị Dịu nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến bột hydroxyapatite kích thước nano điều chế từ canxi hydroxit [1] - Năm 2011, Nguyễn Văn Hưởng khảo sát trình tách số đặc trưng canxi hydroxyapatite từ xương động vật [2] - Năm 2012, Nguyễn Minh Kha, Huỳnh Kì Phương Hạ, Phạm Thị Ngọc Trâm, khoa kĩ thuật hóa học trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh tổng hợp nano tinh thể hydroxyapatite phương pháp sol-gel [4] - Năm 2012, Trần Thanh Trước, Tạ Văn Tấn, Lê Thị Mỹ Hoa trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm –TPHCM nghiên cứu tổng hợp bột nano biphasic calcium phosphate phương pháp microwave [5] 1.1.2 Ƣu điểm BCP Năm 1983, Klein đồng nghiệp lần tạo chi tiết ghép xương gốm chứa 100% HAp Thực tế cho thấy, phát triển xương miếng ghép có tốc độ phát triển chậm Điều tạo cho chất lượng xương nơi cấy ghép tốt, thời gian điều trị kéo dài Sau thí nghiệm Klein nhóm nhà khoa học khác, đứng đầu L.Geroa chế tạo chi tiết ghép xương chứa 100% pha β -TCP tốc độ phát triển xương non nhanh đưa đến kết không tốt cho yêu cầu phát triển xương [3] Chính việc chế tạo loại miếng ghép tổ hợp pha với loại HAp β-TCP cho loại vật liệu có hoạt độ tính tương thích sinh học tốt [3] BCP tiềm tốt cho ghép xương có thành phần gần với khoáng chất sinh học xương, phóng thích ion Ca2+ PO43- giúp tạo xương [11] 1.1.3 Các ứng dụng BCP -BCP tổng hợp có hoạt tính khả thích ứng sinh học tốt nên sử dụng rộng rãi phương diện lâm sàng dạng bột, viên, khối đặc, xốp loại composite khác [11] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 ... học Ngồi ra, nano calcium phosphate có hoạt tính sinh học cao hơn, hạt calcium phosphate kích thước nano dùng cấy ghép mơ với tính tương hợp sinh học cải thiện đáng kể [3] Calcium phosphate dùng... (HAp) [1] - β-tricalcium phosphate (β–TCP) [1] - Biphasic calcium phosphate (BCP) [1] Chúng khác thành phần mà cịn khác độ tan, tính tương hợp sinh học, tính chất lý Biphasic calcium phosphate (BCP,... biphasic calcium phosphate phương pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm Khảo sát ảnh hưởng pH tỉ lệ mol Ca/P đến kết tổng hợp biphasic calcium phosphate 2  Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp biphasic calcium