ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTVL - nhóm 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KTVL TỔNG HỢP GỐM XỐP HYDROXYAPATITE ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT MÔ XƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS.Hồ Quốc Phong NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN: Lê Hoàng Huy B1705345 Phạm Mai Hương B1705347 Ngành: Kỹ Thuật Vật Liệu- Khóa 43 Tháng 06/2020 Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian, từ bắt đầu nhận đồ án, chúng em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý thầy cô mơn Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học, khoa Cơng Nghệ, trường Đại Học Cần Thơ Thầy tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên ngành, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em vững vàng va chạm với vấn đề mới, kiến thức mới, giúp ích cho chúng em đến gần với đường tương lai phía trước Bên cạnh đó, chúng em đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Hồ Quốc Phong Thầy tận tình dạy cho chúng em suốt thời gian từ bắt đầu đến kết thúc đồ án Mặc dù khiến thức chuyên ngành y sinh chúng em cịn hạn chế, thầy ln quan tâm truyền đạt cho chúng em kiến thức mới, kỹ để đồ án hoàn chỉnh ngày hơm Ngồi ra, chúng em xin chân thành cảm ơn anh (chị) khoa bạn hỗ trợ, giúp đỡ trình thực đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! SVTH:Lê Hoàng Huy - Phạm Mai Hương Trang i Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH .vi DANH MỤC BẢNG viii LỜI MỞ ĐẦU ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kỹ thuật mô xương: 1.2 Điều kiện ứng dụng scaffold kỹ thuật mô xương: 1.2.1 Tính tương thích sinh học: 1.2.2 Độ bền học: 1.2.3 Kích thước lỗ xốp: 1.2.4 Khả hấp thụ sinh học: 1.3 Tổng quan gốm xốp hydroxyapatite: 1.4 Cấu trúc tính chất gốm xốp HA: 1.4.1 Cấu trúc: .3 1.4.2 Tính chất: 1.4.2.1 Tính chất vật lí: 1.4.2.2 Tính chất hóa học: .5 1.4.2.3 Tính chất sinh học: CHƯƠNG 2: CÁC NGUỒN TỔNG HỢP VÀ TỰ NHIÊN ĐỂ CHẾ TẠO HYDROXYAPATITE .7 2.1 Nguồn tổng hợp: 2.1.1 Phương pháp sol-gel: 2.1.2 Phương pháp kết tủa hóa học: 11 2.1.3 Phương pháp thủy nhiệt: .15 2.1.4 Một số phương pháp tổng hợp khác: 19 2.2 Nguồn tự nhiên: 20 SVTH:Lê Hoàng Huy - Phạm Mai Hương Trang ii Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong 2.2.1 Nguồn xương động vật: 20 2.2.3 Thực vật tảo: 25 2.2.2 Nguồn vỏ: 29 2.2.4 Nguồn khoáng sản: .32 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GỐM XỐP HYDROXYAPATITE TRONG KỸ THUẬT MÔ XƯƠNG 35 3.1 Cấu trúc phân cấp xương: 35 3.2 Tính chất học xương: .35 3.3 Ứng dụng gốm xốp HA kỹ thuật mô xương: 37 3.4.1 Nanocomposite chitosan-nano hydroxyapatite (CTS-nHA): 37 3.4.2 Nanocomposite nano hydroxyapatite-collagen (nHAC): .40 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 SVTH:Lê Hoàng Huy - Phạm Mai Hương Trang iii Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 10p 10 phút 5h AA Axit ascorbic Ba Bari Ca Canxi CHĐBM Chất hoạt động bề mặt CNTs Carbon nanotubers Co Collagen CS Cộng CT Chitin CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide CTS Chitosan CTS-nHA Chitosan – nano hydroxyapatite EDS Phổ tán xạ lượng tia X EDTMP Ethylene diamine tetra (methylene phosphoric acid) EtOH Ethanol F Flo Gly Glycin GPa Giga pascal HA Hydroxyapatite K Kali Mg Magie MPa Mega pascal nHA Nano hydroxyapatite nHAC Nano hydroxyapatite/ collagen nHACP Nano hydroxyapatite/ collagen/ poly l-lactic axit P Photpho PE400 Polyethylene glycol PLLA Poly l-lactic axit PVP Polyvinyl pyrrolidone Scaffold Khung 3D xốp SEM Kính hiển vi điện tử qt Ser Serine SVTH:Lê Hồng Huy - Phạm Mai Hương Trang iv Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong Sr Stronti STT Số thứ tự TCP Tricalcium phosphate TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua TXL Tiền xử lý XRD Quang phổ nhiễu xạ tia X Zn Kẽm β-TCP βê ta – tricalcium phosphate SVTH:Lê Hoàng Huy - Phạm Mai Hương Trang v Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong DANH MỤC HÌNH Hình 1 Cấu trúc sở HA Hình Cấu trúc mạng sở tinh thể HA a) Dạng lục phương (trái), b) Dạng đơn tà (phải) Hình Cơng thức cấu tạo phân tử HA Hình Ảnh SEM dạng tồn tinh thể HA: a)Dạng hình que; b) Dạng hình trụ; c) Dạnh hình cầu; d) Dạng hình sợi; e) Dạng hình vảy; f) Dạng hình kim Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý tổng hợp n-HA phương pháp sol-gel Hình 2 Sơ đồ nguyên lý tổng hợp nHA phương pháp kết tủa hóa học 12 Hình Sơ đồ nguyên lý phương pháp thủy nhiệt tổng hợp HA .16 Hình Các nguồn tự nhiên để tổng hợp hydroxyapatite (HA) .20 Hình Phương pháp tổng hợp HA từ xương động vật 21 Hình Quá trình tổng hợp HA từ chất thải thực vật .26 Hình Ảnh vi mô SEM hạt nano hydroxyapatite (n-HA) tổng hợp từ chất thải thực vật khác nhau: a) Chiết xuất vỏ khoai tây b) Chiết xuất vỏ cam c) Chiết xuất đu đủ d) Chiết xuất hoa calendula e) HA thương mại .26 Hình Phương pháp chiết xuất HA từ gỗ 28 Hình Các nguồn vỏ để tổng hợp HA: a) Hàu, b) Ốc bờ c) Sò, d) Hến, e) Ốc sên, f) Trứng gà, g) Sò điệp, h) Ốc biển 29 Hình 10 Phương pháp tổng hợp HA từ nguồn vỏ 30 Hình 11 Phương pháp tổng hợp HA từ đá vôi 33 Hình 12 Quá trình tổng hợp HA từ đá vôi .34 Hình Cấu trúc phân cấp xương 35 Hình Cấu trúc phân cấp xương từ cấp độ macro đến nano .36 Hình 3 Công thức cấu tạo chitosan (poly β-(1-4)-D-glucosamin) 38 Hình Sơ đồ tổng hợp nanocomposite CTS-nHA .39 Hình 5: Ảnh SEM minh họa hình thái nguyên bào xương (NBX) nuôi cấy scaffold CTS CTS-nHA NBX trước nuôi cấy bề mặt CTS sau: a) Ngày 1, b) ngày 3, c) ngày d) ngày 21 nuôi cấy tế bào, bề mặt CTSnHA sau e) ngày 1, f) ngày 3, g) ngày h) ngày 21 nuôi cấy tế bào .40 SVTH:Lê Hoàng Huy - Phạm Mai Hương Trang vi Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong Hình Mơ hình tạo khiếm khuyết xương thân dê (40mm) : a) Trước cấy; b) Sau cấy 42 Hình Ảnh X quang nhóm khuyết tật 15 tuần sau phẫu thuật (a); Nhóm PLLA tinh khiết tuần (b1), lúc 10 tuần (b2) 15 tuần (b3); Nhóm nHACP lúc tuần (c1), lúc 10 tuần (c2) lúc 15 tuần (c3); Nhóm nHACP gia cố sợi chitin tuần (d1), lúc 10 tuần (d2) 15 tuần (d3) 43 SVTH:Lê Hoàng Huy - Phạm Mai Hương Trang vii Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong DANH MỤC BẢNG Bảng 1- Phần trăm khối lượng chất xương Bảng 2- Một số báo tiêu biểu tổng hợp HA phương pháp sol-gel .8 Bảng 2- Tiền chất photpho sử dụng tổng hợp sol-gel 10 Bảng 2- Một số báo tiêu biểu tổng hợp HA phương pháp kết tủa hóa học 13 Bảng 2- Một số báo tiêu biểu tổng hợp HA phương pháp thủy nhiệt 17 Bảng 2- Một số báo tiêu biểu tổng hợp HA từ nguồn xương động vật 22 Bảng 2- Tỷ lệ Ca/P tính tốn dựa kết phân tích EDS 24 Bảng 2- Các thành phần chất thải thực vật .25 Bảng 2- Một số báo tiêu biểu tổng hợp HA từ nguồn vỏ 30 Bảng 3- Tính chất học xương hydroxyapatite (HA) 37 SVTH:Lê Hoàng Huy - Phạm Mai Hương Trang viii Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong LỜI MỞ ĐẦU Xương phần quan trọng thể người, có ý nghĩa to lớn mặt sinh học cấu trúc Về mặt sinh học, xương nơi tập trung nhiều canxi nơi sản sinh tế bào máu, nâng đỡ bảo vệ thể Còn mặt cấu trúc xương khung đỡ cho phận khác, hình thành nên kiến trúc hình dáng thể Cấu tạo xương gồm: nước, dịch sinh học, mơ sợ có chất chất hữu (collagen) hợp chất vô cơ, chủ yếu hydroxyapatite Xương tồn nhiều dạng khác như: dạng gốm đặc khít bề mặt xương (HA chiếm đến 90-98% khối lượng), dạng gốm xốp xương ống (HA chiếm 60-70 %) dạng xương non [1] Khi xương bị chấn thương, tai nạn bệnh tật ghép xương lựa chọn hàng đầu bệnh nhân Việc ghép xương đóng vai trị học sinh học, phục vụ cho việc khôi phục cấu trúc xương ban đầu, lắp đầy lỗ xốp tăng cường phục hồi xương nhanh chóng Nhưng phần lớn thủ tục ghép xương chủ yếu sử dụng xương tự nhiên từ autografts (xương từ bệnh nhân) allografts (xương từ người mất) Trong việc sử dụng xương từ vật liệu tổng hợp chiếm tỷ lệ Xương tự nhiên lựa chọn thay tối ưu, mang toàn cấu trúc xương, bao gồm thành phần vô hữu chúng có hạn chế nghiêm trọng thủ tục cấy ghép xương cho bệnh nhân Autografts liên quan đến việc thu hoạch mô xương từ vật chủ cấy ghép vào vị trí cần thiết thể Nhưng việc sử dụng vết mổ thứ hai từ vật chủ đòi hỏi chữa lành vết thương sau lần phẩu thuật gây đau đớn cho bệnh nhân sau cấy ghép Mặt khác, Allografts chúng đến từ quan người mất, điều nguy hiểm khả mang theo virus từ người lớn, đồng thời chúng dễ dàng loại bỏ khỏi hệ thống miễn dịch tái hấp thu phản ứng miễn dịch Ngoài ra, việc sử dụng xương từ người dễ dàng việc phụ thuộc hoàn toàn vào thân nhân người Do đồ án này, chúng em giới thiệu vật liệu hydroxyapatite (HA) xốp khoáng apatite chiếm phần lớn xương người để phục vụ cho công việc cấy ghép tái tạo xương cho bệnh nhân không may bị khiếm khuyết hay xương tai nạn SVTH:Lê Hoàng Huy - Phạm Mai Hương Trang ix ... cấp xương: 35 3. 2 Tính chất học xương: .35 3. 3 Ứng dụng gốm xốp HA kỹ thuật mô xương: 37 3. 4.1 Nanocomposite chitosan-nano hydroxyapatite (CTS-nHA): 37 3. 4.2 Nanocomposite... cấp xương từ cấp độ macro đến nano .36 Hình 3 Cơng thức cấu tạo chitosan (poly ? ?-( 1-4 )-D-glucosamin) 38 Hình Sơ đồ tổng hợp nanocomposite CTS-nHA .39 Hình 5: Ảnh SEM minh họa hình thái... (d2) 15 tuần (d3) 43 SVTH:Lê Hoàng Huy - Phạm Mai Hương Trang vii Đồ án chuyên ngành KTVL GVHD: Hồ Quốc Phong DANH MỤC BẢNG Bảng 1- Phần trăm khối lượng chất xương Bảng 2- Một số báo tiêu