DACN tìm hiểu về vật liệu y sinh bản sửa 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH KTVL TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU Y SINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN: Th.S Nguyễn Việt Bách Huỳnh Trường An B1705336 Nguyễn Lý Tâm Anh B1705337 Lê Mạnh Can B1705339 Nghành: Kỹ thuật vật liệu-Khóa 43 Tháng 06/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH KTVL TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU Y SINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN: Th.S Nguyễn Việt Bách Huỳnh Trường An B1705336 Nguyễn Lý Tâm Anh B1705337 Lê Mạnh Can B1705339 Nghành: Kỹ thuật vật liệu-Khóa 43 Tháng 06/2020 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Th.S Nguyễn Việt Bách cán hướng dẫn người trực tiếp bảo, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hồn thành tốt đồ án Nếu khơng có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy chúng em nghĩ báo cáo khó thực Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy Trong q trình thực đề tài, sai sót điều khó tránh khỏi, kinh nghiệm thực tiễn hạn chế, chúng em mong nhận ý kiến góp ý, hỗ trợ thầy, để chúng em học tập thêm kinh nghiệm nâng cao kiến thức hồn thành tốt đồ án tới Trân trọng cảm ơn ǃ Tháng 06/2020 Nhóm 01 Nhóm 01 i Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH SÁCH HÌNH v DANH SÁCH BẢNG vi LỜI MỞ ĐẦU vii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU Y SINH 1.1 KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU Y SINH 1.2 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VẬT LIỆU Y SINH 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU Y SINH 1.4 CÁC YÊU CẦU KHI LỰA CHỌN VẬT LIỆU Y SINH .3 CHƯƠNG KỸ THUẬT SẢN XUẤT VẬT LIỆU Y SINH 2.1 KỸ THUẬT IN 3D 2.1.1 In li-tô lập thể 2.1.2 Mơ hình hóa lắng đọng nóng chảy 2.1.3 Thiêu kết laser chọn lọc .6 2.1.4 In 3D sinh học .6 2.2 KỸ THUẬT PHỦ BỀ MẶT 2.2.1 Phun plasma 2.2.2 Kỹ thuật sol-gel CHƯƠNG QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ TÍNH TƯƠNG HỢP SINH HỌC CỦA VẬT LIỆU Y SINH ĐỐI VỚI CƠ THỂ NGƯỜI 3.1 ĐÁNH GIÁ IN VITRO 3.1.1 Kiểm tra độc tính 3.1.2 Kiểm tra nhiễm độc gen 10 3.1.3 Kiểm tra tính tương thích máu 10 Nhóm 01 ii Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh 3.2 ĐÁNH GIÁ TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG VẬT 11 3.2.1 Thử nghiệm tính chức vật liệu 11 3.2.2 Thử nghiệm tính khơng chức 11 3.2.3 Thử nghiệm ex vivo 11 3.3 ĐÁNH GIÁ SỬ DỤNG LÂM SÀNG 11 CHƯƠNG ỨNG DỤNG VẬT LIỆU Y SINH VÀO TRONG CÁC LĨNH VỰC Y HỌC .13 4.1 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU Y SINH VÀO TRONG LĨNH VỰC NHA KHOA PHỤC HỒI 13 4.1.1 Vật liệu sứ nha khoa nha khoa phục hồi 13 4.1.2 Vật liệu kim loại/hợp kim nha khoa phục hồi 15 4.1.3 Vật liệu composite nha khoa phục hồi .17 4.2 ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU Y SINH TRONG LĨNH VỰC CHẤN THƯƠNG CHỈNH HÌNH .19 4.2.1 Silicone chấn thương chỉnh hình .19 4.2.2 Vật liệu gốm y sinh Hydroxyaphatit (HAp) 20 4.2.3 Cacbon nano composite chấn thương chỉnh hình 20 CHƯƠNG KẾT LUẬN 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 Nhóm 01 iii Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT FDA Cục quản lí thực phẩm dược phẩm Mĩ ISO Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế Hb Huyết sắt tố ASTM Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Mĩ USP Hội đồng dược điển hoa kỳ ADA Hiệp hội nha khoa hoa kỳ Bis-GMA Bisphenol A-glycidyl methacrylate UDMA Urethane dimethacrylate TEGDMA Triethylene Glycol Dimethacrylate MPS 3-Methacryloxy propyl trimethoxy silane CAD/CAM Thiết bị có sử dụng thiết kế máy tính hỗ trợ máy tính VNH Độ cứng Vicker HAp Hydroxyaphit CNT Ống nano cacbon CNF Sợi nano cacbon PND Hạt nano cacbon SLA In li-tô lập thể SLS Thiêu kết laser chọn lọc FDM Mơ hình hóa lắng đọng nóng chảy Nhóm 01 iv Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh DANH SÁCH HÌNH Hình 1-1 Vật liệu y sinh thay chức xương khớp Hình 1-2 Số lượng báo khoa học qua năm tốc độ tăng trưởng Hình 2-1 Cánh tay giả tạo phương pháp in li-tô lập thể Hình 2-2 Quá trình thiêu kết laser chọn lọc Hình 2-3 Quá trình phun plasma Hình 2-4 Sơ đồ thể quy trình sol-gel Hình 3-1 Quy trình kiểm tra nhiễm độc gen 10 Hình 4-1 Phục hồi phương pháp cấy ghép implant 13 Hình 4-2 Cấu trúc hóa học silicone 19 Hình 4-3 Cơng thức hóa học HAp 20 Nhóm 01 v Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh DANH SÁCH BẢNG Bảng 1-1 Sự khác biệt vật liệu y sinh có nguồn gốc sinh học vật liệu y sinh có nguồn gốc tổng hợp Bảng 4-1 Độ bền uốn sứ nha khoa phụ thuộc vào chất pha tinh thể phương pháp gia công 14 Bảng 4-2 Phân loại vật liệu dựa sở thành phần kim loại quý 16 Bảng 4-3 Đặc tính học hợp kim nha khoa 16 Bảng 4-4 Cấu tạo đặc điểm nhóm sứ-kim loại 17 Nhóm 01 vi Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh LỜI MỞ ĐẦU Khi xã hội ngày phát triển, người mong muốn có sống chất lượng hơn, thoải mái vấn đề sức khỏe ln ln đặt lên hàng đầu Theo y học phát triển vượt bậc, nhiều loại thuốc đời, máy móc trang thiết bị đại xuất hiệt đặc biệt phát triển nhân tố quan trọng Vật liệu y sinh - dạng vật liệu có khả thích ứng với chế sinh học – sinh lý thể người Thông thường, vật liệu y sinh tìm thấy ca phẫu thuật thẩm mỹ (filter độn cằm V-Line, silicone độn ngực phụ nữ), nha khoa (răng sứ), phẫu thuật chỉnh hình (ốc vít cố định xương bị gãy),… Nhu cầu sử dụng đến vật liệu y sinh ngày cao, mở cho Công nghệ vật liệu y sinh kỉ nguyên mới, kỉ nguyên phát triển vượt bậc loại vật liệu y sinh Ở Việt Nam, vật liệu y sinh sử dụng rộng rãi người tiếp nhận theo chiều hướng tích cực, ví dụ như: filter, silicone, gốm sứ, Hơn nữa, nước ta có nhiều cơng trình nghiên cứu Vật liệu y sinh Nhóm nghiên cứu Phịng Vật liệu Nano Y sinh, Viện Khoa học Vật, Viện Hóa học tiến hành nghiên cứu ứng dụng chitosan cấu trúc nano y sinh học (chế tạo hệ dẫn thuốc, gốm y sinh…) xử lý môi trường (kháng khuẩn, hấp phụ kim loại nặng), phương pháp điện hóa, nhà khoa học thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tổng hợp thành công màng hydroxyapatit (HAp) để phủ lên bề mặt vật liệu hợp kim y sinh, sử dụng ngành phẫu thuật chấn thương chỉnh hình,… Chính vậy, báo cáo “Tìm hiểu vật liệu y sinh” thực nhằm mục đích đưa nhìn khái quát vật liệu y sinh, yêu cầu khắc khe lựa chọn vật liệu, kỹ thuật sản xuất vật liệu số ứng dụng chúng Nhóm 01 vii Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh CHƯƠNG QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ TÍNH TƯƠNG HỢP SINH HỌC CỦA VẬT LIỆU Y SINH ĐỐI VỚI CƠ THỂ NGƯỜI Trong nhiều thập kỷ, rủi ro vật liệu y sinh y học dẫn đến ý nhà khoa học Nhiều chuyên gia tổ chức tiêu chuẩn đề nghị kiểm tra đưa quy định tính tương thích sinh học vật liệu với thể người Tiêu chuẩn đề xuất tổ chức quan quản lí thực phẩm dược phẩm (FDA) tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO) Đánh giá tính tương hợp sinh học thường xảy theo quy trình từ nghiên cứu invitro, nghiên cứu động vật cuối đến kiểm tra việc sử dụng lâm sàng 3.1 ĐÁNH GIÁ IN VITRO [3][13] Kiểm tra In vitro thực bên thể sinh vật sống nơi vật liệu kiểm tra đặt tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với tế bào thành phần riêng biệt sinh vật Có hai loại tế bào sử dụng: tế bào sơ cấp dòng tế bào liên tục Tế bào sơ cấp lấy từ sinh vật sống sau trực tiếp ni cấy phát triển tế bào môi trường nhân tạo Các tế bào phát triển thời gian định trường mơi ni cấy, giữ lại nhiều tế bào có tính đặc trưng thể sinh vật Dòng tế bào liên tục biến đổi thành tế bào sơ cấp phân chia với tần số không giới hạn Do biến đổi đó, tế bào khơng giữ lại tất điểm đặc trưng thể sinh vật, chúng biểu nhiều tính đặc trưng thể Kiểm tra In vitro nói chung nhanh hơn, rẻ hơn, lặp lại nhiều lần so với thử nghiệm in vivo Ngoài kiểm tra in vitro cho phép kiểm sốt mơi trường tế bào việc xác định chi tiết phản ứng vật liệu tế bào Tuy nhiên, việc kiểm tra in vitro thử nghiệm lâm sàng đáng nghi ngờ 3.1.1 Kiểm tra độc tính [3][23][26][13],[14],[15] Theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO 10993-5) kiểm tra độc tính in vitro Các tế bào ni mơi trường nhân tạo sau tiếp xúc với vật liệu thử nghiệm khoảng thời gian Tùy thuộc vào chất vật liệu, nơi sử dụng chất sử dụng, tế bào kiểm tra phép thử tiếp xúc trực tiếp, tiếp xúc gián tiếp phép thử chiết xuất chất lỏng Khả gây độc tố vật liệu đánh giá phương pháp định lượng định tính: Nhóm 01 Định tính: Các tế bào đánh dấu chất nhuộm màu tế bào Những tế bào sống có màu giống với màu chất nhuộm gắn liền với Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh - môi trường nuôi cấy, tế bào chết tách khỏi môi trường nuôi cấy trình định hình Kết độc tố đánh giá định tính đo số tế bào thiếu hụt môi trường Định lượng: Đánh giá độc tố định lượng cách đánh giá hàng loạt thông số khác như: số lượng tế bào cịn sống, lượng protein, lượng giải phóng chất nhuộm,… 3.1.2 Kiểm tra nhiễm độc gen [25][26][16],[17] Vật liệu “ nhiễm độc gen” vật liệu gây hại cho gen hay thành phần khác tế bào kiểm sốt tính tồn vẹn gen Phương pháp thử nghiệm Ames thường sử dụng đánh giá nhiễm độc gen vật liệu Theo phương pháp (Hình 3-1), chủng vi khuẩn Salmonella typhimurium mang đột biến điểm để ngăn ngừa tổng hợp axit amin histidine Điều có nghĩa tế bào có chứa vi khuẩn Salmonella typhimurium phát triển khơng có axit amin Tế bào ni cấy mơi trường có chứa vật liệu cần khảo sát độc tính Nếu đột biến gen xảy trình đảo ngược gen bắt đầu khuẩn lạc xuất hiện, số lượng khuẩn lạc xuất định vật liệu có ảnh đến gen hay khơng Hình 3-1 Quy trình kiểm tra nhiễm độc gen 3.1.3 Kiểm tra tính tương thích máu [3][13] Kiểm tra khả tương thích máu kiểm tra tương tác vật liệu máu tạo Hb (huyết sắc tố) Vật liệu ủ khoản thời Nhóm 01 10 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh gian định dung dịch máu pha loãng nước muối Kết khả tương thích máu vật liệu thể qua số lượng Hb, thời gian đơng máu 3.2 ĐÁNH GIÁ TRÊN MƠ HÌNH ĐỘNG VẬT [3][13] Động vật thử ngiệm việc đánh giá tính tương hợp sinh học vật liệu thường động vật có vú chuột, thỏ, khỉ, … nguyên nhân cấu tạo thể động vật có tính tương đồng với cấu tạo thể người từ dự đốn khả gây hại vật liệu đến người Đánh giá tính tương hợp sinh học động vật phải tuân thủ theo tiêu chuẩn tổ chức phủ FDA quan điều hành ASTM, ISO, USP Các nhà nghiên cứu phải tối thiểu tín nhiệm mặt khoa học việc sử dụng động vật sống phải giảm đến mức tối thiểu việc gây đau đớn, nguy hiểm tác hại khác cho động vật thử nghiệm 3.2.1 Thử nghiệm tính chức vật liệu [1] Thử nghiệm cần ghép vật liệu có chức vào thể động vật ví dụ ghép khớp háng tim vùng tổ chức động vật theo cách phẫu thuật tương tự người Những vật liệu sử dụng ngắn hạn cấy vào loài gậm nhấm hay thỏ; vật liệu sử dụng dài hạn cấy ghép vào lồi động vật có tuổi thọ trung bình dài chó, cừu, lợn Sau vật liệu cấy ghép vào động vật quan sát kiểm tra độ bám dính, tính tương thích, khả tụ máu vật liệu 3.2.2 Thử nghiệm tính khơng chức [3][13] Trong trường hợp này, mẫu có hình dạng ghép vào mơ mềm (dưới da, cơ, bụng) qua quy trình tiểu phẫu Nghiên cứu cần khoảng thời gian ngắn (vài ngày đến vài tháng) cung cấp thông tin giá trị tương tác mô-vật liệu y sinh chỗ biến chứng hệ thống gây kích ứng da, sưng, viêm,… 3.2.3 Thử nghiệm ex vivo [1] Các động mạch – tĩnh mạch tĩnh mạch – tĩnh mạch lấy từ máu động vật, qua thử nghiệm vật liệu đưa trở lại thể động vật Trong trường hợp này, liệu thu nhận để xác định tính tương hợp sinh học máu vật liệu tích lũy protein, bám dính tế bào máu đóng cục bề mặt vật liệu 3.3 ĐÁNH GIÁ SỬ DỤNG LÂM SÀNG [1] Nếu thử nghiệm in vitro động vật thành cơng khơng thể tiên đốn tác động vật liệu người thử nghiệm lâm sàng Các thử nghiệm lâm sàng phải thành công trước phận giả sử dụng rộng rãi cho bệnh nhân Quy trình đánh giá sử dụng lâm sàng thực Nhóm 01 11 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh tình nguyện viên (người khỏe mạnh người mắc bệnh cụ thể tương ứng với loại vật liệu) Người tham gia thử nghiệm phải mua bảo hiểm cho rủi ro cấy ghép vật liệu Hơn nữa, quy trình chi tiết mơ tả vật liệu, q trình phẫu thuật, xử lý hậu phẫu, chăm sóc người thử nghiệm đánh giá khác so sánh sức khỏe người nhận trước sau cấy ghép, so sánh người nhận với người khỏe mạnh nhóm thích hợp (tuổi, giới tính, mơi trường sống làm việc…) phải phù hợp với quy định FDA nhằm bảo vệ quyền lợi người tham gia thử nghiệm lâm sàng Nhóm 01 12 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh CHƯƠNG ỨNG DỤNG VẬT LIỆU Y SINH VÀO TRONG CÁC LĨNH VỰC Y HỌC 4.1 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU Y SINH VÀO TRONG LĨNH VỰC NHA KHOA PHỤC HỒI [14][6] Nha khoa phục hồi nhóm nghành y nha khoa, nghiên cứu việc tái lập mơ cứng nhóm bị tổn thương bệnh lý chấn thương Thủ thuật phổ biến để tái lập nhổ bỏ Sau đó, lắp giả hoàn toàn phần Đối với bệnh nhân bẩm sinh có bất thường cấu trúc hàm mặt chấn thương, ứng dụng thủ thuật tái lập không hiệu cao Trong trường hợp này, phẫu thuật cấy ghép giải pháp tốt (Hình 3-1) Những vật liệu thường sử dụng tái lập cấy ghép vật liệu kim loại/hợp kim, gốm vật liệu composite Hình 4-1 Phục hồi phương pháp cấy ghép implant[27][18] 4.1.1 Vật liệu sứ nha khoa nha khoa phục hồi 4.1.1.1 Giới thiệu [4][19] Vật liệu sứ sử dụng nha khoa phục hồi có chất vật liệu vơ khơng kim loại địi hỏi nhiệt độ cao q trình gia cơng Vật liệu sứ có độ cứng lớn có tính giịn độ bền kéo Đặc tính tương tự đặc tính nên việc áp dụng sứ vào nha khoa có phần thích hợp Bên cạnh vật liệu sứ có tính cách nhiệt tốt, bền vững mơi trường miệng có màu giống thật chịu loại khử trùng Sứ nha khoa xử lí thơng qua Nhóm 01 13 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh cơng nghệ sản xuất phụ gia kỹ thuật khác như: ép đùn, phun vật liệu, phun chất kết dính 4.1.1.2 Phân loại sứ nha khoa [4][19] Cấu trúc sứ nha khoa gồm pha thủy tinh bao bọc xung quanh pha tinh thể Tỉ lệ pha thủy tinh cao, sứ độ bền chống nứt gãy thấp Bên cạnh tỉ lệ pha thủy tinh thể độ vật liệu sứ nha khoa chất, mật độ pha tinh thể phương pháp chế tạo (bảng 3-1) thể đặc tính học sứ nha khoa Bảng 4-1 Độ bền uốn sứ nha khoa phụ thuộc vào chất pha tinh thể phương pháp gia công Pha tinh thể Độ bền uốn (Mpa) Phương pháp gia công Zirconia (ZrO2) 900 CAD/CAM Alumina (Al2O3) 650 Feldspar (KAlSi3O8) 105 Leucite (KalSi2O6) 135 Alumina (Al2O3) 446 Spinel (MgAl2O4) 378 Zirconia (ZrO2) 604 Leucite (KalSi2O6) 121 Lithium disilicate (Li2Si2O5) 350 Lithium Phosphate (Li3PO4) 164 Leucite (KalSi2O6) 104 Alumina (Al2O3) 139 Fluorapatite (Ca5(PO4)3F) 80 Leucite (KalSi2O6) 70 Đút trược Ép nhiệt Thiêu kết Sứ-kim loại thiêu kết Vật liệu sứ nha khoa sử dụng cho phục hình sứ-kim loại (mão cầu), phục hình tồn sứ (mão, cầu, inlay, onlay) phục hình tháo lắp (răng sứ cho hàm giả) Nhóm 01 14 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh 4.1.2 Vật liệu kim loại/hợp kim nha khoa phục hồi 4.1.2.1 Giới thiệu [1] Kim loại hợp kim (hỗn hợp pha trộn hai hay nhiều nguyên tố kim loại phi kim nhằm cải thiện mội số đặc tính học lý học) sử dụng nha khoa phục hồi có độ bền độ cứng cao, nhiên hợp kim sử dụng phổ biến kim loại đặc tính hợp kim ưu việt kim loại Kim loại/hợp kim nha khoa phục hồi thường sử dụng để làm inlay, onlay, mão phục hình cố định kim loại-sứ, kim loại- nhựa,… kim loại/hợp kim cần phải đáp ứng đòi hỏi chung sau: - Có tính tương hợp sinh học, khơng gây độc tính dị ứng người sử dụng Có tính kháng ăn mịn khơng bị thay đổi mơi trường miệng Các tính chất học lí học phải đáp ứng với giá trị tối thiểu thay đổi phù hợp cho ứng dụng khác phục hình Dễ gia cơng khơng phản ứng với vật liệu làm khuôn đúc, giá vật liệu tạo thành không đắt 4.1.2.2 Phân loại [20] Hợp kim nha khoa phân loại từ năm 1932 hiệp hội nha khoa Hoa Kỳ (ADA) Ban vật liệu nha khoa Văn phòng quốc gia tiêu chuẩn Hoa Kỳ hoàn thiện dần năm 2003 Năm 1932, Ban vật liệu nha khoa Văn phòng quốc gia tiêu chuẩn Hoa Kỳ phân loại hợp kim thành bốn typ: - Typ I: mền, số độ cứng Vickers (VNH) từ 50 – 90 Typ II: trung bình, VNH 90 – 120 Typ III: cứng, VNH 120 – 150 Typ IV: cứng, VNH ≥ 150 Phân loại ADA gồm bốn loại áp dụng cho hợp kim vàng Năm 1984, ADA dựa sở thành phần kim loại quý phân loại hợp kim thành hợp kim quý, hợp kim quý, hợp kim thường (bảng 4-2) nhằm mục đích ước lượng giá phục hồi cần cho bác sĩ, kỹ thuật viên, bệnh nhân quan bảo hiểm Nhóm 01 15 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh Bảng 4-2 Phân loại vật liệu dựa sở thành phần kim loại quý Typ hợp kim Tổng lượng kim loại quí thành phần (theo khối lượng) Rất quý ≥ 40 wt% Au ≥60%wt nguyên tố kim loại quí (Au + Ir + Os + Pd + Rh + Ru) Quý ≥ 25 wt% nguyên tố kim loại quí Thường < 25 wt% nguyên tố kim loại quí Năm 1989, phân loại gồm bốn typ hợp kim phải đáp ứng kiểm tra độc tính, đổi màu, giới hạn chảy dẻo, phần trăm dãn dài phải phù hợp (bảng 4-3) Bảng 4-3 Đặc tính học hợp kim nha khoa Typ Giới hạn chảy dẻo (MPa) Dãn dài tối thiểu (%) Sau ủ Sau làm cứng Sau ủ Sau làm cứng I Tối đa 100 Không 18 Không II 140 – 200 Không 19 Không III 200 – 300 Không 12 Không IV ≥ 340 500 10 Năm 2003, hội đồng ADA xem xét lại phân loại thêm titanium vào mục riêng nha khoa 4.1.2.3 Ứng dụng kim loại/hợp kim nha khoa phục hồi [21] Vật liệu kim loại/hợp kim sử dụng nha khoa phục hồi chủ yếu dùng phục hình kim loại-sứ, vật liệu sử dụng phổ biến chia làm ba nhóm răng-sứ kim loại thường, sứ titan sứ kim loại quý (bảng 4-4) Nhóm 01 16 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh Bảng 4-4 Cấu tạo đặc điểm nhóm sứ-kim loại Răng sứ kim loại thường Răng sứ titan Răng sứ kim loại quý Cấu tạo Lớp sườn cấu tạo từ Lớp sườn chủ yếu hợp kim chất kim loại làm hợp kim Crom, Coban, Niken Titan (Titan, Niken, Crom) Nhưng chủ yếu titan Lớp sườn chủ yếu làm số kim loại quý vàng, bạc, bạch kim Đặc điểm - Trọng lượng nặng, giá - Nhẹ, thích hợp thành rẻ, thẩm mỹ phục hình sứ - Có độ bền thấp, lâu Titanium kim dài bị đổi màu chức loại trơ hồn tồn khơng gây kích nhai ứng cho - Có khả chịu lực tốt thường sử dụng phục hình hàm có lực nhai mạnh - Khơng bị đổi màu hay đen viền mơi - Có khả chịu trường miệng lực cao - Độ bền cao, có tuổi - Răng sứ titan có thọ 15 năm độ bền khoảng 10 – 15 năm 4.1.3 Vật liệu composite nha khoa phục hồi 4.1.3.1 Giới thiệu [11][15][22],[23] Vật liệu composite vật liệu tạo thành từ hai hay nhiều loại vật liệu thành phần khác nhằm tạo vật liệu có tính chất ưu việt vật liệu thành phần Trong nha khoa vật liệu composite gồm ba thành phần chính: - - - Nhóm 01 Thành phần nhựa: hình thành từ monomer thơng qua phản ứng polymer hóa Trong composite nha khoa monomer thường dùng Bis-GMA, UDMA, TEGDMA Thành phần độn: dùng để cải thiện tính chất composite nha khoa Chất độn thường dùng composite nha khoa hạt silicate glass Thành phần liên kết: chất nối bề mặt chất độn vào nhựa chất liên kết thường dùng khoáng hữu 3-Methacryloxy propyl trimethoxy silane (MPS) 17 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh 4.1.3.2 Phân loại [6][15][23],[24] Có nhiều cách phân loại vật liệu composite nha khoa phân loại dựa theo thành phần nhựa, thành phần chất độn, kích thước hạt chất độn, phương pháp trùng hợp, định,… phân loại dựa kích thước hạt chất độn khuyến khích dựa vào kích thước hạt chất độn xác định tính chất composite nha khoa Dựa vào thành phần kích thước hạt chất độn composite nha khoa phân chia bảng: Loại Macrofilled Tỉ lệ thành phần Kích thước hạt ( ) Tính chất vật liệu 78 wt% 1-35 Khó đánh bóng, bề mặt thơ, có khả chống gãy vỡ 0,04-0,75 Dễ đánh bóng, bề mặt mịn, tính kém, số sản phẩm dễ bị mài mòn 0,5-2 0,04 Khả đánh bóng tốt macrofilled, tính khả kháng mài mịn cao microfilled 0,01-3 Có chứa chất độn zirconia (ZrO2)/Silica (SiO2) 55 vol% Microfilled 35-80 wt% 20-59 vol% Hybridfilled 74-87 wt% 52- 72 vol% Continuumfilled 86,6 wt% Kích thước hạt trung bình 0,9 Nanohybrid 72-87 wt% 58-71 vol% Nhóm 01 0,4-0,9 0,015-0,05 Sự tương tác chất độn nhựa tốt loại khác kích thước hạt gần kích thướng đại phân tử polymer 18 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh 4.1.3.3 Ứng dụng vật liệu composite nha khoa Vật liệu composite sử dụng nha khoa chủ yếu dùng để trám răng, tùy thuộc vào vị trí trám, kích thước lỗ trám mà sử dụng loại composite khác 4.2 ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU Y SINH TRONG LĨNH VỰC CHẤN THƯƠNG CHỈNH HÌNH [25] Chấn thương chỉnh hình chuyên ngành ngoại khoa, nghiên cứu, chữa trị phương pháp phẫu thuật Các bệnh lý chấn thương chỉnh hình thường bị chấn thương (trật khớp, gãy xương) hay bệnh lí mắc phải (thốt vị đĩa điệm, thối hóa khớp gối,…) bị dị tật bẩm sinh (dính ngón tay, ngón chân, bàn chân khòe,…) Vật liệu sử dụng phổ biến chấn thương chỉnh hình silicone, gốm Hydroxapatit cacbon nanocomposite 4.2.1 Silicone chấn thương chỉnh hình 4.2.1.1 Giới thiệu [1] Silicone hợp chất cao phân tử (polymer) có tên hóa học dimethulpolysiloxane, với thành phần chủ yếu silicon kết hợp với oxygen, carbon gốc hữu ethyl, methyl, phenyl Cấu trúc hóa học (hình 3-2) gồm chuỗi liên kết silicon-oxygen (-Si-O-Si-O-) liên kết ngang với nguyên tử carbon Bằng cách biến đổi kiểu liên kết cấu trúc phân tử người ta tạo dạng tồn khác silicone dạng lỏng (fluid), dạng gel, dạng dẻo, dạng rắn Hình 4-2 Cấu trúc hóa học silicone 4.2.1.2 Phân loại Trong lính vực chấn thương chỉnh hình silicone lỏng (silicone fuild) silicone dẻo (sililastic) hai dạng silicone sủ dụng chủ yếu a) Silicone lỏng [26]: Silicone lỏng thiết kế sử dụng y học silicone MDX 44011, có độ nhớt cao gấp 350 lần độ nhớt nước (350 centistokes so với độ nhớt nước centistoke) Silicone có độ nhớt cao bị hấp thu, giữ hình khối, bị biến dạng Silicon lỏng có đặc tính lý hóa silicone nói chung có ưu điểm dễ sữ dụng Silicon lỏng hỗn hợp pha với số chất khác dầu thực vật, acid béo…được sử dụng để bơm vào làm đầy khuyết Nhóm 01 19 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh lõm da, làm tăng khối lượng tổ chức theo ý muốn Thẩm mỹ chưa hài lịng lấy để thay đổi chỉnh sửa dễ dàng b) Silicone dẻo [26]: Silicone dạng quen thuộc với giới làm đẹp loại miếng ghép cấy độn cho nhiều vùng thể: sông mũi, cằm, má, bắp chân, ngực, mông,…với tên gọi thông dụng implant Dạng silicone sữ dụng từ lâu sử dụng phổ biến giới Ngồi đặc tính chung silicone, loại implant cịn có nhiều ưu điểm thuận lợi cho sử dụng mềm mại, dai, chắc, dễ thao tác phẫu thuật, dễ đẽo gọt chỉnh sửa theo yêu cầu, dễ tạo hình theo hình dạng quan cần cấy ghép 4.2.2 Vật liệu gốm y sinh Hydroxyaphatit (HAp) [12][27] Hydroxyaphatit (HAp) có cơng thức hóa học Ca10(PO4)6(OH)2 canxi hydroxyaphatit (Hình 3-2) HAp có tỷ lệ Ca/P giống tỉ lệ Ca/P tự nhiên xương người (Ca/P = 1,67), có chất hóa học cấu trúc nên dễ dàng tương hợp sinh học xương thể người Hình 4-3 Cơng thức hóa học HAp[30][28] Trong chấn thương chỉnh hình (HAp) thường sử dụng dạng bột với kích thước nano để thay xương phủ lên bề mặt kim loại để tăng khả tương thích vật liệu cấy ghép với thể người 4.2.3 Cacbon nano composite chấn thương chỉnh hình [8][9][29],[30] Cacbon nano composite loại vật liệu composite gia cường cấu trúc nano ống nano cacbon (CNT), sợi nano cacbon (CNF) hạt nano cacbon (PND) Trong chấn thương chỉnh hình cacbon nano composite thường gia cường CNT CNF tính đặc trưng chúng khối lượng riêng nhẹ, độ bền kéo uốn cao Cacbon nano composite thường mạ vật liệu y sinh khác vật liệu polymer composite, HAp,… nhằm cải thiện độ bền học khả bám dính vật liệu đến tế bào Nhóm 01 20 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh CHƯƠNG KẾT LUẬN Vật liệu y sinh loại vật liệu dùng để sửa chữa thay phận người nhằm mục đích đưa thể trạng thái bình thường, nhiên khơng phải vật liệu trở thành vật liệu y sinh mà cần phải qua trình kiểm tra nghiêm ngặt Đầu tiên vật liệu phải có khả tương hợp sinh học, khả chế tạo, có tính chức khả chịu loại khử trùng, kế vật liệu đánh giá in vitro, mơ hình động vật đánh giá lâm sàng, tất trình đạt yêu cầu vật liệu xem vật liệu y sinh Trong lĩnh vực nha khoa phục hồi vật liệu y sinh thường sử dụng vật liệu kim loại/hợp kim, sứ nha khoa vật liệu composite vật liệu có độ cứng cao thích hợp cho việc phục hồi lĩnh vực chấn thương chỉnh hình vật liệu thường sử dụng phải có tính tương hợp xương nên vật liệu thường sử dụng silicone, gốm Hydroxyaphatit cacbon nano composite Nhóm 01 21 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo sách: [1].Trần Lê Bảo Hà, T.M.Q., Đồn ngun vũ, Cơng nghệ vật liệu sinh học [2].Alizadeh-Osgouei, M., Y Li, and C Wen, A comprehensive review of biodegradable synthetic polymer-ceramic composites and their manufacture for biomedical applications Bioactive Materials, 2019 4: p 22-36 [3].Ibrahim, M.S., N.A El-Wassefy, and D.S Farahat, Biocompatibility of dental biomaterials, in Biomaterials for Oral and Dental Tissue Engineering 2017 p 117-140 [4].Tsoi, J.K.H., - Ceramic materials in dentistry, in Advanced Dental Biomaterials, Z Khurshid, et al., Editors 2019, Woodhead Publishing p 55-78 [5].Givan, D.A., Precious Metals in Dentistry Dental Clinics of North America, 2007 51(3): p 591-601 [6].Mirmohammadi, H., 30 - Resin-based ceramic matrix composite materials in dentistry, in Advances in Ceramic Matrix Composites (Second Edition), I.M Low, Editor 2018, Woodhead Publishing p 741-762 [7].Colas, A and J Curtis, - Silicones, in Handbook of Polymer Applications in Medicine and Medical Devices, K Modjarrad and S Ebnesajjad, Editors 2013, William Andrew Publishing: Oxford p 131-143 [8].Yang, L., - Bioinspired nanopolymers and nanocomposites for orthopedic applications, in Nanotechnology-Enhanced Orthopedic Materials, L Yang, Editor 2015, Woodhead Publishing: Oxford p 77-96 [9].Yang, L., - Carbon nanostructures: new materials for orthopedic applications, in Nanotechnology-Enhanced Orthopedic Materials, L Yang, Editor 2015, Woodhead Publishing: Oxford p 97-120 [10].Th.S Lục Vân Thương, T.H.V.C., Ứng dụng công nghệ phun phủ plasma vật liệu hợp kim-gốm tăng độ bền mịn, chịu mài mịn trục máy khoan, doa CNC số chi tiết máy [11].TUAN, T.A., Nghiên cứu sử dụng vật liệu composit để phục hình thẩm mĩ cửa lâm sàng 2001 [12].Lê HồKhánh Hỷ*, P.X.K., Đào Việt Hà, Nguyễn Thu Hồng, Phan Bảo Vy, Đoàn Thị Thiết, Nguyễn Phương Anh, Một số đặc tính canxi hydroxyapatit chiết xuất từ xương cá ngừ vằn Katsuwonus pelamis 2018 [13].Lữ Khánh Duy, H.T.L., Phan Phúc Thiện, Nguyễn Thanh Thúy, Tống Thị Thanh Thúy, Trần Thị Minh Thùy, Nhan Minh Trí, Phạm Dương Tú Trinh, Phan Nguyễn Thanh Tuyền, Tiểu luận vật liệu sinh học chấn thương chỉnh hình, nha khoa 2012 Nhóm 01 22 Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh [14].NGND, G.B.H.T.H., BS Hoàng Đạo Bảo Trâm, Mở đầu sở sinh học chửa [15].Ts Trương Nhật Khuê (chủ biên), T.Đ.D.G.H., Ths Nguyễn Thị Bích Ngọc, Ths Nguyễn Phúc Vinh, Giáo trình trang thiết bị vật liệu nha khoa 2017 Tài liệu tham khảo website: [16].https://pkdkhuynhtrungdung.com/ung-dung-cong-nghe-nano-trong-cayghep-va-phau-thuat/.-Thời gian truy cập: ngày 11/05/2020 [17].https://www.wikihow.vn/T%C3%ADnh-T%E1%BB%B7-l%E1%BB%87t%C4%83ng-tr%C6%B0%E1%BB%9Fng-h%C3%A0ng-n%C4%83m.-Thời gian truy cập: ngày 11/05/2020 [18].https://vnexpress.net/10-su-kien-the-gioi-nam-2012-2407591.html gian truy cập: ngày 11/05/2020 -Thời [19].https://www.sciencedirect.com/search?qs=Biomedical%20materials&artic leTypes=FLA&lastSelectedFacet=articleTypes.- -Thời gian truy cập: ngày 11/05/2020 [20]https://medicalfuturist.com/3d-printing-in-medicine-and-healthcare/.-Thời gian truy cập ngày 19/06/2020 [21].http://www.3dmaker.vn/2013/12/phuong-phap-sls-trong-in-an-3dselective-laser-sintering/.- Thời gian truy cập: 19/06/2020 [22].https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/engineeringtechnology/manupedia/thermal-spraying-hardfacing.-Thời gian truy cập: ngày 12/05/2020 [23].https://vanbanphapluat.co/tcvn-7391-5-2005-danh-gia-sinh-hoc-y-te-phan5-phep-thu-doc-tinh-te-bao-in-vitro - Thời gian truy cập: 20/05/2020 [24].https://www.mddionline.com/practical-guide-iso-10993-5-cytotoxicity.Thời gian truy cập: 20/05/2020 [25].https://en.wikipedia.org/wiki/Ames_test.- Thời gian truy cập: 20/05/2020 [26].https://www.youtube.com/watch?v=9sCHHD5dqy0&t=135s.- Thời gian truy cập: 20/05/2020 [27].https://nhakhoachoban.vn/hoi-mat-rang-ham-cay-ghep-implant-phuc-hoiduoc-khong.html.- Thời gian truy cập: 25/05/2020 [28].https://nhakhoaparis.vn/rang-su-kim-loai.html.25/05/2020 Thời gian truy cập: [29].http://thytkontum.edu.vn/chan-thuong-chinh-hinh-la-gi-bac-si-chanthuong-chinh-hinh-la-gi/.- Thời gian truy cập: 21/05/2020 [30].https://www.wikiwand.com/vi/Hydroxyapatite - Thời gian truy cập: ngày 21/05/2020 Nhóm 01 23 ... vật liệu y sinh giảm xuống 1 .3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU Y SINH [1] Dựa vào nguồn gốc, vật liệu y sinh chia làm hai loại vật liệu y sinh có nguồn gốc sinh học vật liệu y sinh có nguồn gốc tổng hợp Vật. .. xương bị g? ?y) ,… Nhu cầu sử dụng đến vật liệu y sinh ng? ?y cao, mở cho Công nghệ vật liệu y sinh kỉ nguyên mới, kỉ nguyên phát triển vượt bậc loại vật liệu y sinh Ở Việt Nam, vật liệu y sinh sử dụng... khái quát vật liệu y sinh, y? ?u cầu khắc khe lựa chọn vật liệu, kỹ thuật sản xuất vật liệu số ứng dụng chúng Nhóm 01 vii Đề tài: Tìm hiều vật liệu y sinh CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU Y SINH 1.1