Hình 3. 19 Ảnh SEM và phân tích EDS giá thể chứa 10% HA
Sự phân tán của hydroxyapatite (các đốm trắng nhỏ) trong giá thể có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình hình thành và tái tạo xương, HA phân tán càng đều mức độ giải phóng Ca2+ càng lớn. Kết quả phân tích SEM của giá thể CS/TB có HA được trình bày ở hình 3.16 đến hình 3.19 cho thấy mức độ phân tán các hạt nano HA đều, tuy nhiên do hạt có kích thước nhỏ và diện tích bề mặt lớn dễ gây ra hiện tượng kết tụ khi tăng hàm lượng HA, hình 3.19 với giá thể 10% HA cho thấy HA bị kết tụ tạo thành viên có kích thước cỡ vài trăm µm trên bề mặt giá thể. Ngồi ra, kết quả phân tích EDS cho thấy tỉ lệ Ca2+ tăng lên khi tăng hàm lượng hydroxyapatite.
3.2.2 Phân tích FTIR
Kết quả đo FTIR của của giá thể chitosan được trình bày ở hình 3.20 cho thấy mẫu chitosan xuất hiện các peak như 3626 cm-1 và 3445 cm-1 đặc trưng cho nhóm OH- và nhóm NH2, peak sóng 2903 cm-1 đặc trưng cho nhóm CH2, sự xuất hiện peak tại số sóng 2334 cm-1 là do nhóm chức C-N bị béo dãn. Hai peak tại số sóng 1733 cm-1 và 1579 cm- 1 xuất hiện là do sự chuyển động của các phân tử N-H về phía xa nhau. Peak tại số sóng 1076 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-O.
Kết quả đo FTIR của giá thể chitosan, tinh bột, mẫu giá thể chitosan tinh bột tỷ lệ 4,5/5,5 khơng chứa HA được trình bày ở hình 3.20. Kết quả FTIR của tinh bột sau khi hồ hóa xuất hiện các peak như 3296 cm-1 đặc trưng cho nhóm OH-. Peak tại số sóng 2928 cm-1 đặc trưng cho liên kết CH2. Peak tại số sóng 1647 cm-1 đặc trưng cho dao động của OH và 1423 cm-1 đặc trưng cho dao động của CH2. Peak tại 1150 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-C. Peak tại sống sóng 934 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-O.
Kết quả đo FITR của giá thể CS/TB cho thấy sự tương đồng về các peak với FTIR của tinh bột và vẫn còn một peak nhọn ở số sóng 3626 cm-1 là peak đặc trưng cho nhóm NH2, điều này cho chúng ta biết chitosan và tinh bột vẫn cịn trong giá thể. Kết quả phân tích FTIR của Hydroxyapatite, giá thể CS/TB 0% HA, và giá thể CS/TB 2,5% HA được trình bày ở hình 3.21 cho thấy các peak đặc trưng của hydroxyapatite cũng xuất hiện ở các giá thể có HA, cụ thể là peak tại số sóng 3573 cm-1 đặc trưng cho nhóm OH-, peak tại 1453 cm-1 thể hiện sự xuất hiện của nhóm CO32-, sự xuất hiện peak tại 1010 cm-1 và 572 cm-1 cho thấy có nhóm chức PO43-. So với giá thể chứa 0%HA, giá thể chứa 2,5% HA xuất hiện các peak đặc trưng của HA như, peak tại số sóng 3573 cm-1 – nhóm OH-, peak tại 1068 cm-1 – CO32-, peak 1010 cm-1 – nhóm PO43-. Kết quả có sự kết hợp các peak của mẫu bột HA và các peak của mẫu giá thể CS/TB cho thấy sự có mặt của HA trong giá thể composite. Khảo sát kết quả phân tích FTIR của giá thể CS/TB/HA có tỷ lệ từ 2,5%, 5%, 7,5%, 10% tại hình 3.22 cũng cho thấy được cái peak dao động đặc trưng của HA trong giá thể như: peak tại số sống 3573 cm-1, 1068 cm-1, 1010 cm-1 và 572 cm-1.
Hình 3. 20 Kết quả phân tích FTIR của giá thể chitosan, màng tinh bột, mẫu giá thể chitosan tinh bột tỷ lệ 4,5/5,5, khơng chứa HA
Hình 3. 21 Kết quả phân tích FTIR của Hydroxyapatite, giá thể CS/TB 0% HA, và giá thể CS/TB 2,5% HA
Hình 3. 22 Kết quả phân tích FTIR của giá thể CS/TB/HA khi thay đổi hàm lượng HA từ 2.5%, 5.0%, 7.5% và 10%
3.2.3 Phân tích XRD
Hình 3. 23 Kết quả XRD của mẫu bột hydroxyapatite, màng tinh bột, giá thể chitosan, giá thể CS/TB, giá thể CS/TB/HA 2,5 %HA.
Kết quả phân tích XRD cho mẫu bột hydroxyapatite, màng tinh bột, giá thể chitosan, giá thể CS/TB, giá thể CS/TB/HA 2,5 %HA được trình bày ở hình 3.23 cho thấy giá thể chitosan có 2 peak nhiễu xạ chính là 11o và 17,7o. Trong khi đó, tinh bột quan sát được peak 17,5o và 19,7o [74]. 2 peak này rộng và khơng sắc nét nên có thể nói tinh bột sau khi hồ hóa có mức độ kết tinh thấp. Giá thể 0%HA là kết quả của sự kết hợp giữa chitosan và tinh bột, peak đặc trưng của chitosan và peak 17,5o của tinh bột không xuất hiện chứng tỏ khả năng chitosan và tinh bột đã phản ứng với nhau làm thay đổi sự sắp xếp mạng lưới tinh thể trong cấu trúc của chúng. Tuy nhiêu peak 19,7o đặc trưng cho tinh bột lại xuất hiện rõ nét ở giá thể này, điều này có thể là do sự sắp xếp lại của các mặt trong mạng lưới tinh bột trong q trình tạo giá thể. Kết quả phân tích giá thể 2,5% HA cho thấy đây là sự kết hợp của giá thể 0% HA đã được phân tán HA, các peak đặc trưng của HA như: 25,9o và 31,8o cũng xuất hiện ở giá thể 2,5% HA, điều này chứng tỏ HA đã có sự phân tán vào giá thể.
Hình 3. 24 Kết quả phân tích XRD của mẫu bột hydroxyapatite, giá thể CS/TB/H 2,5 %HA, 5% HA, 7,5%HA, 10%HA. 2,5 %HA, 5% HA, 7,5%HA, 10%HA.
Kết quả phân tích XRD của mẫu bột hydroxyapatite, giá thể CS/TB/H 2,5 %HA, 5% HA, 7,5%HA, 10%HA cho thấy các peak đặc trưng của HA như: 25,9; 31,8; 40,3, 46,9 thể hiện rõ và tăng về mặt cường độ khi tăng dần hàm lượng HA trong mẫu. hơn nữa khi phân tán HA vào giá thể hầu như khơng có xảy ra các phản ứng khác của HA với các thành phần của giá thể do vị trí của góc 2 theta của các đỉnh nhiễu xạ trong mẫu composite và HA riêng rẻ có giá trị khơng thay đổi,
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Nghiên cứu và chế tạo thành công giá thể rỗng trên nền chitosan, tinh bột và hydroxyapatite theo phương pháp đơng tụ-sấy thăng hoa. Kết quả khảo sát tính chất cơ lý của giá thể cho thấy giá thể CS/TB 4,5/5,5 ngâm trong dung dịch NaOH-Na2SO4 khuấy 6 giờ cho thấy giá thể này có cơ tính 111,71 KPa, độ rỗng 87,03%, độ trương 85,07%-103,18% tương ứng 24 giờ và 48 giờ, độ phân huỷ 17,22% 24,75% tương ứng 7 ngày-14 ngày phù hợp với yêu cầu giá thể cho mô xương. Nghiên cứu cũng chỉ rõ giá thể ngâm trong NaOH-Na2SO4 có cơ tính tốt hơn giá thể NaOH-EtOH 111,71 KPa > 60,72 KPa, độ rỗng của giá thể là 87,03% phù hợp cho tế bào tăng sinh, độ trương sau 48 giờ cho thấy giá thể SO4 có độ trương 103,18% thấp hơn nhiều so với giá thể EtOH 184,53% giúp giá thể được ổn định cấu trúc tốt hơn, độ phân huỷ sau 14 ngày của giá thể SO4 là 24,75% giúp giá thể có đủ thời gian giúp cho tế bào sinh trưởng.
Kết quả khảo sát hàm lượng hydroxyapatite ảnh hưởng đến giá thể cho thấy khi tăng hàm lượng HA từ 2,5%-10% thì modulus của giá thể cũng tăng lên từ 0,14854 KPa đến 0,16188 KPa, hàm lượng canxi giải phóng sau 21 ngày cũng tăng lên.
Kết quả phân tích FTIR của giá thể CS/TB cho thấy sự mất đi của peak 3626 cm-1 đặc trưng cho nhóm NH2 cho biết được chitosan và tinh bột đã phản ứng tạo các liên kết ngang với nhau, peak tại 3361 cm-1 đặc trưng cho nhóm OH- cho thấy vẫn cịn nhóm hydroxyl trong chuỗi polymer có khả năng phản ứng với nước khi ngâm trong dung dịch PBS. Khi thêm lượng HA vào giá thể, giá thể có HA xuất hiện các peak đặc trưng của HA như là peak tại số sóng 3573 cm-1 đặc trưng cho nhóm OH-, peak tại 1453 cm-1 thể hiện sự xuất hiện của nhóm CO32-, sự xuất hiện peak tại 1010 cm-1 và 572 cm-1 cho thấy có nhóm chức PO43-. Và khơng có sự thay đổi các peak so với giá thể 0% HA điều này cho thấy HA và giá thể chitosan/tinh bột không xảy ra phản ứng với nhau. Kết quả phân tích XRD cho thấy sự kết hợp của giá thể 0% HA và HA, các peak đặc trưng của HA như: 25,9o và 31,8o cũng xuất hiện ở giá thể 2,5% HA, điều này chứng tỏ HA đã có sự phân tán vào giá thể. Việc xuất hiện peak tại 19,7o đặc trưng cho tinh bột lại xuất hiện rõ nét ở giá thể này, điều này có thể là do sự kết tinh lại của tinh bột trong quá trình tạo
giá thể. Kết quả phân tích SEM cho thấy giá thể có kích thước lỗ từ 100-350 µm, mức độ phân tán HA đều, tuy nhiên HA có hiện tượng kết tụ trong trong giá thể. Hàm lượng canxi giải phòng sau 21 từ 2,5%HA đến 10%HA từ 14,61 ppm đến 26,01 ppm.
Kiến nghị
Trong q trình nghiên xuất hiện nhiều những sai sót và thiếu sót như: độ lệch chuẩn của kết quả đo còn lớn, chưa khảo sát thêm một số dung dịch đông tụ khác, các mốc thời gian khuấy khác nhau để tạo giá thể có được sự kết hợp giữa chitosan và tinh bột được tối ưu. Cịn thiếu sót các phép đo về kích thước và độ rỗng của giá thể sau quá trình phân huỷ 7 ngày và 14 ngày, kết quả đo tính chất cơ lý của giá thể chứa hydroxyapatite. Để tối ưu cho đề tài tơi đề nghị khảo sát một số tính chất như nói ở trên, ngồi ra các nghiên cứu trên tính chất phân huỷ sinh học của giá thể chứa hydroxyapatite một trong những yếu tố quan trọng trong kỹ thuật mô. Với những kiến nghị như trên là cần thiết để giúp đề tài được tối ưu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Tonsuaadu, Kaia, et al. "A review on the thermal stability of calcium apatites."
Journal of Thermal Analysis and Calorimetry” 110.2 (2012): 647-659. n.d.
[2]. Irfan, Mohammad, and Masooma Irfan. "Overview of hydroxyapatite and
structure, synthesis methods and its biomedical uses." Biomedical Letters 6.1
(2020): 17-22. composition. n.d.
[3]. Manalu, Jojorlamsihar, Bambang Soegijono, and Decky Jusiana Indrani.
"Characterization of hydroxyapatite derived from bovine bone." Asian Journal
of Applied Sciences 3.4 (2015).
[4]. Mondal, Sudip, Umapada Pal, and Apurba Dey. "Natural origin hydroxyapatite
scaffold as potential bone tissue engineering substitute." Ceramics International
42.16 (2016): 18338-18346.
[5]. Gallo, Riccardo. "Synthesis and characterization of substituted apatites for
biomedical applications." (2011).
[6]. ầiftỗiolu, Rukiye. The preparation and characterization of hydroxyapatite
bioceramic implant material. Izmir Institute of Technology (Turkey)”, 2000.
[7]. Orlovskii, V. P., V. S. Komlev, and S. M. Barinov. "Hydroxyapatite and
hydroxyapatite-based ceramics." Inorganic materials 38.10 (2002): 973-984.
[8]. Wopenka, Brigitte, and Jill D. Pasteris. "A mineralogical perspective on the
apatite in bone." Materials Science and Engineering: C 25.2 (2005): 131-143
[9]. Jazayeri, Hossein E., et al. "The cross-disciplinary emergence of 3D printed
bioceramic scaffolds in orthopedic bioengineering." Ceramics International
44.1 (2018): 1-9.
[10]. Astala, R., and M. J. Stott. "First principles investigation of mineral component
of bone: CO3 substitutions in hydroxyapatite." Chemistry of Materials 17.16
(2005): 4125-4133.
[11]. Best, S. M., et al. "Bioceramics: Past, present and for the future." Journal of the European Ceramic Society 28.7 (2008): 1319-1327.
[12]. Eliaz, Noam, and Noah Metoki. "Calcium phosphate bioceramics: a review of
their history, structure, properties, coating technologies and biomedical applications." Materials 10.4 (2017): 334.
[13]. Rivera-Muñoz, E.M. Hydroxyapatite-Based Materials “Synthesis and
Characterization. In Biomedical Engineering” Frontiers and Challenges; Fazel-
Rezai, R., Ed.; Intech Open: Rijeka, Croatia, 2011
[14]. Jazayeri, Hossein E., et al. "The cross-disciplinary emergence of 3D printed
bioceramic scaffolds in orthopedic bioengineering." Ceramics International
44.1 (2018): 1-9.
[16]. Venugopal, J., et al. "Biomimetic hydroxyapatite-containing composite
nanofibrous substrates for bone tissue engineering." Philosophical Transactions
of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 368.1917 (2010): 2065-2081
[17]. Bose, S., S. Tarafder, and A. Bandyopadhyay. "Hydroxyapatite coatings for
metallic implants." Hydroxyapatite (HA) for biomedical applications.
Woodhead Publishing, 2015. 143-157.
[18]. Petricca, Sarah E., Kacey G. Marra, and Prashant N. Kumta. "Chemical
synthesis of poly (lactic-co-glycolic acid)/hydroxyapatite composites for orthopaedic applications." Acta Biomaterialia 2.3 (2006): 277-286.
[19]. Hu, Qiaoling, et al. "Preparation and characterization of biodegradable
chitosan/hydroxyapatite nanocomposite rods via in situ hybridization: a potential material as internal fixation of bone fracture." Biomaterials 25.5
(2004): 779-785
[20]. Xu, Hockin HK, et al. "Calcium phosphate cements for bone engineering and
their biological properties." Bone research 5.1 (2017): 1-19
[21]. Khalyfa, Alaadien, et al. "Development of a new calcium phosphate powder-
binder system for the 3D printing of patient specific implants." Journal of
Materials Science: Materials in Medicine 18.5 (2007): 909-916.
[22]. Pardun, Karoline, et al. "Mixed zirconia calcium phosphate coatings for dental
implants: Tailoring coating stability and bioactivity potential." Materials
Science and Engineering: C 48 (2015): 337-346.
[23]. Robyt, John F. "Starch: structure, properties, chemistry, and enzymology." Glycoscience. Springer, Berlin, Heidelberg, 2008. 1437-1472.
[24]. Phạm Ngọc Lân (2007). “Vật liệu Polyme phân hủy sinh học”. NXBBách khoa, Hà Nội
[25]. Gracza, Rezsoe. "Minor constituents of starch”, ln: Whistler, RL; Paschall, EF; BeMiller, JN; Roberts, HJ, eds. Starch: Chemistry and technology, vol l.
Fundamental aspects." (1965): 105-131.
[26]. Jiang, Tianyu, et al. "Starch-based biodegradable materials: Challenges and
opportunities." Advanced Industrial and Engineering Polymer Research 3.1
(2020): 8-18.
[27]. Hanashiro, Isao, et al. "Examination of molar-based distribution of A, B and C
chains of amylopectin by fluorescent labeling with 2-aminopyridine."
Carbohydrate Research 337.13 (2002): 1211-1215.
[28]. Morell, Mathew K., Michael S. Samuel, and Michael G. O'Shea. "Analysis of
starch structure using fluorophore‐assisted carbohydrate electrophoresis."
Electrophoresis 19.15 (1998): 2603-2611.
[29]. Hizukuri, Susumu, et al. "Multi-branched nature of amylose and the action of
[30]. Takeda, Yasuhito, et al. "Structures of branched molecules of amyloses of
various origins, and molar fractions of branched and unbranched molecules."
Carbohydrate Research 165.1 (1987): 139-145.
[31]. Green, Mark M., Glenn Blankenhorn, and Harold Hart. "Which starch fraction
is water-soluble, amylose or amylopectin?." Journal of Chemical Education
52.11 (1975): 729.
[32]. Giri, Preetam, Chetan Tambe, and Ramani Narayan. "Using Reactive Extrusion
to Manufacture Greener Products: From Laboratory Fundamentals to
Commercial Scale." Biomass Extrusion and Reaction Technologies: Principles
to Practices and Future Potential. Ameri
[33]. Xie, Fengwei, et al. "Starch-based nano-biocomposites." Progress in polymer science 38.10-11 (2013): 1590-1628.
[34]. Mohammadi Nafchi, Abdorreza, et al. "Thermoplastic starches: Properties,
challenges, and prospects." Starch‐Stärke 65.1‐2 (2013): 61-72. I. Tomka,
“Thermoplastic starch.,” Adv. Exp. Med. Biol., vol. 302, pp. 627–637, 1991. [35]. I. Tomka, “Thermoplastic starch.,” Adv. Exp. Med. Biol., vol. 302, pp. 627–
637, 1991.
[36]. Phạm Thế Trinh (2004). “Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước KC-02.09”: Nghiên cứu
[37]. Yu, Long, and G. Christie. "Microstructure and mechanical properties of
orientated thermoplastic starches." Journal of materials science 40.1 (2005):
111-116.
[38]. Monica Fescher, Pierre Wursch, Eric Plante (1999). “Modified Starch”. US Patent
[39]. Wan-Jin Lee, Young-Nam Youn, Yeon-Hum Yun, Soon-Do Yoon (2007). [40]. Li, Ming, et al. "Biodegradation of starch films: The roles of molecular and
crystalline structure." Carbohydrate polymers 122 (2015): 115-122.
[41]. Rodrigues, Asha, and Martins Emeje. "Recent applications of starch derivatives
in nanodrug delivery." Carbohydrate polymers 87.2 (2012): 987-994.
[42]. Kumar, Majeti NV Ravi. "A review of chitin and chitosan applications." Reactive and functional polymers 46.1 (2000): 1-27.
[43]. Costa-Júnior, Ezequiel S., et al. "Preparation and characterization of
chitosan/poly (vinyl alcohol) chemically crosslinked blends for biomedical applications." Carbohydrate Polymers 76.3 (2009): 472-481.
[44]. Domard, Apud. "pH and cd measurements on a fully deacetylated chitosan”: application to CuII—polymer interactions." International Journal of Biological Macromolecules 9.2 (1987): 98-104.
[45]. Cho, Yong-Woo, et al. "Preparation and solubility in acid and water of
[46]. Chattopadhyay, D. P., and Milind S. Inamdar. "Aqueous behaviour of
chitosan." International Journal of Polymer Science 2010 (2010).
[47]. Kasaai, Mohammad R., Joseph Arul, and Gérard Charlet. "Intrinsic viscosity–
molecular weight relationship for chitosan." Journal of Polymer Science Part B:
Polymer Physics 38.19 (2000): 2591-2598.
[48]. Aranaz, Inmaculada, Ruth Harris, and Angeles Heras. "Chitosan amphiphilic
derivatives. Chemistry and applications." Current Organic Chemistry 14.3
(2010): 308-330.
[49]. Bernkop-Schnürch, Andreas, and Sarah Dünnhaupt. "Chitosan-based drug
delivery systems." European journal of pharmaceutics and biopharmaceutics
81.3 (2012): 463-469.
[50]. Salama, Alaa H., Heba Elmotasem, and Abeer AA Salama. "Nanotechnology
based blended chitosan-pectin hybrid for safe and efficient consolidative antiemetic and neuro-protective effect of meclizine hydrochloride in chemotherapy induced emesis." International
[51]. Campos, Estefânia VR, Jhones L. Oliveira, and Leonardo F. Fraceto. "Poly