5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

ĐẶT VẤN ĐÈ 
Apatit là họ khoáng photphat của canxi có cơng thức chung là Caio(P04)6M2, gồm
 bốn dạng thƣờng đƣợc nhắc đến là hyđroxyapatit, floro apatit, cloro apatit và bromo
apatit với M = OH, F, Cl, Br tƣơng ứng. Trong bốn dạng này, hyđroxyapatit (viết tắt là
HA) đang đƣợc tập trung nghiên cứu do các đặc tính quý giá nhƣ có hoạt tính và độ
tƣơng thích sinh học cao với các tế bào và các mô, tạo liên kết trực tiếp với xƣơng non
dẫn đến sự tái sinh xƣơng nhanh mà không bị cơ thế đào thải [22], [23]... HA có cấu trúc
tinh thế thuộc dạng lục phƣơng hoặc dạng đơn tà. Do có cùng bán chất hố học   và cấu
trúc, HA là dạng canxi photphat dễ hấp thu nhất đổi với cơ thế con ngƣời và có tỷ lệ Ca/P
đúng nhƣ tỷ lệ Ca/P tự nhiên trong xƣơng và răng.  
Các nghiên cứu tập trung vào tống hợp HA ở các dạng bột mịn và siêu mịn, dạng
khối xốp, dạng màng bằng các phƣơng pháp khác nhau và khảo sát các đặc tính của
chúng đế mở rộng khả năng ứng dụng. 
ơ dạng bột, các nhà nghiên cún đang cố gắng điều chế HA kích thƣớc nano (trong
khoảng 20 - 1 OOnm) để góp phần nâng cao khả năng hấp thụ của cơ thế. HA bột dạng vi
tinh thế cùng với một số khoáng chất bố sung khác đã đƣợc dùng trong bào chế thuốc

chống loãng xƣơng và thực phẩm chức năng bố sung canxi, xử lý các khuyết tật trong
xƣơng do chấn thƣơng... 
ơ dạng màng, một lớp màng HA mỏng phủ trên gốm nhân tạo có thế tăng cƣờn g
khả năng liên kết giữa xƣơng nhân tạo với mô và xƣơng tụ' nhiên.  

HA dạng khối xốp đƣợc ứng dụng để sửa chữa các khuyết tật của xƣơng và răng.
 Ngoài ra, các nghiên cứu cho thấy, HA dạng khối xốp bền trong các dịch sinh lý của cơ
thế và có tác dụng nhả chậm các dƣợc chất đi kèm với nó [25], [26]. 
Ở nƣớc ta, các vật liệu vơ cơ có khả năng ứng dụng trong y sinh học nói chung và
dƣợc phẩm nói riêng đã đƣợc quan tâm từ lâu. Tuy nhiên, việc ứng dụng các vật liệu vô
cơ trong y sinh học và dƣợc học cịn nhiều hạn chế. Từ năm 2005, nhóm nghiên cứu
thuộc Phịng Hố Vơ cơ, Viện Hố học (Viện KH&CN Việt Nam) đã thực hiện các
-1-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

nghiên cứu về tổng hợp vật liệu HA dạng bột [5] và dạng xốp [27] hƣớng đến ứng dụng
trong dƣợc học và y sinh học. 
Đế góp phần hồn thiện quy trình chế tạo HA kích thƣớc nano ứng dụng trong y
sinh học và dƣợc học, tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ánh hưởng đến bột
hyđroxyapatit Ca1 (PO 
 ) 
 kích thước nano điểu chế từ canxi hyđroxií Ca(OH)2 ”. 
4 6(OH) 
 

2 
0 

Các đặc trƣng quan trọng của bột HA nhƣ độ đơn   pha, độ tinh thể, hình dạng, kích
thƣớc hạt... có ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu quả sử dụng. Do vậy, trên cơ sở tống hợp bột
HA kích thƣớc nano, luận văn tập trung vào khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến chất
lƣợng sản phẩm (độ đơn pha, độ tinh thể, kích thƣớc hạt...) theo những nội dung sau:  

- Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ.  
- Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ cấp axit. 
- Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ chất phản ứng ban đầu.  
- Khảo sát ảnh hƣởng của các loại dung môi trong hỗn hợp phản ứng (nƣớc, etanol,
hồn hợp etanol + nƣớc). 

- Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn. 
- Nghiên cứu sơ bộ ảnh hƣởng của hiệu ứng siêu âm. 
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thu đƣợc, lựa chọn các thông số công nghệ cho
quy trình sản xuất HA.

-2-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng


n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

CHƢƠNG I: TỎNG QUAN 
1.1. 

Tính chất của hyđroxyapatit 

1.1.1. Tính chất vật lý 

Hydroxyapatit (HA), Cai0(PO4)6(OH)2, có màu trắng, trắng ngà, vàng nhạt hoặc

xanh lơ, tuỳ theo điều kiện hình thành, kích thƣớc hạt và trạng thái tập hợp. HA có nhiệt
độ nóng chảy 1760°c và nhiệt độ sơi 2850°c, độ tan trong nƣớc 0,7g/l, khối lƣợng mol
 phân tử 1004,60g, khối lƣợng riêng là 3,156g/cm3, độ cứng theo thang Mohs bằng 5. 
Các tinh thể HA tự nhiên và nhân tạo thƣờng tồn tại ở dạng hình que, hình kim, hình
vảy,... [29]. Sử dụng phƣơng pháp hiến vi điện tử SEM hoặc TEM có thế nhận biết đƣợc
các dạng tồn tại của tinh thế HA (Hình 1.1).

8221 I2KU X40,000 ìeenm uo 6 

 Hình 1.1: Anh hiếu vi điệu tử của các tỉnh thê HA (a) - Dạng hình que 
trụ 
(d) - Dạng hình sợi 

(b) - Dạng hình

(c) - Dạng hình cầu 
(e) - Dạng hình vảy 


(f) - Dạng hình kim 

HA tồn tại ở hai dạng cấu trúc là dạng lục phƣơng (hexagonal) và dạng đơn tà
(monoclinic). HA dạng lục phƣơng thƣờng đƣợc tạo thành trong quá trình điều chế ở
nhiệt độ tù‟ 25 đến 100°c, còn dạng đơn tà chủ yếu đƣợc sinh 

-3-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

ra khi nung dạng lục phƣơng ở 850°c trong khơng khí sau đó làm nguội đến nhiệt độ
 phòng. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hai dạng này giống nhau hồn tồn về sổ lƣợng và
vị trí của các vạch nhiễu xạ. Chúng chỉ khác nhau về cƣờng độ của pic, dạng đơn tà
cho các pic có cƣờng độ yếu hơn các pic của  dạng lục phƣơng khoảng 1% [14].
Cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh thế HA gồm các ion Ca 2+, PO43' và OH' đƣợc sắp
xếp nhƣ hình 1.2a. 0  mạng này có dạng hình lục phƣơng , thuộc nhóm khơng gian
P63/1T1  với các hằng số mạng a = 0,9417nm, b = 0,9417nm và c = 0,6875nm, a = p =

90° và Ỳ = 120° [30]. Đây là cấu trúc thƣờng gặp của HA tổng hợp, trong thành phần
của xƣơng và ngà răng [31]. 


 

 Hình 1.2: Cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh thê HA Ở men răng, các tinh 
thể HA sắp xếp rất đặc khít với nhau bởi các ơ mạng cơ sở thuộc hệ đơn tà, nhóm
khơng gian P2 i/b (hình 1.2b). Các hằng số mạng lần lƣợt có giá trị: a = 0,9421 nm, b =
1,8843nm và c = 0,688lnm, a = p = 90° v à y = 120° [32].

Công thức cấu tạo của phân tử HA đƣợc the hiện trên hình 1.3, có thể nhận thấy
 phân tử HA có cấu trúc mạch thẳng, các liên kết Ca - o là liên kết cộng hố trị. Hai
nhóm OH đƣợc gắn với hai nguyên tử p ở hai đầu mạch [35]:

-4-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

 Hình 1.3 : Cơng thức cấu tạo của phân tử HA 
1.1.2. Tính chất hố học 

• 


HA khơng phản ứng với kiềm nhƣng phản ứng với axit tạo thành các muối

canxi và nƣớc: 
Cai0(PO4)6(OH)2 + 2HC1 3Ca 3(P04)2 + CaCl2 + 2H20

• 

(1.1)

HA tƣơng đối bền nhiệt, bị phân huỷ chậm trong khoảng nhiệt độ từ 800°c

đến 1200°c tạo thành oxy-hydroxyapatit theo phản ứng: 
Ca10(PO4)6(OH)2 -> Ca10(PO4)6(OH)2.2xOx + xH20 (0 < X < 1)

• 

(1.2)

Ở nhiệt độ lớn hơn 1200°c, HA bị phân huỷ thành Ị3 - Ca3(P04)2 (p

TCP) và Ca4P209 hoặc CaO:

Ca10(PO4)6(OH)2 ^

2Ị3 - Ca3(P04)2 + Ca4 p209 + H20

(1.3)

Ca10(PO4)6(OH)2 ^


3P - Ca3(P04)2 + CaO + H20

(1.4)

1.1.3. Tính chất sinh 

học [35] 

• 

 Nhƣ đã trình bày ở trên, do có cùng bản chất và thành phần hoá 

học, HA tụ‟ nhiên và nhân tạo đều là những vật liệu có tính tƣơng thích sinh học cao. Ớ
dạng bột mịn kích thƣớc nano, HA là dạng canxi photphat dễ đƣợc cơ thế hấp thụ nhất
với tỷ lệ Ca/P trong phân tủ' đúng nhƣ tỷ lệ trong xƣơng và răng, ơ dạng màng vàdạn g
xốp, HA có thành phần  
tính

học  vàcác đặc 

hố

giống xƣơng tự nhiên, các lồ xốp liên thông với nhau  làm cho các mơ sợi, 

mạch máu dễ dàng xâm nhập. Chính vì vậy mà vật liệu này có tính tƣơng thích sinh học
cao với các tế bào và mơ, có tính dẫn xƣơng tốt, tạo liên kết trục tiếp với xƣơng non dẫn
đến sự tái sinh xƣơng nhanh mà không bị cơ thế

-5-


/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

đào thải. Ngoài ra, HA là họp chất không gây độc, không gây dị ứng cho cơ thể ngƣời và 
có tính sát khuẩn cao. 
 

•
Hợp chất HA tƣơng đối bền với dịch men tiêu hố, ít chịu ảnh hƣởng của dung
dịch axit trong dạ dày. Ở dạng bột mịn kích thƣớc nano, HA đƣợc cơ thế ngƣời hấp thụ
rất nhanh qua niêm mạc lƣỡi và thực quản. Vì những đặc tính này, bột HA   kích thƣớc
nano đƣợc dùng làm thuốc bổ sung canxi với hiệu quả cao. 
Đe chế tạo vật liệu HA có tính tƣơng thích sinh học cao, cần nghiên cứu và chọn
lựa các thông số cơng nghệ phù hợp với mỗi mục đích ứng dụng trong y sinh học và dƣợc
học. 

1.2.  Vai trò và ứng dụng của HA 

Xƣơng là phần quan trọng của cơ thể ngƣời, có ý nghĩa to lớn về mặt sinh học và
cấu trúc, về mặt sinh học, xƣơng là nơi tập trung canxi nhiều nhất và là nơi sản xuất các

tế bào máu. Còn về mặt cấu trúc, xƣơng là khung đờ cho các bộ phận khác, h ình thành
nên kiến trúc và hình dáng cơ thế. Chất khống trong xƣơng gồm chủ yếu là HA dạng
khối xốp và một số chất chứa Na+, K +, Mg2+, cr, F", CO32" [38],[39]. 
Khi mới sinh ra, xƣơng có tỷ lệ collagen nhiều và tỷ lệ khống ít. Càng lớn lên, tỷ
lệ khống càng tăng lên, xƣơng càng trở nên giòn, dễ gãy. Trong xƣơng ngƣời trẻ tuối thì
các pha vơ định hình chiếm ƣu thế và chỉ có một phần chuyến hố thành pha tinh thế, cịn
ở ngƣời trƣởng thành thì đến 70% khối lƣợng của xƣơng là HA. HA có vi cấu trúc là các
sợi tinh thế dài khoảng 10 -7- 15nm kết thành bó xốp với độ xốp tù' 40 -7- 60% gồm các
mao quản thông nhau tạo ra phần khung của xƣơng [7]. Do có hoạt tính sinh học, có khả
năng tƣơng thích với các cấu trúc xƣơng và có tính dẫn xƣơng tốt nên HA có thê đƣợc
dùng đế nối ghép, thay thế xƣơng trong cơ thê ngƣời. Các phẫu thuật ghép xƣơng, chỉnh

hình đã đạt đƣợc nhiều thành tựu nhờ ứng dụng vật liệu y sinh HA.  
Một vấn đề lớn khác đối với y học thế giới đó là căn bệnh lỗng xƣơng. Mặc dù
khơng gây tử vong nhƣng bệnh  loãng xƣơng ảnh hƣởng rất nhiều đến chất lƣợng cuộc
sống của sổ đông ngƣời cao tuổi, đặc biệt là phụ nữ. Theo thống kê của Tố chức Y tế Thế
giới (WHO), có đến 1/3 phụ nữ và 1/5 nam giới trên 50 tuối bị bệnh loãng xƣơng. Dự báo

/>
 


5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng


n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

tới năm 2050, toàn thế giới sẽ có tới 6,3 triệu trƣờng hợp gãy cổ xƣơng đùi do loãng
xƣơng và 51% số này sẽ ở các nƣớc châu Á, nơi mà khẩu phần ăn hàng ngày còn rất thiếu
canxi và việc chẩn đoán sớm và điều trị tích cực bệnh lỗng xƣơng cịn gặp rất nhiều khó
khăn. Ớ Mỹ, ngành y tế đã   phải tiêu tốn hàng năm khoảng 14 tỉ USD đế điều trị cho 1,5
triệu trƣờng hợp gẫy xƣơng do bệnh loãng xƣơng gây ra [4]. Dƣới đây là một số ứng
dụng cụ thế của HA tuỳ theo dạng tồn tại của nó. 
1.2.1.  ứng dụng của HA bột 

•  Do lƣợng canxi hấp thụ thực tế từ thức ăn mỗi ngày tƣơng đối thấp nên rất cần bố
sung canxi cho cơ thế, đặc biệt cho trẻ em và ngƣời cao tuổi. Canxi có trong thức ăn hoặc
thuốc thƣờng nằm ở dạng họp chất hoà tan nên khả năng hấp thụ của cơ thế không cao và
thƣờng phải dùng kết hợp với vitamin D nhằm  tăng cƣờng việc hấp thụ và chuyển hố
canxi thành HA. Có thế bố sung canxi cho cơ thế ngƣời bằng cách dùng thức ăn, thuốc
tiêm hoặc truyền huyết thanh... Một phƣơng pháp hữu hiệu là sử dụng HA ở dạng bột
mịn, kích thƣớc nano để bổ sung canxi [40]. Với kích thƣớc cỡ 20 - lOOnm, HA đƣợc
hấp thụ trực tiếp vào cơ thế mà khơng cần phải chuyến hố thêm. 
•  Canxi ở dạng ion có vai trị rất quan trọng trong nhiều hoạt động của cơ thế
ngƣời nhƣ tham gia vào quá trình co cơ, dẫn truyền thần kinh, giải phóng các hooc mơn  
và đơng máu. Ngồi ra nó cịn tham gia vào q trình điều hồ nhiều enzym khác nhau
trong cơ thế [9]. 

/>
 


5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT


nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

•  Đối với bột HA có kích thƣớc hạt khoảng 150nm trở lên, quá trình thiêu kết để
tạo gốm HA rất khó khăn. Q trình kết khối diễn ra ở nhiệt độ khá cao (100 0 - 1200°C)
trong thời gian dài ( 2 - 3 giờ), làm cho gốm HA bị phân huỷ thành các hợp chất khơng
mong muốn, có hại cho cơ the. Với kích thƣớc nano (từ 20 - lOOnm), nhiệt độ kết khối
của HA bột giảm xuống chỉ còn khoảng 800 - 1000°c trong thời gian từ /4 giờ đến 1 giờ.
Điều này làm cho việc chế tạo gốm y sinh học tù‟ HA có chất lƣợng cao, thuận lợi và dễ
dàng hơn. 
Hình 1.4 là hình ảnh của một số loại thực phẩm chức năng và thuốc bố sung canxi
sử dụng nguyên liệu HA bột dạng vi tinh thế đang đƣợc lun hành trên thị trƣờng [40]. 
Cokiutn
HydroxyopoM»

 Hình 1.4: Thc bơ sung

ngun liệu HA
dạng vi tinh thê 
1.2.2.  ứng

canxi sử dụng

I
BONC-UP 


Jorroui f o«uui«r  
LA

RAY

Calciu

dụng của HA m
Mroxyi
futiw 
Thơng

dạng màng 
thƣờng, ngƣời ta

sử dụng các vật liệu bền cơ - hoá và nhẹ đế thay thế, sửa chữa những khuyết tật của
xƣơng và răng. Phố biến nhất là hợp kim TĨ6A14V, đây là vật liệu trơ sinh học và có độ
 bền cơ - hố cao nhƣng trong thực tế nó vẫn bị ăn mòn khi nằm trong cơ thế ngƣời, tạo ra
các chất độc hại và làm cho liên kết giữa xƣơng và chi tiết ghép bị lỏng lẻo [42]. 
Lớp màng gốm HA có chiều dày cỡ ịim đƣợc phủ lên bề mặt vật liệu thay thế bằng
các phƣơng pháp  plasma,  bốc bay, điện phân... đã hạn chế những nhƣợc điểm nêu trên.
 Nhƣng độ bám dính của lớp màng trên vật liệu

/>
 


5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT


nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

nền không bền chặt, do vậy tuổi thọ và phạm vi ứng dụng của chúng không cao [43] 
Đe cải thiện độ bám dính, ngƣời ta đã phủ lên các kim loại và hợp kim nền một lóp
màng gốm HA có chiều dày cỡ nanomet (màng n - HA) bằng phƣơng pháp điện hố nói
chung và phƣơng pháp điện di (Electrophoretic Deposition, EPD). Lớp màng n - HA có
độ bám dính cao với vật liệu nền (> 60MPa) và rất bền theo thời gian. Công nghệ màng n
- HA đã tạo ra những chi tiết xƣơng nhân tạo có khả năng tự‟ liên kết với xƣơng và mơ tự

nhiên, có tính tƣơng thích sinh học cao với cơ thế con ngƣời. 
Bằng những tiến bộ trong việc tạo màng n - HA, ngƣời ta không chỉ làm tăng tuối
thọ các chi tiết ghép mà còn mở rộng phạm vi ứng dụng của màng n 

-  HA từ chỗ chỉ áp dụng cho ghép xƣơng hơng đã tiến đến có thế ứng dụng ghép xƣơng
đùi, xƣơng khớp gối và các sửa chữa, thay thế xƣơng ở vị trí khác. 
1.2.3.  ứng dụng của HA dạng xốp 

 Nhƣ đã trình bày ở trên, vật liệu gốm xốp HA có tính tƣơng thích sinh học cao, có
nhiều lỗ liên thơng với nhau, tạo thuận lợi cho sự xâm nhập của mô sợi và mạch máu, có
tính dung nạp tốt, khơng độc, khơng dị ứng. Nhờ có khả năng đặc biệt này mà ngày nay,
HA dạng gốm xốp đƣợc ứng dụng đặc biệt rộng rãi trong y sinh học nhƣ: 

-  Chế tạo răng giả và sửa chữa những khuyết tật của răng: các nhà khoa hoc Nhật
Bản đã thành công trong viêc tạo ra một hỗn hợp gồm HA tinh thể kích thƣớc nano và
 polymer sinh học có khả năng phủ và bám dính trên răng theo cơ chế epitaxy, nghĩa là

tinh thể HA mới tạo thành lóp men răng cứng chắc, “bắt chƣớc” theo đúng tinh thế HA

của lớp men răng tụ‟ nhiên ở dƣới [45]. 

-9-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

 Hình 1.5:

Quả trình tạo lớp men

 HA trên bề mặt răng  

Giai đoạn a: Lớp

men HA cũ, cần thay thế

trên bề mặt răng bị phân


huỷ bởi dung dịch H202 +

H3PO4. Họp chất H202 

cịn có tác dụng loại bỏ

các chất bấn tồn tại trên

răng. 

Giai đoạn b: Các ion Ca2+, P0 43„, OH' trong các polime sinh học dạng bột nhão tạo
thành vi tinh thế HA kích thƣớc nano. Hỗn họp này đƣợc phủ lên bề mặt răng cũ đế tạo
thành lớp men răng mới. 

- Chế tạo mắt giả [46]:  

 Hình 1.6: HA xốp tống hợp từ san hô được sử dụng làm mắt giả HA xốp tống hợp từ san
hơ có cấu trúc xốp bền vững, nhẹ và đặc biệt là có khả năng thích ứng cao với cơ thế.
Việc sử dụng loại vật liệu này đã khắc phục đƣợc hiện tƣợng sụp mi do trọng lƣợng, hạn
chế các phản ứng của cơ thế và làm tăng thời gian sử dụng của mắt giả [49].  

- Chế tạo những chi tiết đế ghép xƣơng và sửa chữa những khuyết tật của xƣơng
[50]:

-10-

/>

5/25/2018


Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

 Hình 1.7: Gốm y sinh HA tông hợp

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

bằng các phương pháp khác nhau Tuỳ thuộc vào mục

đích cấy ghép hoặc thay thế, ngƣời ta có thế chế tạo ra các sản phẩm gốm HA (Hình 1.7)
có kích thƣớc và độ xốp khác nhau [51]. Sau đó, gia công các sản phấm này thành các chi
tiết phù hợp hoặc có thế sử dụng gốm HA ở dạng hạt đế điền đầy những chồ khuyết tật
của xƣơng [35]. 

 Hình 1.8: Sửa chữa khuyết tật của xương bằng gốm HA dạng khối
 xốp hoặc dạng hạt  
 Ngồi ra, cịn có một số ứng dụng của gốm HA nhƣ: 

-  Làm điện cực sinh học cho thử nghiệm sinh học [52]. 
-  Làm vật liệu truyền dẫn và nhả chậm thuốc [54]. 
-  Gần đây, ngƣời ta phát hiện HA dạng xốp có khả năng vận chuyến và phân tán
insulin trong ruột [55]. 
Tuy nhiên, gốm HA còn có một nhƣợc điếm là độ bền nén, độ bền uốn thấp. Tồn tại
này cản trở viêc áp dụng gốm HA vào các chi tiết đòi hỏi chịu lực lớn. 
1.2.4. ứng dụng của HA dạng composỉt 
Bản chất của gốm xốp và màng HA là có độ bền cơ học thấp. Một giải pháp đế tăng
độ bền cơ học là   tạo ra một tố hợp gốm composit bằng cách phân tán HA bột vào các

-11-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

 polyme sinh học nhƣ collagen, chitosan, xenlulo, đƣờng sacaro... [51]. Vật liệu ở dạng
này đƣợc sử dụng làm các chi tiết cấy ghép xƣơng chất lƣợng cao, làm kẹp nối xƣơng
hoặc có thế làm chất   truyền dẫn thuốc. Việc sử dụng các polyme sinh học làm chất nền
tạo điều kiện cho việc gia công, chế tạo các chi tiết dễ dàng hơn. Mặt khác, các polyme
này cịn có khả năng liên kết với các tế bào sinh học thơng qua các nhóm chức của mình.
Đây cũng là ƣu điểm vƣợt trội của vật liệu composit chứa HA [58].  
1.3.  Tình hình nghiên cứu vật liệu HA 
1.3.1 Trên thế giói 

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều
 phƣơng pháp khác nhau để chế tạo HA nhƣ: dạng bột đƣợc điều chế bằng phƣơng phá p
sol - gel [59], kết tủa [60], phun sấy [61], siêu âm [20]...; dạng màng - bằng phƣơng pháp
vật lý [62] hoặc điện hoá [63]...; dạng khối rắn, khối xốp, vật liệu tố hợp (composit) -

 bằng phƣơng pháp nén ép - thiêu kết HA bột [6], phản ứng pha rắn, phản ứng thuỷ nhiệt...
[58].


Hiện nay, trên thế giới đã sản xuất đƣợc nhiều chế phẩm từ nguyên liệu HA. Năm
1983, Klein và các đồng nghiệp lần   đầu tiên tạo ra chi tiết ghép xƣơng bằng gốm chứa
100% HA [67]. Thực tế cho thấy, sự phát triển của xƣơng trong miếng ghép này có tốc
độ phát triến chậm. Điều này tạo cho chất lƣợng của xƣơng ở nơi cấy ghép rất tốt, nhƣng
thời gian điều trị kéo dài. Bằng những thí nghiệm khác, họ đã cấy ghép các chi tiết gốm
chứa 100% p - TCP. Ket quả cho thấy, tốc độ phát triển của xƣơng non trong miếng ghép
rất nhanh, do vậy làm cho chất lƣợng của xƣơng ở nơi cấy ghép khơng tốt cho q trình
 phát triển của xƣơng.

-12-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

 Năm 198 6, Moore và Chapman đã chế tạo đƣợc miếng ghép tố hợp giữa hai pha
HA và p -TCP. Trong thực tế, gốm HA tốt bao gồm khoảng 93 - 94% HA và 6 - 7% TCP.

TCP có hai dạng thù hình là a và p -TCP, thành phần a - TCP có tác dụng làm tăng tốc độ
tái sinh xƣơng, nó nhƣ là nguồn khống cung cấp trực tiếp cho chỗ phát triển xƣơng mới.
Điều này có nghĩa rằng phần p -TCP sẽ tiêu biến dần nhƣ là nguồn cung cấp khoáng cho

xƣơng non phát triến vào chỗ khuyết xƣơng. Do đó gốm tố hợp HA - p - TCP là vật liệu y
sinh chính cho các phẫu thuật ghép xƣơng, nối xƣơng, chỉnh hình hoặc sửa chữa xƣơng. 

Đẻ chữa trị căn bệnh loãng xƣơng, Cục Quản lý Thực phẩm và Dƣợc phấm Mỹ
(FDA) đã cho phép sử dụng HA trong sản xuất thuốc và thực phấm chức năng. Nhiều

loại thuốc và thực phẩm bố sung canxi có sử dụng HA đã đƣợc lƣu hành trên thị trƣờng.
Trong số đó có thế kể đến Ossopan của Pháp, Bone Booster Complex, Bone Dense
Calcium của Mỹ, Calcium Complex của Anh, SuperCal của New Zealand [69].

 Nhƣ trong phần ứng dụng đã đề cập, HA dạng màng đã đƣợc các nhà khoa học Nhật
Bản chế tạo thành vật liệu chế tạo răng giả và sửa chữa những khuyết tật của răng.  
1.3.2  Nghiên cứu và ửng dụng HA (ỷ Việt

Nam 

Trong nƣớc, các hợp chất vơ cơ có khả năng ứng dụng làm vật liệu sinh học nói
chung và HA nói riêng cịn nhiều hạn chế. 
 Năm 2005, lần đầu tiên Viện Công nghệ Xạ hiếm đã triển khai đề tài chế thử gốm
HA theo công nghệ của Italia và đã bƣớc đầu thử nghiệm thành công trên động vật [3].
Công nghệ này dựa trên phƣơng pháp nhúng tấm khung xốp hữu cơ xenlulô vào dung
dịch huyền phù HA, sau đó nung thiêu kết ở nhiệt độ cao. Khoa Hoá học, Đại học Bách
khoa Hà Nội đã nghiên cứu và công bố kết quả sơ bộ về phƣơng pháp tổng họp bột và
màng gốm HA [6].
Từ năm 2005 đến nay, Viện Hoá học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã
công  bổ một sổ kết quả nghiên cứu chế tạo HA bột [5] và HA xốp [27]. Trong đó HA

xốp đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp nén ép - thiêu kết HA bột với các chất tạo xốp
chitosan, xenlulo, đƣờng sacaro và phƣơng pháp phản ứng pha rắn giữa Ca(OH )2  và
Ca3(P04)2. Việc chế  tạo gốm HA từ khung xốp tự nhiên của san hơ, mai mực, vỏ sị...

-13-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

 bằng phản ứng thuỷ nhiệt ở áp suất cao cũng đã đƣợc thực hiện. 
 Năm 2008, Trung tâm Phát triển Khoa học và Công nghệ Trẻ đã nghiên cứu đề tài
“ Nghiên cứu chế tạo gom sinh học Caỉcium phosphate:  Hydroxyapatite
Cai0(PO4)ớ(OH)2(HA) và Tricalicium phosphate Cas(P04)2(TCP), ứng dụng thay thế
một sổ bộ phận xương, khóp trong cơ thê con người”. 
1.4.  Các phƣơng pháp tổng họp HA 
Trên thế giới, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu HA ở các dạng đã đƣợc triển khai tù‟
lâu và đã đạt đƣợc những thành tựu đáng kể. Các nghiên cún tập trung vào tổng hợp HA
ở dạng bột mịn và siêu mịn, dạng khối xốp, dạng màng bằng các phƣơng pháp khác nhau
và khảo sát các đặc tính đế nâng cao khả năng ứng dụng của chúng. Việc ứng dụng loạ i
vật liệu tiên tiến này đã tạo ra những bƣớc tiến mới trong các lĩnh vực: xét nghiệm, điều
trị y học cũng nhƣ trong dƣợc phấm và vật liệu y sinh học. 
Tuỳ thuộc vào mục đích ứng dụng, HA ở các dạng khác nhau có thể đƣợc tống hợp
 bằng nhiều phƣơng pháp tù‟ các nguyên liệu khác nhau. Dựa vào điều kiện tiến hành
 phản ứng, có thể phân chia các phƣơng pháp thành: phƣơng pháp ƣớt và phƣơng pháp
khô; phƣơng pháp vật lý và phƣơng pháp hoá học hoặc chia theo dạng tồn tại (dạng bột,

dạng màng, dạng khối xốp) của sản phấm HA. Trong luận văn này chúng tơi trình bày
các cách chế tạo HA theo phƣơng pháp ƣớt và phƣơng pháp khô. 

-14-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

1.4.1. Phƣơng pháp ƣớt 

Đây là phƣơng pháp chế tạo HA ở dạng bột hoặc dạng màng từ dung dịch chứa các
nguyên liệu ban đầu khác nhau, bao gồm: phƣơng pháp kết tủa, phƣơng pháp sol - gel,
 phƣơng pháp phun sấy... Nói chung, ƣu điếm của phƣơng pháp ƣớt là có thể điều chỉnh
đƣợc kích thƣớc của hạt HA theo mong muốn. 
Trong hệ CaO - P2O5 - H20, tồn tại các hợp chất canxi photphat khác nhau tuỳ thuộc
vào tỷ lệ của các chất ban đầu và điều kiện áp suất, nhiệt độ, độ pH... Áp dụng các quy
tắc pha vào giản đồ pha CaO - P2O5 - H20, năm 1996, T. s. B. Narasaraju và D. E. Phebe
[30] đã tiến hành nghiên cứu sự tạo thành của các pha khác nhau có trong hệ là: anhydric
mono canxi photphat - Ca(H2H04)2, mono canxi photphat monohydrat- Ca(H 2P04)2.H20.

Trên hình 1.9, có thế nhận thấy các pha lỏng tồn tại ở vùng trống, các pha rắn nằm ở

vùng elip còn lại. Anhydric mono canxi photphat - Ca(H2P04)2  và các mono hydrat của
nó tồn tại dƣới dạng tinh thế trong vùng axit, tức là vùng có tỷ lệ

P2O5

cao. Anhydric

đicanxi photphat - CaHP04  tồn tại ở vùng axit, cịn đicanxi photphat đihyđrat CaHP04.2H20 ln tồn tại trong mơi trƣờng phản ứng có pH khác nhau. 

 Hình 1.9: Giản đị pha của hệ CaO - P2O5 - H  O ở 25°c 

-15-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

Trong khoảng tỷ lệ Ca/P từ 1,5 đến 1,67 tƣơng ứng với vùng chứa tricanxi photphat
Ca3(PƠ4)2  đến vùng chứa tetracanxi photphat Ca 3(P04)2.Ca0, xuất hiện các tinh thể
Ca9(HP04)(P04)50H (Calcium Deficient HA, CDHA). ơ vùng kiềm ứng với  tỷ lệ Ca/P
cao hơn (lớn hơn 1,67), chỉ tồn tại duy nhất một pha rắn HA, hợp chất hydroxyapatit tồn


tại ở pha rắn này có thành phần hố học theo đúng tỷ lệ hợp thức Cai 0(PO4)6(OH)2 (Ca/P
= 1,67, Stoichiometric Hydroxyapatite - SHA).
1.4.1.1.  Phương pháp kết tủa 

Sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp kết tủa đƣợc thế hiện qua hình 1.10: 

 Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa 
Việc tổng hợp HA bằng cách kết tủa từ các ion Ca 2+ và PO43' có thế thực hiện theo
nhiều cách khác nhau, có thể phân ra thành hai nhóm chính:
a)  Phương pháp kết tủa từ các muối chứa ion Ca2+và POị~ dễ tan trong nước: 

Các muối hay đƣợc dùng là Ca(N03)2, CaCl2, (NH4)2HP04, NH4H2PO4... [24]. Phản
ứng diễn ra theo phƣơng trình (1.5) đƣợc coi là phƣơng pháp cơ bản để tổng họp HA
[60]: 10Ca(N03)2 + 6(NH4)2HP04 + 8NH4OH -> Ca,o(P0 4)6(OH)2 + 2ONH4NO3 + 6H2O ( 1.5)

Lƣợng Ca(N03)2 và (NH4)2HP04 đƣợc chuẩn bị theo tỷ lệ Ca/P = 1,67, pha trong nƣớc cất
với nồng độ tƣơng ứng 0,2M và 0,1M. Sau đó, nhỏ từ từ (tốc độ 2ml/phút) dung dịch
(NH4)2HP04  vào cốc đựng Ca(N03)2  trên máy khuấy từ (tốc độ 300 - 400 vòng/phút). Bổ
-16-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng


n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

sung dung dịch NH4OH để đảm bảo phản ứng diễn ra trong môi trƣờng pH = 10 - 12.
Sau khi nhở hết lƣợng dung dịch (NH 4)2HP04 tiếp tục khuấy hỗn hợp trong khoảng
2 giờ tại nhiệt độ đã định. Ket thúc phản ứng, thu lấy kết tủa và làm sạch bằng cách lọc
rủa nhiều lần với nƣớc cất trên máy ly tâm hoặc thiết  bị lọc hút chân không. Sản phẩm
đƣợc sấy khô ở nhiệt độ 75 - 80°c và bảo quản tránh tiếp xúc với không khí. 
b)  Phương

pháp kết tủa từ các hợp chất chứa Ca2+  ít tan hoặc không tan trong

nước: 
Phản ứng xả y ra giữa Ca(OH)2, CaO, CaCƠ3... với axit H3PO4 trong mơi

trƣờ ng

kiềm [28]. Ví dụ: 
1 OCa(OH)2 + 6H3PO4 = Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H20

(1.6)

Trong quá trình điều chế, yếu tố pH cũng đóng vai trị quan trọng. Độ pH 9 - 1 0
đƣợc điều chỉnh bằng cách thêm từ tù‟ H3PO4 vào Ca(OH)2.
Các yếu tố nhƣ nguyên liệu ban đầu, nhiệt độ, môi trƣờng phản ứng... thƣờng ảnh
hƣởng đến chất lƣợng và hình dạng của tinh thể HA. Đe nhận đƣợc sản phẩm HA bột có
kích thƣớc mong muốn thì ngồi các yếu tố trên, cần quan tâm đến sự kết tinh của HA
trong suốt quá trình tống hợp. 
1.4.1.2.  Phương pháp sol - gel [10], [59], [ 15]

Theo lý thuyết về phƣơng pháp sol - gel, hệ phân tán là hệ bao gồm một môi trƣờng

liên tục và các tiếu phân (các hạt) có kích thƣớc nhỏ đƣợc phân tán đồng đều trong mơi
trƣờng đó. Tập họp các tiếu phân nhỏ bé đó đƣợc gọi là pha phân tán, mơi trƣờng chứa
đựng pha phân tán gọi là môi trƣờng phân 
tán. Khi môi trƣờng phân tán là lỏng và pha phân tán là rắn, thì tuỳ kích thƣớc hạt sẽ
tạo ra hệ huyền phù hoặc hệ keo (sol). 
Gel là một trạng thái lỏng hoá rắn, đƣợc tạo thành tù' các hệ sol hoặc các dung
dịch cao phân tử. Gel có cấu trúc mạng khơng gian chứa đựng trong nó phần cịn lại
của chất lỏng sau khi hình thành mạng. Quá trình tạo gel đƣợc mô tả nhƣ sau: Hệ
sol, dung dịch cao phân tử <=> gel, nghĩa là các hệ sol, dung dịch cao phân tó có thế
chuyến thành gel hoặc ngƣợc lại tuỳ thuộc điều kiện. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá
-17-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

trình tạo gel là: kích thƣớc, hình dạng của hạt keo và chất cao phân tử; nồng độ pha
 phân tán và chất cao phân tử; nồng độ chất điện ly, nhiệt độ, cƣờng độ và thời gian
khuấy...  
Có thế chuyến sol thành gel bằng cách tách dung môi. Khi dung môi bị tách  ra,
các hạt keo hoặc chất cao phân tử lại gần nhau hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho
chúng nối chéo với nhau. Khi sự nối chéo này đủ lớn, độ nhớt của dung dịch tăng

nhanh và toàn bộ khối dung dịch sẽ chuyến thành gel. Cũng có thế dùng cách khuấy
mạnh dung dịch đế tạo gel. Cƣờng độ và thời gian khuấy đủ lớn sẽ làm tăng tần số
va chạm giữa các hạt keo và tạo điều kiện cho chúng nối chéo với nhau. Trong thực
tế, thƣờng kết hợp cả hai cách trên đế chuyến sol thành gel. 
Ƣu điểm của phƣơng pháp sol - gel là tạo đƣợc độ đồng nhất cao ở mức độ
 phân tử, từ đó có thế chế tạo vật liệu ở dạng khối, màng mỏng [70], sợi và dạng hạt
có chất lƣợng tốt [15]. 
Sơ đ nguyên lý của phƣơng pháp sol - gel đƣợc th hiện qua hình sau: 

 Hình ỉ.l 1: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp sol - gel
Có thể tổng họp HA theo phƣơng pháp sol - gel bằng cách: hoà tan các hợp chất
Ca(NƠ3)2, (NH4)2HP04  với các chất tạo gel nhƣ (C 2H50)3P(0), CH30(CH2)2(OH) (đƣợc
chuấn bị theo tỷ lệ nhất định) vào nƣớc cất. Khuấy và gia nhiệt dung dịch này đến nhiệ t
độ 60 - 70°c, sau khoảng 3-4 giờ, gel có chứa hợp chất HA sẽ đƣợc tạo thành. Sau đó, sấy
gel ở nhiệt độ khoảng 120°c trong vòng 24 giờ và nung ở nhiệt độ 750 - 900°c khoảng 1
giờ. HA bột nhận đƣợc có kích thƣớc trung bình khoảng

20nm,

độ tinh thế khoảng 97%

[59].
1.4.1.3.  Phương pháp phun sấy 

Hình 1.12 là sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp phun sấy. Dung dịch chứa các ion
-18-

/>

5/25/2018


Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

Ca2+ và P043„ (tỷ lệ Ca/P = 1,67) đƣợc phun vào thiết bị cùng với khí nén. 

 

Tốc độ phun dung dịch đƣợc điều chỉnh bằng áp suất khí nén và dịng khí khơ sao
cho phản ứng tạo HA xảy ra hồn tồn, bột HA đƣợc sấy khơ khi rơi đến đáy của cột thuỷ
tinh gia nhiệt. Sản phẩm HA dạng bột đƣợc lấy ra định kỳ qua bộ phận lắng tĩnh điện.
Đây là phƣơng pháp chế tạo bột HA dạng liên tục, năng suất cao, phù hợp với quy mô sản
xuất vừa và lớn [61].

-19-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng


n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

1.4.1.4 Phương pháp siêu âm hoá học 

Trong thực tế, đế chế tạo HA bột có kích thƣớc “siêu mịn”, có thể tiến hành phản
ứng hố học trong mơi trƣờng sóng có cƣờng độ lớn nhƣ vi sóng [34] hay sóng siêu âm
[20].
 Nguyên lý của phƣơng pháp siêu âm dựa vào hiện tƣợng tạo và vờ bọt (cavitation)
xảy ra trong mơi trƣờng lỏng dƣới tác dụng của sóng siêu âm với cƣờng độ cao. Sóng
siêu âm tạo ra một chu trình giãn nở, nó gây ra áp suất chân không trong môi trƣờng
lỏng. Hiện tƣợng tạo - vỡ bọt xảy ra khi áp suất chân không vƣợt quá so với độ bền kéo
của chất lỏng. Khi bọt phát triển tới kích thƣớc nào đó, khơng hấp thu năng lƣợng đƣợc
nữa thì dƣới áp lực từ chất lỏng bên ngồi, bọt sẽ vỡ vào trong (hình 1.13). Hiện tƣợng
này sinh ra một lƣợng nhiệt tại ngay thời điểm đó gọi là sự toả nhiệt điểm (host - spot).
Tuy nhiên, môi trƣờng lỏng xung quanh có nhiệt độ thấp nên sự gia nhiệt nhanh chóng
đƣợc dập tắt. Điếm toả nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao, thời gian sổng của nó rất ngắn.
Q trình tạo và vờ bọt đóng vai trị nhận và tập trung năng lƣợng của sóng siêu âm,
chuyển năng lƣợng này thành năng lƣợng cần thiết làm tăng tốc độ phản ứng hố học lên
nhiều lần.

 Hình 1.13: Quả trình tạo và vờ bọt dưới tác dụng của sóng siêu âm Năng lƣợng
đƣợc tạo ra ở dạng xung với cƣờng độ rất lớn cũng làm tăng tốc độ tạo mầm tinh thể. Quá
trình tạo - vỡ bọt tiếp tục xảy ra gần bề mặt phân pha lỏng - rắn, lúc này chất lỏng tác
động lên bề mặt chất rắn với tốc độ 
rất cao. Tuỳ thuộc vào tần số và công suất của thiết bị siêu âm, có thế làm cho các tinh
thê bị vờ thành những hạt nhỏ hơn. 
-20-

/>


5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

Hình 1.14 là sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp siêu âm hoá học. Đầu phát siêu âm
đƣợc ngâm vào  trong dung dịch đế truyền năng lƣợng cho phản ứng hoá học. Phƣơng
 pháp này thƣờng đƣợc kết hợp với phƣơng pháp kết tủa để tạo HA bột có kích thƣớc
nanomet [15].

 Hình 1.14: Sơ đồ ngun lỷ của phương pháp siêu âm hoá học 
1.4.1.5.  Phương pháp composit  

Phƣơng pháp  composit đƣợc sử dụng để chế tạo các vật liệu dạng khối xốp chứa
HA. HA đƣợc sử dụng thƣờng ở dạng hạt, chất nền là các phân tử polyme. Sự kết hợp
của hạt HA với polyme đƣa ra một phƣơng thức đơn giản và hữu hiệu đế gắn kết các đặc
tính của hai loại vật liệu. Có thế sử dụng các
polyethylen, Collagen, chitosan,

polyme

nhƣ

axit polylactic, polystyren,


xenlulo... trong đó các polyme sinh học đƣợc đặc biệt

quan tâm trong lĩnh vực y sinh vì chúng có tính tƣơng thích và phân huỷ sinh học cao. 
Để chế tạo vật liệu  composit chứa HA, cation Ca2+  đƣợc phân tán đều trong mạng
lƣới polyme sau đó các anion PO43" và OH„ đƣợc đƣa vào dƣới dạng dung dịch đế phản
ứng tạo thành các nano tinh thể. Cũng có thế thực hiện phản ứng tạo ra các tinh thế nano
HA trƣớc, sau đó phân tán chúng vào mạng lƣới polyme nhăm ngăn không cho các tinh
thê HA kct khối lại với nhau. Việc sử dụng các polyme sinh học làm chất nền tạo điều
kiện cho việc gia công, chế tạo các chi tiết dễ dàng hơn. Mặt khác các polyme này cịn có
khả năng liên kết với các tế bào sinh học thơng qua các nhóm chức của mình. Đây cũng
là un điếm vƣợt trội của vật liệu composit chứa HA. 
Ví dụ, có thế tóm tắt q trình tống hợp HA bằng phƣơng pháp composit với
chitosan (CS) theo sơ đồ sau [36]:  
-21-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

 Hình 1.15: Sơ đỏ tống họp composit HA - cs 
Theo [36], khi tỷ lệ CS/HA tăng lên thì sự phân tán các hạt HA vào mạng cs sẽ tốt

hơn, do đó kích thƣớc của các hạt HA phân tán sẽ nhỏ hơn, đồng thời độ kết tinh của HA
cũng tăng lên. 
 
1.4.1.6.  Phương pháp điện ho ả 

Với những vật liệu truyền thống, ngành phẫu thuật chỉnh hình thƣờng sử dụng các
kim loại trơ sinh học nhƣ titan, thép không gỉ hay các họp kim để thay thế hay nối ghép
các bộ phận của xƣơng. Mặc dù các kim loại này có độ bền cao nhƣng khơng có khả năng
tƣơng thích sinh học, bị ăn mịn theo thời

-22-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

gian nên các mô tế bào không có khả năng phát triển trên các kim loại đó. Các bệnh
nhân sẽ cảm thấy đau đớn và khó chịu khi có những vật lạ nằm trong cơ thế. Đe tăng độ
cứng, độ bền cơ - hố và tính tƣơng thích sinh học của chi tiết cấy ghép, ngƣời ta chế tạo
lớp màng gốm HA có độ dày mong muốn và có khả năng bám dính tốt trên bề mặt kim
loại. 
Bằng các phƣơng pháp vật lý nhƣ  plasma, bay bốc, hồ quang... đều tạo ra một lóp

màng có chiều dày cỡ | 0,m. Độ bám dính của lớp màng này vào vật liệu nền không cao,
thƣờng dao động tù‟ 15 - 30MPa, trong khi đó yêu cầu tối thiếu phải đạt khoảng 50MPa
mới đảm bảo tuổi thọ và tránh sự thoái hoá sớm của vật liệu ghép. 
Đe khắc phục hạn chế này, ngƣời ta đã chế tạo và phủ đƣợc lớp màng HA có chiều
dày cỡ nanommet (màng n - HA) trên các vật liệu nền khác nhau bằng: 

-  Phương pháp kết tủa catot: 
 Nguyên tắc của phƣơng pháp là sử dụng các vật liệu sinh học bằng kim  loại hoặc
hợp kim làm điện cực catot, điện cực này đƣợc nhúng vào bế điện phân với chất điện giải
là dung dịch bão hoà các ion Ca 2+ và P043' ở  pH = 6. Q trình catot hố diễn ra ở thế
 phân cực tại catot so với calomen bão hoà là -2V, mật độ dòng catot đạt lOmA/cm2, nhiệt
độ điện phân đƣợc duy trì ở 60°c. Lớp màng HA đƣợc tạo ra trên vật liệu nền có chiều
dày khoảng lOOnm trong vịng 10 phút, chiều dày của lớp màng HA tăng theo thời gian
catot hoá [41], [63].

-  Phương pháp anot hoả: Nguyên tắc c ủa phương pháp này là sử  dụng các vật liệu
sinh học bằng kim loại hoặc hợp kim làm điện cực anot. Catot đƣợc làm bằng kim loại
trơ, chang hạn nhƣ bạch kim. Hệ điện cực đƣợc đƣa vào dung dịch điện giải chứa các ion
Ca2+ và PO43 theo tỷ lệ Ca/P = 1,67. Dƣới tác dụng của điện áp một chiều từ 250 - 350V,

trên anot sẽ xảy ra hiện tƣợng phóng tia lửa điện tại các điếm dẫn điện tốt. Tại nơi này
nhiệt độ có thế lên đến 103- 104 độ Kenvin làm cho kim loại bị oxi hoá, các oxit tạo thành
 bị nóng chảy tạo thành một lóp oxit với chiều dày khoảng 1 - 2 jam có độ xốp cao. Lớp
oxit này có điện trở lớn khi nguội và đóng rắn, làm cho hiện tƣợng phóng tia lửa điện
chuyển sang điểm có điện trở nhỏ hơn. Thời gian anot hoá diễn ra trong khoảng 30 phút
-23-

/>

5/25/2018


Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

tạo ra một khối oxit có độ xốp cao. Tại   các mao quản của khối xốp này sẽ xảy ra hiện
tƣợng hấp thụ các ion Ca 2+ và P043\ Quá trình hình thành các tinh thế HA phụ thuộc vào
2+

số lƣợng
các mầm tinh thể trong khi phóng điện và sự khuếch tán của các ion Ca  và
P043„ đến bề mặt lớp oxit [37]. 

-  Phương pháp điện di (  EPD' ):   Dựa trên hiện tƣợng chuyến dịch tƣơng đối của
 pha phân tán trong môi trƣờng phân tán dƣới tác dụng của điện trƣờng ngoài [8.H]. Pha
 phân tán là các hạt HA kích thƣớc nanomet, mơi trƣờng phân tán có thế là nƣớc hoặc môi
trƣờng mô phỏng dịch thế ngƣời SBF (Simulated Body Fluid). Dƣới tác dụng của điện
trƣờng phù hợp, các hạt huyền phù HA tích điện âm và di chuyển về phía anot (gắn vật
liệu nền) tạo ra một lớp màng mỏng n - HA (màng HA có độ dày cỡ nanomet) trên bề
mặt chi tiết với độ bám dính cao [41].

Phƣơng pháp điện di tạo đƣợc lớp màng n - HA có độ bám dính tốt, lớn hơn
60MPa, dòng tự ăn mòn chạy qua màng n - HA nhỏ hơn 300 lần so với dòng tự‟ ăn mòn
của màng jLi - HA (màng HA có độ dày cỡ |0,m).
1.4.1.7.  Phương pháp thuỷ nhiệt (hocí nhiệt) 


Phƣơng pháp này đƣợc dùng chủ yếu đế chế tạo HA xốp và gốm xốp. Nhìn chung,
sản phẩm HA thu đƣợc vẫn giữ nguyên hình thái và cấu trúc xốp giống nhƣ khung xƣơng
tụ' nhiên của động vật thân mềm ban đầu (san hô, mai mực, vở trai, vỏ ốc...). Với cấu
trúc xốp sinh học nhƣ vậy, vật liệu này có khả năng tƣơng thích sinh học với cơ thế con
ngƣời tốt hơn so với gốm xốp HA tổng họp bằng những phƣơng pháp khác [ 68].
Khung xƣơng của các động vật thân mềm (san hơ, mai mực, vỏ sị...) có thành phần
-24-

/>

5/25/2018

Lu n V n Nghi n C uC cY uT

nhH

ng

n B tHy roxyapatitCa10(PO4)6(OH)2K c...

chủ yếu (hơn 98%) là Ca C03  dạng aragonit. Phản ứng thuỷ nhiệt xảy ra giữa CaC03  với
dung dịch (NH4)2HP04  trong thiết bị kín autoclave, có gia nhiệt. Do mai mực có độ xốp
rất cao, diện tích bề mặt lớn nên đế phản ứng dị thể xảy ra chỉ cần duy trì trong khoảng
nhiệt độ 150 - 250°c ở áp suất 4 - 15atm, thời gian 24 - 30 giờ [66]. Khung xốp của san
hô đƣợc cấu tạo bởi các tinh thể aragonit lớn, sắp xếp đặc khít với nhau do vậy phản ứng
thuỷ nhiệt tạo HA chỉ diễn ra ở nhiệt độ khoảng 200 - 300°c, áp suất rất cao, lên tới
lOOOatm [44]. Phản ứng thuỷ nhiệt diễn ra theo phƣơng trình: 
10CaC03 + 6(NH4)2HP04 + 2H20 -> Ca10(PO4)6(OH)2 + 6(NH4)2C03 + 4H2CC>3 (1.7)

Hình 1.17 là sơ đồ nguyên lý của hệ thiết bị phản ứng thuỷ nhiệt. 


Có thế chế tạo HA xốp từ khung xƣơng tự nhiên bằng phản ứng thuỷ nhiệt thông
qua sản phẩm trung gian CaO. Trƣớc hết, chuyển hố khung xƣơng CaCƠ 3 thành CaO
mà vẫn giữ ngun hình dạng ban đầu. Sau đó, phản ứng thuỷ nhiệt theo phƣơng trình
(1.7) đƣợc tiến hành trong hệ thiết bị nhƣ hình 1.17, ở nhiệt độ khoảng 200°c, áp suất 10
- 15atm, thời gian 24 - 48 giờ: 
1 

OCaO + 6(NH4)2HP04 + 4H20 — » Ca10(PO4)6(OH)2 + 12NH4OH (1.8) Quá trình

thuỷ phân của muối CaHP04 cũng tạo ra sản phẩm HA trong bom thuỷ nhiệt đƣợc bọc lót
 bằng platin hoặc teflon ở nhiệt độ 250 - 300°c, trong thời gian 5 - 1 0 ngày. Nhiệt độ và
áp suất cao tạo điều kiện cho các tinh thế HA hình thành và phát triển. Phản ứng xảy ra
-25-

/>