LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin cám ơn ba mẹ, anh chị, những người
thân trong gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ về vật chất
cũng như tinh thần để chúng em có thể hoàn thành luận văn này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Lê Minh Viễn đã tận
tình hướng dẫn, chia sẽ những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt
quãng thời gian thực hiện luận văn này. Thầy đã nhiệt tình giúp đỡ
cũng như chân thành động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để chúng
em có thể hoàn thành luận văn.
Bên cạnh đó, chúng em xin cám ơn các anh, chị, các em lớp
HC13VS những người đồng hành trong phòng thí nghiệm đã nhiệt
tình giúp đỡ, hướng dẫn những gì còn bỡ ngỡ chưa biết trong phòng
thí nghiệm.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn toàn thể Thầy, Cô khoa Kỹ
Thuật Hóa Học, những người đã tận tâm giảng dạy, truyền đạt cho em
vốn kiến thức nền tảng, từ những môn đại cương tới những môn thực
tập, đồ án, từ đó tạo bước đệm để em có thể hoàn thành được luận văn
tốt nghiệp này.
Trận trọng.
TP.HCM, ngày…tháng…năm
2017
Sinh viên thực hiện
Vũ Trung Tín

i


Huỳnh

Quang

Tiên

i


TÓM TẮT
Luận văn này nghiên cứu một số điều kiện tổng hợp
Hydroxyapatit có kích thước nano bằng phương pháp kết tủa từ
nguyên liệu rẻ tiền và có nguồn cung cấp dồi dào là vỏ sò tự nhiên và
axit photphoric. Các yếu tố ảnh hưởng được khảo sát bao gồm:
-

Nhiệt độ nung mẫu: 100oC, 300oC, 500oC
Dung môi khác nhau và khác tỉ lệ : dung môi H 2O, Dung môi
Ethanol và H2O tỉ lệ 1:1, dung môi Ethanol và H 2O tỉ lệ 1:2,

dung môi Ethanol và H2O tỉ lệ 2:1.
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ
Tetracyclin
Tính chất của sản phẩm được đánh giá bằng các phương pháp
như: nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp kính hiển vi điện tử quét
(SEM) để khảo sát độ đơn pha, kích thước hạt và hình thái kích thước
hạt. Kết quả phân tích cho thấy tinh thể Hydroxyapatit đã hình thành ở
100oC, tinh thể thu được có dạng hình que, và còn kết khối tạo thành
các dạng tấm, vảy.
Bột HA tinh khiết được tiến hành nghiên cứu hấp phụ Tetracyclin.
Từ kết quả thí nghiệm cho thấy thời gian hấp phụ tốt nhất là 120 phút
(2h). Hiệu suất hấp phụ lớn được 80,54% đối với dung môi H2O.

ii



MỤC LỤC

iii


iv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ASTM (American Society for Testing and Materials): hiệp hội vật
liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ
– TCP: Beta Tri – Calcium phosphate
JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards): thẻ
tiêu chuẩn về giản đồ nhiễu xạ tia X
SBF (Simulated Body Fluid): dung dịch sinh học nhân tạo
SEM (Scanning Electron Microcope): kính hiển vi điện tử quét
XRD (X – ray Diffraction): phổ nhiễu xạ tia X

v


DANH MỤC HÌNH

vi


DANH MỤC BẢNG


viii


LỜI NÓI ĐẦU
Do dân số già với tỷ lệ bệnh tật cao, nhu cầu vật liệu sinh học mới
để cải thiện chất lượng cuộc sống con người tiếp tục là một trong
những vấn đề lớn đối với các nhà khoa học, kỹ sư và các bác sĩ lâm
sàng. Để chống lại những thiếu sót của bút tích mà có liên quan đến
nguồn cung hạn chế của mô và tỷ lệ mắc bệnh ở nơi hiến; và sự truyền
bệnh và sự từ chối kháng nguyên tương ứng, cách đây hàng thế kỷ các
nhà khoa học đã bắt đầu cấy vật liệu nhân tạo trong cơ thể để hỗ trợ và
phục hồi chức năng cho các cơ quan hoặc mô.
Trong 30-40 năm qua, một trong những phát triển quan trọng nhất
của ngành chỉnh hình là sử dụng các vật liệu sinh học để thay thế, tái
tạo và sửa chữa xương. Gốm sinh học là vật liệu gốm có khả năng
tương thích sinh học, và thường bao gồm kính sinh học và canxi
phosphate (như HA và β-TCP), và canxi phosphate hai pha. Các liệu
pháp sinh học đã được sử dụng ban đầu như một chất thay thế sinh
học đối với cấy ghép xương kim loại, tuy nhiên do hiệu quả cao của
chúng; gốm sinh học đã trở thành một trong những vật liệu sinh học
được nghiên cứu rộng rãi nhất cho các ứng dụng lâm sàng trên xương.
Apatit là họ khoáng photphat của canxi có công thức chung là
Ca10(PO4)6M2, gồm bốn dạng thường được nhắc đến là Hydroxyapatit,
Floroapatit, Cloroapatit và Bromoapatit với M = OH, F, Cl, Br tương
ứng. Trong các loại gốm sinh học canxi phosphate, HA được sử dụng
rộng rãi nhất để phục hồi chức năng và phục hồi răng vì nó là thành
ix


phần chủ yếu của men răng và răng của người. Cho đến nay, cấy ghép

HA đã được sử dụng lâm sàng dưới dạng bột, hạt, bột nhão, khối dày
đặc và xốp, hai phần, lớp phủ, và như composit. Một số đặc tính ưu
việt của HA bao gồm khả năng tương thích sinh học, thiếu phản ứng
miễn dịch, và sự tái hấp thụ chậm, tạo liên kết trực tiếp với xương non
dẫn đến sự tái sinh xương nhanh mà không bị cơ thể đào thải [28],
[29]. HA thu hút sự quan tâm ngày càng tăng lên như là vật liệu được
lựa chọn để sửa chữa xương.
Ở dạng bột, các nhà nghiên cứu đang cố gắng điều chế HA kích
thước nano (trong khoảng 20nm – 100nm) để góp phần nâng cao khả
năng hấp thụ của cơ thể. HA bột

ix


dạng vi tinh thể cùng với một số khoáng chất bổ sung khác đã được
dùng trong bào chế thuốc chống loãng xương và thực phẩm chức năng
bổ sung canxi, xử lý các khuyết tật của xương do chấn thương.
Từ 2005 đến nay, Viện Hóa Học, Viện Khoa Học và Công Nghệ
Việt Nam đã công bố một số kết quả nghiên cứu chế tạo HA bột [27]
và HA xốp [30] hướng đến ứng dụng trong dược học và y sinh học.
Để góp phần hoàn thiện quy trình chế tạo HA kích thước nano
ứng dụng trong y sinh học và dược học, chúng tôi lựa chọn đề tài: “
Tổng hợp nano Hydroxyapatit và khảo sát hoạt tính hấp phụ
Tetracyclin”
Các đặc trưng quan trọng của bột HA như độ đơn pha, độ tinh thể,
hình dạng, kích thước hạt… có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả sử
dụng. Do vậy, trên cơ sở tổng hợp bột HA kích thước nano, luận văn
tập trung vào khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
theo những nội dung như sau:
-


Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung..

-

Khảo sát ảnh hưởng của các loại dung môi trong hỗn hợp
phản ứng (H2O, Ethanol và H2O)

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thu được, lựa chọn các thông
số công nghệ cho quy trình sản xuất HA và tiến hành khảo sát khả
năng hấp phụ Tetracyclin.

x


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ HYDROXYAPATITE
Hydroxyapatite (HA), là dạng khoáng chất tự nhiên của apatit
canxi được tìm thấy trong răng và xương người với công thức
Ca5(PO4)3(OH) , nhưng thường được viết là Ca 10(PO4)6(OH)2 để cho
biết rằng tinh thể gồm hai đơn vị ô cơ sở, ngoài ra Hydroxyapatite còn
được gọi là tricalcium phosphate và calcium hydroxyapatite. Bên cạnh
đó các nhà khoa học đã tổng hợp được HA giống hệt cấu trúc và thành
phần của HA tự nhiên.
Hydroxyapatite có các tính chất đặc trưng và được ứng dụng trên
nhiều lĩnh vực.
1.1 Tính chất của Hydroxyapatite

1.1.1 Tính chất vật lý
Hydroxyapatite (HA) là tinh thể có màu nâu, vàng nhạt, trắng
ngà, trắng hoặc xanh lơ, tùy theo điều kiện hình thành, kích thước hạt
và trạng thái tập hợp; ở dạng bột nhưng thường có màu trắng. HA có
khối lượng phân tử 1004,60 g, tỷ trọng riêng là 3,156 g/cm 3 , nhiệt độ
nóng chảy 1760 °C, nhiệt độ sôi 2850 °C, độ cứng theo thang Mohs
bằng 5 và tích số tan là 2,12.10-118 (D W. Fowler, 2004, Nguyễn Văn
Hường, 2011).

12


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

Hình 1.1 Hydroxyapatite ở dạng bột
HA tự nhiên và nhân tạo thường tồn tại ở các dạng tinh thể sau:
dạng hình que, hình kim, hình vảy,…(Wikipedia, 2014). Có thể nhận
biết được các dạng của tinh thể HA nhờ sử dụng phương pháp hiển vi
điện tử quét (SEM) hoặc hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Hình 1.2 Các dạng tồn tại của tinh thể HA, (a) dạng hình que,
b) dạng hình trụ, (c) dạng hình cầu, (d) dạng hình sợi, (e) dạng
hình vảy, (f) dạng hình kim.

13


Luận văn tốt nghiệp


CBHD: TS.Lê Minh Viễn

HA tồn tại ở dạng cấu trúc là dạng đơn tà (monoclinic) (hình
1.2b) và dạng lục phương (hexagonal) (hình 1.2a). HA dạng đơn tà
chủ yếu được sinh ra khi nung dạng lục phương ở 850°C trong không
khí sau đó làm nguội đến nhiệt độ phòng. Còn dạng lục phương
thường được tạo thành trong quá trình điều chế ở nhiệt độ từ 25°C
đến 100°C. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hai dạng này giống nhau hoàn
toàn về số lượng và vị trí của các vạch nhiễu xạ. Chúng chỉ khác nhau
về cường độ của pic, dạng đơn tà cho các pic có cường độ yếu hơn các
pic của dạng lục phương khoảng 1% (Vũ Thị Diệu, 2009)
Cấu trúc ô mạng cơ sở tinh thể HA gồm các ion Ca 2+ bao quanh
bởi PO43- và OH- được sắp xếp theo dạng hình lục phương (Narasaraju
T.S.B, 1996) là dạng cấu trúc thường gặp của HA tổng hợp, trong
thành phần của xương và ngà răng hoặc dạng đơn tà (Tsuda, et al.,
1994) là dạng cấu trúc thường được tìm thấy trong men răng.
Hình 1.3 minh họa ô mạng đơn vị cấu trúc tinh thể lập thể của
HA. Một dạng apatit canxi tự nhiên có công thức Ca 5(PO4)3(OH),
nhưng thường được viết Ca10(PO4)6(OH)2 cho biết đơn vị gồm hai thực
thể liên kết với nhau. Như đã thấy trong hình, ion Ca được tìm thấy ở
mặt gốc, mặt giữa, mặt trên, và một phần, ba phần tư mặt, do đó Ca =
2(0.50) + {2(0.00) + 2(1.00)}/2 + {3(0.25) + 3(0.75)} × 4/4 = 10,
PO43- tìm thấy ở giữa và trên các đường thẳng, do đó PO 43- = 2(center)
+ 8(line)/2 = 6, đối với OH- nằm ở một phần tư và ba phần tư, khi đó
OH- = {4(0.25) + 4(0.75)}/4 = 2. Theo kết quả, tinh thể HA có thể
được mô tả như Ca10(PO4)6(OH)2. HA là hydroxyl cuối cùng của apatit
phức tạp. Trọng lương phân tử có thể được tính như sau: khối lượng
14



Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

phân tử (MW) = 40.08 × 10 + 30.974 × 6 + 15.999 × 26 + 1.008 × 2 =
1004.634, thể tích của ô đơn vị (V) = 1/2(a o × (3/2)1/2 × ao) × co × 2 =
528.714 × 10-24 (cm3), khối lượng ô đơn vị (W) = 1004.634/Avogadro
number = 1004.634/6.02 × 1023 (g), tỉ trọng (ρ) = (1004.634/6.02 ×
1023)/528.714 × 10-24 = 3.1564 (g/cm3).
a)

b)

Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể của HA a) Dạng lục phương ; b)
Dạng đơn tà. [14]
HA tổng hợp thường có độ tinh khiết với công thức hoá học
Ca10(PO4)6(OH)2, và tỷ số mol Ca/P nguyên tử cụ thể là 1,67. Tùy
15


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

thuộc vào quy trình tổng hợp và các điều kiện xử lý bột HA, có thể tạo
ra các canxi photphat khác với tỷ lệ Ca / P từ 2,0 đến 0,5 [14]. HA nói
chung có độ kết tinh cao với các tham số mạng lưới sau đây: (a = 0:95
nm và c = 0:68 nm) và nó sẽ hiển thị một đối xứng lục giác (S.G.
P63/m) với hướng ưa thích dọc theo trục c [14].

1.1.2 Tính chất hóa học
Công thức cấu tạo của phân tử HA được thể hiện hình (1.4). Phân
tử HA có cấu trúc mạch thẳng, các liên kết Ca – O là liên kết cộng hóa
trị. Hai nhóm OH- được gắn với nguyên tử P ở hai đầu mạch (Nguyễn
Văn Hường, 2011, Ylinen, 2006).

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của phân tử HA
HA không phản ứng với kiềm nhưng phản ứng với axit tạo thành
các muối canxi và nước:
Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl → 3Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2H2O (1.1)
HA tương đối bền nhiệt, có tỉ lệ ổn định Ca/P gần 1.67 khi nung
trong không khí khô hoặc ướt dưới 1200°C. Trên 1200oC, HA mất dần
các nhóm OH và chuyển thành oxyapatite.
Ca10(PO4)6(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)2-2xOx + xH2O (0 ≤ x ≤ 1)
(1.2)
Và ở 1450°C, oxyapatite bị phân hủy thành các sản phẩn βCa3(PO4)2 (β-TCP), Ca4P2O9 ,Ca2P2O7 hoặc CaO:
16


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

Ca10(PO4)6(OH)2 → 2β–Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + H2O

(1.3)

Ca10(PO4)6(OH)2 → 3β–Ca3(PO4)2 + CaO + H2O

(1.4)


1.1.3 Tính chất sinh học
Tính chất sinh học của HA đã được sử dụng rộng rãi như là chất
thay thế xương nhân tạo vì tính chất sinh học thuận lợi của nó bao
gồm: tính tương thích sinh học, ái lực sinh học, hoạt tính sinh học, dẫn
xương , hợp nhất xương, cũng như tạo xương (trong một số điều kiện
nhất định). HA chỉ chứa các ion canxi và phosphat và do đó không có
bất kỳ độc tính cục bộ hoặc hệ thống nào đã được báo cáo trong bất kỳ
nghiên cứu nào.
HA có thể được tìm thấy trong răng và xương của cở thể người.
Xương là thành phần cấu tạo cơ thể và được xem là một vật liệu sinh
học tự nhiên bao gồm biopolymer (collagen và các protein không
đồng nhất) và các khoáng chất (HA), cùng với không gian trống (độ
xốp); Chính xác hơn, xương là một dạng đặc biệt của các mô liên kết
khoáng hóa,bao gồm theo trọng lượng, hữu cơ 33% (28% là collagen
loại I và 5% khác gồm các glycoprotein không đồng phân, bao gồm
osteonectin, osteocalcin, protein hình thái xương, Xương proteoglycan
và sialoprotein) và 67 % vô cơ khác của xương được tạo thành từ HA,
xâm nhập vào cơ thể. Khoảng 96% phần men bao gồm khoáng chất
HA (răng) đó là tinh thể canxi phosphate, nước và chất hữu cơ.
Xương tồn tại ở nhiều dạng khác nhau: dạng gốm đặc khít ở bề
mặt xương và răng (HA chiếm đến 90 – 98% khối lượng), dạng gốm
xốp ở xương ống (HA chiếm 60 – 70%) và dạng xương non.

17


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn


HA tự nhiên và nhân tạo đều là những vật liệu có tính tương thích
sinh học cao do nó có cùng bản chất và thành phần hóa học. Ở dạng
màng và dạng xốp, HA có thành phần hóa học và các đặc tính giống
xương tự nhiên (Shi, 2006), các lỗ xốp liên thông với nhau làm cho
các mô sợi, mạch máu dễ dàng xâm nhập. Ở dạng bột mịn kích thước
nano, HA là dạng canxi photphate dễ được cơ thể hấp thụ nhất với tỷ
lệ Ca/P trong phân tử đúng như tỷ lệ trong xương và răng. Chính vì
vậy mà vật liệu này có tính tương thích sinh học cao với các tế bào và
mô, có tính dẫn xương tốt, tạo liên kết trực tiếp với xương non dẫn
đến sự tái sinh xương nhanh mà không bị cơ thể đào thải. Ngoài ra,
HA là hợp chất không gây độc, không gây dị ứng cho cơ thể người và
có tính sát khuẩn cao (Wikipedia, 2014).
Mặc dù HA tổng hợp tương tự như thành phần vô cơ của xương
tự nhiên, nhưng sự khác biệt rất lớn đối với tổng số thành phần hóa
học, độ cân bằng và cấu trúc. Xương là apatit sinh học được mô tả như
carbonated (3-8 w / t%), HA thiếu hụt canxi cái mà không phải là hóa
học lượng tử, không tinh thể, và ion-thế. Ngoài ra trong xương, HA
tồn tại dưới dạng các tinh thể nano với kích thước 4 x 50 x 50 nm,
theo đó các tinh thể nano được nhúng vào một ma trận sợi collagen
hữu cơ, chứa 90% hàm lượng protein [4]. Chất khoáng xương của con
người được thay thế bởi ion HA bằng công thức hoá học:
Ca8.3(PO4)4.3(HPO4, CO3)1.7(OH, CO3)0.3 [15,16]. Khi các ion CO32- và
HPO42- được thêm vào, tỷ lệ Ca / P dao động từ 1,50 đến 1,70, tùy
thuộc vào độ tuổi và vị trí xương [15].

18


Luận văn tốt nghiệp


CBHD: TS.Lê Minh Viễn

Trong một thí nghiệm được tiến hành bởi giáo sư Per-Ingvar
Branemark, vào năm 1952, sự quan tâm cho việc sử dụng nanohydroxyapatite cho mục đích con người đã được gây ra. Thí nghiệm
bao gồm trồng cấy titan trong xương thỏ. Khi giáo sư tiến hành tháo
cấy ghép, ông đã tìm thấy cấy ghép đã được tích hợp với xương thật
kỹ để không thể tháo ra, đó là do hydroxyapatite.
Ban đầu sử dụng phần lớn cho cấy ghép nha khoa; vì HA hoạt
động sinh học khuyến khích xương phát triển và hồi phục nên được
ứng dụng trong quá trình cấy ghép xương mà không bị phá vỡ hay hòa
tan trong cơ thể người. Tuy nhiên có những vấn đề sức khỏe xung
quanh nano-hydroxyapatite; đôi khi các phân tử có thể gom lại thành
các tinh thể. Chúng có thể hình thành xung quanh các khớp và gây
sưng các khớp, dây chằng.
Hợp chất HA tương đối bền với dịch men tiêu hóa, ít chịu ảnh
hưởng của dung dịch axit trong dạ dày. Ở dạng bột mịn kích thước
nano, HA được cơ thể người hấp thụ rất nhanh qua niêm mạc lưỡi và
thực quản. Vì những đặc tính này bột HA kích thước nano được dùng
làm thuốc bổ sung canxi với hiệu quả cao (Nguyễn Văn Hường, 2011)
.
HA nung thiêu kết ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. HA ở nhiệt độ
cao, mật độ HA dày đặc trong khi ở nhiệt độ thấp tạo ra HA có độ xốp
hơn. HA ở nhiệt độ cao không được các đơn vị xương hấp thụ, ở nhiệt
độ thấp có tỉ trọng và độ kết tinh thấp có xu hướng được hấp thụ bởi
các đơn vị xương (osteoclast). HA ở nhiệt độ thấp là một vật liệu sinh
học điển hình, không trực tiếp kết nối xương nhưng được tái hấp thụ
19



Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

vào cơ thể thành cấu trúc xương. HA ở nhiệt độ thấp có kích thước
nano và được hấp thụ dần dần vởi axetic acid, được tại ra tế bào
xương, do đó sau khi tái hấp thụ nó có thể được sử dụng như một
nguồn gốc để hình thành xương.
Bề mặt HA hỗ trợ sự kết dính tế bào xương, tăng trưởng tạo
xương mới thay thế dần dần xương lân cận. Giá đỡ HA dùng làm
phương tiện vận chuyển cytokine (protein tạo bởi tế bào) với khả năng
kết hợp và tập trung BMP trong cơ thể. Cuối cùng sự hình thành
xương xảy ra bằng cách gieo những chiếc giá đỡ trước khi cấy ghép
vào tế bào, tạo ra những trung tâm mới để hình thành xương.
Sự tạo xương xảy ra do sự kích thích các tế bào gốc trung mô của
vật chủ trong các mô xung quanh. Các tế bào gốc sau đó phân biệt
thành các tế bào xương tạo thành xương. Nhiều nghiên cứu mở rộng
đã được tiến hành trong vài năm qua để hiểu rõ hơn tiềm năng sự tạo
xương của HA. Sự tạo xương đã được nhìn thấy trong một số nghiên
cứu độc lập trong các vật chủ khác nhau như chó, dê và khỉ đầu chó,
tuy nhiên cơ chế cơ bản liên quan đến sự kích thích xương vẫn còn
chưa rõ ràng.
Ripamonti et al. đã tiến hành nhiều nghiên cứu về việc sử dụng
lâu dài (1 năm) của HA cấy vào cây linh trưởng Papio ursinus [7,68].
Các nghiên cứu của họ cho biết sự hình thành xương tự phát ở các vị
trí không xương.
Trong cơ thể sống, HA sinh học tiếp xúc thường xuyên với các
chất dịch cơ thể như huyết thanh và nước bọt. Như vậy, sự phân tán,

20



Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

độ tan và kết tủa diễn ra như là một phần của sự tương tác của chất
này với chất lỏng sinh học trong các mô [17].
Nếu một chất không hoà tan nhiều hơn giới hạn hòa tan ở một
nhiệt độ nhất định, bề mặt được xem là bão hòa với chất tan. HA ổn
định hơn bên trong cơ thể vì nó bão hòa bên trong cơ thể khi so sánh
với các loại CPs khác (MCPM, ACP, HA khiếm khuyết, TTCP). Đây là
lý do chính tại sao thành phần chủ yếu của mô cứng là HA [18, 19].
Đồng thời, thực tế là HA bão hòa trong cơ thể chỉ ra rằng HA bị kết
tủa hơn là bị hòa tan và dần dần trải qua một mức độ khoáng hóa cao
hơn (hoặc vôi hóa). Nhưng thực tế là tinh thể HA không bị kết tủa từ
dịch cơ thể bão hòa, do sự tồn tại của một số loại chất ức chế đối với
sự kết tủa của HA. Những Protein như proteoglycan, metaphosphates,
và axit pyrophosphoric bên trong cơ thể có thể ngăn chặn sự kết tủa
HA [20, 21].
Để cải thiện khả năng tương thích sinh học của cấy ghép kim loại
Ti, Kim et al. [22] đã chuẩn bị một lớp phủ HA trên bề mặt bằng sự
cung cấp chùm electron. Kết quả cho thấy: (i) tỷ lệ hòa tan của lớp
phủ phụ thuộc mạnh vào tỷ lệ Ca / P, (ii) các lớp phủ với tỷ lệ Ca/P
gần với tinh thể HA (Ca / P = 1,67) cho thấy sự ổn định trong dung
dịch muối sinh lý và (iii) khi lớp phủ được kết tinh bằng cách xử lý
nhiệt trong không khí ở nhiệt độ từ 400°C đến 500°C, sự ổn định được
tăng cường hơn nữa trong khi vẫn duy trì độ bền liên kết bề mặt với bề
mặt. Hơn nữa, các xét nghiệm ban đầu trên thỏ cho thấy rằng việc xử
lý nhiệt và kết quả sự gia tăng ổn định sẽ có lợi cho việc gắn kết

xương để cấy ghép [22].
21


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

Ngoài ra HA còn được sử dụng như một yếu tố gia cường trong
các vật liệu sinh học, ví dụ như nano HA kết hợp với mạng lưới
polymer, chẳng hạn như chitosan để tạo ra một biocomposit HA-CHI
để vượt qua tính yếu kém giòn dễ vỡ.
1.1.4 Tính chất cơ học
Các tính chất cơ học của HA phải khớp với tính chất của xương tự
nhiên nhất có thể, để cho phép tu sửa xương tại nơi cấy ghép. HA
thường được thiêu kết để tăng cường các tính chất cơ học của mẫu
HA, tuy nhiên các tính chất cơ học của các mô cấy ghép HA vẫn còn
kém hơn so với xương tự nhiên (Bảng 1.1). Mặc dù các nghiên cứu
khác nhau báo cáo các đặc tính cơ học của xương tự nhiên, nha khoa,
men răng, và các mô cấy HA tổng hợp, nhiều sự thay đổi thường thấy
trong số liệu có thể là do sự khác biệt về tính chất vật liệu, cũng như
độ nhạy cảm giới hạn của các phép đo, do đó phạm vi trung bình được
đưa ra trong bảng 1.1.
Trong khi cải thiện tính chất cơ học là mong muốn, các tính chất
cơ học của HA không nên vượt quá của xương tự nhiên. Nếu có một
gradient lớn trong mô đun đàn hồi giữa cấy ghép và gốc, điều này có
thể dẫn đến hiện tượng được gọi là căng thẳng. Trong quá trình bảo vệ
căng thẳng, tải đặt trên mô cấy trong suốt quá trình chuyển động
không phải do xương truyền, nhưng thông qua cấy ghép dẫn tới tổn
thương xương hàm [51]. Xương đòi hỏi vận động đều đặn và sức căng

để khỏe mạnh và sự thiếu kích thích cơ học sẽ làm giảm quá trình tái
tạo xương.

22


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

Nhiệt độ thiêu kết, độ xốp, tỉ lệ Ca/P, độ tinh khiết pha và kích
thước hạt được cho là ảnh hưởng đến sức chịu tải của mẫu HA. Các
nghiên cứu cũng chỉ ra rằng độ cứng Vickers thường tăng lên khi nhiệt
độ thiêu kết (và kích cỡ hạt) lên đến một giá trị quan trọng vượt quá
mức độ tổn thất nghiêm trọng về độ cứng [47] . Điều này đã được quy
cho hai hiện tượng, tức là tăng trưởng hạt quá mức và sự phân huỷ
nhiệt của HA.
Một trong những hạn chế chính của HA là độ dẻo dai thấp so với
xương vỏ não, điều này có nghĩa HA hoạt động như một vật liệu
tương đối giòn. Ngoài ra các tính chất cơ học của nó giảm trong cấy
ghép xốp mà thường được yêu cầu cho kỹ thuật mô xương. Mô đun
đàn hồi của HA dày đặc nằm trong khoảng xương tương tự của vỏ
xương, răng và men răng, nhưng các mô cấy HA có số lượng lớn lại
cho thấy độ chịu cơ học chỉ khoảng 100MPa, trong khi chịu cơ học ở
xương tự nhiên thường cao hơn 3 lần. Độ bền cơ học cũng giảm đi
trong các giàn đỡ HA lớn xốp [48]. Do độ dẻo dai cao và độ bền cơ
học kém hoặc độ dẻo dai thấp nên việc sử dụng các mô cấy ghép HA
được giới hạn trong các ứng dụng không chịu tải như phẫu thuật tai
giữa, làm đầy các khiếm khuyết xương trong nha khoa hoặc chỉnh
hình, cũng như phủ các mô cấy nha khoa và chân giả kim loại [48].

Bảng 1.1: Tính chất cơ học của xương với HA [54-56]
Tính chất

Xương

cơ học

vỏ não

Lực

nén/

100-

Xương
thắt
lưng
2-12

Ngà

Men

Mật độ

răng

răng


HA

295

384

120-900

23

HA xốp
2-100


Luận văn tốt nghiệp

Mpa
Lực
căng/uốn/

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

230
50-150

10-20

2-12

NA


51.7

10.3

38-300

3

Mpa
Độ dẻo
dai /

1

Mpa.m1/2
Mô đun đàn
hồi/
young’s/

18-22

18-21

74-82

35-120

GPa*
Độ cứng

Vickers/

3-7

GPa
Để cải thiện các đặc tính cơ học của các mô cấy HA, các chất bổ
sung với các chất đệm khác nhau cũng đã được nghiên cứu. Bao gồm
gốm, polyme, kim loại và vô cơ. Một số nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng
bằng cách kết hợp các hạt HA với các sợi nano tự nhiên hoặc tổng
hợp, sức mạnh cơ học của HA có thể tăng lên. Polyme linh hoạt hơn
so với gốm sứ và do đó giúp tăng tính ổn định cơ học của HA bằng
cách giảm độ giòn [57,58].
Tuy nhiên tồn tại mối quan tâm đó là bằng cách kết hợp HA với
polyme, tính chất tạo xương có thể bị chắn nếu các hạt HA được
nhúng bên trong sợi polymer và không hiện diện trên bề mặt.
Trong thập kỷ gần đây, các ống nano cacbon (CNT) ngày càng trở
nên quan trọng như là một sự gia cố cho các mô cấy ghép HA [54].
24


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: TS.Lê Minh Viễn

Tuy nhiên thách thức với CNT là khuynh hướng tự nhiên của nó để
kết tụ. Phân tán tốt CNT trong các ma trận polyme là rất cần thiết để
ngăn ngừa sự thất bại sớm. Trong những năm gần đây, đã có rất nhiều
nỗ lực để chuẩn bị các hợp chất nano chứa các hạt nano HA riêng lẻ
và không kết tụ liên quan đến sự biến đổi hạt [59]. Khi CNT được kết
hợp vào ma trận HA, độ dẻo đã được cải thiện lên 92% và mô đun đàn

hồi 25% so với ma trận HA mà không có CNT [60,61]. Tinh thể HA
tạo thành một giao diện mạch lạc với CNT, dẫn đến kết nối liên kết
mạnh. Sự phân bố đồng nhất của CNT trong ma trận HA, liên kết bề
mặt tốt và kích thước hạt HA tốt là yếu tố quan trọng để cải thiện tính
dẻo dai, do đó kết hợp các tính chất dẫn xuất của HA và các tính chất
cơ lý tuyệt vời của CNT [62].
Tuy nhiên, độc tính của CNT vẫn còn là một mối quan tâm và
lĩnh vực nghiên cứu này phải được nghiên cứu đầy đủ hơn nữa trước
khi HA-CNT có thể được coi là một lựa chọn khả thi cho tái thiết
xương.
1.2 Ứng dụng của bột HA
HA có hai đóng góp trong vật liệu sinh học và công nghệ sinh học
: (1) ảnh hưởng đến việc cải tiến các tính chất cơ học và hoạt động
sinh học, (2) ảnh hưởng bởi các thông số khác nhau tăng cường chức
năng sinh học.
HA có tính tương thích sinh học tốt với cơ thể người, có thể tạo
liên kết trực tiếp với xương mà không cần có mô cơ trung gian và có
khả năng tạo sự tái sinh xương nhanh..

25