i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU v
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 KHÁI QUÁT VỀ CALCIUM PHOSPHATE
1.1.1 Tình hình nghiên cứu 4
1.1.2 Ƣu điểm của BCP 5
1.1.3 Các ứng dụng của BCP 5
1.1.4 Ứng dụng của HAp bột 6
1.1.5 Ứng dụng của HAp dạng xốp 7
1.1.6 Ứng dụng của HAp dạng composit 9
1.2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIPHASIC CALCIUM
PHOSPHATE
1.2.1 Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 10
1.2.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 11
1.2.3 Phƣơng pháp phân tích quang phổ hồng ngoại (FTIR) 12
1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP HAp
1.3.1 Phƣơng pháp ƣớt ……………………………………………………… 13
1.3.2 Phƣơng pháp khô 19
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
2.1 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, HÓA CHẤT
2.1.1 Dụng cụ 21
2.1.2 Thiết bị 21
2.1.3 Hóa chất 21
ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

β–TCP: β-tricalcium phosphate
BCP: Biphasic calcium phosphate
HAp: Hydroxyapatite
FTIR: Fourier Transform Infrared (Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại).
SEM: Scanning Electron Microscope (Phương pháp kính hiển vi điện tử quét )
XRD: X-ray diffraction (Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X)
iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH



Bảng 1: Bước sóng đặc trưng của các nhóm chức 13
Bảng 2: Tổng hợp các thông số và phần trăm khối lượng của β-TCP và HAp theo tỉ
lệ mol Ca/P 27

1

LỜI MỞ ĐẦU

Vật liệu y sinh đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu thay
thế các bộ phận cơ thể, cấy ghép mô, xương của con người, hứa hẹn cho việc chữa
trị và tái tạo các mô và cơ quan bị mất hoặc bị tổn thương do chấn thương, bệnh tật
hoặc lão hóa. Trong những năm gần đây, con người đã đạt được những tiến bộ đáng
kể trong việc cấy ghép nội tạng, phẫu thuật tái tạo và sử dụng mô nhân tạo để điều
trị, cấy ghép các cơ quan nội tạng hoặc mô xương. Trong lĩnh vực vật liệu dùng cho
xương, nhiều loại vật liệu dùng trong cấy ghép và thay thế xương đã phát triển đáng
kể trong những thập kỉ qua, những năm gần đây, các nhà khoa học trên thế giới
quan tâm đến vật liệu biphasic calcium phosphate (BCP). Biphasic calcium

 Bố cục
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Thực nghiệm
Chương 3: Kết quả và thảo luận

3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 KHÁI QUÁT VỀ CALCIUM PHOSPHATE
Calcium phosphates với các đặc tính phù hợp dùng làm vật liệu sinh học đang
thu hút nhiều sự chú ý của khoa học trong ứng dụng làm vật liệu cho xương.
Calcium phosphate có tính tương hợp sinh học, hoạt tính sinh học cao và khả năng
chữa lành xương do có thành phần và cấu trúc tương tự thành phần khoáng trong
xương. Ngoài ra calcium phosphate còn có độ hấp thụ cao đối với các protein như
fibronectin và vitronectin. Vì vậy, khi sử dụng calcium phosphate có thể tăng cường
sự kết dính của các tế bào tạo xương. Mặt khác calcium phosphate bên trong cơ thể
từ từ hòa tan để giải phóng ion calcium và phosphate có lợi trong việc hình thành

- Năm 2003 Rochet.N đã nghiên cứu ảnh hưởng của BCP lên tế bào xương
người [21];
- Năm 2005 Livingston AT đã nghiên cứu ảnh hưởng của BCP lên tế bào gốc
của người tạo nên sự hình thành xương [16];
- Năm 2006 Ogose.A đã nghiên cứu đánh giá mô học BCP ghép trên xương
người [20].
- Năm 2006 Mastrogiacomo đã nghiên cứu ảnh hưởng của BCP lên sự tạo
thành xương trong ống nghiệm [17].
- Năm 2007 Byong-Taek Lee và đồng nghiệp đã tổng hợp bột BCP kích
thước nano dạng hình cầu bằng phương pháp sử dụng vi sóng [8].
- Năm 2008 Sun H đã nghiên cứu tính dẫn xương của BCP trên tế bào gốc
[22].
- Năm 2013 Wen-Yu Su đã nghiên cứu BCP dùng làm chất mang thuốc
Gentamicin chống viêm tủy xương [26].
 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.
- Năm 2005, Đỗ Ngọc Liên đã nghiên cứu quy trình tổng hợp bột và chế thử
gốm xốp hydroxyapatit [3].
- Năm 2009, Vũ Thị Dịu đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến bột
hydroxyapatite kích thước nano điều chế từ canxi hydroxit [1].
5

- Năm 2011, Nguyễn Văn Hưởng đã khảo sát quá trình tách và một số đặc
trưng của canxi hydroxyapatite từ xương động vật [2].
- Năm 2012, Nguyễn Minh Kha, Huỳnh Kì Phương Hạ, Phạm Thị Ngọc Trâm,
khoa kĩ thuật hóa học trường Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh đã tổng hợp
nano tinh thể hydroxyapatite bằng phương pháp sol-gel [4].
- Năm 2012, Trần Thanh Trước, Tạ Văn Tấn, Lê Thị Mỹ Hoa trường Đại học
Công nghiệp Thực phẩm –TPHCM đã nghiên cứu tổng hợp bột nano biphasic
calcium phosphate bằng phương pháp microwave [5].
1.1.2 Ƣu điểm của BCP

 Do lượng canxi hấp thụ thực tế từ thức ăn mỗi ngày tương đối thấp nên rất
cần bổ sung canxi cho cơ thể, đặc biệt cho trẻ em và người cao tuổi. Canxi có trong
thức ăn hoặc thuốc thường nằm ở dạng hợp chất hoà tan nên khả năng hấp thụ của
cơ thể không cao và thường phải dùng kết hợp với vitamin D nhằm tăng cường việc
hấp thụ và chuyển hoá canxi thành HAp. Có thể bổ sung canxi cho cơ thể người
bằng cách dùng thức ăn … Một phương pháp hữu hiệu là sử dụng HAp ở dạng bột
mịn, kích thước nano để bổ sung canxi [2] [14].
 Đối với bột HAp có kích thước hạt khoảng 150nm trở lên, quá trình thiêu
kết để tạo gốm HAp rất khó khăn. Quá trình kết khối diễn ra ở nhiệt độ khá cao
(1000 – 1200
0
C) trong thời gian dài (2–3 giờ), làm cho gốm HAp bị phân huỷ thành
các hợp chất không mong muốn, có hại cho cơ thể. Với kích thước nano (từ 20-
100nm), nhiệt độ kết khối của HAp bột giảm xuống chỉ còn khoảng 800–1000
0
C
7

trong thời gian từ ½ giờ đến 1 giờ. Điều này làm cho việc chế tạo gốm y sinh học từ
HAp có chất lượng cao, thuận lợi và dễ dàng hơn [2].
Hình 1.3 là hình ảnh của một số loại thực phẩm chức năng và thuốc bổ sung
canxi sử dụng nguyên liệu HAp bột dạng vi tinh thể đang được lưu hành trên thị
trường [2] [14].


tại trên răng [5] [13].
Giai đoạn b: Các ion Ca
2+
, PO
4
3-
, OH
-
trong các polime sinh học dạng bột nhão
tạo thành vi tinh thể HAp kích thước nano. Hỗn hợp này được phủ lên bề mặt răng
cũ để tạo thành lớp men răng mới [5] [13].
- Chế tạo những chi tiết để ghép xương và sửa chữa những khuyết tật của
xương [5] [25] :

Hình 1.5 : Gốm y sinh HAp tổng hợp bằng các phương pháp khác nhau [5]
Tuỳ thuộc vào mục đích cấy ghép hoặc thay thế, người ta có thể chế tạo ra các
sản phẩm gốm HAp (Hình 1.6) có kích thước và độ xốp khác nhau. Sau đó, gia
công các sản phẩm này thành các chi tiết phù hợp hoặc có thể sử dụng gốm HAp ở
dạng hạt để điền đầy những chỗ khuyết tật của xương [5] [25].
9 Hình 1.6: Sửa chữa khuyết tật của xương bằng gốm HAp dạng khối xốp hoặc dạng
hạt [1]
Ngoài ra, còn có một số ứng dụng của gốm HAp như:
- Làm điện cực sinh học cho thử nghiệm sinh học [1].
- Làm vật liệu truyền dẫn và nhả chậm thuốc [1].
- Gần đây, người ta phát hiện HAp dạng xốp có khả năng vận chuyển và phân
tán insulin trong ruột [1].
Tuy nhiên, gốm HAp còn có một nhược điểm là độ bền nén, độ bền uốn thấp.

nhanh, bị hãm đột ngột bằng một vật cản, một phần năng lượng của chúng chuyển
thành bức xạ sóng điện từ (tia X) gọi là bức xạ hãm [1].
Khi một chùm tia X có bước sóng  và cường độ I đi qua vật liệu, nếu tia tới
thay đổi phương truyền và thay đổi năng lượng gọi là tán xạ không đàn hồi. Khi tia
tới thay đổi phương truyền nhưng không thay đổi năng lượng gọi là tán xạ đàn hồi.
Trường hợp vật liệu đang nghiên cứu có cấu trúc tinh thể thì hiện tượng tán xạ đàn
hồi của tia X sẽ đưa đến hiện tượng nhiễu xạ tia X. Hiện tượng này chỉ xảy ra với ba
điều kiện: Vật liệu có cấu trúc tinh thể; có tán xạ đàn hồi; bước sóng của tia X (tia
tới) có giá trị cùng bậc với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể [1]. Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp nhiễu xạ tia X [1]
11

Trong mạng lưới tinh thể luôn tồn tại họ các mặt phẳng song song, cách đều
nhau một khoảng bằng d. Một chùm tia X có bước sóng  chiếu tới bề mặt của
mạng lưới tinh thể với một góc  sẽ bị phản xạ trở lại. Tất cả các tia phản xạ đó tạo
nên chùm tia X song song có cùng một bước sóng và có phương truyền làm với
phương tia tới một góc 2. Khi hiệu số pha giữa các tia X phản xạ là 2n (n là số
nguyên), tại điểm hội tụ chùm tia X sẽ có vân giao thoa với cường độ ánh sáng cực
đại [1].
1.2.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Nguyên tắc của phương pháp hiển vi điện tử quét là dùng chùm điện tử quét
lên bề mặt mẫu và thu nhận lại chùm tia phản xạ. Qua việc xử lý chùm tia phản xạ
này, có thể thu được những thông tin về hình ảnh bề mặt mẫu để tạo ảnh của mẫu
nghiên cứu [1].
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét cho phép quan sát mẫu với độ phóng
đại rất lớn, từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn lần [1].
Chùm điện tử được tạo ra từ catot qua hai tụ quang sẽ được hội tụ lên mẫu
nghiên cứu. Chùm điện tử đập vào mẫu phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp [1].

[13]. Bước sóng đặc trưng cho các nhóm chức có thể có mặt trong bột
BCP được trình bày ở bảng sau [3]:

13

Bảng 1: Bước sóng đặc trưng của các nhóm chức [3]
Nhóm chức
Bước sóng (cm
-1
)
H – O Stretch
C – O Stretch
P – O Str (H
3
PO
4
)
CO
3
2-
Stretch
P – O Stretch
P – O Stretch
H – O Bend
O – P – O Bend
3570
2345


Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa [5]
Việc tổng hợp HAp bằng cách kết tủa từ các ion Ca
2+
và PO
4
3-
có thể thực hiện
theo nhiều cách khác nhau, có thể phân ra thành hai nhóm chính [5]:
a) Phương pháp kết tủa từ các muối chứa ion Ca
2+
và
3
4
PO

dễ tan trong nước:
Các muối hay được dùng là Ca(NO

+ 8NH
4
OH  Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
+ 20NH
4
NO
3
+ 6H
2
O
(1.1)
Lượng Ca(NO
3
)
2
và (NH
4
)
2
HPO
4
được chuẩn bị theo tỷ lệ Ca/P = 1,67, pha
trong nước cất với nồng độ tương ứng 0,2M và 0,1M. Sau đó, nhỏ từ từ (tốc độ

OH để đảm bảo phản ứng diễn ra
trong môi trường pH = 10 – 12 [5].
Sau khi nhỏ hết lượng dung dịch (NH
4
)
2
HPO
4
tiếp tục khuấy hỗn hợp trong
khoảng 2 giờ tại nhiệt độ đã định. Kết thúc phản ứng, thu lấy kết tủa và làm sạch
bằng cách lọc rửa nhiều lần với nước cất trên máy ly tâm hoặc thiết bị lọc hút chân
không. Sản phẩm được sấy khô ở nhiệt độ 75 – 80
0
C và bảo quản tránh tiếp xúc với
không khí [5].
b) Phương pháp kết tủa từ các hợp chất chứa Ca
2+
ít tan hoặc không tan trong
nước:
Phản ứng xảy ra giữa Ca(OH)
2
, CaO, CaCO
3
… với axit H
3
PO
4
trong môi
trường kiềm [1][26]. Ví dụ:
10Ca(OH)

trường liên tục và các tiểu phân (các hạt) có kích thước nhỏ được phân tán đồng đều
trong môi trường đó. Tập hợp các tiểu phân nhỏ bé đó được gọi là pha phân tán,
môi trường chứa đựng pha phân tán gọi là môi trường phân tán. Khi môi trường
phân tán là lỏng và pha phân tán là rắn, thì tuỳ kích thước hạt sẽ tạo ra hệ huyền phù
hoặc hệ keo (sol) [1] [24].
Gel là một trạng thái lỏng hoá rắn, được tạo thành từ các hệ sol hoặc các dung
dịch cao phân tử. Gel có cấu trúc mạng không gian chứa đựng trong nó phần còn lại
của chất lỏng sau khi hình thành mạng. Quá trình tạo gel được mô tả như sau: Hệ
sol, dung dịch cao phân tử

gel, nghĩa là các hệ sol, dung dịch cao phân tử có thể
16

chuyển thành gel hoặc ngược lại tuỳ thuộc điều kiện. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình tạo gel là: kích thước, 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, cường độ và thời gian
khuấy…[1] [24].
Có thể chuyển 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 chuyển thành gel. Cũng có thể dùng cách khuấy
mạnh dung dịch để tạo gel. Cường 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, thường kết hợp cả hai cách trên để chuyển sol thành gel [1] [24].
Ưu điểm của phương pháp sol – gel là tạo được độ đồng nhất cao ở mức độ
phân tử, từ đó có thể chế tạo vật liệu ở dạng khối, màng mỏng, sợi và dạng hạt có
chất lượng tốt [1] [24].
1.3.1.3 Phương pháp phun sấy
Hình 1.10 là sơ đồ nguyên lý của phương pháp phun sấy. Dung dịch chứa các
ion Ca
Hình 1.11: Quá trình tạo và vỡ bọt dưới tác dụng của sóng siêu âm[1]
Năng lượng được tạo ra ở dạng xung với cường 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 thể làm cho các tinh thể bị vỡ
thành những hạt nhỏ hơn [1].
18

Hình 1.12 là sơ đồ nguyên lý của phương pháp siêu âm hoá học. Đầu phát siêu
âm được ngâm vào trong dung dịch để truyền năng lượng cho phản ứng hoá học.
Phương pháp này thường được kết hợp với phương pháp kết tủa để tạo HAp bột có
kích thước nanomet [1] [24].

Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp siêu âm hoá học [1]
1.3.1.5 Phương pháp composit
Phương pháp composit được sử dụng để chế tạo các vật liệu dạng khối xốp
chứa HAp. HAp được sử dụng thường ở dạng hạt, chất nền là các phân tử polyme.
Sự kết hợp của hạt HAp với polyme đưa ra một phương thức đơn giản và hữu hiệu
để gắn kết các đặc tính của hai loại vật liệu. Có thể sử dụng các polyme như axit
polylactic, polystyren, polyethylen, collagen, chitosan, xenlulo… trong đó các
polyme sinh học được đặc biệt quan tâm trong lĩnh vực y sinh vì chúng có tính
tương thích và phân huỷ sinh học cao [5].
Để chế tạo vật liệu composit chứa HAp, cation Ca
2+
được phân tán đều trong
mạng lưới polyme sau đó các anion PO
4
3-

4
)
2
và CaO,… được
trộn đều theo tỷ lệ Ca/P = 1,7; sau đó tiến hành phản ứng ở nhiệt độ khoảng 1000
0
C,
trong hệ kín. Phản ứng tạo HAp diễn ra như sau [5] [18]:
2Ca
3
(PO
4
)
2
+ Ca
4
P
2
O
9
+ H
2
O

Ca
10
(PO
4
)
6

2
và Ca(OH)
2
ở nhiệt độ thấp (250 – 300
0
C) trong áp suất khí quyển:
3Ca
3
(PO
4
)
2
+ Ca(OH)
2


Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
(1.5)
Các phản ứng pha rắn này thường được áp dụng để chế tạo HAp dạng khối
xốp. Hỗn hợp nguyên liệu rắn ban đầu được ép nén để tạo ra các chi tiết có hình
dạng và độ xốp mong muốn. Sau phản ứng, sản phẩm vẫn giữ nguyên được hình
dạng và cấu trúc xốp ban đầu. Chính nhờ những ưu điểm này mà phương pháp phản
ứng pha rắn này thích hợp cho việc chế tạo gốm y sinh với các chi tiết phức tạp [5]

(1.6)
Hoặc bằng các phản ứng sau [5]:
2Ca
3
(PO
4
)
2
+ Ca
4
P
2
O
9
+ H
2
O

Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
(1.7)
2Ca
3
(PO