Header Page 1 of 166.

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

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

Footer Page 1 of 166.


Header Page 2 of 166.

ii

2.2

QUY TRÌNH TỔNG HỢP BCP



Kết quả chụp SEM của β-TCP và HAp tại tỉ lệ mol Ca/P= 1,57 ... 31

KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ .................................................................................. 32
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

Footer Page 2 of 166.


Header Page 3 of 166.

iii

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)

Footer Page 3 of 166.


Header Page 4 of 166.

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH


Header Page 5 of 166.

v

DANH MỤC BẢNG BIỂU
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

Footer Page 5 of 166.


Header Page 6 of 166.

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
phosphates là vật liệu có khả năng liên kết sinh hóa với tế bào sống, giúp cho các tế
bào xương sau khi bị thương tổn tiếp tục tái sinh và liên kết trực tiếp với bề mặt vật
cấy, tạo liên kết trực tiếp với xương non dẫn đến sự tái sinh xương nhanh mà không


Nội dung nghiên cứu
- Tổng hợp biphasic calcium phosphate (HAp & β-TCP) từ calcium chloride

và trisodium phosphate.
- Khảo sát ở các môi trường pH=7, pH=9, pH=11.
- Khảo sát tỉ lệ mol Ca/P= 1,53; Ca/P= 1,57; Ca/P= 1,61.



Phƣơng pháp nghiên cứu
- Xác định cấu trúc bằng phương pháp XRD (phân tích nhiễu xạ tia X) [13].
- Xác định các nhóm chức bằng phương pháp phân tích FTIR (quang phổ hồng

ngoại) [13].
- Chụp bề mặt mẫu bằng phương pháp chụp SEM ( kính hiển vi điện tử quét)
[13].



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

Footer Page 7 of 166.


Header Page 8 of 166.



Footer Page 8 of 166.


Header Page 9 of 166.

1.1.1

4

Tình hình nghiên cứu
 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

- Năm 1986, Moore và Chapman đã chế tạo được miếng ghép tổ hợp giữa hai
pha HA và β –TCP [3].
- Năm 1989 Daculsi.G đã nghiên cứu sự thay đổi tính chất hóa lý của BCP
trong ống nghiệm [9].
- Năm 2003 Bagot.D đã nghiên cứu ứng dụng vật liệu xốp BCP trong phẫu
thuật xương tai [6].
- Năm 2003 Nich.C đã nghiên cứu ứng dụng vật liệu xốp BCP cấy ghép trong
xương hông [19].
- 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


Năm 1983, Klein và các đồng nghiệp lần đầu tiên tạo ra chi tiết ghép xương
bằng gốm chứa 100% HAp. Thực tế cho thấy, sự phát triển của xương trong miếng
ghép này có tốc độ phát triển chậm. Điều này tạo cho chất lượng của xương ở nơi
cấy ghép rất tốt, nhưng thời gian điều trị kéo dài. Sau thí nghiệm của Klein một
nhóm các nhà khoa học khác, đứng đầu là L.Geroa chế tạo chi tiết ghép xương chứa
100% pha β -TCP thì tốc độ phát triển xương non quá nhanh và như vậy cũng sẽ
đưa đến kết quả không tốt cho yêu cầu phát triển của xương [3].
Chính vì vậy việc chế tạo loại miếng ghép tổ hợp 2 pha với 2 loại HAp và
β-TCP sẽ cho ra loại vật liệu có hoạt độ và tính tương thích sinh học tốt hơn [3].
BCP là một tiềm năng tốt nhất cho ghép xương vì có thành phần rất gần với các
khoáng chất sinh học của xương, phóng thích các ion Ca2+ và PO43- giúp tạo xương
[11].

1.1.3

Các ứng dụng của BCP

-BCP tổng hợp có hoạt tính và khả năng thích ứng sinh học tốt nên được sử
dụng rộng rãi về phương diện lâm sàng dưới dạng bột, viên, các khối đặc, xốp và
các loại composite khác nhau [11].

Footer Page 10 of 166.


Header Page 11 of 166.

6

Hình 1.1. BCP dạng bột, dạng viên và các khối đặc, xốp [11]

trường [2] [14].

Hình 1.3: Thuốc bổ sung canxi sử dụng nguyên liệu HAp dạng vi tinh thể [1]

1.1.5

Ứng dụng của HAp dạng xốp

Vật liệu gốm xốp HAp có tính tương thích sinh học cao, có nhiều lỗ liên thông
với nhau, tạo thuận lợi cho sự xâm nhập của mô sợi và mạch máu, có tính dung nạp
tốt, không độc, không dị ứng. Nhờ có khả năng đặc biệt này mà ngày nay, HAp
dạng gốm xốp được ứng dụng đặc biệt rộng rãi trong y sinh học như [5]:
- Sửa chữa những khuyết tật của răng: các nhà khoa hoc Nhật Bản đã thành
công trong viêc tạo ra một hỗn hợp gồm HAp tinh thể kích thước nano và polymer
sinh học có khả năng phủ và bám dính trên răng theo cơ chế epitaxy, nghĩa là tinh
thể HAp mới tạo thành lớp men răng cứng chắc, “bắt chước” theo đúng tinh thể
HAp của lớp men răng tự nhiên ở dưới [5] [13].

Footer Page 12 of 166.


Header Page 13 of 166.

8

Hình 1.4 Quá trình tạo lớp men trên bề mặt răng [5]
Giai đoạn a: Lớp men HAp cũ, cần thay thế trên bề mặt răng bị phân huỷ bởi
dung dịch H2O2 + H3PO4. Hợp chất H2O2 còn có tác dụng loại bỏ các chất bẩn tồn
tại trên răng [5] [13].
Giai đoạn b: Các ion Ca2+, PO43-, OH- trong các polime sinh học dạng bột nhão

Ứng dụng của HAp dạng composit

Bản chất của gốm xốp và màng HAp là có độ bền cơ học thấp. Một giải pháp
để tăng độ bền cơ học là tạo ra một tổ hợp gốm composit bằng cách phân tán HAp
bột vào các polyme sinh học như collagen, chitosan, xenlulo, đường sacaro… . Vật
liệu ở dạng này được sử dụng làm các chi tiết cấy ghép xương chất lượng cao, làm
kẹp nối xương hoặc có thể 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 còn có khả năng liên kết với các tế bào sinh học thông
qua các nhóm chức của mình. Đây cũng là ưu điểm vượt trội của vật liệu composit
chứa HAp [5] [12].

Footer Page 14 of 166.


Header Page 15 of 166.

1.2

10

MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIPHASIC CALCIUM

PHOSPHATE
1.2.1

Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD)

Phương pháp XRD được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu, có
thể xác định nhanh, chính xác các pha tinh thể với độ tin cậy cao [1].

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].
Mỗi điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín
hiệu sáng, chúng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên
màn hình [1].
Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn hình. Độ sáng tối trên
màn hình phụ thuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời còn phụ
thuộc bề mặt của mẫu nghiên cứu. Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu
được những bức ảnh rõ nét và không đòi hỏi khâu chuẩn bị mẫu quá phức tạp[1].

Footer Page 16 of 166.


Header Page 17 of 166.

12



Bước sóng (cm-1)

H – O Stretch

3570

C – O Stretch

2345

P – O Str (H3PO4)

1649

CO32- Stretch

1545 – 1445

P – O Stretch

1091

P – O Stretch

962

H – O Bend

632


1.3.1.1 Phương pháp kết tủa
Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa được thể hiện qua hình 1.9:

Dung dịch
PO43-

Dung dịch điều
chỉnh pH
Dung dịch
Ca2+

Khuấy, gia
nhiệt

Kết tủa
HAp
Ly tâm, sấy

Sản phẩm
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa [5]
Việc tổng hợp HAp bằng cách kết tủa từ các ion Ca2+ và PO43- 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 Ca2+và PO43 dễ tan trong nước:
Các muối hay được dùng là Ca(NO3)2, CaCl2, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4… .
Phản ứng diễn ra theo phương trình (1.1) được coi là phương pháp cơ bản để tổng
hợp HAp [5]:
10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH4OH  Ca10(PO4)6(OH)2 + 20NH4NO3 + 6H2O
(1.1)
Lượng Ca(NO3)2 và (NH4)2HPO4 được chuẩn bị theo tỷ lệ Ca/P = 1,67, pha

kết tinh của HAp trong suốt quá trình tổng hợp [5].

1.3.1.2 Phương pháp sol – gel
Theo lý thuyết về phương pháp sol – gel, hệ phân tán là hệ bao gồm một môi
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

Footer Page 20 of 166.


Header Page 21 of 166.

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

độ cao. Sóng siêu âm tạo ra một chu trình giãn nở, nó gây ra áp suất chân không
trong môi trường lỏng. Hiện tượng tạo – vỡ bọt xảy ra khi áp suất chân không vượt
quá so với độ bền kéo của chất lỏng. Khi bọt phát triển tới kích thước nào đó, không
hấp thu năng lượng được nữa thì dưới áp lực từ chất lỏng bên ngoài, bọt sẽ vỡ vào
trong (hình 1.11). Hiện tượng này sinh ra một lượng nhiệt tại ngay thời điểm đó gọi
là sự toả nhiệt điểm (host – spot). Tuy nhiên, môi trường lỏng xung quanh có nhiệt
độ thấp nên sự gia nhiệt nhanh chóng được dập tắt. Điểm toả nhiệt có nhiệt độ và áp
suất cao, thời gian sống của nó rất ngắn. Quá trình tạo và vỡ bọt đóng vai trò nhận
và tập trung năng lượng của sóng siêu âm, chuyển năng lượng này thành năng
lượng cần thiết làm tăng tốc độ phản ứng hoá học lên nhiều lần [1].

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].

Footer Page 22 of 166.


Header Page 23 of 166.

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].



1.3.2.1 Phương pháp phản ứng pha rắn
Đây là phương pháp tổng hợp HAp trên cơ sở thực hiện các phản ứng pha rắn.
Nguyên liệu ban đầu có thể là: Ca3(PO4)2 và Ca4P2O9, Ca3(PO4)2 và CaO,… được
trộn đều theo tỷ lệ Ca/P = 1,7; sau đó tiến hành phản ứng ở nhiệt độ khoảng 10000C,
trong hệ kín. Phản ứng tạo HAp diễn ra như sau [5] [18]:
2Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + H2O  Ca10(PO4)6(OH)2
3Ca3(PO4)2 + CaO + H2O  Ca10(PO4)6(OH)2

(1.3)
(1.4)

Nhược điểm của phương pháp này là cần thực hiện ở nhiệt độ và áp suất cao
trong thời gian dài.
Cũng có thể chế tạo HAp bột và khối xốp bằng phản ứng pha rắn giữa
Ca3(PO4)2 và Ca(OH)2 ở nhiệt độ thấp (250 – 3000C) trong áp suất khí quyển:
3Ca3(PO4)2 + Ca(OH)2  Ca10(PO4)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]
[18].

1.3.2.2 Phương pháp hoá - cơ
Bằng phương pháp hoá – cơ, có thể chế tạo HAp bột bằng phản ứng giữa hai
pha rắn CaCO3 và CaHPO4.2H2O [5]: