BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TỔNG HỢP
TRICALCIUM PHOSPHATE (TCP)
ỨNG DỤNG TRONG BIOCERAMICS

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ths. Ngô Trương Ngọc Mai

Lê Hồng Thiện
MSSV: 2064011
Ngành: Cơng Nghệ Hóa Học-Khóa 32

Tháng 11/2009


Trường Đại học Cần Thơ
Khoa Công Nghệ
Bộ môn Công nghệ hóa học

Cộng hịa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
-----------------------Cần Thơ, ngày 12 tháng 11 năm 2010

 Khảo sát quá trình nung chuyển hóa  -TCP thành  -TCP.
 Phân tích cấu trúc hạt bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).
8. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài
Các hóa chất để thực hiện
9. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 250.000 đồng.

ii


DUYỆT CỦA CB TẠI CƠ SỞ

DUYỆT CỦA CBHD

Th.S Ngô Trương Ngọc Mại
DUYỆT CỦA BỘ MÔN

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP

iii


LỜI CẢM ƠN

Để có được thành quả như hơm nay em xin chân thành cám ơn tất cả quý
thầy cô khoa Công nghệ và khoa Khoa học tự nhiên đã truyền đạt cho em những
kiến thức quý báu trong suốt 4 năm rưỡi học tập tại trường. Những kiến thức đó sẽ
giúp em vững bước hơn trên con đường sắp tới.
Đặc biệt, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cơ Ngơ Trương Ngọc Mai đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giảng giải cho em những kiến thức em chưa biết,
những điều em chưa hiểu. Cô đã động viên và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

v


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

2.2.4 Một số loại calcium phosphote trong lĩnh vực y học.............................. 11
2.2.4.1 CaP hình thành nhiệt độ thấp .......................................................... 11
2.2.4.2 CaP hình thành nhiệt độ cao ........................................................... 13
2.2.5 Ứng dụng của TCP................................................................................ 15
2.2.5.1 Trong lĩnh vực thực phẩm .............................................................. 15
2.2.5.2 Trong lĩnh vực sản xuất Photpho(P) trắng và axit photphoric ......... 16
2.2.5.3 Trong lĩnh vực y học ...................................................................... 16
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM..................... 18
3.1 Phương tiện nghiên cứu ............................................................................... 18
3.1.1 Dụng cụ ................................................................................................ 18
3.1.2 Thiết bị ................................................................................................. 18
3.1.3 Hóa chất................................................................................................ 19
3.2 Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 19
3.2.1 Phương pháp đo .................................................................................... 19
3.2.1.1 Phân tích thành phần hạt ................................................................ 19
3.2.1.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)................................................ 20
3.2.1.3 Phương pháp phân tích bề mặt ....................................................... 22
3.2.2 Khảo sát quá trình tổng hợp hạt  - TCP từ Ca(NO3)2 và (NH4)2HPO4
trong môi trường NH4OH [2] ......................................................................... 23
3.2.2.1 Mô tả quá trình thực hiện ............................................................... 23

vii


3.2.2.2 Các yếu tố khảo sát ........................................................................ 25
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................. 29
4.1 Ảnh hưởng của nồng độ tác chất ban đầu đến kích cỡ hạt của  -TCP ......... 29
4.2 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến kích cỡ hạt của  -TCP .................. 31
4.3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến kích cỡ hạt của  -TCP ........................... 32
4.4 Khảo sát sự hình thành  -TCP trong điều kiện thích hợp............................ 33

Hình 4.4 Đồ thị khảo sát điều kiện thích hợp theo thời gian ...................................34
Hình 4.5 Kết quả đo XRD của mẫu  -TCP chưa đem đi nung ............................. 35
Hình 4.6 Kết quả đo XRD của mẫu  -TCP nung ở 1150oC ..................................36
Hình 4.7 Kết quả đo XRD của mẫu  -TCP nung ở 1200oC ..................................37
Hình 4.8 Kết quả đo XRD của mẫu  -TCP nung ở 1250oC ..................................38
Hình 4.9 Bề mặt mẫu  -TCP nung ở 1250oC ....................................................... 38

ix


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Phân loại bioceramics ...............................................................................4
Bảng 2.2 Tính chất cơ học một số bioceramics ........................................................7
Bảng 2.3 Một số hợp chất CaP hình thành nhiệt độ thấp ........................................ 12
Bảng 2.4 Một số hợp chất CaP hình thành nhiệt độ cao ......................................... 14
Bảng 3.1 Số gam chất tan và thể tích cần pha (tổng thể tích đảm bảo 800ml) ........ 26
Bảng 4.1 Ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến kích thước hạt ............................... 29
Bảng 4.2 Ảnh hưởng của thời giản phản ứng đến kích thước hạt ........................... 31
Bảng 4.3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến kích thước hạt ....................................32
Bảng 4.4 Kết quả khảo sát kích cỡ hạt điều kiện thích hợp theo thời gian .............. 33

x


DANH MỤC BẢNG PHỤ LỤC
Phụ lục 1 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP với nồng độ
tác chất CM= 0,5M ................................................................................. 44
Phụ lục 2 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP với nồng độ
tác chất CM= 0,02M ............................................................................... 45
Phụ lục 3 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP với nồng độ

Phụ lục 20 Kết quả đo XRD của mẫu  -TCP chưa nung ......................................63
Phụ lục 21 Kết quả đo XRD của mẫu  -TCP nung ở nhiệt độ 1150oC.................. 64
Phụ lục 22 Kết quả đo XRD của mẫu  -TCP nung ở nhiệt độ 1200oC.................. 65
Phụ lục 23 Kết quả đo XRD của mẫu  -TCP nung ở nhiệt độ 1250oC.................. 66

xii


LỜI NÓI ĐẦU


Cùng sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngày nay những yêu cầu về cuộc sống
cũng càng cao hơn. Trong đó, vấn đề về sức khỏe của con người được đặt lên hàng
đầu. Việc chữa trị bệnh, đăc biệt là việc cấy ghép xương cho con người đòi hỏi cần
sử dụng đến các loại vật liệu khác nhau như kim loại, hợp kim,… Tuy nhiên, người
ta cũng dần phát hiện ra một vài tác dụng không tốt của các loại vật liệu này như
khả năng tương thích sinh học thấp, khơng có sự liên kết chặt chẽ với xương,… nên
các nghiên cứu sau này hướng đến các loại vật liệu có tính tương thích sinh học cao.
Bioceramics hay gốm y sinh là loại vật liệu có tính tương thích sinh học cao và
được sử dụng nhiều trong các thủ thuật y tế mà quan trọng là một số phẫu thuật cấy
ghép. Một trong những loại gốm y sinh được nhiều ứng dụng trong lĩnh vực chỉnh
hình và nha khoa đó là Tricalcium phosphate (TCP). So với các loại vật liệu sử
dụng trong các thủ thuật của xương, răng trước đây TCP có những tính chất tốt hơn
như trơ trong môi trường cơ thể người, khả năng hoạt động sinh học tốt, có màu sắc
sáng trắng và bền cơ học…
Ở Việt Nam hiện nay, Tricalcium phosphate được sử dụng nhiều trong các thủ
thuật như thay thế xương bả chè, xương hơng, răng,…Tuy nhiên, các quy trình tổng
hợp để sản xuất TCP ứng dụng trong lĩnh vực y học vẫn chưa được công bố nhiều.
Trong bài viết này sẽ trình bày về phương pháp tổng hợp TCP và khảo sát những
điều kiện để tổng hợp TCP.

 Chương 2 Tổng quan (lược khảo tài liệu): sẽ trình bày về lý thuyết
xung quanh về biocramics và tricalcium phosphate (TCP). Ở chương
này sẽ nói rõ về lịch sử phát triển, phân loại, một số tính chất cơ học và

1


Chương 1 Giới thiệu chung

 khả năng tương thích sinh học cao của vật liệu gốm y sinh. Tiếp theo
chương 2 sẽ trình bày lý thuyết TCP về tính chất, cầu trúc, những
phương pháp tổng hợp TCP và ứng dụng của TCP.
 Chương 3 Phương tiện và phương pháp thí nghiệm: trình bày về những
dụng cụ và thiết bị phục vụ cho đề tài. Chương này cũng nói về
phương pháp thực hiện thí nghiệm, một số phương pháp đo đạc để lấy
số liệu.
 Chương 4 Kết quả và bàn luận: trình bày và bàn luận về những kết quả
có được sau khi tiến hành thí nghiêm.
 Chương 5 Kết luận và kiến nghị: trình bày ngắn gọn những kết quả thu
được sau khi tiến hành thí nghiệm, nêu những kiến nghị cho những
nghiên cứu tiếp theo.

SVTH: Lê Hoàng Thiện

2


CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu về Bioceramics [1]



Chương 2 Tổng quan

2.1.2 Phân loại Bioceramics
Dựa trên những hoạt tính hóa học trong mơi trường sinh lý của các
bioceramics ta có thể chia nó ra thành ba loại như ở bảng 2.1.

Bảng 2.1: Phân loại bioceramics
Loại bioceramics
Chất có hoạt tính trơ

Chất điển hình
Al2O3, ZrO2
Thủy tinh y sinh

Chất có phản ứng bề mặt
[Na2O(CaO)(P2O3)(SiO2)]
Chất hấp thụ lại

Ca3(PO4)2

Hình 2.1 Cấu trúc nhơm ôxít (Al2O3)

Tính chất của 3 loại bioceramics trên được mô tả qua hình 2.1. Trong đó, chất
có hoạt tính trơ như Al2O3 có tương phản ứng hay phản ứng tương đối trong mơi
trường sinh lý thấp. Tính chất này có thể thấy thông qua cấu trúc bền vững của
mạng tinh thể Al2O3 làm cho nó khó xảy ra phản ứng trong mơi trường sinh lý.
Phản ứng của chất có hoạt tính trơ trong mơi trường sinh lý đạt đỉnh cao nhất trong
khoảng 104 ngày ( hơn 250 năm). Chất phản ứng trên bề mặt có độ phản ứng tương


10 5

Thời gian,
ngày

Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn độ phản ứng tương đối theo thời gian [1]

2.1.3 Tính chất cơ học Bioceramics
Để vật liệu bioceramics ứng dụng được vào cơ thể người, trước tiên phải
khảo sát tính chất cơ học của chúng để xác định khả năng thay thế được phần xương
khiếm khuyết của cơ thể người, một số tính chất cơ học được quan tâm bao gồm
như độ bền uốn, độ bền kéo, modun đàn hồi, khả năng chịu hao mòn, khả năng
chống ăn mòn,…
Khi một vật chịu tác động của ứng suất kéo hoặc nén trên một đơn vị diện
tích nhỏ, vật đó sẽ phản ứng lại bằng cách biến dạng theo tác động của lực tác dụng
là dãn ra hay nén lại. Trong vùng biến dạng đàn hồi, độ biến dạng tỉ lệ thuận với
ứng suất tác dụng. Hệ số tỉ lệ này gọi là mô đun đàn hồi. Mô đun đàn hồi của một
vật thể được xác định bằng độ dốc của đường cong ứng suất – biến dạng ở hình 2.3
trong vùng biến dạng đàn hồi [13].

SVTH: Lê Hoàng Thiện

5


Ứng suất, MPa

Chương 2 Tổng quan



Bảng 2.2: Tính chất cơ học một số bioceramic [7]
Modun đàn hồi

Độ bền nén

Độ bền kéo

(GPa)

(MPa)

(MPa)

Tinh thể Al2O3

380

4500

350

Thủy tinh sinh học

22

500

56 - 83


phải trải qua hàng loạt những nghiên cứu về khả năng tương thích của nó trong cơ
thể sống. Thực tế hiện nay, thay vì tìm một loại vật liệu có cơ tính tốt nhưng khơng
tồn tại lâu dài trong cơ thể thì người ta ưa chuộng một loại vật liệu có khả năng

SVTH: Lê Hồng Thiện

7


Chương 2 Tổng quan

tương thích cao với thành phần khống chất gần giống như thành phần đã mất đi
của cơ thể sống.
Hiện nay, người ta đã có một bước đột phá to lớn trong lĩnh vực xương và
chỉnh hình khi phát hiện ra một loại vật liệu có q trình hình thành gần giống như
xương người và có độ tương thích cao trong cơ thể. Đó là hydroxyapatite,
Ca10(PO4)6(OH)2 và cũng là chất được chuyển hóa từ q trình thủy phân tricalcium
phosphate (TCP).
4Ca3(PO4)2 + 2H2O = Ca10(PO4)6(OH)2 + 2Ca2+ + 2HPO42-

2.2 Giới thiệu về Tricalcium phosphate (TCP)
Tricalcium phosphate là một Bioceramic có cơng thức phân tử Ca3(PO4)2. Nó
cịn được gọi là tribasic canxi photphat hoặc là tro xương ( TCP là một trong những
sản phẩm chính của q trình đốt cháy xương) “xem hình 2.3”. TCP được tìm thấy
trong tự nhiên ở trạng thái rắn tinh thể nằm trong răng, xương của động vật có
xương sống hay các loại khống sản đặc biệt là quặng apatit, nó thường có cơng
thức Ca5(PO)3X (X là F, Cl, OH hoặc hỗn hợp), nếu X là OH thì gọi là
Hydroxyapatite (HA). [16]

2.2.1 Cấu trúc của TCP

Dựa vào thông số của hai loại cấu trúc cho thấy  -TCP gần giống như là một
dạng nới lỏng của  -TCP, và mật độ của nó cũng nhỏ hơn so với  -TCP. [6]

2.2.2 Tính chất vật lý của TCP [16]
Tricalcium phosphate có dạng bột vơ định hình màu trắng như hình 2.5, có
phân tử lượng 310,18 g/mol, nóng chảy 1391oC.

Hình 2.5 Bột Tricalcium phosphate

SVTH: Lê Hoàng Thiện

9


Chương 2 Tổng quan

2.2.3 Các phương pháp tổng hợp TCP [2]
Tổng hợp TCP đi theo hai nguồn từ tự nhiên hay từ các hóa chất tinh khiết.
Tổng hợp TCP theo nguồn tự nhiên là việc tạo ra TCP từ các loại khoáng như
apatit hoặc Whitlockite. Từ các nguồn này TCP được hình thành và nằm lẫn trong
các khống trên do đó phải qua q trình làm sạch để thu được TCP sạch. Trong
phương pháp này ta sẽ thu được TCP tương đối sạch và chỉ thường dùng cho các
ngành sản xuất hóa chất khác như photpho hoặc axit photphoric do đó ta sẽ khơng
tìm hiểu sâu vào phương pháp này.
Tổng hợp TCP từ các hóa chất tinh khiết là việc tạo ra TCP từ các hóa chất
ban đầu có độ tinh khiết cao và tạo ra được TCP cũng có độ tinh khiết cao. Việc
tổng hợp này là một lĩnh vực khá rộng do ta có thể sử dụng nhiều loại hóa chất khác
nhau để tạo ra TCP nhưng việc tạo ra TCP vẫn theo một nguyên lý chung là tạo ra
HA rồi sau đó chuyển HA thành  -TCP hay  -TCP bằng cách làm mất nước HA.
Trong quá trình tạo ra TCP phải giữ độ pH từ khoảng 9-11 (thường sử dụng NH4OH

Hình 2.6 Sơ đồ khối quá trình tổng hợp TCP

TCP được sản xuất theo phương pháp tổng hợp này có độ tinh khiết cao, kích
cỡ hạt tốt, lỗ xốp trung bình, chúng thường được ứng dụng cho các ngành thực
phẩm, y tế…

2.2.4 Một số loại calcium phosphote trong lĩnh vực y học [3]
Calcium phosphate hay calcium orthophosphate (CaP) là những hợp chất có
chứa ion PO43-. Những hợp chất này có tầm quan trọng rất lớn trong lĩnh vực y học,
nông nghiệp (phân bón), sắc ký, cơng nghệ thực phẩm,...

2.2.4.1 CaP hình thành nhiệt độ thấp
CaP hình thành ở nhiệt độ thấp ít được sử dụng để thay thế cho xương, nó chủ
yếu dùng để điều chế ra loại CaP tạo ra ở nhiệt độ cao. Ví dụ,  -TCP có thể được
tạo thành khi ta nung hỗn hợp DCPD và PHA ( tỉ lệ Ca:P = 1,67). Việc phát hiện ra
xi măng calcium phosphate (CPC) năm 1980 của Brown và Chow đã làm tăng ứng
dụng của CaP nhiệt độ thấp vào trong xương. CPC là hỗn hợp bột CaP và nước ở
nhiệt độ thấp sẽ hình thành một chất CaP mới có ảnh hưởng và phản ứng trong cơ

SVTH: Lê Hoàng Thiện

11


Chương 2 Tổng quan

thể sinh vật khác so với hai chất CaP ban đầu. CaP nhiệt độ thấp còn bao gồm luôn
các thành phần của CPC. Hơn nữa, sản phẩm cuối cùng của phản ứng trong hỗn hợp
CPC luôn là một CaP nhiệt độ thấp. Những loại CaP nhiệt độ thấp phổ biến sử dụng
trong cơ thể người: DCPD, OCP, PHA, ... được trình bày cụ thể ở bảng 2.3.


1

DCP

3

Dicalcium phosphate
dihydrate

CaHPO4.2H2O

1

DCPD

4

Octocalcium phosphate

Ca8H2(PO4)6.5H2O

1,33

OCP

5

Precipitated
hydroxyapatite


12