BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
PHẠM THỊ THU TRANG
CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU TỔ
HỢP POLYAXIT LACTIC/NANO HYDROXYAPATIT
ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CẤY GHÉP XƯƠNG
LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC
HÀ NỘI – 2017
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………
PHẠM THỊ THU TRANG
CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU TỔ
HỢP POLYAXIT LACTIC/NANO HYDROXYAPATIT
ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CẤY GHÉP XƯƠNG
LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa Lý
Mã số: 62440119
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Đinh Thị Mai Thanh
2. GS.TS Thái Hoàng
Hà Nội – 2017
CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của
riêng tôi, các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng,
các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách
trung thực, khách quan. Các kết quả này chưa từng được công bố trong một
nghiên cứu nào khác.
Tác giả luận án
NCS. Phạm Thị Thu Trang
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đối với PGS.TS Đinh
Thị Mai Thanh và GS.TS Thái Hoàng là những người thầy đã tận tình hướng dẫn
và truyền đạt nhiều kinh nghiệm, kiến thức quý báu trong quá trình nghiên cứu để
hoàn thành luận án.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô và các cán bộ
nghiên cứu Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại, Phòng Hoá lí vật liệu phi kim loại
thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,
những người đã hết lòng giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Trong quá trình thực hiện luận án, tôi chân thành cảm ơn vì sự giúp đỡ,
hợp tác nghiên cứu của các cơ quan: Bộ môn Sinh lý- Học viện Quân y,
Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại
học Sư phạm Hà Nội, Viện Khoa học Vật liệu- Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương. Đồng thời, tôi cũng
đã nhận được sự đóng góp quý báu của các Thầy Cô giáo, các nhà khoa học
thuộc nhiều lĩnh vực.
Nhân dịp này, tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của lãnh đạo
chỉ huy cùng các anh chị em đồng nghiệp tại Bộ môn Hoá học - Học viện Quân y
đã luôn tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án.
Lời sau cùng, xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới những người bạn,
người thân trong gia đình và nhất là bố, mẹ, đã luôn kịp thời động viên và tạo mọi
điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận án.
Phạm Thị Thu Trang
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Bạch cầu B
: Bạch cầu đa nhân ưa bazơ
Bạch cầu E
: Bạch cầu đa nhân ưa axit
Bạch cầu L
: Bạch cầu Limpho
Bạch cầu M
: Bạch cầu Monocyt
Bạch cầu N
: Bạch cầu đa nhân trung tính
CF
: cloroform
CS
: chitosan
DCM
: Diclometan
DLS
: Phương pháp tán xạ ánh sáng động học
DMF
: Đimetylformamit
ECG
: Kỹ thuật ghi điện tim
EDX
: Tán xạ năng lượng tia X
FT-IR
: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
g-HAp
: HAp ghép monome axit L-lactic
GOT
: Enzym glutamic oxaloacetic transaminazơ
GPT
: Enzym glutamic pyruvic transaminazơ
HAp
: Hydroxyapatit
HAp-Br
: HAp được biến tính bằnghợp chất chứa brom
HApbt
: Hydroxyapatit biến tính axit lactic
HAp-NH2
: HAp được biến tính bằng hợp chất chứa amin
HAp-PLLA
: HAp được biến tính bằng lactic axit
HApptbt
: Hydroxy apatit pha tạp biến tính axit lactic
Hth
: Hiệu suất tổng hợp
Hpt
: Hiệu suất pha tạp
IBU
: Ibuprofen
KLPT
: Khối lượng phân tử
LA
: Lactic axit
mHA
: HAp biến tính
MNHAp
:
n-HAp
: Nano hydroxyapatit
op-HA
: oligome axit L-lactic
PCL
: Polycaprolacton
PDLA
: Poly(D(-) axit lactic)
PDLLA
: Poly (D,L axit lactic)
PE
: Polyetylen
PEG
: Polyetylglycol
PEO
: Polyetylenoxit
PLA
: Poly(axit lactic)
PLLA
: Poly(L(+) axit lactic)
PP
: Polypropylen
PVC
: Polyvinylclorua
SBF
: Dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người
SD
: Độ lệch chuẩn
SEM
: Kính hiển vi điện tử quét
TEM
: Kính hiển vi điện tử truyền qua
HAp được biến tính bề mặt bằng chất liên kết
metacryloxypropyl-trimetoxysilan
Tg
: Nhiệt độ thủy tinh hóa
TGA
: Phân tích nhiệt khối lượng
Tm
: Nhiệt độ nóng chảy
c
: Độ kết tinh
XQ
: X-quang
XRD
: Nhiễu xạ tia X
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. 8
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................. 13
1.1. Hydroxyapatit (HAp) ................................................................................ 13
1.1.1. Tính chất hóa học ............................................................................... 13
1.1.2. Tính chất sinh học .............................................................................. 14
1.1.3. Các phương pháp tổng hợp HAp ....................................................... 14
1.1.4. HAp pha tạp........................................................................................ 19
1.1.5. Ứng dụng của HAp ............................................................................ 23
1.1.6. Tình hình nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng HAp ở Việt Nam ........ 24
1.2. Poly axit lactic .......................................................................................... 25
1.2.1. Tính chất của poly axit lactic ............................................................. 25
1.2.2. Ứng dụng của PLA ............................................................................. 29
1.3. Vật liệu tổ hợp polyaxit lactic/hydroxyapatit (PLA/HAp) và ứng dụng .. 30
1.3.1. Các phương pháp chế tạo vật liệu tổ hợp PLA/HAp ......................... 30
1.3.2. Thử nghiệm vật liệu tổ hợp PLA/HAp trong dung dịch mô phỏng dịch
cơ thể người (SBF) và thử nghiệm invivo trên động vật ............................. 38
1.3.3. Tình hình nghiên cứu chế tạo, tính chất, hình thái cấu trúc vật liệu tổ hợp
PLA/HAp ở nước ta ......................................................................................... 42
1.3.4. Ứng dụng của vật liệu tổ hợp PLA/HAp ........................................... 44
1.4. Cấu trúc xương trong cơ thể người và các yêu cầu kỹ thuật, y sinh đối với
vật liệu dùng để cấy ghép xương ..................................................................... 45
1.4.1. Cấu trúc xương trong cơ thể người [1]............................................... 45
1.4.2. Các yêu cầu kỹ thuật, y sinh đối với vật liệu dùng để cấy ghép
xương [19] ................................................................................................... 46
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ...... 48
2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị ....................................................................... 48
2.1.1. Hóa chất .............................................................................................. 48
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị ................................................................................. 48
2.2. Tổng hợp vật liệu ...................................................................................... 50
2.2.1. Phương pháp tổng hợp các bột nano HAp, HAp pha tạp ................... 50
2.2.2. Biến tính bề mặt bột HAp, HAppt....................................................... 52
2.2.3. Chế tạo vật liệu tổ hợp PLA/nano-HAp bằng phương pháp dung dịch .
........................................................................................................... 53
2.3. Các phương pháp nghiên cứu ................................................................... 54
2.3.1. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) [12] .................................... 54
2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRay) [12] .......................................... 54
2.3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) [14] ........................... 55
2.3.4. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX) [12] ............................ 55
2.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng TGA [12] .......................... 55
2.3.6. Phương pháp xác định tính chất cơ học [35]...................................... 56
2.3.7. Phương pháp xác định độ xốp mở [37] .............................................. 57
2.3.8. Thử nghiệm trong dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người (SBF) ..... 58
2.3.9. Các phương pháp ghép vật liệu trên xương chó thực nghiệm [7] ...... 59
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 64
3.1. Nghiên cứu đặc trưng hóa lý của HAp, HAp pha tạp kẽm hoặc magie ... 64
3.1.1. Thành phần của bột HAp, HAp pha tạp kẽm hoặc magie ................. 64
3.1.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X........................................................................ 66
3.1.3. Hình thái học của bột HAp, Zn-HAp, Mg-HAp ................................ 72
3.2. Biến tính hữu cơ bề mặt HAp ................................................................... 74
3.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ HAp:LA ............................................................. 74
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .................................................... 79
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ..................................................... 81
3.2.4. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy ............................................................. 83
3.2.5. HAp pha tạp biến tính ........................................................................ 86
3.3. Đặc trưng vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo bằng phương pháp dung
dịch ................................................................................................................... 87
3.3.1. Vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp.......................................................... 87
3.3.2. Vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApbt........................................................ 95
3.3.3. Vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt....................................................... 97
3.4. Nghiên cứu khả năng tương thích sinh học của vật liệu trong môi trường
mô phỏng dịch cơ thể người (dung dịch SBF) .............................................. 103
3.4.1. Sự biến đổi pH của dung dịch ngâm và khối lượng mẫu ................. 103
3.4.2. Hình thái bề mặt của vật liệu sau khi ngâm trong dung dịch SBF . 106
3.4.3. Thành phần pha của PLA, vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo bằng
phương pháp dung dịch trước và sau khi ngâm trong SBF........................ 107
3.5. Thử nghiệm sử dụng vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 làm vật liệu
ghép xương .................................................................................................... 109
3.5.1. Giai đoạn trước phẫu thuật ............................................................... 109
3.5.2. Giai đoạn cấp tính (trong vòng 1 tuần sau phẫu thuật) .................... 112
3.5.3. Giai đoạn bán trường diễn và trường diễn sau phẫu thuật ............... 118
KẾT LUẬN ...................................................................................................... 126
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN............................................... 127
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ............. 128
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 129
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1.Cấu trúc của HAp [119] ....................................................................... 13
Hình 1.2.Một số hình dạng khác nhau của HAp [105] ....................................... 15
Hình 1.3.Ảnh SEM và giản đồ EDX của các mẫu HAp và HAp pha tạp Fe ở các
hàm lượng khác nhau [96]................................................................................... 20
Hình 1.4.Ảnh TEM và giản đồ nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng của mẫu HAp và
HAp pha tạp Mg sau khi sấy [66] ....................................................................... 21
Hình 1.5. Ảnh SEM của các mẫu: HAp (a) và HAp pha tạp Mg (b) [32] .......... 22
Hình 1.6. Các dạng cấu trúc PLA [78] ................................................................ 26
Hình 1.7. Ảnh SEM chụp (a) bề mặt của vi cầu PLA/nanoHAp, (b) mặt cắt
ngang của vi cầu PLA/nanoHAp, (c) nanoHAp [48] .......................................... 32
Hình 1.8.Tính chất cơ học (a, b) và giản đồ DMTA (c, d) của PLA và vật liệu tổ
hợp PLA/nano HAp không biến tính (HA/PLA) và PLA/nano HAp biến tính
(mHA/PLA) [45] ................................................................................................. 33
Hình 1.9. Ảnh TEM của (a) HAp-NH2, (b) HAp-Br, (c) HAp-PLLA và (d) phân
tích DLS của HAp-NH2, HAp-Br và HAp-PLLA [63] ....................................... 35
Hình 1.10.Ảnh TEM của vật liệu tổ hợp PLLA/MNHAp (a), PLLA/NHAp (b)
và mô đun nén của vật liệu tổ hợp PLLA/MNHAp và PLLA/NHAp ở các tỉ lệ
khác nhau[117] .................................................................................................... 36
Hình 1.11. Đồ thị biểu diễn mô đun kéo và độ bền kéo đứt của vật liệu compozit
PLA/HAp (HA/PLA); PLA/HAp-ghép 1 % LA (g-HA-1/PLA); PLA/HAp-ghép
2 % LA(g-HA-2/PLA) và PLA/HAp-ghép 3 % LA (g-HA-3/PLA) [79]........... 37
Hình 1.13. Khả năng phát triển của tế bào sụn được cấy lên bề mặt PLA và vật
liệu tổ hợp PLA/HA có và không biến tính [45] ................................................. 39
Hình 1.14. Ảnh SEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/HAp ban đầu (a, b)
và sau 7 ngày ngâm trong dung dịch SBF(c, d) [113] ........................................ 40
Hình 1.15. Ảnh chụp X-quang xương được cấy ghép với vật liệu tổ hợp [122] 41
(trong đó mẫu không cấy ghép (A1&2), ghép PLGA (B1&2), ghép vật liệu
compozit 5 wt.% op-HA/PLGA (C1&2), ghép vật liệu compozit 10 wt.% opHA/PLGA (D1&2), ghép vật liệu compozit 20 wt.% op-HA/PLGA (E1&2),
ghép vật liệu compozit 40 wt.% op-HA/PLGA (F1&2) và ghép vật liệu
compozit HA/PLGA (G1&2) sau 4 (1) và 24 (2) tuần sau phẫu thuật). ............. 41
Hình 1.16.Ảnh SEM của vật liệu compozit PLLA/HAp trước (a) và sau 3 tuần
thử nghiệm invivo trên chuột [93] ...................................................................... 42
Hình 2.1.Sơ đồ tổng hợp bột nano HAp, HAp pha tạp ....................................... 51
Hình 2.2. Sơ đồ biến tính bề mặt nanoHAp, HAppt ............................................ 52
Hình 2.3. Sơ đồ chế tạo vật liệu tổ hợp PLA/nano-HAp. ................................... 53
Hình 2.4. Sơ đồ nhiễu xạ tia X ............................................................................ 54
Hình 2.5.Hình dạng mẫu chuẩn trước khi đo độ bền kéo đứt của vật liệu ......... 56
Hình 2.6.Biến dạng vật liệu khi tác dụng lực...................................................... 57
Hình 2.7. Tác động của dung môi đối với vật liệu xốp và thiết bị đo ................ 58
Hình 3.1. Phổ tán xạ năng lượng tia X của nano HAp, nano HAp pha tạp Zn tỉ lệ
9,5/0,5; 9/1; 8/2; nano HAp pha tạp Mg tỉ lệ 9,5/0,5; 9/1; 8/2 ........................ 64
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Zn-HAp với tỉ lệ Ca/Zn biến đổi từ 10/0
đến 8/2 ................................................................................................................. 67
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Mg-HAp với các tỉ lệ Ca/Mg biến đổi từ
10/0 đến 8/2 ......................................................................................................... 68
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HAp pha tạp Zn với các tỉ lệ Ca/Zn biến
đổi từ 6/4 đến 2/8................................................................................................ 68
Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HAp pha tạp Mg với các tỉ lệ Ca/Mg biến
đổi ........................................................................................................................ 69
Hình 3.6. Ảnh SEM của các mẫu nano HAp, Zn-HAp, Mg-HAp với các tỉ lệ
Ca/Zn, Ca/Mg khác nhau .................................................................................... 73
Hình 3.7. Giản đồ TGA của các mẫu biến tính với tỉ lệ nano HAp:LA khác nhau
............................................................................................................................. 75
Hình 3.8. Phổ IR của nano HAp, LA và nano HApbtvới tỷ lệ nano HAp: LA
khác nhau. ............................................................................................................ 77
Hình 3.9. Ảnh SEM của nano HAp, nano HApbt ở các tỷ lệ nano HAp/LA khác nhau
............................................................................................................................. 78
Hình 3.10. Giản đồ nhiễu xạ tia X của nano HAp và nano HApbt với tỉ lệ HAp:
LA là 100/200...................................................................................................... 79
Hình 3.11. Giản đồ TGA của các mẫu nano HAp biến tính bằng LA với thời
gian phản ứng khác nhau ..................................................................................... 80
Hình 3.12. Ảnh SEM của nano HAp và nano HApbt (tỉ lệ HAp/LA=100/200) ở
những thời gian phản ứng khác nhau .................................................................. 80
Hình 3.13. Phổ IR của LA, nano HAp và nano HApbt ở các nhiệt độ khác nhau 81
Hình 3.14.Giản đồ TGA của nano HAp và nano HApbt ở các nhiệt độ khác nhau
............................................................................................................................. 82
Hình 3.15. Ảnh SEM của các mẫu nano HApbt ở nhiệt độ khác nhau ................ 83
Hình 3.16. Phổ IR của LA, nano HAp và nano HApbt ở các tốc độ khuấy khác nhau.
............................................................................................................................. 84
Hình 3.17. Giản đồ TGA của nano HAp và nano HApbt ở các tốc độ khuấy khác nhau85
Hình 3.18. Ảnh SEM của nano HApbt ở các tốc độ khuấy khác nhau ................ 85
Hình 3.20. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo với tỷ lệ
PLA:HAp 80/20 trong các dung môi khác nhau ................................................. 88
Hình 3.23. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo ở các tỷ lệ
PLA:HAp khác nhau ........................................................................................... 91
Hình 3.24. Độ bền kéo đứt và mô đun đàn hồi của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp
tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau ............................................................................ 92
Hình 3.25. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo ở thời gian phản
ứng khác nhau ..................................................................................................... 93
Hình 3.26. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp có và không có các chất
tương hợp khác nhau ........................................................................................... 94
Hình 3.27. Độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp với PCL, PEG và
PEO (5%) ............................................................................................................ 95
Hình 3.28. Độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp với hàm lượng
PEO khác nhau .................................................................................................... 95
Hình 3.29. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp ở các tỉ lệ PLA/nano HApbt khác nhau ... 96
Hình 3.30. Độ bền kéo đứt của mẫu vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp: 80/20,
PLA/nanoHApbt:70/30 và PLA/nanoHApbt: 60/40 ............................................. 97
Hình 3.31.Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt tổng hợp ở các tỉ lệ
khác nhau ............................................................................................................. 97
Hình 3.32. Mô đun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của vật liệu tổ hợp
PLA/nanoHApptbt chế tạo ở các tỷ lệ khác nhau.................................................. 98
Hình 3.33. Ảnh hưởng hàm lượng NH4HCO3 đến độ xốp mở của vật liệu tổ hợp
PLA/nanoHApptbt/PEO ........................................................................................ 99
Hình 3.34. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO với chất tạo xốp
NH4HCO3 ở các tỷ lệ khác nhau ....................................................................... 100
Hình 3.36. Sự biến đổi pH của dung dịch SBF theo thời gian ngâm mẫu ........ 104
Hình 3.37. Sự biến thiên khối lượng của các mẫu khi ngâm trong dung dịch SBF
theo thời gian ..................................................................................................... 106
Hình 3.38. Ảnh SEM của các mẫu trước và sau khi ngâm 7 ngày ................... 107
Hình 3.39. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu trước và sau khi ngâm mẫu ... 108
Hình 3.40. Vết mổ tại vùng đùi chó 1 ngày sau phẫu thuật .............................. 113
Hình 3.41. XQ xương đùi chó sau khi đưa vật liệu vào.................................... 114
Hình 3.42. XQ xương đùi chó sau phẫu thuật 4 tháng. ..................................... 119
Hình 3.43. Vết mổ vùng đùi của chó sau phẫu thuật 1 tháng (A), 3 tháng (B) 122
Hình 3.44. Ảnh xương đùi của chó và vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3
sau 3 tháng phẫu thuật ....................................................................................... 122
Hình 3.47. Tạo cốt bào hoạt động mạnh quanh vị trí ổ khuyết xương ............. 124
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Một số tính chất của PLA..........................................................................27
Bảng 1.2. Phần trăm về khối lượng của các chất trong xương .................................46
Bảng 2.1. Hóa chất chính dùng trong quá trình thực hiện luận án ...........................48
Bảng 2.2. Thiết bị sử dụng trong quá trình thực hiện luận án ..................................49
Bảng 2.3. Thành phần các chất tổng hợp bột HAp, HAppt ......................................51
Bảng 2.4. Thành phần của 1lít dung dịch SBF..........................................................58
Bảng 3.1. Phần trăm khối lượng (% m), nguyên tử (% a) của các mẫu HAp, ZnHAp, Mg-HAp ở các tỉ lệ Ca/Zn, Ca/Mg khác nhau. ...............................................65
Bảng 3.2. Tỉ lệ Ca/P, (Ca+Zn)/P, Ca/P/O, (Ca+Zn)/P/O, hiệu suất pha tạp (Hpt) và
hiệu suất tổng hợp (Hth) của bột Zn-HAp với các tỉ lệ Ca/Zn ban đầu khác nhau ...66
Bảng 3.3. Tỉ lệ Ca/P, (Ca+Zn)/P, Ca/P/O, (Ca+Zn)/P/O, hiệu suất pha tạp (Hpt) và
hiệu suất tổng hợp (Hth) của bột Mg-HAp với các tỉ lệ Ca/Mg ban đầu khác nhau.66
Bảng 3.4. Đường kính tinh thể trung bình (D) của HAppt tính được từ giản đồ nhiễu
xạ tia X. .......................................................................................................................70
Bảng 3.5. Giá trị khoảng cách giữa các mặt phẳng tinh thể d của HAp pha tạp kẽm,
magie...........................................................................................................................70
Bảng 3.6. Giá trị hằng số mạng a, b, c và thể tích tinh thể (V) của HAp pha tạp kẽm,
magie...........................................................................................................................72
Bảng 3.7. Kích thước tinh thể trung bình của HAp, Zn-HAp, Mg-HAp tính được từ
ảnh SEM .....................................................................................................................74
Bảng 3.8. Tổn hao khối lượng (%) của các mẫu biến tính .......................................75
Bảng 3.9. Trị số các dao động liên kết của các nhóm chức trong phân tử HAp, LA
và HApbt ......................................................................................................................77
Bảng 3.10. Kích thước trung bình của HAp, HApbt tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau ... 78
Bảng 3.11. Kích thước trung bình của HAp biến tính ở nhiệt độ khác nhau ...........83
Bảng 3.12. Kích thước trung bình của HApbt với tốc độ khuấy khác nhau .............86
Bảng 3.13. Phần trăm nguyên tử, phần trăm khối lượng của các nguyên tố và tỉ lệ
Ca/Mg/Zn, tỉ lệ Ca/P, tỉ lệ (Ca+Mg+Zn)/P của mẫu HAp pha tạp Mg, Zn biến tính .. 87
Bảng 3.14. Số sóng của các nhóm chức đặc trưng bị dịch chuyển trong vật liệu
PLA/nanoHAp so với HAp, PLA ban đầu ................................................................91
Bảng 3.15. Mô đun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp
tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau...................................................................................98
Bảng 3.16. Sự biến thiên độ xốp của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO với hàm
lượng khác nhau của chất tạo xốp NH4HCO3 ...........................................................99
Bảng 3.17. Mô đun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt
/PEO không có và có 3, 7, 10, 20 và 30% khối lượng chất tạo xốp NH4HCO3.....102
Bảng 3.18. Sự thay đổi trọng lượng của chó trước phẫu thuật (n=20) ...................109
Bảng 3.19. Nhiệt độ thân và nhiệt độ tại chỗ của chó (n=20) ................................109
Bảng 3.20. Thành phần các tế bào máu của chó (n=20) .........................................110
Bảng 3.21. Tỷ lệ thành phần các tế bào bạch cầu của chó (n=20) .........................110
Bảng 3.22. Thời gian và biên độ các sóng điện tim của chó (X± SD) (n=20) .......110
Bảng 3.23. Chức năng thận trước phẫu thuật của chó (n=20) ................................111
Bảng 3.24. Chức năng gan trước phẫu thuật của chó (n=20) .................................111
Bảng 3.25. Sự bất thường cấu trúc và hình dạng xương đùi của chó (n=20).........112
Bảng 3.26. Đặc điểm kích thước xương đùi của chó (n=20) ..................................112
Bảng 3.27. Chu vi vùng đùi chó theo thời gian (n=20)...........................................113
Bảng 3.28. Nhiệt độ thân và nhiệt độ tại chỗ của chó (0C) (n=20) .........................113
Bảng 3.29. Kết quả phân tích hình ảnh XQ xương đùi chó sau phẫu thuật (n=20).... 114
Bảng 3.30. Thành phần các tế bào máu của chó (n=20) .........................................115
Bảng 3.31. Tỷ lệ thành phần các tế bào bạch cầu của chó sau phẫu thuật 1 tuần
(n=20) ................................................................................................................ 116
Bảng 3.32. Thời gian (giây) các sóng điện tim (X± SD). (n=20) ...........................116
Bảng 3.33. Biên độ (mV) các sóng điện tim (X± SD). (n=20) ...............................117
Bảng 3.34. Thông số đánh giá chức năng thận (n=20) ...........................................117
Bảng 3.35. Các thông số đánh giá chức năng gan (n=20) ......................................117
Bảng 3.36. Kết quả nhiệt độ thân và nhiệt độ tại chỗ (0C)......................................118
Bảng 3.37. Thành phần các tế bào máu của chó .....................................................118
Bảng 3.38. Cấu trúc và hình dạng xương đùi chó trong 4 tháng sau phẫu thuật ...119
Bảng 3.39. Kết quả phân tích hình ảnh XQ xương đùi sau phẫu thuật ..................120
Bảng 3.40. Thời gian các sóng điện tim (giây) của chó ..........................................120
Bảng 3.41. Biên độ các sóng điện tim (mV) của chó..............................................121
Bảng 3.42. Thông số đánh giá chức năng thận của chó (n = 5)..............................121
Bảng 3.43. Các thông số đánh giá chức năng gan (n = 15) ....................................122
MỞ ĐẦU
Trong ngành phẫu thuật chấn thương, chỉnh hình cần phải dùng nẹp vít để
cố định các vị trí xương bị tổn thương. Hiện nay, nhu cầu vật liệu cho lĩnh vực
này rất lớn do các bệnh lý liên quan đến xương ngày càng gia tăng. Theo khảo sát
của Viện Dinh dưỡng, cứ 6 người Việt Nam trên 60 tuổi thì có một người có nguy
cơ mắc bệnh loãng xương, trong đó phụ nữ có nguy cơ mắc bệnh cao hơn. Theo
Tổ chức Y tế Thế giới, tỉ lệ người mắc bệnh loãng xương đang ngày càng gia tăng,
với mức độ chỉ đứng sau các bệnh tim mạch, theo đó các bệnh liên quan đến
xương là nguyên nhân dẫn đến bệnh mạn tính của người trên 65 tuổi, bệnh loãng
xương gây ra gẫy xương tăng nhanh trong những năm tới. Đặc biệt ở Việt Nam,
tình trạng tai nạn giao thông gia tăng làm cho số ca phẫu thuật cần đến vật liệu
tăng. Các loại vật liệu dùng trong phẫu thuật chỉnh hình phổ biến như: ghép tự
thân, xương được lấy từ vị trí khác trên chính cơ thể của bệnh nhân (thường là
xương hông), phương pháp này đạt hiệu quả cao và quá trình tái tạo xương nhanh
nhất; ghép đồng loại (xương được lấy từ xương của người khác hiến cho); ghép
bằng xương xúc vật (thường là xương bò). Các phương pháp này có nhiều ưu
điểm nhưng nguồn cung hạn chế. Một phương pháp phổ biến được sử dụng là
ghép bằng xương, nẹp, vít nhân tạo (làm từ thép, vật liệu compozit). Hiện nay,
có nhiều loại vật liệu khác nhau được dùng làm nẹp vít, đa số chúng được làm từ
kim loại, hợp kim như: thép không gỉ 316L, hợp kim của Coban (CoNiCrMo),
titan kim loại và hợp chất của titan (Ti6Al4V, TiN, TiO2). Các vật liệu này có độ
bền cơ lý hóa tốt, trơ với môi trường dịch cơ thể người [30, 46, 85]. Tuy nhiên,
các loại vật liệu này sau một khoảng thời gian cấy ghép vào cơ thể, khi tổn thương
xương đã lành cần phải tái phẫu thuật để lấy vật liệu ra khỏi cơ thể. Để khắc phục
việc phải phẫu thuật hai lần trong một khoảng thời gian ngắn, các nhà khoa học
vật liệu đã tập trung nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu mới có tính năng cơ lý
tốt, khả năng tương thích sinh học cao và đặc biệt có khả năng tự tiêu sinh học và
đã có những thành công nhất định.
Trên thế giới, xu hướng được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu là các
loại vật liệu tổ hợp với thành phần nền là các polyme phân huỷ sinh học và thành
phần gia cường là vật liệu vô cơ như canxi hydroxyapatit (HAp) vì vật liệu này là
thành phần chính của mô cứng, được tổng hợp dễ dàng và rẻ tiền. Nhiều công
11
trình đã công bố về lĩnh vực này với nhiều loại polyme khác nhau như: chitosan
[50], polyamit [19], poly (axit lactic-co-glycolic) [26, 122, 124], poly (D-,L-lactit)
[45, 51, 63, 65, 68], polylactit/chitosan [34], alginat [75]. Các phương pháp phổ
biến chế tạo vật liệu là điện di, trộn nóng chảy, vi nhũ và phương pháp dung dịch
sử dụng các dung môi có độ phân cực, nhiệt độ sôi và khả năng bay hơi khác nhau
như diclometan, cloroform, dimetylfomamit. Các phương pháp này có ưu điểm
tạo ra vật liệu đa dạng (dạng màng mỏng, dạng khối), có tính năng cơ lý tốt. Tuy
nhiên một số đặc trưng để làm vật liệu thay thế xương có độ xốp chưa cao, không
sử dụng chất tương hợp nên liên kết các pha trong vật liệu bị hạn chế. Chính vì
vậy, đề tài “Chế tạo và đặc trưng của vật liệu tổ hợp poly axit
lactic/nanohydroxyapatit định hướng ứng dụng trong cấy ghép xương” là cần thiết,
có tính khoa học và khả năng ứng dụng cao trong ngành phẫu thuật, chỉnh hình.
* Mục tiêu của luận án
Chế tạo thành công vật liệu tổ hợp trên cơ sở poly axit lactic và
nanohydroxyapatit pha tạp biến tính; đánh giá được khả năng tương thích sinh
học của vật liệu tổ hợp trong môi trường mô phỏng dịch cơ thể người (SBF) và
có các đặc trưng, tính chất của vật liệu cấy ghép xương trên chó sau thử nghiệm
in vivo.
* Nội dung nghiên cứu chính của luận án
Trên cơ sở mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, nội dung nghiên cứu chính của
luận án là:
1. Tổng hợp nanohydroxyapatit; nanohydroxyapapit pha tạp magie, kẽm;
nanohydroxyapapit pha tạp đồng thời magie và kẽm,biến tính nanoHAp và
nanoHAp pha tạp bằng axit lactic nhằm nâng cao khả năng tương hợp của bột nano
trên nền poly axit lactic và nghiên cứu hình thái cấu trúc của chúng.
2. Chế tạo các vật liệu tổ hợp trên cơ sở poly axit lactic và các bột nanoHAp
tổng hợp được. Nghiên cứu hình thái cấu trúc, độ xốp, các tính năng cơ lý của vật
liệu tổ hợp PLA/nanoHAp.
3. Thử nghiệm khả năng tương thích sinh học của các vật liệu tổ hợp
PLA/nanoHAp trong môi trường mô phỏng dịch cơ thể người (SBF) và quá trình
cấy ghép vật liệu trên xương chó thực nghiệm.
12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Hydroxyapatit (HAp)
Hydroxyapatit (HAp) có công thức Ca10(PO4)6(OH)2 là thành phần khoáng
chủ yếu trong xương và răng của động vật có xương sống. Trong thực tế, HAp
sinh học thường là HAp thiếu canxi với tỉ lệ Ca/P nhỏ hơn 1,67. HAp tồn tại ở
trạng thái tinh thể, có màu trắng, trắng ngà, vàng, nâu hoặc xanh lơ, nóng chảy ở
nhiệt độ 1760oC và sôi ở nhiệt độ 2850oC. Ở 25oC, khả năng hoà tan trong 100g
nước của HAp là 7g, trọng lượng phân tử là 1004,6 (g/mol) và khối lượng riêng
là 3,156 g/ml, độ cứng theo thang Mohs bằng 5. Cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh
thể HAp bao gồm các ion Ca2+, PO43- và OH-. Ô mạng này có dạng hình lục
phương (hình 1.1) thuộc nhóm không gian P63/m với các hằng số mạng a = 0,9417
nm, b = 0,9417 nm, c = 0,6875 nm, α = β = 90o và γ = 120o [82]. Đây là cấu trúc
thường gặp của HAp nhân tạo và HAp tự nhiên trong xương và răng. Phân tử HAp
có cấu trúc mạch không phân nhánh, các liên kết Ca-O là liên kết cộng hoá trị, hai
nhóm -OH được gắn với nguyên tử P ở hai đầu mạch.
Hình 1.1.Cấu trúc của HAp [119]
1.1.1. Tính chất hóa học
13
- Xem thêm -