Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Tổng hợp tricalcium phosphate (tcp) ứng dụng trong bioceramics...

Tài liệu Tổng hợp tricalcium phosphate (tcp) ứng dụng trong bioceramics

.PDF
81
1004
73

Mô tả:

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 Hoàng Thiện MSSV: 2064011 Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 32 Tháng 11/2009 Trường Đại học Cần Thơ Khoa Công Nghệ Bộ môn Công nghệ hóa học Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -----------------------Cần Thơ, ngày 12 tháng 11 năm 2010 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN NĂM HỌC: 2009 – 2010 1. Họ và tên của cán bộ hướng dẫn Th.S Ngô Trương Ngọc Mai MCB: 1765 2. Tên đề tài: Tổng hợp tricalcium phosphate (TCP) ứng dụng trong 3. 4. 5. 6. bioceramics. Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Bộ Môn Công nghệ Hóa học – Khoa Công Nghệ – Trường Đại Học Cần Thơ. Số lượng sinh viên thực hiện: 01 sinh viên. Họ và tên sinh viên: Lê Hoàng Thiện MSSV: 2064011 Lớp: Công Nghệ Hóa Học Khóa: 32 Mục đích của đề tài  Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới kích cỡ hạt trong quá trình tạo thành  -TCP như: thời gian, nhiệt độ của phản ứng và tốc độ khuấy.  Khảo sát yếu tố nhiệt độ nung trong quá trình chuyển từ  -TCP sang  TCP bằng phương pháp nung. 7. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài  Thực hiện phản ứng tổng hợp  -TCP từ Ca(NO3)2 và (NH4)2HPO4 trong môi trường NH4OH ở các điều kiện khác nhau.  Phân tích kích thước hạt TCP thu được.  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 hôm 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 cô Ngô 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 thành đề tài. Cô truyền đạt cho em hiểu biết thêm về lĩnh vực hợp chất vô cơ, giúp em yêu thích hơn về lĩnh vực này. Em xin ghi ơn cố vấn học tập thầy Nguyễn Minh Trí đã tận tình gíup đỡ và quan tâm đến lớp em. Em xin cám ơn trưởng bộ môn công nghệ hóa học thầy Trương Chí Thành nhiệt tình giúp đỡ trong suốt thời gian em thực hiện đề tài. Em xin cảm ơn trưởng phòng thí nghiệm vô cơ, cô Huỳnh Thu Hạnh và thầy Nguyễn Việt Bách đã tạo điều kiện cho em sử dụng dụng cụ và máy móc. Em xin cảm ơn trưởng phòng thí nghiệm hữu cơ, thầy Lương Huỳnh Vũ Thanh đã tạo điều kiện cho em sử dụng dụng cụ và máy móc. Cảm ơn những người bạn đã luôn sẻ chia và đồng hành trên chặn đường học tập gian nan vừa qua. Con xin gởi lời cảm ơn tới gia đình nơi luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc của con. Xin chân thành cám ơn!!! Lê Hoàng Thiện iv NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN   ................................................................................................................... .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. v NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN  .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. vi MỤC LỤC PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN .................................ii LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ iv NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ........................................................... v NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ............................................................. vi MỤC LỤC ............................................................................................................ vii DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... ix DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... x DANH MỤC BẢNG PHỤ LỤC ............................................................................. xi LỜI NÓI ĐẦU .....................................................................................................xiii CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................ 1 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN .................................................................................... 3 2.1 Giới thiệu về Bioceramics.............................................................................. 3 2.1.1 Lịch sử phát triển .................................................................................... 3 2.1.2 Phân loại Bioceramics ............................................................................. 4 2.1.3 Tính chất cơ học Bioceramics ................................................................. 5 2.1.4 Khả năng tương thích của vật liệu trong môi trường sinh lý của người .... 7 2.2 Giới thiệu về Tricalcium phosphate (TCP) ..................................................... 8 2.2.1 Cấu trúc của TCP .................................................................................... 8 2.2.2 Tính chất vật lý của TCP ......................................................................... 9 2.2.3 Các phương pháp tổng hợp TCP ........................................................... 10 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 4.5 Khảo sát quá trình chuyển trạng thái từ  - TCP sang  - TCP.................... 34 4.5.1 Mẫu  - TCP chưa nung ....................................................................... 34 4.5.2 Mẫu  - TCP nung ở 1150 oC ............................................................... 36 4.5.3 Mẫu  - TCP nung ở 1200 oC ............................................................... 37 4.5.4 Mẫu  - TCP nung ở 1250 oC ............................................................... 38 4.5.5 Nhận xét và bàn luận chung .................................................................. 39 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 40 5.1 Kết luận ....................................................................................................... 40 5.2 Kiến nghị ..................................................................................................... 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 42 PHỤ LỤC.............................................................................................................. 44 viii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Cấu trúc nhôm oxit ...................................................................................4 Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn độ phản ứng tương đối theo thời gian ..............................5 Hình 2.3 Đường cong ứng suất – biến dạng .............................................................6 Hình 2.4 Cấu trúc tinh thể dạng lục phương.............................................................9 Hình 2.5 Bột tricalcium phosphate...........................................................................9 Hình 2.6 Sơ đồ khối quá trình tổng hợp TCP ......................................................... 11 Hình 3.1 Máy Microtrac S3500 ............................................................................. 20 Hình 3.2 Kích thước ghi nhận sau khi kính quang học nhận được tia phản xạ ........ 20 Hình 3.3 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu  - TCP chuẩn ............................................ 21 Hình 3.4 Sơ đồ tổng hợp hạt  - TCP ...................................................................24 Hình 3.5 Sơ đồ quá trình chuẩn bị mẫu và nung  - TCP......................................28 Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến kích thước hạt.......30 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến kích thước hạt ...31 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến kích cỡ hạt............. 32 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 tác chất CM= 0,1M, thời gian phản ứng 9h ............................................. 46 Phụ lục 4 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP với nồng độ tác chất CM= 0,1M, thời gian phản ứng 12h ........................................... 47 Phụ lục 5 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP với nồng độ tác chất CM= 0,1M, thời gian phản ứng 15h ........................................... 48 Phụ lục 6 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP với nồng độ tác chất CM= 0,1M, thời gian phản ứng 18h ........................................... 49 Phụ lục 7 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP với nồng độ tác chất CM= 0,1M, thời gian phản ứng 21h ........................................... 50 Phụ lục 8 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP ở tốc độ khuấy 700 vòng/phút ......... 51 Phụ lục 9 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP ở tốc độ khuấy 900 vòng/phút ......... 52 Phụ lục 10 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP ở tốc độ khuấy 1100 vòng/phút .....53 Phụ lục 11 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP ở tốc độ khuấy 1300 vòng/phút .....54 Phụ lục 12 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP ở tốc độ khuấy 1500 vòng/phút, thời gian phản ứng 9h .....................................55 Phụ lục 13 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP ở tốc độ khuấy 1500 vòng/phút, thời gian phản ứng 12h ...................................56 Phụ lục 14 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP ở tốc độ khuấy 1500 vòng/phút, thời gian phản ứng 15h ...................................57 Phụ lục 15 Kết quả đo kích thước hạt  - TCP ở tốc độ xi khuấy 1500 vòng/phút, thời gian phản ứng 18h ...................................58 Phụ lục 16 Phổ XRD của mẫu chuẩn HA............................................................... 59 Phụ lục 17 Phổ XRD của mẫu chuẩn  - TCP ....................................................... 60 Phụ lục 18 Phổ XRD của mẫu chuẩn  - TCP ....................................................... 61 Phụ lục 19 Cường độ - góc nhiễu xạ - mặt mạng của các phổ XRD chuẩn các mẫu HA,  - TCP,  - TCP ........................................................... 62 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, không 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 hông, 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. xiii CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG Bioceramics hay vật liệu gốm y sinh là vật liệu kỹ thuật vô cơ phi kim loại được ứng dụng trong lĩnh vực y sinh. Vật liệu gốm y sinh bao gồm vật liệu có tính trơ như alumina (Al2O3), Zirconia (ZrO2), vật liệu có phản ứng bề mặt như thủy tinh sinh học và vật liệu có tính tự phân hủy sinh học như tricalcium phosphate (TCP, Ca3(PO4)2), hydroxy apatite (HA,Ca10(PO4)6(OH)2) [7]. Vật liệu gốm y sinh được sử dụng nhiều trong các thủ thuật cấy ghép chỉnh hình, nha khoa. Sau nhiều nghiên cứu khác nhau cho thấy HA là vật liệu thích hợp để thay thế cho xương, HA có thành phần khoáng và quá trình hình thành gần giống xương tự nhiên. HA được hình thành hay chuyển hóa từ TCP thông qua quá trình thủy phân, HA là dạng muối kép giữa 3Ca3(PO4)2 – Ca(OH)2 [8]. Trong quá trình cấy ghép chỉnh hình thường sử dụng TCP và có trộn lẫn một lượng HA, sau khi cấy ghép TCP chuyển quá hình thành HA gần giống hình thành xương non. Ở Việt Nam, tricalcium phosphate được một số bệnh viện sử dụng làm vật liệu cấy ghép thay thế xương khiếm khuyết. Nhưng những nghiên cứu và quy trình tổng hợp TCP vẫn chưa được công bố nhiều. Từ những vần đề trên cho thấy đề tài “Tổng hợp tricalcium phosphate (TCP) ứng dụng trong bioceramics” là hoàn toàn cấp thiết và được em chọn để thực hiện với mong muốn góp một phần vào lĩnh vực bioceramics. Mục tiêu chính của đề tài chủ yếu để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp  -TCP dạng bột có kích cỡ nhỏ và khảo sát nhiệt độ nung để  -TCP chuyển hóa thành  -TCP. Bài viết về đề tài “Tổng hợp tricalcium phosphate (TCP) ứng dụng trong bioceramics” được chia làm 5 chương:  Chương 1 Giới thiệu chung: sẽ trình bày sơ lược về bioceramics và mục đích đề tài thực hiện.  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] 2.1.1 Lịch sử phát triển Lịch sử phát triển của bioceramics có nhiều điều thú vị. Bioceramics được biết đến rộng rãi thông qua thạch cao Paris, CaSO4.H2O. Năm 1892, Dreesman đã công bố báo cáo đầu tiên về việc sử dụng thạch cao Paris phục hồi khiếm khuyết xương. Theo sau đó, hàng loạt những nghiên cứu về thạch cao Paris trong suốt thập niên 1950. Tính chất tuyệt vời của thạch cao Paris là ít hay không gây ra phản ứng có hại cho cơ thể sống. Tuy nhiên, thạch cao Paris lại có cơ tính thấp và bị phân hủy sinh học nhanh chóng trong môi trường sinh lý chính vì thế đã làm hạn chế đi ứng dụng của thạch cao Paris. Năm 1920, Albee và Morrison đã công bố báo cáo sử dụng thành công tricalcium phosphate, Ca3(PO4)2 trong việc phục hồi khiếm khuyết xương. Trong nghiên cứu này, khoảng thời gian trung bình để xương khiếm khuyết hồi phục được tăng lên từ 41 ngày còn 31 ngày. Ngoài ra, báo cáo còn khẳng định không phải tất cả các loại muối canxi đều có thể sử dụng được. Ví dụ, khi nghiên cứu sử dụng canxi hydroxide đã cho thấy nó có xu hướng kìm hãm việc hinh thành xương non. Năm 1971, Smith đã công bố báo cáo nghiên cứu về Cerosium, bao gồm một gốm xốp aluminat được tẩm vào nhựa epoxy có khoảng 48% độ xốp để cho Cerosium có tính chất gần giống xương tự nhiên. Trong năm 1971, nghiên cứu về thủy tinh sinh học của Hench và các cộng tác đã được công bố. Thủy tinh sinh học được định nghĩa là loại thủy tinh có thể liên kết trực tiếp với xương thông qua phản ứng bề mặt silica, calcium, và các nhóm phosphate trong môi trường pH kiềm. Nhưng sau nhiều nghiên cứu cho thấy, thủy tinh sinh học có động học phản ứng thấp do đó nó sẽ kéo dài thời gian phục hồi xương. Sự phát triển của các ứng dụng vật liệu gốm y sinh tập trung chủ yếu ở lĩnh chỉnh hình và nha khoa. Trong lĩnh vực chỉnh hình, bioceramics có nhiều tính chất hóa học giống xương tự nhiên hơn so với các loại vật liệu khác. Tương tự, nha khoa ứng dụng gốm y sinh dựa vào sự tương tác giống nhau của vật liệu thiết kế và răng. Ngoài ra, gốm y sinh có khả năng tốt. 3 Chương 2 Tổng quan 2.1.2 Phân loại Bioceramics Dựa trên những hoạt tính hóa học trong môi 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 nhôm 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 môi 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 môi trường sinh lý. Phản ứng của chất có hoạt tính trơ trong môi 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 đối cao hơn, nó có phản ứng đạt đỉnh cao nhất trong khoảng 100 ngày. Cuối cùng, chất hấp thu lại như tricalcium phosphate có hoạt tính cao nhất, phản ứng tương đối của nó đạt đỉnh cao nhất trong khoảng 10 ngày. SVTH: Lê Hoàng Thiện 4 Chương 2 Tổng quan Độ phản ứng tương đối Chất hấp thu lại Chất có phản ứng bề mặt Chất có hoạt tính trơ 0,1 1 10 100 1000 10 4 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 Biến dạng, mm Hình 2.3 Đường cong ứng suất – biến dạng Độ bền uốn là một khái niệm để chỉ trạng thái giới hạn bị cong vênh của vật liệu khi vật liệu đó chịu ứng suất uốn. Một vật liệu bị biến dạng đàn hồi trước khi đến giới hạn uốn, và vật liệu sẽ trở lại trạng thái ban đầu khi mà tải trọng bị loại bỏ khỏi vật liệu đó. Khi vật liệu vượt qua giới hạn bề uốn vật liệu sẽ bị cong vênh vĩnh viễn (có thể gãy vật liệu).[14] Độ bền nén là khả năng chịu được lực ép tác động lên nó hay nói cách khác độ bền nén là giới hạn ứng suất nén làm vật liệu bị biến dạng hay phá hủy.[15] Độ bền kéo có thể hiểu đơn giản là khi tác động một lực tăng dần lên một vật liệu dạng sợi hay dạng trụ và làm đứt vật liệu đó. Giá trị độ bền kéo ký hiệu  k là giá trị lực kéo trước khi vật liệu đứt.[14] k  F A (N/mm2) F : là lực kéo (N) A: là tiết diện của vật liệu (mm 2) SVTH: Lê Hoàng Thiện 6 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 Calcium phosphate 18 - 28 517 280 - 560 Loại vật liệu Vật liệu chống hao mòn là khả năng vật liệu chống lại sự phá hoại dần dần bề mặt ma sát, thể hiện ở sự thay đổi kích thước dần dần theo thời gian. Trong quá trình hao mòn không xảy ra sự phá hoại vật liệu gốc mà chỉ xảy ra sự phá hoại trên lớp bề mặt chi tiết (gọi là lớp cấu trúc thứ cấp) [1]. Vật liệu chịu ăn mòn là khả năng không bị ăn mòn hoặc bị ăn mòn ít trong môi trường (axit, bazơ, trung tính). Người ta phân biệt hai loại ăn mòn vật liệu là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa. 2.1.4 Khả năng tương thích của vật liệu trong môi trường sinh lý của người [1] Ngày nay, xác định một loại vật liệu để ứng dụng vào trong y học – Bioceramics ngày càng đòi hỏi nhiều hơn những tính chất cơ học như độ cứng, độ dẻo dai, độ hao mòn hay khả năng chịu ăn mòn mà chúng ta cần phải quan tâm đến khả năng tương thích của nó trong cơ thể người. Thông thường, chúng ta cấy ghép một loại vật liệu lạ vào cơ thể người theo dự kiến là vài năm hay càng lâu càng tốt. Khi cơ thể có sự thay đổi sẽ sinh ra một hay nhiều loại ion có hại theo thời gian cơ thể sẽ bắt đầu quá trình thải loại. Do đó, khi lựa chọn một loại vật liệu cấy ghép phải tính đến khả năng tương thích của nó trong cơ thể. Tất cả các sinh vật sống hiện nay đều đã trải qua quá trình tiến hóa lâu dài. Trong cơ thể mỗi loài sinh vật đều có một hệ thông miễn dịch tiệu diệt những tác nhân gây hại tới cơ thể sống. Vì thế, một loại vật liệu muốn cấy ghép vào cơ thể 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 không tồn tại lâu dài trong cơ thể thì người ta ưa chuộng một loại vật liệu có khả năng SVTH: Lê Hoàng Thiện 7
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan