Nghiên cứu chế tạo vật liệu thủy tinh hoạt tính sinh học sio2 ứng dụng trong trám răng

SO KHOA HOC VA CONG NGHT TP. HCM

việ
n

trư

ờn

g

TRUNG TAM THIET KE CHE TAO THIET BI MO!

yề
nt
m
hu
to
àn
ộc
vă
trư
nv
ờn
ui
gC
lò
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ

hị ng
ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp
th .HC
ơn
gt M
in
-T
hư

TAI

Nghien cum cht tuo

vlat lieu thtly tinh hout tinh sinh hoc Si02 - CaO - Na2O - P205
ling dung trong tram rang

3kr,

Chii nhiem de tali: TS. Bui Xuan Vtrcmg
Ph6ng QLKHCN&HTQT

Để

xe

Bả
n

qu

CD Ong 11111611g Tp. HCM

Tp. HCM, thang 11/2014


D6 tai Neptech
MUC LUC
Liri cant crn

.1

Chuang . 1. T'Ong quan v'e vat 1iu y sinh xtrcrng nhan t90 •
y sinh

.1
• .1

1.1.2. Phan loai

1

trư

ờn

1.1.1. Khai niem

1.2.Vat lieu y sinh xuang nhan tao

yề
nt
m
hu
to
àn
ộc
vă
trư
nv
ờn
ui
gC
lị
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ
hị ng
ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp
th .HC
ôn
gt M
in
-T

hư

1.2.2. Ghep xtrang sir citing vat 1iu y sinh nhan tao

1

việ
n

1.2.1. Str-ghep )(ming ttr nhien

1
.2

1.3: Vat lieu xtrong nhan tao. Thüy tinh hoat tinh sinh h9c SiO - Na20 - CaO - P205....4
1.3.1.Giâithiuvthüytinh

4

1.3.2. Thanh phan, cu trac và tinh chAt hoa h9c cUa thily tinh

, .5

1.3.3. Tinh ChAt h6a hoc cüa thily tinh

7

1.3.4. Cac-plitrang phap C6ng h9p thity tinh hoat tinh sinh .h9c

7

Chuang 2. Quy trinh nhiet d tiing hqp thilytiith ho9t tinh'sinh h9c 45Si02 -

24,5Ca0 724,5Na20

9

2.1. Nguyen lieu va h6a chit

9

2.2, Dting cti va thiet bi

9

2.3. Quy trinh thgc nghierri-

9

2.2.1. Xfry loai 1)6 tap chit tir. cat trang bang phuang phap h6a h9c

•9

2.2.2. Tinh toan phi lieu nAu thily tinh

11

2.2.3. Quy trinh nAu thily tinh

12

Chuang 3. Dinh gia vat li'eu bang cac phtrung pita') IS, Ma SEM, XRD

17

Để

- 17

3:1.1. Phan tich -giaR do nhiL xa tia X. (XRD)

17

3.1.2. Quan sat bang kinh hie'n vi qua din dr (SEM).

19

3.2: K.& qua phan tich bOt. vat lieu thily tinh bang phtrang phap XRD va SEM

20

3.2.1. Phan tich cAu true thily tinh bang XRD

20

3.2.2. Phan tich hinh thai be' mat bOt thiiy tinh bang SEM

21

xe

Bả
n

qu

thieu v phuotg phap

Chuang 4. Thtic nghi'ent "in vitro" kiem tra ho9t tinh- sinh h9c v4t 1iu thiiy
tinh

g

1.1. Vat

1

23


tai Neptech
4.1. Dung dich SBF

23

4.2. Quy tririh t6'ng hop dung dich SBF

23

4.3. Thuc nghini "in vitro" ngam bOt thfiy tinh trong dung dich SBF

25

Chuang 5. 1346.trung 1ST licia.v4t lieu thity tinh sau thtrc nghiem "in vitro".

27

5.1. Tat qua phan tich bang XRD

g

Hydiroxyapatite

ờn

Nghien elm hog tinh sinh hoc qua str hinh thanh krp khoing xtrcrng

trư

27

5.2. Kt qua phan gel bang SEM
53. Danh gia hoat tinh sinh hoc qua sir hinh thanh lop khoang xucmg HA

yề
nt
m
hu
to
àn

ộc
vă
trư
nv
ờn
ui
gC
lị
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ
hị ng
ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp
th .HC
ôn
gt M
in
-T
hư

1(6tIOn vã kin nghi

việ
n

28

31

35
37

Phu lye

39

Để

xe

Bả
n

qu

Tai lieu tham khao

II


Det tai Neptech

ờn

, •
De hoan thanh d tail nay, chnng toi xin gài 16i cam cm sau sac tai Trung tam

g

WI CAM ON

việ
n

trư

Neptech dä tao .dieu kien hi; trq v kinh phi. Nh6 do ma chung toi .co the thgc hien
&roc cac nghi'en dm ban du v che tao thily tinh y sinh ung ding trong ghep . xuang,

yề
nt
m
hu
to
àn
ộc
vă
trư
nv
ờn
ui
gC
lò
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ

hị ng
ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp
th .HC
ôn
gt M
in
-T
hư

tram rang.

De tai nay cising phvc vv cho cong tac n2hien cm cm sinh vien, hoc vien cao hoc

nghanh Gong nghe Viat lieu, DH Bach khoa-Tp. HCM. Cac sinh vien, hoc vien da the

hien sir quan tam va yeu thich vOi linh wc nay. De co dugc dieu dO, Chiang toi char'

thanh cam cm PGS. TS. DtS Quang Minh dah fro tich cgc ve mat kin thirc cling nhu
trang thiet bi, ph6ng Lab

a thgc hien coqg viec nghien dm.

Linh vgc•v"4t 'lieu y sinh con kha mai a. Viet Nam. Do v4y chimg toi fdi can
' sr

quan tam, g6p caa cac nha quan 1, nha'khoa hoc cho d tai cling nhu ve nhang dinh

htrang nghien cm tip theo.
Tran trot-1g!.

Để

xe

Bả
n

qu

TS. Bit' Xuan Vuting


E14 tai Neptech

ClitiONG 1
TONG QUAN VE VAT LIVU Y SINH XUONG NHAN TAO
1.1. VAT LIEU Y SINH

ờn

g

1.1.1. Khai nqm

trư

Nam 1987, D.F. Williams dua ra khai niem vat lieu y sinh va khai niem nay duoc

việ
n

chap nhan rOng rai cho den ngay nay. Vdt lieu y sinh là logi v ca lieu co nguan góc tz,r
.nhien hay nh an tao, sir dung d thay -the' hoc thifc hien mOt chic nangsOng cita ca

yề
nt
m
hu
to
àn
ộc
vă
trư
nv
ờn
ui
gC
lị
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ
hị ng
ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp

th .HC
ôn
gt M
in
-T
hư

the con ngtral [1]. Cac vat lieu y sinh da,trO nen than thuOC trong di sOng caa con

ngueri nhu: da nhan tao, van dm nhan tao, cac loai chi khau trong y hoc, rang gia, chan

ta.y gia, mach mau nh.an. tao, cac vat lieu tram rang, cac vat lieu xuang nhan tao dang

trong pilau thuat chinh hinh....

1.1.2. Phan 1,34i

Narn 1987, L.L. Hench dua vao tucmg tac gifra vat lieu va rnôi truong co the dã

chia vat hen y sinh ra 2 loai chinh la vat lieu hoat tinh sinh hoc viz vat lieu tra sinh hoc .

[2]. Vat lieu hog tinh sinh hoc là loai vat lieu khi cay ghep trong co the con nguai se

xay ra cac tucmg tac hem hoc gilla vat lieu vdi moitrtarng song.. Vat lieu tra sinh hoc la
vat lieu khi dua vao. co the Con rigtroi chang khong cO bat cir mOt Wang tat hoa hoc

nao vài mai twang song._

Ngoai ra theo chdt lieu dm vat lieu, ding c6 the phan loai vat lieu y sinh lam bOn

loai nhu:. Vat.lieu kim loai & hop .kirri, vat lieu ceramic, cac polyme, cac vat lieu co

nguon goc tu nhien.

1.2. VAT.LItU Y SINH XIANG NHAN TAO
1.271. Sty ghep xtrang tt..r nhiên

xtrang khilyet cho con ngtari. Theo ban chat cila cha

Để

the' cho va nhan, chimg ta c6 the

phan loai ra bOn kieu ghep nhu sau [3]:

xe

Bả
n

qu

Xuang tu nhien la vat lieu ddu tien con ngued sir dung cdy ghep xuong h6ng,

- Ghep ding gene (Isograft): la viec tra6 doi mieng ghep xuong glib hai co the

giOng nhau hOan toan ve di truyen. Ghep ding gene &roc thuc hi'en chi khi co the cho
va co the nhan là nhang anh (chi) em sinh

1

tai Neptech
- Ghep ?ctrong ttr than (autograft): xuang iv than .dtrot l'Ay ra tir met phAn khac
cüa chinh ca the berth nhan (xucmg o'hong, xuang ham, xtrcmg

SQ

v.v.) de ghep vao

nai thieu xtrang. Day la vat lieu ghep xuang tht nhAt bäi no da la met thanh phAn yen
c6 trong ca the benh nhan. Mt tra ngai cüa ghep xuang ttr.than la b'enh nhan phai chiu

ờn

Trong met se trtrong hcrp, phAn xuang ttr than thu gom &rot khong dñ cho ch6 can

g

them met lAn phAu thuat lAy xuang, phai chiu dau va theyi gian lanh thuang dai hon.

trư

ghep va bac si van cAn phai dung vat lieu ghep xuang khac. •

việ
n

- Ghep xuang (long loai (allograft): la vat lieu &rot lay tir ca quan ngtreri hien
. tjng va dugc xir 151 an toan tuyet di cho viec ghep xuang. Sau xtrang ttr than thi

yề
nt
m
hu
to
àn
ộc
vă
trư
nv
ờn
ui
gC
lị
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ
hị ng
ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp
th .HC
ôn
gt M
in
-T
hư

xuang deng loai la vat lieu ghep hieu qua nhAt bâi no .co nhieu dc tinh-tuang deng

vai xuang ttr than. Nhang thuan lgi cita allograft la no .rAt tht, Co sin, di dao v se

lugng, khong yeu cu phAu thuat lAn 2 Ira ctrc IcST an toan. De di lAy nhang tru the cho

viec sfr dtmg allograft benh nhan se phai chiu chi phi cao han met chirt.

- Ghep xuang di loai (xenograft): la met clang xuang nhan tao c6 nguen gee tir

Ong vat, thtrc vat hoc sgi teng h9p. Loai vat lieu nay c6 tru the ve chi phi nhung co

han the han nhieu v hieu qua sir citing so voi allograft.

1.2.2. Ghep xtrung mi. citing A* 1iu y nhan tao

Bio-ceramics nhu cac calcium phosphate, cae thity tinh boat tinh sinh hoc hoc

cac h6n hop ceramics dã va dang dugc nghiert ciiru \id sir dimg nhu flitting vat lieu nhan

tao dung de cAy ghep thay the xuang hay trong ky- thuat nha khoa nhtr tram rang, phtic

hinh rang.Tren the giai da c6 nhieu nhang ding be khoa h9c v viec nghien ciru cac

vat lieu nay. GS. Larry HenCh la riguai phat minh ra loai thity tinh hot tinh sinh hoc

dAu tien. Ong cling da thtrc hien thiffmg thir nghiem thanh cong tren Ong vat va con

nguai. GS. Kokubo Oat minh ra phtrang phap thtrc nghiem "In vitro" trong dung

dich gia dich the ngutri (Simulated Body Fluid SBF)

a kiem tra nhanh va hieu. qua

khoang xtrang mai. GS. Raymond Splinter cimg voi GS. Larry Hench la nhting ngtrai

tien phong trong viec nghien ciru cac ca che tao xuang, cci che tip xñc giira cac vat

Để

xe

Bả
n

qu

boat tinh sinh hoc dm cac vat lieu xuang nhan taco qua kha nang hinh thanh lop

lieu xtrang va mei truang cAy ghep, v.v...[2, 4-5].
CO rAt nhieu loai vat lieu y sinh xuang nhan tao khac nhau c6 the ke den nhtr: cac

vat lieu calcium phosphate (tricalcium phosphate Ca004)2, hydroxyapatite

2


tai Neptech

Ca l 004)6(0f)2 hay biphasic calcium phosphate), cac Vat lieu thily tinh hot tinh sinh
hoc (CaO - Si02 - Na20 - P205..), cac xi mang y sinh, cac kim loai tra nhu Ti, Ni...
Ngay nay nhfing vat lieu xucrng nhan tao nhu Hydroxyapatite (HA), Tr-Calcium
Phosphate (TCP), Bioglasses, Glass Inomer Cement (GIC), Consil Dental,

yề
nt
m
hu
to
àn
ộc
vă
trư
nv
ờn
ui
gC
lị
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ
hị ng
ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp
th .HC
ôn

gt M
in
-T
hư

việ
n

trư

ờn

g

Megacem...da tra nen than thugc vai con ngueyi va dugc thuang mai hoa.

qf)S.t.

ItYs

v

f

'

bloglass ft

ft.
hol.ftf

Để

xe

Bả
n

qu

ongiass F

Hintz 1.1. Hinh anh sir dpng vlat lieu xuang và ingt sg san phAm v4t lieu nhlap ngoai

3


tai Neptech

1.3. VAT LIEU XVONG NHAN TAO. THUY TINH HOAT TiNH SINH HOC
Si02-Na20-CaO- P205
1.3.1. Gioi thi0 v thity tinh
Trong cac vat lieu y sinh thing d cAy ghep xucmg, Thily tinh hog tinh sinh h9c

ờn

thuy tinh nay gm cac oxit CaO, Si02,15205, Na20...Tuy vay cac oxit nay khong t6n

g

dtrac kharn pha bâi nha bac h9c L.L. Hench nam 1969 [2]. Thanh phAn chinh cüa cac

trư

tai dc lap trong cau frac thily tinh ma lien ket khong trat ttr vai nhau tao thanh mang

việ
n

cAu trüc vo dinh hinh cüa thily tinh. Hogt tinh sinh hoc cfia cac vOt lieu thity .tinh nay
chinh la kha nang hinh thanh m6t 16p khoang Hydroxyapatite (HA) mai teen be mat

yề
nt
m
hu
to
àn
ộc
vă
t
n v rườ
ui ng
C
lò
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ
hị ng

ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp
th .HC
ôn
gt M
in
-T
hư

khi chung &roc ngam trong m6t dung dich sinhlY1 ngtrai ho-ae cAy ghep tryc ti6p trong

ca the nguai. Lop khoang Hydroxyapatite (HA) gi6ng het vai thanh phan vo ca cüa

xuang ngtrai, do vay nO chinh la cu n6i gAn k6t gifra mi&ig ghep tit vg lieu thtly tinh

Để

xe

Bả
n

qu

va xucmg tr nhien [1-2, 4-5].

Hinh 1.2. Mt s6 hinh anh Ung dcing dm vat lieu thity tinh ht tinh sinh hoc

4


tai Neptech
1.3.2. Thanh phAn, cu true va tinh chat h6a hỗc ciia thtiy tinh
a, au frac ciia thfiy tinh
Thỹy tinh la m6t vat lieu c6 vo dint). hinh. Thüy tinh c6 cat' trac khong gian ba
chieu (3D) nhu vat.Ru cau triic mang . tinh the nhung cau tra.c vi mô dm no chi ton tai

ờn

So sanh cu trOc caa oxit Si02.rieng rê va cau trilc cüa mang thily tinh chira Si02

g

so sap xep trot to a khoing cach ngan [6-13].

trư

chitng ta CO the' nhan thay rang cá hai truang hop mi in6t nguyen tir Si du lien k6t

việ
n

vai 4 nguyen di' 0 cam tax) nen nhang tir dién SiO4, m6i tir di6n nay duoc coi nhu mOt
"vien gach co ban" xay nen ma.ng luai cu trfic cüa Ca hai vat lieu. Tuy vay oxit Si02

yề
nt
m

hu
to
àn
ộc
vă
trư
nv
ờn
ui
gC
lò
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ
hị ng
ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp
th .HC
ơn
gt M
in
-T
hư

rieng re c6 cu bale tat tir tun hoan c6n mang hrài cu trilc cña thily tinh thi khong c6

trial tu c6. dinh [8, 10.-15].

y--:-0

(a)

(b)

.Hinh 13. Mat . Cat 2 chiu dm (a) oxit Si02 và (b) thily tinh silic,

b,-.Thitnh plain cfia thiiy tinh

Thtly tinh là m6t vat HO c6 mang cu -Vac vo dinh hinh, trong docac oxit cu tao

,nen.mang luai thily tinh lien. ket VOci nhau qua cac- mai hen ket cOng h6a tri nhu Si-0,
.hay pac lien ke't ion dm ion Calf, Na vai

Chiang ta co the' phan bit ba clang

— Oxit cciu tgo nen mgng hroi the()) tinh: th6ng thuang la oxit Si02, ngodi ra cOn c6
, •
, •
•
oxit B2 03, P205,. Ge02 ...Trong mang hied cau trlic thily tinh, cac oxit nay cau tao duai

Clang tir diên hoac tam d*-i co ban SiO4,. B04, B03, P043-. Nhang tir din hay tam din

Để

xe

Bả
n

qu

•oxit cau tao nen mang luài din)/ tinh [14 -16].

•co ban nay lien k6t vai nhau qua dinh 0 clia.chung tao nen mang Judi khong gian cüa
thily tinh nhu trong hinh 1.4. Nguyen tir oxy a dinh gan ket cac tir din hay tam din
vâi nhau duoc goi la cac oxy bac cu..

5




D6 tai Neptech

(2
4
.S•
I

-

N.

.

...%

I

-..... l •

.....

I•
•
•
•
•
N.

•

%
•
A.
.1. •

•

việ
n

trư

N.."
• ...°

•

g

N.
--

..k

ờn

I

•

•
1,
I . N.
N• • 1,
I.
Si
N. .....
N.

yề
nt
m
hu
to

àn
ộc
vă
t
n v rườ
ui ng
C
lò
ng ao
liê đẳ
n h ng
ệ p Cơ
hị ng
ng Th
D ị ươ
ch ng
vụ Tp
th .HC
ơn
gt M
in
-T
hư

Hinh 1.4. Cac tir din SiO4 lien ket vâi nhau qua dinh 0 trong mang luai thily tinh

+ Oxit lam nen cau tritc khong tr'at tw caa thity tinh: nhu CaO, Na20...Khi them

cac oxit tren vao qua trinh tang hop thily tinh, cac cation dm chimg có hrc hitt finh

din vai cac nguyen tà oxy bc cu va gay cac me)i lien ket giaa cac tir din hay tam

din vai nhau nhu trong !hinh 1.5. Nhu \Tay cac oxit ti:en cO nhiem vii pha hñy cac cu

frac tat tg cüa mang tinh the Si02 de' hinh thanh nen loai cdu trfic da'c bit cüa thity
tinh, cdu triic vô dinh hinh.

% 1 i Oxy bac cu
%11( Ai
1 ' ,.....
Cli %
N
U

Oxy khong

1 •• 1
N

I N•
iN• '
•••

I

)

Si

N "•

1

±Ca0r

‘
1•

•

•

•
•

Cac oxit trung gian: cac oxit nay .vira có the tham gia vao yiec hinh thanh mang

huh khong gian cña du:1y tinh nhu cac oxit Si02, B203...vira than gia- vao vi'ec be ddy
- cac oxy bdc du lam mat cu truc trat tkr cña mpg lir& CO the d'an ra cac oxit loai nay .

Để

xe

Bả
n

qu

Hinh 1.5. Qua trinh be gdy lien ket Si-0-Si nhar oxit CaO

nhu A1203, ZnO, Ti02, Pb0....

6