Nghiên cứu chế tạo sợi electrospun polycaprolactone chứa hydroxy apatite ứng dụng trong scaffold tái tạo xương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SỢI ELECTROSPUN
POLYCAPROLACTONE CHỨA
HYDROXYAPATITE ỨNG DỤNG TRONG
SCAFFOLD TÁI TẠO XƯƠNG
GVHD: NGUYỄN VŨ VIỆT LINH
SVTH : NGƠ THẾ DỰ
NGUYỄN THỊ NGỌC MỸ

SKL 0 08115

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SỢI ELECTROSPUN
POLYCAPROLACTONE CHỨA HYDROXYAPATITE ỨNG
DỤNG TRONG SCAFFOLD TÁI TẠO XƯƠNG

GVHD:

TS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Nhóm SVTH:

Ngơ Thế Dự

17130007

Nguyễn Thị Ngọc Mỹ

17130026

Tp. Hồ chí Minh, 25 tháng 8 năm 2021

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SỢI ELECTROSPUN
POLYCAPROLACTONE CHỨA HYDROXYAPATITE ỨNG
DỤNG TRONG SCAFFOLD TÁI TẠO XƯƠNG

GVHD:

TS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Nhóm SVTH:

Ngơ Thế Dự

17130007

Nguyễn Thị Ngọc Mỹ

17130026

Tp. Hồ chí Minh, 25 tháng 8 năm 2021


KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*******

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: NGƠ THẾ DỰ

MSSV: 17130007

Ngành: Cơng nghệ vật liệu
Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo sợi electrospun Polycaprolactone chứa Hydroxyapatite ứng
dụng trong scaffold tái tạo xương.

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN VŨ VIỆT LINH
Cơ quan công tác của GV hướng dẫn:
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh.
Địa chỉ: Số 1, Võ Văn Ngân, P. Linh Chiểu, Tp. Thủ Đức, HCM
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
2. Tinh thần học tập, nghiên cứu của sinh viên:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
3. Ưu điểm:
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
4. Khuyết điểm:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
5. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
........................................................................................................................................
6. Điểm: .............................................................(Bằng chữ: ............................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 8 năm 2021
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*******

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN THỊ NGỌC MỸ

MSSV: 17130026

Ngành: Công nghệ vật liệu

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo sợi electrospun Polycaprolactone chứa Hydroxyapatite ứng
dụng trong scaffold tái tạo xương.

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN VŨ VIỆT LINH
Cơ quan công tác của GV hướng dẫn:
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh.
Địa chỉ: Số 1, Võ Văn Ngân, P. Linh Chiểu, Tp. Thủ Đức, HCM
NHẬN XÉT
7. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
8. Tinh thần học tập, nghiên cứu của sinh viên:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
9. Ưu điểm:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
10. Khuyết điểm:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
11. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
........................................................................................................................................
12. Điểm: .............................................................(Bằng chữ: ............................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 8 năm 2021
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*******

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: 1. NGÔ THẾ DỰ
2. NGUYỄN THỊ NGỌC MỸ

MSSV: 17130007
MSSV: 17130026

Ngành: Công nghệ vật liệu

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo sợi electrospun Polycaprolactone chứa Hydroxyapatite ứng
dụng trong scaffold tái tạo xương.

Họ và tên Giáo viên phản biện: ………………………………………………………….
Cơ quan công tác của GV phản biện: ................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
2. Tinh thần học tập, nghiên cứu của sinh viên:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
3. Ưu điểm:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................


4. Khuyết điểm:

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
5. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
........................................................................................................................................
6. Điểm: .............................................................(Bằng chữ: ............................................)

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 8 năm 2021
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp này là nghiên cứu riêng của nhóm chúng
tơi. Dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Vũ Việt Linh. Chúng tôi xin cam đoan các số
liệu được báo cáo trong luận văn này do chính chúng tơi thực hiện và xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm. Các số liệu và kết quả trong luận văn tốt nghiệp chỉ sử dụng để hoàn thành
luận văn tốt nghiệp tại Khoa Khoa học ứng dụng – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
Tp. Hồ Chí Minh. Chỉ TS. Nguyễn Vũ Việt Linh được quyền sử dụng kết quả nghiên
cứu này để công bố khoa học.
Tp. Hờ Chí Minh, ngày 25 tháng 8 năm 2021
Sinh viên thực hiện
(ký và ghi rõ họ tên)

Ngô Thế Dự

Nguyễn Thị Ngọc Mỹ


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành
phố Hồ Chí Minh và trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM đã hỗ trợ về phương
diện cơ sở vật chất cũng như thời gian để hồn thành khóa luận tốt nghiệp.
Trong thời gian 4 năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật thành phố Hồ Chí Minh, đặt biệt là kỳ luận văn tốt nghiệp. Tuy chỉ có 6 tháng
nhưng chúng em đã học tập được rất nhiều thứ, cải thiện rất nhiều về kiến thức và nâng
cao thêm nhiều kỹ năng cũng như khả năng làm việc nhóm, hạn chế được những khuyết
điểm chưa tốt trong thời gian trước. Đây cũng được xem là một hành trang để em có thể
mang theo sắp tới khi bước vào đời.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô Nguyễn Vũ Việt
Linh - người luôn bên cạnh và chỉ dạy bọn em trong suốt kỳ luận văn. Mặc dù, công
việc giảng dạy của cô luôn bận rộn nhưng cô không ngần ngại chỉ dẫn, định hướng cho
bọn em, chỉ ra những chỗ sai, những khuyết điểm, những điều bọn em chưa thật sự nắm
vững để chúng em có thể chỉnh sửa và hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp. Với vốn kiến
thức và kinh nghiệm mà cơ đã truyền đạt cho bọn em, nó khơng chỉ là hành trang q
báu để bọn em có thể áp dụng vào thực tế mà còn mang lại sự tự tin khi làm việc. Cám
ơn cô đã luôn quan tâm, tha thứ và bỏ qua mọi thiếu sót và sai lầm của bọn em. Khơng
biết nói cảm ơn bao nhiêu lần để thể hiện sự biết ơn đối với người đã vất vả nhiều vì bọn
em.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô của Bộ môn Công Nghệ Vật Liệu,
Khoa Khoa Học Ứng Dụng của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ
Chí Minh đã tạo điều kiện về mặt cơ sở vật chất cũng như là các thiết bị, dụng cụ cần
thiết trong quá trình làm nghiên cứu.
Chúng em gửi lời cảm ơn đến các bạn, các anh chị và thầy, cô ở Trung tâm
Polymer Đại học Bách Khoa TPHCM đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và hỗ trợ trang
thiết bị tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tuy rằng đã rất cố gắng để hồn thiện luận văn nhưng cũng khơng thể
tránh được những lỗi sai khơng đáng có, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý

i

thầy cơ để bài luận văn được hồn thiện hơn. Kính chúc q thầy cơ có thật nhiều sức
khỏe.
Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người.
Tp .Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 08 năm 2021
Sinh viên thực hiện
(ký và ghi rõ họ tên)

Ngô Thế Dự

Nguyễn Thị Ngọc Mỹ

ii


TĨM TẮT
Nghiên cứu trình bày sự ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp và nhiệt độ nung đến sự
tạo thành của Hydroxyapatite (HAp). Nguyên liệu Ca(OH)2 và H3PO4 với tỉ lệ mol nC/nP
≈ 1,67 được tổng hợp ở nhiệt độ 30 oC và 50 oC sau đó nung ở 650 oC và 950 oC trong
vòng 2 giờ để thu được HAp. Đánh giá kết quả thu được của các mẫu HAp khác nhau
thơng qua các phương pháp phân tích XRD, FT-IR, SEM, FE-SEM. Phương pháp
electrospinning là một trong những phương pháp đơn giản để chế tạo vi hạt (sợi). Trong
nghiên cứu này, sử dụng poly (ε-caprolactone) (PCL) có khả năng phân hủy sinh học kết
hợp với HAp trong dung môi Dichloromethane (DCM) để tạo ra sợi HAp/PCL có cấu
trúc xốp thơng qua kỹ thuật electrospinning. Dựa vào hình ảnh từ kính hiển vi quang học
với nồng độ PCL thấp dưới 34 % khối lượng (kl) chỉ thu được hoàn toàn hạt, trong khi
ở nồng độ 36 %kl thì tạo được các sợi mịn, có hình thái tương đối tốt. Việc thay đổi các
thông số chế tạo (điện áp đặt vào, lưu lượng phun,...) dẫn đến sự thay đổi hình thái và
đường kính trung bình của sợi HAp/PCL. Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho

thấy rằng kết hợp 2 %kl HAp (so với kl PCL) với 36 %kl PCL sẽ tạo được sợi electrospun
PCL mang HAp với cấu trúc lỗ xốp, ít bị kết dính. Dựa vào phổ FT-IR có thể chứng
minh rằng cấu trúc PCL và HAp khơng bị thay đổi tính chất khi sử dụng phương pháp
electrospinning để chế tạo sợi. Nghiên cứu này đã chứng minh rằng hình thái của sợi
micro electrospun HAp/PCL được kiểm sốt bằng cách thay đổi các thơng số chế tạo của
q trình electrospinning để có hình thái sợi đồng nhất và ổn định. Sợi micro electrospun
HAp/PCL được định hướng chế tạo scaffold có thể phân hủy sinh học và ứng dụng vào
trong kỹ thuật tái tạo mô xương sắp tới.

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
TÓM TẮT ...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC .......................................................................................................................iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ...........................................................................................vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ .............................................................. viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 3
1.1. Hydroxyapatite ...................................................................................................... 3
1.1.1. Khái niệm về HAp ......................................................................................... 3
1.1.2. Tính chất của HAp ......................................................................................... 3
1.1.3. Tổng hợp HAp ............................................................................................... 5
1.1.4. Ứng dụng ........................................................................................................ 5
1.2. Polycaprolactone ................................................................................................... 8
1.2.1. Khái niệm về PCL .......................................................................................... 8
1.2.2. Tính chất của PCL .......................................................................................... 8
1.2.3. Tổng hợp PCL ................................................................................................ 9

1.2.4. Ứng dụng PCL ............................................................................................... 9
1.3. Phương pháp electrospinning .............................................................................. 10
1.3.1. Khái niệm ..................................................................................................... 10
1.3.2. Cấu tạo của thiết bị electrospinning ............................................................. 11
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp bằng phương pháp
electrospinning ....................................................................................................... 13
1.4 Scaffold ................................................................................................................ 14
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 21
2.1. Hóa chất .............................................................................................................. 21
2.2. Dụng cụ ............................................................................................................... 22
2.3. Thiết bị ................................................................................................................ 24
2.4. Tổng hợp Hydroxyapatite (HAp): ....................................................................... 26
2.4.1. Quy trình tổng hợp ....................................................................................... 26
2.4.2. Giải thích quy trình ...................................................................................... 27
iv


2.5. Chế tạo sợi micro electrospun HAp/PCL bằng phương pháp electrospinning ... 29
2.5.1. Quy trình chế tạo sợi micro electrospun HAp/PCL ..................................... 29
2.5.2. Thuyết minh quy trình (Hình 2.3) ................................................................ 29
2.6. Phương pháp phân tích ........................................................................................ 30
2.6.1. Nhiễu xạ tia X (X-ray Powder Diffraction) (model: D2 Phaser). ............... 30
2.6.2. Quang phổ hồng ngoại FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy)
(model: InfraRed Bruker Tensor 37). .................................................................... 31
2.6.3. Kính hiển vi điện tử Olympus DP22 (Model: MX51-F). ............................ 31
2.6.4. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) (Model:
HITACHI- TM4000plus). ...................................................................................... 32
2.6.5. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (Field-emission scanning electron
microscopy) (Model: HITACHI s-4800). .............................................................. 32
2.6.6. Tính tốn và phân tích số liệu. ..................................................................... 32

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 34
3.1. Chế tạo HAp ........................................................................................................ 34
3.1.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp ................................................................. 34
3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung ...................................................................... 34
3.2. Sợi electrospun PCL............................................................................................ 38
3.2.1 Phân tích cấu trúc của sợi electrospun PCL bằng FT-IR .............................. 38
3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ polymer .................................................................. 38
3.2.3 Ảnh hưởng của lưu lượng phun .................................................................... 40
3.2.4 Ảnh hưởng của điện áp đặt vào..................................................................... 42
3.2.5 Ảnh hưởng của dung môi .............................................................................. 44
3.3. Sợi micro electrospun HAp/PCL ........................................................................ 46
3.3.1 Phân tích cấu trúc của sợi micro electrospun HAp/PCL bằng FT-IR........... 46
3.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ polymer .................................................................. 46
3.3.3 Ảnh hưởng của lưu lượng phun .................................................................... 48
3.3.4 Ảnh hưởng của điện áp đặt vào..................................................................... 49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 52
Kết luận ...................................................................................................................... 52
Kiến nghị .................................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 54
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 59

v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

DCM

Dichloromethane

FE-SEM

Field-emission scanning electron
microscopy

Kính hiển vi điện tử quét
phát xạ trường

FT-IR

Fourier-transform infrared spectroscopy

Quang phổ hồng ngoại

HAp

Hydroxyapatite

kl

Khối lượng

nC/nP

Tỉ lệ mol C/P

PCL

Poly(ɛ-caprolactone)

SEM

Scanning Electron Microscopy

Kính hiển vi điện tử quét

XRD

X-ray Powder Diffraction

Nhiễu xạ tia X

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1. 1: Đặc tính của Scaffold ................................................................................... 14
Bảng 2. 1: Danh sách hóa chất sử dụng ......................................................................... 21
Bảng 2. 2: Danh sách dụng cụ sử dụng .......................................................................... 22
Bảng 2. 3: Danh sách thiết bị sử dụng ........................................................................... 24
Bảng 2. 4: Điều kiện tổng hợp của các mẫu HAp .......................................................... 28
Bảng 3. 1: Thông tin phổ FT-IR ở các nhiệt độ tổng hợp và nung khác nhau............... 35
Bảng 3. 2: Góc nhiễu xạ của bột HAp950_50 so với lý thuyết. .................................... 36
Bảng 3. 3: Đặc điểm của hai loại dung môi Chloroform và Dichloromethane. ............ 44

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1. 1: Hydroxyapatite (HAp) .................................................................................... 3
Hình 1. 2: Ảnh SEM các dạng tồn tại của HAp. .............................................................. 5
Hình 1. 3: Bột Hydroxyapatite Canxi [8]. ........................................................................ 6
Hình 1. 4: Thuốc bổ sung canxi sử dụng nguyên liệu HAp ở dạng vi tinh thể [10]. ....... 6
Hình 1. 5: HAp xốp chế tạo từ san hơ được ứng dụng làm mắt giả [13]. ........................ 7
Hình 1. 6: (a): Đoạn xương gãy khuyết, (b): HAp được điền vào chỗ khuyết, (c): Đoạn
xương mới hình thành và phát triển, (d): Xương phát triển hoàn chỉnh [13]. ................. 7
Hình 1. 7: Polycaprolactone (PCL) .................................................................................. 8
Hình 1. 8: Tổng hợp PCL từ ɛ-caprolactone .................................................................... 9
Hình 1. 9: Sơ đồ minh họa cách thiết lập của máy electrospinning [27]. ...................... 11
Hình 1. 10: Các dạng tia thu được trong quá trình electrospinning [26]. ...................... 12
Hình 1. 11: Hình ảnh của kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) về các hình
thái thường được sử dụng cho kỹ thuật mô scaffold được chế tạo bằng kỹ thuật quay
điện. (A) Hình thái ngẫu nhiên bao gồm các sợi định hướng ngẫu nhiên (B) Hình thái
liên kết bao [28] ............................................................................................................. 16
Hình 1. 12: Phương pháp chế tạo scaffold polymer. (a) Casting dung môi / particulate
leaching. (b) Freeze drying. (c) gas foaming. (d) Thermally induced phase separation.
(e) Electrospinning [30]. ................................................................................................ 16
Hình 1. 13: Phương pháp Solvent casting and particulate leaching [31]. ...................... 17
Hình 1. 14: Phương pháp Freeze drying [32] ................................................................ 18
Hình 1. 15: Phương pháp Gas foaming [33]. ................................................................. 18
Hình 1. 16: Phương pháp Thermally Induced Phase Separation[34]. ........................... 19
Hình 1. 17: Phương pháp Electrospinning [35]. ............................................................ 20
Hình 2. 1: Quy trình tổng hợp HAp. .............................................................................. 27
Hình 2. 2: Hình ảnh quá trình tổng hợp HAp bằng phương pháp lắng đọng hóa học ướt.
........................................................................................................................................ 28

Hình 2. 3: Quy trình tạo sợi micro electrospun HAp/PCL. ........................................... 29
Hình 2. 4: Hệ máy Electrospinning ................................................................................ 30
Hình 2. 5: Phân tích phổ XRD bằng phần mềm OriginPro 2018. ................................. 33
Hình 2. 6: Đo đường kính sợi electrospun bằng phần mềm ImageJ. ............................. 33
Hình 2. 7: Đồ thị mật độ phân bố đường kính được vẽ bằng phần mềm Minitab. ........ 33
Hình 3. 1: Hiệu suất tổng hợp bột HAp. ........................................................................ 34
viii


Hình 3. 2: Ảnh FT-IR ở nhiệt độ tổng hợp và nhiệt độ nung khác nhau. ...................... 35
Hình 3. 3: Ảnh XRD của HAp ở các nhiệt độ tổng hợp và nung khác nhau a) HAp650_30,
b) HAp650_50, c) HAp950_30, HAp950_50. ............................................................... 37
Hình 3. 4: Ảnh SEM của bột HAp950_50 a) độ phóng đại 200-10kV b) độ phóng đại
1.20k-10kV c) 3.00k-10kV và d) 5.00k-10kV. .............................................................. 37
Hình 3. 5: Ảnh SEM bột HAp tổng hợp ở 50 oC và nhiệt độ nung 950 oC ở các độ phóng
đại a) 5k, b) 10k, c) 30k, d) 60k ở điện thế 5kV. ........................................................... 38
Hình 3. 6: Phổ FT-IR của a) PCL electrospinning và b) PCL thơ. ................................ 38
Hình 3. 7: Ảnh kính hiển vi của sợi electrospun PCL ở các nồng độ khác nhau: (a) 15
%kl PCL; (b) 16 %kl PCL; (c) 17 %kl PCL; (Chloroform; 15 kV; 0,3 ml/h; 17,5 cm;
20G) ................................................................................................................................ 39
Hình 3. 8: Ảnh kính hiển vi của sợi electrospun PCL ở các nồng độ khác nhau: (a) 23
%kl PCL; (b) 25 %kl PCL; (c) 27 %kl PCL; (d) 29 %kl PCL (Chloroform; 15 kV; 0,3
ml/h; 17,5 cm, 20G) ....................................................................................................... 39
Hình 3. 9: Ảnh hưởng của lưu lượng phun lên hình thái và kích thước sợi electrospun
PCL: (a, d) 0,3 ml/h; (b, e) 0,4 ml/h; (c, f) 0,5 ml/h (27 %kl PCL; Chloroform; 15 kV;
17,5 cm; 20G)................................................................................................................. 41
Hình 3. 10: Ảnh hưởng của điện áp đặt vào lên hình thái và kích thước sợi electrospun
PCL: (a, d) 15 kV; (b, e) 16 kV; (c, f) 17 kV (27 % kl PCL; Chloroform; 0,3 ml/h; 17,5
cm; 20G). ........................................................................................................................ 43
Hình 3. 11: Ảnh hưởng của dung mơi đến hình thái và kích thước sợi electrospun PCL:

(a, c) Chloroform; (b, d) DCM ( 27 %kl PCL; 16 kV; 0,3 ml/h; 17,5 cm; 20G). .......... 45
Hình 3. 12: Phổ FT-IR của a) HAp; b) PCL; c) HAp/PCL ............................................ 46
Hình 3. 13: Ảnh kính hiển vi của sợi electrospun HAp/PCL ở các nồng độ polymer PCL
khác nhau: (a) 32 %kl (b) 34 %kl; (c) 36 %kl; (d) 38 %kl (2% kl HAp; DCM; 16 kV;
1 ml/h; 17,5 cm; 18G). ................................................................................................... 47
Hình 3. 14: Ảnh hưởng của lưu lượng phun đến hình thái và kích thước sợi micro
electrospun HAp/PCL: (a, c) 1 ml/h; (b, d) 1,2 ml/h (36 %kl PCL; 2 %kl HAp; DCM;
15 kV; 17,5 cm; 18G)..................................................................................................... 48
Hình 3. 15: Ảnh hưởng của điện áp đặt vào đến hình thái và kích thước sợi micro
electrospun HAp/PCL: (a, e) 13 kV; (b, f) 14 kV; (c, g) 15 kV; (d, h) 16 kV (36 %kl
PCL; 2 %kl HAp; DCM; 1 ml/h; 17,5 cm; 18G). .......................................................... 50
Hình 3. 16: (a) Ảnh SEM bề mặt sợi micro electrospun HAp/PCL; (b) giản đồ phân bố
đường kính sợi micro electrospun HAp/PCL. ............................................................... 51

ix


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BM CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 2 năm 2021

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN VŨ VIỆT LINH
Cơ quan công tác của giảng viên hướng dẫn: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí

Minh
Sinh viên thực hiện: NGƠ THẾ DỰ
NGUYỄN THỊ NGỌC MỸ

MSSV: 17130007
MSSV: 17130026

1. Tên đề tài:
" NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SỢI ELECTROSPUN POLYCAPROLACTONE CHỨA
HYDROXYAPATITE ỨNG DỤNG TRONG SCAFFOLD TÁI TẠO XƯƠNG "
2. Nội dung chính của khóa luận:
 Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
 Chế tạo HAp bằng phương pháp lắng đọng, khảo sát khảo sát các yếu tố ảnh hưởng.
Đánh giá cấu trúc và hình thái của HAp bằng các phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X
(XRD), quang phổ hồng ngoại (FT-IR), kính hiển vi điện tử quét (SEM), FE-SEM.
 Khảo sát sự ảnh hưởng của phương pháp chế tạo lên sợi electrospun PCL như nồng độ
PCL, điện thế áp vào, lưu lượng phun.
 Chế tạo sợi PCL chứa HAp bằng phương pháp Electrospinning. Khảo sát sự ảnh hưởng
của nồng độ PCL, thông số chế tạo (lưu lượng, điện thế) lên hình thái và kích thước sợi
micro electrospun HAp/PCL.
 Đánh giá tính chất của sợi electrospun HAp/PCL bằng kính hiển vi quang học, kính hiển
vi quét (SEM), nhiễu xạ tia X (XRD), phân tích quang phổ hồng ngoại (FTIR).
3. Các sản phẩm dự kiến: Sợi micro electrospun HAp/PCL

x


4. Ngày giao đồ án: 01/03/2021
5. Ngày nộp đồ án: 25/08/2021
6. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo:

Trình bày bảo vệ:

TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký, ghi rõ họ tên)

Tiếng Anh 

Tiếng Việt ⊠

Tiếng Anh 

Tiếng Việt ⊠

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)

TS. Nguyễn Vũ Việt Linh

xi


GVHD: TS. Nguyễn Vũ Việt Linh

MỞ ĐẦU
Vật liệu y sinh là một trong những vật liệu đã và đang được nghiên cứu, phát triển
để ứng dụng vào thay thế các bộ phận cơ thể, cấy ghép mô, xương của con người. Vật
liệu này có thể tái tạo các mơ và cơ quan bị mất hoặc bị tổn thương do chấn thương, hư
tổn,... Các mô xương bị tổn thương cần phải phẫu thuật, tái tạo thay vì tự phục hồi. Sau
đó, kỹ thuật Autograft được áp dụng để điều trị các khuyết tật của xương. Tuy nhiên,
phương pháp này vẫn còn những hạn chế như đau, nhiễm trùng, xuất huyết,... trong quá

trình điều trị. Vì thế để khắc phục những vấn đề này thì các nghiên cứu đã tạo ra vật liệu
có thể tái tạo cấu trúc xương hư tổn một cách tự nhiên từ sợi micro polymer bằng phương
pháp electrospinning. Kỹ thuật electrospinning là một phương pháp đơn giản và linh hoạt
để chế tạo sợi có kích thước nano/micro, và nó đã trở nên phổ biến trong kỹ thuật mơ
trong nhiều thập kỷ qua [1]. Quá trình này sử dụng các loại polymer tự nhiên, tổng hợp,...
có thể sản xuất các sợi nano/micro, có kích thước giống với kích thước của bộ xương tế
bào hoặc đường kính của sợi collagen trong chất nền ngoại bào. Hơn nữa, phương pháp
này có khả năng gắn kết tế bào, sự phát triển của tế bào và sự biệt hóa trên các chất nền
nhân tạo nhờ vào các sợi electrospun ở kích thước nano/micro [2].
Trong lĩnh vực y học, các vật liệu được sử dụng để thay thế và điều trị các mô
xương bệnh hoặc mô tổn thương đã phát triển đáng kể trong nhiều thập kỷ qua bao gồm:
kim loại, sứ và vật liệu cao phân tử (polymer tự nhiên và tổng hợp). Trong số các vật
liệu có tính sinh học này, polycaprolactone (PCL) là loại vật liệu polymer tổng hợp có
đặc tính phân hủy sinh học. Những vật liệu này tuy tương hợp sinh học, dễ dàng tạo được
những hình dạng và kích cỡ phù hợp cho việc thay thế xương cần chữa trị nhưng tính
chất cơ lý của kim loại, hợp kim khác biệt nhiều so với xương dẫn đến nguy cơ gãy
xương do kém tương thích giữa phần xương tiếp xúc với kim loại ghép. PCL có thể được
ứng dụng thành cơng để chế tạo scaffold 3D nhân tạo, có khả năng hấp phụ với độ đàn
hồi cơ học phù hợp cho các ứng dụng cấy ghép xương lâu dài. Trong số các chất vơ cơ
có hoạt tính sinh học và tương hợp sinh học, hydroxyapatite (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2) đã
được kết hợp trên nền polymer, cải thiện hoạt tính sinh học và tính chất cơ học của
composite, vì cấu trúc và thành phần của nó tương tự như apatit tự nhiên có trong mơ
xương. Ngồi ra, HAp cịn có tính ổn định hóa học và khả năng hấp thụ sinh học tương
đối cao. Vì vậy, nó thường được sử dụng trong q trình sinh học của các mơ xương.
Khi PCL kết hợp HAp tạo sợi có cấu trúc scaffold HAp/PCL cho thấy sự tăng sinh và
biệt hóa xương của các loại tế bào khác nhau, từ đó ứng dụng trong việc tái tạo, hỗ trợ
phát triển của các nguyên bào xương [2].

SVTH: Ngô Thế Dự, Nguyễn Thị Ngọc Mỹ

1


GVHD: TS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Trên cơ sở đó chúng em quyết định chọn đề tài "Nghiên cứu chế tạo sợi
electrospun Polycaprolactone chứa Hydroxyapatite ứng dụng trong scaffold tái tạo
xương".
Để thực hiện được đề tài, nhóm đã vạch ra hai mục tiêu chính:
 Tổng hợp bột HAp bằng phương pháp lắng đọng hóa học ướt, đánh giá sản phẩm
thu được thơng qua các phương pháp phân tích như: XRD, FT-IR, SEM, ...
 Chế tạo sợi electrospun PCL mang HAp bằng phương pháp electrospinning, đánh
giá sự ảnh hưởng của phương pháp lên hình thái và kích thước sợi bằng các
phương pháp phân tích như: FT-IR, kính hiển vi điện tử, SEM, ...
Ứng với những mục tiêu trên, nhóm đã chia thành bốn phần nội dung nghiên cứu cụ thể:
 Tổng hợp HAp bằng phương pháp lắng đọng hóa học ướt.
 Khảo sát các thơng số ảnh hưởng đến q trình tạo sợi electrospun PCL (nồng độ,
lưu lượng, điện áp, dung môi, ...).
 Chế tạo sợi micro electrospun PCL mang HAp (HAp/PCL) bằng phương pháp
electrospinning.
 Đánh giá sản phẩm thu được bằng các phương pháp phân tích như: XRD, FT-IR,
SEM, ....

SVTH: Ngơ Thế Dự, Nguyễn Thị Ngọc Mỹ

2


GVHD: TS. Nguyễn Vũ Việt Linh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Hydroxyapatite
1.1.1. Khái niệm về HAp

Hình 1. 1: Hydroxyapatite (HAp)
HAp có cơng thức hóa học là Ca10(PO4)6(OH)2 được xem như vật liệu gốm sinh
học, là dạng khoáng chất tự nhiên của apatite canxi được tìm thấy trong răng và xương
người. HAp-là-hydroxyl-endmember-của-phức-hợp-nhóm-apatite.
Bột HAp nguyên chất có màu trắng. Tuy nhiên apatite tự nhiên thường có màu
trắng ngà, vàng hoặc xanh lơ.
Khoa học đã chứng minh rằng xương và răng có chứa một hàm lượng lớn HAp.
Xương chứa 65 - 70 % tinh thể HAp xen kẽ trong chất nền collagen. Trong khi ngà răng
và men răng chứa 70 - 80 % với amelogenin thay vì collagen [3].
1.1.2. Tính chất của HAp
a) Tính chất vật lý:
Tùy theo điều kiện hình thành, kích thước cũng như cách thức tổng hợp mà HAp
có màu trắng, trắng ngà, vàng nhạt hay xanh lơ.
- Nhiệt độ nóng chảy
: 1760 oC
- Nhiệt độ sôi
: 2850 oC
SVTH: Ngô Thế Dự, Nguyễn Thị Ngọc Mỹ

3


GVHD: TS. Nguyễn Vũ Việt Linh
- Độ tan trong nước
: 0,7 g/l
- Khối lượng phân tử

: 1004,60 g/mol
- Khối lượng riêng
: 3,156 g/cm3
- Độ cứng theo thang Mohs
:5
HAp là một chất bền với nhiệt. chỉ bị phân hủy ở khoảng 800 - 1200 oC tùy thuộc
vào phương pháp điều chế và dạng tồn tại.
b) Tính chất hóa học:
Phân tử HAp có cấu trúc mạch thẳng, các liên kết Ca - O là liên kết cộng hóa trị.
Hai nhóm OH- được gắn với nguyên tử P ở hai đầu mạch.
HAp không phản ứng với kiềm nhưng phản ứng được với acid tạo thành các muối
của canxi và nước.
Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl → 3Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2H2O
HAp tương đối bền với nhiệt, có tỉ lệ ổn định Ca/P gần 1,67 khi nung dưới 1200
o
C. Trên 1200 oC HAp mất dần các nhóm OH- và chuyển thành oxy - hydroapatite.
Ca10(PO4)6(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)2-2xOx + xH2O
(0 ≤ x ≤ 1)
o
Ở nhiệt độ lớn hơn 1200 C, HAp bị phân huỷ thành β - Ca3(PO4)2 ( β - TCP) và
Ca4P2O9, Ca2P2O7 hoặc CaO.
Ca10(PO4)6(OH)2 → 2β–Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + H2O
Ca10(PO4)6(OH)2 → 3β–Ca3(PO4)2 + CaO + H2O
c) Tính chất sinh học:
HAp được sử dụng như là chất thay thế cho xương người và xương động vật nhờ
vào tính chất sinh học: tính tương thích sinh học, ái lực sinh học, hoạt tính sinh học, dẫn
xương, hợp nhất xương, tạo xương trong một số điều kiện nhất định. HAp chỉ chứa các
ion canxi và photphat nên khơng có độc tính. HAp có thể được tìm thấy trong răng và
xương của cơ thể người. HAp tự nhiên và HAp nhân tạo đều là những vật liệu có tính
tương thích sinh học cao do nó có cùng bản chất và thành phần hóa học.

Ở dạng màng và dạng xốp, thành phần hóa học và các đặc tính của HAp giống
xương tự nhiên, các mô sợi, mạch máu dễ dàng xâm nhập thơng qua các lỗ xốp. Ở dạng
bột mịn kích thước nano, cơ thể dễ dàng hấp thụ HAp ở dạng canxi photphat với tỷ lệ
nCa/nP đúng như tỷ lệ trong xương và răng. Do vậy vật liệu HAp có tính tương thích
sinh học cao với các tế bào và mơ. Ngồi ra HAp có tính dẫn xương tốt, tạo liên kết trực
tiếp với xương non, hồi phục xương bị hư tổn mà không bị đào thải bởi cơ thể.

SVTH: Ngô Thế Dự, Nguyễn Thị Ngọc Mỹ

4