Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của vật liệu y sinh hydroxyapatite (HA) từ vỏ trứng

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

BÁO CÁO ĐỀ TÀI
SINH VIÊN NCKH NĂM HỌC 2013 - 2014
TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
VẬT LIỆU Y SINH HYDROXYAPATITE (HA) TỪ VỎ TRỨNG
Giảng viên hướng dẫn:
TS. Bùi Xuân Vương


Bình Dương, tháng 4 năm 2014
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 1
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 2
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm việc để hoàn thành đề tài nghiên
cứu khoa học này chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ,
hướng dẫn tận tình của TS. Bùi Xuân Vương cũng như các
thầy cô trong bộ môn hóa vô cơ, khoa khoa học tự nhiên
của trường Đại Học Thủ Dầu Một.
Qua đây nhóm sinh viên làm đề tài NCKH xin gửi lời
cảm ơn chân thành tới thầy Bùi Xuân Vương, người đã trực
tiếp hướng dẫn nhóm nghiên cứu, rèn luyện cho nhóm cách
thức thực hiện - quản lý công việc trong hoạt động NCKH.
Bình Dương,
1/4/2014
Nhóm sinh viên
NCKH
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

MỤC LỤC
THUYẾT MINH ĐỀ TÀI………………………………………………………….7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN…………………………………………………… 12
1.1. Vật liệu y sinh……………………………………………………………… 12
1.1.1. Khái niệm:………………………………………………………………….12
1.1.2. Phân loại:………………………………………………………………… 12
1.1.3. Vật liệu y sinh xương nhân tạo Hydroxyapatite Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
(HA)… 12
1.2. Tính chất lý hóa của vật liệu y sinh HA…………………………………… 14
1.3. Sự tương hợp sinh học và hoạt tính sinh học của vật liệu HA……………….15
1.4. Ứng dụng…………………………………………………………………… 15
1.4.1. Ứng dụng của HA dạng bột kích thước nano………………………………15
1.4.2. Ứng dụng của HA dạng màng…………………………………………… 16
1.4.3. Ứng dụng của HA dạng bột như vật liệu xương nhân tạo………………….17
1.4.4. Ứng dụng của HA dạng composit………………………………………….17
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDROXYAPATITE HA…………… 17
2.1. Phương pháp kết tủa………………………………………………………….17
2.2. Phương pháp sol-gel………………………………………………………….19
2.3. Phương pháp siêu âm hoá học……………………………………………… 19
2.4. Phương pháp phun sấy……………………………………………………… 19
2.5. Phương pháp điện hoá……………………………………………………… 20
2.6. Phương pháp thuỷ nhiệt………………………………………………………21
2.7. Phương pháp composit ………………………………………………………21

2.8. Phương pháp phản ứng pha rắn tổng hợp HA……………………………… 23
CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU Y SINH HA TỪ VỎ TRỨNG………… 24
I. THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HA TỪ VỎ TRỨNG………………………… 24
1.1. Nguyên liệu và hóa chất…………………………………………………… 24
1.2. Dụng cụ và thiết bị 24
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 3
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
1.3. Quy trình thực nghiệm 24
II. THỰC NGHIỆM “ IN VITRO” 29
III. PHƯƠNG PHÁP LÝ HÓA ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU 30
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31
I. NHIỄU XẠ TIA X PHÂN TÍCH VẬT LIỆU HA TỔNG HỢP TỪ VỎ TRỨNG
TRƯỚC VÀ SAU THỰC NGHIỆM ‘‘IN VITRO’’ 31
II. ẢNH SEM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU HA TỔNG HỢP TỪ VỎ TRỨNG
TRƯỚC VÀ SAU THỰC NGHIỆM ‘‘IN VITRO’’ 33
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………… 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 38

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 4
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
DANH SÁCH HÌNH
Hình 1.1. Một số hình ảnh ứng dụng của vật liệu Hydroxyapatite (HA)……… 13
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của phân tử HA………………………………… 14
Hình 1.3. Thuốc bổ sung calcium sử dụng nguyên liệu HA dạng vi tinh thể… 16
Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa………………………… 18
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp phun sấy…………… ……. ……. .19
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điện hóa………………………… 20
Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của hệ thiết bị phản ứng thủy nhiệt……………… 21
Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp composit HA - CS……………………………………22
Hình 2.1. Nung vỏ trứng………………………………………………………. 25

Hình2.2. Dung dịch sau khi cô cạn…………………………………………… 26
Hình 2.3. Lọc bỏ tạp chất trong dd Ca(NO
3
)
2
26
Hình 2.4. Dung dịch đang khuấy trên máy từ……………………………………27
Hình 2.5. Rửa sản phẩm bằng nước cất…… 27
Hình 2.6. Bột HA thu được sau khi nung ở 1000
o
C…………………………… 28
Hình 2.7. Sơ đồ tổng hợp HA……………………………………………………28
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp từ vỏ trứng…………………31
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HA tổng hợp sau 5 ngày ngâm trong SBF 32
Hình 3.3. Ảnh SEM của HA tổng hợp từ vỏ trứng………………………… 34
Hình 3.4. Ảnh SEM của HA tổng hợp sau 5 ngày ngâm trong dung dịch SBF….36
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 5
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1. Quy trình nung vỏ trứng theo các chế độ nhiệt……………………….24
Bảng 2.2. Nồng độ các ion trong dung dịch SBF (10-3 mol/l)………………… 29
Bảng 2.3. Hàm lượng các chất trong dung dịch thành phần Ca-SBF và P-SBF….30
UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 6
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: Mai Thị Tuyết
Sinh ngày: 12 tháng 10 năm 1994
Nơi sinh: Quảng Nam
Lớp: D12HH01 Khóa: 2012-2016
Khoa: Khoa Học Tự Nhiên
Địa chỉ liên hệ: Phú Mỹ - TP. Thủ Dầu Một- Bình Dương
Điện thoại: 01685751291 Email:
II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm
đang học):
* Năm thứ 1:
Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên
Kết quả xếp loại học tập: TB- Khá

* Năm thứ 2:
Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên
Kết quả xếp loại học tập: Khá

Ngày 01 tháng 04 năm 2014
Xác nhận của lãnh đạo khoa
(ký, họ và tên)
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 7
Ảnh 4x6
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
THUYẾT MINH ĐỀ TÀI
SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

(Năm học 2013-2014)
1. Tên đề tài: Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học vật liệu y sinh
Hydroxyapatite từ vỏ trứng.
2. Mã số: (do cán bộ quản lý ghi)
3. Loại hình nghiên cứu:  Cơ bản * Ứng dụng  Triển khai
4. Lĩnh vực nghiên cứu:
 Khoa học Xã hội và Nhân văn  Khoa học Kỹ thuật và Công
nghệ
 Kinh tế  Khoa học Tự nhiên
 Khoa học Giáo dục
5. Thời gian thực hiện: 5 tháng (Từ tháng 11 năm 2013 đến tháng 4 năm 2014).
6. Đơn vị quản lý về chuyên môn:
Khoa: Khoa học tự nhiên Bộ môn: Hóa học
7. Giáo viên hướng dẫn:
Họ và tên: Bùi Xuân Vương
Học vị: Tiến Sỹ
Đơn vị công tác (Khoa, Phòng): Khoa khoa học tự nhiên
Địa chỉ nhà riêng: A216 – Ehome1 – Phước long B – Q9. Tp. HCM
Di động: 01276517788 E-mail:
8. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài:
Sinh viên chịu trách nhiệm chính: (Họ tên, email, điện thoại)
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 8
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
Họ tên: Mai Thị Tuyết
Email:
Điện thoại: 01685751291
Các thành viên tham gia đề tài:
TT Họ và tên Lớp, Khóa Chữ ký
1 Lê Thị Thu Thắm D12HH01
2 Võ Oanh Kiều C12H001

3 Lê Thị Hồng Trâm C12H001
9. Tính cấp thiết của đề tài:
Vật liệu y sinh Hydroxyapatite (HA) được sử dụng như một vật liệu cấy ghép
xương vì thành phần của nó giống như phần khoáng vô cơ trong xương người. Vật
liệu y sinh HA thể hiện tính ưu việt của một vật liệu xương nhân tạo bởi tính tương
thích sinh học của nó đối với cơ thể con người khi cấy ghép (không đào thải) cũng
như thể hiện hoạt tính sinh học cao (khả năng hình thành lớp khoáng xương mới).
Vật liệu y sinh HA là một trong những vật liệu xương nhân tạo mà nước ta vẫn
phải nhập ngoại về các cơ sở y tế và các bệnh viện.
Các báo cáo khoa học trên thế giới tập trung vào việc tổng hợp vật liệu xương
nhân tạo HA đi từ các tiền chất hóa học tinh khiết. Trong đề tài này chúng tôi tiến
hành tổng hợp HA từ nguồn nguyên liệu phế thải là vỏ trứng gà. Vỏ trứng gà sẽ
được sử lý bằng phương pháp hóa học sau đó tổng hợp phần khoáng HA. HA tách
được từ vỏ trứng sẽ được đặc trưng lý hóa để kiểm tra cấu trúc và độ tinh khiết.
Sau đó tiến hành thực nghiệm kiểm tra hoạt tính sinh học để đánh giá khả năng
hình thành lớp khoáng xương mới trên bề mặt vật liệu sau thực nghiệm ‘‘in vitro’’.
Chúng tôi hy vọng HA tổng hợp từ vỏ trứng có thể sử dụng như một vật liệu
xương nhân tạo trong phẫu thuật cấy ghép xương.
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 9
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
10. Mục tiêu đề tài:
- Phân tách HA từ vỏ trứng.
- Kiểm tra vật liệu bằng các phương pháp lý hóa.
- Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ đánh giá hoạt tính sinh học của vật liệu tổng hợp.
11. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Đối tượng: Vỏ trứng xử lý bằng hóa chất để phân tách HA
Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp vật liệu trong PTN, thực nghiệm đánh giá hoạt
tính sinh học của vật liệu ‘‘in vitro’’.
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu, phân tích và đánh giá tài liệu

- Xây dựng phác đồ thực nghiệm
- Tiến hành thực nghiệm
- Thực nghiệm ‘‘in vitro’’
12. Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện:
12.1. Nội dung nghiên cứu (trình bày dưới dạng đề cương nghiên cứu chi tiết)
- Phân tách HA từ vỏ trứng
- Đặc trưng cấu trúc HA bằng các phương pháp lý hoá như: XRD và SEM.
- Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ ngâm vật liệu trong dung dịch mô phỏng dịch thể
người SBF (Simulated Body Fluid).
- Đặc trưng lý hoá vật liệu sau thực nghiệm ‘‘in vitro’’ để đánh giá hoạt tính
sinh học của vật liệu qua khả năng hình thành khoáng xương mới sau ngâm
cũng như đánh giá tính tương thích sinh học của vật liệu.
12.2. Tiến độ thực hiện: 5 tháng
13. Sản phẩm và khả năng ứng dụng:
- Báo cáo tổng kết đề tài.
- 01 bài báo gửi đăng ở tạp chí chuyên nghành sau khi kết thúc đề tài.
- Vật liệu y sinh tổng hợp được có thể chuyển giao cho các bệnh viện để làm
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 10
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
các thực nghiệm tiếp theo.
14. Kinh phí thực hiện đề tài: (theo quy định của trường).
Ngày …… tháng …… năm 201… Ngày …… tháng …… năm 201…
Giáo viên hướng dẫn đề tài Sinh viên
(Ký, ghi rõ họ tên ) chịu trách nhiệm chính
(Ký, ghi rõ họ tên)

Bình Dương, ngày …… tháng …… năm 201…
Trưởng Khoa
(Ký, ghi rõ họ tên)
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 11

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu y sinh
1.1.1. Khái niệm:
Vật liệu y sinh là loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo, sử dụng để
thay thế hoặc thực hiện một chức năng sống của cơ thể con người [1]. Các vật liệu
y sinh đã trở nên thân thuộc trong đời sống của con người như: da nhân tạo, van
tim nhân tạo, các loại chỉ khâu trong y học, răng giả, chân tay giả, mạch máu nhân
tạo, các vật liệu trám răng, các vật liệu xương nhân tạo dùng trong phẫu thuật
chỉnh hình….
1.1.2. Phân loại:
Dựa vào tương tác giữa vật liệu và môi trường cơ thể, người ta chia vật liệu y
sinh ra 2 loại chính là vật liệu hoạt tính sinh học và vật liệu trơ sinh học [2]. Vật
liệu hoạt tính sinh học là loại vật liệu khi cấy ghép trong cơ thể con người sẽ xảy ra
các tương tác hóa học giữa vật liệu với môi trường sống. Vật liệu trơ sinh học là
vật liệu khi đưa vào cơ thể con người chúng không có bất cứ một tương tác hóa
học nào với môi trường sống.
1.1.3. Vật liệu y sinh xương nhân tạo Hydroxyapatite Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
(HA)
Có rất nhiều loại vật liệu y sinh khác nhau, riêng nhóm vật liệu y sinh sử dụng
như vật liệu xương nhân tạo có thể kể đến như: các vật liệu calcium phosphate
(tricalcium phosphate Ca
3

(PO
4
)
3
; hydroxyapatite Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
hay biphasic
calcium phosphate), các vật liệu thủy tinh hoạt tính sinh học (CaO - SiO
2
- Na
2
O -
P
2
O
5
), các xi măng y sinh, các kim loại trơ như Ti, Ni…Trong đó Hydroxyapatite
(HA) là một trong những vật liệu đa năng được sử dụng với mục đích cấy ghép
xương do nó giống với thành phần khoáng vô cơ trong xương của cơ thể con
người.
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 12
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
Hiện nay HA đã và đang được nghiên cứu và phát triển vì những tính chất quan
trọng của nó như có hoạt tính sinh học và độ tương thích sinh học cao với các tế

bào và các mô, tạo liên kết trực tiếp với xương non dẫn đến sự tái sinh xương
nhanh mà không bị cơ thể đào thải. Sự ra đời của vật liệu y sinh HA và hiệu quả
của nó trong y học nói chung và ngành phẫu thuật chỉnh hình nói riêng, được ghi
nhận như là một thành tựu lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu.
Hình 1.1. Một số hình ảnh ứng dụng của vật liệu Hydroxyapatite (HA)
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 13
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
1.2. Tính chất lý hóa của vật liệu y sinh HA [3-7]
Về tính chất vật lý, HA có công thức phân tử đầy đủ là Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
hoặc có
thể viết rút gọn dưới dạng Ca
5
(PO
4
)
3
OH, khối lượng mol phân tử là 1004,60 (g/pt),
khối lượng riêng 3,156 (g/cm
3
). HA nóng chảy tại nhiệt độ 1760 (
o
C) và sôi ở 2850
(

o
C). Độ cứng theo thang Mohs bằng 5.
Công thức cấu tạo của phân tử HA được thể hiện ở hình dưới đây, có thể nhận
thấy phân tử HA có cấu trúc mạch thẳng, các liên kết Ca - O là liên kết cộng hoá
trị. Hai nhóm OH
-
được gắn với hai nguyên tử P ở hai đầu mạch:
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của phân tử HA
Về mặt hoá học, HA có một số tính chất như: Có khả năng kết hợp với cấu trúc
xương và tác động tốt đến sự phát triển bên trong của xương mà không làm đứt gãy
hay phân hủy xương. HA không phản ứng với kiềm nhưng phản ứng với axit tạo
thành các muối của calcium và nước:
HA không bền nhiệt, dễ bị phân hủy trong khoảng nhiệt độ 800 ÷ 1200°C. Tuỳ
theo tỷ lệ cấu tạo của HA, tạo thành oxyapatit theo phản ứng:
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 14
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
Ngoài ra HA có thể bị phân hủy thành các chất khác trong nhóm calcium
phosphate tùy theo từng điều kiện. Ví dụ: HA có thể tạo thành β-TCP hay tetra
calcium phosphate theo các phương trình phản ứng dưới đây:
1.3. Sự tương hợp sinh học và hoạt tính sinh học của vật liệu HA
Vật liệu HA có tính tương thích sinh học cao với cơ thể con người vì tỷ lệ Ca/P
trong phân tử HA đúng như tỷ lệ của Ca/P trong xương và răng của người. Ở dạng
bột mịn kích thước nano, HA là dạng calcium phosphate dễ được cơ thể hấp thụ
nhất. Ở dạng màng và dạng xốp, HA có thành phần hoá học và các đặc tính giống
xương tự nhiên, các lỗ xốp liên thông với nhau làm cho các mô sợi, mạch máu dễ
dàng xâm nhập [5]
Hoạt tính sinh học của HA thể hiện ở chỗ sau khi cấy ghép, chúng sẽ tan ra do
tương tác với môi trường cơ thể, sau đó các ion Ca
2+
, PO

4
3-
và OH
-
trong môi
trường sẽ kết tủa trên bề mặt vật liệu để hình thành một lớp khoáng HA mới làm
cầu nối cho sự gắn kết miếng ghép xương và xương tự nhiên [8-9].
1.4. Ứng dụng vật liệu y sinh HA
Vật liệu HA có nhiều ứng dụng trong y học, phẫu thuật chỉnh hình, làm răng giả,
cấy ghép xương, làm chất dẫn thuốc…
1.4.1. Ứng dụng của HA dạng bột kích thước nano
Do lượng calcium hấp thụ thực tế từ thức ăn mỗi ngày tương đối thấp nên rất
cần bổ sung calcium cho cơ thể, đặc biệt cho trẻ em và người cao tuổi. Calcium có
trong thức ăn hoặc thuốc thường nằm ở dạng hợp chất hoà tan nên khả năng hấp
thụ của cơ thể không cao và thường phải dùng kết hợp với vitamin D nhằm tăng
cường việc hấp thụ và chuyển hoá calcium thành HA. Có thể bổ sung calcium cho
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 15
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
cơ thể người bằng cách dùng thức ăn, thuốc tiêm hoặc truyền huyết thanh… Một
phương pháp hữu hiệu là sử dụng HA ở dạng bột mịn, kích thước nano để bổ sung
calcium. Với kích thước cỡ 20 - 100nm, HA được hấp thụ trực tiếp vào cơ thể mà
không cần phải chuyển hoá thêm [10].
Hình 1.3. Thuốc bổ sung calcium sử dụng nguyên liệu HA dạng vi tinh thể
1.4.2. Ứng dụng của HA dạng màng
Thông thường, người ta sử dụng các vật liệu bền cơ - hoá và nhẹ để thay thế, sửa
chữa những khuyết tật của xương và răng. Phổ biến nhất là hợp kim Ti6Al4V, đây
là vật liệu trơ sinh học và có độ bền cơ - hoá cao nhưng trong thực tế nó vẫn bị ăn
mòn khi nằm trong cơ thể người, tạo ra các chất độc hại và làm cho liên kết giữa
xương và chi tiết ghép bị lỏng lẻo. Lớp màng gốm HA có chiều dày cỡ µm được
phủ lên bề mặt vật liệu thay thế bằng các phương pháp plasma, bốc bay, điện

phân… đã hạn chế những nhược điểm nêu trên. Nhưng độ bám dính của lớp màng
trên vật liệu nền không bền chặt, do vậy tuổi thọ và phạm vi ứng dụng của chúng
không cao. Để cải thiện độ bám dính, người ta đã phủ lên các kim loại và hợp kim
nền một lớp màng gốm HA có chiều dày cỡ nanomet (màng n-HA) bằng phương
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 16
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
pháp điện hoá nói chung và phương pháp điện di (EPD). Lớp màng n-HA có độ
bám dính cao với vật liệu nền và rất bền theo thời gian [11-12].
1.4.3. Ứng dụng của HA dạng bột như vật liệu xương nhân tạo
Như đã trình bày ở trên, vật liệu ceramic HA có tính tương thích và hoạt tính
sinh học cao. Nhờ có khả năng đặc biệt này HA được ứng dụng đặc biệt rộng rãi
trong y sinh học cấy ghép xương như: chế tạo răng giả và sửa chữa những khuyết
tật của răng như tram răng, chế tạo những chi tiết để ghép xương và sửa chữa
những khuyết tật của xương [13].
1.4.4. Ứng dụng của HA dạng composit
Bản chất của gốm xốp và màng HA là có độ bền cơ học thấp. Một giải pháp để
tăng độ bền cơ học là tạo ra một tổ hợp ceramic composit bằng cách phân tán HA
bột vào các polyme phân hủy sinh học như collagen, chitosan, xenlulo, đường
sacaro… Vật liệu ở dạng này được sử dụng làm các chi tiết cấy ghép xương chất
lượng cao, làm kẹp nối xương hoặc có thể làm chất truyền dẫn thuốc. Việc sử dụng
các polyme sinh học làm chất nền tạo điều kiện cho việc gia công, chế tạo các chi
tiết dễ dàng hơn. Mặt khác, các polyme này còn có khả năng liên kết với các tế bào
sinh học thông qua các nhóm chức OH, NH
2
, CH
3
COOH…của mình. Đây cũng là
ưu điểm vượt trội của vật liệu composit chứa HA [14].
1.2. Các phương pháp tổng hợp Hydroxyapatite HA
1.2.1. Phương pháp kết tủa

Đây là phương pháp chế tạo HA ở dạng bột hoặc dạng màng từ dung dịch chứa
các tiền chất ban đầu khác nhau như: Ca(NO
3
)
2
, (NH
4
)
2
HPO
4
, (NH
4
)
3
PO
4
, NH
4
OH,
, … Ưu điểm của phương pháp kết tủa là có thể điều chỉnh được
kích thước của hạt HA theo mong muốn [15-16].
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 17
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
Nguyên lý của quá trình tổng hợp HA này là sự kết tủa các ion và
trong các muối dễ tan trong nước theo một trong các phản ứng hóa học sau:
Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa được thể hiện qua hình 1.4.


Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp kết tủa

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 18
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
1.2.2. Phương pháp sol-gel
Có thể tổng hợp HA theo phương pháp sol – gel bằng cách: Hoà tan các hợp
chất như , với các hợp chất tạo gel như ,
, được chuẩn bị theo tỷ lệ nhất định vào nước cất. Khuấy và gia
nhiệt dung dịch này đến nhiệt độ 60 – 70
0
C trong khoảng 3 – 4 giờ, gel có chứa
hợp chất HA sẽ được tạo thành. Sau đó, sấy gel ở nhiệt độ khoảng 120
0
C trong
vòng 24 giờ và nung ở nhiệt độ 750 – 900
0
C khoảng 1 giờ. HA bột nhận được có
kích thước trung bình khoảng 20nm, độ tinh thể khoảng 97% [17-18].
1.2.3. Phương pháp siêu âm hoá học
Để chế tạo HA bột có kích thước siêu mịn, có thể tiến hành phản ứng hoá học
trong môi trường sóng có cường độ lớn như vi sóng hay sóng siêu âm. Phương
pháp kết tủa tổng hợp HA có sự trợ giúp của sóng siêu âm có thể tổng hợp được
vật liệu HA có kích thước nanomet [19].
1.2.4. Phương pháp phun sấy
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 19
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp phun sấy
Nguyên lý của phương pháp này là sử dụng dung dịch chứa các ion và
(tỷ lệ Ca/P = 1,67) phun vào thiết bị cùng với khí nén. Tốc độ phun dung dịch
được điều chỉnh bằng áp suất khí nén và dòng khí khô sao cho phản ứng tạo HA
xảy ra hoàn toàn, bột HA được sấy khô khi rơi đến đáy của cột thuỷ tinh gia nhiệt.
Sản phẩm HA dạng bột được lấy ra định kỳ qua bộ phận lắng tĩnh điện. Đây là

phương pháp hiện đại chế tạo bột HA năng suất cao, phù hợp với quy mô sản xuất
vừa và lớn [20].
1.2.5. Phương pháp điện hoá
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điện hóa
Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng các thanh kim loại hoặc hợp kim làm
điện cực catot hay anot. Các điện cực này được nhúng vào bể điện phân với chất
điện giải là dung dịch bão hoà các ion và theo tỷ lệ Ca/P = 1,67 ở pH =
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 20
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
6 và nhiệt độ 60
0
C. Lớp màng HA được tạo ra trên vật liệu nền có chiều dày
khoảng 100nm trong vòng 10 phút, chiều dày của lớp màng HA tăng theo thời gian
catot hoặc anot hoá [11-12].
1.2.6. Phương pháp thuỷ nhiệt
Vật liệu HA được tổng hợp theo phương pháp thuỷ nhiệt thông qua sản phẩm
trung gian CaO từ . Phản ứng thuỷ nhiệt tiếp theo trong hệ thiết bị ở nhiệt
độ khoảng 200
0
C, áp suất 10 - 15atm, thời gian 24 - 48 giờ [16, 19].
Sản phẩm phụ trong phản ứng trên cũng bị thuỷ nhiệt tạo HA theo các
phản ứng xảy ra sau:

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 21
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của hệ thiết bị phản ứng thủy nhiệt
1.2.7. Phương pháp composit
Để chế tạo vật liệu composit chứa HA, cation được phân tán đều trong
mạng lưới polyme sau đó các anion và được đưa vào dưới dạng dung
dịch để phản ứng tạo thành các hạt tinh thể HA. Cũng có thể thực hiện phản ứng

tạo ra các tinh thể HA trước, sau đó phân tán chúng vào mạng lưới polyme nhằm
ngăn không cho các tinh thể HA kết khối lại với nhau. Việc sử dụng các polyme
sinh học làm chất nền tạo điều kiện cho việc gia công, chế tạo các chi tiết dễ dàng
hơn. Mặt khác các polyme này còn có khả năng liên kết với các tế bào sinh học
thông qua các nhóm chức của mình. Đây cũng là ưu điểm vượt trội của vật liệu
composit chứa HA [14]. Hình 1.8 mô tả tóm tắt quá trình tổng hợp HA bằng
phương pháp composit với polymer chitosan (CS).
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 22
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp composit HA – CS
1.2.8. Phương pháp phản ứng pha rắn tổng hợp HA
Đây là phương pháp tổng hợp HA trên cơ sở thực hiện phản ứng pha rắn ở nhiệt
độ cao theo các phản ứng hóa học sau [4,6,15-16].
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 23
Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014

Phương pháp phản ứng pha rắn thường dùng để chế tạo HA dạng khối xốp. Hỗn
hợp nguyên liệu rắn ban đầu được ép nén để tạo ra các chi tiết có hình dạng và độ
xốp mong muốn. Sau phản ứng, sản phẩm vẫn giữ nguyên được hình dạng và cấu
trúc xốp ban đầu. Chính nhờ những ưu điểm này mà phương pháp phản ứng pha
rắn này thích hợp cho việc chế tạo các chi tiết ghép xương phức tạp.
Các phương pháp nêu trên là những cơ sở khoa học trong việc tổng hợp vật liệu
y sinh HA. Trên cơ sở các phương pháp trên, chúng tôi xây dựng một quy trình
riêng để tổng hợp vật liệu nay từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền là vỏ trứng. Chương 2
sẽ trình bày chi tiết quy trình này.
CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU Y SINH HA TỪ VỎ TRỨNG
1.1. Thực nghiệm tổng hợp HA từ vỏ trứng
2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất
- Vỏ trứng gà.
NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 24

Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học năm học 2013-2014
- Các hóa chất có độ tinh khiết trên 99% được mua từ hang Sigma-Aldrich:
(NH
4
)
2
HPO
4,
K
2
HPO
4
.3H
2
O, Na
2
SO
4
, MgCl
2
.6H
2
O, HNO
3
, HCl, NaCl, KCl,
NaHCO
3
, CaCl
2
.

2.1.2. Dụng cụ và thiết bị
- Erlen 250ml, Betker 500ml, Pipet, Chén sứ , Đũa thủy tinh, Buret, Bóp cao su,
Giấy lọc, Ống đong 500ml, Tủ hút, Máy khuấy từ, Máy đo pH, Lò nung, Máy sấy,
Cân phân tích.
2.1.3. Quy trình thực nghiệm
Vỏ trứng sau khi thu gom, tách màng, rửa sạch bằng nước cất và đun sôi trong
khoảng thời gian 20 phút. Sau đó vỏ trứng được đập nhỏ và bỏ vào lò nung theo 3
giai đoạn nhiệt:
Bảng 2.1. Quy trình nung vỏ trứng theo các chế độ nhiệt
Giai đoạn Nhiệt độ
o
C Thời gian
Giai đoạn 1 0-450 1 giờ
Giai đoạn 2 450-600 1 giờ
Giai đoạn 3 600-900 30 phút

NCKH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU 1 Page 25