LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC: Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nanocompozit PLAHAp, ứng dụng trong cấy ghép xương

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện luận văn này đó là một sự nỗ lực lớn đối với tôi, và không
thể hoàn thành nếu không có sự đóng góp quan trọng của rất nhiều người.
Đầu tiên, với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh – Viện Kỹ thuật nhiệt đới, người đã không
những hướng dẫn khoa học mà còn tận tình dạy bảo, truyền cho tôi niềm đam
mê, sự nghiêm túc trong công việc nghiên cứu khoa học và trong cuộc sống.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong tổ bộ môn Hóa Lý Thuyết
và Hóa Lý, các thầy cô khoa Hóa Học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, các
thầy cô Viện kỹ thuật Nhiệt đới – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam đã giảng dạy, truyền thụ kiến thức khoa học bổ ích để tôi có khả năng
hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị thuộc phòng Ăn mòn và
bảo vệ kim loại – Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã tạo điều kiện về cơ sở, trang
thiết bị phòng thí nghiệm và hỗ trợ về công nghệ, kỹ thuật thực nghiệm cho
tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm
ơn đến ThS. Nguyễn Thu Phương, NCS. Phạm Thị Năm, ThS. Nguyễn Thị
Thơm và các bạn học viên cao học, các bạn sinh viên đã giúp đỡ tôi trong quá
trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã hết lòng quan
tâm và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, Ngày 15 tháng 10 năm 2015
Học viên
Nguyễn Hải Yến


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DCM
DMF
HAp

HAp-bt
HAp-pt
HAp-ptbt
IR
KLPT
LA
PCL
PE
PEG
PEO
PLA
PP
SBF
SEM
TEM
THF
XRD

Điclorometan
Đimethyl formamide
Hydroxyapatit
Hydroxyapatit biến tính
Hydroxyapatit pha tạp
Hydroxyapatit pha tạp biến tính
Phổ hồng ngoại
Khối lượng phân tử
Axit lactic
Poly caprolacton
Poly etylen
Poly (etylen glycol)

Poly (etylen oxit)
Poly (axit lactic)
Poly propylen
Dung dịch mô phỏng cơ thể người
Kính hiển vi điện tử quét
Hiển vi điện tử truyền qua
Tetrahydrofuran
Nhiễu xạ tia X


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Góc tiếp xúc với nước của PLA và vật liệu nanocompozit................................................21
PLA/HAp và PLA/HAp-bt..................................................................................................................21
........................................................................................................................................................31
Bảng 2.2. Thành phần của 1lít dung dịch SBF [3].............................................................................31
Bảng 3.1. Trị số các dao động liên kết của các nhóm chức trong phân tử HAp, PLA và vật liệu
nanocompozit PLA/HAp..................................................................................................................37
Bảng 3.2. Độ xốp của nanocompozit PLA/HAp-ptbt/PEO với hàm lượng khác nhau của chất tạo xốp
NH4HCO3........................................................................................................................................51
Bảng 3.3. Góc tiếp xúc với nước của PLA, PLA/HAp-ptbt/PEO và .................................................54
PLA/HAp-ptbt/PEO với 20% khối lượng NH4HCO3....................................................................54


DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG..............................................................................................................................3
Hình 1.1. Cấu trúc của HAp...............................................................................................................5
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của phân tử HAp [31]...........................................................................6
Hình 1.3. Hai dạng cấu hình của LA.................................................................................................12
Hình 1.4. Hình ảnh liên kết của HAp và PLA (nét đứt).....................................................................16
Hình 1.5. Ảnh SEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/nano HAp với các độ phóng đại khác

nhau. ..............................................................................................................................................18
Hình 1.6. Ảnh TEM của (a) HAp-NH2, (b) HAp-Br, (c) HAp-PLLA và (d) phân tích DLS của HAp-NH2,
HAp-Br và HAp-PLLA. ......................................................................................................................20
Hình 1.7. Ảnh SEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/HAp sau 7 ngày ngâm trong SBF............23
Hình 1.8. Phổ tán xạ năng lượng tia X của compozit PLLA/HAp sau 7 ngày ngâm trong SBF...........24
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp HAp, HAp-pt bằng phương pháp ...........................................27
kết tủa hóa học ...............................................................................................................................27
Hình 2.2. Ảnh SEM của bột HAp......................................................................................................28
Hình 2.4. Sơ đồ nhiễu xạ tia X từ một số hữu hạn các mặt phẳng..................................................33
Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của PLA, HAp và các nanocompozit PLA/HAp .......................................36
Hình 3.2. Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau của.....................38
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn độ bền kéo đứt và modun đàn hồi của PLA và vật liệu nanocompozit
PLA/HAp tổng hợp ở các tỷ lệ 80/20, 70/30 và 60/40.....................................................................38
Hình 3.4. Phổ IR của HAp, PLA và PLA/HAp (80/20) với sự có mặt của các chất tương hợp PEO, PEG
và PCL 5% ........................................................................................................................................40
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn modun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit PLA/HAp
không có và có 5% PEO, PEG hoặc PCL............................................................................................41
Hình 3.6. Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp (80/20) với sự có mặt của PEO 0% (a), 5% (b) và
10% (c).............................................................................................................................................42
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn modun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit PLA/HAp
với tỷ lệ PEO 0%, 5% và 10%............................................................................................................43


Hình 3.8. Ảnh SEM của mẫu PLA/HAp: 80/20 (a), PLA/HAp-ptbt: 70/30 (b)....................................44
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn modun đàn hồi và độ bền kéo đứt của mẫu vật liệu nanocompozit
PLA/HAp: 80/20 và PLA/HAp-ptbt:70/30 và 60/40..........................................................................44
Hình 3.10. Ảnh chụp bề mặt của mẫu vật liệu nanocompozit .......................................................46
PLA/HAp-ptbt (70/30)/PEO 5% với chất tạo xốp là NaCl tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau: 1/1 (a), 1/2
(b) (so với khối lượng PLA)..............................................................................................................46
Hình 3.11. Ảnh SEM của mẫu vật liệu nanocompozit PLA/HAp-ptbt (70/30)/PEO 5% với chất tạo

xốp là NaCl (tỷ lệ 1/1 so với PLA).....................................................................................................46
Hình 3.12. Modun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của vật liệu nanocompozit PLA/HAp-ptbt
(70/30)/PEO 5% không có và có chất tạo xốp NaCl với tỷ lệ 1/2 và 1/1 so với khối lượng PLA.......47
Hình 3.13. Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp-ptbt tổng hợp ở các tỉ lệ khác nhau: 80/20 (a),
70/30 (b), 60/40 (c) và 50/50 (d).....................................................................................................49
Hình 3.14. Các tính chất cơ học: modun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của nanocompozit
PLA/HAp tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau.........................................................................................50
Hình 3.15. Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp với chất tạo xốp ở các tỷ lệ khác nhau: 0 (a), 3
(b), 7 (c), 10 (d), 20 (e) và 30% (f)....................................................................................................52
Hình 3.16. Modun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của PLA/HAp không có (0% khối lượng) và có
3, 7, 10, 20 và 30% khối lượng chất tạo xốp NH4HCO3...................................................................53
Hình 3.17. Các hình ảnh góc tiếp xúc với nước của PLA (a), PLA/HAp-ptbt/PEO không có (b) và có
20% chất tạo xốp NH4HCO3 (c).......................................................................................................54
Hình 3.18. Sự biến đổi pH của dung dịch SBF theo thời gian ngâm mẫu.........................................56
A, B, C, D, E, F ..................................................................................................................................56
Hình 3.19. Sự biến thiên khối lượng của các mẫu A, B, C, D, E, F khi ngâm trong dung dịch SBF theo
thời gian .........................................................................................................................................58
Hình 3.22. Ảnh SEM của mẫu C khi ngâm trong SBF theo thời gian................................................60
Hình 3.23. Ảnh SEM của mẫu F khi ngâm trong SBF theo thời gian.................................................60
Hình 3.24. Ảnh SEM của mẫu E khi ngâm trong SBF theo thời gian ................................................61
Hình 3.25. Giản đồ nhiễu xạ tia X của:.............................................................................................62
1: PLA, 2: PLA ngâm 7 ngày,.............................................................................................................62
3: PLA/nanoHAp/PEO trộn nóng chảy ngâm 7 ngày,.......................................................................62


4: PLA/nanoHAp/PEO/NaCl trộn nóng chảy ngâm 7 ngày,..............................................................63
5: PLA/nanoHAp/PEO dung dịch,.....................................................................................................63
6: PLA/nanoHAp/PEO dung dịch ngâm 7 ngày,...............................................................................63
7: PLA/nanoHAp/PEO/NH4HCO3 dung dịch ngâm 7 ngày, 8: HAp..................................................63

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG..............................................................................................................................3
MỤC LỤC...........................................................................................................................................7
Hình 1.1. Cấu trúc của HAp...............................................................................................................5
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của phân tử HAp [31]...........................................................................6
Hình 1.3. Hai dạng cấu hình của LA.................................................................................................12
Hình 1.4. Hình ảnh liên kết của HAp và PLA (nét đứt).....................................................................16
Hình 1.5. Ảnh SEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/nano HAp với các độ phóng đại khác
nhau. ..............................................................................................................................................18
Hình 1.6. Ảnh TEM của (a) HAp-NH2, (b) HAp-Br, (c) HAp-PLLA và (d) phân tích DLS của HAp-NH2,
HAp-Br và HAp-PLLA. ......................................................................................................................20
Hình 1.7. Ảnh SEM của vi cấu trúc khung compozit PLLA/HAp sau 7 ngày ngâm trong SBF............23
Hình 1.8. Phổ tán xạ năng lượng tia X của compozit PLLA/HAp sau 7 ngày ngâm trong SBF...........24
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp HAp, HAp-pt bằng phương pháp ...........................................27
kết tủa hóa học ...............................................................................................................................27
Hình 2.2. Ảnh SEM của bột HAp......................................................................................................28
Hình 2.4. Sơ đồ nhiễu xạ tia X từ một số hữu hạn các mặt phẳng..................................................33
Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của PLA, HAp và các nanocompozit PLA/HAp .......................................36
Hình 3.2. Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau của.....................38
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn độ bền kéo đứt và modun đàn hồi của PLA và vật liệu nanocompozit
PLA/HAp tổng hợp ở các tỷ lệ 80/20, 70/30 và 60/40.....................................................................38
Hình 3.4. Phổ IR của HAp, PLA và PLA/HAp (80/20) với sự có mặt của các chất tương hợp PEO, PEG
và PCL 5% ........................................................................................................................................40
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn modun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit PLA/HAp
không có và có 5% PEO, PEG hoặc PCL............................................................................................41
Hình 3.6. Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp (80/20) với sự có mặt của PEO 0% (a), 5% (b) và
10% (c).............................................................................................................................................42

Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn modun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit PLA/HAp
với tỷ lệ PEO 0%, 5% và 10%............................................................................................................43
Hình 3.8. Ảnh SEM của mẫu PLA/HAp: 80/20 (a), PLA/HAp-ptbt: 70/30 (b)....................................44
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn modun đàn hồi và độ bền kéo đứt của mẫu vật liệu nanocompozit
PLA/HAp: 80/20 và PLA/HAp-ptbt:70/30 và 60/40..........................................................................44
Hình 3.10. Ảnh chụp bề mặt của mẫu vật liệu nanocompozit .......................................................46
PLA/HAp-ptbt (70/30)/PEO 5% với chất tạo xốp là NaCl tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau: 1/1 (a), 1/2
(b) (so với khối lượng PLA)..............................................................................................................46
Hình 3.11. Ảnh SEM của mẫu vật liệu nanocompozit PLA/HAp-ptbt (70/30)/PEO 5% với chất tạo
xốp là NaCl (tỷ lệ 1/1 so với PLA).....................................................................................................46
Hình 3.12. Modun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của vật liệu nanocompozit PLA/HAp-ptbt
(70/30)/PEO 5% không có và có chất tạo xốp NaCl với tỷ lệ 1/2 và 1/1 so với khối lượng PLA.......47
Hình 3.13. Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp-ptbt tổng hợp ở các tỉ lệ khác nhau: 80/20 (a),
70/30 (b), 60/40 (c) và 50/50 (d).....................................................................................................49
Hình 3.14. Các tính chất cơ học: modun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của nanocompozit
PLA/HAp tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau.........................................................................................50
Hình 3.15. Ảnh SEM của nanocompozit PLA/HAp với chất tạo xốp ở các tỷ lệ khác nhau: 0 (a), 3
(b), 7 (c), 10 (d), 20 (e) và 30% (f)....................................................................................................52
Hình 3.16. Modun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của PLA/HAp không có (0% khối lượng) và có
3, 7, 10, 20 và 30% khối lượng chất tạo xốp NH4HCO3...................................................................53
Hình 3.17. Các hình ảnh góc tiếp xúc với nước của PLA (a), PLA/HAp-ptbt/PEO không có (b) và có
20% chất tạo xốp NH4HCO3 (c).......................................................................................................54
Hình 3.18. Sự biến đổi pH của dung dịch SBF theo thời gian ngâm mẫu.........................................56
A, B, C, D, E, F ..................................................................................................................................56
Hình 3.19. Sự biến thiên khối lượng của các mẫu A, B, C, D, E, F khi ngâm trong dung dịch SBF theo
thời gian .........................................................................................................................................58
Hình 3.22. Ảnh SEM của mẫu C khi ngâm trong SBF theo thời gian................................................60
Hình 3.23. Ảnh SEM của mẫu F khi ngâm trong SBF theo thời gian.................................................60
Hình 3.24. Ảnh SEM của mẫu E khi ngâm trong SBF theo thời gian ................................................61
Hình 3.25. Giản đồ nhiễu xạ tia X của:.............................................................................................62

1: PLA, 2: PLA ngâm 7 ngày,.............................................................................................................62
3: PLA/nanoHAp/PEO trộn nóng chảy ngâm 7 ngày,.......................................................................62
4: PLA/nanoHAp/PEO/NaCl trộn nóng chảy ngâm 7 ngày,..............................................................63
5: PLA/nanoHAp/PEO dung dịch,.....................................................................................................63
6: PLA/nanoHAp/PEO dung dịch ngâm 7 ngày,...............................................................................63
7: PLA/nanoHAp/PEO/NH4HCO3 dung dịch ngâm 7 ngày, 8: HAp..................................................63


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang nghiên
cứu sử dụng rất nhiều loại vật liệu sinh học dùng để cấy ghép xương. Những
vật liệu này có thể được chế tạo trên cơ sở những nguồn nguyên liệu thiên
nhiên (như san hô, ngà voi,...) hay tổng hợp nhân tạo (như gốm sứ, thủy tinh
sinh học, kim loại, xi măng xương poly (methyl methacrylat), sợi cacbon,...).
Trong số đó, vật liệu tổ hợp trên cơ sở polyme có khả năng tự phân hủy sinh
học như poly (axit lactic), chitosan, poly (axit glycolic), poly caprolacton,... là
hướng nghiên cứu đang rất được quan tâm.
Trong những năm gần đây, poly (axit lactic) (PLA) được ứng dụng chủ yếu trong
lĩnh vực y-sinh với nhu cầu lớn và rất đa dạng như: vật liệu gắn kết xương, cấy ghép mô, chỉnh dây
chằng, nối gân, vật liệu thay thủy tinh thể, vật liệu làm chỉ khâu tự tiêu và vật liệu tạo hệ giải
phóng thuốc... do nó có nhiều tính năng cơ lý ưu việt hơn hẳn các polyme phân hủy sinh học khác,
như độ kết tinh, độ bền cơ lý cao.

Tuy nhiên, PLA có một số nhược điểm như giòn,

có độ dãn dài khi đứt thấp, dễ bị thủy phân, quy trình điều chế phức tạp và giá
thành cao đã hạn chế khả năng sử dụng của nó. [1, 10, 22].
Trong các muối canxiphotphat, canxi hydroxyapatit (hay còn gọi là
hydroxyapatit- HAp) có công thức hóa học Ca 10(PO4)6(OH)2 hoặc ở dạng rút
gọn Ca5(PO4)3(OH) là thành phần chính của xương và răng (thành phần
xương chiếm 67% HAp, 10% nước và phần còn lại là các chất hữu cơ). HAp
có tính tương thích sinh học tuyệt vời vì có khả năng tái sinh xương nhanh, có
thể tạo liên kết trực tiếp với xương non mà không cần có mô, cơ trung gian,
tác động tốt lên sự phát triển bên trong của xương mà không làm đứt gãy hay
phân hủy xương [4, 5, 9, 62]. Tuy nhiên, nhược điểm của gốm HAp là có độ
bền cơ học thấp, do vậy người ta phải gắn nó lên vật liệu nền là kim loại hoặc
hợp kim. Một giải pháp khác là tạo ra một tổ hợp compozit bằng cách phân

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

1


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

tán HAp bột vào các polyme sinh học như collagen, chitosan, xenluloza,
PLA… 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 của mình. Đây
cũng là ưu điểm vượt trội của vật liệu compozit chứa HAp [51, 69].
Tận dụng những ưu điểm và khắc phục những nhược điểm của PLA
và HAp, vật liệu nanocompozit PLA/HAp là một ứng cử viên tiềm năng cho
vật liệu y - sinh, đặc biệt trong lĩnh vực cấy ghép xương.
Có nhiều phương pháp để tổng hợp vật liệu nanocompozit PLA/HAp
như phương pháp dung dịch, phuơng pháp vi nhũ, phương pháp ngâm/nhúng,
phương pháp trộn nóng chảy, phương pháp quay điện (electrospinning),...[17,
28, 68]. Ngoài ra, do về bản chất hoá học, HAp và PLA khác nhau vì vậy các
chất tương hợp như polycaprolacton, poly (etylen glycol) hay poly (etylen
oxit) thường được sử dụng trong quá trình chế tạo vật liệu nanocompozit
PLA/HAp để tăng sự tương thích giữa HAp và PLA và độ bền của vật liệu
[21, 24].
Những năm gần đây, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên
cứu chế tạo vật liệu nanocompozit polyme/HAp trong đó có vật liệu
nanocompozit PLA/HAp. Tuy nhiên, tại Việt Nam các công trình nghiên cứu
chủ yếu đề cập tới các phương pháp chế tạo PLA, HAp và bước đầu ứng dụng
HAp làm thực phẩm chức năng. Mới chỉ có một số nghiên cứu cơ bản về vật
liệu tổ hợp trên cơ sở PLA, HAp. Chưa có công trình nghiên cứu sử dụng các
chất phụ gia như chất hóa dẻo, chất tương hợp để tăng cường tương tác và
phân tán nano HAp vào PLA, nâng cao tính chất và định hướng ứng dụng vật
liệu nanocompozit PLA/HAp trong lĩnh vực cấy ghép xương.

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

2


Luận văn thạc sĩ hóa học

Yến

Nguyễn Hải

Chính vì vậy em lựa chọn đề tài: ''Tổng hợp và nghiên cứu tính chất
vật liệu nanocompozit PLA/HAp, ứng dụng trong cấy ghép xương'' với
mong muốn nghiên cứu lựa chọn điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệu
nanocompozit PLA/HAp, đáp ứng yêu cầu làm vật liệu cấy ghép xương trong
ngành phẫu thuật chỉnh hình.
2. Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Khảo sát các điều kiện thực nghiệm như: tỷ lệ thành phần của HAp,
HAp pha tạp- biến tính; bản chất và hàm lượng chất tạo xốp; bản chất và hàm
lượng chất tương hợp/chất hóa dẻo đến các đặc trưng, tính chất của vật liệu
nanocompozit PLA/HAp, PLA/HAp pha tạp- biến tính được tổng hợp bằng
hai phương pháp dung dịch và trộn nóng chảy. Thử nghiệm các vật liệu tổng
hợp được trong môi trường dung dịch mô phỏng cơ thể người SBF để đánh
giá khả năng tương thích sinh học của vật liệu.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả của đề tài sẽ có đóng góp quan trọng vào lĩnh vực nghiên cứu
vật liệu nanocompozit trên cơ sở polyme nguồn gốc thiên nhiên là PLA và
HAp định hướng ứng dụng trong cấy ghép xương, trong đó giải quyết các vấn
đề về khả năng phân tán, bám dính giữa các pha có bản chất khác nhau (pha
phân tán là nanoHAp và pha liên tục PLA), vai trò của biến tính nanoHAp,
bản chất và hàm lượng của chất tương hợp, bản chất và hàm lượng chất tạo
xốp, khả năng tương thích sinh học của vật liệu nanocompozit PLA/HAp. Từ
đó, góp phần tạo ra một loại vật liệu mới có tính tương thích sinh học cao đảm
bảo yêu cầu kỹ thuật của lĩnh vực cấy ghép xương nhân tạo với giá thành hạ
hơn so với các sản phẩm nhập ngoại.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Các phương pháp tổng hợp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

3


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

Tổng hợp nanocompozit PLA/HAp bằng phương pháp dung dịch và
phương pháp trộn nóng chảy được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Viện
Kỹ thuật nhiệt đới – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
4.2. Các phương pháp phân tích
- Phổ hồng ngoại IR được thực hiện trong dải bước sóng 400 – 4000 cm -1
trên máy FT – IR 6700 của hãng Nicolet tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới thuộc
Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nhằm xác định các nhóm
chức đặc trưng của PLA, HAp và vật liệu PLA/HAp.
- Phương pháp phân tích hình thái bằng kính hiển vi điện tử quét: xác
định hình thái của vật liệu tổng hợp trên thiết bị SEM S4800 của hãng Hitachi
tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.
- Phương pháp nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc pha của vật liệu
PLA/HAp được thực hiện trên máy nhiễu xạ Siemens D5005 Bruker –
Germany của Viện Khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam.
- Độ bền kéo đứt và modun đàn hồi của vật liệu PLA/HAp được thực
hiện trên máy Instron 1121 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn Lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam.

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

4


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Hydroxyapatit
1.1.1. Tính chất vật lý
Hydroxyapatit (HAp) với công thức Ca10(PO4)6(OH)2 tồn tại ở trạng
thái tinh thể, có màu trắng, trắng ngà, vàng, nâu hoặc xanh lơ…[64], nóng
chảy ở nhiệt độ 1760oC và sôi ở nhiệt độ 2850oC. Ở 25oC, khả năng hoà tan
trong 1000g nước của HAp là 0,7g (0,7g/l), khối lượng phân tử là 1004,6 và
khối lượng riêng là 3,156g/ml, độ cứng theo thang Mohs bằng 5 [45].
Cấu trúc mạng của HAp bao gồm các ion Ca 2+, PO43- và OH- và chúng
được sắp xếp trong các ô đơn vị như trong hình dưới đây. Đây là cấu trúc
thường gặp của HAp nhân tạo và HAp tự nhiên trong xương và răng [53].
Ca2+

PO43-

OH-

Hình 1.1. Cấu trúc của HAp
1.1.2. Tính chất hoá học

Công thức cấu tạo của phân tử HAp được thể hiện như trong hình 1.2, có
thể nhận thấy phân tử HAp có cấu trúc mạch thẳng, các liên kết Ca-O là liên kết
cộng hoá trị. Hai nhóm -OH được gắn với nguyên tử P ở hai đầu mạch.

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

5


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

Hình 1.2. Công thức cấu tạo của phân tử HAp [31]
HAp có một số tính chất hoá học sau đây:
- HAp không phản ứng với kiềm, phản ứng với axit tạo thành các muối
canxi và nước:
Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl → 3Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2H2O

(1.1)

- HAp tương đối bền nhiệt, bị phân huỷ chậm trong khoảng nhiệt độ từ
800oC đến 1200oC tạo thành oxy-hydroxyapatit theo phản ứng [65]:
Ca10(PO4)6(OH)2 → Ca10-x(PO4)6(OH)2-4xOx + 2xH2O + xCaO

(1.2)

- Ở nhiệt độ lớn hơn 1200 oC, HAp bị phân huỷ thành các chất khác
trong nhóm canxi photphat tuỳ theo điều kiện. Ví dụ tạo thành β-Ca3(PO4)2

hay tetra canxi photphat Ca4P2O9 như các phương trình sau:
Ca10(PO4)6(OH)2 → 2β-Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + 2H2O
Ca10(PO4)6(OH)2 → 3β-Ca3(PO4)2 + CaO + H2O

(1.3)
(1.4)

- Không có tính bền cơ lý đủ để thay thế, cấy ghép hoàn toàn cho
những vùng xương chịu tải nặng của cơ thể.
- 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.
1.1.3. Tính chất sinh học
Xương là bộ phận quan trọng nhất của cơ thể với thành phần chính là
HAp chiếm 67%, 10% là nước và phần còn lại là các chất hữu cơ. Các đặc

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

6


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

trưng sinh học và cấu trúc của xương rất đa dạng. Về mặt sinh học, nó hoạt
động như một bể chứa canxi đồng thời là nơi sản sinh ra các tế bào máu. Về
mặt cấu trúc, xương tạo khung cho cơ thể. HAp đóng vai trò quan trọng về cả
mặt sinh học và cấu trúc của xương.
Do có cùng bản chất và thành phần hóa học, HAp tự nhiên và nhân

tạo đều là vật liệu có tính tương thích sinh học cao. Ở dạng bột mịn kích
thước nano là những dạng canxi photphat dễ được cơ thể hấp thụ nhất với tỷ
lệ Ca/P trong phân tử đúng như tỷ lệ trong xương và răng. Ở dạng này, HAp
được hấp thụ rất nhanh qua niêm mạc lưỡi và thực quản nên ít chịu ảnh hưởng
của dung dịch axit có trong dạ dày. Ở dạng màng và dạng xốp, HAp có thành
phần hóa 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. Chính vì vậy mà vật
liệu này có độ tương thích sinh học cao với các tế bào và mô, có tính dẫn
xương tốt, tạo liên kết trực tiếp với xương non mà không cần mô, cơ trung
gian, dẫn đến sự tái tạo xương nhanh mà không bị cơ thể đào thải. Ngoài ra,
HAp là hợp chất không gây độc, không gây dị ứng cho cơ thể người và có khả
năng chống lại sự tấn công của vi khuẩn [4, 5, 9, 39, 62].
Nhờ những ưu việt kể trên, vật liệu HAp ngày càng được nghiên cứu
sâu rộng và ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực y dược.
1.1.4. Các phương pháp tổng hợp bột HAp
Những năm gần đây, xu hướng nghiên cứu về hydroxyapatit, đặc biệt
là vật liệu nano hydroxyapatit dạng bột ngày càng được nhiều nhà khoa học
nghiên cứu sâu hơn. Các nghiên cứu tập trung vào tổng hợp HAp ở dạng bột
mịn và siêu mịn bằng nhiều phương pháp khác nhau và khảo sát các đặc tính
để nâng cao khả năng ứng dụng của chúng.
Có nhiều phương pháp để tổng hợp bột HAp, tuỳ vào các mục đích
khác nhau và điều kiện phản ứng có thể phân chia thành các phương pháp
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

7


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

tổng hợp sau: phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp sol-gel hay phương
pháp kết tinh từ dung dịch bão hoà, phương pháp siêu âm hoá học, phương
pháp phun sấy và phương pháp hoá cơ [2, 9]. Trong đó, phương pháp kết tủa
hóa học được sử dụng rộng rãi để tổng hợp HAp và HAp pha tạp do có những
ưu điểm như: thiết bị đơn giản, tạo ra được lượng sản phẩm lớn với chi phí
thấp. Vì vậy, trong luận văn này em đã lựa chọn phương pháp tổng hợp bột
HAp và HAp pha tạp các cation Zn2+, Mg2+, với kích thước nano bằng phương
pháp kết tủa hóa học.
* Phương pháp kết tủa hóa học:
Đây là một trong những phương pháp cơ bản để tổng hợp HAp dựa
vào kết tủa từ dung dịch [6]. Phương pháp này được Hayek và Stadlman [61]
sử dụng rộng rãi vì cách tiến hành đơn giản đồng thời cho một lượng mẫu lớn
cùng độ tinh khiết cao. Phương pháp dựa trên phương trình sau:
10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH4OH = Ca10(PO4)6(OH)2 + 6H2O +
20NH4NO3 (1.5)
Đầu tiên dung dịch có chứa (NH4)2HPO4 được điều chỉnh ở pH ≥10
bằng dung dịch NH3, sau đó cho vào dung dịch Ca(NO3)2 cũng được điều
chỉnh ở pH ≥10, sau khi phản ứng đạt cân bằng thu được mẫu HAp. Dựa vào
hằng số phân ly của axit H3PO4 thấy rằng chỉ có ion HPO42- bị ảnh hưởng ở
pH trên, vì vậy có thể tránh được sự đồng kết tủa của muối canxi photphat.
Muối amoni bị thăng hoa khi nung sản phẩm ở nhiệt độ 250˚C.
Sản phẩm phụ của phản ứng phụ thuộc vào pH của môi trường tổng
hợp, tỉ lệ dư của một trong hai cấu tử, nhiệt độ khi tổng hợp và điều kiện ổn
định pha tinh thể.
Hệ tạo được sản phẩm với tỉ lệ HAp ≥ 93%, phần trăm còn lại chủ yếu
là tricanxi photphat (TCP), phần rất nhỏ < 0,1% là các sản phẩm phụ như là
các tạp chất.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

8


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

1.1.5. Vai trò của các ion pha tạp trong bột hydroxyapatit
HAp có mặt trong mô sinh học của xương, ngà răng, men răng, sự hóa
vôi răng, sỏi thận, mảng xơ vữa động mạch,... [25]. Các tinh thể xương được
hình thành trong một môi trường sinh học thông qua quá trình khoáng hóa
sinh học và có kích thước nano. Thêm vào đó, khoáng chất xương cũng chứa
các ion dạng vết như Na+, Mg2+, K+, Zn2+,... đóng vai trò quan trọng. HAp
tổng hợp có cấu trúc và đặc tính sinh học tương tự như HAp tự nhiên [52].
Tuy nhiên, HAp tổng hợp có độ hòa tan tương đối cao trong môi trường sinh
lý và tính chất cơ lý kém [58]. Để cải thiện nhược điểm này, các nhà khoa học
đã nghiên cứu thay thế các nguyên tử trong apatit bằng cách pha tạp các
cation kim loại: Mg2+, Zn2+, Al3+, Ag+, Mn2+,... Các cation này khi được pha
tạp vào đã thay thế Ca2+ trong cấu trúc HAp làm giảm độ hòa tan, tăng hoạt
tính sinh học và tăng độ bền cơ lý, đồng thời dẫn đến tinh thể HAp pha tạp
các cation này có cấu trúc đơn pha và kết tinh, kích thước tinh thể khác nhau
tùy thuộc vào bán kính của cation [14, 25, 52, 58]. Có thể nói, ghép xương
bằng nano HAp pha tạp các nguyên tố vi lượng sẽ có những đặc tính sinh học
và cơ học tương tự với xương tự nhiên [52]. Chính vì vậy, trong luận văn này
em đã tổng hợp HAp pha tạp các nguyên tố Mg và Zn.
Kẽm là kim loại dạng vết có khối lượng nhiều nhất trong khoáng
xương, là nguyên tố thiết yếu trong sự kích thích hình thành xương, thúc đẩy
quá trình trao đổi chất trong xương và tăng trưởng, tăng mật độ xương, hạn

chế sự mất xương. Ngoài ra kẽm cũng là một chất khoáng thiết yếu cho sinh
vật. Kẽm có vai trò tích cực trong thay đổi hình thái cấu trúc và sự kết tinh
của tinh thể HAp. Kẽm là một ion kim loại đơn giản có ảnh hưởng nhất trong
việc hạn chế sự phát triển tinh thể HAp, kẽm có thể đi vào mạng tinh thể HAp
bằng cách tổng hợp trực tiếp trong điều kiện đơn giản. Sự thay thế ion Ca 2+
bởi Zn2+ có thể lên tới 20% trong khi cấu trúc pha của hydroxyapatit không
thay đổi. Mặt khác khi thay thế kẽm vào tinh thể HAp sẽ làm tăng diện tích bề
mặt riêng và tăng khả năng hấp phụ cho HAp [29, 52].
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

9


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

Magie cũng là một nguyên tố dạng vết rất quan trọng trong cơ thể con
người, và nó là tác nhân bảo vệ tim mạch. Nhiều nghiên cứu mới đây chỉ ra
rằng, magiê đóng vai trò quan trọng trong hoạt động chống lại các hiện tượng
liên quan đến lão hóa. Các nghiên cứu cho thấy, pha tạp với nồng độ thấp của
Mg không ảnh hưởng đáng kể đến hình thái HAp, ngoài ra còn giúp cải thiện
độ bám dính nguyên bào xương so với HAp tinh khiết. Tuy nhiên, khi tăng
hàm lượng Mg thay thế cho Ca trong hydroxyapatit thì magie ảnh hưởng lớn
đến độ kết tinh, hình thái, kích thước tinh thể và sự ổn định nhiệt của HAp.
HAp không pha tạp trong cùng điều kiện tổng hợp thì kết tinh thành tinh thể
ổn định. Với sự gia tăng hàm lượng Mg, kích thước tinh thể giảm, điều đó
chứng tỏ Mg làm mất ổn định cấu trúc hydroxyapatit. Đồng thời, độ ổn định
nhiệt của HAp pha tạp Mg giảm đáng kể so với HAp tinh khiết. Ngoài ra, độ

xốp của chúng tăng lên do đó HAp pha tạp Mg có tính tan lớn hơn và diện
tích bề mặt riêng cao hơn so với HAp [35, 52].
1.1.6. Ứng dụng của HAp
Vật liệu HAp có tính tương thích sinh học tuyệt vời nên trong lĩnh vực
y dược nó thường có những ứng dụng sau: i) dạng bột được đưa vào thuốc và
các sản phẩm chức năng để bổ sung canxi; ii) dạng gốm dùng để nối xương,
chỉnh hình hoặc chữa xương; iii) dạng màng phủ trên kim loại và hợp kim có
độ bền ăn mòn và độ bền cơ học cao (thép không gỉ 316L, titan, TiN,
Ti6Al4V) dùng để làm nẹp vít xương; iv) dạng compozit dùng để làm thẳng
xương, làm kẹp nối và có thể làm chất mang thuốc [26, 49, 66].
Để cải thiện nhược điểm của HAp đã có nhiều nghiên cứu đưa HAp
vào nền các polyme có khả năng phân hủy sinh học như chitosan, poly
caprolacton, poly (axit lactic)… nhằm tạo ra vật liệu nanocompozit đáp ứng
được yêu cầu làm vật liệu cấy ghép xương có khả năng tự phân hủy trong cơ
thể hay còn gọi là vật liệu tự tiêu nhằm phục vụ cho ngành phẫu thuật và
chỉnh hình xương.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

10


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

1.1.7. Hydroxyapatit biến tính (HAp-bt)
Để ghép HAp với các polyme thì có một khó khăn đặt ra đó là HAp
và các polyme rất khác nhau về bản chất, công thức cấu tạo cũng như đặc tính
kỵ nước nên dẫn tới hạn chế trong khả năng bám dính giữa bề mặt HAp và

pha nền polyme. Sau khi được cấy ghép vào cơ thể người, lớp bề mặt chung
giữa pha nền và pha tăng cường bị phá hủy đầu tiên, do đó các hạt HAp có thể
dễ dàng rời ra khỏi pha nền hữu cơ, kết quả giảm mạnh đặc tính cơ học trong
một thời gian rất ngắn. Do vậy, việc tăng cường, cải thiện khả năng bám dính
bề mặt giữa các hạt HAp và pha nền polyme đã trở thành chìa khóa kỹ thuật
trong việc tổng hợp compozit HAp/polyme. Để đáp ứng được yêu cầu này,
HAp đã được biến tính với nhiều chất khác nhau như chitosan, silica và axit
lactic (LA), poly (etylen glycol), iso cyanat, đođecyl alcohol,... Các nghiên
cứu đều chỉ ra rằng hiệu suất ghép của HAp biến tính cao hơn nhiều so với
HAp không biến tính và đặc biệt tính chất cơ lý của vật liệu compozit HAppolyme được nâng lên rõ rệt đáp ứng được yêu cầu làm nẹp vít xương chất
lượng cao cho những vùng xương chịu tải trọng nặng [23, 34, 67, 70].
Lê Anh Tuấn và các cộng sự đã biến tính thành công HAp với LA
trong dung môi tetrahydrofuran (THF). Kết quả thu được HAp-bt có khả năng
ghép với các polyme cao hơn HAp [11].
Trước khi tiến hành tổng hợp vật liệu nanocompozit PLA/HAp, để
tăng khả năng tương tác của PLA và HAp, LA được ghép lên HAp để tạo
thành HAp–biến tính (HAp–bt). Trong phương pháp này, HAp–bt được tạo ra
là nhờ các nhóm OH trên bề mặt của các hạt nano HAp tạo liên kết hóa học
được với oligome Lactic với một phân tử khối nhất định được tổng hợp trực
tiếp bằng con đường trùng hợp axit L- lactic. Sau đó, HAp–bt được pha trộn
với PLLA. Bằng cách này, các hạt HAp–bt có thể dễ dàng phân tán trong pha
nền PLLA và được gắn chặt với các chuỗi phân tử của pha nền PLLA. Do đó,
những đặc tính cơ học có thể được cải thiện [8].
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

11


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

1.2. Poly (axit lactic) (PLA)
PLA là một polyeste tổng hợp từ monome axit lactic. Nó là một trong
các polyme sinh học được sản xuất từ các loại bột ngô, lúa mì, khoai tây...
Monome ban đầu của PLA là axit lactic được tạo thành khi vi khuẩn sử dụng
tinh bột làm thức ăn. Axit lactic có 2 dạng đồng phân có hoạt tính quang học
là L (+) axit lactic (PLLA) và D (-) axit lactic (PDLA). PLLA có độ kết tinh
cao, còn PDLA tồn tại chủ yếu dưới dạng vô định hình [7].

Hình 1.3. Hai dạng cấu hình của LA
Do axit lactic tồn tại ở 2 dạng đồng phân không gian nên poly (axit
lactic) tạo thành sẽ có 3 dạng cấu hình: D,D-lactic (gọi là D-lactic), L,Llactic (L-lactic) và L,D- lactic hoặc D,L- lactic (meso-lactic) (trong đó, D và
L-lactic có hoạt tính quang học nhưng meso thì không nên PLA có nhiều loại
khác nhau). Nói chung PLA thương mại thường là copolyme của L-lactic và
D-lactic. Để ứng dụng trong lĩnh vực y sinh người ta thường sử dụng cấu hình
dạng L (PLLA) vì nó có cấu trúc tinh thể nên có khả năng tương thích sinh
học với cơ thể người tốt hơn [1, 41].
PLA là polyme có nhiều tính chất tốt như dễ gia công, khả năng
tương hợp tốt và có khả năng phân huỷ sinh học. Tốc độ phân huỷ, tính chất
cơ lý thay đổi trong khoảng rộng phụ thuộc vào khối lượng phân tử (KLPT),
thành phần và cấu trúc kết tinh của PLA. Hàm lượng D- lactic có trong PLA
được dùng để điều chỉnh độ kết tinh và tính chất của PLA thu được [54, 55].

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

12

Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

PLA là nhựa ở dạng hạt có màu trắng đục, cứng. Tỷ trọng của PLLA là
1,25–1,29 g/cm3 và PDLLA là 1,27 g/cm3. Khi tăng hàm lượng tinh thể, độ
bền của PLA tăng lên. PLA thu được bằng trùng ngưng axit lactic có KLPT
thấp và chứa nhiều nhóm –COOH và – OH cuối mạch nên chúng có thể
tham gia phản ứng với các monome hay polyme chứa nhóm chức cuối mạch
như các nhóm cacboxyl, hyđroxyl, amino, anhyđrit axit... Kết quả là PLA
được nối dài thêm, KLPT tăng.
Tính chất nhiệt của PLA phụ thuộc nhiều vào cấu trúc lập thể [38].
PLA nóng chảy ở 130 - 215oC. PLLA có Tm ở 170–183oC. Độ bền nhiệt của
PLA giảm nhanh trong điều kiện nhiệt độ và hơi ẩm cao.
Độ tan của PLA phụ thuộc vào KLPT, độ kết tinh. PLA tan trong các
dung môi clorua hay florua hữu cơ, đioxan, furan, axeton, pyridin, etyl lactat,
tetrahydrofuran, xylen, etylaxetat, dimetylsulfoxit, N,N-dimetylfocmamit và
metyl etyl xeton. Nó không tan trong nước, rượu (metanol, etanol, propylen
glycol) và hydrocarbon chưa thế (hexan, heptan) [22].
PLA là một polyme bán tinh thể, có cơ tính cao như các nhựa nhiệt
dẻo thông dụng. Nó có độ cứng cao, dễ tạo thành nếp khi gấp, độ bền mài
mòn cơ học cao, modul lớn, độ bền kéo đứt lớn nhưng khả năng dãn dài kém
và độ mềm dẻo không cao so với poly etylen (PE) hay poly propylen (PP). Để
tăng khả năng mềm dẻo của PLA, người ta thường đưa vào chất hóa dẻo như
poly (etylen glycol) (PEG), poly (etylen oxit) (PEO), poly caprolacton (PCL)
… Tính chất cơ học của PLA có thể thay đổi trong phạm vi rộng từ mềm, dãn
dẻo tới cứng và nhựa có độ bền kéo cao, phụ thuộc vào thành phần và KLPT
của PLA. Khi KLPT tăng, cơ tính PLA tăng [30].
PLA chống thấm khí khá tốt. Khả năng thấm khí của PLA với N2, O2

và CO2 thấp hơn nhiều so với PE. Do đó, PLA che chắn không khí tốt hơn PE
nhiều. Ngoài ra, PLA giữ mùi hương tốt, cách nhiệt tốt, độ bóng và trong cao,
trơ với chất béo [48]. PLA có khả năng chống cháy, chống bức xạ tử ngoại, ít
bị phai màu [42]. Nó dễ nhuộm màu với tỷ lệ chất màu rất nhỏ.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

13


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

PLA là một polyeste nên dễ bị thủy phân. Tác nhân thúc đẩy thuỷ
phân PLA là nhiệt độ, độ ẩm và các chất xúc tác như axit, bazơ và enzym của
vi sinh vật. Hai yếu tố ảnh hưởng chính đến thủy phân của PLA là sự thấm
nước và cơ chế tự xúc tác [22]. PLA có các nhóm axit cacboxylic cuối mạch
có thể xúc tác thủy phân PLA xảy ra nhanh hơn [19]. Cơ chế tự xúc tác thể
hiện rõ khi ngâm mẫu PLA trong dung dịch đệm có pH = 7,4 ở 37°C. Các
phản ứng thủy phân PLA tự xúc tác diễn ra như sau:
(1.6)
(1.7)
PLA dễ bị phân huỷ nhanh ở môi trường có độ ẩm cao và nhiệt độ cao
(55 - 70°C). Độ bền của PLA phụ thuộc KLPT và hàm lượng tinh thể. PLA có
KLPT càng thấp càng dễ bị phân huỷ. Quá trình thủy phân enzym và phân
hủy của PLA trong các môi trường chứa vi sinh cũng chịu ảnh hưởng lớn bởi
KLPT và độ kết tinh của PLA ban đầu [46]. KLPT của PLLA càng nhỏ thì tốc
độ phân hủy sinh học càng lớn.
Ngoài nhược điểm là dễ bị thủy phân, PLA còn có một số nhược điểm

khác như giòn, độ dãn dài khi đứt thấp, quy trình điều chế phức tạp và giá
thành cao đã hạn chế khả năng sử dụng của nó. Để khắc phục được các nhược
điểm này, PLA đã được trộn hợp với các polyme khác hay với các chất độn
bằng nhiều phương pháp khác nhau để tạo ra các polyme blend và compozit
có tính chất như mong muốn, đáp ứng yêu cầu sử dụng [1].
PLA như một polyme đa năng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực,
trong đó có lĩnh vực y tế. PLA dùng làm vỏ bọc của viên thuốc, môi trường
nuôi cầu khuẩn, tạo gel nước, làm chỉ khâu vết thương, mô tế bào… Một số

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

14


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

đồ dùng y tế cũng làm từ polyme này. Sau thời gian sử dụng nhất định trong
cơ thể con người, chúng phân hủy và không gây độc hại trong cơ thể. Ngoài
ra, PLA còn có khả năng khử trùng hiệu quả và tương đối ổn định trong điều
kiện nhiệt độ khác nhau. Do độ bền kéo khá cao và tỷ trọng khá nhẹ so với
kim loại nên PLA được dùng làm nẹp đỡ trong phẫu thuật chỉnh hình. PLA
còn có khả năng khống chế tỷ lệ giải phóng các chất gây mê trong y dược
theo yêu cầu sử dụng. Thông thường, một lượng nhỏ PLA được đưa vào cơ
thể người có tác dụng làm chậm quá trình giải phóng, kéo dài tác dụng của
thuốc trong một thời gian dài [16].
1.3. Vật liệu compozit trên cơ sở PLA và HAp
1.3.1. Vật liệu compozit PLA/HAp

Vật liệu compozit là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác
nhau tạo nên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn vật liệu ban đầu. Nhìn chung,
mỗi vật liệu compozit gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong
một pha liên tục duy nhất. Pha liên tục gọi là vật liệu nền, thường làm nhiệm
vụ liên kết các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu
tăng cường được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn,
chống xước... [44]
Như đã trình bày ở trên, PLA là một polyme có nhiều tính chất tốt, dễ
gia công, có độ bền cơ lý cao, có khả năng tương hợp và phân huỷ sinh học.
Tuy nhiên, PLA có một số nhược điểm như giòn, có độ dãn dài thấp, dễ bị
thủy phân,... HAp là thành phần chính của xương, có tính tương thích sinh
học tuyệt vời nhưng lại có nhược điểm là có độ bền cơ học thấp. Khắc phục
những nhược điểm và phát huy những ưu điểm của PLA và HAp, vật liệu
nanocompozit PLA/HAp là một ứng cử viên tiềm năng cho vật liệu y - sinh,
đặc biệt trong lĩnh vực cấy ghép xương với những yêu cầu cần đạt được là có
tính tương hợp và phân hủy sinh học, có độ bền cơ lý cao đủ để cấy ghép hoặc

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

15


Luận văn thạc sĩ hóa học
Yến

Nguyễn Hải

thay thế những vùng xương chịu tải nặng. Ở đây, PLA có vai trò như một chất
mang (pha liên tục), còn HAp đóng vai trò như một pha gián đoạn trên nền
chất mang PLA trong vật liệu compozit.

Liên kết hydro giữa nguyên tử oxy của nhóm -COO trong PLA với
nhóm –OH của HAp được thể hiện bằng vạch nét đứt trong hình mô phỏng
dưới đây [33].

Hình 1.4. Hình ảnh liên kết của HAp và PLA (nét đứt)
1.3.2. Các phương pháp tổng hợp
Hiện nay có rất nhiều phương pháp để tổng hợp vật liệu nanocompozit
PLA/HAp như phương pháp dung dịch, phương pháp nhũ tương, phương pháp
trộn nóng chảy, phương pháp phun điện (electrospinning), phương pháp thiêu kết.
1.3.2.1. Phương pháp nhũ tương
Một trong những khó khăn khi tổng hợp vật liệu nanocompozit
PLA/HAp là khả năng tương hợp của PLA và HAp do bản chất hoá học khác
nhau của chúng. Phương pháp tổng hợp nhũ tương in situ là phương pháp mà
HAp được tổng hợp song song và đồng thời với quá trình tổng hợp compozit.
Bằng phương pháp này không những có thể tăng khả năng tiếp xúc giữa PLA và
HAp mà còn có thể kiểm soát được kích thước, hình thái cấu trúc của vật liệu tạo
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

16