Nghiên cứu tổng hợp và xác định các đặc trưng của hydroxyapatite – polymaltose

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

ĐẶNG THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC
TRƢNG CỦA HYDROXYAPATITE - POLYMALTOSE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

ĐẶNG THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC
TRƢNG CỦA HYDROXYAPATITE - POLYMALTOSE

Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN THỊ NGỌC BÍCH

Hà Nội -2016

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ này được hoàn thành tại Phòng thí nghiệm của Phòng Hóa
Vô cơ – Viện Hóa học- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn tới Cô
PGS. TS. Phan Thị Ngọc Bích đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo các điều
kiện thí nghiệm thuận lợi nhất giúp cho em hoàn thành luận văn này.
Em cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến các cô, các chú, các anh chị em
đang công tác tại Phòng Hóa Vô cơ đã trao đổi kinh nghiệm và giúp đỡ em
trong quá trình thực hiện Luận văn này.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã động
viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, tháng 6 năm 2016
Học viên

Đặng Thị Nhung


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DTA (Differential Thermal Analysis)
FT-IR (Fourier Transform Infrared
Spectroscopy)

Phân tích nhiệt vi sai
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

HA

Hydroxyapatite

HAP

Hydroxyapatite/polymaltose

PPA

Phƣơng pháp A

PPB

Phƣơng pháp B

PPC

Phƣơng pháp C

SEM (Scanning Electron Microscopy)

Hiển vi điện tử quét

TGA (Thermal Gravimetric Analysis)

Phân tích nhiệt trọng lƣợng

TEM (Transmission Electron Microscopy) Hiển vi điện tử truyền qua
XRD (X-Ray Diffraction)

Nhiễu xạ tia X

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Ảnh hiển vi điện tử của các tinh thể HA .....................................................3
Hình 1.2. Cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh thể HA ......................................................4
Hình 1.3. Công thức cấu tạo của polymaltose ..........................................................10
Hình 1.4. Sự tạo mầm của HA trên chất nền polyme. ...............................................11
Hình 1.5. Compozit HA/collagen ..............................................................................14
Hình 1.6. Sự chuyển pha từ brushite sang HA theo thời gian ..................................16
Hình 1.7. Giản đồ DT-TGA của compozit HA/chitosan với hàm lượng khác nhau 17
Hình 1.8. Hình thái học của compozit HA ................................................................18
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp compozit HA/polymaltose theo phương pháp kết tủa ......24
Hình 3.1. Giản đồ XRD của các mẫu HAP tổng hợp theo phương pháp khác nhau 29
Hình 3.2. Phổ FTIR của mẫu HA, polymaltose P3 và mẫu HAPc ...........................30
Hình 3.3. Ảnh TEM của các mẫu HAP tổng hợp theo các phương pháp khác nhau 31
Hình 3.4. Giản đồ XRD các mẫu HAP tổng hợp với DE khác nhau ........................32
Hình 3.5. Ảnh SEM của các mẫu HAP với polymaltose có DE khác nhau ..............33
Hình 3.6. Ảnh TEM của các mẫu HAP với giá trị DE khác nhau ............................34
Hình 3.7. Giản đồ TG-DTA của mẫu HA, polymaltose P3 và các mẫu HAP ...........36
Hình 3.8. Giản đồ XRD các mẫu HAP với hàm lượng P3 khác nhau ......................37
Hình 3.9. Ảnh SEM của các mẫu HAP với hàm lượng polymaltose khác nhau .......38
Hình 3.10. Ảnh SEM của mẫu HAP với tốc độ cấp axit 6 ml/phút ..........................40
Hình 3.11. Giản đồ XRD của các mẫu HAP tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau ....41
Hình 3.12. Ảnh TEM của các mẫu HAP tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau ...........42
Hình 3.13. Giản đồ XRD của các mẫu với thời gian già hóa khác nhau .................44
Hình 3.14. Ảnh TEM của sản phẩm HAP với các chế độ làm khô khác nhau .........45


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Hàm lượng polymaltose trong các mẫu compozit ....................................25
Bảng 3.1. Hàm lượng polymaltose thực tế trong các mẫu HAP ...............................36
Bảng 3.2. Kích thước và độ tinh thể của mẫu HAP theo nhiệt độ ............................41

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................3

1.1 HYDROXYAPATITE ................................................................................ 3
1.1.1. Tính chất vật lý ..................................................................................................3
1.1.2. Tính chất hóa học ..............................................................................................5
1.1.3. Tính chất sinh học] ............................................................................................5
1.1.4. Các ứng dụng cơ bản của vật liệu HA ..............................................................5
1.1.5. Các phương pháp tổng hợp HA ........................................................................7

1.2. POLYMALTOSE ....................................................................................... 9
1.2.1. Cấu trúc..............................................................................................................9
1.2.2. Tính chất và ứng dụng của polymaltose [51, 52, 54] .....................................10

1.3. VẬT LIỆU COMPOZIT CỦA HA VÀ POLYME ................................... 11
1.3.1. Sự tạo thành vật liệu compozit HA/polyme .....................................................11
1.3.2. Các phương pháp tổng hợp compozit HA/polyme ..........................................13
1.3.2.1. Phương pháp trộn HA và polyme .................................................................13
1.3.2.2. Phương pháp kết tủa trực tiếp.....................................................................14
1.3.3. Đặc trưng của vật liệu compozit HA/polyme ..................................................15
1.3.3.1. Thành phần...................................................................................................15
1.3.3.2. Hình thái học ................................................................................................18
1.3.3.3. Tương tác giữa HA và polyme .....................................................................19
1.3.4. Ứng dụng của compozit HA/polyme ...............................................................20
1.3.4.1. Sửa chữa khuyết tật xương ...........................................................................20
1.3.4.2. Sửa chữa khiếm khuyết răng ........................................................................20
1.3.4.3. Truyền thuốc và gen .....................................................................................21

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ HA VÀ COMPOZIT HAP Ở NƢỚC TA .......21
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM ............................................................................23

2.1. HÓA CHẤT .............................................................................................. 23


2.2. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA
CÁC THÔNG SỐ PHẢN ỨNG ĐẾN HA/POLYMALTOSE ........................ 23
2.2.1.

Lựa chọn phương pháp tổng hợp HA/polymaltose ....................................23

2.2.2. Lựa chọn polymaltose có chỉ số DE thích hợp ...............................................24
2.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số phản ứng đến sản phẩm HAP .......25
2.2.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng polymaltose ......................................................25
2.2.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ cấp axit H3PO4 .........................................................25
2.2.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ...............................................................26
2.2.3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .............................................................26
2.2.3.5. Ảnh hưởng của chế độ làm khô sản phẩm ...................................................26

2.3. CAC PHƢƠNG PHAP XAC DịNH DặC TRƢNG .................................................. 26
2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................................26
2.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) ...........................................................27
2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ........................................................27
2.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .............................................28
2.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DTA) ......................................................28
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................29

3.1. LựA CHọN PHƢƠNG PHÁP TổNG HợP HA/POLYMALTOSE ............................. 29
3.2. LựA CHọN POLYMALTOSE VớI DE THÍCH HợP .............................................. 32

3.3. KHảO SÁT Sự ảNH HƢởNG CủA CÁC THÔNG Số PHảN ứNG ĐếN HAP .............. 35
3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng polymaltose .........................................................35
3.3.2. Ảnh hƣởng của tốc độ cấp axit H3PO4 ............................................................39
3.3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng ..................................................................41
3.3.4. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng .................................................................43
3.3.5. Ảnh hƣởng của chế độ làm khô sản phẩm ......................................................44
KẾT LUẬN CHUNG ..............................................................................................46
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ......................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................48


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

LỜI MỞ ĐẦU
Hydroxyapatite

hay

Canxi

hydroxyapatite

(HA),

có

công

thức

Ca10(PO4)6(OH)2, HA là thành phần chính của xƣơng và răng trong cơ thể ngƣời và
động vật. HA có các đặc tính quý giá nhƣ có hoạt tính và độ tƣơng thích sinh học
cao với các tế bào và các mô, có tính dẫn xƣơng tốt, tạo liên kết trực tiếp với xƣơng
non dẫn đến sự tái sinh xƣơng nhanh, không bị cơ thể đào thải, tồn tại ở các trạng
thái tập hợp khác nhau... HA là dạng canxi photphat dễ hấp thu nhất đối với cơ thể
con ngƣời với tỉ lệ Ca/P đúng nhƣ tỉ lệ Ca/P tự nhiên trong xƣơng và răng.
Ở nƣớc ta, các vật liệu vô cơ có khả năng ứng dụng trong y sinh học nói chung
và dƣợc phẩm nói riêng đã đƣợc quan tâm từ lâu. Tuy nhiên, việc ứng dụng các vật
liệu vô cơ trong y sinh học và dƣợc học còn nhiều hạn chế. Từ năm 2005, nhóm
nghiên cứu thuộc Phòng Hoá Vô cơ, Viện Hoá học (Viện KH&CN Việt Nam) đã
thực hiện các nghiên cứu về tổng hợp vật liệu HA dạng bột và dạng xốp hƣớng đến
ứng dụng trong dƣợc học và y sinh học.
Để nâng cao đặc tính của HA trong các ứng dụng dƣợc học và y sinh học,
một xu hƣớng mới là tạo ra vật liệu compozit bằng cách phân tán HA vào các
polyme sinh học. Các nhóm chức của polyme có khả năng tạo liên kết tốt với các tế
bào sinh học, nâng cao tính tƣơng thích sinh học của vật liệu và khả năng hấp thụ
của cơ thể. Các polyme đang đƣợc tập trung nghiên cứu theo hƣớng này là các
polyme tự nhiên nhƣ collagen, chitosan, alginat, polymaltose hay các polyme tổng
hợp nhƣ poly (lactide-co-galactide) làm các chất truyền dẫn, nhả chậm thuốc và chế
tạo các chi tiết xƣơng nhân tạo để cấy ghép xƣơng. Vật liệu compozit sinh học trên
cơ sở HA và polyme tự nhiên đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghệ mô, phẫu
thuật chỉnh hình, truyền dẫn thuốc, nhả thuốc…
Để tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong nƣớc và góp phần tạo ra một
loại vật liệu có nhiều ƣu điểm và khả năng ứng dụng trong y sinh học và dƣợc học,
chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và xác định các đặc trưng của
hydroxyapatite - polymaltose”.
Đề tài tập trung khảo sát các nội dung sau:

Đặng Thị Nhung

1

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

 Nghiên cứu lựa chọn phƣơng pháp tổng hợp vật liệu HA/polymaltose.
 Lựa chọn polymaltose với chỉ số DE thích hợp.
 Khảo sát ảnh hƣởng của các thông số phản ứng để lựa chọn lựa chọn
đƣợc chế độ tổng hợp thích hợp, tạo ra sản phẩm HAP có kích thƣớc hạt
và độ phân tán tốt nhất. Các thông số đó bao gồm:
-

Hàm lƣợng polymaltose.

-

Tốc độ cấp axit H3PO4

-

Nhiệt độ phản ứng.

-

Thời gian khuấy.

-

Chế độ làm khô sản phẩm.

Đặng Thị Nhung

2

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 HYDROXYAPATITE
1.1.1. Tính chất vật lý
Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, kích thƣớc hạt và trạng thái tập hợp mà
Hydroxyapatite (HA) có màu trắng, trắng ngà, vàng nhạt hoặc xanh lơ. HA nóng
chảy ở 1760oC, sôi ở nhiệt độ 2850oC, độ tan trong nƣớc 0,7 g/l, khối lƣợng phân tử
1004,60 g/mol, khối lƣợng riêng 3,156 g/cm3, độ cứng theo thang Mohs bằng 5 [28,
57]. HA là hợp chất bền nhiệt, chỉ bị phân hủy ở khoảng 800-1200oC tùy thuộc vào
phƣơng pháp điều chế và dạng tồn tại.
Các tinh thể HA thƣờng tồn tại ở dạng hình que, hình kim, hình vảy, hình
cầu… [28]. Có thể nhận biết các dạng tồn tại của tinh thể HA nhờ sử dụng phƣơng
pháp hiển vi điện tử quét (SEM) hoặc hiển vi điện tử truyền qua (TEM) (Hình 1.1)

Hình 1.1. Ảnh hiển vi điện tử của các tinh thể HA

Đặng Thị Nhung

3

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

Cấu trúc mạng của HA gồm: Ca2+, PO43- và OH- đƣợc sắp xếp trong các ô đơn vị.

Hình 1.2. Cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh thể HA
Trong tổng số 14 ion Ca2+ thì có 6 ion thuộc về HA và nằm trọn vẹn trong ô
mạng đơn vị, còn lại 8 ion nằm trên chu vi hai mặt đáy đƣợc dùng chung với các ô
đơn vị kề bên trong đó định vị ở mỗi ô là 4 ion. Trong 10 nhóm PO43- thì 2 nhóm
nằm ở bên trong ô đơn vị còn 8 nhóm thì nằm trên chu vi của hai mặt đáy nhƣng chỉ
có 6 nhóm thuộc về ô đơn vị, 6 nhóm này gồm 2 nhóm ở bên trong ô đơn vị cộng
với 4 trong số 8 nhóm nằm trên chu vi của 2 mặt đáy. Tƣơng tự, chỉ có 2 trong số 8
nhóm OH- chỉ ra trong hình là thuộc về ô đơn vị. Số lƣợng các ion xuất hiện trong ô
đơn vị có thể không đúng với công thức phân tử của HA. Điều này có thể giải thích
do sự lặp lại của các ô đơn vị trong hệ đối xứng ba chiều. Với cách giải thích nhƣ
trên, trong một phân tử HA bao gồm có 10 ion Ca2+, 6 nhóm PO43- và 2 nhóm OH-,
từ đó ta khẳng định HA có công thức hóa học tỷ lƣợng là Ca10(PO4)6(OH)2 [10].
Nestor J. Zaluzec [48] đã nghiên cứu và chỉ ra công thức cấu tạo của phân tử
HA đƣợc thể hiện trên hình 1.3, 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 đƣợc gắn với hai

nguyên tử P ở hai đầu mạch:

Hình 1.3. Công thức cấu tạo của phân tử HA

Đặng Thị Nhung

4

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

1.1.2. Tính chất hóa học
 HA không phản ứng với kiềm nhƣng phản ứng với axit tạo thành các
muối canxi và nƣớc:
Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl

3Ca3(PO4)2↓ + CaCl2 + 2H2O

(1.1)

 HA tƣơng đối bền nhiệt, bị phân hủy chậm trong khoảng nhiệt độ từ
800oC đến 1200oC tạo thành oxy-hydroxyapatite theo phản ứng:
Ca10(PO4)6(OH)2

Ca10(PO4)6(OH)2-2xOx + xH2O (0 ≤ x ≤ 1)

(1.2)

Ở nhiệt độ > 1200oC, HA bị phân hủy thành β - Ca3(PO4)2 và Ca4P2O9 hoặc CaO:
Ca10(PO4)6(OH)2

2β-Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + 2H2O

(1.3)

Ca10(PO4)6(OH)2

2β- Ca3(PO4)2 + CaO + 2H2O

(1.4)

1.1.3. Tính chất sinh học [24]
Do có thành phần hóa học và cấu trúc tƣơng tự nhau HA tự nhiên và nhân
tạo đều là những vật liệu có tính tƣơng thích sinh học cao. Ở dạng bột mịn kích
thƣớc nano thì HA là dạng canxi photphat dễ đƣợc cơ thể hấp thụ nhất với tỷ lệ
Ca/P trong phân tử đúng nhƣ tỷ lệ trong xƣơng và răng. Ở dạng màng và dạng xốp
thì HA có thành phần hóa học và đặc tính giống xƣơng tự nhiên, các lỗ xốp liên
thông với nhau làm cho các mô sợi, mạch máu dễ dàng xâm nhập. Do vậy vật liệu
này tƣơng thích sinh học cao với các tế bào mô, có tính dẫn xƣơng tốt, tạo liên kết
trực tiếp với xƣơng non dẫn đến sự tái sinh xƣơng nhanh mà không bị cơ thể đào
thải. Mặt khác, HA là hợp chất không gây độc, không gây dị ứng cho cơ thể ngƣời
và có tính kháng khuẩn.
1.1.4. Các ứng dụng cơ bản của vật liệu HA
Các muối canxi photphat (CaP) là thành phần khoáng trong xƣơng và răng
của động vật có xƣơng sống [7, 8, 20, 42, 45, 57]. Xƣơng và các mô cứng khác có
thể đƣợc xem là vật liệu compozit tự nhiên gồm chất khoáng sinh học gắn trong

chất nền polyme, các chất hữu cơ khác và nƣớc [42, 57]. Pha khoáng sinh học, là
một hoặc nhiều loại muối CaP, chiếm 65-70% khối lƣợng của xƣơng, nƣớc chiếm
khoảng 5-8% và phần còn lại là pha hữu cơ, mà chủ yếu là collagen [20, 42, 57].
Đặng Thị Nhung

5

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

Collagen đóng vai trò là chất nền cho sự lắng đọng và tăng trƣởng của các chất
khoáng [42, 57]. Trong số các muối CaP, HA là thành phần chủ yếu của pha khoáng
sinh học [42, 45]. Trong nhiều thập kỷ qua, việc nghiên cứu tổng hợp HA đã đƣợc
các nhà khoa học vật liệu quan tâm do tính tƣơng thích sinh học tuyệt vời [5, 17, 22,
30], gần gũi với các polyme sinh học [30] và có khả năng dẫn xƣơng cao [8, 20, 23,
36]. HA đã đƣợc chứng minh là có thể thúc đẩy sự phát triển của xƣơng mới thông
qua cơ chế dẫn xƣơng mà không gây ra bất kỳ độc tính cục bộ hoặc toàn thân, viêm
hoặc dị ứng [18, 23, 28, 36, 63]. Khi cấy ghép vật liệu gốm chứa HA vào cơ thể,
một lớp mô mới đƣợc hình thành trên bề mặt của nó và góp phần vào sự liên kết của
các mô cấy vào xƣơng, dẫn đến định hình vƣợt trội mô cấy đến các mô xung quanh
[53]. Hơn nữa, một số nghiên cứu cho thấy HA hoặc các muối CaP có thể đƣợc khai
thác nhƣ một hợp chất mô hình để nghiên cứu quá trình khoáng hóa sinh học trong
cơ thể con ngƣời [63, 65]. Các nghiên cứu gần đây cũng đã chỉ ra rằng, các hạt HA
ức chế sự phát triển của nhiều loại tế bào ung thƣ [37, 38, 39]. Hiện nay, HA là vật
liệu đƣợc lựa chọn cho các ứng dụng y sinh học khác nhau, ví dụ: thay thế cho
xƣơng và các khuyết tật nha chu, ổ răng, cấy ghép tai giữa, hệ thống kỹ thuật mô,

tác nhân truyền dẫn thuốc, điều trị bệnh loãng xƣơng, vật liệu nha khoa và lớp phủ
hoạt tính sinh học lên miếng cấy ghép xƣơng bằng kim loại [18 - 22, 25, 29, 32, 36,
60, 67]. Ngoài lĩnh vực dƣợc học và y sinh học, HA và các muối CaP ngày càng
đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác. Ví dụ: chất xúc tác cho các
phản ứng cộng hợp kiểu Michael và oxy hóa metan, nguyên liệu phát laser, vật liệu
huỳnh quang [38]. HA tổng hợp cũng có thể đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp sắc
ký cột để cất phân đoạn đơn giản và nhanh chóng các protein và axit nucleic. Hơn
nữa, HA còn là vật liệu có giá trị cho quá trình xử lý nƣớc và hấp phụ kim loại nặng
trong đất [31].
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu HA kích thƣớc nano có tính tƣơng
thích, tái hấp thu sinh học và hoạt tính sinh học cao hơn nhiều so với vật liệu có
kích thƣớc micro [60, 65, 67]. Bởi vì ở kích thƣớc siêu mịn, các hạt nano HA có
hoạt tính bề mặt cao, do đó nhanh chóng giải phóng các ion canxi tƣơng tự nhƣ
apatit sinh học. Ngoài ra, phản ứng khử khoáng ở men răng và xƣơng có thể bị ức
Đặng Thị Nhung

6

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

chế khi kích thƣớc hạt đạt đến mức nano, vì thế ngăn ngừa bệnh sâu răng và loãng
xƣơng [43, 66]. Một số nghiên cứu cũng đã báo cáo rằng nano HA có khả năng
giảm đáng kể tế bào chết do tự hủy hoại nên cải thiện sự tăng sinh tế bào và hoạt
tính tế bào liên quan đến sự phát triển xƣơng [66]. Vì vậy, trong những năm gần
đây, gốm sinh học và compozit sinh học chứa HA kích thƣớc nano đƣợc xem là các

vật liệu hứa hẹn nhất cho một loạt các ứng dụng y sinh học [55, 64].
Để phản ánh sự quan tâm ngày càng tăng trong việc nghiên cứu chế tạo vật
liệu HA, M. Sadat-Shojai đã tìm kiếm các nghiên cứu trong cơ sở dữ liệu Scopus,
kết quả cho thấy số lƣợng các ấn phẩm về các dạng vật liệu chứa HA tăng lên gấp
ba lần từ năm 1999 đến 2011 [56]. Tuy vậy, việc điều chế HA với các đặc trƣng xác
định vẫn là một thách thức thú vị. Cụ thể là tìm ra một phƣơng pháp mới có thể
kiểm soát chính xác cấu trúc tinh thể, thành phần hóa học, độ tinh thể hóa, sự phân
bố kích thƣớc, trạng thái kết tập là động lực chính cho các nhà nghiên cứu vật liệu
chứa HA hiện nay trên thế giới [53, 55].
1.1.5. Các phương pháp tổng hợp HA
Để tạo ra HA có những tính chất ƣu việt đáp ứng yêu cầu từng mục đích sử
dụng cụ thể, rất nhiều phƣơng pháp khác nhau đã đƣợc phát triển nhƣ kết tủa hóa
học, điện hóa, thủy nhiệt, phản ứng pha rắn, đôi khi có sự hỗ trợ của các thiết bị siêu
âm, vi sóng...[4 – 6, 11 - 13, 21, 37 - 40, 50]. Có thể phân thành 2 loại là phƣơng
pháp ƣớt và phƣơng pháp khô… Trong đó, phƣơng pháp khô: phƣơng pháp phản
ứng pha rắn, phƣơng pháp hóa cơ, phƣơng pháp vật lí. Còn phƣơng pháp ƣớt là
phƣơng pháp tạo ra pha rắn HA từ dung dịch chứa các nguyên liệu ban đầu khác
nhau. Phƣơng pháp ƣớt bao gồm: phƣơng pháp kết tủa, sol-gel hay phƣơng pháp kết
tinh từ dung dịch bão hòa, phƣơng pháp phun sấy, phƣơng pháp sử dụng vi
sóng,…thƣờng đƣợc dùng để tổng hợp HA dạng bột với kích thƣớc khác nhau. Ƣu
điểm của phƣơng pháp ƣớt là có thể điều chỉnh đƣợc kích thƣớc của hạt HA theo
mong muốn.
Trong luận văn này, chúng tôi chỉ quan tâm đến phƣơng pháp kết tủa trong
phƣơng pháp ƣớt.
Đặng Thị Nhung

7

Cao học Hóa - K24

Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

Việc tổng hợp HA bằng cách kết tủa từ các ion Ca2+ và PO43- có thể thực hiện
theo nhiều cách khác nhau, đƣợc phân ra thành hai nhóm chính:
- Phương pháp kết tủa tử các muối chứa ion Ca2+ và PO43- dễ tan trong nước: Các
muối hay đƣợc dùng là Ca(NO3)2, CaCl2, (NH4)2HPO4,…
10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH4OH→Ca10(PO4)6(OH)2↓+20NH4NO3+6H2O (1.5)
Lƣợng Ca(NO3)2 và (NH4)2HPO4 đƣợc chuẩn bị theo tỷ lệ mol Ca/P = 1,67,
pha trong nƣớc cất với nồng độ tƣơng ứng 0,2M và 0,1M. Sau đó, nhỏ từ từ (tốc độ
2ml/phút) dung dịch (NH4)2HPO4 vào cốc đựng Ca(NO3)2 trên máy khuấy từ (tốc
độ 300-400 vòng/phút). Bổ sung dung dịch NH4OH để đảm bảo phản ứng diễn ra
trong môi trƣờng pH = 10 - 12.
Sau khi nhỏ hết lƣợng dung dịch (NH4)2HPO4, tiếp tục khuấy hỗn hợp trong
khoảng 2 giờ tại nhiệt độ đã định. Kết thúc phản ứng, thu lấy kết tủa và làm sạch
bằng cách lọc rửa nhiều lần với nƣớc cất trên máy ly tâm hoặc thiết bị lọc hút chân
không. Sản phẩm đƣợc sấy khô ở nhiệt độ 75-800C.
- Phương pháp kết tủa từ các hợp chất chứa Ca2+ ít tan hoặc không tan trong
nước:
Phản ứng xảy ra giữa Ca(OH)2, CaO, CaCO3… với axit H3PO4 trong môi
trƣờng kiềm. Phƣơng trình phản ứng đặc trƣng:
10Ca(OH)2 + 6H3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2↓ + 18H2O

(1.6)

Trong quá trình điều chế, yếu tố pH cũng đóng vai trò quan trọng. H3PO4 là
một axit có độ mạnh trung bình, phân ly theo 3 nấc:
H2PO4- + H+

pK1 = 2,2

(1.7)

H2PO4- ↔ HPO42- + H+

pK2 = 7,2

(1.8)

HPO42- ↔

pK3 = 12,3

H3PO4

↔

PO43- + H+

(1.9)

Khi thêm axit với tốc độ cao, pH của dung dịch sẽ giảm đột ngột, dẫn đến sự
phân ly axit không hoàn toàn, tạo ra các ion HPO42- và H2PO4- ảnh hƣởng đến chất
lƣợng của vật liệu HA.
Các yếu tố nhƣ nguyên liệu ban đầu, nhiệt độ, môi trƣờng phản ứng…
thƣờng ảnh hƣởng đến chất lƣợng và hình dạng của tinh thể HA. Để nhận đƣợc sản
Đặng Thị Nhung

8

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

phẩm HA bột có kích thƣớc mong muốn thì ngoài các yếu tố trên, cần quan tâm đến
sự kết tinh của HA trong suốt quá trình tổng hợp.
1.2. POLYMALTOSE
1.2.1. Cấu trúc
Polymaltose là sản phẩm thủy phân không hoàn toàn của tinh bột. Dựa vào
mức độ thủy phân tinh bột (loại enzyme và điều kiện thủy phân), sẽ có các sản
phẩm khác nhau, đƣợc đặc trƣng bằng giá trị đƣờng khử dextrose equivalent (DE).
DE là đại lƣợng cho biết lƣợng đƣờng khử có trong sản phẩm, so với dextrose (hay
glucose) và tính theo phần trăm trên khối lƣợng chất thô. Gía trị DE cho biết độ
chuyển hóa từ tinh bột đến dextrose. Tinh bột tự nhiên, ví dụ tinh bột sắn có DE gần
bằng không, glucose có DE là 100... [60, 61]
Maltodextrin, dextrin, polymaltose ... là những tên gọi quen thuộc, phổ biến
của các sản phẩm thủy phân không hoàn toàn tinh bột. Tuy nhiên, giữa chúng không
có sự phân biệt, không có ranh giới rõ ràng về giá trị DE.
Maltodextrin thƣờng đƣợc nghĩa rõ ràng hơn, để chỉ các sản phẩm có DE 20
hoặc thấp hơn, thƣờng trong khoảng 3 - 20 [60, 61].
Dextrin để chỉ chung chung các sản phẩm thủy phân tinh bột có chiều dài
mạch trung bình.
Polymaltose hay đƣợc chú thích nhƣ là một tên khác của dextrin, một số
công bố lại cho rằng thuật ngữ polymaltose tƣơng đƣơng với maltodextrin.
Bên cạnh đó, trong lĩnh vực vật liệu y sinh học, thuật ngữ polymaltose đƣợc

sử dụng khá phổ biến, đặc biệt là với các chất bổ sung sắt. Chính vì vậy, trong đề tài
nghiên cứu sử dụng sản phẩm thủy phân tinh bột có DE trong khoảng 12 - 30 để tạo
ra vật liệu ứng dụng trong y sinh học nên chúng tôi đã lựa chọn tên gọi phổ biến là
polymaltose.
Polymaltose là sản phẩm dễ tan trong nƣớc, cấu trúc gồm các phân tử Dglucose liên kết với nhau, có công thức cấu tạo (C6H10O5)n với phân tử lƣợng dao
động tƣơng đối lớn khoảng 10.000 - 100.000 Dalton, các phân tử glucose liên kết
với nhau chủ yếu bằng liên kết α - 1, 4 và α - 1, 6 glicozit.
Đặng Thị Nhung

9

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

Hình 1.3. Công thức cấu tạo của polymaltose
1.2.2. Tính chất và ứng dụng của polymaltose [51, 52, 54]
- Polymaltose có khả năng giữ ẩm và hạn chế kết tinh, đặc biệt polymaltose
ngăn chặn sự di chuyển độ ẩm từ hạt tinh bột, do đó làm giảm hiện tƣợng thoái hóa
bằng cách ức chế quá trình tái cấu trúc chuỗi amylose và amylopectin cùng sự liên
kết giữa tinh bột - gluten. Chính vì vậy, polymaltose có khả năng duy trì độ ẩm cao,
giữ đƣợc độ ẩm phù hợp trong thực phẩm đặc biệt là các loại bánh tƣơi.
- Polymaltose có thể hấp thu từ từ trong máu, cung cấp năng lƣợng cho cơ
thể một cách đều đều, giữ ổn định trong máu trong thời gian dài.
- Đƣợc dùng để căn chỉnh kích thƣớc màng, ổn định các tính chất cảu các sản
phẩm thực phẩm và nguyên liệu.
- Khi bổ sung vào thực phẩm, đồ uống polymaltose là tác nhân kìm hãm

thành phần máu, vì nó thay thế một phần glucose nên hàm lƣợng glucose thấp hơn.
Hơn nữa sẽ ngăn cản sự kết tinh đƣờng saccharose và bảo vệ cấu trúc của sản phẩm
trong thời gian bảo quản.
- Polymaltose có độ ngọt thấp, chỉ bằng 30% so với đƣờng saccharose dung
dịch 10% ở nhiệt độ 250C nên có thể thay thế đƣờng saccharose trong các thực
phẩm để giảm độ ngọt sản phẩm mà không ảnh hƣởng đến hƣơng vị của sản phẩm.
Polymaltose tạo cảm giác ngon miệng và tiêu hóa dễ dàng đƣợc sử dụng
nhiều trong thức ăn trẻ em, ngƣời già, bệnh nhân, đặc biệt dành cho ngƣời bệnh
tiểu đƣờng và ngƣời già.

Đặng Thị Nhung

10

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

1.3. VẬT LIỆU COMPOZIT CỦA HA VÀ POLYME
1.3.1. Sự tạo thành vật liệu compozit HA/polyme
Trong sự hình thành vật liệu compozit HA/polyme, polyme đóng vai trò là
chất nền cung cấp các vị trí tạo mầm và điều chỉnh sự phát triển và hình thái học
của tinh thể HA. Các nhóm cacboxyl trên phân tử polyme có vị trí quan trọng trong
sự tạo mầm của tinh thể HA [2, 11, 23]. Z. X. Liu và cộng sự [40] đã gắn các nhóm
cacboxyl, amin và methyl trên đế Au và đánh giá sự hình thành và tăng trƣởng của
mầm tinh thể HA trong dung dịch giả dịch thể ngƣời (SBF). Ở bề mặt chứa nhóm
cacboxyl, lƣợng tinh thể HA hình thành dày gấp ba lần so với bề mặt amin, còn trên

bề mặt chứa nhóm methyl gần nhƣ không có tinh thể HA nào đƣợc tìm thấy. Bằng
phƣơng pháp hiển vi lực nguyên tử (AFM), Nonoyama và cộng sự đã quan sát giai
đoạn đầu tiên của quá trình tạo mầm HA và thấy rằng, ban đầu các nhóm cacboxyl
có sự tƣơng tác với ion canxi và sau đó ion photphat sẽ gắn lên ion canxi [47]

Hình 1.4. Sự tạo mầm của HA trên chất nền polyme.
(a) Các nhóm chức trên phân tử polyme là các vị trí tạo mầm cho tinh thể HA,
(b) Sự tạo mầm và phát triển tinh thể HA trên các polyme được gắn đế trên đế Au
Đặng Thị Nhung

11

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

Bên cạnh các nhóm cacboxyl, nhóm cacbonyl trên collagen cũng có ƣu thế
cao cho sự tạo mầm tinh thể [67]. Đối với chất nền tơ sợi Fibroin, có những vị trí
tạo mầm khác nhƣ nhóm amin và hydroxyl [38]. Các nhóm amin trên chitosan đóng
góp cặp electron tự do tƣơng tác với các ion canxi và tạo thành phức chitosan - ion
canxi trƣớc khi tạo mầm [39].
L Wang và cộng sự [33] đã sử dụng phƣơng pháp mô phỏng động lực học
phân tử (Molecular Dynamics – MD), cho thấy tƣơng tác giữa các phân tử chất nền
polyme và HA chủ yếu là lực VanđecVan. Thông thƣờng, các nhóm mang điện tích
âm trên phân tử polyme đƣợc xem là có liên kết mạnh với các ion canxi trong tinh
thể HA, trong khi các nhóm tích điện dƣơng có liên kết với các ion photphat. Vì
vậy, các polyme tự nhiên phân cực nhƣ chitosan [27], alginat [1], tinh bột [9], …sẽ

có khả năng kết dính và tƣơng tác tốt với HA. Tƣơng tác hóa học giữa HA và
polyme nhƣ liên kết hydro, lực Van de Van, hoặc phức chất cacboxyl-Ca-cacboxyl,
… cho phép phân tán đồng đều HA trong pha hữu cơ.
Các compozit HA/chitosan đã đƣợc nghiên cứu tổng hợp bằng nhiều phƣơng
pháp khác nhau. Do chitosan tan tốt trong dung dịch nƣớc các axit hữu cơ nhƣ axit
axetic, axit lactic, axit malic và axit xitric, nên ảnh hƣởng của dung dịch axit hữu cơ
đối với vi cấu trúc của sản phẩm đã đƣợc khảo sát [27]. HA ở dạng tinh thể hình
thành khi sử dụng axit axetic và axit lactic, trong khi đó HA tồn tại ở dạng vô định
hình khi dùng các axit hữu cơ có nhiều hơn hai nhóm cacboxyl.
Trong số các polyme tự nhiên, tinh bột và các sản phẩm biến tính từ tinh bột
là nguồn quan trọng và rất phổ biến. Tuy nhiên, cho đến nay có rất ít tài liệu về việc
chế tạo vật liệu HA với các vật liệu này. Sadjadi, Meskinfam và các cộng sự đã tổng
hợp bằng quá trình mô phỏng sinh học in situ trong sự có mặt của tinh bột và hỗn
hợp genlatin/ tinh bột [49]. Kết quả cho thấy hình thái hạt HA bị ảnh hƣởng bởi các
polyme này, HA tạo thành có dạng hình que giống nhƣ HA vô cơ trong xƣơng tự
nhiên. Shakir và các cộng sự đã thông báo rằng họ đã tổn hợp thành công hệ
HA/chitosan/dextrin bằng phản ứng đồng kết tủa ứng dụng trong kỹ thuật mô
xƣơng.

Đặng Thị Nhung

12

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

1.3.2. Các phương pháp tổng hợp compozit HA/polyme
Có nhiều phƣơng pháp để chế tạo các vật liệu này, nhƣ phƣơng pháp trộn
HA và polyme, phƣơng pháp cơ nhiệt, phƣơng pháp điện hóa (mạ điện, điện xoay
tròn - electrospinning) ... trong đó các phƣơng pháp hóa học tỏ ra có nhiều ƣu điểm
về công nghệ và tính chất đặc trƣng của vật liệu.
1.3.2.1. Phương pháp trộn HA và polyme
Phƣơng pháp phổ biến nhất để chế tạo compozit HA/polyme là trộn HA ở
dạng bột hoặc ở dạng huyền phù với các polyme. Phƣơng pháp này có thể tạo ra vật
liệu compozit dạng bột, màng, khung xốp [28]. Trộn HA với polyme và thay đổi tỉ
lệ khối lƣợng các thành phần sẽ tạo ra các compozit có tính chất khác nhau. HA là
sản phẩm thƣơng mại, hoặc đƣợc điều chế bằng các phƣơng pháp hóa lí, hoặc đƣợc
chiết tách từ pha khoáng tự nhiên của xƣơng động vật, vỏ chuối, san hô… Tinh thể
HA có nhiều hình dạng khác nhau, từ bất thƣờng đến hình cầu, hình que, hình kim,
hình phiến và thƣờng kết tập thành từng khối do năng lƣợng bề mặt tƣơng đối lớn
của các tinh thể nano. Hình dạng bất thƣờng của HA tạo điều kiện thuận lợi cho
polyme thâm nhập vào bề mặt hạt và hình thành một dạng liên kết nào đó với tinh
thể HA, trong khi bề mặt trơn mịn của các hạt HA hình cầu khó tạo nên tƣơng tác
nhƣ vậy [55].
Murugan và cộng sự [46] đã sử dụng phƣơng pháp này để chế tạo các hệ
compozit cấu trúc nano của HA với chitosan theo hai bƣớc: kết tủa HA trong môi
trƣờng kiềm (ở pH=10,0 bằng NH4OH) từ các muối CaCl2, (NH4)2HPO4 và tiếp
theo là trộn HA cấu trúc nano với các dung dịch chitosan nồng độ khác nhau trong
axit axetic ở nhiệt độ cố định.
Finisie và các cộng sự [28] đã sử dụng phƣơng pháp trộn để chế tạo
compozit HA và chitosan cấu trúc xốp từ hỗn hợp của HA, nhôm và chitosan với tỉ
lệ khác nhau. Vai trò của nhôm là tạo ra các lỗ xốp có kích thƣớc hơn 100 m đƣợc
tạo thành qua quá trình tƣơng tác giữa natri aluminat với dung dịch đậm đặc NaOH
giải phóng hydro. Compozit HA/collagen cũng đƣợc chế tạo đơn giản bằng cách
trộn bột HA và dung dịch hoặc gel collagen rồi tiến hành đông khô. Xác định cấu
Đặng Thị Nhung

13

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

trúc của các compozit thu đƣợc bằng quy trình chế tạo này cho thấy, các hạt HA chỉ
bị “mắc kẹt vật lí” trong chất nền collagen đƣợc thể hiện trên Hình 1.5. Phƣơng
pháp này đơn giản nhƣng rất khó để phân tán đồng nhất HA trong chất nền polyme
do thiếu sự tƣơng tác giữa pha vô cơ và pha hữu cơ.

Hình 1.5. Compozit HA/collagen
(a) Sơ đồ mô tả các hạt HA bị “mắc kẹt” vật lí trong chất nền collagen,
(b) ảnh SEM HA kết tập trong chất nền collagen [34]
1.3.2.2. Phương pháp kết tủa trực tiếp
Mặc dù các phƣơng pháp trộn, cơ nhiệt, điện hóa nêu trên có nhiều ƣu điểm,
nhƣng các compozit thu đƣợc thƣờng không đồng nhất ở mức vi cấu trúc vì khó có
đƣợc sự phân bố đồng đều của pha vô cơ trong chất nền polyme. Điều này có thể
làm suy giảm các đặc tính lý, hóa, cơ, tƣơng thích sinh học và phân hủy sinh học
của vật liệu. Vì vậy, trong mấy thập niên gần đây, các nhà nghiên cứu đang tập
trung vào một phƣơng pháp mới nhiều triển vọng là phƣơng pháp kết tủa trực tiếp
(in situ method) [1, 2, 6 – 9, 30, 32]. Phƣơng pháp này mô phỏng quá trình tạo
thành compozit vô cơ-hữu cơ trong tự nhiên. Đối với compozit HA/polyme, kết tủa
trực tiếp HA trong chất nền polyme cho phép kiểm soát cấu trúc và thành phần của
compozit với các tinh thể HA có kích thƣớc nhỏ, độ tinh thể thấp, phân tán đồng
đều trên nền polyme, tƣơng tự nhƣ pha khoáng HA sinh học [1, 9, 30]. Theo

phƣơng pháp kết tủa trực tiếp, các polyme có thể đƣợc trộn đồng thời hoặc riêng

Đặng Thị Nhung

14

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

biệt với các tiền chất vô cơ của HA. Tỉ lệ các thành phần và điều kiện phản ứng
khác nhau sẽ làm thay đổi các tính chất đặc trƣng của compozit HA/polyme.
Tampieri và cộng sự [63] đã chế tạo compozit HA/collagen và so sánh với
mô xƣơng tự nhiên bằng cách sử dụng hai phƣơng pháp khác nhau. Phƣơng pháp
thứ nhất là phân tán HA trong dung dịch collagen rồi thu đƣợc sản phẩm cuối cùng
bằng kỹ thuật đông khô. Phƣơng pháp thứ hai là kết tủa trực tiếp HA trên các sợi
collagen. Compozit thu đƣợc bằng cách thứ nhất có cấu trúc tƣơng tự nhƣ collagen
ban đầu không khoáng hóa. Kích thƣớc tinh thể HA không đồng nhất, thƣờng kết
tập và phân bố ngẫu nhiên vào chất nền, chứng tỏ rằng không có tƣơng tác thực sự
của HA với các sợi collagen. Trong khi đó, phƣơng pháp thứ hai cho phép quá trình
tạo mầm tinh thể nano HA trực tiếp trên các sợi collagen tự lắp ráp. Do vậy, hai
thành phần (HA và collagen) có sự tƣơng tác mạnh, hình thành một vật liệu hoàn
toàn tƣơng tự với mô xƣơng tự nhiên.
S. –C. Liou và cộng sự [40, 41] đã chế tạo vật liệu compozit HA/polyacrylic
axit (PAA) bằng phƣơng pháp kết tủa trực tiếp. Tinh thể HA hình kim, độ tinh kém,
có cấu trúc nhân vỏ đƣợc kết tinh trực tiếp khi nhỏ dung dịch H3PO4 vào hỗn hợp
chứa (CH3COO)2Ca và PAA. Hình thái học của HA tạo thành phụ thuộc vào pH của

dung dịch và hàm lƣợng của PAA.
1.3.3. Đặc trưng của vật liệu compozit HA/polyme
Tính chất của vật liệu compozit chịu ảnh hƣởng mạnh mẽ bởi một số yếu tố
nhƣ hình dạng, kích thƣớc, tính chất, tỷ lệ cũng nhƣ tƣơng tác giữa HA và polyme.
1.3.3.1. Thành phần
Sự tồn tại và độ tinh thể của HA trong vật liệu compozit thƣờng đƣợc đánh
giá bởi XRD [1 - 9, 28, 35]. Thành phần pha vô cơ tạo thành phụ thuộc vào lƣợng
chất ban đầu và các điều kiện phản ứng. Để chế tạo HA, thƣờng phải chuẩn bị các
dung dịch với tỉ lệ Ca/P là 1,67 đúng nhƣ tỉ lệ phân tử HA và duy trì pH phản ứng ở
vùng kiềm. Tuy nhiên, giản đồ XRD của các compozit với các polyme nhƣ collagen
[34], chitosan [27], tinh bột[60], alginat [1]… thƣờng có các đỉnh nhiễu xạ đặc
Đặng Thị Nhung

15

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

trƣng của HA mở rộng, chứng tỏ HA tạo thành có kích thƣớc nhỏ và độ tinh thể
thấp tƣơng tự nhƣ pha khoáng sinh học. Phƣơng pháp XRD cũng phát hiện ra cơ
chế hình thành pha HA trong compozit thông qua pha khoáng trung gian CaP. Các
polyme đã hạn chế việc chuyển pha từ các CaP vô định hình sang tinh thể HA và
cản trở việc khuếch tán các ion Ca2+, PO43-, OH- tạo mầm và phát triển tinh thể.
Fei Chen và cộng sự [27] đã dùng kỹ thuật XRD để nghiên cứu sự hình thành
cũng nhƣ xác định kích thƣớc tinh thể HA trong nền chitosan bằng phƣơng pháp kết
tủa trực tiếp từ các dung dịch CaCl2 và Na2HPO4 (Hình 1.6).

Hình 1.6. Sự chuyển pha từ brushite sang HA theo thời gian [27]
Một mẫu đƣợc giữ ở pH 5; 6, các mẫu khác đƣợc điều chỉnh pH tăng lên 11
bằng cách nhỏ NaOH và giữ ở 0,3; 1; 2; 4; 8 và 24 giờ rồi đông khô. Ở pH 5,6 chỉ
có pha brushite hình thành, còn ở pH 11, pha brushite và các pha CaP vô định hình
chuyển dần theo thời gian sang pha HA bền hơn.
Sau 24 giờ già hóa, quá trình chuyển pha xảy ra gần nhƣ hoàn toàn, chỉ còn
tồn tại pha brushite ở lƣợng vết. Kích thƣớc trung bình và tốc độ phát triển tinh thể
Đặng Thị Nhung

16

Cao học Hóa - K24


Luận văn Thạc sĩ

Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN

tăng lên cùng với thời gian phản ứng và thời gian già hóa tại nhiệt độ 22oC. Ngoài
ra, hàm lƣợng chitosan càng cao, kích thƣớc tinh thể HA càng nhỏ.
Hàm lƣợng của các thành phần trong hệ compozit thƣờng đƣợc xác định bởi
phƣơng pháp DTA-TGA . Khối lƣợng thực của các pha thƣờng có khác biệt một ít
so với lƣợng chất tính toán ban đầu. Bằng phƣơng pháp TGA, W. Y. Đã xác định
khối lƣợng cuối cùng của HA là 10,2; 18,4 và 32,8% tƣơng ứng với khối lƣợng ban
đầu 10; 20 và 30% trong compozit HA/PCL.
Hình 1.7 trình bày đặc trƣng nhiệt (DTA-TGA) khác nhau của các vật liệu
compozit HA/chitosan với tỉ lệ thành phần thay đổi

Hình 1.7. Giản đồ DT-TGA của compozit HA/chitosan với hàm lượng khác nhau

Đƣờng TGA cho thấy, trọng lƣợng mẫu giảm nhanh chóng khi nhiệt độ tăng,
đặc biệt là trong phạm vi 40-130oC và 250-600oC. Một hiệu ứng thu nhiệt rộng
đƣợc quan sát xung quanh 80oC trên đƣờng DTA đƣợc gán cho sự mất nƣớc, trong
khi hai hiệu ứng tỏa nhiệt ở 345oC và trên 540oC đƣợc gán cho sự phân hủy nhiệt
của chitosan. Nhƣ vậy, các compozit có khả năng chịu nhiệt cao hơn 250oC và nhiệt
độ phân hủy giảm khi tăng hàm lƣợng HA. Các đƣờng TGA không cho thấy sự thay
đổi trọng lƣợng trên 800oC, hàm lƣợng chitosan trong compozit đƣợc xác định từ sự
thay đổi khối lƣợng giữa 250oC đến 800oC trên đƣờng TGA. Hàm lƣợng compozit
Đặng Thị Nhung

17

Cao học Hóa - K24