NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU MỚI TRONG CẤY GHÉP VÀ TÁI TẠO XƢƠNG TRÊN CƠ SỞ HYDROGEL COMPOSITE SINH HỌC GỒM BIPHASIC CALCIUM PHOSPHATE VÀ POLYMER SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN

Header Page 1 of 148.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGUYỄN THỊ PHƢƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
MỚI TRONG CẤY GHÉP VÀ TÁI TẠO
XƢƠNG TRÊN CƠ SỞ HYDROGEL
COMPOSITE SINH HỌC GỒM BIPHASIC
CALCIUM PHOSPHATE VÀ POLYMER
SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN)
Chuyên ngành: VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP
Mã số : 62440125

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU

TP.HCM-2015

Footer Page 1 of 148.


Header Page 2 of 148.
Cơng trình đƣợc hồn thành tại:
Phịng Vật liệu hóa dƣợc, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam

Những ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1.

PGS. TS. NGUYỄN CỬU KHOA

2.

TS. TRẦN NGỌC QUYỂN

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án cấp Viện tổ chức tại Viện Khoa
học vật liệu ứng dụng, viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam vào hồi
giờ

ngày

tháng năm 2015

Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện:
Thƣ viện Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Footer Page 2 of 148.


Header Page
3 oftắt

148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
MỞ ĐẦU
Vật liệu y sinh đã và đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu thay thế các
bộ phận cơ thể, cấy ghép mô, xƣơng của con ngƣời, hứa hẹn cho việc chữa trị và tái tạo các
mô và cơ quan bị mất hoặc bị tổn thƣơng do chấn thƣơng, bệnh tật hoặc lão hóa.
Trong lĩnh vực vật liệu dùng cho xƣơng, nhiều loại vật liệu dùng trong cấy ghép và
thay thế xƣơng đã phát triển đáng kể trong những thập kỷ qua nhƣ kim loại và hợp kim (titan,
hợp kim của titan, thép không rỉ...). Những vật liệu này tuy tƣơng hợp sinh học nhƣng tính
chất cơ lý của kim loại, hợp kim khác biệt nhiều so với xƣơng dẫn đến nguy cơ gãy xƣơng do
kém tƣơng thích giữa phần xƣơng tiếp xúc với kim loại ghép.
Vì vậy, các nhà khoa học trên thế giới hiện nay quan tâm đến vật liệu trên cơ sở
Hydroxyapatite (HAp) và biphase calcium phosphate (BCP). HAp và BCP có tính tƣơng hợp
sinh học, hoạt tính sinh học cao, và khả năng chữa lành xƣơng do thành phần tƣơng tự thành
phần khống trong xƣơng. Mặt khác, HAp và BCP có thể từ từ hịa tan trong cơ thể giải
phóng ion calcium và phosphate có lợi trong việc hình thành và phát triển xƣơng. Tuy nhiên
HAp và BCP ở dạng bột nên khó tạo hình có thành phần, cấu trúc xốp tƣơng tự nhƣ xƣơng.
Hydrogel composite trên cơ sở BCP và polymer sinh học có thành phần, cấu trúc xốp
tƣơng tự xƣơng, tƣơng hợp sinh học, suy giảm sinh học và BCP thúc đẩy sự tạo khống, cải
thiện tính chất cơ học của vật liệu. Nhƣng các vật liệu này suy giảm nhanh, chƣa phù hợp với
sự phát triển của xƣơng.
Để giải quyết vấn đề trên cần thiết phải biến tính các polymer sinh học nhằm giảm
khối lƣợng suy giảm, hƣớng tới ứng dụng các vật liệu hydrogel composite này trong cấy ghép
và tái tạo xƣơng.
Trên cơ sở đó, chúng tơi đề xuất đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trong cấy
ghép và tái tạo xƣơng trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium
phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan)”.
Mục tiêu của luận án:
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm

biphasic calcium phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan) nhằm mục đích tạo ra vật
liệu có khả năng tƣơng hợp sinh học, kích thích sự phát triển xƣơng, có thời gian suy giảm
phù hợp với thời gian xƣơng phát triển để có thể ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo
xƣơng.
Nội dung nghiên cứu luận án bao gồm:
- Nghiên cứu tổng hợp nano BCP bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm
ứng dụng trong vật liệu sinh y.
Footer Page 3 of 148.

Trang 3


Header Page
4 oftắt
148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin gelatin (TAGelatin) và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP.
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin
polyethyleneglycol gelatin (TA-PEG-Gelatin) và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP.
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel hydroxyphenyl acetic
chitosan (HPA-Chitosan) và hydrogel composite HPA-Chitosan /BCP.
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin tetronic
chitosan (TA-TE-Chitosan) và hydrogel composite TA-TE-Chitosan/BCP.
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin
polyethyleneglycol

chitosan

(TA-PEG-Chitosan)

và

hydrogel

composite

TA-PEG-

Chitosan/BCP.
- Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin
polyethyleneglycol chitosan oxi hóa (TA-PEG-Chitosan oxi hóa) và hydrogel composite TAPEG-Chitosan oxi hóa /BCP.
Ý nghĩa khoa học của luận án:
Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy một số kết luận có ý nghĩa khoa học sau:
-

Kết hợp sóng siêu âm trong q trình tổng hợp BCP sẽ tạo thành các hạt kích

thƣớc nano và đồng đều hơn so với khơng sử dụng sóng siêu âm. BCP and HAp obtained by
untrasound assisted process

-

Để polymer sinh học tạo đƣợc hydrogel, cần thiết phải biến tính chúng với các

phân tử hữu cơ đa nhóm chức (nhƣ TA, HPA,...) và tạo liên kết ngang bằng các hệ xúc tác
enzyme nhƣ H2O2/HRP. Bằng các lƣợng H2O2 và HRP khác nhau có thể điều chỉnh đƣợc thời
gian gel hóa.
-

Các hydrogel và hydrogel composite của polymer sinh học (gelatin, gelatin

biến tính, chitosan và chitosan biến tính) với BCP đều khơng độc và đều có tính tƣơng hợp
sinh học tốt với tế bào xƣơng MG-63.
-

Khối lƣợng suy giảm của polymer sinh học (gelatin và chitosan) đƣợc giảm

xuống sao cho phù hợp với quá trình ghép và tái tạo xƣơng bằng cách biến tính các polymer
sinh học trên với các hợp chất hữu cơ khác nhau nhƣ PEG, Te,...
-

Hydrogel composite gelatin biến tính và chitosan biến tính với BCP có khả

năng tạo khống tốt hơn hẳn hydrogel tƣơng ứng và rất có triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực
ghép và tái tạo xƣơng.

Footer Page 4 of 148.

Trang 4


Header Page
5 oftắt
148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
Bố cục của luận án:
Luận án có 159 trang với 14 bảng, 85 hình. Ngồi phần mở đầu (3 trang), kết luận (23
trang), danh mục các cơng trình cơng bố (2 trang) và tài liệu tham khảo (20 trang) luận án

đƣợc chia thành 3 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan 38 trang
Chƣơng 2: Thực nghiệm 20 trang
Chƣơng 3: Kết quả và biện luận 68 trang
Đóng góp mới của luận án:
1.

Đã nghiên cứu tổng hợp thành công BCP với các tỷ lệ HAp:-TCP khác nhau

(1,53; 1,57; 1,61) tại pH khác nhau (7; 9; 11) bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm.
Sản phẩm thu đƣợc có kích thƣớc nano và đồng đều hơn so với phƣơng pháp kết tủa khơng
kết hợp với sóng siêu âm.
2.

Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-Gelatin, HPA-

Chitosan và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP, HPA-Chitosan/BCP. Kết quả cho thấy cả
hydrogel và hydrogel composite có khối lƣợng suy giảm q nhanh khơng phù hợp cho ghép
và tái tạo xƣơng.
3.

Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-PEG-Gelatin,

TA-TE-Chitosan, TA-PEG-Chitosan , TA-PEG-Chitosan oxi hóa và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP, TA-TE-Chitosan/BCP, TA-PEG-Chitosan/BCP , TA-PEG-Chitosan oxi
hóa/BCP. Kết quả cho thấy hydrogel và hydrogel composite với hệ xúc tác H2O2/HRP có thời
gian gel hóa nhanh, có cấu trúc xốp phù hợp cho xƣơng, khơng độc với tế bào xƣơng MG-63,
tƣơng hợp sinh học tốt, khối lƣợng suy giảm phù hợp cho ghép và tái tạo xƣơng, tuy nhiên chỉ
có hydrogel composite có khả năng kích thích và tạo mầm tinh thể HAp trên bề mặt. Do đó
chỉ có hydrogel composite phù hợp cho ghép và tái tạo xƣơng.
Phƣơng pháp nghiên cứu:

Sử dụng phƣơng pháp mới trong tổng hợp nano BCP là phƣơng pháp kết tủa kết hợp
sóng siêu âm tổng hợp hạt nano BCP ứng dụng trong vật liệu sinh y.
Sử dụng phƣơng pháp phổ nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc của
sản phẩm
Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM để đánh giá hình thái của sản phẩm.
Sử dụng các phƣơng pháp biến tính vật liệu sinh học hiện đại và kỹ thuật dùng màng
thẩm tách để điều chế các polymer.
Sử dụng các phƣơng pháp phân tích cấu trúc và đánh giá độ chuyển hoá của quá trình
biến tính các polymer nhƣ : 1H NMR, UV-Vis.
Footer Page 5 of 148.

Trang 5


Header Page
6 oftắt
148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
Sử dụng các kỹ thuật nuôi cấy tế bào để đánh giá tƣơng hợp sinh học của các loại
hydrogel và hydrogel composite tổng hợp.
Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM và phƣơng pháp phân tích nguyên tố EDS để
khảo sát khả năng tạo khoáng của hydrogel và hydrogel composite.
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3. 1. TỔNG HỢP BCP
3.1.1. Kết quả phân tích XRD của BCP

Hình 3.1: Giản đồ XRD của HAp và β-TCP với tỉ lệ Ca/P = 1,53 tại các pH: (a) pH=7,
(b) pH=9 và (c) pH=11
Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu nghiên cứu đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P =

1,53 (hình 3.1), tại pH=7 và pH=9 có các pic đặc trƣng của β-TCP: 25,80 (10 10); 27,77
(214); 31,03 (0210); 34,37 (220); 52,94 (20 20) [62, 104, 105] và các pic đặc trƣng của HAp:
25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 46,69 (222);
49,51 (320); 53,27 (411) [101-103]. Điều này khẳng định các mẫu đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol
Ca/P = 1,53, tại pH=7 và pH=9 là BCP (hỗn hợp β-TCP và HAp).
Giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53 (hình 3.1) tại pH=11 chỉ tồn tại các
pic đặc trƣng của HAp: 25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300);
34,22 (310); 46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411) [101-103]. Điều này khẳng định các mẫu
đó là HAp tại pH=11.
Trong khi đó, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,57 [phụ lục 3] cũng cho kết
quả giống nhƣ với tỉ lệ mol Ca/P=1,53, sản phẩm tại pH=7 và pH=9 có hai pha tinh thể β-TCP
và HAp và tại pH=11 chỉ tồn tại pha HAp.
Tuy nhiên, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,61 [phụ lục 4] tại pH=7 sản
phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp, cịn tại pH=9 và pH=11 sản phẩm chỉ có 1 pha HAp.
Các cơng trình nghiên cứu trƣớc [62] cho thấy với tỉ lệ mol Ca/P=1,50 thì tổng hợp
đƣợc β-TCP, cịn với tỉ lệ mol Ca/P=1,67 [64, 65] thì sẽ tổng hợp đƣợc HAp, nên khi tỉ lệ
mol Ca/P càng gần 1,67 thì xu thế tạo thành sản phẩm HAp càng nhiều. Tuy nhiên, khi môi
Footer Page 6 of 148.

Trang 6


Header Page
7 oftắt
148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
trƣờng phản ứng càng base thì phản ứng càng có xu thế tạo thành sản phẩm HAp. Do đó với
tỉ lệ mol Ca/P=1,53 và 1,57 tại pH=7 và pH=9 phản ứng vẫn có xu hƣớng tạo thành β-TCP,
nên sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp. Cịn tỉ lệ mol Ca/P=1,53 và 1,57 tại pH=11

sản phẩm tạo thành chỉ có HAp.
Với tỉ lệ mol Ca/P=1,61 tại pH=7 phản ứng vẫn có xu hƣớng tạo thành β-TCP, nên
sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp. Cịn tỉ lệ mol Ca/P=1,61 tại pH=9 và pH=11 sản
phẩm tạo thành chỉ có HAp.
Kết quả này phù hợp với những nghiên cứu đã đƣợc công bố của Bahman Mirhadi
(2011) [62], Byong- Taek Lee [63].
Thành phần HAp hoặc β-TCP, theo Sylvie Raynaud [106] đƣợc tính tốn dựa trên các
pic nhiễu xạ là mặt phẳng (2 1 0) tại 2θ = 29,14° hoặc mặt phẳng (2 1 1) 2θ = 31,86° đối với
HAp và mặt phẳng (0 2 10) tại 2θ= 31,08° đối với β-TCP (các pic này đƣợc đánh dấu bằng
mũi tên trên hình 3.1). Tỷ lệ cƣờng độ đƣợc sử dụng để phân tích định lƣợng calcium
phosphate hai pha chứa HAp và β-TCP đƣợc xác định dựa trên đƣờng chuẩn của R1 theo
lƣợng (%) HAp [phụ lục 8] hoặc đƣờng chuẩn của R2 theo lƣợng (%) β-TCP [phụ lục 9]. Phần
trăm khối lƣợng của β-TCP và HAp của các mẫu nghiên cứu đƣợc tổng hợp đƣợc thể hiện
trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Tổng hợp các thông số và phần trăm khối lƣợng của β-TCP và HAp theo tỉ
lệ mol Ca/P
Tỉ lệ mol

pH

1,53

1,57

1,61

R2

%mβ-TCP

%m HAp

7

2,8

35,8

64,2

9

2,7

33,8

66,2

11

0,0

0,0

100,0

7

2,4

26,3

73,7

9

1,6

18,8

81,2

11

0,0

0,0

100,0

7

2,1

23,6

76,4

9

0,0

0,0

100,0

11

0,0

0,0

100,0

Theo các nghiên cứu của Carlos A. Garrido [52] sản phẩm BCP với tỉ lệ % khối lƣợng
-TCP:HAp là 35: 65 phù hợp với ứng dụng cho xƣơng. Cho nên trong luận án này, chúng tôi
sử dụng sản phẩm BCP có % khối lƣợng -TCP:HAp là 33,8: 66,2 dùng tạo hydrogel
composite nhằm giúp xƣơng phát triển (BCP đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P là 1,53, pH
môi trƣờng phản ứng là 9).
Footer Page 7 of 148.

Trang 7


Header Page
8 oftắt
148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu

3.1.2. Kết quả phân tích IR của BCP
Phổ đồ FTIR cho thấy pic 3573 cm1 tƣơng ứng với các dao động của nhóm OH trong
HAp và pic 635 cm-1 là dao động giãn của nhóm OH trong HAp. Các dải rất mạnh tại 1032
cm-1 và 1092 cm-1 tƣơng ứng với các nhóm PO4-3. Pic 962 cm-1 tƣơng ứng với dao động bất
đối xứng của liên kết P-O trong nhóm PO43-, và các pic 603 cm-1 và 570 cm-1 tƣơng ứng với
dao động uốn của PO4 trong HAp [62, 104, 105, 107-112].
Kết qủa phân tích này khẳng định mẫu nghiên cứu có chứa HAp.
Do đó kết hợp kết quả phân tích FTIR với kết quả phân tích XRD có thể khẳng định
tùy theo điều kiện phản ứng sẽ thu đƣợc sản phẩm là BCP (hỗn hợp β-TCP và HAp) hoặc
HAp.
3.1.3. Kết quả khảo sát hình thái của BCP bằng hình ảnh SEM
Kết qủa hình SEM cho thấy: phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm (hình 3.3) cho
sản phẩm kích thƣớc nano và kích thƣớc các hạt tƣơng đối đồng đều. Trong khi đó phƣơng
pháp kết tủa khơng sử dụng sóng siêu âm [111] cho sản phẩm có kích thƣớc micro và đa phân
tán (hình 3.4).
Điều này có thể đƣợc giải thích bởi sóng siêu âm làm tăng hiệu ứng hóa học và hiệu
ứng vật lý, q trình tạo-vỡ bọt xảy ra gần bề mặt phân pha lỏng-rắn làm giảm sự tích tụ của
các hạt. Ngồi ra sóng siêu âm tăng tốc độ tạo mầm tinh thể dẫn đến sản phẩm tạo thành có
kích thƣớc nhỏ hơn khi khơng sử dụng sóng siêu âm [113-115]. Vì vậy, trong nghiên cứu
chúng tơi sử dụng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm để tổng hợp BCP.

Hình 3.3: Hình ảnh SEM của HAp tổng hợp bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng
siêu âm với tỉ lệ mol Ca/P= 1,61 tại pH=9

Hình 3.4: Hình ảnh SEM của HAp tổng hợp theo phƣơng pháp kết tủa khơng sử dụng sóng
siêu âm với tỉ lệ mol Ca/P= 1,67; tại pH=8 (h-1) và pH=9 (i-1) [111]

Footer Page 8 of 148.

Trang 8

Header Page
9 oftắt
148.
Tóm
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
Phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm cho sản phẩm từ các phản ứng với các tỉ lệ
mol Ca/P (1,53; 1,57; 1,61) tại các pH khác nhau (7; 9; 11) đều có kích thƣớc nano từ 70 đến
100 nm và tƣơng đối đồng đều.
3.2. HYDROGEL COMPOSITE TA-GELATIN/BCP
3.2.1. Tổng hợp TA-Gelatin
a. Xác định thành phần, cấu trúc của TA-Gelatin
Sản phẩm TA-Gelatin đƣợc tổng hợp thông qua phản ứng giữa nhóm amin của
tyramin và nhóm carboxyl của gelatin.
Phổ 1H NMR của TA-Gelatin đƣợc đo trong H2O

Hình 3.7: Phổ 1H NMR của TA-Gelatin
Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có các tín hiệu của các proton có trong gelatin nhƣ pic
đơn ở vị trí 4,8 ppm (proton vị trí anomeric carbone của gelatin) và các pic ở vị trí 0,84,6ppm (proton của các nhóm alkyl của gelatin. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của
Park [116, 117].
Sự xuất hiện của pic đơi ở vị trí 6,754; 7,105 ppm trong phổ cộng hƣởng từ hạt nhân
của TA-Gelatin chứng tỏ sự có mặt của proton Ha, Hb (nhóm -CH=CH- trong nhân thơm) của
tyramin. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của Park [116, 117], điều này chứng tỏ TAGelatin đã đƣợc tổng hợp thành công.
b. Xác định lượng TA trong TA-Gelatin
Lƣợng TA trong TA-Gelatin đƣợc xác định bằng phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis).
Kết quả phân tích lƣợng TA trong TA-Gelatin cho thấy trong 100mg TA-Gelatin có 0,538mg
TA tƣơng đƣơng 0,00392 mmol TA.
3.2.2. Tổng hợp hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP
a. Xác định lượng H2O2 tối thiểu để tạo gel

Theo nghiên cứu của Kurisawa [97] số mol H2O2 tối thiểu cần phản ứng là 60% số
mol TA. Trên cơ sở đó, chúng tơi tính lƣợng H2O2 tối thiểu cần phản ứng với TA trong 10mg
TA-Gelatin để tạo gel là 0,00235 mmol tƣơng đƣơng lƣợng H2O2 là 0,008% trong dung dịch
TA-Gelatin 10%. Ngồi ra nồng độ H2O2 khơng sử dụng cao hơn 0,25% vì sẽ gây độc đối với
tế bào [119].
Footer Page 9 of 148.

Trang 9


Header Page
10 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
b. Khảo sát thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TAGelatin/BCP
Thời gian gel hóa của hydrogel là thơng số có ý nghĩa trong việc định hƣớng ứng dụng
vật liệu nhƣ: tiêm hydrogel trực tiếp vào vết thƣơng hoặc định hình hydrogel trƣớc khi ghép
hydrogel vào vết thƣơng. Kết quả khảo sát thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và
hydrogel composite TA-Gelatin/BCP bằng cách thay đổi lƣợng H2O2 và lƣợng HRP trong
dung dịch TA-Gelatin đƣợc thể hiện thông qua hình 3.8 và hình 3.9.

Hình 3.8: Đồ thị thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite
TA-Gelatin/BCP theo lƣợng H2O2/TA-Gelatin tại lƣợng HRP/TA-Gelatin là 0,00025% và
nồng độ TA-Gelatin 10%

Hình 3.9: Đồ thị thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite
TA-Gelatin/BCP theo lƣợng HRP/TA-Gelatin tại lƣợng H2O2/TA-Gelatin là 0,01% và nồng
độ TA-Gelatin 10%
Các đồ thị trên cho thấy thời gian gel hóa của hydrogel khá nhanh trong vài phút, và

lƣợng H2O2, lƣợng HRP ảnh hƣởng đến thời gian tạo gel.
Khi tăng lƣợng H2O2/TA-Gelatin từ 0,008 lên 0,025% (lƣợng HRP/TA-Gelatin
0,00025%, nồng độ TA-Gelatin 10%) thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin tăng từ 70
đến 180 giây. Kết quả này phù hợp với kết quả của các nghiên cứu trƣớc Jin [96], Kurisawa
[97], Veitch [119]. Điều này đã đƣợc giải thích nhƣ sau: khi lƣợng H2O2 cao, H2O2 ức chế
enzyme HRP làm cho thời gian tạo gel tăng lên.
Khi tăng lƣợng HRP/TA-Gelatin từ 0,00013 đến 0,001% (lƣợng H2O2/TA-Gelatin
0,01%, nồng độ TA-Gelatin 10%) thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin giảm từ 98 cịn
48 giây. Điều này có thể giải thích nhƣ sau: khi lƣợng HRP tăng thời gian tạo gel nhanh hơn
Footer Page 10 of 148.

Trang 10


Header Page
11 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
do lƣợng enzyme xúc tác nhiều hơn nên liên kết ngang tạo thành nhanh hơn dẫn đến rút ngắn
thời gian tạo gel [96].
Trong trƣờng hợp hydrogel composite TA-Gelatin/BCP thời gian tạo gel ít thay đổi so
với thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin. Ví dụ: thời gian tạo gel của TA-Gelatin là 70
giây khi nồng độ TA-Gelatin 10%, lƣợng HRP/TA-Gelatin 0,00025 % và lƣợng H2O2/TAGelatin 0,008%, khi có thêm BCP với lƣợng 10% thời gian tạo gel là 68 giây.
Điều này có thể giải thích do tƣơng tác của các hạt BCP và gelatin. Nhóm chức NH2,
OH, COOH của gelatin liên kết hydrogen với nhóm OH của HAp trong BCP, ngồi ra cịn có
liên kết tạo phức của nhóm NH2 của gelatin và ion Ca2+ của BCP [120-123]. Các liên kết giữa
các hạt BCP và gelatin làm mật độ liên kết của hydrogel composite tăng do đó thời gian tạo
gel của hydrogel composite giảm. Trái lại, BCP làm tăng độ nhớt của dung dịch nên ảnh
hƣởng đến quá trình khuếch tán xúc tác dẫn đến thời gian tạo liên kết ngang tăng dần. Dẫn

đến kết quả thời gian tạo gel của hydrogel composite TA-Gelatin/BCP ít thay đổi so với thời
gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin.
Tóm lại: thời gian gel hóa có thể điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu thực tiễn ứng
dụng bằng cách thay đổi lƣợng H2O2 hoặc HRP trong dung dịch TA-Gelatin.
3.2.3. Khảo sát hình thái của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TAGelatin/BCP

Hình 3.10: Hình ảnh SEM của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP
với các lƣợng BCP khác nhau
Hình ảnh SEM đƣợc sử dụng để khảo sát hình thái học của hydrogel TA-Gelatin và
hydrogel composite TA-Gelatin/BCP với các lƣợng BCP khác nhau (hình 3.10). Kết quả cho
thấy hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP có cấu trúc khơng gian ba
chiều xốp. Trong khi vật liệu đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp đúc khơng có cấu trúc xốp
nhƣ hydrogel [124-127].
Cấu trúc không gian 3 chiều, xốp của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite
TA-Gelatin/BCP tạo khoảng cƣ trú cho tế bào dịch chuyển và lƣu thơng các yếu tố chuyển
hóa tạo xƣơng. Ngồi ra, tế bào và mạch máu có thể phát triển bên trong các lỗ xốp của vật
liệu giúp xƣơng phát triển bên trong vật liệu [27, 123]. Do đó, cấu trúc xốp của hydrogel và
hydrogel composite phù hợp cho ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xƣơng.

Footer Page 11 of 148.

Trang 11


Header Page
12 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
3.2.6. Khảo sát khối lƣợng suy giảm sinh học của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel

composite TA-Gelatin/BCP
Phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng theo thời gian đƣợc sử dụng để khảo sát khối
lƣợng suy giảm của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/ BCP, kết quả
đƣợc thể hiện qua hình 3.11.

Hình 3.11: Đồ thị khối lƣợng (%) suy giảm của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel
composite TA-Gelatin/BCP theo thời gian
Kết quả khảo sát khối lƣợng suy giảm của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel
composite TA-Gelatin/BCP cho thấy hydrogel khơng có BCP khối lƣợng suy giảm nhanh hơn
nhiều so với hydrogel composite có BCP. Lƣợng BCP trong hydrogel composite càng tăng thì
khối lƣợng (%) suy giảm của hydrogel composite càng nhỏ. Ví dụ: sau 18 giờ TA-Gelatin
suy giảm 97% và TA-Gelatin-5%BCP suy giảm 66%, TA-Gelatin-10%BCP suy giảm 45%.
Điều này có thể giải thích do tƣơng tác của các hạt BCP và gelatin. Nhóm chức NH2, OH,
COOH của gelatin liên kết hydrogen với nhóm OH của HAp trong BCP, ngồi ra cịn có liên
kết tạo phức của nhóm NH2 của gelatin và ion Ca2+ của BCP [120-123].
Tuy vậy, khối lƣợng suy giảm gần 100% sau 42 giờ không phù hợp để ứng dụng trong
lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xƣơng.
3.3. HYDROGEL COMPOSITE TA-PEG-GELATIN/BCP
3.3.1. Tổng hợp TA-PEG-Gelatin
a. Xác định thành phần, cấu trúc của TA-PEG-Gelatin
Tổng hợp NPCPEGNPC
Để tổng hợp TA-PEG-Gelatin cần phải hoạt hóa hai nhóm OH cuối của PEG bởi p
nitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian NPC-PEG- NPC.
Phổ 1H NMR đo trong dung môi H2O

Footer Page 12 of 148.

Trang 12

Header Page
13 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu

Hình 3.13: Phổ 1H NMR của NPCPEGNPC
Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có các tín hiệu của các proton có trong PEG nhƣ pic đơn
ở δ = 3,64ppm chứng tỏ sự có mặt của proton H trên mạch PEG ở vị trí liên kết với nhóm (-OCH2-CH2-).Tín hiệu pic ở δ = 4,42ppm là tín hiệu của proton H trên mạch PEG liên kết với
nhóm NPC (NPC-O-CH2-). Hai tín hiệu pic ở δ = 7,38ppm và δ = 8,26ppm là tín hiệu của
proton H của nhóm NPC (-CH=CH-). Các kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Park
[117]. Mức độ hoạt hóa đạt khoảng 97% đƣợc tính từ tỷ lệ tích phân của proton thơm (NPC)
và proton methylene (PEG).
Tổng hợp TAPEGNPC
Trong giai đoạn này, liên kết urethane đƣợc tạo thành từ phản ứng giữa nguyên tử nitơ
trong phân tử tyramin và nhóm C=O của hợp chất NPC-PEG-NPC tạo sản phẩm TA-PEGNPC.
Phổ 1H NMR đo trong dung mơi H2O

Hình 3.15: Phổ 1H NMR của TAPEGNPC
Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có các tín hiệu của các proton thơm của nhóm Tyramin ở
δ= 6,77 và 7,02 ppm. Ngoài ra, ở vùng 8,29 – 8,38 ppm thể hiện tín hiệu của proton thơm
(NPC). Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Park [171]. Khoảng 67% NPC đƣợc thay thế
bởi TA thu đƣợc từ kết quả tính tỷ lệ tích phân của proton thơm (NPC) và proton thơm liên
hợp của TA.
Tổng hợp TA-PEG-Gelatin
Trong giai đoạn phản ứng này, phản ứng urethane đƣợc tạo thành từ nhóm NH2 trên
mạch gelatin và nhóm C=O của sản phẩm trung gian NPCPEGTA.
Phổ 1H NMR đo trong dung môi H2O
Footer Page 13 of 148.

Trang 13


Header Page
14 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu

Hình 3.17: Phổ 1H NMR TA-PEG-Gelatin
Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có các tín hiệu của các proton có trong gelatin nhƣ mũi
đơn ở vị trí 4,8 ppm (proton vị trí anomeric carbone của gelatin) và các mũi ở vị trí 0,84,6ppm (proton của các nhóm alkyl) của gelatin.
Pic đơn ở δ = 3,64ppm là tín hiệu nhóm methylene của mạch PEG.
Hai tín hiệu pic ở δ = 6,77ppm và δ = 7,09ppm là tín hiệu proton liên hợp vịng thơm
của tyramin.
Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của Park [116,117].
Phổ đồ FTIR của gelatin [phụ lục 8] có những pic 1636 và 1550 cm-1 đặc trƣng cho
dao động N-H của amin, các pic này không xuất hiện trong phổ đổ FTIR của TA-PEG-gelatin
[phụ lục 9] do phản ứng urethane đƣợc tạo thành từ nhóm NH2 trên mạch gelatin và nhóm
C=O của sản phẩm trung gian NPCPEGTA khi tổng hợp TA-PEG-gelatin.
b. Xác định lượng TA trong TA-PEG-Gelatin
Lƣợng TA trong TA-PEG-Gelatin đƣợc xác định bằng phổ tử ngoại-khả kiến (UVVis). Kết quả phân tích lƣợng TA trong TA-PEG-Gelatin cho thấy trong 100mg TA-PEGGelatin có 0,83904mg TA tƣơng đƣơng 0,00612mmol TA.
3.2.2. Tổng hợp hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEGGelatin /BCP
a. Xác định lượng H2O2 tối thiểu để tạo gel
Theo nghiên cứu của Kurisawa [97] số mol H2O2 tối thiểu cần phản ứng là 60% số
mol TA. Trên cơ sở đó, chúng tơi tính lƣợng H2O2 tối thiểu cần phản ứng với TA trong
100mg TA-PEG-Gelatin để tạo gel là 0,00367 mmol tƣơng đƣơng lƣợng H2O2 là 0,0125%
trong dung dịch TA-PEG-Gelatin 10%. Ngồi ra nồng độ H2O2 khơng sử dụng cao hơn 0,25%
vì sẽ gây độc đối với tế bào [119].
b. Khảo sát thời gian gel hóa của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite

TA-PEG-Gelatin/BCP
Kết quả khảo sát thời gian gel hóa của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel
composite TA-PEG-Gelatin/BCP bằng cách thay đổi lƣợng H2O2 và lƣợng HRP trong dung
dịch TA-PEG-Gelatin đƣợc thể hiện thông qua hình 3.18 và hình 3.19.
Footer Page 14 of 148.

Trang 14


Header Page
15 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu

Hình 3.18: Đồ thị thời gian gel hóa của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel
composite TA-PEG-Gelatin/BCP theo lƣợng H2O2/TA-Gelatin tại lƣợng HRP/TA-Gelatin là
0,00025% và nồng độ TA-PEG-Gelatin 10%

Hình 3.19: Đồ thị thời gian gel hóa của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel
composite TA-PEG-Gelatin/BCP theo lƣợng HRP/TA-PEG-Gelatin là 0,0125% và nồng độ
TA-PEG-Gelatin 10%
Các đồ thị trên cho thấy thời gian gel hóa của hydrogel khá nhanh trong vài phút, và
lƣợng H2O2, lƣợng HRP ảnh hƣởng đến thời gian tạo gel.
Khi tăng lƣợng H2O2/TA-PEG-Gelatin từ 0,0125 lên 0,1% (lƣợng HRP/TA-PEGGelatin 0,0025%, nồng độ TA-PEG-Gelatin 10%) thời gian tạo gel của hydrogel TA-PEGGelatin tăng từ 50 đến 168 giây.
Khi tăng lƣợng HRP/TA-PEG-Gelatin từ 0,00013 đến 0,01 % (lƣợng H2O2/ TA-PEGGelatin 0,0125%, nồng độ TA-PEG-Gelatin 10%) thời gian tạo gel của hydrogel TA-PEGGelatin giảm từ 80 còn 77 giây.
Trong trƣờng hợp hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP thời gian tạo gel ít thay
đổi so với thời gian tạo gel của hydrogel TA-PEG-Gelatin. Ví dụ: thời gian tạo gel của TAPEG-Gelatin là 80 giây khi nồng độ TA-PEG-Gelatin 10%, lƣợng HRP/TA-PEG-Gelatin
0,0013% và lƣợng H2O2/TA-PEG-Gelatin 0,0125%; khi có thêm BCP với lƣợng 10% thời
gian tạo gel là 77 giây.

Footer Page 15 of 148.

Trang 15


Header Page
16 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu

3.3.3. Khảo sát hình thái hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP

Hình 3.20: Hình ảnh SEM của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP với các lƣợng BCP khác nhau
Hình ảnh SEM đƣợc sử dụng để khảo sát hình thái học của hydrogel TA-PEG-Gelatin
và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP với các lƣợng BCP khác nhau (hình 3.20). Kết
quả cho thấy hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP có cấu
trúc khơng gian ba chiều xốp phù hợp cho ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xƣơng.
3.3.4. Khảo sát khối lƣợng suy giảm sinh học của hydrogel TA-PEG-Gelatin và
hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP

Hình 3.21: Đồ thị % khối lƣợng suy giảm của TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite
TA-PEG-Gelatin/BCP theo thời gian
Kết quả khảo sát khối lƣợng suy giảm của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel
composite TA-PEG-Gelatin/BCP cho thấy hydrogel không có BCP khối lƣợng suy giảm
nhanh hơn so với hydrogel composite có BCP. Lƣợng BCP trong hydrogel composite càng
tăng thì khối lƣợng (%) suy giảm của hydrogel composite càng nhỏ. Ví dụ: sau 3 tuần TAPEG-Gelatin suy giảm 12% và TA-PEG-Gelatin-5%BCP suy giảm 11%, TA-PEG-Gelatin 10%BCP suy giảm 10%.
Hydrogel composite TA-PEG-Gelatin, TA-PEG-Gelatin 5%BCP và TA-PEG-Gelatin10%BCP hydrogel composite có khối lƣợng mất đi sau 4 tuần là 20,89; 19,49 và 17,73%.
Hydrogel TA-PEG-Gelatin có thời gian suy giảm dài hơn hydrogel TA-Gelatin. Thời gian

suy giảm của hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP và hydrogel TA-PEG-Gelatin dài
hơn 4 tuần, điều này khẳng định PEG gắn lên mạch polymer gelatin làm gelatin khó suy
giảm.
Footer Page 16 of 148.

Trang 16


Header Page
17 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
Tóm lại, hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP suy giảm gần
100% sau 42 giờ nhƣng sau khi biến tính gắn PEG vào gelatin thì khối lƣợng suy giảm chậm
lại rõ rệt, sau 4 tuần hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin chỉ
suy giảm gần 20% khối lƣợng.
3.3.5. Đánh giá tính tƣơng hợp sinh học của hydrogel TA-PEG-Gelatin và
hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP
Tính tƣơng hợp sinh học của hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đƣợc khảo sát
trên cơ sở độc tính tế bào của vật liệu và trên cơ sở sự bám dính và phát triển của tế bào trên
vật liệu.
a. Tính tương hợp sinh học của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite
TA-PEG-Gelatin/BCP trên cơ sở độc tính tế bào

Hình 3.22: Đồ thị khảo sát độc tính tế bào của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel
composite TA-PEG-Gelatin/BCP
Độc tính tế bào của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEGGelatin/BCP đƣợc khảo sát bằng phƣơng pháp MTT trên tế bào xƣơng MG-63.
Kết quả khảo sát tính tƣơng hợp sinh học trên cơ sở độc tính tế bào của hydrogel TAPEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP cho thấy: với các nồng độ pha
loãng dung dịch chiết mẫu khác nhau (0, 25, 50, 75, 100%) cả hydrogel TA-PEG-Gelatin lẫn

hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đều có tỉ lệ sống của tế bào trên 97%.
Dựa trên tiêu chuẩn ISO 10993-5, 1999 (vật liệu không độc đối với tế bào khi tại các
nồng độ pha loãng dung dịch chiết mẫu tỉ lệ tế bào sống đều cao hơn 70%), cho thấy
hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đều không độc đối
với tế bào.

Footer Page 17 of 148.

Trang 17


Header Page
18 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
b. Tính tương hợp sinh học của hdrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP trên cơ sở sự bám dính và phát triển của tế bào trên vật liệu

Hình 3.23: Sự bám dính và phát triển của tế bào xƣơng MG-63 trên hydrogel TA-PEGGelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP sau thời gian 5 ngày
Khảo sát sự bám dính và phát triển của tế bào xƣơng MG-63 trên hydrogel TA-PEGGelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đƣợc quan sát dƣới kính hiển vi huỳnh
quang. Nhân tế bào màu xanh sau khi nhuộm tế bào với thuốc nhuộm DAPI. Kết quả (hình
3.23) cho thấy: sau 5 ngày, tế bào bám và phát triển rất tốt thành 1 lớp phủ trên bề mặt cả
hydrogel và hydrogel composite. Do đó có thể khẳng định tính tƣơng hợp sinh học cao của
hydrogel TA-PEG-Gelatin và cả hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP đối với tế bào
xƣơng MG-63. Điều này có thể giải thích bởi gelatin và BCP đều có khả năng kích thích, thúc
đẩy sự phát triển của tế bào, đặc biệt BCP thúc đẩy quá trình phát triển của tế bào xƣơng do
BCP có khả năng hấp thụ protein của mơi trƣờng ni cấy trong q trình phát triển tế bào
xƣơng[139-144]. Mặt khác các hạt BCP tạo tạo bề mặt gồ ghề giúp tế bào bám dính tốt [145,
146].
Kết quả thu đƣợc cho thấy hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP có nhiều tiềm năng ứng dụng trong tái tạo mô xƣơng.

3.3.6. Khảo sát khả năng tạo khoáng của hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel
composite TA-PEG-Gelatin/BCP

Hình 3.24: Hình ảnh SEM và EDS của hydrogel TA-PEG-Gelatin sau 2 tuần ngâm
trong dung dịch SBF
Khả năng tạo khoáng đƣợc sử dụng để dự đốn các hoạt tính sinh học của vật liệu
trong nghiên cứu in vitro, in vivo chẳng hạn nhƣ khả năng tạo mầm và phát triển tinh thể
apatite carbonate trên bề mặt của vật liệu [121,122].
Chúng tơi khảo sát sự hình thành khống apatite carbonate của hydrogel TA-PEGGelatin sau thời gian ngâm vật liệu 2 tuần trong dung dịch SBF và đƣợc đơng khơ. Quan sát
hình ảnh SEM (hình 3.24) với kích thƣớc 100µm ta thấy hydrogel TA-PEG-Gelatin vẫn giữ
Footer Page 18 of 148.

Trang 18


Header Page
19 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
đƣợc thành phần, cấu trúc xốp. Hình ảnh SEM với kích thƣớc 10µm cho thấy trên bề mặt
hydrogel xuất hiện các tinh thể lớn 1-2µm. Kết quả phân tích EDS các tinh thể đó (hình 3.24)
cho thấy xuất hiện các nguyên tố Na (36,69%), Cl (50,91%) của muối NaCl trong dung dịch
SBF và xuất hiện nguyên tố Au (12,40%) do lớp vàng phủ lên mẫu để phân tích EDS.

Hình 3.25: Hình ảnh SEM và EDS của hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP sau
2 tuần ngâm trong dung dịch SBF
Bảng 3.4: Thành phần % khối lƣợng các nguyên tố trong phân tích EDS của hydrogel
composite TA-PEG-Gelatin/BCP sau 2 tuần ngâm trong dung dịch SBF
% khối lƣợng

Mẫu nghiên cứu
C

O

Na

P

Cl

Ca

TA-PEG-Gelatin-5%BCP

17,38

28,54

3,45

11,67

5,67

33,30

TA-PEG-Gelatin-10%BCP

10,45

24,17

2,53

13,11

2,95

46,79

Khảo sát bằng hình ảnh SEM hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP với lƣợng
BCP 5% và 10%, sau thời gian ngâm vật liệu 2 tuần trong dung dịch SBF và đƣợc đông khô.
Kết quả cho thấy hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP vẫn giữ đƣợc cấu trúc xốp. Hình
ảnh SEM với kích thƣớc 3µm (hình 3.25) cho thấy trên bề mặt hydrogel composite xuất hiện
các hạt tinh thể rất nhỏ. Phân tích EDS các hạt tinh thể trên (hình 3.25) cho thấy ngồi các
nguyên tố Na, Cl còn xuất hiện nguyên tố C, O, P, Ca là các nguyên tố cấu thành calcium
phosphate, calcium carbonate. Kết quả phân tích trong bảng 3.4 cho thấy phần lớn mầm tinh
thể chứa các nguyên tố Ca, P, O, C là nguyên tố cấu thành calcium phosphate và calcium
carbonate và phần còn lại là các tinh thể chứa nguyên tố Na, Cl.
Các kết quả nghiên cứu của Mohamed [123], Amir [124], Gu [125] khẳng định: BCP
tăng cƣờng khả năng tạo khống với vai trị nhƣ các mầm apatite carbonate, đồng thời cũng là
nguồn cung cấp ion calcium và ion phosphate cho quá trình phát triển mầm tinh thể và tinh
thể apatite carbonate.
Phân tích cấu trúc pha của hydrogel composit trƣớc và sau khi ngâm hydrogel
composit trong dung dịch SBF bằng phƣơng pháp nhiễu xạ XRD khẳng định sự hình thành
khống apatit của hydrogel composit sau khi ngâm trong dung dịch SBF. Giản đồ nhiễu xạ
XRD của hydrogel và hydrogel composit trƣớc khi ngâm SBF [phụ lục 10] có các pic tinh thể
Footer Page 19 of 148.

Trang 19


Header Page
20 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
của PEG tại vị trí 9.10◦ và 23.30◦, và HAp 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310);
46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411), sau khi ngâm hydrogel composit trong dung dịch SBF
7, 14 ngày giản đồ nhiễu xạ XRD xuất hiện thêm các pic của CaCO3 tại vị trí 2 theta 26,34;
33,24 điều này khẳng định sự tạo thành của khoáng apatit của hydrogel composit sau khi
ngâm trong dung dịch SBF.
Do đó trên cơ sở kết quả thực nghiệm của luận án cho thấy hydrogel composite TAPEG-Gelatin/BCP có hiệu quả trong q trình hình thành và phát triển của khống apaptite
carbonate.
3.4. HYDROGEL COMPOSITE HPA-CHITOSAN/BCP
Tổng hợp HPA-Chitosan thông qua phản ứng giữa nhóm amin của chitosan và nhóm
carboxyl của HPA. Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của HPAChitosan.
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở
nhiệt độ phòng. Thời gian tạo gel, hình thái và khối lƣợng suy giảm của hydrogel HPAChitosan và hydrogel composite HPA-Chitosan/BCP đƣợc khảo sát.
3.5. HYDROGEL COMPOSITE TA-TE-CHITOSAN/BCP
Tyramintetronicchitosan đƣợc tổng hợp qua 3 giai đoạn
Tổng hợp tetronicNPC, trƣớc hết chúng tơi hoạt hóa 4 nhóm −OH cuối mạch của
tetronic bởi pnitrophenyl chloroformate (NPC) tạo sản phẩm Tetronic  NPC.
Tổng hợp tyramintetronicNPC, tetronic NPC đƣợc dùng làm tác chất cho phản
ứng ghép với tyramin (TA). Trong phản ứng này liên kết urethane đƣợc tạo thành từ phản ứng
giữa tử nitơ trong phân tử tyramin và nhóm C=O của hợp chất Tetronic  NPC tạo sản phẩm
là TA  Tetronic  NPC.
Tổng hợp tyramintetronicchitosan, trong giai đoạn phản ứng này, nhóm NH2 trên

mạch chitosan sẽ tác kích vào liên kết C=O của hợp chất NPCPEGTA tạo sản phẩm TATe-Chitosan.
Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của TA-Te-Chitosan .
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở
nhiệt độ phịng. Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, và
khả năng tạo khoáng của hydrogel TA-Te-Chitosan và hydrogel composite TA-TeChitosan/BCP đƣợc khảo sát.

Footer Page 20 of 148.

Trang 20


Header Page
21 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
3.6. HYDROGEL COMPOSITE TAPEGCHITOSAN/BCP
TA-PEG-Chitosan qua 3 giai đoạn:
Tổng hợp NPCPEGNPC, tổng hợp PEG ghép chitosan, hai nhóm OH cuối của PEG
sẽ đƣợc hoạt hóa bởi pnitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian PEG  NPC.
Tổng hợp TAPEGNPC, trong giai đoạn này, liên kết urethane đƣợc tạo thành từ
phản ứng giữa tử nitơ trong phân tử tyramin và nhóm C=O của hợp chất NPC-PEG-NPC tạo
sản phẩm TAPEGNPC.
Tổng hợp TA-PEG-Chitosan, trong giai đoạn phản ứng này, phản ứng urethane đƣợc
tạo thành từ nhóm NH2 trên mạch chitosan và nhóm C=O của sản phẩm trung gian NPC
PEGTA.
Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của TA-PEG-Chitosan.
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở
nhiệt độ phịng. Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, và
khả năng tạo khoáng của hydrogel TA-PEG-Chitosan và hydrogel composite TA-PEGChitosan/BCP đƣợc khảo sát.

3.7. HYDROGEL COMPOSITE TAPEGCHITOSAN OXI HĨA/BCP
TAPEGChitosan oxi hóa đƣợc tổng hợp qua 4 bƣớc:
Oxi hóa chitosan dùng NaIO4, ion periodate sẽ tấn cơng vào nhóm ancol lân cận và
nhóm amin sẽ tách ra khỏi sƣờn carbon-carbon, dẫn đến hình thành nhóm dialdehyde. Mức độ
oxi hóa của chitosan khoảng 14% đƣợc tính bằng tỷ lệ tích phân của proton H (glucosamin)
trong TA-PEG-Chitosan và TA-PEG-Chitosan oxi hóa.
Tổng hợp NPC-PEG-NPC, hai nhóm OH cuối của PEG sẽ đƣợc hoạt hóa bởi p
nitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian PEG- NPC.
Tổng hợp TA-PEG-NPC, trong giai đoạn này, liên kết urethane đƣợc tạo thành từ
phản ứng giữa nguyên tử nitơ trong phân tử tyramin và nhóm C=O của hợp chất NPC-PEGNPC tạo sản phẩm TA-PEG-NPC.
Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của TA-PEG-Chitosan
oxi hóa.
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở
nhiệt độ phịng. Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, và
khả năng tạo khống của hydrogel TA-PEG-Chitosan oxi hóa và hydrogel composite TAPEG-Chitosan oxi hóa/BCP đƣợc khảo sát.

Footer Page 21 of 148.

Trang 21


Header Page
22 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
3.8. SO SÁNH CÁC HYDROGEL VÀ HYDROGEL COMPOSITE TRÊN CƠ
SỞ POLYMER SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN) VÀ BCP
Thời gian tạo gel của tất cả các hệ hydrogel composite trên cơ sở polymer sinh học
(gelatin, chitosan) và BCP ngắn nên có thể ứng dụng các hệ gel trên trong việc tiêm trực tiếp

hệ gel vào cơ thể trong phẫu thuật.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến thời gian tạo gel của các hệ gel trên là, lƣợng H2O2, HRP,
và sự hiện diện của BCP.
Bảng 3.12: So sánh các hệ hydrogel và hydrogel composite trên cơ sở polymer sinh
học (gelatin, chitosan) và BCP
STT

Hệ hydrogel,
hydrogel
composite

1

TA-Gelatin

2

TAGelatin/5%BCP

3

TAGelatin/10%BCP

4

TA-PEG-Gelatin

5

TA-PEGGelatin/5%BCP

6

TA-PEGGelatin/10%BCP

7

8

9

Hình
thái

Khối
lƣợng
suy
giảm

Tính
thƣơng
hợp sinh
học

Cấu
trúc
xốp
Cấu
trúc
xốp

Cấu
trúc
xốp
Cấu
trúc
xốp
Cấu
trúc
xốp
Cấu
trúc
xốp

96,62%
sau 18
giờ
65,87%
sau 18
giờ
45,43%
sau 18
giờ
20,89%
sau 4
tuần
19,59%
sau 4
tuần
17,73%

Cấu
trúc
xốp
HPACấu
Chitosan/5%BCP trúc
xốp
HPACấu
Chitosan/10%BCP trúc
xốp

40,35%
sau 762
giờ
38,54%
sau 762
giờ
5,52%
sau 762
giờ

HPA-Chitosan

Footer Page 22 of 148.

sau 4
tuần

Tƣơng
hợp sinh
học

Tƣơng
hợp sinh
học
Tƣơng
hợp sinh
học

Trang 22

Khả năng tạo
khống

Khả năng ứng
dụng

Khơng có khả
năng tạo
khống
Có khả năng
tạo khống

Khơng phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng
Không phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng
Không phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng

Khơng phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng
Phù hợp ứng
dụng cho xƣơng

Có khả năng
tạo khống

Phù hợp ứng
dụng cho xƣơng

Khơng phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng
Không phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng
Không phù hợp
ứng dụng cho
xƣơng


Header Page
23 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
10

11

12

13

14

15

16

17

18

Cấu 13,81% Tƣơng
Khơng có khả Khơng phù hợp
trúc
sau 4
hợp sinh
năng tạo
ứng dụng cho
xốp
tuần
học
khống
xƣơng
TA-TeCấu 15,86% Tƣơng
Có khả năng

Phù hợp ứng
Chitosan/5%BCP trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khống
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học
TA-TeCấu 17,01% Tƣơng
Có khả năng
Phù hợp ứng
Chitosan/10%BCP trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khống
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học
TA-PEG-Chitosan Cấu 18,85% Tƣơng
Khơng có khả Khơng phù hợp
trúc
sau 4
hợp sinh
năng tạo
ứng dụng cho
xốp
tuần
học

khống
xƣơng
TA-PEGCấu 16,85% Tƣơng
Có khả năng
Phù hợp ứng
Chitosan/5%BCP trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khống
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học
TA-PEGCấu 14,64% Tƣơng
Có khả năng
Phù hợp ứng
Chitosan/10%BCP trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khống
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học
TA-PEG-Chitosan Cấu 18,37% Tƣơng
Khơng có khả Khơng phù hợp
oxi hóa
trúc
sau 4
hợp sinh

năng tạo
ứng dụng cho
xốp
tuần
học
khống
xƣơng
TA-PEG-Chitosan Cấu 17,02% Tƣơng
Có khả năng
Phù hợp ứng
oxi hóa/5%BCP
trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khống
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học
TA-PEG-Chitosan Cấu 14,87% Tƣơng
Có khả năng
Phù hợp ứng
oxi hóa/10%BCP trúc
sau 4
hợp sinh
tạo khống
dụng cho xƣơng
xốp
tuần
học

Phân tích hình thái học cho thấy vật liệu có cấu trúc khơng gian 3 chiều, xốp có thể tạo
TA-Te-Chitosan

khoảng cƣ trú cho dịch chuyển tế bào để chuyển hóa và lƣu thơng các yếu tố chuyển hóa
xƣơng đáp ứng khơng gian cho sự phát triển của tế bào xƣơng và sự xâm nhập của mạch máu.
Hydrogel composite TA-Gelatin/BCP và HPA-Chitosan/BCP có khối lƣợng suy giảm
nhanh, thời gian suy giảm của các hydrogel composite này không phù hợp với thời gian tái
tạo xƣơng do đó các hydrogel composite này cần nghiên cứu biến tính để thời gian suy giảm
của chúng chậm lại phù hợp với thời gian tái tạo xƣơng.
Các hệ hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/-BCP, TA-Te-Chitosan-chitosan/BCP,
TA-PEG-Chitosan/BCP và TA-PEG-Chitosan oxi hóa/BCP có khối lƣợng suy giảm phù hợp
với thời gian tái tạo xƣơng, sau 4 tuần các hệ hydrogel composite trên chỉ suy giảm dƣới 20%
trọng lƣợng, thời gian suy giảm của vật liệu đƣợc kéo dài, có thể phù hợp với thời gian
xƣơng phát triển. Thời gian suy giảm của vật liệu phải phù hợp với thời gian xƣơng phát
triển.
Footer Page 23 of 148.

Trang 23


Header Page
24 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
Hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP tế bào bám
dính và phát triển rất tốt, sau 5 ngày nuôi cấy tế bào phát triển thành 1 lớp bao phủ trên bề mặt
hydrogel và hydrogel composite do gelatin và BCP đều có khả năng kích thích, thúc đẩy tế
bào phát triển.
Các hệ hydrogel composite của chitosan khi tăng lƣợng BCP mật độ tế bào phát triển

tăng do chitosan tƣơng hợp sinh học, có khả năng bám dính tế bào tốt nhƣng khả năng kích
thích tế bào phát triển kém, mặt khác BCP kích thích, thúc đẩy sự phát triển của tế bào.
Sau 2 tuần ngâm ngâm vật liệu trong dung dịch SBF, trên bề mặt vật liệu hydrogel
composite đều xuất hiện kết tủa khống apatite carbonate, nhƣng vật liệu hydrogel khơng có
khả năng tạo khống. BCP có vai trị nhƣ các mầm apatite carbonate, và BCP cũng là nguồn
cung cấp ion calcium và phosphate cho quá trình phát triển mầm tinh của tinh thể apatite
carbonate.
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu hoàn thành nội dung luận án, chúng tôi rút ra
những kết luận chính sau:
1. Đã tổng hợp thành cơng biphasic calcium phosphate (BCP) với các tỷ lệ HAp: -TCP
khác nhau khi thay đổi tỉ lệ mol Ca:P và thay đổi pH môi trƣờng phản ứng bằng phƣơng pháp
kết tủa kết hợp sóng siêu âm. Sản phẩm thu đƣợc từ phƣơng pháp này có kích thƣớc hạt tƣơng
đối đồng đều, kích thƣớc hạt của sản phẩm từ 70 đến 100 nm.
2. Đã tổng hợp thành công 2 dẫn xuất của gelatin (gelatin- tyramin (GTA), tyraminpolyethylene glycol-gelatin (TA-PEG-gelatin), và 4 dẫn xuất của chitosan (chitosan
hydroxyphenyl acetic (CHPA), tyramin-tetronic-chitosan (TTeC), tyramin-polyethylene
glycol-chitosan (TA-PEG-chitosan) và tyramin-polyethylene glycol-chitosan oxi hóa (TAPEG-chitosan oxi hóa)). Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR phân tích thành phần, cấu trúc các
dẫn xuất polymer.
3. Đã tổng hợp thành công in situ hydrogel GTA, TA-PEG-gelatin, CHPA, TTeC, TAPEG-chitosan và TA-PEG-chitosan oxi hóa bằng xúc tác enzyme Horseradish peroxidase
trong sự hiện diện của hydrogen peroxide.
4. Đã tổng hợp thành công in situ hydrogel composite GTA/BCP, TA-PEG-gelatin/BCP,
CHPA/BCP, TteC/BCP, TA-PEG-chitosan/BCP và TA-PEG-chitosan oxi hóa/BCP bằng xúc
tác enzyme Horseradish peroxidase trong sự hiện diện của hydrogen peroxide. Sử dụng kính
hiển vi điện tử qt SEM để quan sát hình thái của hydrogel composite. Sử dụng phƣơng pháp
trọng lƣợng để đánh giá sự suy giảm của hydrogel composite. Sử dụng các kỹ thuật nuôi cấy
tế bào để đánh giá tƣơng hợp sinh học của các loại hydrogel composite tổng hợp. Sử dụng
Footer Page 24 of 148.

Trang 24

Header Page
25 of
Tóm
tắt148.
luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu
kính hiển vi điện tử quét SEM và phƣơng pháp phân tích ngun tố EDS để khảo sát khả năng
khống hóa của hydrogel composite. Kết quả khảo sát các hydrogel composite này cho thấy:
-

Thời gian tạo gel của các hydrogel, hydrogel compsite trên ngắn từ vài giây

đến vài phút.
-

Các hydrogel, hydrogel composite trên đều có cấu trúc khơng gian ba chiều

-

Sau 4 tuần các hệ hydrogel composite trên chỉ phân hủy dƣới 20% trọng lƣợng,

xốp.
tƣơng hợp sinh học và khoáng hóa khi ngâm các hydrogel composite trong dung dịch SBF
trong 2 tuần.

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
CƠNG BỐ QUỐC TẾ
1. Thi Phuong Nguyen, Doan Bach Hai Phuong, Cuu Khoa Nguyen, Ngoc Quyen Tran,
Injectable hydrogel composites based chitosan and BCP nanoparticles for bone regeneration,
Advance in Natural Science: NanoScience and Nanotechnology, 5 015012, 2014.

2. Nguyen Thi Phuong, Viet Anh Ho, Dai Hai Nguyen, Nguyen Cuu Khoa, Tran Ngoc
Quyen, Yun Ki Lee and Ki Dong Park, Enzyme-mediated fabrication of the oxidized chitosan
hydrogel for tissue sealant Journal of Bioactive and compatible polymer (IF: 2.4; Accepted).
CÔNG BỐ TRONG NƢỚC
1. Ngoc Quyen Tran, Cuu Khoa Nguyen, Thi Phuong Nguyen, Synthesis of nano
hydroxyapatite by untrasound assisted process for biomaterial application, Tạp Chí Hóa học
51, 89-91, 2013.
2. Trần Ngọc Quyển, Nguyễn Cửu Khoa, Nguyen Thi Phuong, Enzyme–mediated
formation of chitosan–based hydrogels for tissue regeneration, Tạp chí Khoa Học và Công
Nghệ 51 (5A) (2013) 283–295, 2013.
3. Nguyen Thị Phuong, Hoang Nguyen, Tran NgocQuyen, Nguyen Cuu Khoa, Synthesis
nano biphasic calcium phosphate by untrasound assisted process for biomaterial application.
Journal of Science and Technology, 51 (5C) 635-640, 2014.
THAM GIA HỘI NGHỊ QUỐC TẾ
1. Ngoc Quyen Tran, Thi Phuong Nguyen, Cuu Khoa Nguyen, Injectable chitosan-based
hydrogels/hydrogel composite for bone regeneration and tissue adhesion, Oral presentation
13th Asian BioCeramics Symposium 2013, Kyoto University, Japan.
2. Thi Phuong Nguyen, Bach Hai Phuong Doan, Dinh Vu Dang, Cuu Khoa Nguyen and
Ngoc Quyen Tran, Enzyme-mediated in situ preparation of biocompatible hydrogel
Footer Page 25 of 148.

Trang 25