Tổng hợp và đặc trưng màng hydroxyapatit pha tạp một số nguyên tố vi lượng trên nền thép không rỉ 316L định hướng ứng dụng làm nẹp vít xương (Luận án tiến sĩ)

B

O

VI

C
VI T NAM

H C VI N KHOA H
-----------------------------

H NH

T NG H
T PM TS
G

NG

LU

NG D

NS

I

C

2018

i


B

O

VI

C
VI T NAM

H C VI N KHOA H
-----------------------------

H NH

T NG H
M TS

P
NG

LU

NG D

NS

C

: 62440119

N

ng d n khoa h c:

Mai Thanh

ii


i 2018

L

iii

uc

li u,

k t qu
b tk m

trong
li u tham kh

.

L IC
Lu

i Vi n K thu t nhi

h

i

Vi

Vi

u, n

u sinh

n

c nhi u s
ng nghi p, b
l ng bi
Mai Thanh
m

i th

c

nt

ng nh t t i

ng d n khoa h

u ki n thu n l i nh

t th

ng c
c a Vi

o

o Vi n K thu t nhi

c bi

P

om

p th

o v kim lo

u ki n thu n l

ct

u t i Vi n.
il ic

u c a TS. C

c vi

u ki

u v th nghi m t

nghi n invivo.

ng c
u BBP c

ih

, chia s ki n th
thi t b

ng d

u hi

d

ct
ng nghi p

c

iB

c

Khoa Khoa h

ih cM

a ch

n, t i

ch

ng h

u ki n thu n l i

t th
Cu
m

c nh t t i Gia
i ngo

c bi

u sinh

H nh
iv


M CL C
DANH M

VI T T T

ix

DANH M C B NG

xiii

DANH M
M

TH

xv
1

U

4

NG QUAN

t c a HAp

4

tv

4
c

5

t sinh h c

6

t ng h p HAp

6

1.2.1. D ng b t

6

1.2.2. D ng x

mx p

7

1.2.3. D ng compozit

7

1.2.4. D ng

7
ng h p HAp pha t p

9

1.3.1. Pha t p natri

9

1.3.2. Pha t

9

1.3.3. Pha t p stronti

10

1.3.4. Pha t p flo

11

1.3.5. Pha t

12

ng

1.3.6. Pha t p b c

12

1.3.7. Pha t p k m

12

1.4. Th nghi m ho

c c a HAp

13

1.4.1. Th nghi m in vitro
1.4.1.1. Trong dung d

13
ng d

1.4.1.2. Trong dung d

i
ch mu

1.4.1.3. Th nghi m t

14

14
15

v


1.4.2. Th nghi m in vivo
1.5.

15

ng d ng c a

p

1.5.

16

c b sung canxi
ph

17

c

1.5.2.1.

17
a ch a nh ng khuy t t t c

17

t gi

18

t li u thay th
1.6

a ch a nh ng khuy t t t c

u HAp

18

c

19

C NGHI M

U

u ki n th c nghi m

22

t

22

2.1.2. V t li u n n

22

2.1.3. T ng h

pb

22

2.1.3.1. H

22

2.1.3.2. T ng h

p natri

2.1.3.3. T ng h

NaHAp pha t p

2.1.3.4. T ng h

22
ho c flo

23

flo

23

2.1.4. Pha t p m t s

i ion 24

2.1.4.1. T ng h

ng, b c ho c k m 24

2.1.4.2. T ng h

ng, b

2.1.5. T ng h
b

22

m

24
ng,

m

24

u

25
25
ng

n th m ch h theo th i gian
2.2.1.2. T ng tr

25
25
25

vi


2.

i ion

26
26

2.2.3.1. Ph h ng ngo i

26

2.2.3.2. Nhi u x tia X

26

2.2.3.3. Hi

27

nt

2.2.3.4. Hi n vi l

27
ng tia X

27

2.2.3.6. Quang ph h p th

28

2.2.3.7. Ph kh

28

ng plasma c m ng
-VIS

28
28

nh kh

28
29

nh chi
nh n

29
Ca2+

nh t ng n

29
s

29

nghi

29

2.2.5.1. Th nghi m trong dung d

ng d

2.2.5.2. Th nghi m t
n

2.2.5.4. Th nghi m in vivo

34

O LU N
p

3.1.1. T ng h

31
32

3.1. T ng h

3.1.1.2. M

29
30

2.2.5.3. Th nghi m kh

T QU

i

34

pb

34

p natri

34

NaHAp pha t

, stronti ho c flo

44
53

vii


3.1.2. Pha t p m t s

i ion

63

ng, b c ho c k m

63

ng, b

69

m
ng, b

h n

m

71
71

3.1.3.2. Ph h ng ngo i

73

3.1.3.3. Gi

73

nhi u x tia X
nh SEM

74
74

3.2. Th nghi m in vitro

76

3.2.1. Th nghi m in vitro

76

3.2.1.1. Trong dung d

ng d ch th

3.2.1.2. Th nghi m t

76
82

3.2.1.3. Th nghi m kh

n

3.2.2. Th nghi m in

84
85

3.2.2.1. K t qu c y v t li
3.2.2.2. K t qu v

ch
t li

85
90
99

K T LU N CHUNG
NH

i

I C A LU

101

DANH M

102

U THAM KH O

104

viii


DANH M

VI T T T

a, b, c

]

AgNaHAp
AZ31
B

BK
CuAgZnNaHAp

natri,

C
Co
CuFHAp
CuNaHAp
D

K

c tinh th

d

]

dE/dt
DF
HAp

Natri h

DMg
DMgSrFNa
DNa
DSr
Ecorr
EDHA

Eocp, Eo
(Ca10-xMgx(PO4)6F2
FA10Mg
FA0Mg/TKG316L,
FA10Mg/TKG316L

10xMgx(PO4)6F2

ix


FNaHAp
HAp

Hydroxyapatit

HAp/AZ31

HAp

HAp /TKG316L

h
2

icorr
icorr,vln
LK
M
m

MC3T3-E1
MgFHAp
MgNaHAp
MgSrFNaHAp
natri
MgSrFNaHAp/TKG316L

MNaHAp
n
NaHAp
NaHAp/TKG316L
316L
PLA/HAp
PSHA
Plasma
q

x

]


Ra
SrFHAp
SrNaHAp
V
V/SCE
VK

ZnFHAp

ZnNaHAp

AAS
Spectrophotometric)
AFM
ASTM

Hi p h

t li u Hoa K (American

Society for Testing and Materials)
DCPD

4.2H2O

EDX

-ray
spectroscopy)

ICP-MS

P

-Coupled

Plasma - Mass Spectrometry)
IR
MTT

3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl

tetrazolium

bromide
LB

Lysogeny Broth

y vi sinh

PVA

Poly vinyl ancol

OCP

Octacanxi photphat, Ca8(PO4)4(HPO4)2.5H2O

OD
RE

Electrode)

SBF
Body Fluid)

xi

SCE
Electrode)
SEM
Microscope)
TCP

Tricanxi photphat, Ca3(PO4)2

TEM
Electron Microscope)
TKG316L
TMB
XRD

tetramethylbenzidine
-Ray Diffraction)

xii


DANH M C B NG
B ng 2.1.
B ng 2.2.

n dung d ch t ng h
N

u M(NO3)n

B ng 2.3.
B ng 3.1.

23

c kh

24

n c a dung d ch SBF

30

K t qu AAS c a NaHAp t ng h

B ng 3.2.

in

kho

B ng 3.5.

S bi

ng s

ng, kh

37

a

ng h p trong dung d ch DNa2

S bi

35

i HAp [107]

S bi

B ng 3.4.

NaNO3

t ph ng tinh th

m ng c
B ng 3.3.

HAp

i kh

kho

i pH
ng, kh

38

41
a

42

a

44

HAp t o ra trong

46

HAp

47

ng, chi

a

48

ng, chi

a

49

is l
B ng 3.6.

S bi

ng, kh
ng h p v i t

B ng 3.7.

ng % c

B ng 3.8.

T l

c

B ng 3.9.

S bi

ng, kh
HAp t ng h p

B ng 3.10.

S bi

ng, kh
HAp t ng h p v

B ng 3.11

kho

t ph ng tinh th

h ng s m ng c
B ng 3.12

l

S

bi

51

HAp so v
ng, chi

54

i kho
B ng 3.13.

S bi

i

ng, kh

ng, chi

a

56

ng, chi

a

57

a

59

ng h p
B ng 3.14

S bi

ng, kh
ng h

B ng 3.15

S bi

ng, kh

is l
ng, chi
xiii


ng h
B ng 3.16

Ph

B ng 3.17

T l

it
(% n) c

61

B ng 3.18

c a MNaHAp

B ng 3.19

kho
m ng c

t ph ng tinh th
Na

B ng 3.21

64
ng s

68

c a CuAgZnNaHAp

69

c so v

B ng 3.20

B ng 3.22

61

nc

72

T l

8]

72

a v t li u TKG316L

80

a b t

82

ng c u (HC), B ch c u (BC), Ti u

86

d ki n c
B ng 3.23.

th
trong dung d ch SBF

B ng 3.24

K t qu th

nghi m Trypan Blue v

B ng 3.25

c u (TC)
B ng 3.26

N

GOT (U/L) c

m

87

B ng 3.27

N

GPT (U/L) c

m

87

B ng 3.28

N

Ure (mmol/L) c

B ng 3.29

N ng

Creatinin (mmol/L) c

m

88
m

B ng 3.30

u thu t 7

88
91

30
B ng 3.31

N

GOT (U/L) c

m

92

B ng 3.32

N

GPT (U/L) c

m

93

B ng 3.33

N

Ure (mmol/L) c

B ng 3.34

N

Creatinin (mmol/L) c

m

93
m

xiv

94


DANH M
1.

2.

TH

nh SEM c
C

tinh th HAp [6]

4

a HAp [7]

3.

5

cc ut oc

4.

HAp [9]

5

nh SEM c

ch SBF:

14

HAp (a); MgHAp (b) [57]
5.

nh SEM c a t

-

tri

15

n Ti (c) [59]
S

i da

khi c

16

t sau 16 tu n [78]

Ph u thu

t li

ch

cc

32

2.2

Ph u thu

32

2.3

L

33
n c c TKG316L trong dung d ch

35

ng h p trong DNa2, 50 oC, 5 l n

36

DNa2
2.

Gi

XRD c

-1,7 V/SCE, t

ng h p trong dung d ch DNa2, 50 oC, 5

Ph IR c
l

0

4.

-

nh SEM c

ng h p trong dung d ch DNa2,

Gi

XRD c

ng h p trong dung d ch DNa2
o

6.
7.

39

: 25 (a), 35 (b), 50 (c), 60 oC(d)

nhi

5.

37

40

C

c c a TKG316L
nh SEM c

i pH

41

ng h p trong dung d ch DNa2

42

n c c TKG316L trong dung d ch

43

v is l
8.
DNa2 v i t

thay

9.

it

n 7 mV/s

a TKG316L trong dung d ch DNa2
2+

(a), Sr2+

xv

-

(c) v

45


0.

Ph IR c

50

1.

Gi

XRD c

50

nh SEM c

52

2.
3.

4.

n c c TKG316L trong dung d ch

Gi

XRD c a MgSrFNaHAp t ng h p

ng th

53

54

nhau
5.

nh SEM c

ng h

-

6.

Gi

-

i kho ng

55

: 25,

56

ch

58

-1,9 (V/SCE)

XRD c

ng h p
o

C

7.

Gi

XRD c

DMgSrFNa, t i 50 oC v i t

8.

Gi

is l n

XRD c

ch

DMgSrFNa, t i 50 oC, 5 l
19.

it

Ph EDX c a m u MgSrFNaHAp

60

20.

61

21.
22.

59

nh AFM b m
Gi

62

XRD c

i ion gi

NaHAp v i dung d ch: Zn2+
+

64

0,01 M (a); 0,05 M (b); 0,1

0,001 M (d); 0,002 M (e); 0,005 M (f);

0,01 M (g)
23.

S bi

i ion theo th i gian ti

a

65

i dung d ch Mn+
24.

Ph IR c

66

25.

Gi

XRD c

67

nh SEM c

68

26.
27.

Ph IR c

69

28.

Gi

XRD c

70

nh SEM c

70

29.
30.

Ph EDX c

71
xvi


31.

Ph IR c

32.

Gi

33.

Na

(b)

73

XRD c

(b)

nh SEM c

(b)

73

Ca2+ tan theo th

34.

N

35.

T ng n

73

u trong dung d ch mu i

74

u trong dung d ch

75

u

76

s

SBF
36.

S bi

37.

S bi

i pH c a dung d ch SBF theo th
n th m ch h theo th

t li u trong

77

dung d ch SBF

38.

Ph t ng tr d ng Nyquist c a v t li u trong dung d ch SBF

78

39.

S bi

79

i

ng tr t i t n s 100 mHz theo th

v t li u trong dung d ch SBF
40.

c c a v t li

80

t li

81

d ch SBF
41.

nh SEM c
dung d ch SBF

42.

nh t

t

a 0,3 %

82

ng (c) theo th
nghi m Trypan Blue
43.

M

44.

Kh

quang t

th nghi m MTT
n c a NaHAp (1), AgHAp (2), CuHAp (3),

83
84

(6)
45.

V tm t

46.

u thu t (b)
t v t li

47.

t li

y v t li

48.

V

49.

V tm t

88
c

ng v t c

89

c sau 4 tu n c

50.

nh n

51.

nh sau 1 tu

89

u thu t
u thu t
t li u ph NaHAp
xvii

85

90
94
95


52.

u thu

53.

u thu
g n v

nh t o c

nh ho

nv

t li u

ng c a t

95

96

t li

MgSrFNaHAp (b, c)
54.

nh c u

t li u
MgSrFNaHAp (b, c)

xviii

96


M

U

p thi t c a lu
Hi n nay, v t li u

c s d ng ph bi n

im c

ch y u
g

m

p kim c
p kim c
t

c

6Al4V..

2

t li u n p

b
n ph

ch v y t ,

b

gi

Vi t Nam hi n nay h u h t

n

316L.

th

316L

ng b h n ch v kh

Khi t n t i

u
ng d

ch u

c.

trong

x y ra s

ph m c

h p ch t c a cr m, niken,
[1].

b

c

hi

cb

n

c

t

ng h p n

sau m t th i gian c
ch ti

nh ng

.

m

y,

kh c ph c

u ph
(HAp).

HAp t n t i c trong t

o. Trong t

ph

ng c

ng v

, HAp chi m kho ng 25-75% theo tr

-65% theo th

HAp t ng h
c cao v
c t ng h

compozit, d

i

ng

ng b t, d ng g m, d ng

ng d ng nhi

ph

c y sinh.

c

t li u d ng trong c

d ng
gi

[2]).

HAp t

kh
th i.

t

k t n i m nh m
t ch

t li u c

ov

kim lo i n n ch ng l i s
ion kim lo i t n

ng sinh
ng.
ng h

1

, h n ch s gi


khoa h

c ph c b

HAp m t s
m

pha t

thay th ion Ca2+ b

c th c hi n b

OH- b ng anion trong c

thay th ion

a HAp.

HAp v

Vi c

n

ps t
nhi m
u thu

nh t i s

a vi c c
ng, b

c

S

tc

kh

a vi khu n,

h c, t

c ch s

as

ng c a vi khu n [3, 4].
u sinh

h

l a ch

lu

:

hydroxyapatit pha t p m t s
ng ng d ng

2. M
-

m

ng

n

n

a lu
Ch t

NaHAp pha t p

t

ng:

ng, b

ng th
m

316L

.
-

u
kh

cc

ng th
3. N

NaHAp pha t p

.

u c a lu
m

ra, n

u c a lu n

g m7n
-

Kh

a ch

u ki

pha t p

ng th

b

NaHAp
ng:

,n

pha t
-

p t ng h

c.

Kh

a ch
t

u ki

p

ng th

t ng h p
ng b c,

2

NaHAp v i s
ng, k

n

TKG316L b

i ion, n

HAp pha t
-

K th

c.
ng th

t ng h p

pha t p

ng th

ng: Mg, Sr, F, Cu, Ag

.
-

u ho

c c a v t li u: TKG316L, NaHAp/TKG316L,

MgSrFNaHAp/TKG316L
d ch

-

ng d

i (SBF).

u kh

c t

s i c a b t NaHAp, MgSrFNaHAp

b ng 2
-

MTT.
u kh

khu n c a b t NaHAp, MgSrFNaHAp,

AgNaHAp, CuNaHAp, ZnNaHAp
khu n: P.aerugimosa, E.coli

i v i 3 ch ng

E.faecalis b

th ch.
-

cc
ph

NaHAp

v t li u
.

3


NG QUAN
1.1

t c a HAp
1.1.

tv

HAp

ng, tr

t ho

,

y 1760

c 0,7 g/L, kh

u ki n

o

o

tan trong
g/cm3

t 1004,60 g, kh

c ng theo thang Mohs b ng 5 [5].

ng t n t i

d

.1) [6].

nh SEM c
(a) - D

(b) - D

(d) - D
HAp

i

(c) - D

(e) - D

hai d ng c

y

C. D

y

. D ng l c
u ch

c sinh ra khi nung d ng l
n nhi

d
ch
v i d ng l

u

(f) - D

d ng l

ct
o

HAp [6]

nhi

t 25 oC

n 100

850 oC trong
nhi u x tia X c a hai

gi ng nhau v s

ch nhi u x

c a pic, d

y

ng 1 % [7].
4

so


HAp t
d ng l

ng h

, thu

3/m

v

2+

, PO43-

c a tinh th HAp g

-

1.2. C

.M

cs px

1.2 [5, 8].

c th hi

th

ch th

1.3. C

t Ca -

cg nv

P

nh n

tc

u m ch [9].

cc ut oc

1.3.
1.1

o

a HAp [7]

cc ut oc

tr , h

ng s m ng a

o

0,9417; 0,9417

ng

HAp [9]

c
n ng v i ki
Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl

3Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2H2O

i b n nhi t, b
n 1200 oC t

4P2O9

(1.1)
t 800 oC

ch m trong kho ng nhi

xy - hydroxyapatit theo ph n ng:

Ca10(PO4)6(OH)2
nhi

i Ca2+:

n ng v i axit t

l

Ca10(PO4)6(OH)2-2xOx + xH2O (0
o

C, HAp b

x

1)

(1.2)

- Ca3(PO4)2 ( - TCP)

ho c CaO:

Ca10(PO4)6(OH)2

2 - Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + H2O

(1.3)

Ca10(PO4)6(OH)2

3 - Ca3(PO4)2 + CaO + H2O

(1.4)

5

1.1.3.

t sinh h c
ng canxi photphat

t l

l trong
c cao.

n kh

d n

ng d ng cao c a HAp trong y h c.
H p ch

ib nv id

dung d ch axit trong d

hu

ng c a

d ng b t m

i h p th r

c qu n [10].

d
x

i, m

nh

t li

c cao v
t, t

t tr c ti p v

ns

i [11]

p ch t
n cao [9].

1.2.

ng h p HAp
HAp t ng h

n gi ng v i HAp t

sinh h

u t ng h p

nhi u d

d ng b t, d ng g m x p, d ng compoz
1.2.1. D ng b t
B t HAp

c t ng h p b ng nhi

tt

c [12-15]

gel [16], ...

tt

t ng h p b
id

13],

u

Ca(NO3)2, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4 [12,

theo ph n ng (1.5) ho c theo ph n ng k t t a t

tan ho

2,

c h p ch t ch a Ca2+

CaO, CaCO3 v i axit H3PO4 [14, 15]

theo ph n ng (1.6):
10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH3 + 8 H2O

Ca10(PO4)6(OH)2 +
20NH4NO3 + 6H2O

10Ca(OH)2 + 6H3PO4
a, v
t pb

NH3 H 2O

Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O

tt

(1.5)
(1.6)

cd

ng h p b t HAp pha

i NO3- c a ion c n pha t

u theo

ph n ng (1.7) [14, 17]:
6


10Ca(NO3)2 + xM(NO3)n + 6(NH4)2HPO4 + (8+xn)NH3 + (8+xn) H2O
Ca10-xMx(PO4)6(OH)2 + (20+xn)NH4NO3 + (6+xn)H2O
1.2.2. D ng x

(1.7)

mx p

HAp d ng x

mx

m t s ch t k

c t o ra t vi c

tt ox

t

c

nhi

ng nghi

n b t HAp v i
c

1000 oC. K t qu

cao [18-20].
t o g m x p HAp b ng

ng v

,h nh

b t HAp v i

ch polyvinyl ancol 1%.

v i

MPa

c m u HAp d ng kh

kho ng 50 - 120 nm, ng su

c nung nhi

x p 47 %

cl x p

u 4 - 21 MPa [18].

1.2.3. D ng compozit
HAp d ng compoz
ch t n

c t ng h p t

u HAp d ng b

polyme, c

n

d

t

[21], polyamit [22], collagen [23, 24], chitosan [25], chitin [26],

pectin [23],

C

n l i cho vi

ng th

t

t,

tv

ch c.

u ion Ca2+

t o nano compozit HAp b
3-

trong m

-

i d ng

4

dung d

ph n ng t

.

1.2.4. D ng
Trong

u thu t ch

TKG

ng

p kim c a

c s d ng

M

thay th hay n

b

h n ch , b

i gia

n

i,
v

ph

cv

c i thi n nh ng h n ch

HAp

n n kim lo i c

u t ng h p
:

nT

p kim c a Titan [27-31], n n

TKG316L [32-35], n n Co [36], h p kim c a Mg [37, 38], ....
t li

i thi

.

c ho

c cho v t li
n.

7