Đồ án tốt nghiệp: Chế tạo composite Mg hydroxyapatite trong công nghệ kỹ thuật hóa học

• Tác giả: Nguyễn Trần Tín
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Duy Hạnh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Chế tạo composite Mg – Hydroxyapatite/Chitosan/Tinh bột biến tính làm giá thể cho kỹ thuật mô xương
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Hệ composite giữa chitosan và tinh bột
• 1.2. Tổng quan về chitosan
• 1.3. Tính chất hoá lý của chitosan
• 1.4. Tổng quan về tinh bột
• 1.5. Tính chất hoá lý của tinh bột
• 1.6. Tổng quan về tinh bột biến tính oxy hoá
• 1.7. Hệ composite chitosan/tinh bột
• 1.8. Ứng dụng của hệ composite chitosan/tinh bột
• 1.9. Composite ứng dụng cho kỹ thuật mô xương
• 1.10. Cấu trúc và vai trò của mô xương
• 1.11. Tổng quan về giá thể cho kỹ thuật mô xương
• 1.12. Các phương pháp chế tạo giá thể cho kỹ thuật mô xương
• 1.13. Các hệ vật liệu composite dùng để chế tạo giá thể cho kỹ thuật mô xương
• 1.14. Tổng quan về hydroxyapatite và Mg – hydroxyapatite
• 1.15. Vai trò của hydroxyapatite (HA) trong xương và trong y tế
• 1.16. Một số nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hoá chất và vật liệu
• 2.2. Tinh bột biến tính
• 2.3. Quy trình chế tạo giá thể
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5. Xác định thành phần pha và thành phần hoá của Mg – HA và giá thể composite
• 2.6. Xác định kích thước hạt và thành phần nguyên tố trong mẫu Mg – HA
• 2.7. Xác định hình thái và thành phần của giá thể composite
• 2.8. Phương pháp đo độ rỗng của giá thể
• 2.9. Xác định cơ tính của giá thể
• 2.10. Xác định độ phân huỷ của giá thể composite khi ngâm SBF và PBS
• 2.11. Xác định khả năng hình thành xương của giá thể composite
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích XRD
• 3.2. Kết quả phân tích FTIR
• 3.3. Kết quả phân tích SEM/EDS
• 3.4. Giá thể Mg – HA/chitosan/tinh bột biến tính
• 3.4.1. Kết quả phân tích XRD
• 3.4.2. Kết quả phân tích FTIR
• 3.4.3. Kết quả phân tích cấu trúc của giá thể
• 3.4.4. Kết quả đo độ xốp
• 3.4.5. Kết quả đo cơ tính
• 3.4.6. Kết quả phân tích XRD của giá thể sau khi ngâm SBF
• 3.4.7. Sự hình thành pha apatite khi ngâm giá thể trong dung dịch SBF
• 3.4.8. Kết quả đo độ phân huỷ giá thể sau khi ngâm PBS và SBF
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về composite materials và ứng dụng trong công nghệ hóa học

Composite materials là vật liệu kết hợp từ hai hoặc nhiều thành phần khác nhau, mang lại tính chất vượt trội so với vật liệu đơn lẻ. Trong nghiên cứu này, magnesium (Mg) và hydroxyapatite (HA) được sử dụng để tạo ra composite materials phục vụ cho chemical technology, đặc biệt là trong lĩnh vực biomaterials và tissue engineering. Mg và HA là hai thành phần quan trọng trong material science, với Mg cải thiện mechanical properties và HA đảm bảo biocompatibility. Nghiên cứu này tập trung vào synthesis of composites từ Mg và HA, kết hợp với chitosan và tinh bột biến tính, nhằm tạo ra bioactive materials hỗ trợ quá trình tái tạo xương.

1.1. Vai trò của magnesium và hydroxyapatite trong composite materials

Magnesium là kim loại nhẹ, có khả năng phân hủy sinh học và tương thích với cơ thể người. Khi kết hợp với hydroxyapatite, một thành phần chính của xương, Mg giúp cải thiện mechanical properties của composite materials, đồng thời thúc đẩy quá trình hình thành xương. HA đóng vai trò quan trọng trong tissue engineering nhờ khả năng kích thích sự phát triển của tế bào xương. Sự kết hợp giữa Mg và HA tạo ra nanocomposites có cấu trúc vi mô tương tự xương tự nhiên, phù hợp cho ứng dụng trong sustainable materials và advanced materials.

1.2. Ứng dụng của composite materials trong kỹ thuật mô xương

Composite materials từ Mg và HA được ứng dụng rộng rãi trong tissue engineering, đặc biệt là làm giá thể hỗ trợ quá trình tái tạo xương. Material characterization cho thấy, composite materials này có độ xốp và kích thước lỗ phù hợp cho sự xâm nhập và phát triển của tế bào. Ngoài ra, biocompatibility và bioactivity của HA giúp giá thể tương thích tốt với mô cơ thể, trong khi Mg cải thiện độ bền và khả năng phân hủy của vật liệu. Điều này mở ra tiềm năng lớn cho việc sử dụng composite materials trong các ứng dụng y sinh.

II. Phương pháp tổng hợp và đặc tính của composite Mg HA

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp kết tủa ướt để tổng hợp Mg-HA, với sự thay thế Mg2+ theo tỷ lệ mol từ 0% đến 20%. Quá trình tổng hợp được thực hiện ở nhiệt độ 600°C, với sự hỗ trợ của sucrose để giảm độ kết tụ giữa các hạt. Material characterization được thực hiện thông qua FE-SEM, EDS, XRD, và FTIR để đánh giá cấu trúc và thành phần của composite materials. Kết quả cho thấy, Mg phân bố đều trong mẫu và hình thành pha whitlockite, một dạng calcium phosphate chứa Mg2+. Điều này khẳng định tính hiệu quả của phương pháp tổng hợp trong việc tạo ra nanocomposites có cấu trúc vi mô phù hợp.

2.1. Phương pháp kết tủa ướt và quy trình tổng hợp

Phương pháp kết tủa ướt được sử dụng để tổng hợp Mg-HA từ các nguyên liệu ban đầu như Ca(OH)2, Mg(OH)2, và H3PO4. Quá trình này bao gồm việc kết tủa các ion Ca2+, Mg2+, và PO43- trong dung dịch, sau đó nung ở nhiệt độ cao để hình thành HA. Sucrose được thêm vào như một tác nhân giảm độ kết tụ, giúp cải thiện sự phân bố của các hạt. Kết quả FE-SEM cho thấy kích thước hạt Mg-HA nằm trong khoảng 15-45 nm, phù hợp cho ứng dụng trong tissue engineering.

2.2. Đặc tính cơ học và khả năng phân hủy của composite

Mechanical properties của composite materials được đánh giá thông qua độ bền nén và module đàn hồi. Kết quả cho thấy, sự có mặt của Mg2+ cải thiện đáng kể độ bền và độ đàn hồi của giá thể. Degradation rate của composite materials được xác định bằng cách ngâm mẫu trong SBF và PBS. Trong 7 ngày đầu, tốc độ phân hủy thấp, nhưng sau 14 và 28 ngày, tốc độ này tăng lên do sự hòa tan của pha chứa Mg2+. Điều này cho thấy composite materials có khả năng phân hủy phù hợp với quá trình tái tạo xương.

III. Ứng dụng và triển vọng của composite Mg HA trong y sinh

Composite materials từ Mg và HA có tiềm năng lớn trong lĩnh vực tissue engineering, đặc biệt là làm giá thể hỗ trợ quá trình tái tạo xương. Material characterization cho thấy, giá thể có độ xốp và kích thước lỗ phù hợp cho sự xâm nhập và phát triển của tế bào. Ngoài ra, biocompatibility và bioactivity của HA giúp giá thể tương thích tốt với mô cơ thể, trong khi Mg cải thiện độ bền và khả năng phân hủy của vật liệu. Điều này mở ra tiềm năng lớn cho việc sử dụng composite materials trong các ứng dụng y sinh.

3.1. Khả năng hình thành xương của composite Mg HA

Khả năng hình thành xương của composite materials được đánh giá bằng cách ngâm mẫu trong SBF trong 7, 14, và 28 ngày. Kết quả SEM cho thấy sự hình thành apatite trên bề mặt giá thể, đặc biệt là ở các mẫu có hàm lượng Mg2+ cao. Điều này chứng tỏ composite materials có khả năng kích thích sự phát triển của xương, phù hợp cho ứng dụng trong tissue engineering.

3.2. Triển vọng ứng dụng trong y sinh và công nghệ vật liệu

Composite materials từ Mg và HA không chỉ có tiềm năng trong tissue engineering mà còn có thể ứng dụng trong các lĩnh vực khác của material science, như sustainable materials và advanced materials. Khả năng phân hủy sinh học và biocompatibility của vật liệu mở ra cơ hội phát triển các sản phẩm y sinh thân thiện với môi trường. Ngoài ra, phương pháp tổng hợp đơn giản và hiệu quả giúp composite materials này trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong chemical technology.