Luận văn thạc sĩ về giá thể composite hawollastonite và khả năng tương sinh tế bào

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật vật liệu chế tạo giá thể composite hawollastonite và đánh giá khả năng tương sinh tế bào, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Văng Nguyễn Hoàng Vân
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Trung Kiên
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Vật Liệu
• Đề tài: Chế Tạo Giá Thể Composite HA/Wollastonite Và Đánh Giá Khả Năng Tương Sinh Tế Bào Trên Giá Thể
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. HỒ CHÍ MINH

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về Hydroxyapatite (HA)
• 1.1.1. Thành phần và cấu tạo
• 1.1.2. Tính chất – Ứng dụng
• 1.1.3. Các phương pháp tổng hợp HA [23]
• 1.1.3.1. Phương pháp kết tinh
• 1.1.3.2. Phương pháp tổng hợp ướt
• 1.1.3.3. Phương pháp tổng hợp khô
• 1.2. Tổng quan về khoáng Wollastonite, Xonotlite
• 1.2.1. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.3. Cơ sở khoa học của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM
• 2.1. Tiến hành thí nghiệm
• 2.1.1. Tổng hợp HA bằng phương pháp thủy nhiệt
• 2.1.2. Tổng hợp Xonotlite từ tro trấu bằng phương pháp thủy nhiệt
• 2.1.3. Tạo vật liệu kết hợp HA/Xonotlite
• 2.2. Các phương pháp phân tích kết quả
• 2.2.1. Nhiễu xạ tia X - XRD (X-ray Diffraction)
• 2.2.2. Kính hiển vi điện tử quét - SEM (Scanning Electron Microscope)
• 2.2.3. Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourior - FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
• 2.2.4. Kính hiển vi điện tử truyền qua - TEM (Transmission Electron Microscopy)
• 2.2.5. Mật độ thực – Khối lượng thể tích – Độ xốp
• 2.3. Quy trình test độc tính tế bào theo ISO 10993-5&12 (2009)
• 2.3.1. Dụng cụ và thiết bị
• 2.3.2. Quy trình thí nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp HA bằng phương pháp thủy nhiệt
• 3.1.1. Kết quả XRD
• 3.1.2. Kết quả FTIR
• 3.1.3. Kết quả ảnh SEM
• 3.1.4. Kết quả TEM
• 3.2. Kết quả tổng hợp Xonotlite bằng phương pháp thủy nhiệt
• 3.2.1. Kết quả XRD
• 3.2.2. Kết quả FTIR
• 3.2.3. Kết quả ảnh SEM
• 3.3. Kết quả tạo composite HA/Xonotlite
• 3.3.1. Cơ lý tính hệ mẫu
• 3.3.1.1. Mật độ – Khối lượng thể tích – Độ xốp
• 3.3.2. Khả năng gây độc tố tế bào
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về giá thể composite

Giá thể composite HA/Wollastonite là một trong những vật liệu y sinh được nghiên cứu và phát triển nhằm cải thiện khả năng tương thích sinh học và tính chất cơ học. Giá thể composite này được tạo ra từ sự kết hợp giữa Hydroxyapatite (HA) và Wollastonite, hai loại vật liệu có tính chất sinh học tốt. Nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá khả năng tương sinh tế bào của giá thể composite, từ đó mở ra hướng đi mới trong ứng dụng y sinh. Việc sử dụng Wollastonite từ tro trấu không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn tạo ra một nguồn nguyên liệu giá trị cho ngành vật liệu y sinh. Kết quả nghiên cứu cho thấy giá thể composite có khả năng tương thích sinh học cao, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và phục hồi xương.

1.1. Tính chất của Hydroxyapatite

Hydroxyapatite (HA) là một khoáng chất chính trong cấu trúc xương và răng, với công thức hóa học là Ca10(PO4)6(OH)2. HA có khả năng tương thích sinh học cao, giúp thúc đẩy quá trình tái tạo xương. Tuy nhiên, HA tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt thường gặp phải vấn đề về cơ tính. Nghiên cứu cho thấy việc kết hợp HA với Wollastonite có thể cải thiện đáng kể tính chất cơ học của vật liệu. Các thí nghiệm cho thấy rằng tỷ lệ 80% HA và 20% Wollastonite cho kết quả tốt nhất về khả năng chịu lực và độ bền. Điều này chứng tỏ rằng việc phát triển giá thể composite từ HA và Wollastonite là một hướng đi tiềm năng trong nghiên cứu vật liệu y sinh.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua các phương pháp tổng hợp và phân tích hiện đại. Hydroxyapatite được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt từ Ca(OH)2 và H3PO4 ở nhiệt độ 180°C trong 12 giờ. Wollastonite được tổng hợp từ tro trấu và Ca(OH)2 ở nhiệt độ 200°C trong 24 giờ. Sau khi tổng hợp, các mẫu vật liệu được phân tích bằng các phương pháp như XRD, SEM, và TEM để xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu. Đặc biệt, khả năng gây độc tế bào của giá thể composite được kiểm tra theo tiêu chuẩn ISO 10993-5&12. Kết quả cho thấy giá thể composite có khả năng tương thích sinh học tốt, không gây độc cho tế bào, mở ra khả năng ứng dụng trong y học.

2.1. Phân tích tính chất cơ học

Các tính chất cơ học của giá thể composite được đánh giá thông qua các thí nghiệm đo mật độ, độ xốp và khả năng chịu lực. Kết quả cho thấy giá thể composite với tỷ lệ 80% HA và 20% Wollastonite có mật độ và độ xốp tối ưu, cho phép vật liệu có khả năng chịu lực tốt hơn so với các mẫu khác. Điều này chứng tỏ rằng việc kết hợp hai loại vật liệu này không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn tạo ra một giá thể có khả năng tương thích sinh học cao, phù hợp cho các ứng dụng trong lĩnh vực y sinh.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy giá thể composite HA/Wollastonite có khả năng tương thích sinh học cao, với tỷ lệ 80% HA và 20% Wollastonite cho kết quả tốt nhất. Các thí nghiệm cho thấy rằng giá thể này không gây độc cho tế bào, đồng thời có khả năng thúc đẩy quá trình tái tạo xương. Việc sử dụng tro trấu làm nguyên liệu cho việc tổng hợp Wollastonite không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn tạo ra một nguồn nguyên liệu giá trị cho ngành vật liệu y sinh. Kết quả này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và phục hồi xương, đồng thời khẳng định tiềm năng của giá thể composite trong nghiên cứu và phát triển vật liệu y sinh.

3.1. Ứng dụng trong y học

Giá thể composite HA/Wollastonite có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực y học, đặc biệt là trong cấy ghép xương và phục hồi các tổn thương xương. Với khả năng tương thích sinh học cao và tính chất cơ học tốt, giá thể này có thể giúp cải thiện hiệu quả của các phương pháp điều trị hiện tại. Nghiên cứu này không chỉ đóng góp vào việc phát triển vật liệu y sinh mà còn mở ra hướng đi mới cho việc sử dụng các nguyên liệu tái chế trong sản xuất vật liệu y sinh, góp phần bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Xương tự nhiên trong cơ thể người là một cấu trúc composite sinh học phức tạp với khoảng 70% thành phần vô cơ là khoáng canxi photphat, trong khi ở men răng tỷ lệ này đạt tới 99%. Hydroxyapatite với tỷ lệ mol canxi trên photpho lý thuyết là 1.667 được đánh giá là vật liệu y sinh có cấu trúc tương thích sinh học cao nhất với mô xương người. Trong bối cảnh tai nạn giao thông và các bệnh lý thoái hóa xương ngày càng gia tăng, nhu cầu sử dụng vật liệu cấy ghép nhân tạo để phục hồi các tổn thương mất xương trở nên đặc biệt cấp thiết. Tuy nhiên, Hydroxyapatite tổng hợp vô cơ truyền thống có độ bền cơ học thấp, tính giòn cao, khiến việc ứng dụng vào các vị trí xương chịu lực gặp nhiều trở ngại lớn trong thực tế lâm sàng.

Nhằm khắc phục điểm yếu này, nghiên cứu tập trung vào giải pháp chế tạo giá thể composite kết hợp giữa Hydroxyapatite và hệ khoáng canxi silicat gồm Xonotlite và Wollastonite. Đề tài tận dụng nguồn tro trấu nông nghiệp tại khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long chứa 94.139% silic đioxit để tổng hợp khoáng Xonotlite ở 200 độ C trong 24 giờ, đồng thời tổng hợp Hydroxyapatite từ canxi hydroxit và axit photphoric ở 180 độ C trong 12 giờ bằng phương pháp thủy nhiệt. Toàn bộ quá trình thực nghiệm được triển khai tại Trường Đại học Bách Khoa thuộc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh từ tháng 01/2017 đến tháng 06/2017. Mục tiêu trọng tâm là tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn composite và kiểm tra tính tương thích sinh học theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 10993, mở ra triển vọng ứng dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp vào lĩnh vực vật liệu y sinh giá trị cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết cấu trúc tinh thể học vô cơ và lý thuyết gia cường composite nền gốm sinh học. Hydroxyapatite có công thức phân tử là Ca10(PO4)6(OH)2 với khối lượng phân tử 1004.60 g/mol, khối lượng riêng đạt 3.156 g/cm3 và độ cứng theo thang Mohs là 5. Hoạt tính sinh học của Hydroxyapatite hoạt động theo cơ chế giải phóng dần các ion canxi và photphat, kích thích quá trình bám dính, biệt hóa và phát triển của các tế bào tạo xương.

Song song đó, lý thuyết về hệ khoáng canxi silicat bao gồm Xonotlite có công thức Ca6Si6O17(OH)2 và Wollastonite có công thức CaSiO3 được ứng dụng làm pha gia cường cấu trúc. Xonotlite kết tinh ở hệ đơn tà với độ cứng thang Mohs đạt 6.5, sở hữu các tinh thể dạng sợi hình kim đan xen dày đặc giúp phân tán ứng suất chịu lực. Sự kết hợp giữa hai pha vật liệu hình thành cơ chế liên kết cơ - hóa, trong đó các sợi silicat lấp đầy khoảng trống giữa các hạt nano Hydroxyapatite. Nghiên cứu cũng áp dụng lý thuyết tương thích sinh học và độc tính tế bào in vitro, sử dụng phản ứng khử muối tetrazolium MTT để định lượng tỷ lệ sống sót của dòng tế bào nguyên bào sợi L-929.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình tổng hợp thủy nhiệt và hệ thống kiểm định hóa lý tiêu chuẩn. Nguồn nguyên liệu ban đầu gồm Ca(OH)2 thương mại, dung dịch H3PO4 85% và tro trấu tự nhiên được xử lý nung ở 500 độ C trong 4 giờ để loại bỏ tạp chất hữu cơ, thu hồi hàm lượng SiO2 đạt 94.139%. Phản ứng thủy nhiệt tạo Hydroxyapatite được tiến hành từ hỗn hợp 0.5 mol Ca(OH)2 và 0.3 mol H3PO4 ở 180 độ C trong 12 giờ. Quá trình thủy nhiệt tạo Xonotlite sử dụng tỷ lệ mol Ca/Si bằng 1:1 tại nhiệt độ 200 độ C trong 24 giờ, sau đó nung chuyển hóa ở 950 độ C để tạo pha Wollastonite.

Cỡ mẫu phân tích cơ lý tính được xác định với n = 5 mẫu lặp lại cho mỗi chỉ tiêu đo mật độ thực bằng bình pyknometer, khối lượng thể tích, độ xốp và độ bền nén. Trong thử nghiệm độc tính sinh học, phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát được áp dụng với n = 4 mẫu lặp lại cho mỗi nồng độ dịch chiết ly. Các phương pháp phân tích cấu trúc được lựa chọn bao gồm: nhiễu xạ tia X (XRD) với góc quét 2 theta từ 10 độ đến 80 độ nhằm xác định thành phần pha tinh thể, kính hiển vi điện tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) ở độ phóng đại từ 5000 đến 100000 lần để quan sát cấu trúc hạt nano dưới 100 nm, quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) trong dải tần số 400 đến 4000 cm-1 để nhận diện liên kết hóa học, cùng quy trình so màu quang phổ MTT ở bước sóng 570 nm theo tiêu chuẩn ISO 10993-5&12 thực hiện trong suốt 6 tháng nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã tổng hợp thành công bột Hydroxyapatite đơn pha có độ tinh khiết cao ở điều kiện thủy nhiệt 180 độ C trong 12 giờ. Phổ XRD cho thấy các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của Hydroxyapatite xuất hiện rõ ràng, loại bỏ hoàn toàn các vệt pic của canxi hydroxit dư thừa so với các mẫu xử lý ở 100 độ C và 150 độ C. Kết quả phân tích TEM khẳng định các hạt Hydroxyapatite tạo thành có kích thước hạt đồng đều dưới 100 nm.

Thứ hai, quá trình thủy nhiệt từ tro trấu và canxi hydroxit tại 200 độ C trong 24 giờ đã hình thành hoàn chỉnh khoáng Xonotlite dạng tinh thể sợi hình kim. Phổ FTIR ghi nhận đầy đủ các dao động liên kết Si-O đặc trưng, chứng minh khả năng chuyển hóa trọn vẹn nguồn silic nông nghiệp thành khoáng silicat cấu trúc cao.

Thứ ba, việc khảo sát hệ mẫu composite ép viên khối lượng 0.15 g, đường kính 6 mm với các tỷ lệ phối trộn Xonotlite lần lượt là 0%, 20%, 40%, 60%, 80% và 100% cho thấy mẫu chứa 80% Hydroxyapatite và 20% Xonotlite đạt tính chất cơ lý tối ưu nhất. Mật độ khối và cường độ nén của mẫu này tăng vượt trội so với mẫu Hydroxyapatite nguyên chất 100%.

Thứ tư, thử nghiệm độc tính trên dòng tế bào L-929 với mật độ ban đầu 1x10^4 tế bào/giếng ở các nồng độ dịch chiết 0%, 12.5%, 25%, 50% và 100% sau 72 giờ ủ cho thấy tỷ lệ sống sót của tế bào duy trì ở mức cao trên mọi nồng độ, chứng minh vật liệu hoàn toàn không gây độc tính tế bào.

Thảo luận kết quả

Cơ chế gia cường cơ tính của hệ composite hình thành nhờ mạng lưới tinh thể sợi của Xonotlite đan xen phân tán đồng đều trong nền Hydroxyapatite nano. Khi chịu tác động của lực nén cơ học, các sợi silicat đóng vai trò làm cầu nối truyền tải và triệt tiêu ứng suất, hạn chế sự lan truyền của các vết nứt tế vi. Hiện tượng này hoàn toàn tương thích với các nghiên cứu quốc tế, tiêu biểu là các công bố khoa học ghi nhận độ cứng của composite nền canxi photphat có thể tăng tới 200% và mô đun đàn hồi tăng khoảng 45% khi được bổ sung pha silicat dạng sợi.

Về phương diện trực quan hóa dữ liệu, các chỉ số cơ lý tính có thể được biểu diễn trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh tương quan giữa các tỷ lệ pha gia cường (từ 0% đến 100%) với độ bền nén (MPa) và độ xốp thực tế. Bên cạnh đó, kết quả tương thích sinh học được minh họa chi tiết qua biểu đồ đường thể hiện mật độ quang học đo ở bước sóng 570 nm tương ứng với các nồng độ dịch chiết từ 0% đến 100%. Sự kết hợp giữa 80% Hydroxyapatite và 20% Xonotlite tạo ra cấu trúc vi mô xốp liên thông ổn định, vừa bảo đảm độ bền chịu lực vừa tạo không gian thuận lợi cho tế bào bám dính và tăng sinh tự nhiên.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình công nghệ tổng hợp thủy nhiệt ở quy mô pilot công nghiệp. Các viện nghiên cứu vật liệu và trường đại học kỹ thuật cần phối hợp thiết kế hệ thống nồi hấp autoclave dung tích 50 đến 100 lít trong lộ trình 12 tháng, nhằm nâng công suất mẻ sản xuất bột Hydroxyapatite và Xonotlite đạt từ 5 đến 10 kg/mẻ với chất lượng hạt nano ổn định dưới 100 nm.

Thứ hai, tiến hành thử nghiệm tiền lâm sàng in vivo trên mô hình động vật sống. Các đơn vị nghiên cứu y sinh và bệnh viện ngoại khoa chấn thương chỉnh hình cần triển khai đánh giá khả năng tích hợp xương trên thỏ hoặc chuột trong thời gian 24 tháng, đặt mục tiêu tỷ lệ tái tạo mô xương lành đạt trên 85% sau 12 tuần cấy ghép giá thể tỷ lệ 80% HA + 20% Xonotlite.

Thứ ba, ứng dụng công nghệ in 3D sinh học để chế tạo giá thể xốp cá nhân hóa. Các nhóm kỹ sư vật liệu y sinh cần tối ưu hóa độ nhớt của bùn in composite trong vòng 6 đến 18 tháng, hướng tới mục tiêu kiểm soát độ rỗng liên thông trong khoảng 50% đến 70%, đáp ứng chính xác hình thái khuyết hổng xương theo ảnh chụp cắt lớp vi tính của từng bệnh nhân.

Thứ tư, hoàn thiện quy chuẩn kiểm soát chất lượng nguồn nguyên liệu tro trấu y sinh. Các doanh nghiệp chế biến phụ phẩm lúa gạo và cơ quan quản lý tiêu chuẩn đo lường chất lượng tại các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long cần xây dựng quy trình đốt tro trấu ở 500 độ C trong 6 tháng tới, bảo đảm hàm lượng SiO2 luôn đạt trên 94% và loại bỏ triệt để các tạp chất oxit kim loại nặng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, các nhà khoa học, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Vật liệu, Công nghệ Vật liệu Silicat và Kỹ thuật Y sinh. Tài liệu cung cấp quy trình thực nghiệm chi tiết về phản ứng thủy nhiệt, các thông số nhiệt độ 180 độ C và 200 độ C, cùng phương pháp luận phân tích toàn diện qua ảnh XRD, SEM, TEM và FTIR.

Thứ hai, các bác sĩ chuyên khoa chấn thương chỉnh hình, phẫu thuật tạo hình hàm mặt và phục hình nha khoa. Luận văn cung cấp bằng chứng khoa học thực nghiệm về độ an toàn sinh học theo chuẩn ISO 10993-5&12 và tiềm năng ứng dụng của giá thể composite trong điều trị phục hồi các khuyết hổng xương chịu tải lực.

Thứ ba, các kỹ sư nghiên cứu phát triển sản phẩm tại các doanh nghiệp sản xuất thiết bị y tế và vật liệu cấy ghép sinh học. Công trình là cơ sở kỹ thuật tin cậy để xây dựng dây chuyền sản xuất gốm y sinh giá thành cạnh tranh, chủ động nguồn nguyên liệu nội địa thay thế các sản phẩm ngoại nhập đắt đỏ.

Thứ tư, các chuyên gia quản lý môi trường và doanh nghiệp nông nghiệp công nghệ cao. Nghiên cứu mang đến một mô hình chuyển đổi xanh cụ thể, nâng tầm giá trị thương mại cho phụ phẩm tro trấu lúa gạo, đóng góp trực tiếp vào chuỗi giá trị kinh tế tuần hoàn tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Vì sao cần phối hợp Hydroxyapatite với khoáng Xonotlite trong chế tạo giá thể y sinh? Trả lời: Hydroxyapatite có khả năng dẫn xương tốt nhưng cơ tính giòn và khả năng chịu lực kém. Việc bổ sung 20% Xonotlite có cấu trúc tinh thể sợi hình kim giúp tăng cường độ bền nén cho viên mẫu đường kính 6 mm, đồng thời các ion canxi và silic giải phóng từ silicat kích thích mạnh mẽ quá trình tạo xương tự nhiên.

Câu hỏi 2: Ưu điểm của việc sử dụng nguồn nguyên liệu tro trấu trong nghiên cứu này là gì? Trả lời: Tro trấu nung ở 500 độ C trong 4 giờ chứa tới 94.139% silic đioxit vô định hình có hoạt tính hóa học cao. Nguồn nguyên liệu này giúp cắt giảm hơn 50% chi phí tiền chất hóa chất so với sử dụng nguồn silic thương mại, đồng thời giải quyết triệt để bài toán rác thải nông nghiệp.

Câu hỏi 3: Điều kiện công nghệ nào là tối ưu nhất để tổng hợp Hydroxyapatite đơn pha? Trả lời: Quá trình thủy nhiệt giữa 0.5 mol Ca(OH)2 và 0.3 mol H3PO4 đạt kết quả tối ưu ở 180 độ C trong thời gian 12 giờ. Ở điều kiện này, phổ XRD ghi nhận phản ứng chuyển hóa hoàn toàn không còn pic dư Ca(OH)2, tạo ra các hạt tinh thể nano đồng nhất dưới 100 nm.

Câu hỏi 4: Thử nghiệm độc tính tế bào của vật liệu được tiến hành theo quy chuẩn nào? Trả lời: Khả năng tương thích sinh học được đánh giá trên dòng tế bào L-929 ở mật độ 1x10^4 tế bào/giếng tuân thủ tiêu chuẩn ISO 10993-5&12. Tế bào được nuôi cấy trong dịch chiết ở các nồng độ từ 12.5% đến 100% trong 72 giờ và đo mật độ quang học MTT ở bước sóng 570 nm.

Câu hỏi 5: Tỷ lệ phối trộn composite nào đem lại hiệu quả toàn diện nhất? Trả lời: Tỷ lệ 80% Hydroxyapatite kết hợp 20% Xonotlite mang lại hiệu quả cao nhất. Tỷ lệ này giúp tối ưu hóa mật độ khối, tăng cường độ chịu lực cơ học nhưng vẫn giữ được độ xốp cần thiết và đảm bảo an toàn tuyệt đối, không gây độc tính cho tế bào sống.

Kết luận

• Chế tạo thành công bột Hydroxyapatite đơn pha kích thước nano dưới 100 nm ở 180 độ C trong 12 giờ và khoáng Xonotlite hình sợi từ tro trấu chứa 94.139% SiO2 ở 200 độ C trong 24 giờ bằng phương pháp thủy nhiệt.
• Xác lập tỷ lệ phối trộn tối ưu cho hệ composite y sinh là 80% Hydroxyapatite và 20% Xonotlite, cải thiện vượt bậc cường độ chịu nén và độ ổn định cơ lý tính so với vật liệu Hydroxyapatite nguyên chất.
• Kiểm chứng an toàn sinh học hoàn toàn trên dòng tế bào L-929 thông qua phép đo quang phổ MTT theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 10993-5&12, khẳng định vật liệu không gây bất kỳ độc tính nào ở mọi nồng độ trích ly.
• Khẳng định tính khả thi của giải pháp kinh tế tuần hoàn khi tái chế tro trấu lúa gạo thành vật liệu cấy ghép y sinh cao cấp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tối ưu hóa chi phí sản xuất.
• Đề xuất lộ trình 24 tháng tới hoàn thành các thử nghiệm in vivo trên động vật sống; kính mời các tổ chức khoa học và doanh nghiệp y tế cùng phối hợp chuyển giao công nghệ để sớm thương mại hóa sản phẩm giá thể xương composite chất lượng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về Hydroxyapatite (HA) và vật liệu y sinh (sinh học) 1.1 Thành phần và cấu tạo Hydroxyapatite (HA) có dạng hệ tinh thể lục giác, đơn vị cấu trúc cơ bản là Ca5(PO4)3(OH) nhưng trên thực tế gồm 2 phân tử và có công thức hóa học tỷ lượng là Ca10(PO4)6(OH)2. Tuy nhiên, HA có thể tồn tại dưới dạng các công thức hóa học không tỷ lượng Ca10-x(HPO4)x(PO4)6-x(OH)2 (0≤x≤2). Trong xương, HA cũng thường tồn tại dưới dạng không tỷ lượng hơn là dạng tỷ lượng. [6] HA tinh khiết có thành phần khối lượng lý thuyết là 39.45% P; Ca/P về khối lượng là 2.151; tỷ lệ mol của Ca/P là 1.

Dựa vào tỉ lệ Ca/P, có thể đánh giá được độ tinh khiết của HA. Nếu tỉ lệ Ca/P thấp hơn 1.667 thì trong HA có thể có β-TCP, TTCP hoặc các pha khác của calcium phosphate. Nếu tỉ lệ Ca/P cao hơn 1.667 thì trong HA có thể có sự hiện diện của CaO. Ngoài ra còn có một số nguyên tố khác với hàm lượng nhỏ do tiền chất phản ứng mang vào.

Mô phỏng cấu trúc tinh thể Hydroxyapatite Ca5(OH)(PO4)3 (University of Liverpool - http://www.com/solidstate/SShydroxyapatite.2 Tính chất – Ứng dụng: Hydroxyapatite (HA), Ca10(PO4)6(OH)2, dạng bột có màu trắng, trắng ngà, vàng nhạt hoặc xanh lơ, tuỳ theo điều kiện hình thành, kích thước hạt và trạng thái tập hợp. HA có nhiệt độ nóng chảy 1760oC và nhiệt độ sôi 2850oC, độ tan trong nước 0.7g/l, khối lượng mol phân tử 1004.60g, khối lượng riêng là 3.156g/cm3, độ cứng 5 Thực hiện: Văng Nguyễn Hoàng Vân GVHD: TS. Phạm Trung Kiên Chế tạo giá thể composite y sinh HA/Wollastonite và đánh giá khả năng tăng sinh tế bào trên giá thể theo thang Mohs bằng 5. Các tinh thể HA tự nhiên và nhân tạo, tùy thuộc vào điều kiện hình thành mà có thể tồn tại ở các dạng hình que, hình kim, hình vảy,… Hydroxyapatite (HA) là một loại vật liệu dựa trên calcium phosphate với mối quan tâm lớn cho các ứng dụng y sinh học.

Calcium phosphate có tính tương hợp sinh học, hoạt tính sinh học cao và khả năng chữa lành xương. Mặt khác Calcium phosphate bên trong cơ thể từ từ hòa tan để giải phóng ion Calcium phosphate có lợi trong việc hình thành xương. Sản phẩm của quá trình phân hủy calcium phosphate hình thành cacbonate apatite có thành phần và cấu trúc hóa học giống với pha khoáng trong xương hơn và có hoạt tính sinh học. Ngoài ra, nano calcium phosphate có hoạt tính sinh học cao hơn, được dùng trong cấy ghép mô với tính tương hợp sinh học được cải thiện đáng kể.

[2] Do lượng calcium hấp thụ thực tế từ thức ăn mỗi ngày tương đối thấp nên rất cần bổ sung calcium cho cơ thể, đặc biệt cho trẻ em và người cao tuổi. Calcium có trong thức ăn hoặc thuốc thường nằm ở dạng hợp chất hoà tan nên khả năng hấp thụ của cơ thể không cao và thường phải dùng kết hợp với vitamin D nhằm tăng cường việc hấp thụ và chuyển hoá calcium thành HA. Một phương pháp hữu hiệu là sử dụng HA ở dạng bột mịn, kích thước nano để bổ sung calcium [2].2 Minh họa một loại thuốc bổ sung calcium từ microcrystalline hydroxyapatite trên thị trường. 6 Thực hiện: Văng Nguyễn Hoàng Vân GVHD: TS.

Phạm Trung Kiên Chế tạo giá thể composite y sinh HA/Wollastonite và đánh giá khả năng tăng sinh tế bào trên giá thể Vật liệu gốm xốp HA có tính tương thích sinh học cao, có nhiều lỗ liên thông với nhau, tạo thuận lợi cho sự xâm nhập của mô sợi và mạch máu, có tính dung nạp tốt, không độc, không dị ứng. Nhờ có khả năng đặc biệt này mà ngày nay, HA dạng gốm xốp được ứng dụng đặc biệt rộng rãi trong y sinh học [14].