Luận văn thạc sĩ về nghiên cứu hydroxyapatite polymaltose tại Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu tổng hợp và xác định các đặc trưng của hydroxyapatite polymaltose, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong

• Tác giả: Đặng Thị Nhung
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Thị Ngọc Bích
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và xác định các đặc trưng của hydroxyapatite - polymaltose
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính chất vật lý
• 1.2. Tính chất hóa học
• 1.3. Tính chất sinh học
• 1.4. Các ứng dụng cơ bản của vật liệu HA
• 1.5. Các phương pháp tổng hợp HA
• 1.6. Tính chất và ứng dụng của polymaltose
• 1.7. VẬT LIỆU COMPOZIT CỦA HA VÀ POLYME
• 1.7.1. Sự tạo thành vật liệu compozit HA/polyme
• 1.7.2. Các phương pháp tổng hợp compozit HA/polyme
• 1.7.3. Phương pháp trộn HA và polyme
• 1.7.4. Phương pháp kết tủa trực tiếp
• 1.7.5. Đặc trưng của vật liệu compozit HA/polyme
• 1.7.6. Hình thái học
• 1.7.7. Tương tác giữa HA và polyme
• 1.7.8. Ứng dụng của compozit HA/polyme
• 1.7.8.1. Sửa chữa khuyết tật xương
• 1.7.8.2. Sửa chữa khiếm khuyết răng
• 1.7.8.3. Truyền thuốc và gen
• 1.8. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ HA VÀ COMPOZIT HAP Ở NƯỚC TA
• 2. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PHẢN ỨNG ĐẾN HA/POLYMALTOSE
• 2.1.1. Lựa chọn phương pháp tổng hợp HA/polymaltose
• 2.1.2. Lựa chọn polymaltose có chỉ số DE thích hợp
• 2.1.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số phản ứng đến sản phẩm HAP
• 2.1.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng polymaltose
• 2.1.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ cấp axit H3PO4
• 2.1.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 2.1.3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 2.1.3.5. Ảnh hưởng của chế độ làm khô sản phẩm
• 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG
• 2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.2.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR)
• 2.2.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.2.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.2.5. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DTA)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HA/POLYMALTOSE
• 3.2. LỰA CHỌN POLYMALTOSE VỚI DE THÍCH HỢP
• 3.3. KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PHẢN ỨNG ĐẾN HAP
• 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng polymaltose
• 3.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ cấp axit H3PO4
• 3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 3.3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.3.5. Ảnh hưởng của chế độ làm khô sản phẩm
• KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu hydroxyapatite polymaltose hiệu quả

Hydroxyapatite (HA) là một khoáng chất quan trọng trong cơ thể con người, đặc biệt là trong xương và răng. Polymaltose, một sản phẩm thủy phân của tinh bột, đã được nghiên cứu để cải thiện tính chất sinh học của HA. Nghiên cứu này nhằm mục đích tổng hợp và xác định các đặc trưng của hydroxyapatite - polymaltose, từ đó mở ra hướng đi mới trong ứng dụng y sinh học.

1.1. Đặc điểm của hydroxyapatite và polymaltose

Hydroxyapatite có công thức hóa học Ca10(PO4)6(OH)2, với tính chất sinh học cao, giúp tái sinh xương. Polymaltose, với chỉ số DE thích hợp, có khả năng tương tác tốt với tế bào sinh học, nâng cao tính tương thích của vật liệu.

1.2. Lịch sử nghiên cứu về hydroxyapatite

Nghiên cứu về hydroxyapatite đã bắt đầu từ nhiều thập kỷ trước, với nhiều ứng dụng trong y sinh học. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng HA có khả năng thúc đẩy sự phát triển của xương mới mà không gây độc tính.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hydroxyapatite polymaltose

Mặc dù hydroxyapatite có nhiều ưu điểm, việc ứng dụng trong y sinh học vẫn gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như độ tinh khiết, kích thước hạt và khả năng hấp thụ dinh dưỡng cần được giải quyết để nâng cao hiệu quả điều trị.

2.1. Độ tinh khiết và chất lượng của hydroxyapatite

Độ tinh khiết của hydroxyapatite ảnh hưởng trực tiếp đến tính sinh học và khả năng tương thích của vật liệu. Việc kiểm soát các tạp chất trong quá trình tổng hợp là rất quan trọng.

2.2. Kích thước hạt và tính chất sinh học

Kích thước hạt của hydroxyapatite ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ và tương tác với tế bào. Các nghiên cứu cho thấy rằng kích thước nano có thể cải thiện đáng kể tính sinh học của vật liệu.

III. Phương pháp tổng hợp hydroxyapatite polymaltose hiệu quả

Nghiên cứu đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp hydroxyapatite polymaltose, trong đó phương pháp kết tủa được ưu tiên. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt các thông số phản ứng để đạt được sản phẩm chất lượng cao.

3.1. Phương pháp kết tủa từ dung dịch

Phương pháp kết tủa từ dung dịch chứa ion Ca2+ và PO43- là một trong những phương pháp hiệu quả nhất. Quá trình này yêu cầu kiểm soát pH và nhiệt độ để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu.

3.2. Ảnh hưởng của các thông số phản ứng

Các thông số như hàm lượng polymaltose, tốc độ cấp axit và nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hydroxyapatite. Việc tối ưu hóa các thông số này là cần thiết để đạt được sản phẩm tốt nhất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hydroxyapatite polymaltose trong y học

Hydroxyapatite polymaltose có nhiều ứng dụng trong y học, đặc biệt trong việc sửa chữa khuyết tật xương và răng. Vật liệu này không chỉ giúp tái sinh xương mà còn có khả năng truyền thuốc hiệu quả.

4.1. Sửa chữa khuyết tật xương

Hydroxyapatite polymaltose được sử dụng để sửa chữa các khuyết tật xương, nhờ vào khả năng tương thích sinh học và tính dẫn xương tốt. Nghiên cứu cho thấy vật liệu này có thể thúc đẩy sự phát triển của xương mới.

4.2. Ứng dụng trong nha khoa

Trong nha khoa, hydroxyapatite polymaltose được sử dụng để điều trị các vấn đề về răng miệng, như cấy ghép răng và điều trị bệnh nha chu. Vật liệu này giúp cải thiện khả năng hồi phục của mô răng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu hydroxyapatite polymaltose

Nghiên cứu về hydroxyapatite polymaltose đang mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh vực y sinh học. Việc tối ưu hóa các phương pháp tổng hợp và ứng dụng thực tiễn sẽ giúp nâng cao hiệu quả điều trị và mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu này.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện tính chất của hydroxyapatite polymaltose, nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu trong y sinh học. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới cũng là một hướng đi quan trọng.

5.2. Ứng dụng mở rộng trong công nghiệp

Ngoài y sinh học, hydroxyapatite polymaltose còn có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm. Việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm mới từ vật liệu này sẽ mang lại nhiều lợi ích.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hydroxyapatite (HA), với công thức hóa học Ca(_{10})(PO(_4))(_6)(OH)(_2), là thành phần chính của xương và răng trong cơ thể người và động vật. HA có tính tương thích sinh học cao, khả năng dẫn xương tốt và không bị đào thải khi cấy ghép, do đó được ứng dụng rộng rãi trong y sinh học và dược học. Tại Việt Nam, nghiên cứu và ứng dụng vật liệu vô cơ trong lĩnh vực này còn hạn chế, đặc biệt là các vật liệu compozit HA/polyme sinh học. Polymaltose, một sản phẩm thủy phân không hoàn toàn của tinh bột với giá trị đường khử (DE) từ 12 đến 30, được lựa chọn làm polyme nền để tổng hợp compozit HA/polymaltose nhằm nâng cao tính chất và khả năng ứng dụng của HA.

Mục tiêu nghiên cứu là tổng hợp và xác định các đặc trưng của vật liệu compozit HA/polymaltose, khảo sát ảnh hưởng của các thông số phản ứng như hàm lượng polymaltose, tốc độ cấp axit H(_3)PO(_4), nhiệt độ phản ứng, thời gian khuấy và chế độ làm khô sản phẩm đến cấu trúc, kích thước hạt và tính chất của compozit. Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng Hóa Vô cơ, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong giai đoạn 2015-2016.

Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển vật liệu compozit sinh học có kích thước hạt nano, phân bố đồng đều, độ tinh thể phù hợp, đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong sửa chữa khuyết tật xương, nha khoa và truyền dẫn thuốc. Nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới trong việc tận dụng nguồn nguyên liệu trong nước và nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu HA trong y sinh học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cấu trúc và tính chất của Hydroxyapatite (HA): HA có cấu trúc mạng tinh thể gồm các ion Ca(^{2+}), PO(_4^{3-}) và OH(^-), với tỷ lệ Ca/P = 1,67, tương tự như xương tự nhiên. HA có tính tương thích sinh học cao, khả năng dẫn xương và không gây độc, dị ứng.

• Tương tác giữa HA và polyme sinh học: Các nhóm chức như cacboxyl, hydroxyl, amin trên phân tử polyme tương tác với ion Ca(^{2+}) và PO(_4^{3-}) của HA, tạo thành liên kết hóa học hoặc vật lý giúp phân tán đồng đều HA trong mạng polyme, cải thiện tính chất cơ học và sinh học của compozit.

• Phương pháp kết tủa trực tiếp (in situ): Tổng hợp HA trong môi trường có mặt polyme, cho phép kiểm soát kích thước hạt, độ tinh thể và phân bố hạt HA trên nền polyme, mô phỏng quá trình khoáng hóa sinh học tự nhiên.

• Đại lượng DE (Dextrose Equivalent): Đại lượng đo mức độ thủy phân tinh bột, ảnh hưởng đến cấu trúc phân tử polymaltose, số lượng nhóm chức và khả năng tạo mầm tinh thể HA.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng polymaltose có giá trị DE 12, 20, 25, 30, axit photphoric H(_3)PO(_4) 85%, canxi hiđroxit Ca(OH)(_2), và các hóa chất chuẩn PA.

• Phương pháp tổng hợp: Tổng hợp compozit HA/polymaltose bằng phương pháp kết tủa trực tiếp từ Ca(OH)(_2) và H(_3)PO(_4) trong môi trường có polymaltose. Ba phương pháp thêm polymaltose được khảo sát: thêm trước polymaltose vào huyền phù Ca(OH)(_2), thêm đồng thời với H(_3)PO(_4), và thêm đồng thời với H(_3)PO(_4) cùng ethanol.

• Phân tích đặc trưng: Sử dụng các kỹ thuật XRD (X-Ray Diffraction) để xác định pha tinh thể và kích thước hạt, FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) để xác định nhóm chức và tương tác hóa học, SEM (Scanning Electron Microscopy) và TEM (Transmission Electron Microscopy) để quan sát hình thái và kích thước hạt, TGA-DTA (Thermal Gravimetric Analysis - Differential Thermal Analysis) để phân tích đặc trưng nhiệt và hàm lượng polymaltose thực tế.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Các mẫu compozit được tổng hợp với biến đổi các thông số phản ứng như hàm lượng polymaltose (20-80%), tốc độ cấp axit (1-6 ml/phút), nhiệt độ phản ứng (30-90°C), thời gian khuấy (3-8 giờ), và chế độ làm khô (đông khô, sấy 60°C, sấy 100°C).

• Timeline nghiên cứu: Quá trình tổng hợp và phân tích kéo dài trong khoảng 6 tháng, từ chuẩn bị nguyên liệu, tổng hợp mẫu, đến phân tích đặc trưng và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lựa chọn phương pháp tổng hợp: Phương pháp kết tủa trực tiếp với việc thêm polymaltose đồng thời cùng H(_3)PO(_4) (phương pháp C) cho kết quả tốt nhất về pha đơn HA, kích thước hạt nhỏ (10-15 nm), phân bố đồng đều và không có pha lạ. Phương pháp thêm ethanol đồng thời làm xuất hiện pha CaHPO(_4) không mong muốn do ảnh hưởng của dung môi kém phân cực.

2. Ảnh hưởng của giá trị DE của polymaltose: Polymaltose với DE 25-30 tạo ra compozit HA có hạt phân tán tốt, kích thước hạt nhỏ và ít kết tập hơn so với DE thấp (12-20). DE cao tương ứng với số lượng nhóm OH nhiều hơn, tạo nhiều vị trí tạo mầm tinh thể HA, hạn chế sự kết tập hạt.

3. Ảnh hưởng hàm lượng polymaltose: Hàm lượng polymaltose thực tế trong compozit dao động từ khoảng 10% đến 40% tùy theo lượng đưa vào ban đầu. Hàm lượng polymaltose cao không ảnh hưởng đến pha HA nhưng làm giảm tỷ lệ HA trong compozit, ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng. Hàm lượng polymaltose 20-30% được khuyến nghị, tương đương với tỷ lệ pha hữu cơ trong xương tự nhiên.

4. Ảnh hưởng tốc độ cấp axit H(_3)PO(_4): Tốc độ cấp axit lên đến 6 ml/phút vẫn tạo ra HA đơn pha với kích thước hạt nhỏ (30-40 nm) và phân bố đồng đều. Tốc độ cấp axit cao giúp rút ngắn thời gian tổng hợp mà không làm giảm chất lượng sản phẩm.

5. Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng: Nhiệt độ tăng từ 30°C đến 90°C làm tăng kích thước tinh thể HA từ 19 nm lên 28 nm và độ tinh thể tăng theo. Tuy nhiên, sự kết tập hạt cũng tăng theo nhiệt độ. Nhiệt độ 30°C được lựa chọn để tạo sản phẩm có kích thước hạt nhỏ và phân bố tốt.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp kết tủa trực tiếp là hiệu quả để tổng hợp compozit HA/polymaltose với đặc trưng nano, đồng nhất. Việc thêm polymaltose đồng thời với axit H(_3)PO(_4) giúp kiểm soát sự tạo mầm và phát triển tinh thể HA, nhờ tương tác giữa các nhóm OH của polymaltose và ion Ca(^{2+}) trong HA. Giá trị DE của polymaltose ảnh hưởng đến cấu trúc phân tử và số lượng nhóm chức, từ đó điều chỉnh kích thước và phân bố hạt HA.

So với các nghiên cứu trước đây về compozit HA/polyme khác như chitosan, collagen, polymaltose với DE 25-30 cho kết quả tương đương hoặc tốt hơn về kích thước hạt và phân bố. Tốc độ cấp axit và nhiệt độ phản ứng là các thông số quan trọng ảnh hưởng đến pha và kích thước hạt, cần được tối ưu để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ XRD thể hiện các pha tinh thể, ảnh SEM và TEM minh họa hình thái và kích thước hạt, biểu đồ TGA-DTA cho thấy hàm lượng polymaltose thực tế và đặc trưng nhiệt của compozit.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp kết tủa trực tiếp với polymaltose DE 25-30: Để tổng hợp compozit HA/polymaltose có kích thước hạt nano, phân bố đồng đều, phù hợp cho ứng dụng y sinh học. Thời gian thực hiện khoảng 1-2 ngày cho mỗi mẻ sản xuất. Chủ thể thực hiện: các phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu sinh học.

2. Kiểm soát hàm lượng polymaltose trong khoảng 20-30%: Đảm bảo tỷ lệ pha hữu cơ tương tự xương tự nhiên, tối ưu hóa tính tương thích sinh học và cơ học của vật liệu. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất vật liệu y sinh.

3. Tối ưu tốc độ cấp axit H(_3)PO(_4) ở mức 6 ml/phút: Rút ngắn thời gian tổng hợp mà vẫn giữ được chất lượng sản phẩm. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên phòng thí nghiệm.

4. Thực hiện tổng hợp ở nhiệt độ phòng (30°C): Giúp kiểm soát kích thước hạt nhỏ, giảm kết tập và tiết kiệm năng lượng. Chủ thể thực hiện: nhà nghiên cứu và sản xuất.

5. Khuyến nghị sử dụng phương pháp sấy đông khô: Giữ nguyên cấu trúc và đặc tính của compozit, tránh làm biến đổi kích thước hạt và tính chất vật liệu. Chủ thể thực hiện: phòng thí nghiệm và nhà sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu vật liệu y sinh học: Nghiên cứu về tổng hợp và đặc trưng vật liệu compozit HA/polyme, phát triển vật liệu nano ứng dụng trong sửa chữa mô xương và nha khoa.

2. Kỹ thuật viên phòng thí nghiệm: Áp dụng phương pháp tổng hợp và phân tích đặc trưng compozit HA/polymaltose, tối ưu quy trình sản xuất vật liệu sinh học.

3. Nhà sản xuất vật liệu y sinh: Tận dụng nguồn nguyên liệu polymaltose trong nước, phát triển sản phẩm compozit HA/polyme có tính năng ưu việt, đáp ứng yêu cầu thị trường.

4. Bác sĩ chuyên khoa chỉnh hình và nha khoa: Hiểu rõ tính chất và ứng dụng của vật liệu compozit HA/polymaltose trong sửa chữa khuyết tật xương, răng và truyền dẫn thuốc, hỗ trợ lựa chọn vật liệu phù hợp cho bệnh nhân.

Câu hỏi thường gặp

1. Polymaltose có vai trò gì trong tổng hợp compozit HA?
   Polymaltose cung cấp các nhóm chức OH giúp tạo mầm tinh thể HA, kiểm soát kích thước và phân bố hạt, đồng thời cải thiện tính tương thích sinh học và cơ học của vật liệu.

2. Tại sao chọn phương pháp kết tủa trực tiếp để tổng hợp HA/polymaltose?
   Phương pháp này mô phỏng quá trình khoáng hóa sinh học tự nhiên, cho phép kiểm soát tốt cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và phân bố HA trên nền polyme, tạo compozit đồng nhất.

3. Giá trị DE của polymaltose ảnh hưởng thế nào đến sản phẩm?
   DE cao (25-30) tương ứng với số lượng nhóm OH nhiều hơn, giúp tạo nhiều vị trí tạo mầm tinh thể HA, hạn chế kết tập hạt, tạo compozit có kích thước hạt nhỏ và phân bố đồng đều.

4. Tốc độ cấp axit H(_3)PO(_4) ảnh hưởng ra sao đến quá trình tổng hợp?
   Tốc độ cấp axit cao (6 ml/phút) giúp rút ngắn thời gian tổng hợp mà vẫn đảm bảo tạo ra HA đơn pha, kích thước hạt nhỏ và phân bố tốt, tránh hiện tượng quá axit cục bộ.

5. Nhiệt độ phản ứng nên được duy trì ở mức nào?
   Nhiệt độ phòng (30°C) là phù hợp nhất để tạo sản phẩm có kích thước hạt nhỏ, phân bố đồng đều và giảm hiện tượng kết tập hạt, đồng thời tiết kiệm năng lượng trong sản xuất.

Kết luận

• Phương pháp kết tủa trực tiếp với polymaltose DE 25-30 là hiệu quả để tổng hợp compozit HA/polymaltose có kích thước hạt nano, phân bố đồng đều và pha đơn HA.
• Hàm lượng polymaltose tối ưu trong compozit là 20-30%, tương đương pha hữu cơ trong xương tự nhiên, đảm bảo tính chất vật liệu và hiệu quả ứng dụng.
• Tốc độ cấp axit H(_3)PO(_4) 6 ml/phút và nhiệt độ phòng (30°C) được khuyến nghị để rút ngắn thời gian tổng hợp mà vẫn giữ chất lượng sản phẩm.
• Các kỹ thuật phân tích XRD, FT-IR, SEM, TEM và TGA-DTA được sử dụng hiệu quả để đánh giá đặc trưng vật liệu compozit.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu compozit HA/polyme sinh học ứng dụng trong y sinh học, nha khoa và truyền dẫn thuốc, góp phần nâng cao giá trị vật liệu trong nước.

Áp dụng quy trình tổng hợp đã tối ưu vào sản xuất thử nghiệm quy mô lớn, đánh giá tính sinh học và cơ học của compozit trong mô hình thực nghiệm, mở rộng nghiên cứu ứng dụng trong y học tái tạo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 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 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 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. Ảnh hiển vi điện tử của các tinh thể HA Đặng Thị Nhung 3 Cao học Hóa - K24 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 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.

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]. 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.

Công thức cấu tạo của phân tử HA Đặng Thị Nhung 4 Cao học Hóa - K24 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN 1. 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. 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. 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 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 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].