I. Tổng quan về vật liệu y sinh
Vật liệu y sinh đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực y học, nha khoa, sinh học và công nghệ sinh học. Chúng được sử dụng để thay thế hoặc hỗ trợ hình thành mô xương cho các phần bị khiếm khuyết của cơ thể. Vật liệu y sinh bao gồm các loại như kim loại, polymer và gốm sứ, được phân loại dựa trên tính chất và ứng dụng cụ thể. Kim loại được sử dụng rộng rãi trong phẫu thuật cấy ghép do độ bền và tính chống chịu gãy cao. Tuy nhiên, khả năng tương thích sinh học và sự ăn mòn là những hạn chế cần được giải quyết.
1.1. Vật liệu y sinh kim loại
Vật liệu y sinh kim loại như thép không gỉ, hợp kim CoCrMo và titan được sử dụng trong cấy ghép xương và nối ghép chỉnh hình. Chúng có độ bền cao và khả năng chịu tải tốt, nhưng vấn đề ăn mòn và tương thích sinh học vẫn là thách thức lớn. Các kim loại này thường được gia công bằng phương pháp đúc, tạo hình và ủ để đạt được tính chất cơ học phù hợp.
1.2. Vật liệu composite
Vật liệu composite là sự kết hợp của hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau, tạo ra vật liệu mới có tính năng vượt trội. Trong y sinh, composite ceramic-polymer được xem là tiềm năng do khả năng tương thích sinh học cao và tính dẫn xương tốt. Tuy nhiên, việc tạo khung có kích thước nano vẫn là thách thức, làm hạn chế sự phân bố đồng đều của các thành phần.
II. Tổng hợp forsterite bằng phương pháp sol gel
Forsterite (Mg2SiO4) là một vật liệu gốm sứ y sinh có tiềm năng cao do độ bền uốn và khả năng chống gãy tốt hơn so với hydroxyapatite. Trong nghiên cứu này, forsterite được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel từ magnesium nitrate và TetraEthOxySilane (TEOS). Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước hạt và độ tinh khiết của vật liệu, đặc biệt phù hợp cho ứng dụng y sinh.
2.1. Quy trình tổng hợp
Quy trình tổng hợp forsterite bắt đầu với việc hòa tan magnesium nitrate và TEOS trong dung môi thích hợp. Sau đó, quá trình gel hóa được thực hiện ở nhiệt độ phòng, tiếp theo là sấy khô và nung ở nhiệt độ cao để hình thành tinh thể forsterite. Nhiệt độ nung ảnh hưởng đáng kể đến kích thước hạt và độ tinh khiết của vật liệu.
2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố tổng hợp
Các yếu tố như tỷ lệ mol Mg:Si, hàm lượng nước và nhiệt độ nung được nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình tổng hợp. Kết quả cho thấy, tỷ lệ mol Mg:Si = 2:1 và nhiệt độ nung 1000°C là điều kiện lý tưởng để thu được forsterite có kích thước hạt từ 43-50 nm và độ tinh khiết cao.
III. Ứng dụng của forsterite trong vật liệu y sinh
Forsterite được ứng dụng làm vật liệu y sinh nhờ khả năng tương thích sinh học cao và độ bền cơ học tốt. Nghiên cứu cho thấy, forsterite có khả năng hình thành apatite trên bề mặt khi ngâm trong dung dịch sinh lý SBF, điều này chứng tỏ tiềm năng của nó trong việc hỗ trợ tái tạo xương.
3.1. Khả năng tương thích sinh học
Khả năng tương thích sinh học của forsterite được đánh giá thông qua việc ngâm vật liệu trong dung dịch SBF. Kết quả cho thấy, sau 7 ngày ngâm, apatite bắt đầu hình thành trên bề mặt forsterite, chứng tỏ khả năng tương tác tốt với mô xương.
3.2. Ứng dụng trong cấy ghép xương
Forsterite có thể được sử dụng làm vật liệu cấy ghép xương nhờ độ bền cơ học và khả năng tái tạo xương tốt. Nghiên cứu chỉ ra rằng, vật liệu này có hệ số giãn nở nhiệt thấp (TEC ≈ 2,9×10^-7/°C), phù hợp với điều kiện sinh lý của cơ thể.
