BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -----------------------------
PHẠM THỊ THU TRANG TÊN ĐỀ TÀI: CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP POLYAXIT LACTIC/NANO HYDROXYAPATIT ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CẤY GHÉP XƯƠNG Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62440119
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Hà Nội – 2017
1
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam.
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Đinh Thị Mai Thanh
2. GS. TS. Thái Hoàng
Phản biện1: PGS.TS. Phạm Thế Trinh
Phản biện 2: PGS.TS. Lê Minh Cầm
Phản biện 3: PGS.TS. Hồ Anh Sơn
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học viện họp tại Học viện Khoa học
và công nghệ- Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam vào hồi…giờ…, ngày…tháng…
năm 2017
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện quốc gia
2. Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ.
2
A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của đề tài Hiện nay, trong nghành phẫu thuật chấn thương chỉnh hỉnh có nhiều loại vật liệu dùng trong
cấy ghép xương phổ biến như: thép không gỉ 316L, hợp kim của Coban (CoNiCrMo), titan kim loại
và hợp chất của titan (Ti6Al4V, TiN, TiO2). Các vật liệu này có độ bền cơ lý hóa tốt, trơ với môi
trường dịch cơ thể người. Tuy nhiên, khi tổn thương xương đã lành cần tái phẫu thuật để lấy vật liệu
ra khỏi cơ thể. Để khắc phục hạn chế này, các nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo vật liệu composit
tự tiêu với thành phần nền là polyme phân huỷ sinh học và thành phần gia cường là canxi
hydroxyapatit HAp (thành phần chính của mô cứng). Nhiều công trình đã công bố về lĩnh vực này
với nhiều loại polyme khác nhau như: chitosan, polyamit, poly (axit lactic-co-glycolic), poly (D-
,L-lactit), polylactit/chitosan, alginat. Các phương pháp phổ biến chế tạo vật liệu là điện di,
trộn nóng chảy, vi nhũ và phương pháp dung dịch sử dụng các dung môi có độ phân cực,
nhiệt độ sôi và khả năng bay hơi khác nhau như diclometan, cloroform, dimetylfomamit. Các
phương pháp này có ưu điểm tạo ra vật liệu đa dạng (dạng màng mỏng, dạng khối), có tính
năng cơ lý tốt. Tuy nhiên một số đặc trưng để làm vật liệu thay thế xương có độ xốp chưa cao, không sử dụng chất tương hợp nên liên kết các pha trong vật liệu bị hạn chế.
Chính vì vậy, đề tài “Chế tạo và đặc trưng của vật liệu tổ hợp poly axit
lactic/nanohydroxyapatit định hướng ứng dụng trong cấy ghép xương” là cần thiết, có tính khoa học và khả năng ứng dụng cao trong nghành phẫu thuật, chỉnh hình.
2. Nội dung và mục đích nghiên cứu của luận án Tổng hợp nanohydroxyapatit; nanohydroxyapapit pha tạp magie, kẽm; nanohydroxyapapit pha tạp đồng thời magie và kẽm, biến tính nanoHAp và nanoHAp pha tạp bằng axit lactic nhằm nâng cao khả năng tương hợp của bột nano trên nền poly axit lactic và nghiên cứu hình thái cấu trúc của chúng. Chế tạo các vật liệu tổ hợp trên cơ sở poly axit lactic và các bột nanoHAp tổng hợp được. Nghiên cứu hình thái cấu trúc, độ xốp, các tính năng cơ lý của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp. Thử nghiệm khả năng tương thích sinh học của các vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp trong môi trường mô phỏng dịch cơ thể người (SBF) và quá trình cấy ghép vật liệu trên xương chó thực nghiệm. 3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và những đóng góp mới của luận án
Đã tổng hợp thành công HAp pha tạp biến tính (trong đó HAp pha tạp đồng thời Mg và Zn). Chế tạo thành công vật liệuPLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3(70/30/5/20) bằng phương pháp dung dịch.
Dùng chất tương hợp poly etylenoxit làm tăng liên kết hai pha PLA và HAp trong vật liệu
tổ hợp.Dùng chất tạo xốp amoni hidrocacbonat cho vật liệu tổ hợp có độ xốp cao.
Thử nghiệm vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3(70/30/5/20) trên cơ thể chó thực nghiệm cho thấy vật liệu tương thích tốt, không gây nênphản ứng viêm hoặc bất thường về cấu trúc và hình thể. Vật liệu đáp ứng các yêu cầu của vật liệu cấy ghép xương. 4. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 115 trang: mở đầu (3 trang), tổng quan (34 trang), thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu (16 trang), kết quả và thảo luận (62 trang), kết luận (1 trang), những đóng góp mới của luận án (1 trang), danh mục các công trình khoa học đã công bố (1 trang), có 50 bảng biểu, 67 hình và đồ thị, 126 tài liệu tham khảo.
3
B. PHẦN NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
Đã tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước về tính tính chất, các phương pháp tổng hợp, ứng dụng của bột HAp, PLA, vật liệu tổ hợp PLA/HAp. Từ đó đưa ra định hướng nghiên cứu cho luận án.
CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM
2.1 Nguyên liệu và hóa chất * Hóa chất: Ca(NO3)2.4H2O, (NH4)2HPO4, Zn(NO3)2.6H2O, NH4OH 25%, NaCl, NaHCO3, KCl, Na2HPO4.2H2O, MgCl2.6H2O, CaCl2, KH2PO4, MgSO4.7H2O, Glucozơ, NH4HCO3, Diclorometan, Clorofom, Đimethylformamit, Axit lactic, Tetra hydrofuran, Xylen, Etyl axetat, Poly axitlactic, Poly (etylen oxit), Poly (etylen glycol), Polycaprotacton. Ketamin, Gentamycin, cồn 700, NaCl. Các hóa chất dùng cho tổng hợp đều của hãng Merck, Sigma Aldrich, các dung môi của Xilong. * Thiết bị:
* Quá trình tổng hợp các bột nano theo sơ đồ hình 2.1.
* Quá trình biến tính bề mặt bột HAp theo sơ hình 2.2.
* Quá trình chế tạo vật liệu tổ hợp PLA/nano-HAp bằng phương pháp dung dịchtheo
Cân điện tử (độ chính xác 0,1mg), Máy khuấy từ có điều chỉnh nhiệt độ, Máy đo pH, Bộ cất Dean Stack Trap, Máy ép Toyoseiki , Máy trộn kín hai trục loại Roller – Rheomix 610, Tủ sấy, Máy ghi phổ hồng ngoại Nicolet Nexus 670 Fourier, Máy nhiễu xạ tia X (Xray), SIEMENS D5000, Kính hiển vi điện tử quét S4800, Máy phân tích nhiệt TGA-50H, Máy đo tán xạ năng lượng tia X Jeol 6490 JED 2300, Máy đo mô đun đàn hồi Zwick Z2.5, Máy phân tích huyết học Swelab Alpha, Cắt lát mỏng 5 m trên máy cắt, Máy CanoScan với độ phân giải 3200x1200 pixels, Hệ thống Powerlab, phần mềm Labchart. 2.2. Tổng hợp vật liệu 2.2.1. Phương pháp tổng hợp các bột nano 2.2.2. Biến tính bề mặt bột HAp, HAppt 2.2.3. Chế tạo vật liệu tổ hợp PLA/nano-HAp bằng phương pháp dung dịch sơ đồ hình 2.3.
Hình 2.2 Sơ đồ biến tính bề mặt bột HAp, Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp bột nano HAp, HAppt HAppt
4
Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo vật liệu tổ hợp PLA/nano-HAp bằng phương pháp dung dịch
3. Các phương pháp nghiên cứu
Trong luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu: - Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), nhiễu xạ tia X (XRay), kính hiển vi điện tử quét (SEM), tán xạ năng lượng tia X (EDX), phân tích nhiệt trọng lượng TGA, xác định tính chất cơ học, xác định độ xốp mở, thử nghiệm trong dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người (SBF). -Các phương pháp ghép vật liệu trên xương chó thực nghiệm.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu đặc trưng hóa lý của HAp, HAp pha tạp kẽm hoặc magie 3.1.1. Thành phần của bột HAp, HAp pha tạp kẽm hoặc magie
Kết quả EDXkhẳng định Zn, Mg đã được pha tạp vào HAp. Tỷ lệ Ca/P của mẫu HAp, HAp pha tạp phù hợp với tỷ lệ tính toán theo lý thuyết. Tỉ lệ (Ca+Zn)/P, (Ca+Mg)/P nhỏ hơn so với lý thuyết, như vậy hiệu suất pha tạp Zn, Mg nhỏ hơn 100%.Khi tăng lượng kẽm, magie pha tạp thì các pic của Zn, Mg có cường độ tăng dần tương ứng với % khối lượng các nguyên tố pha tạp tăng 1,21% - 6,62% (Zn); 0,99% - 4,4% (Mg) và phần trăm nguyên tử của các nguyên tố cũng tăng từ 0,41% - 2,22% (Zn); 0,92% - 4,08% (Mg).
Hình 3.1. Phổ tán xạ năng lượng tia X của HAp , HAp pha tạp Zn tỉ lệ 9,5/0,5; 9/1; 8/2; HAp pha tạp Mg tỉ lệ 9,5/0,5; 9/1; 8/2.
5
Nguyên tố
HAp
9,5/0,5
9/1 Zn-HAp
8/2
9,5/0,5
Mg-HAp 9/1
8/2 Bảng 3.1. Phần trăm khối lượng (% m), nguyên tử (% a) của các mẫu HAp, Zn-HAp, Mg- HAp ở các tỉ lệ Ca/Zn, Ca/Mg khác nhau. Ca 34,66 19,38 32,63 18,14 33,19 18,78 27,11 14,85 33,97 19,18 36,62 21,44 31,02 17,44 O 49,23 68,97 50,28 70,02 48,00 68,07 50,87 72,03 47,31 66,94 42,67 62,29 46,22 65,12 P 16,11 11,65 15,88 11,42 17,18 12,58 15,39 10,09 17,73 12,96 18,88 14,30 18,36 13,36 Zn 1,21 0,41 1,63 0,57 6,62 2,22 % m % a % m % a % m % a % m % a % m % a % m % a % m % a
Mg 0,99 0,92 2,03 1,96 4,40 4,08 Bảng 3.2. Tỉ lệ Ca/P, (Ca+Zn)/P, Ca/P/O, (Ca+Zn)/P/O, hiệu suất pha tạp (Hpt) và hiệu suất tổng hợp (Hth) của bột Zn-HAp với các tỉ lệ Ca/Zn ban đầu khác nhau
Ca/Zn
Ca/P 9,5/ 0,5 9,5/0,21 1,583 1,588 9/1 9/0,27 1,5 1,49 8/2 8/1,2 1,33 1,36 1,67 (Ca+Zn)/P
Ca/P/O 1,62 9,5/6/26 9,5/5,98/36,67 1,57 8/6/26 8/5,87/38,8
(Ca+Zn)/P/O LT TN LT TN LT TN LT TN LT TN
10/6,16/37,75 34,45 92 1,54 9/6/26 9/6,37/32,62 10/6/26 10/5,91/42,2 23,95 86 10/6,39/42,2 53,69 90 H pt (%) H th (%)
Bảng 3.3. Tỉ lệ Ca/P, (Ca+Mg)/P, Ca/P/O, (Ca+Mg)/P/O, hiệu suất pha tạp (Hpt) và hiệu suất tổng hợp (Hth) của bột Mg-HAp với các tỉ lệ Ca/Mg ban đầu khác nhau
Ca/Mg
Ca/P 9,5/ 0,5 9,5/0,4 1,58 1,48 9/1 9/0,8 1,50 1,50 8/2 8/1,87 1,33 1,31 1,67 (Ca+Mg)/P
Ca/P/O 1,55 9,5/6/26 9,5/6,2/32 1,61 8/6/26 8/6,13/29,87
(Ca+Mg)/P/O LT TN LT TN LT TN LT TN LT TN
10/6,46/ 33,3 82,5 87,35 1,64 9/6/26 9/6/26,15 10/6/26 10/6,1/ 26 83,57 98,12 10/6,21/30,26 85,71 89,34
H pt (%) H th (%) 3.1.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X Lựa chọn tỉ lệ Mg và Zn pha tạp tối đa là 20% về số mol để tổng hợp Mg-HAp, Zn- HAp có cấu trúc tinh thể, đơn pha tương tự như HAp
6
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Zn-HAp với tỉ lệ Ca/Zn biến đổi từ 10/0 đến 8/2 Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Mg-HAp với các tỉ lệ Ca/Mg biến đổi từ 10/0 đến 8/2
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HAp pha tạp Zn với các tỉ lệ Ca/Zn biến đổi từ 6/4 đến 2/8 Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HAp pha tạp Mg với các tỉ lệ Ca/Mg biến đổi từ 6/4 đến 2/8
6: Ca10(PO4)6O, 7: Zn4(PO4)2(OH)2. 3H2O, 8: ZnP2, 9: Zn(PO3)2 1: HAp, 2: Mg3(PO4)2, 3: MgHPO4.3H2O, 4: CaPO3(OH).2H2O) 1: Zn(OH)2, 2: Ca3(PO4)2, 3: Zn3(PO4)2, 4: Ca(PO3)2, 5: Ca2,993H0,014(PO4)2,
10/0
24,6 8/2 11,9 9/1 21,4 18,5 Tỉ lệ Ca/M D Zn-HAp (nm) D Mg-HAp (nm)
Bảng 3.4. Đường kính tinh thể trung bình (D) của HAppt tính được từ giản đồ nhiễu xạ tia X 9,5/0,5 22,2 18,6 Bảng 3.6. Giá trị hằng số mạng a, b, c và thể tích tinh thể (V) của HAp pha tạp kẽm, magie
Zn-HAp
Mg-HAp a (Ǻ) 9,440 9,432 9,422 9,416 9,428 9,420 b (Ǻ) 9,440 9,432 9,422 9,416 9,428 9,420 c (Ǻ) 6,898 6,881 6,870 6,866 6,876 6,872 V (Ǻ3) 532,3507 530,139 528,1698 527,1902 529,3046 528,0993 HAp Ca/Zn = 9,5/0,5 Ca/Zn = 9/1 Ca/Zn = 8/2 Ca/Mg = 9,5/0,5 Ca/Mg = 9/1
7
3.1.3. Hình thái của bột HAp, Zn-HAp, Mg-HAp Khi tăng hàm lượng Zn, Mg hình thái bề mặt của HAp, Zn-HAp, Mg-HAp như nhau, có dạng hình trụ nhỏ.Kích thước tinh thể giảm dần khi hàm lượng kẽm, magie tăng, phù hợp với kết quả từ giản đồ nhiễu xạ tia X.
Hình 3.6. Ảnh SEM của các mẫu HAp, Zn-HAp, Mg-HAp với các tỉ lệ Ca/Zn, Ca/Mg khác nhau
8
Bảng 3.7. Kích thước hạt trung bình của HAp, Zn-HAp, Mg-HAp tính được từ ảnh SEM Zn-HAp HAp
Kích thước hạt (nm) 19 ×29 9/1 16 × 22 8/2 13 × 20 Mg-HAp 9/1 13 × 22 Kết quả phần 3.1:
Bột HAp, Zn-HAp, Mg-HAp được tổng hợp với hiệu suất cao (>84,64%). Bột Zn-HAp và Mg-HAp với tỉ lệ Ca/Zn, Ca/Mg nhỏ hơn 8/2 có cấu trúc tinh thể, đơn pha của HAp. Hình thái học của bột HAp pha tạp không thay đổi, kích thước tinh thể giảm so với HAp không pha tạp. Các thông số mạng a, b, c giảm cho thấy kẽm, magie đã đi vào cấu trúc mạng tinh thể của HAp. Hàm lượng pha tạp Zn khoảng 1,2% - 6,6%, Mg khoảng 1,0% - 2,0% về khối lượng. 3.2. Biến tính hữu cơ bề mặt HAp 3.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ HAp:LA Tỉ lệ khối lượng của HAp:LA được khảo sát lần lượt là 100/60, 100/80, 100/100, 100/200, 100/250. Các mẫu được nghiên cứu bằng IR, SEM,TGA, XRD.
Kết quả TGA cho thấy khi giảm tỷ lệ HAp/LA từ 100/60 đến 100/200, lượng LA ghép vào HAp tăng (đến15,94%). Khi tỷ lệ HAp/LA giảm đến 100/250 lượng LA ghép vào HAp tăng không nhiều (~0,5%). Do đó tỷ lệ 100/200 HAp/LA được lựa chọn để biến tính HAp bằng LA (hình 3.7, bảng 3.8)
Nhiệt độ (oC)
Hình 3.7. Giản đồ TGA của các mẫu biến tính với tỉ lệ HAp:LA khác nhau Bảng 3.8. Tổn hao khối lượng (%) của các mẫu biến tính ở nhiệt độ 800oC
Mẫu Tổn hao khối lượng (%) Hàm lượng LA ghép(%) HAp 100/60 4,01 0,0 8,37 4,36 100/80 100/100 100/200 100/250 11,39 7,38 19,95 15,94 16,47 12,46 20,53 16,52
Các mẫu HAp biến tính có dạng phổ IR cho thấy axit lactic đã ghép lên trên bề mặt của HAp. Quá trình ghép LA lên HAp là phản ứng este hóa của nhóm COOH trong LA và OH trong HAp:
Các mẫu HAp biến tính ở các tỷ lệ HAp/LA khác nhau vẫn có dạng hình trụ giống như HAp chưa biến tính, tinh thể và đơn pha tương tự như HAp (hình 3.9, bảng 3.10)
9
Hình 3.8. Phổ IR của HAp, LA và HAp biến tính với tỷ lệ HAp:LA khác nhau Bảng 3.9. Trị số các dao động liên kết của các nhóm chức trong phân tử HAp, LA và HApbt
Dải số sóng (cm-1) Liên kết
3430 - 3471 2995 1742-1743 1131-1133 1094-1095 O-H C-H C=O C-O P=O Nhóm chức, hợp chất -COOH, -OH Ankyl -COOH, cacbonyl Ancol phosphat
Hình 3.9. Ảnh SEM của HAp, HAp biến tính ở các tỷ lệ HAp/LA khác nhau Bảng 3.10. Kích thước trung bình của HAp, HApbt tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau
Tỷ lệ HAp:LA 100/0 100/60 100/80 100/100 100/200
19 x 29 24 x 36 25 x 54 29 x 64 30 x 78 Kích thước TB HAp-bt (nm)
Hình 3.10. Giản đồ nhiễu xạ tia X của HAp, HAp biến tính với tỉ lệ HAp: LA là 100/200
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Biến tính HAp bằng LA ở tỷ lệ 100/200,150oC, thay đổi thời gian phản ứng: 3 giờ, 16 giờ, 21 và 24 giờ. Khi tăng thời gian phản ứng 3 giờ, 16 giờ, 21 giờ và 24 giờ, hàm lượng LA
10
ghép tăng dần tương ứng là: 6,38%; 14,55%, 15,94% và 16,29%. Trong khoảng thời gian từ 21 đến 24 giờ, hàm lượng LA ghép hầu như không tăng. Như vậy, thời gian phản ứng 21 giờlà thích hợp để ghép LA vào HAp (hình 3.11).
Nhiệt độ (oC) Hình 3.11. Giản đồ TGA của các mẫu HAp biến tính bằng LA với thời gian phản ứng khác nhau
Hình 3.12. Ảnh SEM của HAp và HAp biến tính (tỉ lệ HAp/LA=100/200) ở những thời gian phản ứng khác nhau
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Hình 3.13. Phổ IR của LA, HAp và HAp biến tính ở các nhiệt độ khác nhau
Kết quả phổIR, TGA cho thấy LA đã được ghép lên HAp, khả năng ghép tăng với sự tăng nhiệt độ, hàm lượngghép đạt giá trị lớn nhất (15,94%) ở nhiệt độ 150oC. Do vây, chọn nhiệt độ150oC cho khảo sát tiếp theo (hình 3.13, 3.14).
11
Nhiệt độ (oC) Hình 3.14. Giản đồ TGA của HAp và HAp biến tính ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 3.15. Ảnh SEM của các mẫu HAp biến tính ở nhiệt độ khác nhau Bảng 3.11. Kích thước trung bình của HAp biến tính ở nhiệt độ khác nhau 150oC Nhiệt độ 110oC 130oC
Kích thước hạt (nm) 24 × 30 26 ×56 30 × 78
3.2.4. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy Kết quả IR,TGA khẳng định LA đã ghép vào HAp, hàm lượng ghép lớn nhất (15,94%) ở tốc độ khuấy 750 vòng/phút. Vì vậy, chọn tốc độ khuấy 750 vòng/phút cho nghiên cứu tiếp theo (hình 3.16, 3.17).
Hình 3.16. Phổ IR của LA, HAp và HAp biến tính ở các tốc độ khuấy khác nhau
12
g n ợ ư l i ố h k m ă r t n ầ h P
Nhiệt độ (oC) Hình 3.17. Giản đồ TGA của HAp, HAp biến tính ở các tốc độ khuấy khác nhau
Hình 3.18. Ảnh SEM của HAp biến tính ở các tốc độ khuấy khác nhau. Bảng 3.12. Kích thước trung bình của HApbt với tốc độ khuấy khác nhau 450 27 × 37 750 30 × 78 900 24 × 43 Tốc độ khuấy (vòng/phút) Kích thước hạt HApbt (nm)
3.2.5. HAp pha tạp biến tính HAp pha tạp đồng thời Mg và Zn với tỉ lệ Ca/Mg/Zn = 9/0,5/0,5, sau đó biến tính
bằng axit lactic ở điều kiện thích hợp (HAppt/LA = 100/200; 150oC; 750 vòng/phút; 21 giờ).
Hình 3.19. Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu HAp pha tạp Mg, Zn biến tính
Bảng 3.13. Phần trăm nguyên tử, phần trăm khối lượng của các nguyên tố và tỉ lệ Ca/Mg/Zn, tỉ lệ Ca/P, tỉ lệ (Ca+Mg+Zn)/P của mẫu HAp pha tạp Mg, Zn biến tính Ca 8,25 18,8 O 50,44 45,88 C 35,39 24,16 P 5,04 8,87 Zn 0,46 1,72
Nguyên tố % nguyên tử % khối lượng Tỉ lệ Ca/Mg/Zn Tỉ lệ Ca/P Tỉ lệ (Ca+Mg+Zn)/P Mg 0,41 0,57 9/0,45/0,5 9/5,5 10/5,5
13
Kết quả phần 3.2: Biến tính thành công bột nano HAp, HAp pha tạp bằng LA. Lựa chọn điều kiện biến tính thích hợp: tỷ lệ HAp:LA là 100:200; thời gian phản ứng 21 giờ; nhiệt độ phản ứng 150oC; tốc độ khuấy 750 vòng/phút. HAp biến tính có dạng hình trụ đơn pha giống HAp ban đầu.
3.3. Đặc trưng vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo bằng phương pháp dung dịch
3.3.1. Vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp 3.3.1.1. Ảnh hưởng của dung môi
Vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp tổng hợp trong các dung môi đimetylfocmamit (DMF), điclorometan (DCM) và cloroform (CF). Từ kết quả ảnh SEM (hình 3.20) và độ bền cơ lý (hình 3.21), lựa chọn dung môi DCM cho khảo sát tiếp theo.
Hình 3.20. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo với tỷ lệ PLA:HAp 80/20 trong các dung môi
Hình 3.21.Độ bền kéo đứt, mo đun đàn hồi của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp 80/20 chế tạo trong các dung môi khác nhau 3.3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ PLA:HAp
Khảo sát các tỷ lệ PLA:HAp khác nhau: 80/20, 70/30, 60/40, thời gian phản ứng 2 giờ tại nhiệt độ phòng. Khả năng phân tán của HAp trong nền PLA giảm khi tăng hàm lượng HAp (hình 3.23), phù hợp với sự giảm độ bền cơ học của vật liệu (hình 3.24). Lựa chọn tỷ lệ PLA: HAp 80/20cho những nghiên cứu tiếp theo.
Hình 3.22. Phổ IR của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo ở tỉ lệ HAp:PLA khác nhau trong dung môi DCM
14
Bảng 3.14. Số sóng của các nhóm chức đặc trưng bị dịch chuyển trong vật liệu PLA/nanoHAp so với HAp, PLA ban đầu
Nhóm
HAp (cm-1) 3470 - - - 1095 PLA (cm-1) - 2990 2995 1755 - PLA/nanoHAp (cm-1) 3450 2990 2995 1750 1095 (OH-) liên kết (CH3) (CH) (C=O) 3-) 3 (PO4
Hình 3.23. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo ở các tỷ lệ PLA:HAp khác nhau
Hình 3.24. Độ bền kéo đứt và mo đun đàn hồi của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo ở các tỷ lệ khác nhau 3.3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Khi thời gian tăng từ 30 phút lên 2 giờ, mật độ hạt HAp tăng lên rõ rệt nhưng khi tăng lên 4 giờ, mật độ hạt HAp không tăng (hình 3.25). Như vậy, thời gian phản ứng thích hợp là 2 giờ
Hình 3.25. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp chế tạo ở thời gian phản ứng khác nhau 3.3.1.4. Ảnh hưởng của chất tương hợp Kết quả SEM (hình 3.26) và độ bền cơ lý (hình 3.28) cho phép chọn 5% PEO làm chất tương hợp cho quá trình chế tạo vật liệu.
15
Hình 3.26. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp có và không có chất tương hợp
Hình 3.27. Độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp với PCL, PEG và PEO (5%) Hình 3.28. Độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp với hàm lượng PEO khác nhau Đã lựa chọn được điều kiện thích hợp để chế tạovật liệu tổ hợp như sau: tỷ lệ phần trăm về khối lượng PLA: HAp là 80/20, dung môi điclorometan, thời gian phản ứng 2 giờ, 5% PEO.
3.3.2. Vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApbt
Vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApbt được chế tạo ở điều kiện thích hợp như PLA/nanoHAp, thay đổi tỷ lệ PLA: HApbt là 80/20, 70/30 và 60/40.Từ kết quả SEM (hình 3.29) và độ bền cơ lý (hình 3.30) chọn tỷ lệ PLA: HApbt 70/30 để chế tạo PLA/nanoHApbt.
Hình 3.29.Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp ở các tỉ lệ PLA/HApbt khác nhau
Hình 3.30. Độ bền kéo đứt của mẫu vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp: 80/20, PLA/nanoHApbt:70/30 và PLA/nanoHApbt: 60/40
3.3.3. Vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt 3.3.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần PLA/nanoHApptbt
Thay đổi tỷ lệ PLA/nanoHApptbt: 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, chất tương hợp PEO 5%, thời gian phản ứng 2 giờ,nhiệt độ phòng. Từ kết quả SEM (hình 3.31) và tính chất cơ học (hình 3.32, bảng 3.15),lựa chọn tỷ lệ PLA: HAptbt 70/30 cho khảo sát tiếp theo.
Hình 3.31.Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbtchế tạo ở các tỉ lệ khác nhau
16
Hình 3.32. Mô đun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbtchế tạo ở các tỷ lệ khác nhau
Bảng 3.15. Mô đun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp tổng hợp ở các tỷ lệ khác nhau Mo đun đàn hồi (MPa) (PLA/nanoHApptbt /PEO) Độ bền kéo đứt (MPa)
100/0/0 1830 69,8
80/20/5 1700 48
70/30/5 1680 46,5
60/40/5 1550 33,18
50/50/5 550 23,25
3.3.3.2. Ảnh hưởng của chất tạo xốp
Hàm lượng chất tạo xốp (NH4HCO3) có ảnh hưởng đến độ xốp của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO. Độ xốp mở của vật liệu tổ hợp tăng khi hàm lượng NH4HCO3 tăng(hình 3.33, bảng 3.16).
Bảng 3.16. Sự biến thiên độ xốp của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO với hàm lượng khác nhau của chất tạo xốp NH4HCO3
Độ xốp (%) Độ xốp (%)
10 12 18 33 39 49 NH4HCO3 (% khối lượng) 0 3 7 NH4HCO3 (% khối lượng) 10 20 30
Hình 3.33. Ảnh hưởng hàm lượng NH4HCO3 đến độ xốp mở của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO
17
Hình 3.34. Ảnh SEM của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO với chất tạo xốp NH4HCO3 ở các tỷ lệ khác nhau
Hình 3.35, bảng 3.17 cho thấycác tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp giảm khi độ xốp tăng lên.Với hàm lượng chất tạo xốp nhỏ hơn 20%, các tính chất này giảm không nhiều. Lựa chọntỷ lệ thành phần PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3.
(a) (b)
Hình 3.35. Mô đun đàn hồi (a) và độ bền kéo đứt (b) của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO không có và có 3, 7, 10, 20 và 30% khối lượng chất tạo xốp NH4HCO3
Bảng 3.17. Mô đun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO không có và có 3, 7, 10, 20 và 30% khối lượng chất tạo xốp NH4HCO3
PLA/nanoHApptbt /PEO/NH4HCO3 Mo đun đàn hồi (MPa)
70/30/5/0 70/30/5/3 70/30/5/7 70/30/5/10 70/30/5/20 70/30/5/30 1680 1630 1600 1530 1470 550 Độ bền kéo đứt (MPa) 46,5 46,2 45.9 45.5 45,1 18
3.4. Nghiên cứu khả năng tương thích sinh học của vật liệu trong môi trường mô phỏng dịch cơ thể người (dung dịch SBF)
Các mẫu: PLA (A), vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp (80/20) (B), PLA/nanoHApbt (70/30/5)(D) và PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 (70/30)(C), PLA/nanoHApptbt/PEO (70/30/5/20) (E) chế tạo bằng phương pháp dung dịch được ngâm trong dung dịch SBF để đánh giá sự biến đổi pH của dung dịch ngâm, khối lượng mẫu và hình thái cấu trúc bề mặt của vật liệu ở những thời gian ngâm khác nhau.
18
3.4.1. Sự biến đổi pH của dung dịch ngâm và khối lượng mẫu
Hình 3.36. Sự biến đổi pH của dung dịch SBF theo thời gian ngâm mẫu Nhìn chung pH của cả năm dung dịch đều giảm dần theo thời gian ngâm và được xắp xếp theo thứ tự: A (PLA) > E >B> D >C (dung dịch) (hình 3.36).
Hình 3.37. Sự biến thiên khối lượng của các mẫu khi ngâm trong dung dịch SBF theo thời gian
Sau 21 ngày ngâm trong SBF, ngoài mẫu A chứa PLA, khối lượng của các mẫu đều tăng lên cho thấy sự hình thành HAp đã chiếm ưu thế hơn so với sự thủy phân PLA (hình 3.37). 3.4.2. Hình thái bề mặt của vật liệu sau khi ngâm trong dung dịch SBF HAp được hình thành trên bề mặt vật lệu có dạng hình súp lơ và hình vẩy (trước khi ngâm, HAp trong vật liệu có hình trụ) (hình 3.39).
Hình 3.38. Ảnh SEM của các mẫu trước và sau khi ngâm 7 ngày
19
3.4.3. Thành phần pha của PLA, vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp tổng hợp bằng phương pháp dung dịch trước và sau khi ngâm trong SBF Giản đồ nhiễu xạ tia X của HAp (hình 3.39) chỉ ra hai pic đặc trưng tại 2θ = 25,86o và 31,74o, PLA chỉ ra hai vạch nhiễu xạ đặc trưng ở 2θ = 16,95o và 19,51o. PLA là một polyme bán kết tinh, chứa 54 ± 1 % pha tinh thể(hình 3.40).
Hình 3.39. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu trước và sau khi ngâm mẫu Kết quả phần 3.4: Lựa chọn vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 (70/30/5/20) để nghiên cứu thử
nghiệm làm vật liệu ghép xương. 3.5. Thử nghiệm sử dụng vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3làm vật liệu ghép xương 3.5.1. Giai đoạn trước phẫu thuật Các kết quả nghiên cứu của động vật trước phẫu thuật cho thấy động vật khỏe manh, có các chỉ số nằm trong giới hạn bình thường, đủ tiêu chuẩn tiến hành thử nghiệm cấy ghép xương. 3.5.2. Giai đoạn cấp tính (trong vòng 1 tuần sau phẫu thuật) 3.5.2.1. Tình trạng tại chỗ vết mổ Kết quả cho thấy sau phẫu thuật1 tuần, quá trình viêm đã bắt đầu dừng lại và giảm đi. Đây là sự biến đổi thông thường với các vết phẫu thuật không nhiễm khuẩn.
Hình 3.40. Vết mổ tại vùng đùi chó 1 ngày sau phẫu thuật Bảng 3.27. Chu vi vùng đùi chó theo thời gian (n=20) Điểm đầu 112,34 ± 8,92 124,74 ± 12,69 128,32 ± 14,12 125,41 ± 13,57 125,41 ± 13,57 Điểm giữa 106,56 ± 7,65 116,95 ± 13,23 120,23 ± 15,73 117,24 ± 16,34 117,24 ± 16,34 Điểm cuối 98,72 ± 8,03 110,94 ± 13,46 115,48 ± 12,94 109,27 ± 10,84 109,27 ± 10,84 Trước PT Sau PT 6h Sau PT 24 Sau PT 48 p
3.5.2.2. Thân nhiệt, nhiệt độ tại chỗ vùng phẫu thuật Bảng 3.28. Nhiệt độ thân và nhiệt độ tại chỗ của chó (0C) (n=20) Trước PT Sau PT Vị trí đo
Trung bình 37,65 33,72 SD 0,62 0,84 Trung bình 38,35 35,83 SD 0,74 0,68 Nhiệt độ thân Nhiệt độ tại chỗ
20
3.5.2.3.Hình ảnh XQ xương đùi sau khi phẫu thuật Sau khi đưa vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 vào xương đùi chó, chụp ảnh X-quang thu được kết quả trên hình 3.42. Kết quả cho thấy sự hấp thu của cơ thể với vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3.
Hình 3.41. XQ xương đùi chó sau khi đưa vật liệu vào Bảng 3.29. Kết quả phân tích hình ảnh XQ xương đùi chó sau phẫu thuật (n=20)
Trung bình 4,57 24,68 44,26 18,65 SD 0,86 5,73 9, 54 4,23
Thông số Đường kính vùng vật liệu Mật độ vùng vỏ so với vùng tủy xương Mật độ vùng vỏ xương so với vùng vật liệu Mật độ vùng ống tủy so với vùng vật liệu 3.5.2.4. Các chỉ số huyết học Kết quả cho thấy phản ứng viêm cấp sau phẫu thuật đặt vật liệu vào xương đùi đã giảm, và cơ thể có phản ứng với vật thể lạ là vật liệu HAp mới được đưa vào cơ thể. Bảng 3.30. Thành phần các tế bào máu của chó (n=20) Thời điểm Sau PT 1 tuần (3) P1-3
Trước PT (1) 5,74 ± 0,69 15,62 ± 0,79 8,93 ± 1,84 256,36 ± 51,47 Sau PT 3 ngày (2) 5,26 ± 0,74 15,08 ± 0,82 14,57 ± 3,28 294,27 ± 63,25 5,34 ± 0,67 15,24 ± 0,65 11,82 ± 2,79 276,35 ± 74,16 >0,05 >0,05 <0,05 >0,05 Các chỉ số Hồng cầu (T/L) Huyết sắc tố (g/dl) Bạch cầu (G/L) Tiểu cầu (G/L)
Bảng 3.31. Tỷ lệ thành phần các tế bào bạch cầu của chó sau phẫu thuật 1 tuần (n=20) Sau PT 3 ngày Sau PT 7 ngày Thông số
Số lượng (G/L) 9,24± 1,42 0,76± 0,24 0,0± 0,0 2,14± 0,36 2,43± 0,57 Tỷ lệ % 63,44 ± 8,94 5,21 ± 2,47 0,0 ± 0,0 14,68 ± 2,75 16,67 ± 3,86 Số lượng (G/L) 6,86 ± 1,42 0,84 ± 0,24 0,02 ± 0,03 1,16 ± 0,36 2,94 ± 0,57 Tỷ lệ % 58,03 ± 7,65 7,10 ± 2,47 0,16 ± 0,02 9,81 ± 1,65 24,87 ± 3,75 Loại BC Bạch cầu N Bạch cầu E Bạch cầu B Bạch cầu M Bạch cầu L 3.5.2.5. Thông số về tim mạch của chó
Sau 1 tuần phẫu thuật, các chỉ số về điện tim của chó đã dần trở lại bình thường.
21
Bảng 3.32. Thời gian (giây) các sóng điện tim (X± SD). (n=20)
Trước PT P
0,52 ± 0,094 0,05 ± 0,011 0,09 ± 0,016 0,24 ± 0,042 0,06 ± 0,012 0,13 ± 0,023 Sau PT 3 ngày 0,5 ± 0,083 0,047 ± 0,008 0,083 ± 0,019 0,21 ± 0,045 0,058 ± 0,014 0,11 ± 0,018 Sau PT 1 tuần 0,52 ± 0,086 0,052 ± 0,006 0,088 ± 0,023 0,25 ± 0,045 0,061 ± 0,013 0,13 ± 0,024 >0,05 >0,05 >0,05 >0,05 >0,05 >0,05 Khoảng RR’ Sóng P Khoảng PQ Khoảng QT Phức bộ QRS Sóng T
Bảng 3.33. Biên độ (mV) các sóng điện tim (X± SD). (n=20)
Trước PT p
0,15 ± 0,024 0,92 ± 0,14 0,32 ± 0,06 0,01 ± 0,002 Sau PT 3 ngày 0,16 ± 0,028 0,84 ± 0,17 0,34 ± 0,08 0,012 ± 0,004 Sau PT 1 tuần >0,05 0,17 ± 0,029 >0,05 0,94 ± 0,17 >0,05 0,35 ± 0,07 0,012 ± 0,005 >0,05
Sóng P Phức bộ QRS Sóng T Đoạn ST 3.5.2.6. Đánh giá chức năng gan, thận Kết quả cho thấy 1 tuần sau phẫu thuật đặt vật liệu HAp vào xương đùi chức năng gan, thận, động vật đã hồi phục gần tương tự thời điểm trước phẫu thuật. Bảng 3.34. Thông số đánh giá chức năng thận (n=20)
Trước PT 3,64 ± 0,63 58,56 ± 12,71 8,24 ± 0,18 4,32 ± 0,12 Sau PT 3 ngày 3,72 ± 0,74 76,94 ± 17,43 7,96 ± 0,24 4,13 ± 0,09 Sau PT 1 tuần 3,66 ± 0,53 64,21 ± 19,43 8,13 ± 0,35 4,26 ± 0,14 p >0,05 >0,05 >0,05 >0,05 Ure (mmol/l) Creatinin (mmol/l) Protein (g/dl) Albumin (g/dl) Bảng 3.35. Các thông số đánh giá chức năng gan (n=20)
Sau PT 3 ngày 36,62 ± 7,83 45,17 ± 7,45 7,96 ± 0,24 4,13 ± 0,09 7,36 ± 2,38 Trước PT 29,82 ± 6,44 33,37 ± 6,82 8,24 ± 0,18 4,32 ± 0,12 5,74 ± 1,85 Sau PT 1 tuần 32,26 ± 9,45 36,57 ± 8,76 8,41 ± 0,31 4,28 ± 0,13 6,22 ± 4,19
GOT (U/l) GPT (U/l) Protein (g/dl) Albumin (g/dl) Bilirubin (mmol/l) 3.5.3. Giai đoạn bán trường diễn và trường diễn sau phẫu thuật 3.5.3.1. Thân nhiệt, nhiệt độ tại chỗ vùng phẫu thuật.
Sau 4 thángphẫu thuật đưa vật liệu PLA/nanoHAp vào xương đùi của chó, vật liệu PLA/nanoHAp tương đối tương thích với cơ thể không gây sự viêm nhiễm, không gây kích ứng, rối loạn thân nhiệt. Bảng 3.36. Kết quả nhiệt độ thân và nhiệt độ tại chỗ (0C)
p Sau PT 1 tháng Sau PT 2 tháng Sau PT 3 tháng Sau PT 4 tháng 10 5 N
20 37,34 ± 0,42 32,87 ± 0,56 15 37,51 ± 0,53 33,24 ± 0,54 37,46 ± 0,61 33,56 ± 0,64 37,12 ± 0,48 32,57 ± 0,31 >0,05 >0,05 Nhiệt độ thân Nhiệt độ tại chỗ 3.5.3.2. Các chỉ số huyết học.
Trong vòng3 tháng sau phẫu thuật đưa vật liệu PLA/nanoHAp vào xương đùi của chó, vật liệu PLA/nanoHAp tương đối tương thích với cơ thể không gây ảnh hưởng đến chức năng tạo máu của cơ thể.
22
Bảng 3.37. Thành phần các tế bào máu của chó
Thời điểm Trước PT p Các chỉ số
n
20 5,74 ± 0,69 15,62 ± 0,79 8,93 ± 1,84 Sau PT 2 tháng 15 5,69 ± 0,56 15,75 ± 0,82 9,24 ± 2,14 Sau PT 3 tháng 10 5,78 ± 0,65 16,12 ± 0,79 9,47 ± 2,49 Sau PT 1 tháng 20 5,57 ± 0,73 15,67 ± 0,64 9,46 ± 2,23 >0,05 >0,05 >0,05 256,36 ± 51,47 264,36 ± 64,27 247,36 ± 72,27 258,27 ± 81,34 >0,05 Hồng cầu (T/L) Huyết sắc tố (g/dl) Bạch cầu (G/L) Tiểu cầu (G/L)
3.5.2.3. Kết quả hình ảnh XQ xương đùi. Không có bất kỳ bất thường nào về xương trên hình ảnh XQ trong vòng 4 tháng sau phẫu thuật, có hình ảnh xương xung quanh phát triển vào vùng vật liệu.
Hình 3.43. XQ xương đùi chó sau phẫu thuật 3 tháng
Có
Cấu trúc
Hình dạng Bảng 3.38. Cấu trúc và hình dạng xương đùi chó trong 4 tháng sau phẫu thuật Không √ √ √ √ √ √ √ Loãng xương Đặc xương Tiêu xương Hoại tử xương Phì đại xương Mỏng xương Cong xương Bảng 3.39. Kết quả phân tích hình ảnh XQ xương đùi sau phẫu thuật
p
Trước PT 20 Sau PT 1 tháng 20 Sau PT 2 tháng 15 Sau PT 3 tháng 10 Sau PT 4 tháng 5
4,57 ± 0,86 4,24 ± 0,76 3,91 ± 0,69 3,25 ± 0,72 3,12 ± 0,62 > 0,05 n ĐK vùng vật liệu ± 22,84 ± 6,52 25,67 ± 7,45 24,65± 6,97 > 0,05 MĐ vỏ / tủy
± 38,51 ± 8,75 24,43± 8,34 MĐ vỏ /vật liệu 26,73± 10,27 24,68 ± 5,73 44,26 ± 9, 54 ± 19,65 ±4,23 14,23 ± 4,72 9,58 ± 6,12 7,45 ± 5,21 24,23 7,14 33,89 9,16 10,45 5,21 p3- 5<0,05 p3- 5<0,05 MĐ tủy / vật liệu 3.5.3.4.Thông số điện tim
Kết quả cho thấy vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 đặt vào trong xương đùi trong 3 tháng đã không gây nên các kích thích ảnh hưởng đến quá trình dẫn truyền trong timvà không gây nên các rối loạn về thiếu máu cơ tim, rối loạn dẫn truyền, block nhánh…
23
p
Bảng 3.40. Thời gian các sóng điện tim (giây) của chó Trước PT 20 0,52 ± 0,094 0,05 ± 0,011 0,09 ± 0,016 0,24 ± 0,042 0,06 ± 0,012 0,13 ± 0,023 Sau PT 2 tháng 15 0,61 ± 0,073 0,055 ± 0,006 0,095 ± 0,021 0,26 ± 0,047 0,059 ± 0,014 0,14 ± 0,031 Sau PT 3 tháng 10 0,58 ± 0,062 0,057 ± 0,005 0,096 ± 0,024 0,28 ± 0,052 0,063 ± 0,016 0,15 ± 0,037 >0,05 >0,05 >0,05 >0,05 >0,05 >0,05 N Khoảng RR’ Sóng P Khoảng PQ Khoảng QT Phức bộ QRS Sóng T
Sau PT 1 tháng 20 0,56 ± 0,082 0,052 ± 0,005 0,092 ± 0,017 0,25 ± 0,052 0,061 ± 0,012 0,15 ± 0,027 Bảng 3.41. Biên độ các sóng điện tim (mV) của chó
p
Sau PT 2 tháng 15 0,14 ± 0,022 0,97 ± 0,19 0,29± 0,07 Sau PT 1 Trước PT tháng 20 20 0,16 ± 0,019 0,15 ± 0,024 0,96 ± 0,21 0,92 ± 0,14 0,32 ± 0,06 0,34 ± 0,05 0,01 ± 0,002 0,012 ± 0,004 0,009 ± 0,005 Sau PT 3 tháng 10 0,17 ± 0,024 0,95 ± 0,24 0,35± 0,09 0,014 ± 0,008 >0,05 >0,05 >0,05 >0,05
N Sóng P Phức bộ QRS Sóng T Đoạn ST 3.5.3.5. Các chỉ số sinh hóa đánh giá chức năng gan, thận
Sau 3 tháng sau phẫu thuật đặt vật liệu vào xương đùi, cơ thể đã có sự thích ứng với sự có mặt của vật liệu và vật liệu cũng không gây ảnh hưởng đến chức năng gan, thận, không có các biểu hiện suy kiệt, suy dinh dưỡng.
Chỉ số Sau PT 2 tháng p Bảng 3.42. Thông số đánh giá chức năng thận của chó (n = 5) Sau PT 3 tháng Sau PT 1 tháng
3,57 ± 0,71 71,12 ± 23,21 8,27 ± 0,42 4,36 ± 0,21 3,72 ± 0,75 81,31 ± 21,38 8,32 ± 0,35 4,27 ± 0,21 >0,05 >0,05 >0,05 >0,05 Ure (mmol/l) Creatinin mmol/l) Protein (g/dl) Albumin (g/dl)
3,84 ± 0,83 67,49 ± 19,45 8,29 ± 0,32 4,21 ± 0,17 Bảng 3.43. Các thông số đánh giá chức năng gan (n = 15) Thông số Sau PT 1 tháng Sau PT 3 tháng p
37,21 ± 7,92 33,45 ± 7,58 6,24±3,21 33,46 ± 7,44 31,79 ± 9,24 5,94 ± 2,73 >0,05 >0,05 >0,05 Sau PT 2 tháng 36,17 ± 8,76 35,54 ± 8,67 6,17 ± 2,98
GOT (U/l) GPT (U/l) Bilirubin (mmol/l) 3.5.3.6. Hình ảnh đại thể vùng đặt vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3.
Hình 3.43 cho thấy sau phẫu thuật 1 đến 3 tháng, động vật nghiên cứu đều khỏe mạnh,
sẹo tại chỗ liền tốt, không có hiện tượng dò, chảy dịch, vôi hóa, hoại tử. Vật liệu được cơ bám rất chặt, có hình ảnh vùng xương xung quanh phát triển xen vào vật liệu (hình 3.45).
24
A B
Hình 3.43. Vết mổ vùng đùi của chó sau phẫu thuật 1 tháng (A), 3 tháng (B)
Hình 3.44. Ảnh xương đùi của chó và vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3sau 3 tháng phẫu thuật 3.5.3.7. Hình ảnh vi thể vị trí ghép PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 sau phẫu thuật 3 tháng
Kết quả cho thấy vật liệu có tính tương thích sinh học cao, tồn tại 3 tháng trong xương đùi đã không gây nên các kích thích viêm mạn tính của xương đồng thời quá trình liền xương
vẫn đang tiến triển, tương tự với các diễn biến trên xương bình thường, không có biến chứng.
Hình 3.45. Hình ảnh vùng ổ khuyết xương sạch không có tế bào viêm Hình 3.46. Hình ảnh vùng vỏ xương sạch không phản ứng viêm Hình 3.47. Tạo cốt bào hoạt động mạnh quanh vị trí ổ khuyết xương
Kết quả phần 3.5: Hầu hết các chỉ số đều trở lại bình thường sau phẫu thuật 1 tuần, vật liệu tồn tại trong xương đùi chó trong thời gian 4 tháng không gây nên phản ứng viêm hoặc các bất thường về cấu trúc và hình thể, có hiện tượng tăng sinh, phát triển của xương vào vùng vật liệu, không
có hình ảnh viêm xương, viêm tủy xương.
25
KẾT LUẬN
1. Tổng hợp thành công bột HAp, Zn-HAp, Mg-HAp, MgZn-HAp với hiệu suất tổng hợp cao (>84,64 %). Kẽm, magie đã đi vào cấu trúc mạng tinh thể của HAp. Hàm lượng pha tạp kẽm, magie tương ứng là từ 1,21% - 6,62% Zn, 0,99% - 2,03 % Mg về khối lượng.
2. Biến tính thành công bột nano HAp bằng axit lactic với điều kiện thích hợp: tỷ lệ HAp:LA 100:200; thời gian phản ứng 21 giờ; nhiệt độ phản ứng 150oC; tốc độ khuấy 750 vòng/phút. HApptbt có dạng hình trụ đơn pha giống HAp, hàm lượng LA ghép đạt giá trị lớn nhất là 15,94%.
(70/30/5) (70/30), PLA/nanoHApptbt/PEO PLA/nanoHApbt
3. Đã chế tạo được các loại vật liệu PLA/nanoHAp (80/20), PLA/nanoHApbt (70/30), PLA/nanoHApptbt/PEO (70/30/5) và PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 (70/30/5/20). Vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 (70/30/5/20) có tính chất cơ học tốt: mô đun đàn hồi và độ bền kéo đứt đạt lần lượt 1470Mpa và 45MPa, độ xốp đạt 39%. 4. Thử nghiệm khả năng tương thích sinh học của các vật liệu tổ hợp PLA/nanoHAp (80/20), và PLA/nanoHApptbt /PEO/NH4HCO3 (70/30/5/20) trong môi trường dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người (SBF) cho thấy trong các vật liệu được nghiên cứu, vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 (70/30/5/20) có khả năng tương thích sinh học tốt và có độ xốp phù hợp. Chính vì vậy, chọn vật liệu này để nghiên cứu thử nghiệm làm vật liệu ghép xương.
5. Thử nghiệm vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3(70/30/5/20) trên cơ thể chó thu được kết quả: hầu hết các chỉ số đều trở lại bình thường sau phẫu thuật. Vật liệu kết xương tồn tại trong xương đùi chó không gây nên bất cứ phản ứng viêm, hoặc các bất thường về cấu trúc và hình thể nào. Có hiện tượng tăng sinh, phát triển của xương vào vùng vật liệu, không có hình ảnh viêm xương, viêm tủy xương. Kết quả này mở ra triển vọng ứng dụng vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3(70/30/5/20) trong lĩnh vực cấy ghép xương.
ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1. Đã tổng hợp thành công HAp pha tạp biến tính (trong đó HAp được pha tạp đồng thời Mg và Zn). Chế tạo thành công vật liệu PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3(70/30/5/20) bằng phương pháp dung dịch.
2. Dùng chất tương hợp poly etylenoxit (PEO) làm tăng liên kết hai pha PLA và HAp trong vật liệu tổ hợp và dùng chất tạo xốp amoni hidrocacbonat (NH4HCO3) cho vật liệu tổ hợp có độ xốp cao.
3. Thử nghiệm vật liệu tổ hợp PLA/nanoHApptbt/PEO/NH4HCO3 (70/30/5/20) trên cơ thể chó thực nghiệm cho thấy vật liệu tương thích tốt, không gây nên phản ứng viêm hoặc bất thường về cấu trúc và hình thể, có hiện tượng tăng sinh, phát triển của xương vào vùng vật liệu. Vật liệu thu được đáp ứng các yêu cầu của vật liệu cấy ghép xương.
26
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
3.
1. Nguyễn Thu Phương, Phạm Thị Thu Trang, Phạm Thị Năm, Nguyễn Thị Thu Trang, Đinh Thị Mai Thanh. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần dung dịch đến quá trình tổng hợp bột Hydroxyapatit. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 50 (3E) (2012) 1220-1227. 2. Thi Thu Trang Pham, Thu Phuong Nguyen, Thi Nam Pham, Thi Phuong Vu, Dai Lam Tran, Hoang Thai, Thi Mai Thanh Dinh. Impact of physical and chemical parameters on the hydroxyapatite nanopowder synthesized by chemical precipitation method. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology 4 (2013) 035014 (9pp). Phạm Thị Thu Trang, Đinh Thị Mai Thanh, Phạm Thị Năm, Nguyễn Thu Phương, Hồ Thu Hương, Vũ Thị My, Nguyễn Thị Thơm, Nguyễn Thị Thu Trang, Thái Hoàng. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hình thái cấu trúc của PLA/HAp tổng hợp bằng phương pháp vi nhũ in-situ. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học tự nhiên và công nghệ 30 (6S) (2014) 255-262.
5.
4. Nguyễn Thu Phương, Phạm Thị Thu Trang, Phạm Thị Năm, Vũ Thị Phượng, Trương Thị Nam, Lại Thị Hoan, Đinh Thị Mai Thanh. Tổng hợp và đặc trưng hoá lí vật liệu nano hydroxyapatite pha tạp kẽm. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 52 (2D) (2014) 346-356. Pham Thi Thu Trang, Ho Thu Huong, Nguyen Thi Thu Trang, Pham Thi Nam, Thai Hoang, Tran Dai Lam, Jun-Seo Park, Dinh Thi Mai Thanh. Investigation of factors influencing on morphology and structure of biocomposite polylactic acid (PLA)/Nano Hydroxyapatite (HAp). Tạp chí Khoa học và Công nghệ 52 (3C) (2014) 528-535. 6. Dinh Thi Mai Thanh, Pham Thi Thu Trang, Ho Thu Huong, Tran Dai Lam, Pham Thi Nam, Nguyen Thu Phuong, Jun Seo-Park, Nguyen Thi Thu Trang, Thai Hoang. Fabrication of PLA/HAp porous nanocomposite for bone regeneration. Int.J. Nanotechnol. 12 (5/6/7) (2015) 391-404.
7. Dinh Thi Mai Thanh, Pham Thi Thu Trang, Nguyen Thi Thom, Nguyen Thu Phuong, Pham Thi Nam, Nguyen Thi Thu Trang, Jun Seo-Park, Thai Hoang. Effects of Porogen on Structure and Properties of Poly Lactic Acid/Hydroxyapatite Nanocomposites (PLA/HAp). Journal of Nanoscience and Nanotechnology 15 (2015) 1–10.
27
