intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp và xác định các đặc trưng của hydroxyapatite - polymaltose

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Thêm vào BST
Báo xấu
36
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu lựa chọn phương pháp tổng hợp vật liệu HA/polymaltose. Lựa chọn polymaltose với chỉ số DE thích hợp. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số phản ứng để lựa chọn lựa chọn được chế độ tổng hợp thích hợp, tạo ra sản phẩm HAP có kích thước hạt và độ phân tán tốt nhất. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp và xác định các đặc trưng của hydroxyapatite - polymaltose

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- ĐẶNG THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HYDROXYAPATITE - POLYMALTOSE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2016
  2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- ĐẶNG THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HYDROXYAPATITE - POLYMALTOSE Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN THỊ NGỌC BÍCH Hà Nội -2016
  3. LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ này được hoàn thành tại Phòng thí nghiệm của Phòng Hóa Vô cơ – Viện Hóa học- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn tới Cô PGS. TS. Phan Thị Ngọc Bích đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo các điều kiện thí nghiệm thuận lợi nhất giúp cho em hoàn thành luận văn này. Em cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến các cô, các chú, các anh chị em đang công tác tại Phòng Hóa Vô cơ đã trao đổi kinh nghiệm và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện Luận văn này. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, tháng 6 năm 2016 Học viên Đặng Thị Nhung
  4. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DTA (Differential Thermal Analysis) Phân tích nhiệt vi sai FT-IR (Fourier Transform Infrared Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Spectroscopy) HA Hydroxyapatite HAP Hydroxyapatite/polymaltose PPA Phƣơng pháp A PPB Phƣơng pháp B PPC Phƣơng pháp C SEM (Scanning Electron Microscopy) Hiển vi điện tử quét TGA (Thermal Gravimetric Analysis) Phân tích nhiệt trọng lƣợng TEM (Transmission Electron Microscopy) Hiển vi điện tử truyền qua XRD (X-Ray Diffraction) Nhiễu xạ tia X
  5. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Ảnh hiển vi điện tử của các tinh thể HA .....................................................3 Hình 1.2. Cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh thể HA ......................................................4 Hình 1.3. Công thức cấu tạo của polymaltose ..........................................................10 Hình 1.4. Sự tạo mầm của HA trên chất nền polyme. ...............................................11 Hình 1.5. Compozit HA/collagen ..............................................................................14 Hình 1.6. Sự chuyển pha từ brushite sang HA theo thời gian ..................................16 Hình 1.7. Giản đồ DT-TGA của compozit HA/chitosan với hàm lượng khác nhau 17 Hình 1.8. Hình thái học của compozit HA ................................................................18 Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp compozit HA/polymaltose theo phương pháp kết tủa ......24 Hình 3.1. Giản đồ XRD của các mẫu HAP tổng hợp theo phương pháp khác nhau 29 Hình 3.2. Phổ FTIR của mẫu HA, polymaltose P3 và mẫu HAPc ...........................30 Hình 3.3. Ảnh TEM của các mẫu HAP tổng hợp theo các phương pháp khác nhau 31 Hình 3.4. Giản đồ XRD các mẫu HAP tổng hợp với DE khác nhau ........................32 Hình 3.5. Ảnh SEM của các mẫu HAP với polymaltose có DE khác nhau ..............33 Hình 3.6. Ảnh TEM của các mẫu HAP với giá trị DE khác nhau ............................34 Hình 3.7. Giản đồ TG-DTA của mẫu HA, polymaltose P3 và các mẫu HAP ...........36 Hình 3.8. Giản đồ XRD các mẫu HAP với hàm lượng P3 khác nhau ......................37 Hình 3.9. Ảnh SEM của các mẫu HAP với hàm lượng polymaltose khác nhau .......38 Hình 3.10. Ảnh SEM của mẫu HAP với tốc độ cấp axit 6 ml/phút ..........................40 Hình 3.11. Giản đồ XRD của các mẫu HAP tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau ....41 Hình 3.12. Ảnh TEM của các mẫu HAP tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau ...........42 Hình 3.13. Giản đồ XRD của các mẫu với thời gian già hóa khác nhau .................44 Hình 3.14. Ảnh TEM của sản phẩm HAP với các chế độ làm khô khác nhau .........45
  6. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Hàm lượng polymaltose trong các mẫu compozit ....................................25 Bảng 3.1. Hàm lượng polymaltose thực tế trong các mẫu HAP ...............................36 Bảng 3.2. Kích thước và độ tinh thể của mẫu HAP theo nhiệt độ ............................41
  7. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................3 1.1 HYDROXYAPATITE ................................................................................ 3 1.1.1. Tính chất vật lý ..................................................................................................3 1.1.2. Tính chất hóa học ..............................................................................................5 1.1.3. Tính chất sinh học] ............................................................................................5 1.1.4. Các ứng dụng cơ bản của vật liệu HA ..............................................................5 1.1.5. Các phương pháp tổng hợp HA ........................................................................7 1.2. POLYMALTOSE ....................................................................................... 9 1.2.1. Cấu trúc..............................................................................................................9 1.2.2. Tính chất và ứng dụng của polymaltose [51, 52, 54] .....................................10 1.3. VẬT LIỆU COMPOZIT CỦA HA VÀ POLYME ................................... 11 1.3.1. Sự tạo thành vật liệu compozit HA/polyme .....................................................11 1.3.2. Các phương pháp tổng hợp compozit HA/polyme ..........................................13 1.3.2.1. Phương pháp trộn HA và polyme .................................................................13 1.3.2.2. Phương pháp kết tủa trực tiếp.....................................................................14 1.3.3. Đặc trưng của vật liệu compozit HA/polyme ..................................................15 1.3.3.1. Thành phần...................................................................................................15 1.3.3.2. Hình thái học ................................................................................................18 1.3.3.3. Tương tác giữa HA và polyme .....................................................................19 1.3.4. Ứng dụng của compozit HA/polyme ...............................................................20 1.3.4.1. Sửa chữa khuyết tật xương ...........................................................................20 1.3.4.2. Sửa chữa khiếm khuyết răng ........................................................................20 1.3.4.3. Truyền thuốc và gen .....................................................................................21 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ HA VÀ COMPOZIT HAP Ở NƢỚC TA .......21 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM ............................................................................23 2.1. HÓA CHẤT .............................................................................................. 23
  8. 2.2. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PHẢN ỨNG ĐẾN HA/POLYMALTOSE ........................ 23 2.2.1. Lựa chọn phương pháp tổng hợp HA/polymaltose ....................................23 2.2.2. Lựa chọn polymaltose có chỉ số DE thích hợp ...............................................24 2.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số phản ứng đến sản phẩm HAP .......25 2.2.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng polymaltose ......................................................25 2.2.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ cấp axit H3PO4 .........................................................25 2.2.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ...............................................................26 2.2.3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng .............................................................26 2.2.3.5. Ảnh hưởng của chế độ làm khô sản phẩm ...................................................26 2.3. CAC PHƢƠNG PHAP XAC DịNH DặC TRƢNG .................................................. 26 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................................26 2.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) ...........................................................27 2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ........................................................27 2.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .............................................28 2.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DTA) ......................................................28 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................29 3.1. LựA CHọN PHƢƠNG PHÁP TổNG HợP HA/POLYMALTOSE ............................. 29 3.2. LựA CHọN POLYMALTOSE VớI DE THÍCH HợP .............................................. 32 3.3. KHảO SÁT Sự ảNH HƢởNG CủA CÁC THÔNG Số PHảN ứNG ĐếN HAP .............. 35 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng polymaltose .........................................................35 3.3.2. Ảnh hƣởng của tốc độ cấp axit H3PO4 ............................................................39 3.3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng ..................................................................41 3.3.4. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng .................................................................43 3.3.5. Ảnh hƣởng của chế độ làm khô sản phẩm ......................................................44 KẾT LUẬN CHUNG ..............................................................................................46 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ......................47 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................48
  9. Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN 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
  10. 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
  11. Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 HYDROXYAPATITE 1.1.1. 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 1.1) Hình 1.1. Ảnh hiển vi điện tử của các tinh thể HA Đặng Thị Nhung 3 Cao học Hóa - K24
  12. 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. Hình 1.2. 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]. Nestor J. 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 1.3. Công thức cấu tạo của phân tử HA Đặng Thị Nhung 4 Cao học Hóa - K24
  13. Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN 1.1.2. 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 (1.3) Ca10(PO4)6(OH)2 2β- Ca3(PO4)2 + CaO + 2H2O (1.4) 1.1.3. 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. 1.1.4. 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
  14. 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]. Bởi vì ở kích thƣớc siêu mịn, các hạt nano HA có hoạt tính bề mặt cao, do đó nhanh chóng giải phóng các ion canxi tƣơng tự nhƣ apatit sinh học. Ngoài ra, phản ứng khử khoáng ở men răng và xƣơng có thể bị ức Đặng Thị Nhung 6 Cao học Hóa - K24
  15. Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN chế khi kích thƣớc hạt đạt đến mức nano, vì thế ngăn ngừa bệnh sâu răng và loãng xƣơng [43, 66]. Một số nghiên cứu cũng đã báo cáo rằng nano HA có khả năng giảm đáng kể tế bào chết do tự hủy hoại nên cải thiện sự tăng sinh tế bào và hoạt tính tế bào liên quan đến sự phát triển xƣơng [66]. Vì vậy, trong những năm gần đây, gốm sinh học và compozit sinh học chứa HA kích thƣớc nano đƣợc xem là các vật liệu hứa hẹn nhất cho một loạt các ứng dụng y sinh học [55, 64]. Để phản ánh sự quan tâm ngày càng tăng trong việc nghiên cứu chế tạo vật liệu HA, M. Sadat-Shojai đã tìm kiếm các nghiên cứu trong cơ sở dữ liệu Scopus, kết quả cho thấy số lƣợng các ấn phẩm về các dạng vật liệu chứa HA tăng lên gấp ba lần từ năm 1999 đến 2011 [56]. Tuy vậy, việc điều chế HA với các đặc trƣng xác định vẫn là một thách thức thú vị. Cụ thể là tìm ra một phƣơng pháp mới có thể kiểm soát chính xác cấu trúc tinh thể, thành phần hóa học, độ tinh thể hóa, sự phân bố kích thƣớc, trạng thái kết tập là động lực chính cho các nhà nghiên cứu vật liệu chứa HA hiện nay trên thế giới [53, 55]. 1.1.5. Các phương pháp tổng hợp HA Để tạo ra HA có những tính chất ƣu việt đáp ứng yêu cầu từng mục đích sử dụng cụ thể, rất nhiều phƣơng pháp khác nhau đã đƣợc phát triển nhƣ kết tủa hóa học, điện hóa, thủy nhiệt, phản ứng pha rắn, đôi khi có sự hỗ trợ của các thiết bị siêu âm, vi sóng...[4 – 6, 11 - 13, 21, 37 - 40, 50]. Có thể phân thành 2 loại là phƣơng pháp ƣớt và phƣơng pháp khô… Trong đó, phƣơng pháp khô: phƣơng pháp phản ứng pha rắn, phƣơng pháp hóa cơ, phƣơng pháp vật lí. Còn phƣơng pháp ƣớt là phƣơng pháp tạo ra pha rắn HA từ dung dịch chứa các nguyên liệu ban đầu khác nhau. Phƣơng pháp ƣớt bao gồm: phƣơng pháp kết tủa, sol-gel hay phƣơng pháp kết tinh từ dung dịch bão hòa, phƣơng pháp phun sấy, phƣơng pháp sử dụng vi sóng,…thƣờng đƣợc dùng để tổng hợp HA dạng bột với kích thƣớc khác nhau. Ƣu điểm của phƣơng pháp ƣớt là có thể điều chỉnh đƣợc kích thƣớc của hạt HA theo mong muốn. Trong luận văn này, chúng tôi chỉ quan tâm đến phƣơng pháp kết tủa trong phƣơng pháp ƣớt. Đặng Thị Nhung 7 Cao học Hóa - K24
  16. Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN Việc tổng hợp HA bằng cách kết tủa từ các ion Ca2+ và PO43- có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau, đƣợc phân ra thành hai nhóm chính: - Phương pháp kết tủa tử các muối chứa ion Ca2+ và PO43- dễ tan trong nước: Các muối hay đƣợc dùng là Ca(NO3)2, CaCl2, (NH4)2HPO4,… 10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH4OH→Ca10(PO4)6(OH)2↓+20NH4NO3+6H2O (1.5) Lƣợng Ca(NO3)2 và (NH4)2HPO4 đƣợc chuẩn bị theo tỷ lệ mol Ca/P = 1,67, pha trong nƣớc cất với nồng độ tƣơng ứng 0,2M và 0,1M. Sau đó, nhỏ từ từ (tốc độ 2ml/phút) dung dịch (NH4)2HPO4 vào cốc đựng Ca(NO3)2 trên máy khuấy từ (tốc độ 300-400 vòng/phút). Bổ sung dung dịch NH4OH để đảm bảo phản ứng diễn ra trong môi trƣờng pH = 10 - 12. Sau khi nhỏ hết lƣợng dung dịch (NH4)2HPO4, tiếp tục khuấy hỗn hợp trong khoảng 2 giờ tại nhiệt độ đã định. Kết thúc phản ứng, thu lấy kết tủa và làm sạch bằng cách lọc rửa nhiều lần với nƣớc cất trên máy ly tâm hoặc thiết bị lọc hút chân không. Sản phẩm đƣợc sấy khô ở nhiệt độ 75-800C. - Phương pháp kết tủa từ các hợp chất chứa Ca2+ ít tan hoặc không tan trong nước: Phản ứng xảy ra giữa Ca(OH)2, CaO, CaCO3… với axit H3PO4 trong môi trƣờng kiềm. Phƣơng trình phản ứng đặc trƣng: 10Ca(OH)2 + 6H3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2↓ + 18H2O (1.6) Trong quá trình điều chế, yếu tố pH cũng đóng vai trò quan trọng. H3PO4 là một axit có độ mạnh trung bình, phân ly theo 3 nấc: H3PO4 ↔ H2PO4- + H+ pK1 = 2,2 (1.7) H2PO4- ↔ HPO42- + H+ pK2 = 7,2 (1.8) HPO42- ↔ PO43- + H+ pK3 = 12,3 (1.9) Khi thêm axit với tốc độ cao, pH của dung dịch sẽ giảm đột ngột, dẫn đến sự phân ly axit không hoàn toàn, tạo ra các ion HPO42- và H2PO4- ảnh hƣởng đến chất lƣợng của vật liệu HA. Các yếu tố nhƣ nguyên liệu ban đầu, nhiệt độ, môi trƣờng phản ứng… thƣờng ảnh hƣởng đến chất lƣợng và hình dạng của tinh thể HA. Để nhận đƣợc sản Đặng Thị Nhung 8 Cao học Hóa - K24
  17. Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN phẩm HA bột có kích thƣớc mong muốn thì ngoài các yếu tố trên, cần quan tâm đến sự kết tinh của HA trong suốt quá trình tổng hợp. 1.2. POLYMALTOSE 1.2.1. Cấu trúc Polymaltose là sản phẩm thủy phân không hoàn toàn của tinh bột. Dựa vào mức độ thủy phân tinh bột (loại enzyme và điều kiện thủy phân), sẽ có các sản phẩm khác nhau, đƣợc đặc trƣng bằng giá trị đƣờng khử dextrose equivalent (DE). DE là đại lƣợng cho biết lƣợng đƣờng khử có trong sản phẩm, so với dextrose (hay glucose) và tính theo phần trăm trên khối lƣợng chất thô. Gía trị DE cho biết độ chuyển hóa từ tinh bột đến dextrose. Tinh bột tự nhiên, ví dụ tinh bột sắn có DE gần bằng không, glucose có DE là 100... [60, 61] Maltodextrin, dextrin, polymaltose ... là những tên gọi quen thuộc, phổ biến của các sản phẩm thủy phân không hoàn toàn tinh bột. Tuy nhiên, giữa chúng không có sự phân biệt, không có ranh giới rõ ràng về giá trị DE. Maltodextrin thƣờng đƣợc nghĩa rõ ràng hơn, để chỉ các sản phẩm có DE 20 hoặc thấp hơn, thƣờng trong khoảng 3 - 20 [60, 61]. Dextrin để chỉ chung chung các sản phẩm thủy phân tinh bột có chiều dài mạch trung bình. Polymaltose hay đƣợc chú thích nhƣ là một tên khác của dextrin, một số công bố lại cho rằng thuật ngữ polymaltose tƣơng đƣơng với maltodextrin. Bên cạnh đó, trong lĩnh vực vật liệu y sinh học, thuật ngữ polymaltose đƣợc sử dụng khá phổ biến, đặc biệt là với các chất bổ sung sắt. Chính vì vậy, trong đề tài nghiên cứu sử dụng sản phẩm thủy phân tinh bột có DE trong khoảng 12 - 30 để tạo ra vật liệu ứng dụng trong y sinh học nên chúng tôi đã lựa chọn tên gọi phổ biến là polymaltose. Polymaltose là sản phẩm dễ tan trong nƣớc, cấu trúc gồm các phân tử D- glucose liên kết với nhau, có công thức cấu tạo (C6H10O5)n với phân tử lƣợng dao động tƣơng đối lớn khoảng 10.000 - 100.000 Dalton, các phân tử glucose liên kết với nhau chủ yếu bằng liên kết α - 1, 4 và α - 1, 6 glicozit. Đặng Thị Nhung 9 Cao học Hóa - K24
  18. Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN Hình 1.3. Công thức cấu tạo của polymaltose 1.2.2. Tính chất và ứng dụng của polymaltose [51, 52, 54] - Polymaltose có khả năng giữ ẩm và hạn chế kết tinh, đặc biệt polymaltose ngăn chặn sự di chuyển độ ẩm từ hạt tinh bột, do đó làm giảm hiện tƣợng thoái hóa bằng cách ức chế quá trình tái cấu trúc chuỗi amylose và amylopectin cùng sự liên kết giữa tinh bột - gluten. Chính vì vậy, polymaltose có khả năng duy trì độ ẩm cao, giữ đƣợc độ ẩm phù hợp trong thực phẩm đặc biệt là các loại bánh tƣơi. - Polymaltose có thể hấp thu từ từ trong máu, cung cấp năng lƣợng cho cơ thể một cách đều đều, giữ ổn định trong máu trong thời gian dài. - Đƣợc dùng để căn chỉnh kích thƣớc màng, ổn định các tính chất cảu các sản phẩm thực phẩm và nguyên liệu. - Khi bổ sung vào thực phẩm, đồ uống polymaltose là tác nhân kìm hãm thành phần máu, vì nó thay thế một phần glucose nên hàm lƣợng glucose thấp hơn. Hơn nữa sẽ ngăn cản sự kết tinh đƣờng saccharose và bảo vệ cấu trúc của sản phẩm trong thời gian bảo quản. - Polymaltose có độ ngọt thấp, chỉ bằng 30% so với đƣờng saccharose dung dịch 10% ở nhiệt độ 250C nên có thể thay thế đƣờng saccharose trong các thực phẩm để giảm độ ngọt sản phẩm mà không ảnh hƣởng đến hƣơng vị của sản phẩm. Polymaltose tạo cảm giác ngon miệng và tiêu hóa dễ dàng đƣợc sử dụng nhiều trong thức ăn trẻ em, ngƣời già, bệnh nhân, đặc biệt dành cho ngƣời bệnh tiểu đƣờng và ngƣời già. Đặng Thị Nhung 10 Cao học Hóa - K24
  19. Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN 1.3. VẬT LIỆU COMPOZIT CỦA HA VÀ POLYME 1.3.1. Sự tạo thành vật liệu compozit HA/polyme Trong sự hình thành vật liệu compozit HA/polyme, polyme đóng vai trò là chất nền cung cấp các vị trí tạo mầm và điều chỉnh sự phát triển và hình thái học của tinh thể HA. Các nhóm cacboxyl trên phân tử polyme có vị trí quan trọng trong sự tạo mầm của tinh thể HA [2, 11, 23]. Z. X. Liu và cộng sự [40] đã gắn các nhóm cacboxyl, amin và methyl trên đế Au và đánh giá sự hình thành và tăng trƣởng của mầm tinh thể HA trong dung dịch giả dịch thể ngƣời (SBF). Ở bề mặt chứa nhóm cacboxyl, lƣợng tinh thể HA hình thành dày gấp ba lần so với bề mặt amin, còn trên bề mặt chứa nhóm methyl gần nhƣ không có tinh thể HA nào đƣợc tìm thấy. Bằng phƣơng pháp hiển vi lực nguyên tử (AFM), Nonoyama và cộng sự đã quan sát giai đoạn đầu tiên của quá trình tạo mầm HA và thấy rằng, ban đầu các nhóm cacboxyl có sự tƣơng tác với ion canxi và sau đó ion photphat sẽ gắn lên ion canxi [47] Hình 1.4. Sự tạo mầm của HA trên chất nền polyme. (a) Các nhóm chức trên phân tử polyme là các vị trí tạo mầm cho tinh thể HA, (b) Sự tạo mầm và phát triển tinh thể HA trên các polyme được gắn đế trên đế Au Đặng Thị Nhung 11 Cao học Hóa - K24
  20. Luận văn Thạc sĩ Khoa Hóa học - Trường ĐHKHTNHN Bên cạnh các nhóm cacboxyl, nhóm cacbonyl trên collagen cũng có ƣu thế cao cho sự tạo mầm tinh thể [67]. Đối với chất nền tơ sợi Fibroin, có những vị trí tạo mầm khác nhƣ nhóm amin và hydroxyl [38]. Các nhóm amin trên chitosan đóng góp cặp electron tự do tƣơng tác với các ion canxi và tạo thành phức chitosan - ion canxi trƣớc khi tạo mầm [39]. L Wang và cộng sự [33] đã sử dụng phƣơng pháp mô phỏng động lực học phân tử (Molecular Dynamics – MD), cho thấy tƣơng tác giữa các phân tử chất nền polyme và HA chủ yếu là lực VanđecVan. Thông thƣờng, các nhóm mang điện tích âm trên phân tử polyme đƣợc xem là có liên kết mạnh với các ion canxi trong tinh thể HA, trong khi các nhóm tích điện dƣơng có liên kết với các ion photphat. Vì vậy, các polyme tự nhiên phân cực nhƣ chitosan [27], alginat [1], tinh bột [9], …sẽ có khả năng kết dính và tƣơng tác tốt với HA. Tƣơng tác hóa học giữa HA và polyme nhƣ liên kết hydro, lực Van de Van, hoặc phức chất cacboxyl-Ca-cacboxyl, … cho phép phân tán đồng đều HA trong pha hữu cơ. Các compozit HA/chitosan đã đƣợc nghiên cứu tổng hợp bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau. Do chitosan tan tốt trong dung dịch nƣớc các axit hữu cơ nhƣ axit axetic, axit lactic, axit malic và axit xitric, nên ảnh hƣởng của dung dịch axit hữu cơ đối với vi cấu trúc của sản phẩm đã đƣợc khảo sát [27]. HA ở dạng tinh thể hình thành khi sử dụng axit axetic và axit lactic, trong khi đó HA tồn tại ở dạng vô định hình khi dùng các axit hữu cơ có nhiều hơn hai nhóm cacboxyl. Trong số các polyme tự nhiên, tinh bột và các sản phẩm biến tính từ tinh bột là nguồn quan trọng và rất phổ biến. Tuy nhiên, cho đến nay có rất ít tài liệu về việc chế tạo vật liệu HA với các vật liệu này. Sadjadi, Meskinfam và các cộng sự đã tổng hợp bằng quá trình mô phỏng sinh học in situ trong sự có mặt của tinh bột và hỗn hợp genlatin/ tinh bột [49]. Kết quả cho thấy hình thái hạt HA bị ảnh hƣởng bởi các polyme này, HA tạo thành có dạng hình que giống nhƣ HA vô cơ trong xƣơng tự nhiên. Shakir và các cộng sự đã thông báo rằng họ đã tổn hợp thành công hệ HA/chitosan/dextrin bằng phản ứng đồng kết tủa ứng dụng trong kỹ thuật mô xƣơng. Đặng Thị Nhung 12 Cao học Hóa - K24
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.26: Bộ 320 Luận Văn Thạc Sĩ Y Học
320 tài liệu
1228 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2