Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp và khảo sát một số đặc trưng của vật liệu compozit giữa canxi hydroxyapatit (HA) và tinh bột sắn (tapioca)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:113

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn đã nghiên cứu tổng hợp bột compozit HA/tinh bột sắn có kích thước nanomet từ Ca(OH)2, H3PO4 và tinh bột sắn. Tiếp đó, sử dụng các phương pháp XRD, FTIR, SEM, TEM và DTA – TGA để đánh giá chất lượng sản phẩm dựa trên độ đơn pha, kích thước trung bình, hình dạng, độ tinh thể và sự phân bố của hạt HA trong sản phẩm compozit HA/tinh bột sắn. 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: Tổng hợp và khảo sát một số đặc trưng của vật liệu compozit giữa canxi hydroxyapatit (HA) và tinh bột sắn (tapioca)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN HÀN LÂM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN HOÁ HỌC HOÀNG THỊ TÌNH TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT GIỮA CANXI HYDROXYAPATIT (HA) VÀ TINH BỘT SẮN (TAPIOCA) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN HÀN LÂM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN HOÁ HỌC HOÀNG THỊ TÌNH TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT GIỮA CANXI HYDROXYAPATIT (HA) VÀ TINH BỘT SẮN (TAPIOCA) Chuyên ngành : Hóa Vô cơ Mã số : 60 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐÀO QUỐC HƢƠNG Hà Nội – 2014
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Trong luận văn có tham khảo một số kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong nƣớc và trên thế giới nhƣng đã đƣơ ̣c chú thích c ụ thể . Công trình này chƣa đƣợc tác giả nào công bố. Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2014 Học viên Hoàng Thị Tình i
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, cho tôi gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đào Quốc Hương và Th.S. Nguyễn Thị Lan Hương đã nhiệt tình trực tiếp hƣớng dẫn, chỉ bảo, động viên tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Phan Thị Ngọc Bích, TS. Vũ Duy Hiển, Th.S. Nguyễn Thị Hạnh, KSC. Phạm Văn Lâm và Th.S Quản Thị Thu Trang đã có nhiều giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn tại phòng Hóa Vô cơ (Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt công việc của mình trong thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2014 Học viên Hoàng Thị Tình ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT HA Canxi hydroxyapatit XRD Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X FTIR Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại SEM Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét TEM Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua DTA-TGA Phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai – phân tích nhiệt trọng lƣợng iii
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Phần trăm hàm lƣợng amylozơ và amylopectin trong tinh bột ........... 20 Bảng 1.2: Sản lƣợng tinh bột sắn trên thế giới năm 2001 .................................... 21 Bảng 1.3: Độ tăng kích thƣớc trung bình của một số loại tinh bột trong nƣớc ... 24 Bảng 1.4: Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột tự nhiên...................................... 25 Bảng 1.5: Bƣớc sóng đặc trƣng của các nhóm chức ............................................ 39 Bảng 3.1: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng tinh bột sắn đến kích thƣớc và độ tinh thể của HA trong compozit HA/tinh bột sắn ............................................................. 52 Bảng 3.2: Ảnh hƣởng của nồng độ các chất phản ứng đến kích thƣớc trung bình và độ tinh thể của HA trong compozit HA/tinh bột sắn ...................................... 59 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng đến kích thƣớc tinh thể trung bình của HA trong compozit HA/tinh bột sắn ............................................................. 63 Bảng 3.4: Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn đến kích thƣớc tinh thể trung bình và độ tinh thể của HA trong compozit HA/tinh bột sắn ........................................... 66 Bảng 3.5: Ảnh hƣởng của tốc độ cấp axit đến kích thƣớc tinh thể trung bình và độ tinh thể của HA trong compozit HA/tinh bột sắn ........................................... 69 Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của dung môi rửa đến kích thƣớc tinh thể trung bình và độ tinh thể của HA trong compozit HA/tinh bột sắn ................................................ 71 Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của sóng siêu âm đến kích thƣớc tinh thể trung bình và độ tinh thể của HA trong compozit HA/tinh bột sắn ................................................ 72 iv
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Ảnh SEM của các dạng tinh thể HA ...................................................... 3 Hình 1.2: Công thức cấu tạo của phân tử HA ........................................................ 4 Hình 1.3: Quá trình tạo lớp men HA trên bề mặt răng .......................................... 5 Hình 1.4: HA xốp tổng hợp từ san hô sử dụng làm mắt giả .................................. 5 Hình 1.5: Sửa chữa khuyết tật xƣơng bằng gốm HA dạng khối xốp hoặc dạng hạt ........................................................................................................................... 6 Hình 1.6: Gốm y sinh HA tổng hợp bằng các phƣơng pháp khác nhau ................ 6 Hình 1.7: Thuốc bổ sung canxi sử dụng nguyên liệu HA dạng vi tinh thể ............ 8 Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lí của phƣơng pháp kết tủa .............................................. 8 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lí của phƣơng pháp sol – gel ......................................... 10 Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lí của phƣơng pháp phun sấy ...................................... 10 Hình 1.11: Quá trình tạo và vỡ bọt dƣới tác dụng của sóng siêu âm ................... 11 Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lí của phƣơng pháp siêu âm hóa học ........................... 12 Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lí của thiết bị phản ứng thủy nhiệt .............................. 13 Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lí của phƣơng pháp plasma ......................................... 14 Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lí của phƣơng pháp bốc bay chân không .................... 14 Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lí của phƣơng pháp phún xạ magnetron ...................... 15 Hình 1.17: Cấu tạo của tinh bột ........................................................................... 18 Hình 1.18: Cấu trúc chuỗi của phân tử amylozơ ................................................. 19 v
Hình 1.19: Cấu trúc phân nhánh của amylopectin ............................................... 19 Hình 1.20: Ảnh SEM của tinh bột sắn ................................................................. 22 Hình 1.21: Phản ứng thủy phân của tinh bột........................................................ 24 Hình 1.22: Sơ đồ tổng hợp compozit HA – CS ................................................... 33 Hình 1.23: Sơ đồ chế tạo compozit HA/chitin theo phƣơng pháp của Gea ........ 34 Hình 1.24: Sơ đồ chế tạo compozit HA/collagen sử dụng phƣơng pháp đồng kết tủa của Kikuchi .................................................................................................... 34 Hình 1.25: Sơ đồ nguyên lí của phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .................. 36 Hình 1.26: Sơ đồ nguyên lí của thiết bị quang phổ hồng ngoại (FTIR) ............. 38 Hình 1.27: Sơ đồ nguyên lí của phƣơng pháp SEM ............................................ 40 Hình 1.28: Nguyên tắc chung của phƣơng pháp TEM ........................................ 40 Hình 2.1: Sơ đồ bố trí nghiệm tổng hợp compozit HA/tinh bột sắn ................... 44 Hình 2.2: Sơ đồ quy trình thực nghiệm tổng hợp compozit HA/tinh bột sắn ..... 45 Hình 3.1: Giản đồ XRD của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn với hàm lƣợng tinh bột sắn khác nhau .......................................................................................... 51 Hình 3.2: Ảnh SEM của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn với các hàm lƣợng tinh bột sắn khác nhau .......................................................................................... 53 Hình 3.3: Ảnh TEM của mẫu HA và mẫu compozit HA/tinh bột sắn ................. 54 Hình 3.4a: Phổ FTIR của mẫu HA ...................................................................... 55 Hình 3.4b: Phổ FTIR của mẫu tinh bột sắn ban đầu ............................................ 56 Hình 3.5: Phổ FTIR của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn với hàm lƣợng tinh bột sắn khác nhau ................................................................................................. 56 Hình 3.6: Giản đồ DTA-TGA của mẫu compozit HA/tinh bột sắn ..................... 57 vi
Hình 3.7: Giản đồ XRD của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các nồng độ chất phản ứng khác nhau ................................................................. 58 Hình 3.8: Ảnh SEM của compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các nồng độ khác nhau.............................................................................................................. 60 Hình 3.9: Phổ FTIR của compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các nồng độ chất phản ứng khác nhau ...................................................................................... 61 Hình 3.10: Giản đồ XRD của compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau ............................................................................... 62 Hình 3.11: Ảnh SEM của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau ......................................................................... 63 Hình 3.12: Phổ FTIR của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau ......................................................................... 64 Hình 3.13: Giản đồ XRD của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các tốc độ khấy trộn khác nhau ......................................................................... 65 Hình 3.14: Ảnh SEM của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các tốc độ khuấy trộn khác nhau .......................................................................... 66 Hình 3.15: Phổ FTIR của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các tốc độ khuấy trộn khác nhau .......................................................................... 67 Hình 3.16: Giản đồ XRD của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các tốc độ cấp axit khác nhau........................................................................... 68 Hình 3.17: Ảnh SEM của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp ở các tốc độ cấp axit khác nhau .............................................................................. 69 Hình 3.18: Giản đồ XRD của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp bằng các dung môi rửa khác nhau ........................................................................ 70 Hình 3.19: Giản đồ XRD của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp khi có và không có sóng siêu âm ......................................................................... 72 vii
Hình 3.20: Ảnh SEM của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp khi có và không có sóng siêu âm ............................................................................... 73 Hình 3.21: Phổ FTIR của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp khi có và không có tác dụng của của sóng siêu âm .................................................... 73 Hình 3.22: Ảnh SEM của các mẫu compozit HA/tinh bột sắn đƣợc tổng hợp trong hai điều kiện làm khô sản phẩm khác nhau ................................................ 74 viii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................... 3 1.1. CANXI HYDROXYAPATIT (HA) ........................................................ 3 1.1.1. Tính chất của HA ........................................................................................... 3 1.1.1.1. Tính chất vật lí ............................................................................................ 3 1.1.1.2. Tính chất hóa học ........................................................................................ 4 1.1.1.3. Tính chất sinh học ....................................................................................... 4 1.1.2. Vai trò và ứng dụng của các dạng HA khác nhau .......................................... 5 1.1.2.1. Ứng dụng ở dạng khối xốp.......................................................................... 5 1.1.2.2. Ứng dụng ở dạng màng ............................................................................... 6 1.1.2.3. Ứng dụng ở dạng bột ................................................................................... 7 1.1.3. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu HA ........................................................ 8 1.1.3.1. Phƣơng pháp ƣớt ....................................................................................... 8 1.1.3.1.1. Phƣơng pháp kết tủa ................................................................................. 8 1.1.3.1.2. Phƣơng pháp sol – gel .............................................................................. 9 1.1.3.1.3. Phƣơng pháp phun sấy ............................................................................. 10 1.1.3.1.4. Phƣơng pháp siêu âm hóa học.................................................................. 10 1.1.3.1.5. Phƣơng pháp điện hóa .............................................................................. 12 1.1.3.1.6. Phƣơng pháp thủy nhiệt ........................................................................... 12 1.1.3.2. Phƣơng pháp khô ........................................................................................ 13 ix
1.1.3.2.1. Phƣơng pháp phản ứng pha rắn................................................................ 13 1.1.3.2.2. Phƣơng pháp hóa – cơ .............................................................................. 13 1.1.3.2.3. Một số phƣơng pháp vật lí ....................................................................... 14 1.1.4. Tình hình nghiên cứu vật liệu HA.................................................................. 15 1.1.4.1. Trên thế giới ................................................................................................ 15 1.1.4.2. Ở Việt Nam ................................................................................................. 16 1.2. GIỚI THIỆU VỀ POLYSACCARIT ................................................................ 16 1.2.1. Polysaccarit .................................................................................................... 16 1.2.2. Tinh bột .......................................................................................................... 17 1.2.3. Tinh bột sắn .................................................................................................... 20 1.2.3.1. Tính chất vật lí ............................................................................................ 22 1.2.3.2. Tính chất hóa học ........................................................................................ 23 1.2.3.3. Tính chất lƣu biến ....................................................................................... 24 1.2.3.4. Sự trƣơng nở và hiện tƣợng hồ hóa............................................................. 24 1.2.3.5. Độ nhớt của hồ tinh bột ............................................................................... 25 1.2.3.6. Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel tinh bột ............................................. 26 1.2.3.7. Khả năng tạo hình ....................................................................................... 26 1.2.3.8. Giá trị dinh dƣỡng của tinh bột sắn ............................................................. 27 1.2.3.9. Ứng dụng của tinh bột sắn trong công nghiệp thực phẩm và ngành công nghiệp khác .............................................................................................................. 27 1.3. VẬT LIỆU COMPOZIT CỦA HA VÀ POLYME .......................................... 28 1.3.1. Tính chất và ứng dụng .................................................................................... 29 x
1.3.2. Phƣơng pháp chế tạo ...................................................................................... 31 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT HA/TINH BỘT SẮN .......................................................................... 35 1.4.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X – Ray Diffraction, XRD)............................. 35 1.4.2. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (Fourier Transformation Infrared Spectrophotometry - FTIR) ...................................................................................... 38 1.4.3. Phƣơng pháp hiển vi điện tử .......................................................................... 39 1.4.3.1. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM) 39 1.4.3.2. Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy, TEM) ................................................................................................... 40 1.4.4. Phƣơng pháp phân tích nhiệt .......................................................................... 41 1.4.4.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) ................................................. 41 1.4.4.2. Phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) ....................................... 41 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................................................ 43 2.1. DỤNG CỤ, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ .......................................................... 43 2.1.1. Dụng cụ .......................................................................................................... 43 2.1.2. Hóa chất ......................................................................................................... 43 2.1.3. Thiết bị ........................................................................................................... 43 2.2. QUY TRÌNH TỔNG HỢP COMPOZIT CỦA HA VÀ TINH BỘT SẮN (HA/TINH BỘT SẮN) ............................................................................................. 43 2.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến đặc trƣng của sản phẩm compozit HA/tinh bột sắn ........................................................................................................ 45 2.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng tinh bột sắn ........................................... 45 xi
2.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ chất phản ứng .......................................... 46 2.3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng ................................................... 46 2.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn .................................................... 46 2.3.5. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ cấp axit ........................................................ 47 2.3.6. Khảo sát ảnh hƣởng của dung môi rửa ......................................................... 47 2.3.7. Khảo sát ảnh hƣởng của điều kiện làm khô sản phẩm ................................... 47 2.3.8. Khảo sát ảnh hƣởng của sóng siêu âm ........................................................... 48 2.4. CHUẨN BỊ MẪU PHÂN TÍCH ....................................................................... 48 2.4.1. Nhiễu xạ tia X (XRD) .................................................................................... 48 2.4.2. Phổ hồng ngoại (FTIR) .................................................................................. 48 2.4.3. Hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................................................ 48 2.4.4. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM).................................................................. 49 2.4.5. Phân tích nhiệt (DTA - TGA) ........................................................................ 49 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................ 50 3.1. QUY TRÌNH TỔNG HỢP COMPOZIT HA/TINH BỘT SẮN ....................... 50 3.2. KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN ĐẶC TRƢNG CỦA SẢN PHẨM COMPOZIT HA/TINH BỘT SẮN .................................................... 51 3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột sắn.................................................. 51 3.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ các chất phản ứng Ca(OH)2 và H3PO4 .... 58 3.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng .................................................. 61 3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn ................................................... 65 3.2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ cấp axit ....................................................... 68 xii
3.2.6. Khảo sát ảnh hƣởng của dung môi rửa ........................................................ 70 3.2.7. Khảo sát ảnh hƣởng của sóng siêu âm .......................................................... 71 3.2.8. Khảo sát ảnh hƣởng của điều kiện làm khô sản phẩm .................................. 74 KẾT LUẬN ..................................................................................... 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................. 77 xiii
xiv
MỞ ĐẦU Hydroxyapatit hay canxi hydroxyapatit (viết tắt HA) có công thức là Ca10(PO4)6(OH)2, còn có thể viết khác là Ca5(PO4)3OH. HA là thành phần chính của khoáng xƣơng và răng của ngƣời và động vật. HA có thể tồn tại ở các dạng: dạng bột, dạng màng, dạng khối xốp. Do có cùng bản chất và thành phần hoá học, HA tự nhiên và nhân tạo đều là những vật liệu có tính tƣơng thích sinh học cao với các tế bào mô và cơ cùng nhiều ƣu điểm vƣợt trội khác. Ở dạng màng và dạng khối xốp, HA có các đặc tính giống xƣơng tự nhiên, các lỗ xốp liên thông với nhau làm cho các mô sợi, mạch máu dễ dàng xâm nhập, 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. Ở dạng bột mịn kích thƣớc nano, HA là dạng canxi photphat dễ đƣợc cơ thể hấp thụ nhất với tỉ lệ Ca/P trong phân tử đúng nhƣ tỉ lệ trong xƣơng và răng. Do lƣợng canxi hấp thụ thực tế từ thức ăn mỗi ngày tƣơng đối thấp nên rất cần bổ sung canxi cho cơ thể. Hợp chất HA tƣơng đối bền với dịch và men tiêu hoá trong cơ thể ngƣời. Vì những đặc tính này, bột HA kích thƣớc nano đƣợc dùng làm thuốc bổ sung canxi với hiệu quả cao. Ngoài ra, HA là hợp chất không gây độc, không gây dị ứng cho cơ thể ngƣời và có tính kháng khuẩn cao. Ở nƣớc ta từ năm 2005, phòng Hóa vô cơ - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng đã thực hiện các nghiên cứu về tổng hợp vật liệu HA ở hai dạng là dạng bột và dạng xốp hƣớng đến việc ứng dụng chúng trong lĩnh vực dƣợc học và y sinh học và hiện nay là nơi cung cấp bột HA kích thƣớc nanomet để sản xuất một số thực phẩm chức năng bổ sung canxi nhƣ Fecafovit, Caotot, Growbust, Viên dƣỡng khớp… Để nâng cao hơn nữa khả năng hấp thụ HA của cơ thể, một xu hƣớng mới là gắn HA ở các dạng lên các polyme, đặc biệt là các polyme có hoạt tính sinh học cao, dƣới dạng vật liệu compozit. Trong các vật liệu này, các nhóm chức photphat và hydroxy của HA tạo liên kết với các nhóm chức của polyme. Mặt khác, các nhóm chức của polyme có khả năng liên kết tốt với các tế bào sinh học, nâng cao hơn nữa 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 1
polyme tự nhiên nhƣ: chitosan, collagen, gelatin hay các polyme tổng hợp nhƣ poly (lactide-co-galactide) hoặc polycaprolactone. Compozit của HA và polyme là vật liệu đầy hứa hẹn cho việc thay thế xƣơng và ghép mô, không những vì vật liệu “bắt chƣớc” giống nhất thành phần của xƣơng thật. Trong đó, vật liệu tự nhiên hay tổng hợp tƣơng thích và phân hủy sinh học đƣợc sử dụng làm khung cho sự phát triển xƣơng, sau đó nhờ quá trình phân hủy sinh học, các polyme sẽ bị hòa tan và bị cơ thể thải loại. Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chứa HA nói trên đang đƣợc tiến hành theo hai hƣớng chính. Hƣớng thứ nhất là tổng hợp HA ở dạng bột với kích thƣớc khác nhau, sau đó phân tán HA vào mạng lƣới polyme bằng phƣơng pháp cơ học hoặc phƣơng pháp siêu âm. Hƣớng thứ hai là tổng hợp trực tiếp HA trong mạng lƣới polyme. Vì vậy, để góp phần nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chứa HA và tinh bột sắn theo hƣớng thứ hai, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Tổng hợp và khảo sát một số đặc trưng của vật liệu compozit giữa canxi hydroxyapatit (HA) và tinh bột sắn (tapioca)”. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Canxi hydroxyapatit (HA) 1.1.1. Tính chất của HA 1.1.1.1. Tính chất vật lí HA nguyên chất thƣờng tồn tại ở dạng tinh thể và thƣờng có màu sắc: trắng, trắng ngà, vàng nhạt hoặc xanh lơ. Nhiệt độ nóng chảy của HA vào khoảng 1760oC, nhiệt độ sôi khoảng 2850oC, độ hòa tan trong 1 lít nƣớc (ở điều kiện thƣờng) là 0,7 g; trọng lƣợng phân tử: 1004,60 g; trọng lƣợng riêng: 3,156 g/cm3; độ cứng theo thang Mohs bằng 5. Tùy vào điều kiện hình thành mà hình dạng của các tinh thể HA tự nhiên và nhân tạo có thể tồn tại ở các dạng khác nhau nhƣ: hình que, hình kim, hình vảy, hình sợi hoặc hình cầu [37]. (b) (c) (a) (d) (e) (f) Hình 1.1: Ảnh SEM của các dạng tinh thể HA a. Dạng hình que b. Dạng hình trụ c. Dạng hình cầu d. Dạng hình sợi e. Dạng hình vảy f. Dạng hình kim HA tồn tại ở hai dạng cấu trúc là dạng lục phƣơng (hexagonal) và dạng đơn tà (monoclinic). HA dạng lục phƣơng thƣờng đƣợc tạo thành trong quá trình điều chế ở nhiệt độ từ 25 đến 100oC, còn dạng đơn tà chủ yếu đƣợc sinh ra khi nung dạng lục phƣơng ở 850oC trong không khí sau đó làm nguội đến nhiệt độ phòng. Trên giản đồ nhiễu xạ tia X thì hai dạng này giống nhau hoàn toàn về số lƣợng và vị trí của vạch nhiễu xạ và chỉ khác nhau về cƣờng độ vạch nhiễu xạ. Dạng đơn 3
tà cho các vạch nhiễu xạ có cƣờng độ yếu hơn các vạch nhiễu xạ của dạng lục phƣơng khoảng 1% [57]. 1.1.1.2. Tính chất hóa học Hình 1.2: Công thức cấu tạo của phân tử HA. Công thức cấu tạo của HA đƣợc thể hiện trên hình 1.2. Có thể nhận thấy phân tử HA có cấu trúc mạch thẳng, các liên kết Ca – O là liên kết cộng hóa trị. Hai nhóm –OH đƣợc gắn với nguyên tử P ở hai đầu mạch [60]. Hợp chất HA có các tính chất hóa học nhƣ sau: - Phản ứng với axit tạo thành các muối canxi và nƣớc. Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl → 3Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2H2O (1.1) - Bị phân hủy bởi nhiệt độ: + Từ 800oC đến 1200oC: Ca10(PO4)6(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)2-2xOx + xH2O (0 ≤ x ≤ 1) (1.2) (oxy-hidroxyapatit) + Lớn hơn 1200oC: Ca10(PO4)6(OH)2 → 2β - Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + H2O (1.3) Ca10(PO4)6(OH)2 → 3β - Ca3(PO4)2 + CaO + H2O (1.4) 1.1.1.3. Tính chất sinh học HA tự nhiên và nhân tạo đều là những vật liệu có tính tƣơng thích sinh học cao do có cùng bản chất và thành phần hóa học. HA ở dạng bột mịn kích thƣớc nano, là dạng canxi photphat dễ đƣợc cơ thể hấp thu hơn vì tỉ lệ Ca/P trong phân tử đúng nhƣ tỉ lệ trong xƣơng và răng [50]. HA ở dạng màng và dạng xốp đều có thành phần hóa học và các đặc tính của HA giống xƣơng tự nhiên, có các lỗ xốp liên thông với nhau vì thế mà các mô sợi, mạch máu dễ dàng xâm nhập và di chuyển. Chính vì vậy mà các tế bào và mô có tính tƣơng thích sinh học cao với loại vật liệu này. Ngoài ra, nó còn có tính dẫn xƣơng tốt nên có khả năng liên kết 4