Nghiên cứu quá trình tổng hợp màng hydroxyapatit trên nền thép không gỉ 316l bằng phương pháp điện hóa

Trng i Hc S Phm H Ni 2 Khoa hoỏ hc d c Hỡnh 1.2: Cỏc hỡnh dng khỏc nhau ca HAp a: Dng hỡnh que b: Dng hỡnh vy c: Dng hỡnh kim d: Dng hỡnh si b. Tớnh cht hoỏ hc V mt hoỏ hc, HAp cú mt s tớnh cht sau õy: + Cú kh nng kt hp vi cu trỳc xng v tỏc ng tt n s phỏt trin bờn trong ca xng m khụng lm t góy hay phõn hy xng. + Khụng bn nhit, d b phõn hy trong khong nhit 800 ữ 1200C. Tu theo t l cu to ca HAp, to thnh oxyapatit theo phn ng: Ca10(PO4)6(OH)2 Ca10(PO4)6(OH)2-2xOx + xH2O (0 < x 1) (1) Phn ng ny din ra dn dn theo thi gian v nhit tng dn. + Ngoi ra HAp cú th b phõn hy thnh cỏc cht khỏc trong nhúm canxi phụtphat tựy theo iu kin. Vớ d: to thnh tetra canxi phụtphat (TCP) nh cỏc phng trỡnh phn ng di õy: Ca10(PO4)6(OH)2 2 - TCP + Ca4P2O9 + H2O (2) Ca10(PO4)6(OH)2 3 - TCP + CaO + H2O (3) Khoỏ lun tt nghip 5 Ló Tr My Trng i Hc S Phm H Ni 2 Khoa hoỏ hc + Khụng cú tớnh bn c lý thay th, cy ghộp hon ton cho nhng vựng xng phi chu ti nng ca c th. HAp thng c s dng dng bt hoc bin th ca bt. Bt HAp rt khú nung kt khi, khi nung d b phõn hy bin i thnh phn. Nguyờn nhõn l do HAp phõn hy nhit cao to thnh cỏc sn phm khỏc trong h CaO P2O5. sn xut khi HAp thnh sn phm thng mi ũi hi phi nung kt nhit cao, thng vo khong 1000C. Sn xut lp ph HAp cng yờu cu HAp hỡnh thnh nhit cao. Hn na, nu sn xut HAp nhit thp, HAp thu c d b phõn hy bi tỏc dng ca vi sinh vt, khụng phi HAp cú hot tớnh sinh hc. Khi t kớch thc nano, nhng yu im ca HAp c ci thin ỏng k. Kớch thc nano lm mt tip xỳc b mt sinh hc tng v phự hp vi kớch thc ca cỏc khoỏng trong xng nờn hot tớnh ca HAp tng lờn. Ngoi ra, vic kt khi vt liu tr nờn d dng hn rt nhiu: nhit kt khi cú th gim t my nghỡn C xung cũn trờn di mt nghỡn C. Cụng ngh nano cú th to nờn bc nhy ln trong ngnh cụng ngh cy ghộp, c bit l cy ghộp mụ cng, cy ghộp xng. c. Tớnh cht sinh hc Hydroxyapatit v cỏc ng phõn ca nú Chỳng ta ó bit rng, xng v rng ngi cha canxi v photpho. Ngoi ra, nhng nguyờn t ny tn ti trong t nhiờn di dng flo-apatit Ca10(PO4)6F2, l mt trong cỏc hp cht khoỏng cú tờn chung l apatit. Cỏc apatit l cỏc hp cht bn hoỏ, cú thnh phn tng t nh cỏc cht khoỏng trong xng. Tu thuc vo t l Ca/P, pH, s hin din ca nc, nhit v tinh khit ca sn phm m ta thu c cỏc pha khỏc nhau. Núi chung, cỏc vt liu lm t canxi photphat cú kh nng chng li s tn cụng ca vi khun, s thay i pH v iu kin dung mụi. Tuy nhiờn, nhúm vt liu ny Khoỏ lun tt nghip 6 Ló Tr My Trng i Hc S Phm H Ni 2 Khoa hoỏ hc cú tớnh bn c thp, din tớch b mt riờng nh (2-5 m2/g) v liờn kt gia cỏc tinh th bn cht. Trong khi ú, cỏc thnh phn khoỏng trong xng (kớch thc nano) cú din tớch b mt riờng ln, c phỏt trin trong mụi trng hu c, liờn kt gia cỏc tinh th lng lo. c im ny to ra s khỏc nhau v kh nng hp th ca chỳng. Tờn ca mt s cỏc khoỏng quan trng cựng cụng thc phõn t v cỏc h s ca nú c a ra trong bng 1.1. T bng 1.1 chỳng ta thy cú rt nhiu cỏc khoỏng apatit khỏc nhau. Tuy nhiờn, chỳng ta hon ton cú th thay th cỏc cation v anion trong cỏc khoỏng núi trờn to thnh cỏc khoỏng mi tu thuc vo cỏc iu kin th. Nu th 100% s to thnh cỏc ng phõn mi, cũn nu ch th mt phn s to dung dch rn. Trong cỏc pha canxi photphat thỡ pha HAp cú kh nng phõn hu chm nht nờn cỏc t bo xng cú thi gian hon thin v phỏt trin. iu ny dn n kh nng ng dng trong y hc ca HAp l nhiu nht. Bng 1.1. Tờn gi, cụng thc phõn t v cỏc thụng s ụ mng ca mt s khoỏng apatit hay gp STT Tờn gi CTPT Thụng s a Thụng s c 1 Bari hydroxyapatit Ba10(PO4)6(OH)2 1.019 0.770 2 Cadimi asen clo apatit Cd10(AsO4)6Cl2 1.007 0.726 3 Cadimi hydroxyapatit Cd10(PO4)6(OH)2 0.901 0.661 4 Cadimi clo apatit Cd10(PO4)6Cl2 0.962 0.649 5 Canxi hydroxyapatit Ca10(PO4)6(OH)2 0.942 0.688 6 Carbonat apatit Ca10(PO4)6CO3 0.956 0.687 7 Clo apatit Ca10(PO4)6Cl2 0.963 0.678 Khoỏ lun tt nghip 7 Ló Tr My Trng i Hc S Phm H Ni 2 Khoa hoỏ hc 8 Fermorit Ca10(AsO4)6F2 0.975 0.692 9 Flo apatit Ca10(PO4)6F2 0.935 0.658 10 Hydroxyl Vanadinit Ca10(VO4)6(OH)2 0.982 0.698 11 Chỡ hydroxyapatit Pb10(PO4)6(OH)2 0.990 0.729 12 Magiờ apatit Mg10(PO4)6(OH)2 0.930 0.689 13 Mimetit Pb10(AsO4)6Cl2 1.036 0.752 14 Pyromorphit Pb10(PO4)6Cl2 0.995 0.732 15 Strontri hydroxyapatit Sr10(PO4)6(OH)2 0.976 0.728 16 Vanadinit Pb10(PO4)6Cl2 1.047 0.743 S hin din trong cỏc mụ canxi húa Cỏc mụ canxi hoỏ trong c th c chia thnh 2 nhúm: mụ ni v mụ ngoi. Xng, hm rng v cht nỏm thuc mụ ni cũn men rng thuc mụ ngoi. Do thnh phn v cu trỳc ca hai nhúm ny khỏc nhau nờn tớnh cht húa hc v kh nng hot ng sinh hc ca chỳng cng khỏc nhau. Xng l b phn quan trng nht ca c th. Cỏc c trng sinh hc v cu trỳc ca xng rt a dng. V mt sinh hc, nú hot ng nh mt b cha canxi ng thi l ni sn sinh ra cỏc t bo mỏu. V mt cu trỳc, xng to khung cho c th. HAp úng vai trũ quan trng v c mt sinh hc v cu trỳc ca xng. Khi phõn tớch thnh phn xng ngi, ngi ta thy xng gm cú phn vụ c v hu c. Phn hu c chim khong 30% trng lng c th, c to bi cỏc collagen, cỏc cement v cỏc thnh phn t bo xp. Collagen l mt mng li cỏc mng liờn kt ni v mt ma trn cỏc t bo m rng ca xng nhm thu hỳt cỏc khoỏng cht phỏt trin trờn b mt lm cho xng cng cỏp hn, trong khi ú cement cha mt vi liờn kt ni vi Khoỏ lun tt nghip 8 Ló Tr My Trng i Hc S Phm H Ni 2 Khoa hoỏ hc protờin. Ngc li, cỏc t bo xp bao gm cỏc t bo vụ nh hỡnh nh osteoblast v osteocyt, l nhng cht liờn quan n vic góy v lnh xng. Phn vụ c ca xng gm cú pha tinh th v pha vụ nh hỡnh, c to thnh t tri-canxi photphat (HAp). Pha vụ nh hỡnh cú nhiu hn thanh niờn v b chuyn hoỏ mt phn thnh pha tinh th theo thi gian. Khong 40% trng lng xng ca thanh niờn c tỡm thy l HAp. Pha khoỏng trong xng c t trong mng collagen cú dng hỡnh kim hoc hỡnh vy cú chiu di t 10-60 nm, rng khong 2-6 nm. Ngoi ra, xng cha khong 20% trng lng l nc, cú mt hu ht trong cỏc mng hu c v cú di dng vt trong tinh th HAp. Rng cha phn ngoi l chõn rng, nu rng (c bao bc bi li) v u rng va khớt vi cỏc hc ca hm rng. Cỏc mụ chớnh ca rng l men rng, hm rng v cht nỏm. Chõn rng thng b bao ph bi men rng, thng nm mộp rng v tn ti di dng mng bỏm trờn rng. Cht nỏm giỳp c nh rng trong hc. Ging nh xng, rng c to bi c phn vụ c v phn hu c. HAp vi cỏc ion nh Mg2+ v CO32- l cỏc thnh phn vụ c chớnh. Phn trm trng lng ca nú trong men rng, hm rng v cht nỏm tng ng l 95, 75 v 35%. Khụng ging nh cỏc mụ canxi hoỏ khỏc cú h s cõn bng n vi cht lu trong c th, men rng cõn bng vi nc bt v do vy s to ra cỏc cht phũng cỏc bnh v rng ming, trỏnh b sõu rng do vi khun tn cụng. Rng thng cng hn xng l nh kớch thc ca tinh th HAp tng i to hn so vi trong xng. Chiu di, rng v dy trung bỡnh ca nú tng ng l 60, 100 v 35nm. Ch yu trong cỏc mụ ny l cỏc ỏm tinh th HAp dy c cú dng hỡnh que hoc hỡnh lng tr. Tuy nhiờn, xng, b cha khoỏng ca c th, hot ng hoỏ hc v sinh hc hn so vi men rng, men ch nhm bo v cỏc lp bờn trong ca rng. Khoỏ lun tt nghip 9 Ló Tr My Trng i Hc S Phm H Ni 2 Khoa hoỏ hc Thnh phn cỏc cht trong xng (% v khi lng) c th hin trong bng 1.2 [13] Bng 1.2. Phn trm v khi lng ca cỏc cht trong xng Ca2+ 34.8 CO32- 7.4 P 15.2 F- 0.03 Ca/P(v s mol) 1.71 Cl- 0.13 Na+ V cỏc cht di dng vt nh: Cu2+, 0.9 Sr2+... Mg2+ 0.72 Tng cht vụ c 65 K+ 0.03 Tng cỏc cht hu c 25 1.1.2. Cỏc iu kin tng hp HAp - Gin pha CaO P2O5 H2O. Phng phỏp kt ta to canxi phosphat c xem nh l mt phng phỏp cú tớnh tng thớch sinh hc nht bi cỏc mụ cng ca ct sng cha chỳng nh l cỏc thnh phn khoỏng. Cỏc khoỏng photphat ny cú ho tan chm v tng i bn trong dung dch. Cỏc pha canxi phosphat c trng s khỏc nhau tu thuc vo cỏc iu kin nh nhit , pH v hot ng hoỏ hc ca pha. Cỏc nghiờn cu ban u da vo vic chng minh cỏc iu kin tn ti ca canxi photphat ch gii hn trong gin pha rn CaO - P2O5. Tuy nhiờn, ngi ta ó khụng nhn ra rng cũn cú nc di dng vt nờn sau ny h ó thờm nc vo trong gin , tc l ta s thu c h trớch ly 3 pha CaO P2O5 H2O. Cameron v Bassett [11] ó tin hnh cỏc nghiờn cu c lp v ng dng cỏc quy tc pha vo gin pha CaO P2O5 H2O v kt qu thu c 250C c ch ra trờn hỡnh 1.3. Tung v honh ca gin pha l phn trm trng lng ca photpho pentoxit v canxi oxit, phn cũn li l nc. Cỏc pha khỏc cú th cú trong h l: Khoỏ lun tt nghip 10 Ló Tr My