Luận văn Nghiên cứu tổng hợp và xác định các đặc trưng của Hydroxyapatite - Polymaltose

Nội dung tài liệu: Luận văn 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