Tài liệu Nghiên cứu tổng hợp hydroxyapatite (ha) bằng phương pháp kết tủa

i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm việc để hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của TS. Bùi Xuân Vương cũng như các thầy cô trong bộ môn hóa vô cơ, khoa Khoa Học Tự Nhiên của trường Đại Học Thủ Dầu Một. Qua đây nhóm sinh viên làm đề tài NCKH xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Bùi Xuân Vương, người đã trực tiếp hướng dẫn nhóm nghiên cứu, rèn luyện cho nhóm cách thức thực hiện quản lý công việc trong hoạt động NCKH. Qua việc hoàn thành đề tài giúp chúng em hiểu sâu ơn các kiến thức cơ bản cũng như các ứng dụng khoa học của môn Hóa Vô Cơ trong cuộc sống của chúng ta. Trong khoảng thời gian nghiên cứu ngắn ngủi, kiến thức của chúng em còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy, Cô giúp cho đề tài nghiên cứu khoa học được hoàn thiện hơn. Cuối lời em xin chúc quý Thầy Cô dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và niềm tin để tiếp tục là truyền đạt kiến thức ươn mầm cho thế hệ mai sau. Thay mặt nhóm nghiên cứu Lê Trúc Hòa ii TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp Hydroxyapatite (HA) bằng phƣơng pháp kết tủa. - Sinh viên thực hiện: Lê Trúc Hòa - Lớp: D13HH01 Khoa: Khoa Học Tự Nhiên -Năm thứ:2 Số năm đào tạo:4 - Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Bùi Xuân Vƣơng 2. Mục tiêu đề tài: - Tổng hợp HA từ các hóa chất bằng phƣơng pháp kết tủa. - Kiểm tra vật liệu bằng các phƣơng pháp lý hóa XRD và SEM. - Thực nghiệm „„in vitro‟‟ đánh giá hoạt tính sinh học của vật liệu tổng hợp. 3. Tính mới và sáng tạo: - Xây dựng đƣợc quy trình tổng hợp HA từ các hóa chất tinh khiết. - Vật liệu HA tổng hợp đƣợc hoàn toàn tinh khiết và tƣơng tự nhƣ sản phẩm thƣơng mại uy tín của hãng Sigma-Aldrich. - Thử nghiệm „„in vitro‟‟ khẳng định hoạt tính sinh học của vật liệu HA tổng hợp qua việc hình thành một lớp khoáng xƣơng mới trên bề mặt vật liệu cũ, lớp khoáng xƣơng mới này là cầu nối ghép vật liệu nhân tạo và xƣơng tự nhiên. Thực nghiệm này cũng khẳng định sự không hình thành pha mới ngoài HA trên bề mặt sau ngâm, điều này khẳng định bƣớc đầu tính tƣơng thích sinh học của vật liệu HA tổng hợp. 4. Kết quả nghiên cứu: - Vật liệu HA tổng hợp đƣợc từ hóa chất tinh khiết thỏa mãn yêu cầu về mặt cấu trúc lý hóa lẫn hoạt tính sinh học, có thể phát triển để đƣa vào sử dụng thực tế. - Báo cáo tổng kết đề tài. - Kết quả nghiên cứu của đề tài này gửi đăng trên Tạp chí Khoa học ĐH Huế (đang phản biện). 5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: - Nghiên cứu của đề tài liên quan tới nhóm Vật liệu y sinh, các vật liệu này hiện đang đƣợc nhập ngoại để sử dụng tại Việt nam. - Kết quả của đề tài mở ra xu hƣớng có thể tự chế tạo, tổng hợp một số loại vật liệu thay iii thế sản phẩm nhập ngoại dùng trong phẫu thuật chỉnh hình xƣơng, trám răng. - Vật liệu HA tổng hợp đƣợc có các đặc trƣng lý hóa và hoạt tính sinh học tốt, nó có thể chuyển giao cho các bệnh viện để làm các thực nghiệm tiếp theo để sử dụng trực tiếp cho con ngƣời. Ngày 10 tháng 04 năm 2014 Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (ký, họ và tên) Lê Trúc Hòa Nhận xét của ngƣời hƣớng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành tốt các công việc đƣợc giao, kết quả nghiên cứu tốt và đang đƣợc gửi đăng tại Tạp chí khoa học ĐH Huế (đang phản biện). Ngày 10 tháng 4 năm 2015 Xác nhận của lãnh đạo khoa (ký, họ và tên) Ngƣời hƣớng dẫn (ký, họ và tên) UBND TỈNH BÌNH DƢƠNG C CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I. SƠ LƢỢC VỀ SINH VIÊN: Ảnh 4x6 Họ và tên: Lê Trúc Hòa Sinh ngày: 07 tháng 07 năm 1995 Nơi sinh: Bình Thuận Lớp: D13HH01 Khóa: 2013-2017 Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Địa chỉ liên hệ: Phú Hòa - TP. Thủ Dầu Một- Bình Dƣơng Điện thoại: 01863015873 Email: [email protected] II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm đang học): * Năm thứ 1: Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Kết quả xếp loại học tập: Trung Bình * Năm thứ 2: Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Kết quả xếp loại học tập: Trung Bình Ngày 10 tháng 04 năm 2015 Xác nhận của lãnh đạo khoa (ký, họ và tên) Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (ký, họ và tên) Lê Trúc Hòa 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bình Dương, ngày 10 tháng 4 năm 2015 Kính gửi: Ban tổ chức Giải thƣởng “Tài năng khoa học trẻ Đại học Thủ Dầu Một” Tên tôi (chúng tôi) là: Lê Trúc Hòa Sinh ngày 07 tháng 07 năm 1995 Sinh viên năm thứ: 2 / Tổng số năm đào tạo: 4 Lớp, khoa : D13HH01 – Khoa Học Tự Nhiên Ngành học: Hóa Học Trƣơng Minh Hiếu Sinh ngày 23 tháng 03 năm 1995 Sinh viên năm thứ: 2 /Tổng số năm đào tạo: 4 Lớp, khoa : D13HH01 – Khoa Học Tự Nhiên Ngành học: Hóa Học Nguyễn Thị Kim Huyền Sinh ngày 25 tháng 02 năm 1995 Sinh viên năm thứ: 2 /Tổng số năm đào tạo: 4 Lớp, khoa : D13HH01 – Khoa Học Tự Nhiên Ngành học: Hóa Học (Ghi rõ họ tên sinh viên chịu trách nhiệm chính nếu đề tài do hai sinh viên trở lên thực hiện, ghi đầu tiên và in đậm) Thông tin cá nhân của sinh viên chịu trách nhiệm chính: Địa chỉ liên hệ: : Phú Hòa - TP. Thủ Dầu Một- Bình Dƣơng Số điện thoại (cố định, di động): 01863015873 Địa chỉ email: [email protected] Tôi (chúng tôi) làm đơn này kính đề nghị Ban tổ chức cho tôi (chúng tôi) đƣợc gửi đề tài nghiên cứu khoa học để tham gia xét Giải thƣởng “Tài năng khoa học trẻ Đại học Thủ Dầu Một” năm 2015 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp Hydroxyapatite (HA) bằng phƣơng 2 pháp kết tủa. Tôi (chúng tôi) xin cam đoan đây là đề tài do tôi (chúng tôi) thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS.Bùi Xuân Vƣơng ; đề tài này chƣa đƣợc trao bất kỳ một giải thƣởng nào khác tại thời điểm nộp hồ sơ và không phải là luận văn, đồ án tốt nghiệp. Nếu sai, tôi (chúng tôi) xin chịu trách nhiệm trƣớc khoa và Nhà trƣờng. Xác nhận của lãnh đạo khoa (ký, họ và tên) Ngƣời làm đơn (Sinh viên chịu trácnhiệm chính thực hiện đề tài ký và ghi rõ họ tên) 3 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ và tên Lớp Khoa 1 Lê Trúc Hòa D13HH01 Khoa Học Tự Nhiên 2 Trƣơng Minh Hiếu D13HH01 Khoa Học Tự Nhiên 3 Nguyễn Thị Kim Huyền D13HH01 Khoa Học Tự Nhiên 4 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………………10 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU Y SINH………………………...15 1.1. Giới thiệu về vật liệu y sinh .......................................................................... 15 1.2. Yêu cầu cơ bản của vật liệu y sinh ................................................................ 16 1.2.1. Hoạt tính sinh học và tƣơng thích sinh học………….…………………….17 1.2.2. Tính chất cơ lý và một số tính chất khác .................................................... 17 1.2.3. Hình thái cấu trúc ...................................................................................... 18 1.2.3.1. Kích thƣớc lỗ xốp ................................................................................... 18 1.2.3.2. Độ xốp .................................................................................................... 19 1.2.3.3. Khả năng tạo nguyên bào xƣơng vô định hƣớng (osteoconductivity) ...... 19 1.3. Phân loại vật liệu y sinh ................................................................................ 20 1.3.1. Phân loại theo nguồn gốc ........................................................................... 20 1.3.2. Phân loại theo bản chất .............................................................................. 20 1.3.3. Phân loại theo sự tƣơng tác giữa vật liệu và môi trƣờng ............................. 21 1.4. Giới thiệu về Vật liệu y sinh Hydroxyapatite (HA) ....................................... 22 1.4.1. Giới thiệu và các tính chất lý hóa đặc trƣng ............................................... 22 1.4.2. Ứng dụng và hƣớng phát triển ................................................................... 25 1.4.3. Các phƣơng pháp tổng hợp ........................................................................ 25 1.4.3.1. Phƣơng pháp kết tủa ............................................................................... 26 1.4.3.2. Phƣơng pháp thủy nhiệt .......................................................................... 26 1.4.3.3. Phƣơng pháp sol gel................................................................................ 27 1.4.3.4. Phƣơng pháp kết tủa bằng dòng điện....................................................... 27 1.4.3.5. Phƣơng pháp lắng đọng phỏng sinh ........................................................ 28 1.4.3.6. Phƣơng pháp đa nhũ hóa ......................................................................... 28 1.4.3.8. Phƣơng pháp cơ học ............................................................................... 29 CHƢƠNG 2. QUY TRÌNH TỔNG HỢP VẬT LIỆU HYDROXYAPATITE (HA). PHƢƠNG PHÁP LÝ HÓA ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU………………..31 2.1. Tổng hợp HA................................................................................................ 31 2.2. Thực nghiệm „„In vitro‟‟……………………………………………………..32 5 2.2.1. Khái niệm về thực nghiệm “in vitro”………………...…………………….32 2.2.2. Dung dịch SBF (Simulated Body Fluid)…………………………………...33 2.2.3. Ngâm bột vật liệu trong dung dịch SBF…………………………………...33 2.3. Phƣơng pháp lý hóa đặc trƣng vật liệu .......................................................... 34 2.3.1. Phân tích giãn đồ nhiễu xạ tia X (XDR) ..................................................... 34 2.3.2. Quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) .......................................... 35 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………...36 3.1. Đặc trƣng vật liệu HA tổng hợp............................................................. ......... 36 3.1.1. Đặc trƣng vật liệu bằng XRD ..................................................................... 36 3.1.2. Đặc trƣng vật liệu bằng phƣơng pháp SEM................................................ 37 3.2. Thực nghiệm “in vitro” ngâm vật liệu trong môi trƣờng SBF ....................... 38 3.2.1. Đặc trƣng bằng phƣơng pháp XRD ............................................................ 38 3.2.2. Phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét SEM ........................................... 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………..41 PHỤ LỤC………………………………………………………………………...43 6 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt HA TCP ACP EPD CS SBF SEM EDX XRD Ý nghĩa Hydroxyapatite Tricalcium phosphate Amorphous calcium phosphate Electrophoretic Deposition Chitosan Simulated Body Fluid Scanning Electron Microscopy Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy X-ray Diffraction 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu Trang Bảng 2.1. Các thông số của Ca(NO3)2.4H2O 29 Bảng 2.2. Các thông số của (NH4)2HPO4 30 Bảng 2.3. Nồng độ các ion trong dd SBF (10-3 mol/l) 32 Bảng 2.4. Các hóa chất dùng tổng hợp dung dịch SBF 33 8 DANH MỤC HÌNH Tên hình Trang Hình 1.1. Ứng dụng của vật liệu y sinh trong cơ thể ngƣời 16 Hình 1.2. Công thức cấu tạo của phân tử HA 22 Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo máy đo phổ tia X (XRD) 35 Hình 2.2. Sơ đồ hoạt động của kính hiển vi quét điện tử (SEM) 37 Hình 3.1. Nhiễu xạ đồ XRD của HA tổng hợp, HA sau sấy và HA chuẩn 38 Hình 3.2. Ảnh SEM của HA tổng hợp 39 Hình 3.3. Ảnh xƣơng tự nhiên trong cơ thể ngƣời 39 Hình 3.4. Nhiễu xạ đồ XRD của HA tổng hợp đƣợc ngâm trong dung dịch SBF sau) 7 ngày, b) 14 ngày và c) 28 ngày 42 Hình 3.5. Ảnh SEM của HA tổng hợp đƣợc ngâm trong dung dịch SBF sau) 7 ngày, b) 14 ngày và c) 28 ngày 42 9 LỜI MỞ ĐẦU Khi khoa học và kỹ thuật ngày càng tiến bộ thì lý do sức khỏe càng đƣợc chú trọng hơn. Ai cũng mong muốn cho mình có thêm sức khỏe để có thể tiếp tục làm việc và tận hƣởng cuộc sống. Nhiều thành tựu trong ngành y có phần đóng góp không nhỏ của các kỹ sƣ hóa học. Điển hình trong số đó chính là sự ra đời của vật liệu y sinh. Khi xƣa để phẫu thuật chỉnh hình thay thế xƣơng ngƣời ta thƣờng dùng xƣơng của chính cơ thể bệnh nhân hay là xƣơng đồng chủng để thay thế cho các bộ phận bị hỏng. Tuy nhiên việc làm đó lại gây ra những bất cập riêng của nó nhƣ gây đau đớn hay nguy cơ lây nhiễm virut bệnh. Thế nên đòi hỏi phải phát triển một lọai vật liệu mới có khả năng cấy ghép vào cơ thể ngƣời có tính tƣơng thích sinh học cao mà không bị cơ thể con ngƣời đào thải cũng nhƣ có khả năng họat động lâu dài trong cơ thể ngƣời. Nhiều nghiên cứu đã đƣợc tiến hành về vật lịêu y sinh màng cấy ghép xƣơng, trong đó nổi bật, đầy hứa hẹn và gây đƣợc sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu hơn cả là vật liệu thuộc nhóm calcium phosphate. Nó có cấu trúc và thành phần hóa học giống nhƣ xƣơng ngƣời. Ngoài ra nhóm calcium phosphate này còn có độ hoạt tính và tƣơng thích sinh học cao có thể tƣơng thích với cơ thể sống nên đã và đang đƣợc nghiên cứu và sử dụng nhƣ là một vật liệu cấy ghép vào cơ thể con ngƣời. Trong đề tài này chúng tôi đi: Nghiên cứu tổng hợp Hydroxyapatite (HA) bằng phƣơng pháp kết tủa. 10 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU Y SINH 1.1. Giới thiệu về vật liệu y sinh Cơ thể con ngƣời rất dễ bị tổn thƣơng. Mà khi đã bị tổn thƣơng rồi thì phải tốn rất nhiều thời gian để hồi phục. Do đó cần một biện pháp khác để giúp hồi phục các tổn thƣơng trong cơ thế con ngƣời nhanh hơn. Vật liệu y sinh (hay còn gọi là vật liệu hoạt tính sinh học) ra đời vì lý do đó. Khoa học đã chứng minh cho ta thấy rằng khi tuổi càng già thì khả năng gãy xƣơng càng cao do lúc này xƣơng đã bị dòn và dễ gãy vụn. Đặc biệt là ở phụ nữ vì giai đoạn này thƣờng có những thay đổi về hoócmôn kết hợp với thời kì mãn kinh. Nhiều loại vật liệu nhƣ 316L, thép không gỉ, hợp kim titanium, aluminia, hydroxyapatite, thủy tinh hoạt tính sinh học, … là những ví dụ điển hình về vật liệu y sinh mà có thể cấy ghép vào cơ thể con ngƣời, giúp cơ thể con ngƣời mau hồi phục. Chúng không chỉ đƣợc dùng để chữa các bệnh trong hệ thống xƣơng ( gồm xƣơng và răng) mà còn ứng dụng trong hồi phục các tổn thƣơng ở mô cứng và mô mềm. Có thể nói chất lƣợng cuộc sống của con ngƣời ngày càng tốt lên một phần cũng nhờ vào các vật liệu y sinh này. Việc cấy ghép vật liệu vào cơ thể ngƣời đã có từ rất lâu hàng nghìn năm về trƣớc nhƣng mà việc cấy ghép các vật liệu nhân tạo có thể thay thế đƣợc các bộ phận bị tổn thƣơng của cơ thể con ngƣời thì chỉ mới đƣợc tiến hành khoảng vài chục năm gần đây. Các nhà khảo cổ học đã tìm thấy bằng chứng về những vật liệu dùng thay thế xƣơng hay răng của ngƣời và động vật ( từ những bộ hài cốt) nhƣ là: vỏ sò, ngà voi, san hô, cành cây, và một số kim lọai nhƣ vàng hay bạc,… Ví dụ nhƣ ngƣời Estrucans đã học đƣợc cách thay thế những chỗ bị gãy răng bằng những cái răng giả nhân tạo đƣợc tạc từ xƣơng bò. Hay ngƣời Phoenicia đã biết cách bao bọc xung quanh răng bằng những cọng làm bằng vàng dát mỏng (là tiền thân của niềng răng bây giờ). Vào thế kỷ thứ 17 ngƣời ta đã cấy ghép thành công một mảnh của xƣơng chó vào xƣơng của một nhà hoàng gia ngƣời Hà Lan [1]. Ở Trung Quốc đã ghi nhận đƣợc ca đầu tiên sử dụng hỗn hợp nha khoa để mà chữa răng sâu là vào năm 659 trƣớc Công nguyên, trong khi đó cƣ dân trƣớc thời Columbo đã sử 11 dụng các bản bằng vàng để chữa các lỗ hổng ở sọ bằng cách khoan xƣơng [2]. Từng xã hội khác nhau có những minh chứng cho thấy việc cấy ghép vật lịêu khác vào cơ thể ngƣời đã đƣợc tiến hành. Tuy nhiên nó chỉ là số ít chƣa phổ biến rộng rãi và chƣa đƣợc nghiên cứu rõ ràng. Chỉ đến khi nền khoa học kĩ thuật phát triển và tiến bộ nhƣ ngày nay thì vật liệu y sinh mới đƣợc nghiên cứu cụ thể và đƣợc áp dụng rộng rãi hơn. Bây giờ chúng không chỉ còn thay thế cho xƣơng hay răng nữa mà có thể thay thế gần nhƣ cho toàn bộ cơ thể con ngƣời Có nhiều ý kiến khác nhau về vật liệu y sinh. Nhƣ là định nghĩa của giáo sƣ L.L. Hench vào năm 1969 [3], của giáo sƣ Williams vào năm 1987 [4], hay của Borotes và Eden năm 1984 [5]…Nhƣng mà những định nghĩa đó lại có vẻ chƣa hòan chỉnh nên sau nhiều lần tranh cãi mọi ngƣời cũng đồng ý về quan niệm vật liệu y sinh(biomaterial) nhƣ sau: ” vật liệu y sinh là vật liệu tự nhiên hay nhân tạo bao gồm tất cả hay một phần cấu trúc sống hoặc là một thiết bị y tế mà có thể thực hiện hay thay thế một chức năng của con ngƣời”. Dƣới đây là một số ứng dụng của vật liệu y sinh vào cơ thể con ngƣời: - Hình 1.1. Ứng dụng của vật lịêu y sinh trong cơ thể con người[6]. 12 1.2. Yêu cầu cơ bản của vật liệu y sinh 1.2.1. Hoạt tính sinh học và tƣơng thích sinh học Hoạt tính sinh học: Là khả năng cho phép hình thành liên kết trực tiếp giữa mô và vật liệu cấy ghép. Hoạt tính sinh học chính là sự hình thành lớp apatite mới giống nhƣ xƣơng (carbonate hydroapatite) trên bề mặt của vật liệu cấy ghép trong thực nghiệm “in vitro” (trong phòng thí nghiệm ) bằng cách ngâm vật liệu trong dung dịch giả dịch thể ngƣời SBF (Simulated Body Fluid) [7, 8] hoặc trong thực nghiệm “in vivo” khi cấy ghép trong cơ thể con ngƣời [9, 10]. Tƣơng thích sinh học: Tính chất này đƣợc hiểu rằng đó là tính không gây độc với tế bào, gây viêm nhiễm cho vật chủ khi cấy ghép cũng nhƣ bị đào thải sau khi cấy ghép.Vật liệu phải không gây phản ứng không tốt cho vật chủ và kích thích sự hòa hợp giữa mô-vật ghép tốt. Trơ sinh học: Các vật liệu này trơ, không có phản ứng hóa học với tế bào sống, có thể tiếp xúc trực tiếp với mô, xƣơng mà không gây phản ứng bất lợi nào. Các vật liệu này không đƣợc có bất kì phản ứng hóa học nào nhằm tạo ra các sản phẩm phụ chứa độc tố gây viêm nhiễm hoặc ung thƣ, 1.2.2. Tính chất cơ lý và một số tính chất khác  Phải bền về mặt cơ lý.  Phải có mođun đàn hồi xấp xĩ bằng mối ghép để tránh trƣờng hợp bị gãy do hai bên không cùng độ giãn nỡ.  Phải bền trong môi trƣờng sinh lý ngƣời, không bị ăn mòn bời môi trƣờng điện giải (do máu ngƣời là môi trƣờng điện giải rất lớn do nó có rất nhiều ion kim loại) và có thể tồn tại lâu dài mà không bị thay đồi tính chất cũng nhƣ hình dáng.  Không có sự thay đổi nào vật lý nào trong quá trình cấy ghép và tồn tại lâu dài trong cơ thể vật chủ, tránh sự chênh lệch giữa sức bền và sức nén giữa vật liệu và môi trƣờng cấy ghép, gây ảnh hƣởng không tốt đến vật liệu cấy ghép (nứt, gãy) hay môi trƣờng xung quanh. 13  Không tích điện và tích nhiệt  Phải có sức chịu nén ép. Kích cỡ lỗ xốp, thành phần phần trăm lỗ xốp lớn và số lƣợng lỗ xốp cũng ảnh hƣởng đến tính chất cơ lý này của vật liệu. Chẳng hạn nhƣ khi tăng tổng thể tích lỗ xốp lên từ 10 đến 20% thì sức chịu nén ép của nó giảm đi gấp 4 lần [11, 12]. Sức chịu nén ép là tính chất quan trọng của vật lịêu ghép nối vì lƣợng nƣớc trong cơ thể ngƣời rất lởn dao động từ 50-75%[13] nên nó tạo ra một áp suất lên chỗ ghép giữa vật liệu và mô. Nếu nhƣ lực chịu nén không tốt thì sẽ làm gãy mối ghép, ảnh hƣởng không tốt đến cơ thể ngƣời bệnh. Ngoài ra xƣơng phát triển đồng thời cũng tạo nên một lực nén ép tác dụng lên mối ghép. Do đó nếu nhƣ vật liệu ghép có nhiều lỗ xốp quá thì nó sẽ làm cho vật liệu trở nên yếu đi và lực nén ép giảm trị số. Đây cũng là một vấn đề cần quan tâm vì vật liệu có nhiều lỗ xốp thì khả năng tƣơng thích của nó càng cao.  Tính khử trùng: Có thể chịu đƣợc sự khử trùng mà không sinh ra các sản phẩm phụ gây độc hại cũng nhƣ không bị thay đổi hình dáng, tính chất và cấu trúc.  Tính chức năng: Các vật liệu cấy ghép phải có chức năng phù hợp với nơi cấy ghép đó. Tính có chức năng của một bộ phận giả tùy thuộc vào khả năng tạo đƣợc hình dáng phù hợp với một chức năng đặc biệt. Đôi khi có thể kết hợp nhiều loại vật liệu khác nhau để đáp ứng chức năng, nhiệm vụ của bộ phận cần thay thế.  Có thể chế tạo và đễ sử dụng: Vật liệu nhiều khi đáp ứng đầy đủ các yêu trên nhƣng trong khâu cuối cùng (khâu chế tạo thành công cụ hay vật liệu cấy ghép lại không thực hiện đƣợc hay đến khi thực hiện đƣợc nhƣng lại gây khó khăn trong quá trình sử dụng. 1.2.3. Hình thái cấu trúc 1.2.3.1. Kích thƣớc lỗ xốp Để việc xâm nhập của mô xƣơng vào vật liệu cấy ghép đƣợc thuận lợi thì yêu cầu vật liệu cấy ghép phải có lỗ xốp lớn. Lỗ xốp của vật liệu có ƣu điểm là nó cho phép huyết tƣơng trong máu ngƣời lƣu thông và tăng khả năng để mối ghép gắn chặt vào xƣơng [14]. Tuy nhiên tổng số lỗ xốp lớn, nhiều lại gây bất lợi trong cơ 14 tính, đặc biệt là sức chịu nén ép (sẽ đƣợc trình bày sau). Hơn thế nữa, xƣơng ngƣời là một mô sống có sự phát triển và tái cấu trúc dựa vào ảnh hƣởng của các lực cơ học tác dụng lên nó. Kích thƣớc lỗ xốp có thể chia làm 2 loại là: lỗ xốp lớn(có kích thƣớc lớn hơn 100  m) và vi lỗ xốp (có kích thƣớc bé hơn 10  m). Vi lỗ xốp rất quan trọng cho khả năng tái hấp thu sinh học (là khả năng mà một vật liệu y sinh có thể tái hấp thu một phần hay hoàn toàn và do đó có khả năng biến mất một phần hay hoàn toàn trong một khoảng thời gian trƣớc khi nó khôi phục lại hình dạng). Còn lỗ xồp lớn thì đóng vai trò quan trọng trong khả năng tạo nguyên bào xƣơng (sẽ đƣợc giải thích rõ về nguyên bào xƣơng sau). Lỗ xốp lớn có kích thƣớc lớn (nghĩa là từ 400-600  m) cho phép ngấm qua thuận lợi các mô mạch máu hay sự tái lƣu thông mạch máu (tái cung cấp máu cho một bộ phận hay cơ quan, giống nhƣ phƣơng pháp bắc cầu), và cho phép xƣơng tái cấu trúc [15]. 1.2.3.2. Độ xốp Độ xốp của vật liệu giúp cho các mô mạch máu trong cơ thể ngƣời có thể xâm nhập vào vật liệu cấy ghép theo một cách khác với bình thƣờng, đó là tạo lực tác động theo các hƣớng khác nhau trong lỗ trống. Điều này làm ảnh hƣởng đến sự phát triển và tái cấu trúc của xƣơng. Tuy nhiên những phần tử nhỏ có trong các vật liệu đặc kín không lỗ xốp có thể tránh đƣợc hiện tƣợng này. Trong các phần tử đặc kín không lỗ xốp này, sự xâm nhập của các mô sống chỉ có thể phát triển ở xung quanh hoặc trên các phần tử này vì chúng bị ép buộc phải làm nhƣ thế [16-18]. Nghĩa là các phần tử đặc kín không lỗ xốp này cho phép mô sống có thể phát triển dễ dàng trên một diện tích bề mặt lớn [14]. 1.2.3.3. Khả năng tạo nguyên bào xƣơng vô định hƣớng (osteoconductivity) Nguyên bào xƣơng là thành phần khoáng xƣơng chính trong cơ thể ngƣời. Nguyên bào xƣơng là một loại tế bào mà nó chịu trách nhiệm cho việc hình thành xƣơng. Về bản chất, nó có liên kết với sự lớn lên và phát triển của xƣơng. Trong quá trình hoạt động của nó, nguyên bào xƣơng hình thành một lớp liên tục trên xƣơng nhƣ là một tấm của tế bào biểu mô. Khi mà sự phát triển xƣơng bị ngăn chặn lại, các tế bào nguyên bào xƣơng này sẽ giả định nhƣ chúng là các nguyên 15 bào sợi kéo dài. Nguyên bào xƣơng phát triển từ các tế bào osteoprogenitor (một tế bào trung mô mà gây nên sự khác nhau trong quá trình phát triển thành nguyên bào xƣơng) nằm sâu bên trong lớp màng xƣơng và tủy xƣơng.Osteoprogenitor là dạng chƣa trƣởng thành của tế bào nguyên bản ( tế bào gốc) mà nó cho thấy khả năng sao chép đặc biệt làm chúng giống nhƣ các tế bào gốc. Khả năng tạo xƣơng vô định hƣớng (osteoconductivity) chỉ việc mà các mô ghép hỗ trợ cho việc gắn chặt vào những sợi nguyên bào và những tế bào osteoprogenitor mới, cung cấp cấu trúc liên kết với nhau mà qua đó các tế bào mới có thể di chuyển đƣợc và các mạch máu mới đƣợc hình thành. Tuy nhiên chúng chỉ phát triển theo những hƣớng bất kì, vô định không theo mong muốn. 1.3. Phân loại vật liệu y sinh 1.3.1. Phân loại theo nguồn gốc Gồm 2 nhóm sau:  Tự nhiên: Xƣơng, da của ngƣời hay động vật,…Các vật liệu này dễ kiếm nhƣng lại rất khó sự dụng do nguồn cung không đƣợc lớn và gây nhiều tranh cãi nên đang dần bị thay thế bởi các nguồn cung cấp khác.  Nhân tạo: gồm các vật liệu nhóm polymer, ceramics, kim loại, composite,.. Đây lả nguồn vật liệu mà con ngƣời đang hƣớng tới nhằm hạn chế và loại bỏ nguồn nguyên liệu tự nhiên. 1.3.2. Phân loại theo bản chất  Kim loại, hợp kim không bị oxy hóa (nhƣ chân tay giả)  Ceramic: gồm ceramic trơ ( Al2O3, ZrO2,...) và ceramic hoạt tính sinh học (nhƣ xi măng phosphate, thủy tinh hoạt tính sinh học 46S6, hydroxyapatite, tricalcium phosphate,…)  Polymer: không gây độc hại, độ phân hủy sinh học cao, kích thích tế bào sinh sôi nảy nở.( Ví dụ chitosan, polylactic, gletin, …. ) 16  Vật liệu có nguồn gốc tự nhiên: lấy từ các bộ phận của ngƣời, động thực vật. 1.3.3. Phân loại theo sự tƣơng tác giữa vật liệu và môi trƣờng Với cái nhìn tổng quan về sự tƣơng tác đặc biệt giữa vật liệu sinh học với mô sống, có thể chia vật liệu thành 3 nhóm là: vật liệu trơ sinh học (bio-inert materials), vật liệu hoạt tính sinh học (bio-active materials) và vật liệu phân hủy sinh học (bio-degradable materials). Vật liệu trơ sinh học: vật liệu trơ sinh học nghĩa là vật liệu không có phản ứng hóa học xảy ra giữa bề mặt vật liệu cần cấy ghép với mô sống của xƣơng. Vật liệu trơ sinh học đƣợc phát triển là do những lo ngại về các vật liệu bị thoái hóa chức năng mà đã đƣợc sử dụng trƣớc nó nhƣ là mối ghép bằng kim lọai, hợp kim, thủy tinh ceramics và polymer [19-21]. Các vật liệu bị thoái biến chức năng này thƣờng độc, gây ra dị ứng và gây ra ung thƣ [22]. Vật liệu hoạt tính sinh học: vật liệu hoạt tính sinh học là vật liệu có khả năng cho phép hình thành liên kết trực tiếp giữa mô và vật liệu cấy ghép. Hoạt tính sinh học còn liên quan đến sự hình thành lớp apatite mới giống nhƣ xƣơng (carbonate hydroapatite) trên bề mặt của vật liệu cấy ghép trong “in vitro” (trong phòng thí nghiệm) khi mà chúng bộc lộ cho ta thấy tính giả ổn định của dung dịch calcium phosphate và dung dịch giả dịch thể ngƣời (SBF) [7, 8] và trong “in vivo” (trong cơ thể sống) sau khi cấy ghép vào vị trí có xƣơng và vị trí không có xƣơng [9, 10]. Tóm lại hoạt tính sinh học là khả năng tƣơng tác giữa vật liệu cấy ghép với những mô sống xung quanh nó. Vật liệu phân hủy sinh học: vật liệu phân hủy sinh học chính là vật liệu có khả năng hòa tan vào môi trƣờng sống và thúc đẩy sự hình thành xƣơng, qua đó giúp xƣơng tái cấu trúc. Độ phân hủy sinh học mang ý nghĩa giống độ hòa tan là nó cho phép vật liệu sinh học hòa tan vào trong môi trƣờng cơ thể ngƣời. Chỉ khác nhau là trong độ phân hủy sinh học thì môi trƣờng là xƣơng ngƣời còn trong độ hòa tan thì môi trƣờng của nó chính là dịch thể ngƣời hay là huyết tƣơng (môi 17