Nghiên cứu tổng hợp và xác định hoạt tính sinh học của vật liệu composit trên cơ sở chitosan silk fibroinhydroxyapatit ứng dụng trong lĩnh vực y sinh

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

T ổng quan về kỹ thuật y sinh

Kỹ thuật y sinh (biomedical engineering - BME) là môn khoa học ứng dụng, kết hợp các nguyên lý kỹ thuật và ý tưởng thiết kế nhằm phát triển giải pháp trong y học và sinh học Sự tiến bộ trong lĩnh vực này đã thu hẹp khoảng cách giữa kỹ thuật và y học, góp phần nâng cao hiệu quả trong chẩn đoán, theo dõi và điều trị chăm sóc sức khỏe.

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và máy móc hiện đại đã làm nổi bật tầm quan trọng của kỹ thuật y sinh trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong việc phát triển các thiết bị y tế chẩn đoán và điều trị bệnh, từ thiết bị lâm sàng đến cấy ghép vi mô Các thiết bị hình ảnh như MRI và điện não đồ, cùng với các kỹ thuật tái tạo mô sử dụng vật liệu y sinh, cũng đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực dược phẩm và điều trị sinh học Công nghệ y sinh ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực thiết yếu, tạo ra những bước tiến đáng kể trong chăm sóc sức khỏe.

- Kỹ thuật hóa học: thường liên quan đến sinh hóa, tế bào, phân tử và các kỹ thuật mô, vật liệu sinh học

- Kỹ thuật điện và kỹ thuật máy tính: thường liên quan đến điện sinh học và kỹ thuật thần kinh, hình ảnh y sinh và các thiết bị y tế

- Kỹ thuật cơ khí: thường liên quan đến cơ sinh học, quá trình vận chuyển sinh học, thiết bị y tế và mô hình hóa các hệ thống sinh học

Kỹ thuật mô hiện đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu và phát triển từ các nhà khoa học, đặc biệt trong lĩnh vực cấy ghép và chữa trị Nhu cầu ngày càng tăng về kỹ thuật mô xương và thẩm mỹ chỉnh hình yêu cầu các phương pháp điều trị hiệu quả và giảm thiểu đau đớn cho bệnh nhân Do đó, kỹ thuật mô và các vật liệu sinh học ứng dụng trong lĩnh vực này đang có tiềm năng phát triển lớn.

T ổng quan về kỹ thuật tạo mô xương

Xương là một bộ phận thiết yếu của cơ thể, đóng vai trò như khung nâng đỡ và bảo vệ các cơ quan nội tạng Nó không chỉ chịu lực cơ học mà còn cung cấp các ion vô cơ cần thiết cho quá trình tạo máu, lọc ion độc hại như chì, và duy trì cân bằng điện giải canxi, photphat Xương tham gia vào chu kỳ tái hấp thu liên tục, trải qua các quá trình trao đổi hóa học và tái hình thành cấu trúc.

Có tổng cộng 213 xương trong cơ thể người Xương được phân thành bốn loại chính: xương dài (xương ống), xương ngắn, xương dẹt và xương không đều

Xương là một hệ thống nanocomposit bao gồm hai phần chính: phần hữu cơ và phần vô cơ Phần hữu cơ chủ yếu bao gồm collagen, các protein như proteoglycan và một lượng nhỏ lipit Trong khi đó, phần vô cơ chiếm từ 65-70% khối lượng xương, được gắn lên nền hữu cơ và chủ yếu cấu tạo từ các tinh thể hydroxyapatit có kích thước khoảng 40-60 nm theo chiều dài và 25 nm theo chiều rộng.

Hình 1.1 Cấu trúc thứ bậc của xương [22]

Xương là mô sống có khả năng tự tái tạo liên tục, với đơn vị cấu trúc chính là các osteo, tạo thành hệ thống vi bản hình trụ bao quanh các dây thần kinh và mạch máu.

Các osteo sát nhau hình thành các lớp xương dày đặc, đồng thời tạo ra các nan nối giữa các ô, tạo thành khoang chứa chất xốp.

Tế bào xương bao gồm hai loại chính: tế bào tạo cốt bào và tế bào hủy cốt bào Quá trình hình thành xương chủ yếu phụ thuộc vào hoạt động của tế bào tạo cốt bào, vì chúng chịu trách nhiệm tạo ra cấu trúc và thành phần khoáng của xương Ngược lại, việc giải phóng canxi từ nền ngoại bào lại được điều chỉnh bởi tế bào hủy cốt bào.

Tế bào tạo cốt bào (Osteoblast) có nguồn gốc từ các tế bào trung mô gốc và có khả năng phát triển mạnh, biệt hóa thành các tế bào mô liên kết Những tế bào trung mô này có thể tạo thành tế bào hủy cốt bào, nguyên bào sụn, tế bào tủy xương, tế bào sợi, tế bào cơ, hoặc tế bào tạo mỡ tùy thuộc vào các tác nhân kích thích trong môi trường vi mô Tế bào tạo cốt bào thường xuất hiện ở bề mặt xương, đặc biệt tại các vị trí xương mới hình thành hoặc khi sửa chữa các vết nứt Chúng có vai trò quan trọng trong việc sản xuất collagen và các loại protein trong thành phần nền hữu cơ của xương, đồng thời tham gia vào quá trình tạo khoáng và lắng đọng canxi, photphat.

Tế bào hủy cốt bào (Osteoclast) là tế bào có nguồn gốc từ tế bào gốc tạo máu, có chức năng tiêu hủy xương và hủy sụn nhiễm canxi với cường độ cao Chúng đóng vai trò quan trọng trong quá trình chữa lành xương và duy trì sự cân bằng của hệ thống xương.

2 hàm lượng bình thường của canxi và photpho trong huyết tương Hoạt động hủy cốt bào chịu sự kiểm soát của hormon tuyến giáp và cận giáp [23]

Hình 1.2 Hình ảnh minh họa osteoblast và osteoclast

Xương có khả năng tái sinh tự nhiên và liên tục tái cấu trúc, cho phép các thương tổn như gãy hoặc nứt xương có thể hồi phục nhờ vào các phương pháp điều trị thông thường Tuy nhiên, trong trường hợp khuyết tật hoặc dị tật lớn ở xương, việc ghép hoặc thay thế xương trở nên cần thiết.

1.2.2 Các phương pháp điều trị tổn thương xương

Các phương pháp phẫu thuật điều trị tổn thương hoặc khiếm khuyết xương lớn bao gồm kỹ thuật Ilizarov và cấy ghép xương Kỹ thuật Ilizarov tận dụng khả năng tự tái tạo của xương, nhưng có nhược điểm là bất tiện cho bệnh nhân, thời gian phục hồi dài và tỷ lệ biến chứng cao Hiện nay, các phương pháp cấy ghép như ghép tự thân, ghép ngoại thân và ghép ngoại lai, cùng với vật liệu sinh học mới, đang dần thay thế kỹ thuật Ilizarov.

Ghép tự thân là phương pháp sử dụng mô xương từ chính cơ thể bệnh nhân, như xương chậu, xương hàm hoặc xương sọ, để cấy ghép vào vị trí xương bị khiếm khuyết Phương pháp này không gây phản ứng miễn dịch và giúp vết thương nhanh lành, nhưng lại bị hạn chế bởi nguồn cung cấp mô xương Hơn nữa, bệnh nhân có thể phải trải qua nhiều ca phẫu thuật, gây đau đớn và tiềm ẩn nguy cơ biến chứng cũng như kéo dài quá trình hồi phục.

Ghép ngoại thân là phương pháp sử dụng mô xương từ người hiến tặng, được xử lý an toàn và có tính tương đồng cao Phương pháp này chỉ yêu cầu bệnh nhân phẫu thuật một lần, tuy nhiên, số lượng mô ghép có hạn, có thể dẫn đến phản ứng miễn dịch đào thải và chi phí phẫu thuật thường cao.

Ghép ngoại lai là một giải pháp thay thế cho việc thiếu hụt nguồn cung cấp mô xương cấy ghép, bằng cách sử dụng mô xương từ các động vật khác Phương pháp này mang lại nhiều lợi ích như sự đa dạng về số lượng mô và khả năng cấy ghép ở nhiều vị trí trong cơ thể Tuy nhiên, tương tự như ghép ngoại thân, nó có thể gây ra phản ứng miễn dịch dẫn đến đào thải mô ghép, và tính chất của vật liệu có thể bị thay đổi trong quá trình xử lý trước khi cấy ghép.

1.2.3 Kỹ thuật tạo mô xương Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp cấy ghép trên, kỹ thuật tạo mô xương đã được nghiên cứu và phát triển

Kỹ thuật tạo mô xương là một phương pháp tiên tiến sử dụng vật liệu nhân tạo có tính tương thích sinh học, giúp dẫn tạo xương và tự phân hủy sau khi xương mới hình thành Xương tái tạo cần phải tương thích với xương chủ xung quanh và đảm bảo thực hiện đầy đủ chức năng của xương tự nhiên.

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý kỹ thuật tạo mô xương

Trong kỹ thuật mô, khuôn định dạng (scaffold) được thiết kế để phù hợp với vị trí cấy ghép, tạo điều kiện cho các tương tác tế bào và hình thành ma trận ngoại bào Khuôn này không chỉ cung cấp cấu trúc cho mô mới mà còn hỗ trợ quá trình phát triển của tế bào Sau khi được nuôi cấy tế bào, khuôn sẽ trải qua các thí nghiệm in-vitro trong môi trường sinh học mô phỏng cơ thể con người Nếu đạt kết quả khả quan, nó sẽ được thử nghiệm in-vivo trên động vật hoặc con người.

1.2.4 Khuôn định dạng trong kỹ thuật tạo mô xương

Khuôn định dạng là một cấu trúc tạm thời giúp tế bào bám dính, sinh trưởng và phát triển, đồng thời hình thành khung ngoại bào, từ đó tạo ra cấu trúc mô mới.

Các v ật liệu sử dụng chế tạo khuôn định dạng

Các vật liệu trong kỹ thuật tạo mô cần có hoạt tính sinh học cao để tương thích với vật chủ khi cấy ghép, đồng thời thúc đẩy sự phân bào tế bào gốc thành dòng nguyên bào xương Chúng cũng phải có tính dẫn xương, hỗ trợ quá trình tạo và hủy cốt bào, cũng như khả năng tích hợp tốt với xương xung quanh Hơn nữa, vật liệu cần phân hủy theo tỷ lệ thuận với sự hình thành mô mới mà không gây ra phản ứng miễn dịch, đồng thời đủ bền để chịu đựng các tác động vật lý trong quá trình cấy ghép Cuối cùng, chúng phải dễ dàng chế tạo, khử trùng và định hình theo các kích thước, hình dáng cần thiết.

Nhiều loại vật liệu sinh học đã được nghiên cứu và ứng dụng trong việc tạo mô xương Các vật liệu này được phân loại dựa trên cấu tạo và thành phần, bao gồm: vật liệu polyme phân hủy sinh học, các chất vô cơ có hoạt tính sinh học, và vật liệu composit kết hợp giữa vô cơ và hữu cơ.

1.3.1 Vật liệu vô cơ sinh học

Kim loại, một trong những vật liệu sinh học đầu tiên và phổ biến nhất, được sử dụng cho các cấy ghép chịu lực và thiết bị cố định bên trong, với các kim loại như nhôm, chì, vàng và bạc được áp dụng từ sớm Hiện nay, titan và hợp kim titan trở thành vật liệu chính cho cấy ghép nha khoa và chỉnh hình nhờ vào độ bền kéo cao và khả năng chịu lực Tuy nhiên, kim loại có nhược điểm là có thể sinh ra ion kim loại do ăn mòn trong môi trường sinh lý, gây độc tính cho mô xung quanh Thêm vào đó, chúng cũng thiếu khả năng phân hủy sinh học, không đáp ứng được yêu cầu của kỹ thuật mô xương trong việc thay thế và phục hồi cấu trúc xương tự nhiên.

Gốm là vật liệu vô cơ, phi kim với khả năng chịu nén cao và tính trơ sinh học, thường được ứng dụng trong lĩnh vực y tế Các liên kết nguyên tử, bao gồm ion hoặc cộng hóa trị, của gốm thường hình thành ở nhiệt độ cao Nhiều loại gốm được sử dụng hiệu quả trong việc sửa chữa xương và mô cứng.

Gốm sinh học, bao gồm các vật liệu như nhôm, zirconia, tricanxi photphat, hydroxyapatit, thủy tinh sinh học và gốm thủy tinh, có khả năng phản ứng với dịch sinh lý trong cơ thể, hình thành liên kết bền vững với mô cứng và đôi khi là mô mềm Lợi thế của gốm sinh học nằm ở tính dẫn xương, khả năng tạo khoáng và tính tương thích sinh học cao Tuy nhiên, các vật liệu này cũng gặp phải nhược điểm như tính giòn, dễ gãy và độ bền cơ học thấp khi chế tạo thành các mẫu vật có lỗ rỗng, điều này hạn chế khả năng phát triển khuôn định dạng 3D và ứng dụng của chúng.

Thủy tinh sinh học là vật liệu bao gồm oxit silic và một số oxit biến đổi mạng như Na2O, K2O, CaO và MgO, với tỉ lệ thành phần quyết định đặc tính sinh học của nó Gốm thủy tinh có hoạt tính sinh học chứa 40-52% silica và dưới 10% Na2O, không có K2O, đã được chứng minh hiệu quả trong việc lắng đọng lớp apatit và tái hấp thu mô xương bị tổn thương MgO trong thủy tinh sinh học giúp hòa tan ion canxi và lắng đọng apatit Vật liệu này tạo liên kết hóa học với mô, hình thành mạch và ngăn ngừa màng sinh học, đồng thời kích thích phát triển xương nhờ ion canxi và silic hòa tan Mặc dù liên kết với xương rất mạnh, thủy tinh sinh học thường khó bị loại bỏ và có thể hoạt động như vật liệu dẫn truyền xương, hạn chế khả năng tăng trưởng xương.

Hydroxyapatit (HAp) là vật liệu vô cơ phổ biến, có cấu trúc và thành phần tương tự như xương tự nhiên Tốc độ hòa tan của HAp phụ thuộc vào độ kết tinh, kích thước tinh thể, cấu trúc xốp và phương pháp chế tạo Nghiên cứu cho thấy HAp bị thủy phân với tốc độ 0.1 mg/năm trong mô dưới da Các tinh thể HAp có thể được tổng hợp dưới dạng nano với kích thước nhỏ hơn 10 nm, mang lại khả năng hấp thu sinh học cao Khi kết hợp nano HAp với các polyme, vật liệu tạo thành khuôn xốp có độ cứng và độ bền thích hợp, đồng thời thúc đẩy quá trình tái tạo mô xương mới β-tricanxi photphat là một vật liệu vô cơ sinh học có khả năng tái hấp thu và phân hủy nhanh hơn HAp trong môi trường cơ thể.

Neo và cộng sự đã chỉ ra rằng thí nghiệm in-vivo với β-tricanxi photphat thiêu kết đậm đặc có khả năng liên kết trực tiếp với xương và được phân hủy qua các tế bào trung gian Vật liệu kết hợp giữa HAp và β-tricanxi photphat sở hữu cấu trúc vô định hình, có hoạt tính sinh học vượt trội hơn HAp, thường được sử dụng để cố định các phần cứng với mô mềm, mặc dù không có khả năng tái hấp thu.

1.3.2 Vật liệu polyme phân hủy sinh học

Polyme là vật liệu có khối lượng lớn, được hình thành từ chuỗi các phân tử monome và được chia thành hai loại chính: polyme tự nhiên và polyme tổng hợp Các polyme tổng hợp như poly(lactic axit) (PLA), poly(glycolic axit) (PGA), poly(caprolactone) (PCL), poly(ethylene glycol) (PEG) và copolyme poly(lactic-co-glycolic axit) (PLGA) thường được sử dụng trong kỹ thuật mô xương Ưu điểm của polyme sinh học bao gồm khả năng tổng hợp dễ dàng và khả năng điều chỉnh đặc tính bề mặt, tuy nhiên, chúng cũng gặp phải một số nhược điểm như khó khử trùng, dễ hấp thụ nước, độ bền cơ học yếu và có thể giải phóng các monome độc hại trong cơ thể người.

Trong những năm gần đây, để cải thiện kinh tế và giải quyết vấn đề môi trường, ngành công nghiệp hóa dầu đang chuyển sang sử dụng các polyme tự nhiên thay vì polyme tổng hợp Những polyme này như chitosan, collagen, alginate, silk fibroin và hyaluronic axit có nguồn cung dồi dào và khả năng tái tạo sinh học Chúng nổi bật với độ dẻo và khả năng tương thích sinh học cao, đồng thời trên bề mặt của chúng có các phân tử sinh học hỗ trợ sự bám dính, liên kết và biệt hóa tế bào Đặc biệt, các polyme tự nhiên này có khả năng tự phân hủy thành các sản phẩm an toàn, không gây phản ứng miễn dịch hay độc tính cho môi trường cơ thể.

Hình 1.5 Các nguồn polyme từ tự nhiên

(a) alginate từ tảo biển; (b) chitosan từ vỏ giáp xác biển

Silk fibroin là một loại protein sợi đặc trưng được chiết xuất từ tơ tằm tự nhiên, nổi bật với các đặc tính hóa học, vật lý và sinh học độc đáo Sợi tơ thô bao gồm hai sợi fibroin song song, được kết dính bởi lớp secirin bên ngoài Nghiên cứu cho thấy fibroin có độ dẻo dai cao, tính tương thích sinh học tốt, khả năng phân hủy sinh học và sự ổn định cấu trúc ở nhiều nhiệt độ khác nhau Trong nhiều thập kỷ, tơ tằm đã được sử dụng làm chỉ khâu trong y sinh học, và gần đây silk fibroin đã thu hút sự chú ý như một vật liệu tiềm năng trong kỹ thuật mô xương, nhờ khả năng hỗ trợ tăng trưởng tế bào, bao gồm tế bào xương, và thúc đẩy quá trình tái tạo và hình thành xương.

Chúng có khả năng tương tác hiệu quả với mô và tế bào mà không gây phản ứng miễn dịch tiêu cực, thể hiện tính tương thích sinh học thông qua các quá trình bám dính, tăng sinh và phát triển tế bào.

Alginate là một polysacarit được cấu thành từ các axit D-mannuronic và axit α-L-guloronic, có nguồn gốc từ rong biển nâu Loại polyme anion này được ưa chuộng trong các ứng dụng y sinh nhờ tính tương thích sinh học, độc tính thấp và khả năng gel hóa nhẹ khi bổ sung ion Ca2+, cùng với chi phí sản xuất thấp Alginate có cấu trúc tương đồng với chất nền ngoại bào của mô sống, giúp nó phát huy hiệu quả trong việc chữa lành vết thương và làm tác nhân hoạt tính sinh học trong cấy ghép tế bào Băng vết thương từ alginate duy trì môi trường ẩm sinh lý, giảm thiểu nguy cơ nhiễm trùng Gel alginate cũng được sử dụng để đưa tế bào đến vị trí mong muốn, tạo không gian cho sự hình thành mô mới và kiểm soát cấu trúc, chức năng của mô thay thế Ngoài ra, gel alginate có thể được tiêm vào cơ thể theo phương pháp xâm lấn tối thiểu, mở rộng ứng dụng trong thị trường dược phẩm.

Collagen là một loại protein sợi quan trọng trong việc duy trì cấu trúc và chức năng của các mô sống Nó có khả năng tương thích sinh học cao, giúp tăng cường sự bám dính, tăng sinh và biệt hóa tế bào, đồng thời thúc đẩy tái tạo mô và chữa lành vết thương Collagen cũng có khả năng phân hủy sinh học mà không gây độc hại cho cơ thể Tuy nhiên, ứng dụng của collagen bị hạn chế bởi độ bền cơ học thấp và thời gian phân hủy nhanh Để khắc phục nhược điểm này, việc kết hợp collagen với các polyme và chất vô cơ sinh học khác đã tạo ra vật liệu có độ bền cơ học cao hơn và cải thiện tốc độ phân hủy.

Vật liệu vô cơ sinh học và polyme phân hủy sinh học mang lại nhiều lợi ích cho kỹ thuật mô xương, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần khắc phục Sự kết hợp giữa hai loại vật liệu này không chỉ tối ưu hóa những ưu điểm mà còn giảm thiểu nhược điểm của chúng Vật liệu composit vô cơ – hữu cơ có cấu trúc tương tự như xương tự nhiên, giúp cải thiện độ bền cơ học và khả năng tương thích sinh học cho các vật liệu cấy ghép.

M ột số phương pháp tổng hợp khuôn định dạng

Một khuôn định dạng chế tạo thành công cần đảm bảo các tính chất cơ học phù hợp, cùng với cấu trúc xốp, kích thước, hình dạng và sự liên thông của các lỗ xốp.

Nhiều kỹ thuật mới đang được phát triển để điều chỉnh lỗ xốp, nhằm tạo ra khuôn định dạng composit kết hợp giữa polyme và gốm Các phương pháp tổng hợp phổ biến hiện nay bao gồm phương pháp đổ dung môi rửa hạt, sấy đông khô, electron spinning và công nghệ in 3D Mỗi phương pháp này tạo ra khuôn với kích thước lỗ xốp khác nhau, đi kèm với những ưu điểm và nhược điểm riêng.

1.4.1 Phương pháp đổ dung môi rửa hạt Đổ dung môi rửa hạt là kỹ thuật đơn giản và thông dụng được dùng để chế tạo khuôn định dạng Giai đoạn đổ dung môi là giai đoạn hòa tan polyme trong dung môi hữu cơ, sau đó trộn với các hạt gốm rồi đổ hỗn hợp dung dịch này vào khuôn 3D chứa sẵn các hạt tạo lỗ (ví dụ như NaCl, saccarose, NaNO3) [65]

Dung môi hòa tan sẽ được bay hơi, sau đó các hạt tạo lỗ sẽ được rửa sạch để hình thành lỗ cho khuôn định dạng Phương pháp này cho phép điều chỉnh dễ dàng kích thước lỗ xốp và độ xốp bằng cách thay đổi lượng và kích thước của hạt tạo lỗ.

Hình 1.6 Phương pháp đổ dung môi rửa hạt

Phương pháp này có nhiều ưu điểm như điều kiện thực hiện đơn giản và dễ dàng Khuôn định dạng tạo ra có độ xốp lớn, thường vượt quá 80%, với các lỗ xốp phân bố đều Tuy nhiên, để thực hiện phương pháp này, cần loại bỏ hoàn toàn các hạt trong nền polymer, do đó chỉ phù hợp cho việc chế tạo màng mỏng hoặc mẫu 3D với độ dày tối đa 2mm Hơn nữa, việc ngăn ngừa sự kết tụ và đảm bảo phân bố đồng đều của các hạt trong mạng polymer là một thách thức Do đó, cần phải loại bỏ triệt để dung môi hữu cơ để tránh ảnh hưởng đến tế bào nuôi cấy, protein và các phân tử khác kết hợp với khuôn định dạng.

1.4.2 Phương pháp sấy đông khô

Kỹ thuật đông khô bao gồm các giai đoạn chính: đầu tiên, polyme được hòa tan hoàn toàn trong dung môi thích hợp, sau đó làm lạnh để hình thành tinh thể băng Các phân tử polyme không bị đóng băng sẽ liên kết và tập trung tại các khoảng trống Tiếp theo, mẫu đông lạnh được tăng nhiệt từ từ, khiến tinh thể băng thăng hoa và bay ra, cho đến khi mẫu hoàn toàn khô Quá trình này tạo ra các lỗ xốp do khoảng không gian mà tinh thể băng để lại, hình thành cấu trúc xốp cho vật liệu.

Vật liệu tổng hợp qua phương pháp đông khô có cấu trúc và kích thước lỗ phụ thuộc vào các điều kiện như pH, tốc độ đông, và áp suất riêng phần Tốc độ đông lạnh nhanh tạo ra lỗ với kích thước khác nhau, từ rất nhỏ đến lớn, dẫn đến hình thái không đồng nhất Độ xốp của vật liệu cũng tỷ lệ thuận với tỷ lệ dung môi và polyme; lượng dung môi càng lớn, độ xốp và kích thước lỗ càng tăng.

Hình 1.7 Phương pháp sấy đông khô

Vật liệu chế tạo bằng phương pháp đông khô sở hữu kích thước lỗ đồng đều, độ xốp cao và khả năng liên thông giữa các lỗ xốp tốt Tuy nhiên, quy trình thao tác thiết bị phức tạp và tính lặp lại trong tổng hợp chưa cao.

1.4.3 Phương pháp bọt khí, rửa hạt (Gas forming/particulate leaching)

Phương pháp bọt khí là kỹ thuật hiệu quả để tạo ra khuôn định dạng với lỗ xốp cao Quá trình này bắt đầu bằng việc hòa khí CO2 vào hỗn hợp polyme và hạt gốm dưới áp suất cao (5.5 Mpa) cho đến khi đạt trạng thái bão hòa Khi áp suất giảm xuống mức khí quyển, sự hòa tan khí giảm nhanh chóng, dẫn đến việc hình thành các bọt khí trong cấu trúc composit Mặc dù phương pháp này dễ thực hiện, nhưng nó chỉ tạo ra khuôn định dạng với các lỗ cấu trúc nông.

Kỹ thuật electrospinning là phương pháp kéo sợi từ polyme dung dịch hoặc polyme nóng chảy thông qua lực tĩnh điện Sợi electrospun có đường kính rất nhỏ, từ nanomet đến micromet, khác biệt so với các phương pháp kéo sợi cơ học thông thường Khi cấu trúc nón Taylor gia tăng, dung môi hữu cơ sẽ bay lên và nón Taylor sẽ phân chia thành các tia sợi nano Các sợi này được thu nhận liên tục trên một đĩa kim loại nối đất, tạo thành sản phẩm cuối cùng là một tấm sợi.

Phương pháp electron spinning mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc tạo ra các khuôn định dạng với mạng lưới sợi cấu trúc xốp liên kết cao, giúp tăng diện tích bề mặt vật liệu Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho tế bào bám dính và nhanh chóng khuếch tán chất dinh dưỡng Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc sử dụng kỹ thuật này yêu cầu loại bỏ hoàn toàn dung môi, vì nếu không sẽ gây độc hại cho cơ thể.

Electron spinning là một phương pháp hiệu quả để tạo ra khuôn định dạng có cấu trúc xốp Gần đây, kỹ thuật này đã được ứng dụng trong việc chế tạo các khuôn phân hủy sinh học và tương thích sinh học.

T ổng quan Chitosan

Việt Nam, với bờ biển dài từ Bắc vào Nam, có ngành công nghiệp thủy và hải sản phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên, sự gia tăng sản xuất cũng đồng nghĩa với việc hàng tấn rác thải thủy sản như vỏ tôm, cua, ghẹ và ốc được thải ra mỗi năm, đòi hỏi cần có biện pháp thu hồi và xử lý hiệu quả.

Chitin là polyme amino polysaccharide phong phú nhất trong tự nhiên, chủ yếu có trong vỏ giáp xác và thành tế bào nấm, cung cấp độ cứng cho các loài này Nó được tìm thấy nhiều ở động vật biển như tôm, cua, ghẹ, và trong thực vật, đặc biệt là nấm và men Mặc dù chitin có tính kỵ nước cao và không hòa tan trong nước cũng như hầu hết dung môi hữu cơ, những nhược điểm này hạn chế khả năng ứng dụng của nó Do đó, chitin thường được chuyển hóa thành chitosan để cải thiện độ hòa tan và mở rộng khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Hình 1.9 Công thức cấu tạo của chitin - (C 8 H 13 O 5 N) n

Chitin và chitosan là vật liệu sinh học có tiềm năng phát triển lớn với nhiều ưu điểm vượt trội Chitosan, được tạo ra từ chitin qua quá trình khử acetyl hóa, là vật liệu không độc, tương thích sinh học, có tính kháng khuẩn và khả năng phân hủy sinh học, làm cho nó trở thành một chủ đề nghiên cứu quan trọng trong y sinh Chitosan được ứng dụng rộng rãi trong dược phẩm, làm chất dẫn thuốc và trong kỹ thuật mô chỉnh hình Các sản phẩm từ chitosan có thể được chế biến thành nhiều hình dạng như hydrogel, sợi nano, vi hạt và khuôn định dạng xốp Đặc biệt, chitosan còn có khả năng thúc đẩy sự hình thành xương.

1.5.1 Cấu trúc và tính chất cơ bản của Chitosan

Chitosan là sản phẩm deaxetyl hóa của chitin, được tạo ra trong môi trường kiềm đặc hoặc nhờ enzym, trong đó nhóm (-NH2) thay thế nhóm (-COCH3) ở vị trí cacbon số 2 Quá trình này tạo ra các mắt xích D-Glucozamin liên kết với nhau bằng liên kết -1,4-glycozit Tuy nhiên, do hiệu suất của quá trình deaxetyl hóa không đạt 100%, nên việc sản xuất chitosan tinh khiết gặp nhiều khó khăn, dẫn đến sự đa dạng của các sản phẩm chitosan có mặt trên thị trường.

Hiện nay, chitin và chitosan đều chứa một phần chitin chưa được deaxetyl Chitosan được định nghĩa khi tỷ lệ N-glucosamine vượt quá 60%, trong khi đó, chitin được gọi tên khi tỷ lệ N-acetyl-glucosamine cao hơn 60%.

Hình 1.10 Công thức cấu tạo của Chitosan - (C6H11O4N)n

Chitosan (CS) sau khi deacetyl thường ở dạng bột hoặc vảy với màu trắng ngà, là một polyme mạch dài có khối lượng phân tử lớn ≥ 100 kD CS có nhiệt độ nóng chảy cao, dao động từ 309 °C đến 311 °C Bên cạnh đó, do chứa các nhóm NH2, CS có tính bazo nhẹ với pH trong khoảng 7-9.

Hình 1.11 Chitosan từ Nha Trang – Việt Nam

Chitosan có khả năng tan tốt trong nhiều dung môi, đặc biệt là trong các dung dịch vô cơ loãng như HCl và HBr.

HNO 3 … Khi nồng độ axit tăng lên, chitosan bị tạo tủa Riêng đối với axit H2SO 4 đậm đặc, sự hòa tan chitosan diễn ra song song với sự sulphat hóa và thủy phân chitin, từ đó chitin không còn giữ nguyên được những đặc tính vốn có để tổng hợp nên khuôn định dạng

Chitosan có khả năng hòa tan hiệu quả trong nhiều axit hữu cơ, đặc biệt là axit axetic và các đồng đẳng của nó, trong khi vẫn duy trì các đặc tính sinh học quan trọng Hơn nữa, dung môi axit axetic có tính chất dễ bay hơi, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng trong các ứng dụng khác nhau.

Sử dụng 15 trung hòa bằng bazơ giúp loại bỏ hầu như hoàn toàn khỏi hỗn hợp sau khi tổng hợp, từ đó thu được vật liệu với khuôn định dạng mong muốn Đây cũng là loại dung môi được áp dụng trong nghiên cứu này.

Chitosan là một polyme có cấu trúc chứa nhiều nhóm chức hoạt động hóa học như -OH và -NH2, cho phép nó tham gia vào các phản ứng hóa học đặc trưng như este hóa, thoát hidro, oxi hóa và các phản ứng liên quan đến amin Các monome trong chitosan được liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-glycozit, dễ bị cắt đứt bởi axit, bazơ, tác nhân oxy hóa và enzym thủy phân Những đặc điểm này tạo nên tính chất đa dạng của chitosan, làm cho nó trở thành một vật liệu quan trọng trong nhiều ứng dụng.

Khi pH dung dịch được nâng lên trên 7 bằng cách thêm từ từ dung dịch NH3, phản ứng xảy ra và tạo thành kết tủa chitosan ở dạng gel Nhóm amino trong chitosan có khả năng phản ứng với các dẫn xuất của cacboxylic, anhidrit hoặc dẫn xuất halogen của axit sunfonic, đóng vai trò như một tác nhân nucleophil mạnh mẽ.

- Phản ứng vào cả hai nhóm chức amino và hydroxyl: Phản ứng với các ankyl halogen

Chitosan có khả năng tạo phức nhờ vào sự hiện diện của hai nhóm chức –OH và –NH2, với cặp electron chưa sử dụng trên nguyên tử O và N Điều này cho phép chitosan hình thành liên kết phối trí với hầu hết các kim loại nặng và kim loại chuyển tiếp Khi các nhóm amin của chitosan được proton hóa, nó trở thành polycation và có khả năng tạo phức hợp ion với nhiều loại anion tự nhiên hoặc tổng hợp, bao gồm lipid, protein, DNA và một số polyme tổng hợp có điện tích như poly (acrylic axit).

1.5.2 Đặc tính sinh học của Chitosan

Chitosan là một chất tự nhiên, không độc hại và an toàn cho con người, được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm và dược phẩm Với tính tương thích sinh học cao, chitosan là vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng y sinh Đặc biệt, chitosan có khả năng tự phân hủy sinh học, nhờ vào cấu trúc polymer mang nhóm amin và polysaccarit với các liên kết glycozit dễ bị phá vỡ, cho phép nó phân hủy trong cơ thể nhờ vào các proteaza, chủ yếu là lysozyme.

Ngoài ra chitosan còn có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như:

Sản phẩm này có khả năng kháng nấm và kháng khuẩn hiệu quả với nhiều chủng loại khác nhau Nó kích thích sự phát triển và tăng sinh của tế bào, đồng thời nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện thiếu dinh dưỡng Ngoài ra, sản phẩm còn có tác dụng cầm máu và chống sưng u.

T ổng quan Silk fibroin

Tơ tằm là một polyme tự nhiên phong phú, bên cạnh cellulose, chitosan và collagen, được sản xuất bởi ấu trùng của một số loài sâu bọ cánh vảy như tằm và nhện Với đặc tính là một protein dạng sợi, tơ tằm đã được công nhận là vật liệu tiềm năng nhờ vào độ bền vượt trội, thậm chí còn bền hơn sợi thép có đường kính tương đương Một sợi tơ tằm chủ yếu bao gồm hai loại protein: fibroin, chiếm khoảng 75%, và secirin, lớp keo bao phủ giữ hai sợi fibroin lại với nhau.

Tơ tằm, một nguyên liệu thô sang trọng trong ngành dệt may, được biết đến với sợi mềm mịn, độ bền cao và khả năng khử mùi tốt Từ năm 150 sau Công Nguyên, tơ tằm đã được sử dụng làm chỉ khâu phẫu thuật nhờ tính tương thích sinh học Trong hơn một thập kỷ qua, silk fibroin và các peptide của nó đã được ứng dụng trong các lĩnh vực như quang học, điện tử và y sinh Với cấu trúc phân cấp, khả năng chuyển đổi linh hoạt và tính năng phân hủy sinh học có kiểm soát, silk fibroin được các nhà khoa học đánh giá cao nhờ khả năng cầm máu, không gây độc tế bào và đặc tính sinh kháng thể thấp, mở ra tiềm năng lớn cho các ứng dụng mới.

1.6.1 Thành phần và cấu trúc

Sợi tơ tằm chủ yếu được cấu thành từ hai loại protein: fibroin, chiếm 72-81% trọng lượng tơ, cung cấp độ bền cơ học, và secirin, bao phủ quanh các sợi fibroin như một lớp keo liên kết, chiếm khoảng 19-28% Ngoài ra, sợi tơ tằm còn chứa một lượng nhỏ chất béo và chất màu, chiếm 0.8-1%.

81] Sợi silk fibroin (SF) được tạo thành từ các sợi nano có đường kính 3-5 nm

Các sợi nano có khả năng liên kết và tương tác mạnh mẽ, hình thành các bó sợi với đường kính từ 20-200 nm Sự xoắn và ma sát giữa các bó sợi nano là yếu tố chính tạo ra độ bền cơ học cho sợi tơ.

Sợi fibroin bao gồm các chuỗi polypeptit kỵ nước lặp lại, được chia thành chuỗi nặng (H-fibroin, Mw = 391.6 kDa) và chuỗi nhẹ ưa nước (L-fibroin, Mw = 27,7 kDa) Hai chuỗi này được kết nối với nhau qua liên kết disulfua tại các đầu C và N của mỗi chuỗi Bên cạnh đó, còn có một chuỗi glycoprotein P25 (Mw = 25,2 kDa) không liên kết cộng hóa trị với các chuỗi L-fibroin.

H-fibroin là một chuỗi kỵ nước với thành phần axit amin chủ yếu gồm 45.9% Gly, 30.3% Ala, 12.1% Ser, 5.3% Tyr và 1.8% Val, được cấu trúc theo trình tự (-GSGAGA-)n Sự hiện diện của P25 giúp duy trì tính toàn vẹn cho cấu trúc của sợi fibroin, trong khi các miền kỵ nước lặp lại xen kẽ với các miền kỵ nước không lặp lại trong chuỗi này.

Các miền axit amin kỵ nước lặp đi lặp lại trong chuỗi H-fibroin gấp nếp liên kết với nhau thông qua các liên kết hydro, lực Van der Waals và tương tác kỵ nước, tạo thành cấu trúc tấm tinh thể gấp nếp β Sự hình thành của các tấm tinh thể kỵ nước này là yếu tố quyết định tính chất cơ học của sợi tơ.

Hình 1.13 Thành phần và cấu trúc sợi tơ tằm (a) sợi tơ tằm; (b), (c) sự sắp xếp chuỗi axit amin; (d) cấu trúc bán tinh thể

Cấu trúc của sợi fibroin (SF) bao gồm một ma trận vô định hình với các miền tinh thể gấp nếp β, chuỗi cuộn xoắn ngẫu nhiên và chuỗi cuộn xoắn α liên kết chặt chẽ SF có bốn cấu trúc khác nhau: silk I, silk II, silk III và cấu trúc cuộn xoắn ngẫu nhiên, mỗi loại ảnh hưởng đến khả năng hòa tan trong nước Silk I dễ hòa tan do sự đan xen giữa các chuỗi xoắn α và các tấm β, trong khi silk II, với các tấm tinh thể gấp nếp β, mang lại tính kỵ nước và độ cứng Silk III, dạng peptit xoắn ốc, khó hòa tan và thường xuất hiện ở mặt phân cách giữa dung dịch tơ và không khí Bốn cấu trúc này có thể linh hoạt chuyển đổi theo điều kiện, ảnh hưởng đến các tính chất vật liệu Do đó, việc kiểm soát cấu trúc thứ cấp của SF là phương pháp hiệu quả để điều chỉnh các đặc tính bên ngoài như độ bền cơ học, khả năng hòa tan và khả năng phân hủy sinh học.

Silk fibroin là một polyme với độ bền cơ học vượt trội, trong đó cấu trúc và thành phần của tơ đóng vai trò quyết định đến các tính chất cơ lý Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất cơ học của tơ bao gồm kích thước sợi tơ, số lượng chuỗi polypeptit, cùng với sự phân bố, sắp xếp và định hướng không gian của các axit amin trong cấu trúc fibroin.

Bảng 1.1 So sánh tính chất cơ học của sợi fibroin và các sợi polyme

Vật liệu Modul đàn hồi cát tuyến (GPa) Độ bền kéo (MPa) Ứng suất kéo (%)

So sánh các đặc tính cơ học như độ đàn hồi, độ bền kéo và ứng suất kéo của tơ fibroin với các loại tơ polyme khác như tơ nhện, collagen và polylactic axit cho thấy silk fibroin có độ đàn hồi tối ưu nhất Đồng thời, độ bền kéo và ứng suất kéo của silk fibroin cũng cao, đáp ứng tốt các yêu cầu về tính chất cơ học trong kỹ thuật mô.

Silk fibroin có tính chất cơ học vượt trội nhờ vào cấu trúc phân cấp bên trong, với cấu trúc bán tinh thể và các tấm gấp nếp β mang lại khả năng đàn hồi cao, trong khi chuỗi cuộn xoắn α quyết định độ bền của sợi tơ Sự tổ chức cao cấp và liên kết giữa các bậc cấu trúc trong tinh thể silk fibroin không chỉ tạo ra độ bền kéo tốt mà còn duy trì khả năng đàn hồi Hơn nữa, silk fibroin có khả năng ổn định trong nhiều môi trường, với sự chuyển đổi cấu trúc từ silk I sang silk II giúp đảm bảo độ bền cơ học và khả năng kỵ nước Do đó, silk fibroin được xem là vật liệu tiềm năng cho các ứng dụng trong kỹ thuật mô.

Tính tương thích sinh học

Một vật liệu lý tưởng cho ứng dụng trong kỹ thuật y sinh cần có tính tương thích sinh học cao Hai khía cạnh chính của đặc tính sinh học mà chúng ta cần chú ý là khả năng tương tác với tế bào và phản ứng của cơ thể đối với vật liệu đó.

20 vật liệu an toàn cho tế bào không gây phản ứng miễn dịch hoặc độc tính, đồng thời sản phẩm phân hủy của chúng cũng không gây hại cho sinh vật.

Các nghiên cứu trước đây về khả năng miễn dịch và tính kháng nguyên của vật liệu SF đã chỉ ra rằng có sự xuất hiện của các phản ứng dị ứng và sinh miễn dịch trong cơ thể, chủ yếu do protein secirin gây ra Khi tơ chứa secirin được đưa vào cấy ghép, nó có thể gây ra các phản ứng viêm cấp tính và mãn tính, dẫn đến các vấn đề như xung huyết kết mạc, nhiễm khuẩn, viêm tầng sinh môn, loét giác mạc và hoại tử vết thương Hơn nữa, nếu cơ thể quá mẫn cảm với tơ nguyên sinh, điều này có thể dẫn đến bệnh hen suyễn Do đó, việc loại bỏ hoàn toàn secirin trước khi sử dụng SF là rất cần thiết, đảm bảo rằng sợi tơ fibroin nguyên chất hoàn toàn an toàn cho cơ thể.

Trong nhiều thế kỷ, tơ tằm đã được sử dụng làm chỉ khâu phẫu thuật, chứng minh tính an toàn và khả năng tương thích với cơ thể mà không gây phản ứng miễn dịch Các nghiên cứu cho thấy tế bào nguyên sợi có thể bao phủ diện tích bề mặt bên trong khuôn SF/Collagen sau 7 ngày nuôi cấy Thí nghiệm cũng chỉ ra rằng tế bào mạch máu cơ trơn có thể hoàn toàn bao phủ diện tích bề mặt trong khuôn SF chỉ sau 7 ngày Hơn nữa, việc nuôi cấy mô dây chằng trong 24 tuần in-vivo không gây phản ứng kháng viêm nào Những ví dụ này khẳng định SF là một polymer có hoạt tính sinh học tốt, tương thích với tế bào cơ thể và có thể được sử dụng an toàn trong kỹ thuật mô.

Khả năng phân hủy sinh học

T ổng quan Hydroxyapatit

1.7.1 Cấu trúc và một số tính chất cơ bản

Muối canxi photphat (CaP) là thành phần chính trong xương và răng của động vật có xương sống, chiếm từ 65-70% cấu trúc xương Các loại canxi photphat khác nhau được lắng đọng và phát triển trên nền collagen Trong số các muối CaP, hydroxyapatit (HAp) là pha tinh thể ổn định nhất về mặt nhiệt động lực học, tương đồng với khoáng chất trong xương.

Hydroxyapatit (HAp) có công thức phân tử Ca10(PO4)6(OH)2, là thành phần chính trong pha khoáng của xương, giúp tạo độ xốp và duy trì tính năng tự nhiên của xương ở người và động vật Ngoài ra, HAp còn được tìm thấy trong tự nhiên ở vỏ một số loài động vật biển như ốc, sò, cũng như trong san hô và vỏ trứng.

Cấu trúc trong tự nhiên

Trong tự nhiên, các tinh thể hydroxyapatite (HAp) tồn tại chủ yếu dưới hai dạng: tinh thể lưỡng tháp lục phương (P63/m) và tinh thể đơn tà (P21/b) Tuy nhiên, cấu trúc lưỡng tháp lục phương thường chiếm ưu thế do các tinh thể HAp nguyên chất đơn tà thường bị lẫn với các ion tạp chất, dẫn đến việc hình thành cấu trúc lục phương.

Hình 1.14 Cấu trúc tinh thể HAp: (a) tinh thể lục phương; (b) tinh thể đơn tà

Cấu trúc Hydroxyapatit tổng hợp

Tinh thể hydroxyapatite (HAp) được tổng hợp với nhiều kích thước và hình dạng khác nhau, nhưng tinh thể HAp cấu trúc nano (nano-HAp) nổi bật với độ tinh khiết cao và hình thái học phù hợp cho nhiều ứng dụng y sinh Nano-HAp đang được nghiên cứu rộng rãi với các cấu trúc như hình que, hình kim, hình cầu, hình tấm, hình bông hoa và quả tạ.

(a) Hình hoa bồ công anh (b) Vi cầu xốp (c) Bó que nano

(d) Hình que (e) Hình bông hoa (f) Hình cầu

(g) Hình các tấm lá (h) Hình tấm (i) Hình quả tạ

Hình 1.15 Một số cấu trúc của HAp tổng hợp

Các tinh thể HAp có cấu trúc đa dạng tùy thuộc vào phương pháp tổng hợp, trong đó hạt nano HAp có kích thước chiều dài nhỏ hơn 100 nm thường có hoạt tính bề mặt cao hơn và cấu trúc siêu mịn, tương tự như khoáng chất trong mô cứng Mỗi dạng thù hình của tinh thể nano HAp đều thể hiện hoạt tính sinh học độc đáo.

1.7.1.2 Một số tính chất cơ bản

Hydroxyapatit có màu trắng, trắng ngà, vàng nhạt hoặc xanh lơ tùy theo từng điều kiện hình thành, kích thước hạt và trạng thái tập hợp

HAp có nhiệt độ nóng chảy cao lên tới 1760 °C và nhiệt độ sôi đạt 2850 °C Độ tan trong nước của HAp là 0,7 g/l, với khối lượng mol phân tử là 1004,60 g và khối lượng riêng 3,156 g/cm³ Ngoài ra, HAp có độ cứng 5 theo thang Mohs.

HAp không phản ứng với kiềm, nhưng phản ứng với các axit tạo thành muối canxi và nước:

Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + HCl = 3Ca 3 (PO 4 ) 2 + CaCl 2 + 2H 2 O (1.1)

HAp tương đối bền nhiệt, bị phân hủy chậm trong khoảng nhiệt độ từ 800-

1200 0 C tạo thành oxy-hydroxyapatit theo phản ứng:

Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 = Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2-2x Ox + xH 2 O (0 ≤ x ≤ 1) (1.2) Ở nhiệt độ lớn hơn 1200 0 C, HAp bị phân hủy thành β-Ca3(PO 4 ) 2 và

Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 = 2β-Ca3(PO 4 ) + Ca 4 P 2 O 9 + H 2 O (1.3)

Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 = 3β-Ca3(PO 4 ) + CaO + H 2 O (1.4)

1.7.2 Đặc tính sinh học của vật liệu Hydroxyapatit tổng hợp

Hydroxyapatit tổng hợp có cấu trúc tương tự như hydroxyapatit tự nhiên trong xương, mang lại khả năng tương thích sinh học và tạo khoáng apatit khi cấy ghép Các hạt hydroxyapatit kích thước nano không chỉ có khả năng hấp thụ protein tốt hơn mà còn phân tán và bám dính hiệu quả trong nguyên bào xương, từ đó thể hiện hoạt tính sinh học cao hơn.

Nano HAp có kích thước nhỏ, giúp thúc đẩy sự kết dính của nguyên bào xương và tăng cường tổng hợp enzyme alkaline phosphatase, từ đó cải thiện nhanh chóng tổn thương ở mô cứng Đồng thời, nano HAp còn giảm thiểu tế bào chết, cải thiện quá trình tăng sinh tế bào và nâng cao hoạt động của các tế bào liên quan đến sự phát triển của xương.

Các hạt nano HAp được chế tạo thành nhiều hình dạng khác nhau, với mỗi cấu trúc mang lại hoạt tính sinh học đặc trưng HAp ở dạng màng và xốp cho phép mô sợi và mạch máu dễ dàng xâm nhập, nhờ đó, vật liệu HAp có hoạt tính và độ tương thích sinh học cao với tế bào và mô, tạo liên kết trực tiếp với xương non, thúc đẩy tái sinh xương nhanh chóng mà không bị đào thải Ở dạng bột mịn kích thước nano, HAp có khả năng hấp thụ nhanh qua niêm mạc lưỡi và thực quản Ngoài ra, bột HAp thiêu kết còn cho thấy khả năng tương thích sinh học tốt với các mô mềm như da, nướu và cơ.

HAp không chỉ là một vật liệu vô cơ sinh học, mà khi kết hợp với các polyme, nó còn tạo ra các vật liệu composit với hoạt tính sinh học đáng kể.

24 là yếu tố quan trọng trong quá trình hình thành xương, giúp thúc đẩy sự phát triển của xương non mà không gây độc hại hay kích thích các phản ứng miễn dịch khi được đưa vào cơ thể.

Vật liệu hydroxyapatit (HAp) nổi bật với ưu điểm không gây độc, không gây dị ứng và có tính sát khuẩn cao HAp bền vững với dịch men tiêu hóa và ít bị ảnh hưởng bởi axit dạ dày Với tính chất trơ hóa học và khả năng hấp phụ tốt, HAp có khả năng liên kết và lưu giữ các hợp chất hữu cơ mà không làm biến tính chúng Những đặc tính này của HAp đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng thực tiễn của nó.

1.7.3 Một số ứng dụng của Hydroxyapatit

Nhờ cấu trúc hóa học tương đồng với thành phần vô cơ của xương và răng, hydroxyapatite (HAp) có nhiều ứng dụng nhờ những đặc tính sinh học nổi bật Các nghiên cứu về HAp hiện nay tập trung vào loại nano với hình thái, hàm lượng và độ tinh khiết phù hợp, thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản.

Một số ứng dụng cụ thể của HAp:

HAp dạng bột nano với kích thước từ 20 – 100 nm có khả năng hấp thụ trực tiếp vào cơ thể qua ruột non mà không cần chuyển hóa Vì vậy, nó thường được sử dụng như thực phẩm chức năng bổ sung canxi cho người già, trẻ em và những người thiếu canxi.

HAp nano với kích thước nanomet có ứng dụng quan trọng trong việc dẫn truyền và giải phóng thuốc chậm Gần đây, nghiên cứu đã chỉ ra rằng HAp dạng xốp có khả năng vận chuyển và phân tán insulin hiệu quả trong ruột.

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM – NGHIÊN CỨU