CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT
1.6. Tình hình nghiên cứu lớp phủ HA trên thế giới và Việt Nam
HA được tập trung nghiên cứu để phục vụ cho vật liệu chỉnh hình, vật liệu cấy ghép chẳng hạn như phần đùi và hông giả. Nghiên cứu của Clinical đã chỉ ra rằng lớp phủ HA lên đùi giả có thể thúc đẩy phát triển cơ xương làm tăng lực liên kết giữa đùi và phần xương giả. Độ giòn của HA và độ bám dính với bề mặt kim loại có thể bị giới hạn khi lực xé và tải trọng lớn.
HE và cộng sự đã chuẩn bị lớp phủ HA với polyvinyl acetate lên Ti hợp kim (Ti-6Al-4V) thu được lớp phủ có tính chất tốt hơn. HE đã phủ một lớp Al mỏng lên Ti và sau đó anot hóa và xử lí thủy lực, canxi photphat phát triển từ những hố (holes) của oxit nhôm trong quá trình mạ. CHENG và cộng sự đã phủ một lớp HA mỏng lên Ti được phủ với sự tác động của lớp oxi hóa anot, sử dụng tiền sử lí oxi hóa anot. ...[17, 18]
Lớp phủ điện hóa HA và quá trình tiền sử lí trở nên rất là quan trọng.
ZHANG và cộng sự đã chỉ ra rằng chiều dày của lớp phủ tăng lên và hình thái học của lớp phủ thay đổi từ lỗ xốp đến dạng actinomorphic - assembled tinh thể dạng phiến khi tăng điện thế mạ từ 1V- 3V. Thêm vào đó quá trình anot hóa Ti đã cải thiện độ bám dính của lớp phủ với nền Ti.[3]
ZHAO và cộng sự đã tiến hành mạ với dung dịch CaH2PO4.H2O và CaCl2.2H2O. Tổng nồng độ Ca2+ và PO43- là 0,01 mol/l và 0,006 mol/l. Nồng độ của H2O2 là 6% khối lượng, pH=5,5 và được điều chỉnh bằng NaOH và HCl. Điện cực là platin. Mẫu Ti kích thước 10 mm x10 mm được sử dụng làm catot của quá trình mạ HA. Mẫu được đánh bóng cơ bằng giấy nhám P200 và rửa bằng nước cất trước khi mạ. Điều khiển quá trình mạ bằng máy tính. Đặc tính của lớp phủ được đánh giá bằng phương pháp XRD, hình thái học bề mặt và chiều dày được quan sát bằng SEM. Kết quả cho thấy rằng cơ chế của phản ứng điện hóa trên catot thay đổi khi thêm H2O2 vào dung dịch điện phân và làm cho độ đặc xít và đồng đều của lớp phủ tăng lên. Ngoài ra, nhiệt độ bể mạ, pH, điện thế kết tủa cũng ảnh hưởng đến chiều dày và cấu trúc của lớp phủ.[17]
ZHANG[17] và cộng sự nghiên cứu mạ với dung dịch Ca(NO3)2 nồng độ (NH4)2HPO4, pH=4,4 được điều chỉnh bằng HNO3 và NH4OH.
Ti tấm, làm catot và một tấm Ti lớn hơn làm điện cực đối. Sau khi xong thì ngâm mẫu vào dung dịch kiềm 1 mol/l NaOH ở 800C trong 2h. Kết quả chỉ
ra rằng thế kết tủa và nồng độ chất điện li ảnh hưởng đến hình thái học và cấu trúc của lớp phủ, chiều dày tăng lên khi tăng thế kết tủa từ 1 V đến 3 V. Thêm vào đó sự ôxi hóa anôt của Ti cải thiện được độ bám dính của HA lên Ti nền.
STEFAN và đồng nghiệp đã nghiên cứu mạ HA lên thép không gỉ với chất nền là thép không gỉ và được mạ trong dung dịch Ca(NO3)2 và NH4H2PO4 với hệ điện hóa gồm 3 điện cực: Điện cực so sánh calome Ag/AgCl ngâm trong KCl bão hòa, điện cực đối platin và điện cực làm việc.
Với cùng một dung dịch mạ và cùng điều kiện nhiệt độ và điện thế kết tủa thì chiều dày của lớp phủ tăng khi tăng thời gian mạ.[9]
Cheng - Kuo lee, nghiên cứu lớp phủ HA/nano TiO2 trên hợp kim titan (Ti-6Al-4V) nhằm làm tăng khả năng chống mài mòn của lớp phủ. Không chỉ dừng lại ở đó các nghiên cứu khoa học để tìm hiểu thêm về HA được tạo thành ở chế độ dòng xung.[11]
Tomoyasu Hayakawa, và đồng nghiệp đã nghiên cứu phủ HA lên Ti bằng phương pháp xung dòng. Nền Ti được ngâm trong dung dịch H2SO4 với nồng độ khác nhau 25, 50, 75, 97% ở 600C trong 30 phút. Dung dịch điện ly là dung dịch canxiphotphat có nồng độ gấp 1,5 lần nồng độ của dung dịch của cơ thể sống. Mật độ dòng trung bình là 0,01 A/cm2 và Ton/ Toff= 1/15. Sau khi mạ xong, tất cả các mẫu được xử lí nhiệt ở 6000C trong 60 phút. Khi Ti được ngâm trong H2SO4 50 và 75% đã hình thành một lớp nhám đồng đều trên bề mặt nền. Nên kết quả cho thấy, độ bám dính của HA và nền được cải thiện đáng kể khi Ti ngâm trong H2SO4 50 và 75%.[1-3]
Chen Xing-yu và cộng sự đã nghiên cứu mạ HA lên Ti bằng phương pháp mạ xung trong dung dịch chứa H2O2. Với hệ ba điện cực anốt là Pt, catốt là Ti, điện cực so sánh calomen bão hòa (hoặc clorua bạc Ag/AgCl). Bằng cách thay đổi chu kỳ, thế của xung, nồng độ H2O2 để tạo ra lớp phủ HA tốt nhất. Lớp phủ HA trên nền Ti sẽ kết tủa nhiều hơn trong dung dịch điện phân
khi có mặt H2O2. Ban đầu khi cho H2O2 vào sẽ làm giảm sự thoát khí H2 và cải thiện độ bám dính giữa chất phủ và bề mặt nền. Khi sử dụng mạ xung sẽ làm tăng sự khuếch tán ion và làm giảm sự phân cực nồng độ. Khi điện thế tăng thì tốt cho quá trình hình thành lớp phủ HA, nhưng không nên tăng quá cao sẽ làm cho lớp phủ xốp và dễ bị bong tróc. Sự kết hợp giữa phương pháp mạ xung và khi thêm H2O2 vào dung dịch mạ sẽ cải thiện đuợc tính chất lý hóa của lớp phủ HA.[3, 17, 18]
1.6.2. Tình hình nghiên cứu lớp phủ HA ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng vật liệu HA cho mục đích y sinh đang được các nhà khoa học quan tâm. Năm 2003, Viện Công nghệ xạ hiếm đã triển khai đề tài chế thử gốm xốp HA theo công nghệ của Italia và đã thử nghiệm thành công trên động vật. Trường Đại học Bách khoa Hà nội dã có nghiên cứu và công bố kết quả sơ bộ về phương pháp tổng hợp HA dạng bột và màng. Năm 2005, Viện Hóa học, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã thực hiện một số đề tài nghiên cứu tổng hợp HA dạng bột và dạng gốm xốp.
Tại Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng đang nghiên cứu lớp phủ HA bằng phương pháp điện hóa trong khuôn khổ đề tài cấp Viện KH &CNVN từ năm 2011. Tuy nhiên đề tài chưa được nghiệm thu. Đây là vấn đề mới có khả năng ứng dụng thực tế, nên cần tập trung lực lượng nghiên cứu để trong thời gian sớm nhất có thể triển khai áp dụng được.
Nhóm đề tài đã tiến hành nghiên cứu đặc tính của lớp phủ HA lên Ti bằng phương pháp phun phủ plasma ứng dụng cho cấy ghép răng và xương người (trong khuôn khổ hợp tác ASEAN - Ấn Độ). Đã thu được một số kết quả, tuy nhiên bề mặt của lớp phủ vẫn chưa thật sự đồng đều và độ nhám bề mặt lớn.
Với mong muốn tạo ra lớp phủ sinh học lên trên vật liệu bioinert có hoạt tính sinh học tốt nhất ứng dụng cho cấy ghép răng và xương người, do đó chúng tôi đề xuất tiến hành nghiên cứu tạo ra lớp phủ HA lên nền Ti hoặc hợp kim bằng phương pháp điện hóa với hi vọng sẽ thu được một lớp phủ tốt hơn.