Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Tải bản đầy đủ - 0trang

9



Acid citric cũng được thử nghiệm làm chất xúc tác bằng cách gộp hai nhiệt độ

(20oC và 35oC) và ba nồng độ (0.5 mM, 5 mM and 50 mM).

Bảng 3.2. Thành phần nguyên tố của bột sol – gel được tổng hợp với axit citric làm

chất xúc tác (dòng đậm tương ứng với bột tối ưu có tên sol-gel 2).



10



Trong trường hợp này, thông số tối ưu cung cấp thành phần cấu tạo hóa học tốt

nhất được quan sát ở 20oC và 5 mM (được đặt tên là sol – gel 2).

So sánh hai loại bột (sol – gel 1 và sol – gel 2) cho biết sự thiếu hụt silic và

photph trong cả hai trường hợp có thể do q trình thủy phân khơng đầy đủ của tiền

chất và ngưng tụ khơng hồn tồn do điều kiện pH khơng thuận lợi. Chúng tơi cũng

quna sát được có sự cải thiện nhẹ trong thành phần hóa học của thủy tinh sinh học khi

sử dụng acid citric (sol – gel 2). Điều này có thể do khả năng liên kết canxi và ion natri

với ba nhóm carboxylic của acid citric. Do đó có thể kết luận rằng sử dụng acid citric

thay vì acid nitric để xúc tác thủy phân TEOS và TEP dẫn đến quá trình tổng hợp sol –

gel trong thủy tinh hoạt tính sinh học 45S5 đạt được thành phần hóa học mong muốn.

3.2. Đặc điểm cấu trúc của thủy tinh sinh học

Khi so sánh với quang phổ của Bioglass® thương mại, cả hai phổ sol – gel 1 và

sol – gel 2 đều thể hiện dải dao động giống với Bioglass®. Hai dải rộng tại 930cm -1 và

1039cm-1 tương ứng với dải hấp phụ silicate lần lượt là các nguyên tử oxy không cầu

nối kéo dài Si – O – Si và nguyên tử oxy bắt cầu kéo dài không đối xứng Si – O – Si

trong khối tứ diện silicate. Dải silicate của cấu trúc Si – O – Si uốn cong cũng được

quan sát tại 487cm-1 và 503cm-1. Peak nằm trong khoảng 602cm -1 và 880cm-1 là do cấu

trúc P – O uốn cong trong nhóm PO 43-. Dải yếu được quan sát trong khoảng 1450 cm -1

liên quan đến sự hiện diện của nhóm carbonate còn lại từ tiền chất. Do đó, dải FTIR

thu được từ sol – gel 1 và sol – gel 2 rất giống nhau và rõ ràng nó cho biết cấu trúc thủy

tinh của hai bột sol – gel. Thêm vào đó, so sánh với Bioglass® thương mại chỉ ra rằng

sự kết tinh một phần của hai loại thủy tinh sol – gel diễn ra suốt q trình.

Bột Bioglass® về bản chất là vơ định hình nhờ q trình tổng hợp nóng chảy –

làm lạnh. Tuy nhiên các phổ XRD cho thấy có ít peak kết tinh có thể do tốc độ của

bước làm lạnh. Ngoài ra cũng thấy các nhiễu xạ sol – gel 1 và sol – gel 2 rất giống

nhau với độ kết tinh quan trọng hơn loại Bioglass®. Thực tế có rất nhiều pha tinh thể

Natri-Canxi-Silicate bên trong cấu trúc vơ định hình của thủy tinh hoạt tính. Trong đó,



11



khống Na2Ca2Si3O9 là chất thú vị nhất được biết có ảnh hưởng đến thủy tinh hoạt

tính. Sự hình thành pha khoáng này liên quan đến vấn đề xử lí nhiệt tại 700 oC trong

suốt giai đoạn sấy khơ dùng cho tổng hợp sol – gel. So sánh chính xác các nhiễu xạ cho

thấy sự hình thành pha Na2Ca2Si3O9 của sol – gel 2 rõ rệt hơn. Quan sát này đặc trưng

cho thủy tinh sinh học tổng hợp bằng quá trình sol – gel khi so sánh với loại tổng hợp

bằng q trình nóng chảy – làm lạnh thơng thường. Nó có thể ảnh hưởng đến hành vi

của thủy tinh hoạt tính liên kết với mơi trường sinh lí khi tính chất hóa học của vật liệu

sau đó bị thay đổi, ví dụ như độ hòa tan.



Hình 3.1. Phổ FTIR của sol – gel và Bioglass® thương mại.



12



Hình 3.2. XRD của sol – gel và Bioglass® thương mại.

3.3. Đặc điểm diện tích bề mặt cụ thể của thủy tinh sinh học

Kết quả thu được từ phương pháp BET chỉ ra rằng diện tích bề mặt cụ thể của vật

liệu phụ thuộc vào quá trình và cũng như các điều kiện thử nghiệm tạo ra các loại bột.

Diện tích bề mặt cụ thể của các loại bột sol –gel 1, sol – gel 2 và Bioglass® lần lượt là

0.6 m2.g-1, 0.9 m2.g-1 và 0.4 m2.g-1. Ảnh chụp hiển vi SEM cho thấy ba loại bột được tạo

thành từ các hạt có kích thước đa dạng. Hạt lớn nhất khoảng 100 μm và bé nhất nhỏ

hơn 10 μm. Bột sol – gel 2 có vẻ mịn hơn bột sol – gel 1, trong khi sol – gel 1 mịn hơn

bột Bioglass®. Các ảnh hiển vi có độ phóng đại cao khi chụp các hạt lớn của mỗi loại

bột đã cung cấp nhiều thông tin quan trọng. Bề mặt hạt của hai loại bột có thơ và xốp

cao trong khi đó bề mặt của của Bioglass® rất nhẵn. Thêm vào đó bột sol – gel 2 có độ

thơ và xốp hơn sol – gel 1. Các quan sát SEM này có thể liên quan đến các kết quả thu

được bằng phương pháp BET, chỉ ra rằng diện tích bề mặt của hai loại bột sol – gel cao

hơn của Bioglass®, đặc biệt là sol – gel 2. Độ thô xốp rất thấp của Bioglass® là do q



13



trình nóng chảy – làm lạnh sử dụng chất làm lạnh cực nhanh trong pha lỏng suốt giai

đoạn làm lạnh. Tuy nhiên, quan sát ban đầu được chú ý ở hiện tại do liên quan đến ảnh

hưởng đặc biệt của acid citric làm tăng độ thô và xốp của bột sol – gel. Bề mặt của bột

sol – gel 2 có độ xốp cao và làm từ xilanh cỡ hạt nano. Nó chỉ ra rằng sử dụng acid

citric làm chất xúc tác trong phản ứng thủy phân đã thay đổi hình thái bề mặt của hạt

bột ở kích cỡ nano. Rõ ràng những kết quả này làm bật lên sự khác biệt giữa các bề

mặt trao đổi chất sẽ dẫn đến nhiều hành vi khác nhau trong mơi trường sinh lí.



14



Hình 3.3. Ảnh chụp hiển vi SEM của thủy tinh sol-gel và Bioglass® thương mại

(độ phóng đại thấp và cao).

3.4. Thử nghiệm hoạt tính sinh học trong ống nghiệm cho thủy tinh sinh học

Sau khi ngâm 1 giờ, ảnh SEM cho biết khơng có bất cứ thay đổi đáng kể nào xảy

ra trên ba mẫu. Sau 4 giờ, đã có thay đổi quan trọng trên hình thái bề mặt và thành

phần hóa học. Mẫu Bioglass® có sự phân tách nhẹ trên bề mặt hạt bột trong suốt q

trình ngâm trong dung dịch SBF mà khơng có sự khống hóa nào. Quang phổ EDXS

kết hợp chứng tỏ thay đổi chính trong thành phần hóa bề mặt là nhờ sự giảm nồng độ

Natri đáng kể, nó chỉ ra rằng các phản ứng hoạt tính sinh học chỉ mới vừa bắt đầu trong

suốt quá trình thử nghiệm. Đối với mẫu sol – gel 1 và 2, ảnh chụp hiển vi SEM cho

thấy sự khống hóa quan trọng trên bề mặt sau khi ngâm trong SBF cùng với sự hình

thành khống Canxi-photphat. Sự khống hóa bề mặt xác nhận bởi phổ EDXS thể hiện

rõ ràng mức tăng cường độ của peak Canxi và Photpho.



15



Hình 3.4.Phân tích SEM-EDXS của sol – gel và Bioglass® thương mại sau thời

gian ngâm vào SBF.

Do đó, thử nghiệm hoạt tính sinh học trong ống nghiệm của hai mẫu sol – gel rõ

ràng chỉ ra rằng mức độ hoạt tính sinh học của các loại bột thu được bằng phương pháp

tổng hợp sol – gel cao hơn mức của Bioglass® thương mại. Ta thường xác định rằng

khi ngâm thủy tinh hoạt tính trong mơi trường sinh lí, pha khống làm giảm động lực

phản ứng hoạt tính sinh học bằng cách thay đổi nó thành Canxi photphat vơ định hình.

Tuy nhiên, trong trường hợp này, thủy tinh sol – gel có hoạt tính sinh học cao hơn của

Bioglass®. Các hạt của thủy tinh sol – gel cho biết độ thơ và xốp cao của bề mặt cho

nó khả năng trao đổi chất tốt hơn trong môi trường sinh lí. Do vậy bề mặt trao đổi chất

của thủy tinh sinh học sol – gel quan trọng hơn bề mặt của Bioglass® tổng hợp bằng

q trình nóng chảy – làm lạnh. Các phép đo BET xác nhận diện tích bề mặt cụ thể của

hai loại bột sol – gel cao hơn của Bioglass®. Mặt khác, so sánh giữa sol – gel 1 và 2

chỉ ra mức độ hoạt tính sinh học của loại bột tương tự nhau. Do đó, sử dụng acid citric

thay vì acid nitric như một chất xúc tác trong suốt quá trình tổng hợp sol – gel cho

phép ta thu được thủy tinh sinh học 45S5 mà khơng cần thay đổi độ hoạt tính sinh học.



16



Chương 4

KẾT LUẬN

Trong bài này chúng tôi chứng minh bột thủy tinh hoạt tính sinh học 45S5 có thể

tổng hợp bằng quá trình sol – gel sử dụng dung dịch acid citric nồng độ cực thấp thay

vì sử dụng dung dịch acid nitric có nồng độ cao để xúc tác phản ứng thủy phân. Đầu

tiên chúng tôi xác định các điều kiện thử nghiệm tối ưu cho quá trình tổng hợp để đạt

được điều kiện thành phần hóa học của 45S5 bằng cách thay đổi hai thông số: nhiệt độ

phản ứng và nồng độ dung dịch acid. Thành phần hóa học tốt nhất của thủy tinh sinh

học thu được ở cả acid nitric 2M tại 35 oC và acid citric 5 mM tại nhiệt độ phòng. Sử

dụng acid citric như chất xúc tác để tổng hợp sol – gel cho bột 45S5 làm giảm nồng độ

acid cần thiết để xúc tác các phản ứng thủy phân TEOS và TEP. Sau đó chúng tôi so

sánh hai loại bột sol – gel tối ưu với Bioglass® thương mại. Đặc điểm cấu trúc làm nổi

bật sự kết tinh một phần của bột sol – gel vơ định hình được tạo ra bởi nhiều pha NatriCanxi-Silicate bao gồm pha khống đặc biệt. Sự hình thành pha tinh thể có hoạt tính

sinh học cao này có liên quan đến giai đoạn sấy khô cuối cùng ở 700 oC trong suốt quá

trình sol – gel. Cuối cùng chúng tơi so sánh độ hoạt tính sinh học trong ống nghiệm

của các loại bột sử dụng phương pháp ngâm trong dung dịch SBF. Rõ ràng chứng tỏ

mức độ hoạt tính của hai loại bột sol – gel cao hơn của Bioglass® thương mại. Hơn thế

nữa, độ hoạt tính của thủy tinh sinh học chủ yếu bị ảnh hưởng bởi diện tích bề mặt cụ

thể trong q trình tổng hợp bột hơn là do pha kết tinh khoáng bên trong thủy tinh. Do

đó, sử dụng acid citric như chất xúc tác thay vì acid nitric trong quá trình tổng hợp sol

– gel cho phép ta thu được thủy tinh sinh học 45S5 mà khơng cần thay đổi độ hoạt tính

sinh học. Sự phát triển phương pháp mới này rất hấp dẫn vì nó sử dụng các điều kiện

thích hợp để thêm vào và tóm gọn các phân tử sinh học (protein, yếu tố tăng trưởng,

thuốc,…) có thể giúp tăng nhanh tốc độ hình thành phát triển cấu trúc xương, khơng

chỉ có khả năng ở hầu hết các giao thức do có pH cực độ hoặc do các điều kiện nhiệt độ

cao. Viễn cảnh của sản phẩm này sẽ bao gồm việc nghiên cứu thời gian ngâm lâu hơn



17



trong môi trường sinh lí và quan sát hành vi của tế bào khi tiếp xúc với những bề mặt

prothetic này.



18



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] L.L. Hench, J. Am. Ceram. Soc. 81 (1998) 1705–1728.

[2] V.J. Shirtliff, L.L. Hench, J. Mater. Sci. 38 (2003) 4697–4707.

[3] L.L. Hench, Ceram. Int. 22 (1996) 493–507.

[4] L.L. Hench, J. Eur. Ceram. Soc. 29 (2009) 1257–1265.

[5] Y. Gu, G. Wang, X. Zhang, Y. Zhang, C. Zhang, X. Liu, M.N. Rahaman, W. Huang,

H. Pan, Mater. Sci. Eng. C 36 (2014) 294–300.

[6] X. Liu, M.N. Rahaman, G.E. Hilmas, B.S. Bal, Acta Biomater. 9 (2013) 7025–

7034. [7] L.L. Hench, J. Mater. Sci. Mater. Med. 17 (2006) 967–978.

[8] J.R. Jones, E. Gentleman, J. Polak, Elements 3 (2007) 393–399.

[9] J. Zhong, D.C. Greenspan, J. Biomed. Mater. Res. 53 (2000) 694–701.

[10] D. Arcos, M. Vallet-Regi, Acta Biomater. 6 (2010) 2874–2888.

[11] D. Avnir, T. Coradin, O. Lev, J. Livage, J. Mater. Chem. 16 (2006) 1013–1030.

[12] B. Lei, X. Chen, Y.H. Koh, J. Sol-Gel Sci. Technol. 58 (2011) 656–663.

[13] G.M. Luz, J.F. Mano, Nanotechnology 22 (2011) 494014.

[14] Z. Hong, A. Liu, L. Chen, X. Chen, X. Jing, J. Non-Cryst. Solids 335 (2009) 368–

372.

[15] B. Lei, X. Chen, Y. Wang, N. Zhao, C. Du, L. Fang, Biomed. Mater. 5 (2010)

054103.

[16] D.J. Belton, O. Deschaume, C.C. Perry, FEBS J. 279 (2012) 1710–1720.

[17] S.V. Patwardhan, Chem. Commun. 47 (2011) 7567–7582.

[18] H.C. Schröder, X. Wang, W. Tremel, H. Ushijima, W.E. Müller, Nat. Prod. Rep. 25

(2008) 455–474.

[19] T. Coradin, J. Livage, Colloids Surf. B: Biointerfaces 21 (2001) 329–336.



19



[20] D. Belton, G. Paine, S.V. Patwardhan, C.C. Perry, J. Mater. Chem. 14 (2004)

2231–2241.

[21] T. Mizutani, H. Nagase, N. Fujiwara, H. Ogoshi, Bull. Chem. Soc. Jpn. 71 (1998)

2017–2022.

[22] I. Cacciotti, M. Lombardi, A. Bianco, A. Ravaglioli, L. Montanaro, J. Mater. Sci.

Mater. Med. 23 (2012) 1849–1866.

[23] H. Pirayesh, J.A. Nychka, J. Am. Ceram. Soc. 96 (2013) 1643–1650.

[24] N. Dumelie, H. Benhayoune, G. Balossier, J. Phys. D. Appl. Phys. 40 (2007)

2124–2131.

[25] H. Benhayoune, J. Phys. D. Appl. Phys. 35 (2002) 1526–1531.

[26] T. Kokubo, H. Takadama, Biomaterials 27 (2006) 2907–2915.

[27] P.B. Wagh, A. Venkateswara Rao, D. Haranath, J. Porous. Mater. 4 (1997) 295–

301.

[28] H.A. Elbatal, M.A. Azooz, E.M.A. Khalil, A. Soltan Monem, Y.M. Hamdy, Mater.

Chem. Phys. 80 (2003) 599–609.

[29] A. Lucas-Girot, F.Z. Mezahi, M. Mami, H. Oudadesse, A. Harabi, M. le Floch, J.

NonCryst. Solids 357 (2011) 3322–3327.

[30] L. Lefebvre, J. Chevalier, L. Grémillard, R. Zenati, G. Thollet, D. BernacheAssollant, A. Govin, Acta Mater. 55 (2007) 3305–3313.

[31] Q.Z. Chen, I.D. Thompson, A.R. Boccaccini, Biomaterials 27 (2006) 2414–2425.

[32] R.L. Siqueira, O. Peitl, E.D. Zanotto, Mater. Sci. Eng. C 31 (2011) 983–991.

[33] I. Izquierdo-Barba, A.J. Salinas, M. Vallet-Regi, J. Biomed. Mater. Res. 47 (1999)

243–250.

[34] R. Li, A.E. Clark, L.L. Hench, J. Appl. Biomater. 2 (1991) 231–239.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×