Tổng hợp và đặc trưng màng hydroxyapatit pha tạp đồng trên nền thép không gỉ 316L

Màng hydroxyapatit pha tạp đồng (CuHAp) được tổng hợp bằng phương pháp trao đổi ion giữa màng hydroxyapatit (HAp) với dung dịch Cu(NO3)2. Những yếu tố nồng độ ion Cu2+ và thời gian ảnh hưởng đến quá trình trao đổi ion đã được khảo sát.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp và đặc trưng màng hydroxyapatit pha tạp đồng trên nền thép không gỉ 316L JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci. 2017, Vol. 62, No. 3, pp. 51-59 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1059.2017-0007 TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG MÀNG HYDROXYAPATIT PHA TẠP ĐỒNG TRÊN NỀN THÉP KHÔNG GỈ 316L Võ Thị Hạnh1, Phạm Thị Năm2 và Đinh Thị Mai Thanh3 1 Khoa Khoa học Cơ bản, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Viện Kĩ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 3 Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2 Tóm tắt. Màng hydroxyapatit pha tạp đồng (CuHAp) được tổng hợp bằng phương pháp trao đổi ion giữa màng hydroxyapatit (HAp) với dung dịch Cu(NO3)2. Những yếu tố nồng độ ion Cu2+ và thời gian ảnh hưởng đến quá trình trao đổi ion đã được khảo sát. Kết quả cho thấy ion Cu2+ đã thay thế ion Ca2+ trong cấu trúc của HAp để tạo màng CuHAp có tỉ lệ nguyên tử Cu/Ca = 0,0124, tỉ lệ (Cu+Ca)/P = 1,571. Kết quả phân tích hình thái học, cấu trúc pha và thành phần pha cho thấy màng CuHAp có cấu trúc tinh thể, đơn pha và sự có mặt của Cu2+ đã làm thay đổi hình thái học và làm giảm kích thước của CuHAp so với HAp. Ngoài ra kết quả nghiên cứu cũng cho thấy động học quá trình trao đổi ion tuân theo phản ứng giả bậc hai với dung lượng trao đổi ion ở trạng thái cân bằng 11,99 mg Cu 2+/g HAp và hằng số tốc độ phản ứng là 3,57 × 10-2 g/mg.phút. Màng CuHAp có khả năng kháng khuẩn đối với chủng khuẩn P.aerugimosa với bán kính vòng ức chế đạt 3 mm. Từ khóa: Thép không gỉ 316L, màng hydroxyapatite pha tạp đồng (CuHAp), trao đổi ion. 1. Mở đầu Hydroxyapatite (HAp) là thành phần chính trong xương tự nhiên, HAp chiếm khoảng 25 - 75% theo trọng lượng và 35 - 65% theo thể tích [1]. HAp tổng hợp có thành tỉ lệ Ca/P = 1,67, tương tự như trong xương tự nhiên, có khả năng tương thích sinh học tốt nên được nghiên cứu rộng rãi và ứng dụng trong lĩnh vực y sinh [2, 3]. Màng HAp được phủ lên bề mặt kim loại và hợp kim như Ti, thép không gỉ 316L… đề làm vật liệu cấy ghép xương [4, 5]. Khi cấy ghép, màng HAp có khả năng định hình, tạo liên kết chặt chẽ giữa xương của vật chủ và vật liệu cấy ghép, thúc đẩy quá trình liền xương [6]. Tuy nhiên, vấn đề nhiễm trùng sau phẫu thuật được quan tâm nhất sau khi cấy ghép vào cơ thể, do đó các nhà khoa học đã rất quan tâm đưa các tác nhân kháng khuẩn vào vật liệu cấy ghép. Tác nhân kháng khuẩn vô cơ gồm các ion đồng, bạc, kẽm được các nhà khoa học chú ý vì sự ổn định và tính an toàn [1], chúng có tác dụng làm giảm độ bám dính của vi khuẩn trên bề mặt vật liệu và làm ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn [7]. Vật liệu Ti chứa 2% hàm lượng đồng về khối lượng có thể chống được 57% khuẩn E.Coli và 79% khuẩn S. Aureus [50]. Hoạt động kháng khuẩn của hợp chất HAp pha tạp đồng đã được thử nghiệm, kết quả cho thấy bột HAp có pha tạp Cu với công thức Ca10-xCux(PO4)6(OH)2 (x = 0,2) có khả năng chống được 98% vi khuẩn S. Aureusis Ngày nhận bài: 19/2/2017. Ngày nhận đăng: 20/3/2017. Tác giả liên hệ: Võ Thị Hạnh, e-mail: vothihanh2512@gmail.com 51 Võ Thị Hạnh, Phạm Thị Năm và Đinh Thị Mai Thanh và bột HAp pha tạp Cu, F ứng với công thức Ca10-xCux(PO4 )6(F)2 (x = 0,15 - 0,5) có thể chống được 100% vi khuẩn E.Coli [1]. Ngoài ra, với hàm lượng nhỏ Cu còn có tác dụng tăng cường sự trao đổi chất và kích thích tế bào xương phát triển [6]. Trong bài báo này, chúng tôi giới thiệu kết quả nghiên cứu tổng hợp màng HAp pha tạp Cu (CuHAp) trên nền thép không gỉ 316L bằng phương pháp trao đổi ion giữa màng HAp với dung dịch chứa Cu2+. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình như nồng độ ion Cu2+, thời gian tiếp xúc đã được nghiên cứu. Màng CuHAp tạo ra được nghiên cứu thành phần, các đặc trưng hóa lý bằng phương pháp IR, X-ray, SEM, AAS và hoạt tính kháng khuẩn chủng P.aerugimosa bằng phương pháp khuếch tán đĩa thạch. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Thực nghiệm * Tổng hợp điện hóa màng HAp trên nền thép không gỉ 316L Mẫu thép không gỉ 316L (TKG 316L) với thành phần hóa học: 0,27% Al; 0,17% Mn; 0,56% Si; 17,98% Cr; 9,34% Ni; 2,15% Mo; 0,045% P; 0,035% S và 69,45% Fe có kích thước là 1 × 10 × 0,2 cm, được phủ epoxy để giới hạn diện tích làm việc 1cm2 . Sau đó mẫu được phủ màng HAp bằng phương pháp quét thế catot ở khoảng quét thế 0 ÷ -1,7 V/SCE; nhiệt độ: 50 oC, 5 lần quét với tốc độ quét 5 mV/s trong dung dịch chứa Ca(NO3 )2 3.10-2 M + NH4 H2 PO4 1,8.10-2 M + NaNO3 6.10-2 M. * Tổng hợp màng CuHAp Để xác định nồng độ Cu2+ và thời gian tiếp xúc thích hợp cho quá trình tổng hợp màng CuHAp, vật liệu TKG 316L phủ màng HAp (HAp/TKG316L) có khối lượng 2,45 mg được ngâm trong 4 mL dung dịch chứa muối Cu(NO3)2 với nồng độ khác nhau: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05 và 0,1M; và thời gian được khảo sát: 2,5; 5; 10; 20; 30; 60 và 80 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó vật liệu được lấy ra, rửa sạch bằng nước cất và để khô trong không khí. Phần dung dịch còn lại sau khi ngâm dùng để xác định nồng độ Cu2+ còn lại bằng phương pháp hấp thụ nguyên ...