Tóm tắt luận án Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trong cấy ghép và tái tạo xương trên cơ sở Hydrogel Composite sinh học gồm Biphasic Calcium Phosphate và Polymer Sinh học (Gelatin, Chitosan)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU NGUYỄN THỊ PHƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU MỚI TRONG CẤY GHÉP VÀ TÁI TẠO XƢƠNG TRÊN CƠ SỞ HYDROGEL COMPOSITE SINH HỌC GỒM BIPHASIC CALCIUM PHOSPHATE VÀ POLYMER SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN) Chuyên ngành: VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP Mã số : 62440125 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU TP.HCM-2015 Công trình đƣợc hoàn thành tại: Phòng Vật liệu hóa dƣợc, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Những ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. NGUYỄN CỬU KHOA 2. TS. TRẦN NGỌC QUYỂN Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án cấp Viện tổ chức tại Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam vào hồi giờ ngày tháng năm 2015 Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện: Thƣ viện Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Trang 3 MỞ ĐẦU Vật liệu y sinh đã và đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu thay thế các bộ phận cơ thể, cấy ghép mô, xƣơng của con ngƣời, hứa hẹn cho việc chữa trị và tái tạo các mô và cơ quan bị mất hoặc bị tổn thƣơng do chấn thƣơng, bệnh tật hoặc lão hóa. Trong lĩnh vực vật liệu dùng cho xƣơng, nhiều loại vật liệu dùng trong cấy ghép và thay thế xƣơng đã phát triển đáng kể trong những thập kỷ qua nhƣ kim loại và hợp kim (titan, hợp kim của titan, thép không rỉ...). Những vật liệu này tuy tƣơng hợp sinh học nhƣng tính chất cơ lý của kim loại, hợp kim khác biệt nhiều so với xƣơng dẫn đến nguy cơ gãy xƣơng do kém tƣơng thích giữa phần xƣơng tiếp xúc với kim loại ghép. Vì vậy, các nhà khoa học trên thế giới hiện nay quan tâm đến vật liệu trên cơ sở Hydroxyapatite (HAp) và biphase calcium phosphate (BCP). HAp và BCP có tính tƣơng hợp sinh học, hoạt tính sinh học cao, và khả năng chữa lành xƣơng do thành phần tƣơng tự thành phần khoáng trong xƣơng. Mặt khác, HAp và BCP có thể từ từ hòa tan trong cơ thể giải phóng ion calcium và phosphate có lợi trong việc hình thành và phát triển xƣơng. Tuy nhiên HAp và BCP ở dạng bột nên khó tạo hình có thành phần, cấu trúc xốp tƣơng tự nhƣ xƣơng. Hydrogel composite trên cơ sở BCP và polymer sinh học có thành phần, cấu trúc xốp tƣơng tự xƣơng, tƣơng hợp sinh học, suy giảm sinh học và BCP thúc đẩy sự tạo khoáng, cải thiện tính chất cơ học của vật liệu. Nhƣng các vật liệu này suy giảm nhanh, chƣa phù hợp với sự phát triển của xƣơng. Để giải quyết vấn đề trên cần thiết phải biến tính các polymer sinh học nhằm giảm khối lƣợng suy giảm, hƣớng tới ứng dụng các vật liệu hydrogel composite này trong cấy ghép và tái tạo xƣơng. Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trong cấy ghép và tái tạo xƣơng trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan)”. Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới trên cơ sở hydrogel composite sinh học gồm biphasic calcium phosphate và polymer sinh học (gelatin, chitosan) nhằm mục đích tạo ra vật liệu có khả năng tƣơng hợp sinh học, kích thích sự phát triển xƣơng, có thời gian suy giảm phù hợp với thời gian xƣơng phát triển để có thể ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xƣơng. Nội dung nghiên cứu luận án bao gồm: - Nghiên cứu tổng hợp nano BCP bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm ứng dụng trong vật liệu sinh y. Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Trang 4 - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin gelatin (TA- Gelatin) và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP. - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin polyethyleneglycol gelatin (TA-PEG-Gelatin) và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP. - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel hydroxyphenyl acetic chitosan (HPA-Chitosan) và hydrogel composite HPA-Chitosan /BCP. - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin tetronic chitosan (TA-TE-Chitosan) và hydrogel composite TA-TE-Chitosan/BCP. - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin polyethyleneglycol chitosan (TA-PEG-Chitosan) và hydrogel composite TA-PEG- Chitosan/BCP. - Nghiên cứu tổng hợp và xác định các tính chất của hydrogel tyramin polyethyleneglycol chitosan oxi hóa (TA-PEG-Chitosan oxi hóa) và hydrogel composite TA- PEG-Chitosan oxi hóa /BCP. Ý nghĩa khoa học của luận án: Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy một số kết luận có ý nghĩa khoa học sau: - Kết hợp sóng siêu âm trong quá trình tổng hợp BCP sẽ tạo thành các hạt kích thƣớc nano và đồng đều hơn so với không sử dụng sóng siêu âm. BCP and HAp obtained by untrasound assisted process - Để polymer sinh học tạo đƣợc hydrogel, cần thiết phải biến tính chúng với các phân tử hữu cơ đa nhóm chức (nhƣ TA, HPA,...) và tạo liên kết ngang bằng các hệ xúc tác enzyme nhƣ H2O2/HRP. Bằng các lƣợng H2O2 và HRP khác nhau có thể điều chỉnh đƣợc thời gian gel hóa. - Các hydrogel và hydrogel composite của polymer sinh học (gelatin, gelatin biến tính, chitosan và chitosan biến tính) với BCP đều không độc và đều có tính tƣơng hợp sinh học tốt với tế bào xƣơng MG-63. - Khối lƣợng suy giảm của polymer sinh học (gelatin và chitosan) đƣợc giảm xuống sao cho phù hợp với quá trình ghép và tái tạo xƣơng bằng cách biến tính các polymer sinh học trên với các hợp chất hữu cơ khác nhau nhƣ PEG, Te,... - Hydrogel composite gelatin biến tính và chitosan biến tính với BCP có khả năng tạo khoáng tốt hơn hẳn hydrogel tƣơng ứng và rất có triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực ghép và tái tạo xƣơng. Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Trang 5 Bố cục của luận án: Luận án có 159 trang với 14 bảng, 85 hình. Ngoài phần mở đầu (3 trang), kết luận (23 trang), danh mục các công trình công bố (2 trang) và tài liệu tham khảo (20 trang) luận án đƣợc chia thành 3 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan 38 trang Chƣơng 2: Thực nghiệm 20 trang Chƣơng 3: Kết quả và biện luận 68 trang Đóng góp mới của luận án: 1. Đã nghiên cứu tổng hợp thành công BCP với các tỷ lệ HAp:-TCP khác nhau (1,53; 1,57; 1,61) tại pH khác nhau (7; 9; 11) bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm. Sản phẩm thu đƣợc có kích thƣớc nano và đồng đều hơn so với phƣơng pháp kết tủa không kết hợp với sóng siêu âm. 2. Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-Gelatin, HPA- Chitosan và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP, HPA-Chitosan/BCP. Kết quả cho thấy cả hydrogel và hydrogel composite có khối lƣợng suy giảm quá nhanh không phù hợp cho ghép và tái tạo xƣơng. 3. Đã nghiên cứu tổng hợp và xác định tính chất của hydrogel TA-PEG-Gelatin, TA-TE-Chitosan, TA-PEG-Chitosan , TA-PEG-Chitosan oxi hóa và hydrogel composite TA- PEG-Gelatin/BCP, TA-TE-Chitosan/BCP, TA-PEG-Chitosan/BCP , TA-PEG-Chitosan oxi hóa/BCP. Kết quả cho thấy hydrogel và hydrogel composite với hệ xúc tác H2O2/HRP có thời gian gel hóa nhanh, có cấu trúc xốp phù hợp cho xƣơng, không độc với tế bào xƣơng MG-63, tƣơng hợp sinh học tốt, khối lƣợng suy giảm phù hợp cho ghép và tái tạo xƣơng, tuy nhiên chỉ có hydrogel composite có khả năng kích thích và tạo mầm tinh thể HAp trên bề mặt. Do đó chỉ có hydrogel composite phù hợp cho ghép và tái tạo xƣơng. Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng phƣơng pháp mới trong tổng hợp nano BCP là phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm tổng hợp hạt nano BCP ứng dụng trong vật liệu sinh y. Sử dụng phƣơng pháp phổ nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc của sản phẩm Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM để đánh giá hình thái của sản phẩm. Sử dụng các phƣơng pháp biến tính vật liệu sinh học hiện đại và kỹ thuật dùng màng thẩm tách để điều chế các polymer. Sử dụng các phƣơng pháp phân tích cấu trúc và đánh giá độ chuyển hoá của quá trình biến tính các polymer nhƣ : 1H NMR, UV-Vis. Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Trang 6 Sử dụng các kỹ thuật nuôi cấy tế bào để đánh giá tƣơng hợp sinh học của các loại hydrogel và hydrogel composite tổng hợp. Sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM và phƣơng pháp phân tích nguyên tố EDS để khảo sát khả năng tạo khoáng của hydrogel và hydrogel composite. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3. 1. TỔNG HỢP BCP 3.1.1. Kết quả phân tích XRD của BCP Hình 3.1: Giản đồ XRD của HAp và β-TCP với tỉ lệ Ca/P = 1,53 tại các pH: (a) pH=7, (b) pH=9 và (c) pH=11 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu nghiên cứu đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53 (hình 3.1), tại pH=7 và pH=9 có các pic đặc trƣng của β-TCP: 25,80 (10 10); 27,77 (214); 31,03 (0210); 34,37 (220); 52,94 (20 20) [62, 104, 105] và các pic đặc trƣng của HAp: 25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411) [101-103]. Điều này khẳng định các mẫu đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53, tại pH=7 và pH=9 là BCP (hỗn hợp β-TCP và HAp). Giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P = 1,53 (hình 3.1) tại pH=11 chỉ tồn tại các pic đặc trƣng của HAp: 25,90 (002); 29,14 (210); 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411) [101-103]. Điều này khẳng định các mẫu đó là HAp tại pH=11. Trong khi đó, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,57 [phụ lục 3] cũng cho kết quả giống nhƣ với tỉ lệ mol Ca/P=1,53, sản phẩm tại pH=7 và pH=9 có hai pha tinh thể β-TCP và HAp và tại pH=11 chỉ tồn tại pha HAp. Tuy nhiên, giản đồ nhiễu xạ tia X với tỉ lệ mol Ca/P=1,61 [phụ lục 4] tại pH=7 sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp, còn tại pH=9 và pH=11 sản phẩm chỉ có 1 pha HAp. Các công trình nghiên cứu trƣớc [62] cho thấy với tỉ lệ mol Ca/P=1,50 thì tổng hợp đƣợc β-TCP, còn với tỉ lệ mol Ca/P=1,67 [64, 65] thì sẽ tổng hợp đƣợc HAp, nên khi tỉ lệ mol Ca/P càng gần 1,67 thì xu thế tạo thành sản phẩm HAp càng nhiều. Tuy nhiên, khi môi Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Trang 7 trƣờng phản ứng càng base thì phản ứng càng có xu thế tạo thành sản phẩm HAp. Do đó với tỉ lệ mol Ca/P=1,53 và 1,57 tại pH=7 và pH=9 phản ứng vẫn có xu hƣớng tạo thành β-TCP, nên sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp. Còn tỉ lệ mol Ca/P=1,53 và 1,57 tại pH=11 sản phẩm tạo thành chỉ có HAp. Với tỉ lệ mol Ca/P=1,61 tại pH=7 phản ứng vẫn có xu hƣớng tạo thành β-TCP, nên sản phẩm có hai pha tinh thể β-TCP và HAp. Còn tỉ lệ mol Ca/P=1,61 tại pH=9 và pH=11 sản phẩm tạo thành chỉ có HAp. Kết quả này phù hợp với những nghiên cứu đã đƣợc công bố của Bahman Mirhadi (2011) [62], Byong- Taek Lee [63]. Thành phần HAp hoặc β-TCP, theo Sylvie Raynaud [106] đƣợc tính toán dựa trên các pic nhiễu xạ là mặt phẳng (2 1 0) tại 2θ = 29,14° hoặc mặt phẳng (2 1 1) 2θ = 31,86° đối với HAp và mặt phẳng (0 2 10) tại 2θ= 31,08° đối với β-TCP (các pic này đƣợc đánh dấu bằng mũi tên trên hình 3.1). Tỷ lệ cƣờng độ đƣợc sử dụng để phân tích định lƣợng calcium phosphate hai pha chứa HAp và β-TCP đƣợc xác định dựa trên đƣờng chuẩn của R1 theo lƣợng (%) HAp [phụ lục 8] hoặc đƣờng chuẩn của R2 theo lƣợng (%) β-TCP [phụ lục 9]. Phần trăm khối lƣợng của β-TCP và HAp của các mẫu nghiên cứu đƣợc tổng hợp đƣợc thể hiện trong bảng 3.1. Bảng 3.1: Tổng hợp các thông số và phần trăm khối lƣợng của β-TCP và HAp theo tỉ lệ mol Ca/P Tỉ lệ mol pH R2 %mβ-TCP %m HAp 1,53 7 2,8 35,8 64,2 9 2,7 33,8 66,2 11 0,0 0,0 100,0 1,57 7 2,4 26,3 73,7 9 1,6 18,8 81,2 11 0,0 0,0 100,0 1,61 7 2,1 23,6 76,4 9 0,0 0,0 100,0 11 0,0 0,0 100,0 Theo các nghiên cứu của Carlos A. Garrido [52] sản phẩm BCP với tỉ lệ % khối lƣợng -TCP:HAp là 35: 65 phù hợp với ứng dụng cho xƣơng. Cho nên trong luận án này, chúng tôi sử dụng sản phẩm BCP có % khối lƣợng -TCP:HAp là 33,8: 66,2 dùng tạo hydrogel composite nhằm giúp xƣơng phát triển (BCP đƣợc tổng hợp với tỉ lệ mol Ca/P là 1,53, pH môi trƣờng phản ứng là 9). Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Trang 8 3.1.2. Kết quả phân tích IR của BCP Phổ đồ FTIR cho thấy pic 3573 cm1 tƣơng ứng với các dao động của nhóm OH trong HAp và pic 635 cm -1 là dao động giãn của nhóm OH trong HAp. Các dải rất mạnh tại 1032 cm -1 và 1092 cm -1 tƣơng ứng với các nhóm PO4 -3 . Pic 962 cm -1 tƣơng ứng với dao động bất đối xứng của liên kết P-O trong nhóm PO4 3- , và các pic 603 cm -1 và 570 cm -1 tƣơng ứng với dao động uốn của PO4 trong HAp [62, 104, 105, 107-112]. Kết qủa phân tích này khẳng định mẫu nghiên cứu có chứa HAp. Do đó kết hợp kết quả phân tích FTIR với kết quả phân tích XRD có thể khẳng định tùy theo điều kiện phản ứng sẽ thu đƣợc sản phẩm là BCP (hỗn hợp β-TCP và HAp) hoặc HAp. 3.1.3. Kết quả khảo sát hình thái của BCP bằng hình ảnh SEM Kết qủa hình SEM cho thấy: phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm (hình 3.3) cho sản phẩm kích thƣớc nano và kích thƣớc các hạt tƣơng đối đồng đều. Trong khi đó phƣơng pháp kết tủa không sử dụng sóng siêu âm [111] cho sản phẩm có kích thƣớc micro và đa phân tán (hình 3.4). Điều này có thể đƣợc giải thích bởi sóng siêu âm làm tăng hiệu ứng hóa học và hiệu ứng vật lý, quá trình tạo-vỡ bọt xảy ra gần bề mặt phân pha lỏng-rắn làm giảm sự tích tụ của các hạt. Ngoài ra sóng siêu âm tăng tốc độ tạo mầm tinh thể dẫn đến sản phẩm tạo thành có kích thƣớc nhỏ hơn khi không sử dụng sóng siêu âm [113-115]. Vì vậy, trong nghiên cứu chúng tôi sử dụng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm để tổng hợp BCP. Hình 3.3: Hình ảnh SEM của HAp tổng hợp bằng phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm với tỉ lệ mol Ca/P= 1,61 tại pH=9 Hình 3.4: Hình ảnh SEM của HAp tổng hợp theo phƣơng pháp kết tủa không sử dụng sóng siêu âm với tỉ lệ mol Ca/P= 1,67; tại pH=8 (h-1) và pH=9 (i-1) [111] Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Trang 9 Phƣơng pháp kết tủa kết hợp sóng siêu âm cho sản phẩm từ các phản ứng với các tỉ lệ mol Ca/P (1,53; 1,57; 1,61) tại các pH khác nhau (7; 9; 11) đều có kích thƣớc nano từ 70 đến 100 nm và tƣơng đối đồng đều. 3.2. HYDROGEL COMPOSITE TA-GELATIN/BCP 3.2.1. Tổng hợp TA-Gelatin a. Xác định thành phần, cấu trúc của TA-Gelatin Sản phẩm TA-Gelatin đƣợc tổng hợp thông qua phản ứng giữa nhóm amin của tyramin và nhóm carboxyl của gelatin. Phổ 1H NMR của TA-Gelatin đƣợc đo trong H2O Hình 3.7: Phổ 1H NMR của TA-Gelatin Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân có các tín hiệu của các proton có trong gelatin nhƣ pic đơn ở vị trí 4,8 ppm (proton vị trí anomeric carbone của gelatin) và các pic ở vị trí 0,8- 4,6ppm (proton của các nhóm alkyl của gelatin. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của Park [116, 117]. Sự xuất hiện của pic đôi ở vị trí 6,754; 7,105 ppm trong phổ cộng hƣởng từ hạt nhân của TA-Gelatin chứng tỏ sự có mặt của proton Ha, Hb (nhóm -CH=CH- trong nhân thơm) của tyramin. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của Park [116, 117], điều này chứng tỏ TA- Gelatin đã đƣợc tổng hợp thành công. b. Xác định lượng TA trong TA-Gelatin Lƣợng TA trong TA-Gelatin đƣợc xác định bằng phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis). Kết quả phân tích lƣợng TA trong TA-Gelatin cho thấy trong 100mg TA-Gelatin có 0,538mg TA tƣơng đƣơng 0,00392 mmol TA. 3.2.2. Tổng hợp hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP a. Xác định lượng H2O2 tối thiểu để tạo gel Theo nghiên cứu của Kurisawa [97] số mol H2O2 tối thiểu cần phản ứng là 60% số mol TA. Trên cơ sở đó, chúng tôi tính lƣợng H2O2 tối thiểu cần phản ứng với TA trong 10mg TA-Gelatin để tạo gel là 0,00235 mmol tƣơng đƣơng lƣợng H2O2 là 0,008% trong dung dịch TA-Gelatin 10%. Ngoài ra nồng độ H2O2 không sử dụng cao hơn 0,25% vì sẽ gây độc đối với tế bào [119]. Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Trang 10 b. Khảo sát thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA- Gelatin/BCP Thời gian gel hóa của hydrogel là thông số có ý nghĩa trong việc định hƣớng ứng dụng vật liệu nhƣ: tiêm hydrogel trực tiếp vào vết thƣơng hoặc định hình hydrogel trƣớc khi ghép hydrogel vào vết thƣơng. Kết quả khảo sát thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP bằng cách thay đổi lƣợng H2O2 và lƣợng HRP trong dung dịch TA-Gelatin đƣợc thể hiện thông qua hình 3.8 và hình 3.9. Hình 3.8: Đồ thị thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP theo lƣợng H2O2/TA-Gelatin tại lƣợng HRP/TA-Gelatin là 0,00025% và nồng độ TA-Gelatin 10% Hình 3.9: Đồ thị thời gian gel hóa của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP theo lƣợng HRP/TA-Gelatin tại lƣợng H2O2/TA-Gelatin là 0,01% và nồng độ TA-Gelatin 10% Các đồ thị trên cho thấy thời gian gel hóa của hydrogel khá nhanh trong vài phút, và lƣợng H2O2, lƣợng HRP ảnh hƣởng đến thời gian tạo gel. Khi tăng lƣợng H2O2/TA-Gelatin từ 0,008 lên 0,025% (lƣợng HRP/TA-Gelatin 0,00025%, nồng độ TA-Gelatin 10%) thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin tăng từ 70 đến 180 giây. Kết quả này phù hợp với kết quả của các nghiên cứu trƣớc Jin [96], Kurisawa [97], Veitch [119]. Điều này đã đƣợc giải thích nhƣ sau: khi lƣợng H2O2 cao, H2O2 ức chế enzyme HRP làm cho thời gian tạo gel tăng lên. Khi tăng lƣợng HRP/TA-Gelatin từ 0,00013 đến 0,001% (lƣợng H2O2/TA-Gelatin 0,01%, nồng độ TA-Gelatin 10%) thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin giảm từ 98 còn 48 giây. Điều này có thể giải thích nhƣ sau: khi lƣợng HRP tăng thời gian tạo gel nhanh hơn Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu Trang 11 do lƣợng enzyme xúc tác nhiều hơn nên liên kết ngang tạo thành nhanh hơn dẫn đến rút ngắn thời gian tạo gel [96]. Trong trƣờng hợp hydrogel composite TA-Gelatin/BCP thời gian tạo gel ít thay đổi so với thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin. Ví dụ: thời gian tạo gel của TA-Gelatin là 70 giây khi nồng độ TA-Gelatin 10%, lƣợng HRP/TA-Gelatin 0,00025 % và lƣợng H2O2/TA- Gelatin 0,008%, khi có thêm BCP với lƣợng 10% thời gian tạo gel là 68 giây. Điều này có thể giải thích do tƣơng tác của các hạt BCP và gelatin. Nhóm chức NH2, OH, COOH của gelatin liên kết hydrogen với nhóm OH của HAp trong BCP, ngoài ra còn có liên kết tạo phức của nhóm NH2 của gelatin và ion Ca 2+ của BCP [120-123]. Các liên kết giữa các hạt BCP và gelatin làm mật độ liên kết của hydrogel composite tăng do đó thời gian tạo gel của hydrogel composite giảm. Trái lại, BCP làm tăng độ nhớt của dung dịch nên ảnh hƣởng đến quá trình khuếch tán xúc tác dẫn đến thời gian tạo liên kết ngang tăng dần. Dẫn đến kết quả thời gian tạo gel của hydrogel composite TA-Gelatin/BCP ít thay đổi so với thời gian tạo gel của hydrogel TA-Gelatin. Tóm lại: thời gian gel hóa có thể điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu thực tiễn ứng dụng bằng cách thay đổi lƣợng H2O2 hoặc HRP trong dung dịch TA-Gelatin. 3.2.3. Khảo sát hình thái của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA- Gelatin/BCP Hình 3.10: Hình ảnh SEM của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP với các lƣợng BCP khác nhau Hình ảnh SEM đƣợc sử dụng để khảo sát hình thái học của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP với các lƣợng BCP khác nhau (hình 3.10). Kết quả cho thấy hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP có cấu trúc không gian ba chiều xốp. Trong khi vật liệu đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp đúc không có cấu trúc xốp nhƣ hydrogel [124-127]. Cấu trúc không gian 3 chiều, xốp của hydrogel TA-Gelatin và hydrogel composite TA-Gelatin/BCP tạo khoảng cƣ trú cho tế bào dịch chuyển và lƣu thông các yếu tố chuyển hóa tạo xƣơng. Ngoài ra, tế bào và mạch máu có thể phát triển bên trong các lỗ xốp của vật liệu giúp xƣơng phát triển bên trong vật liệu [27, 123]. Do đó, cấu trúc xốp của hydrogel và hydrogel composite phù hợp cho ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép và tái tạo xƣơng. Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật li