Nghiên cứu mối quan hệ giữa hoạt tính sinh học của thủy tinh 46S với độ cứng và độ bền nén

Bài viết này tập trung vào hành vi giữa hoạt tính sinh học thủy tinh với độ cứng và cường độ nén. Các kết quả thu được từ thí nghiệm cho thấy độ cứng của kính giảm nhanh khi thủy tinh ngâm trong dung dịch SBF. Sau 30 ngày ngâm, giá trị độ cứng tương tự như xương răng tự nhiên. Ngược lại, cường độ nén của kính tăng lên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu mối quan hệ giữa hoạt tính sinh học của thủy tinh 46S với độ cứng và độ bền nénTạp chí Hóa học, 55(3): 313-317, 2017DOI: 10.15625/0866-7144.2017-00465Nghiên cứu mối quan hệ giữa hoạt tính sinh học củathủy tinh 46S với độ cứng và độ bền nénBùi Xuân VươngTrường Đại học Sài gònĐến Tòa soạn 04-11-2016; Chấp nhận đăng 26-6-2017AbstractA bioactive glass with composition 46SiO2 - 24CaO - 24Na2O - 6P2O5 (wt%) (noted 46S) was elaborated by themelting method. ‘‘In vitro’’ bioactivity of this glass was evaluated by soaking of glass samples in a simulated bodyfluid (SBF). XRD and SEM analyses showed the bioactivity of this glass by the formation of a bioactive hydroxyapatite(HA) layer on its surface [4, 5]. This paper focuses on the behavior between the glass bioactivity with hardness andcompressive strength. Obtained results from experiment show that the hardness of glass fell quickly when the glass wassoaked in SBF solution. After 30 days of immersion, the hardness value is similar to natural tooth bone. In contrast, thecompressive strength of glass increased. sKeywords. Bioactive glass, bioactivity, hydroxyapatite, ‘‘in vitro’’, hardness, compressive strength.1. ĐẶT VẤN ĐỀVật liệu y sinh là loại vật liệu có nguồn gốc tựnhiên hay nhân tạo, sử dụng để thay thế hoặc thựchiện một chức năng sống của cơ thể con người [1].Ngày nay các vật liệu y sinh đã trở nên thân thuộctrong đời sống của con người như: da nhân tạo, vantim nhân tạo, các loại chỉ khâu trong y học, răng giả,chân tay giả, mạch máu nhân tạo, các vật liệu trámrăng, các vật liệu xương nhân tạo dùng trong phẫuthuật chỉnh hình.Trong các vật liệu y sinh dùng để cấy ghépxương, thủy tinh hoạt tính sinh học được khám pháđầu tiên bởi nhà khoa học L. L. Hench năm 1969[2]. Thành phần chính của các thủy tinh này gồm cácoxit CaO, SiO2, P2O5, Na2O liên kết không trật tựvới nhau tạo thành mạng cấu trúc vô định hình củavật liệu.Hoạt tính sinh học của vật liệu thủy tinh là khảnăng hình thành một lớp khoáng hydroxyapatit (HA)trên bề mặt khi vật liệu được ngâm trong dung dịchgiả dịch thể người SBF (Simulated Body Fluid) hoặccấy ghép trực tiếp trong cơ thể. Lớp khoáng HAgiống với thành phần vô cơ của xương người, do vậynó chính là cầu nối gắn kết giữa miếng ghép vật liệuthủy tinh và xương tự nhiên, qua đó xương hỏngđược tu sửa và làm đầy [2, 3].Trong nghiên cứu [4, 5], chúng tôi đã tổng hợpthành công một loại vật liệu thủy tinh y sinh, ký hiệu46S (46% SiO2 – 24% CaO – 24% Na2O – 6% P2O5,% khối lượng). Thực nghiệm ‘‘in vitro’’ được tiếnhành bằng cách ngâm mẫu bột và mẫu dạng khối vậtliệu thủy tinh trong dung dịch SBF. Kết quả phântích XRD và SEM khẳng định hoạt tính sinh học củavật liệu qua sự hình thành một lớp khoáng HA trênbề mặt vật liệu sau ngâm.Các kết quả đạt được từ các nghiên cứu trướcmở ra triển vọng ứng dụng thực tế của vật liệu 46Ssau khi có các nghiên cứu bổ sung khác như nghiêncứu về tính cơ lý vật liệu hoặc nghiên cứu trên độngvật. Trong báo cáo này, chúng tôi trình bày các kếtquả mới trong chuỗi các nghiên cứu về vật liệu thủytinh y sinh về mối quan hệ giữa độ cứng Vickers vàđộ bền nén với hoạt tính sinh học của thủy tinh46S6.2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP2.1. Tổng hợp vật liệu thủy tinh 46SVật liệu thủy tinh 46S đã được tổng hợp và báocáo trong các nghiên cứu trước của tác giả [4, 5].Quy trình tổng hợp được tóm tắt như sau : mộtlượng các tiền chất gồm CaSiO3, Na2SiO3 và Na3PO4được nung trong chén Pt ở 1350 oC trong 3 giờ.Thủy tinh nóng chảy được rót ra khuôn đồng vàđược ủ ở nhiệt độ chuyển hóa pha thủy tinh (550oC). Sau khi ủ, thủy tinh được làm nguội ở nhiệt độphòng.2.2. Thực nghiệm ‘‘in vitro’’313Thủy tinh 46S dạng khối với các kích thướcBùi Xuân VươngTCHH, 55(3), 2017khác nhau được ngâm trong dung dịch giả dịch thểngười SBF. Dung dịch SBF là dung dịch có thànhphần vô cơ tương tự như máu của cơ thể người vàđược tổng hợp theo phương pháp của Kokubo [6].Các mẫu được ngâm trong dung dịch SBF theo cáckhoảng thời gian 0, 1, 2, 3, 7, 15 và 30 ngày.2.3. Đánh giá tính chất vật liệuTrong nghiên cứu này hai tính chất cơ lý của vậtliệu thủy tinh là độ cứng và độ bền nén được đề cập.Trong đó: HV ký hiệu là độ cứng Vickers theo đơnvị N (HVN); F là lực xác định áp vào bề mặt vật liệutheo đơn vị N; d là chiều dài đường chéo của dấuvân theo đơn vị mm; g là gia tốc trọng trường (g =9,80665 m.s2).Độ cứng của vật liệu được đo trên máy MicroVickers Hardness Testing Machine, hãng Mitutoyo,Nhật bản. Các mẫu thủy tinh được chế tạo có dạnghình trụ tròn, chiều cao 5 mm và đường kính 13 mm.Hai bề mặt tròn của mẫu được mài nhẫn nhờ giấyCSi (hình 2). Các mẫu được ngâm trong dung dịchSBF sau đó được rửa sạch bằng nước cất, để khôtrước khi đo độ cứng.Hình 1: Thao tác đo độ cứng VickersĐộ cứng của vật liệu là khả năng chống lại sựlún của bề mặt tại chỗ ta ấn vào đó một vật cứnghơn. Vật liệu càng khó lún thì có độ cứng càng cao.Nguyên ...