Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp màng hydroxyapatit bằng phương pháp điện hóa trên nền thép không gỉ 316L có và không có màng titan nitrua

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> VIỆN HÀN LÂM<br /> KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br /> <br /> HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ<br /> ----------------<br /> <br /> Phạm Thị Năm<br /> <br /> NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG HYDROXYAPATIT BẰNG<br /> PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA TRÊN NỀN THÉP KHÔNG GỈ 316L<br /> CÓ VÀ KHÔNG CÓ MÀNG TITAN NITRUA<br /> <br /> Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý<br /> Mã số: 62440119<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC<br /> <br /> Hà Nội – 2016<br /> i<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Viện Kỹ thuật nhiệt đới – Viện Hàn lâm<br /> Khoa học và Công nghệ Việt Nam.<br /> Người hướng dẫn khoa học:<br /> 1. PGS. TS. Đinh Thị Mai Thanh<br /> 2. PGS. TS. Trần Đại Lâm<br /> <br /> Phản biện 1:..............................................................................................<br /> ...............................................................................................<br /> Phản biện 2:.............................................................................................<br /> ................................................................................................<br /> Phản biện 3:............................................................................................<br /> …...........................................................................................<br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học viện họp<br /> tại<br /> ................................................................................................................<br /> vào hồi giờ<br /> ngày tháng năm<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:<br /> 1. Thư viện quốc gia<br /> 2. Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ.<br /> 3. Thư viện Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công<br /> nghệ Việt Nam.<br /> ii<br /> <br /> DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ<br /> 1. Dinh Thi Mai Thanh, Pham Thi Nam, Nguyen Thu Phuong, Le Xuan<br /> Que, Nguyen Van Anh, Thai Hoang, Tran Dai Lam. Controlling the<br /> electrodeposition, morphology and structure of Hydroxyapatite coating on<br /> 316L stainless steel. Materials Science and Engineering: C, Vol.<br /> 33(4), 2013, 2037-2045 (SCIE).<br /> 2. Dinh Thi Mai Thanh, Pham Thi Nam, Ho Thu Huong, Nguyen Thu<br /> Phuong, To Thi Xuan Hang, Uong Van Vy, and Thai Hoang. The<br /> electrochemical behavior of TiN/316LSS material in simulated body fluid<br /> solution. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 15, 2015, 3887-3892<br /> DOI: 10.1166/jnn.2014.9269 (SCI).<br /> 3. Pham Thi Nam, Tran Dai Lam, Ho Thu Huong, Nguyen Thu Phuong,<br /> Nguyen Thi Thu Trang, Thai Hoang, Nguyen Thi Thanh Huong, Le Ba<br /> Thang, Christophe Drouet, David Grossin, Emmanuelle Kergourlay,<br /> Ghislaine Bertrand, Didier Devilliers, Dinh Thi Mai Thanh.<br /> Electrodeposition and characterization of hydroxyapatite on TiN/316LSS.<br /> Journal of Nanoscience and Nanotechnology, accepted 7/2014, DOI:<br /> 10.1166/jnn.2015.10329 (SCI).<br /> 4. Pham Thi Nam, Didier Devilliers, Tran Dai Lam, Nguyen Thu<br /> Phuong, Dinh Thi Mai Thanh. Electrochemicalbehavior of 316L stainless<br /> steel in simulated body fluid solution. Vietnam Journal of Chemistry, Vol.<br /> 50(6B) (2012), 99- 105.<br /> 5. Phạm Thị Năm, Nguyễn Thế Huyên, Trần Đại Lâm, Đinh Thị Mai<br /> Thanh. Nghiên cứu diễn biến điện hóa của vật liệu HAp/Thép không gỉ 316L<br /> trong dung dịch mô phỏng cơ thể người. Tạp ch Hóa học 50(6) 2012, 699703.<br /> 6. Phạm Thị Năm, Phạm Ngọc Hiếu, Đinh Thị Mai Thanh. Nghiên cứu<br /> diễn biến điện hóa của vật liệu HAp/TiN/TKG316L trong dung dịch mô<br /> phỏng cơ thể người. Tạp ch Hóa học 51(4), 2013, 442-447.<br /> 7. Phạm Thị Năm, Đinh Thị Mai Thanh. Đặc trưng hóa lý của vật liệu<br /> TiN/thép không gỉ 3116L tổng hợp bằng phương pháp phún xạ magnetron<br /> một chiều. Tạp ch Hóa học 51(2C), 2013, 622-626.<br /> <br /> iii<br /> <br /> A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN<br /> 1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của đề tài<br /> Hiện nay, ngành phẫu thuật chấn thương và chỉnh hình có nhiều loại vật<br /> liệu khác nhau được dùng làm nẹp v t cố định xương như: thép không gỉ<br /> 316L, hợp kim của Coban, titan kim loại và hợp chất của titan. Những vật<br /> liệu này có độ bền cơ lý hóa và khả năng tương th ch sinh học với môi trường<br /> dịch cơ thể người. Tuy nhiên, trong một số trường hợp cấy ghép cụ thể,<br /> những vật liệu này vẫn t nhiều bị ăn mòn dẫn đến các phản ứng đào thải làm<br /> giảm tuổi thọ của vật liệu và gây ra những khó chịu nhất định cho bệnh nhân.<br /> Để nâng cao t nh tương đồng sinh học giữa các mô của cơ thể người với bề mặt<br /> vật liệu và đáp ứng các yêu cầu cơ bản của vật liệu y sinh, HAp<br /> (Ca10(PO4)6(OH)2) có thành phần và t nh chất giống xương tự nhiên được phủ<br /> lên bề mặt kim loại, hợp kim nhằm mang lại các sản phẩm y sinh chất lượng<br /> cao phù hợp nhu cầu của con người.<br /> Có rất nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp màng HAp: phương<br /> pháp vật lý, phương pháp hóa học và phương pháp điện hóa. Mỗi phương<br /> pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Màng HAp tổng hợp bằng phương pháp<br /> điện hóa đang thu hút các nhà nghiên cứu bởi vì: nhiệt độ phản ứng thấp, có<br /> thể phủ lên chất nền có hình dạng phức tạp, điều khiển chiều dày màng, có<br /> thể tổng hợp được màng có độ tinh khiết cao…Ch nh vì ưu điểm này nên tên<br /> đề tài được lựa chọn: “Nghiên cứu tổng hợp màng hydroxyapatit bằng<br /> phương pháp điện hóa trên nền thép không gỉ 316L có và không có màng<br /> titan nitrua” với mục đ ch góp phần vào quá trình nghiên cứu tổng hợp cũng<br /> như ứng dụng của HAp trong lĩnh vực y sinh học ngày càng phát triển.<br /> 2. Nội dung và mục đích nghiên cứu của luận án<br /> - Khảo sát lựa chọn các điều kiện th ch hợp (nồng độ dung dịch, nhiệt<br /> độ, tốc độ quét thế, số lần quét, nồng độ H2O2) và nghiên cứu đặc trưng hóa<br /> lý của màng HAp tổng hợp trên nền TKG316L.<br /> - Chế tạo màng TiN trên nền TKG316L bằng phương pháp phún xạ<br /> manegtron một chiều và khảo sát lựa chọn các điều kiện th ch hợp (điện thế<br /> áp đặt, nhiệt độ, pH, nồng độ H2O2, thời gian) để tổng hợp màng HAp trên<br /> nền TiN/TKG316L.<br /> - Nghiên cứu hoạt t nh sinh học của bốn loại vật liệu TKG316L,<br /> HAp/TKG316L, TiN/TKG316L và HAp/TiN/TKG316L trong dung dịch mô<br /> phỏng dịch cơ thể người (SBF).<br /> 3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và những đóng góp mới của luận án<br /> - Kết quả nghiên cứu tổng hợp màng HAp trên nền TKG316L và<br /> TiN/TKG316L bằng phương pháp kết tủa điện hóa nhằm làm tăng tuổi thọ<br /> của các nẹp v t xương bằng kim loại và hợp kim. Kết quả cũng là tiền đề để<br /> giải th ch động học tổng hợp màng HAp trên nền kim loại và hợp kim, cũng<br /> như cơ chế, diễn biến của vật liệu có và không có màng HAp trong dung dịch<br /> cơ thể người, một môi trường phức tạp với tác động của các phân tử sinh học.<br /> - Chế tạo thành công vật liệu HAp/TKG316L bằng phương pháp phân cực động<br /> mà chưa có công trình nào trên thế giới cũng như trong nước thực hiện và đưa<br /> 1<br /> <br /> ra được điều kiện công nghệ tối ưu (thành phần dung dịch, khoảng thế quét, tốc<br /> độ quét, nhiệt độ).<br /> - Chế tạo thành công vật liệu HAp/TiN/TKG316L bằng phương pháp áp thế và<br /> đưa ra được điều kiện công nghệ tối ưu (pH, điện thế, nhiệt độ, thời gian).<br /> - Màng HAp tổng hợp được có hoạt t nh sinh học tốt trong dung dịch SBF. Thể<br /> hiện bằng sự hình thành một màng apatit trên bề mặt vật liệu và khả năng che<br /> chắn bảo vệ cho vật liệu nền với mật độ dòng ăn mòn giảm từ 2 đến 5 lần.<br /> 4. Cấu trúc của luận án<br /> Luận án bao gồm 129 trang: mở đầu (3 trang), tổng quan (34 trang), thực<br /> nghiệm và các phương pháp nghiên cứu (10 trang), kết quả và thảo luận (64<br /> trang), kết luận (1 trang), những đóng góp mới của luận án (1 trang), danh<br /> mục các công trình khoa học đã công bố (1 trang), có 19 bảng biểu, 83 hình<br /> và đồ thị, 125 tài liệu tham khảo.<br /> B. PHẦN NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN<br /> CHƯƠNG I. TỔNG QUAN<br /> Đã tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước về phương pháp chế tạo<br /> màng TiN bằng phương pháp phún xạ magetron một chiều, chế tạo màng<br /> HAp và ứng dụng của HAp, thử nghiệm mẫu trong dung dịch mô phỏng dịch<br /> cơ thể người (SBF).<br /> CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM<br /> 2.1 Nguyên liệu và hóa chất<br /> - Muối: Ca(NO3)2.4H2O, NH4H2PO4, NaNO3, NaCl, NaHCO3, KCl,<br /> Na2HPO4.2H2O, MgCl2.6H2O, CaCl2, KH2PO4, MgSO4.7H2O, đường glucoza<br /> C6H12O6, H2O2 30%, NH4OH, KMnO4, H2SO4. Các hóa chất đều của Merk.<br /> 2.2 Tổng hợp màng TiN bằng phương pháp phún xạ magnetron một<br /> chiều<br /> - TKG316L có thành phần: 0,3 % Al; 0,22 % Mn; 0,56 % Si; 17,98 %<br /> Cr; 9,34 % Ni; 2,15 % Mo; 0,045 % P và 69,45 % Fe được đánh bóng bằng<br /> máy rung 3D và nỉ, rửa sạch bằng nước cất trong bể rửa siêu âm.<br /> - Màng TiN tổng hợp trên TKG316L bằng phương pháp phún xạ<br /> magnetron một chiều trong buồng phun chân không (áp suất 0,13 Pa, 400 W,<br /> 200oC, 30 phút, tỷ lệ kh N2/Ar là 1/10 với kh N2 6 %). Chiều dày màng TiN<br /> thu được khoảng 2,8 µm.<br /> 2.3. Tổng hợp điện hóa HAp trên nền TKG316L<br /> Màng HAp được tổng hợp trên TKG316L bằng phương pháp quét thế<br /> động (từ 0 đến – 2,5 V/SCE) trong bình điện hóa chứa 80 ml dung dịch (bảng<br /> 2.1).<br /> Bảng 2.1. Thành phần dung dịch tổng hợp HAp trên nền TKG316L<br /> Ca(NO3)2.4H2O<br /> NH4H2PO4<br /> NaNO3<br /> H2O2<br /> (M)<br /> (M)<br /> (M)<br /> (% khối lượng)<br /> -2<br /> -2<br /> D1<br /> 1,6810<br /> 1,010<br /> -2<br /> D2<br /> 2,510<br /> 1,510-2<br /> 0,15<br /> 0, 2, 4, 6 và 8<br /> D3<br /> 3,010-2<br /> 1,810-2<br /> D4<br /> 4,210-2<br /> 2,510-2<br /> 2<br /> <br />