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 Pa ... : BCP 
tăng cƣờng khả năng tạo khoáng với vai trò nhƣ các mầm apatite carbonate, đồng thời cũng là 
nguồn cung cấp ion calcium và ion phosphate cho quá trình phát triển mầm tinh thể và tinh 
thể apatite carbonate. 
Phân tích cấu trúc pha của hydrogel composit trƣớc và sau khi ngâm hydrogel 
composit trong dung dịch SBF bằng phƣơng pháp nhiễu xạ XRD khẳng định sự hình thành 
khoáng apatit của hydrogel composit sau khi ngâm trong dung dịch SBF. Giản đồ nhiễu xạ 
XRD của hydrogel và hydrogel composit trƣớc khi ngâm SBF [phụ lục 10] có các pic tinh thể 
Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 
Trang 20 
của PEG tại vị trí 9.10◦ và 23.30◦, và HAp 31,86 (211); 32,20 (112); 32,90 (300); 34,22 (310); 
46,69 (222); 49,51 (320); 53,27 (411), sau khi ngâm hydrogel composit trong dung dịch SBF 
7, 14 ngày giản đồ nhiễu xạ XRD xuất hiện thêm các pic của CaCO3 tại vị trí 2 theta 26,34; 
33,24 điều này khẳng định sự tạo thành của khoáng apatit của hydrogel composit sau khi 
ngâm trong dung dịch SBF. 
Do đó trên cơ sở kết quả thực nghiệm của luận án cho thấy hydrogel composite TA-
PEG-Gelatin/BCP có hiệu quả trong quá trình hình thành và phát triển của khoáng apaptite 
carbonate. 
3.4. HYDROGEL COMPOSITE HPA-CHITOSAN/BCP 
Tổng hợp HPA-Chitosan thông qua phản ứng giữa nhóm amin của chitosan và nhóm 
carboxyl của HPA. Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của HPA-
Chitosan. 
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở 
nhiệt độ phòng. Thời gian tạo gel, hình thái và khối lƣợng suy giảm của hydrogel HPA-
Chitosan và hydrogel composite HPA-Chitosan/BCP đƣợc khảo sát. 
3.5. HYDROGEL COMPOSITE TA-TE-CHITOSAN/BCP 
Tyramin tetronic chitosan đƣợc tổng hợp qua 3 giai đoạn 
Tổng hợp tetronic NPC, trƣớc hết chúng tôi hoạt hóa 4 nhóm −OH cuối mạch của 
tetronic bởi p nitrophenyl chloroformate (NPC) tạo sản phẩm Tetronic NPC. 
Tổng hợp tyramin tetronic NPC, tetronic NPC đƣợc dùng làm tác chất cho phản 
ứng ghép với tyramin (TA). Trong phản ứng này liên kết urethane đƣợc tạo thành từ phản ứng 
giữa tử nitơ trong phân tử tyramin và nhóm C=O của hợp chất Tetronic NPC tạo sản phẩm 
là TA Tetronic NPC. 
Tổng hợp tyramin tetronic chitosan, trong giai đoạn phản ứng này, nhóm NH2 trên 
mạch chitosan sẽ tác kích vào liên kết C=O của hợp chất NPC PEG TA tạo sản phẩm TA-
Te-Chitosan. 
Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của TA-Te-Chitosan . 
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở 
nhiệt độ phòng. Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, và 
khả năng tạo khoáng của hydrogel TA-Te-Chitosan và hydrogel composite TA-Te-
Chitosan/BCP đƣợc khảo sát. 
Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 
Trang 21 
3.6. HYDROGEL COMPOSITE TA PEG CHITOSAN/BCP 
TA-PEG-Chitosan qua 3 giai đoạn: 
Tổng hợp NPC PEG NPC, tổng hợp PEG ghép chitosan, hai nhóm OH cuối của PEG 
sẽ đƣợc hoạt hóa bởi p nitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian PEG NPC. 
Tổng hợp TA PEG NPC, trong giai đoạn này, liên kết urethane đƣợc tạo thành từ 
phản ứng giữa tử nitơ trong phân tử tyramin và nhóm C=O của hợp chất NPC-PEG-NPC tạo 
sản phẩm TA PEG NPC. 
Tổng hợp TA-PEG-Chitosan, trong giai đoạn phản ứng này, phản ứng urethane đƣợc 
tạo thành từ nhóm NH2 trên mạch chitosan và nhóm C=O của sản phẩm trung gian NPC 
PEG TA. 
 Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của TA-PEG-Chitosan. 
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở 
nhiệt độ phòng. Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, và 
khả năng tạo khoáng của hydrogel TA-PEG-Chitosan và hydrogel composite TA-PEG-
Chitosan/BCP đƣợc khảo sát. 
3.7. HYDROGEL COMPOSITE TA PEG CHITOSAN OXI HÓA/BCP 
TA PEG Chitosan oxi hóa đƣợc tổng hợp qua 4 bƣớc: 
Oxi hóa chitosan dùng NaIO4, ion periodate sẽ tấn công vào nhóm ancol lân cận và 
nhóm amin sẽ tách ra khỏi sƣờn carbon-carbon, dẫn đến hình thành nhóm dialdehyde. Mức độ 
oxi hóa của chitosan khoảng 14% đƣợc tính bằng tỷ lệ tích phân của proton H (glucosamin) 
trong TA-PEG-Chitosan và TA-PEG-Chitosan oxi hóa. 
Tổng hợp NPC-PEG-NPC, hai nhóm OH cuối của PEG sẽ đƣợc hoạt hóa bởi p 
nitrophenyl chloroformate tạo sản phẩm trung gian PEG- NPC. 
Tổng hợp TA-PEG-NPC, trong giai đoạn này, liên kết urethane đƣợc tạo thành từ 
phản ứng giữa nguyên tử nitơ trong phân tử tyramin và nhóm C=O của hợp chất NPC-PEG-
NPC tạo sản phẩm TA-PEG-NPC. 
Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR xác định thành phần, cấu trúc của TA-PEG-Chitosan 
oxi hóa. 
Hydrogel và hydrogel composite đƣợc điều chế trong sự hiện diện của HRP và H2O2 ở 
nhiệt độ phòng. Thời gian tạo gel, hình thái, khối lƣợng suy giảm, tính tƣơng hợp sinh học, và 
khả năng tạo khoáng của hydrogel TA-PEG-Chitosan oxi hóa và hydrogel composite TA-
PEG-Chitosan oxi hóa/BCP đƣợc khảo sát. 
Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 
Trang 22 
3.8. SO SÁNH CÁC HYDROGEL VÀ HYDROGEL COMPOSITE TRÊN CƠ 
SỞ POLYMER SINH HỌC (GELATIN, CHITOSAN) VÀ BCP 
Thời gian tạo gel của tất cả các hệ hydrogel composite trên cơ sở polymer sinh học 
(gelatin, chitosan) và BCP ngắn nên có thể ứng dụng các hệ gel trên trong việc tiêm trực tiếp 
hệ gel vào cơ thể trong phẫu thuật. 
Các yếu tố ảnh hƣởng đến thời gian tạo gel của các hệ gel trên là, lƣợng H2O2, HRP, 
và sự hiện diện của BCP. 
Bảng 3.12: So sánh các hệ hydrogel và hydrogel composite trên cơ sở polymer sinh 
học (gelatin, chitosan) và BCP 
STT Hệ hydrogel, 
hydrogel 
composite 
Hình 
thái 
Khối 
lƣợng 
suy 
giảm 
Tính 
thƣơng 
hợp sinh 
học 
Khả năng tạo 
khoáng 
Khả năng ứng 
dụng 
1 TA-Gelatin Cấu 
trúc 
xốp 
96,62% 
sau 18 
giờ 
 Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
2 TA-
Gelatin/5%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
65,87% 
sau 18 
giờ 
 Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
3 TA-
Gelatin/10%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
45,43% 
sau 18 
giờ 
 Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
4 TA-PEG-Gelatin Cấu 
trúc 
xốp 
20,89% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Không có khả 
năng tạo 
khoáng 
Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
5 TA-PEG-
Gelatin/5%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
19,59% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Có khả năng 
tạo khoáng 
Phù hợp ứng 
dụng cho xƣơng 
6 TA-PEG-
Gelatin/10%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
17,73% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Có khả năng 
tạo khoáng 
Phù hợp ứng 
dụng cho xƣơng 
7 HPA-Chitosan Cấu 
trúc 
xốp 
40,35% 
sau 762 
giờ 
 Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
8 HPA-
Chitosan/5%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
38,54% 
sau 762 
giờ 
 Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
9 HPA-
Chitosan/10%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
5,52% 
sau 762 
giờ 
 Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 
Trang 23 
10 TA-Te-Chitosan Cấu 
trúc 
xốp 
13,81% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Không có khả 
năng tạo 
khoáng 
Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
11 TA-Te-
Chitosan/5%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
15,86% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Có khả năng 
tạo khoáng 
Phù hợp ứng 
dụng cho xƣơng 
12 TA-Te-
Chitosan/10%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
17,01% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Có khả năng 
tạo khoáng 
Phù hợp ứng 
dụng cho xƣơng 
13 TA-PEG-Chitosan Cấu 
trúc 
xốp 
18,85% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Không có khả 
năng tạo 
khoáng 
Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
14 TA-PEG-
Chitosan/5%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
16,85% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Có khả năng 
tạo khoáng 
Phù hợp ứng 
dụng cho xƣơng 
15 TA-PEG-
Chitosan/10%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
14,64% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Có khả năng 
tạo khoáng 
Phù hợp ứng 
dụng cho xƣơng 
16 TA-PEG-Chitosan 
oxi hóa 
Cấu 
trúc 
xốp 
18,37% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Không có khả 
năng tạo 
khoáng 
Không phù hợp 
ứng dụng cho 
xƣơng 
17 TA-PEG-Chitosan 
oxi hóa/5%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
17,02% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Có khả năng 
tạo khoáng 
Phù hợp ứng 
dụng cho xƣơng 
18 TA-PEG-Chitosan 
oxi hóa/10%BCP 
Cấu 
trúc 
xốp 
14,87% 
sau 4 
tuần 
Tƣơng 
hợp sinh 
học 
Có khả năng 
tạo khoáng 
Phù hợp ứng 
dụng cho xƣơng 
Phân tích hình thái học cho thấy vật liệu có cấu trúc không gian 3 chiều, xốp có thể tạo 
khoảng cƣ trú cho dịch chuyển tế bào để chuyển hóa và lƣu thông các yếu tố chuyển hóa 
xƣơng đáp ứng không gian cho sự phát triển của tế bào xƣơng và sự xâm nhập của mạch máu. 
Hydrogel composite TA-Gelatin/BCP và HPA-Chitosan/BCP có khối lƣợng suy giảm 
nhanh, thời gian suy giảm của các hydrogel composite này không phù hợp với thời gian tái 
tạo xƣơng do đó các hydrogel composite này cần nghiên cứu biến tính để thời gian suy giảm 
của chúng chậm lại phù hợp với thời gian tái tạo xƣơng. 
Các hệ hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/-BCP, TA-Te-Chitosan-chitosan/BCP, 
TA-PEG-Chitosan/BCP và TA-PEG-Chitosan oxi hóa/BCP có khối lƣợng suy giảm phù hợp 
với thời gian tái tạo xƣơng, sau 4 tuần các hệ hydrogel composite trên chỉ suy giảm dƣới 20% 
trọng lƣợng, thời gian suy giảm của vật liệu đƣợc kéo dài, có thể phù hợp với thời gian 
xƣơng phát triển. Thời gian suy giảm của vật liệu phải phù hợp với thời gian xƣơng phát 
triển. 
Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 
Trang 24 
Hydrogel TA-PEG-Gelatin và hydrogel composite TA-PEG-Gelatin/BCP tế bào bám 
dính và phát triển rất tốt, sau 5 ngày nuôi cấy tế bào phát triển thành 1 lớp bao phủ trên bề mặt 
hydrogel và hydrogel composite do gelatin và BCP đều có khả năng kích thích, thúc đẩy tế 
bào phát triển. 
Các hệ hydrogel composite của chitosan khi tăng lƣợng BCP mật độ tế bào phát triển 
tăng do chitosan tƣơng hợp sinh học, có khả năng bám dính tế bào tốt nhƣng khả năng kích 
thích tế bào phát triển kém, mặt khác BCP kích thích, thúc đẩy sự phát triển của tế bào. 
Sau 2 tuần ngâm ngâm vật liệu trong dung dịch SBF, trên bề mặt vật liệu hydrogel 
composite đều xuất hiện kết tủa khoáng apatite carbonate, nhƣng vật liệu hydrogel không có 
khả năng tạo khoáng. BCP có vai trò nhƣ các mầm apatite carbonate, và BCP cũng là nguồn 
cung cấp ion calcium và phosphate cho quá trình phát triển mầm tinh của tinh thể apatite 
carbonate. 
KẾT LUẬN 
Từ những kết quả nghiên cứu hoàn thành nội dung luận án, chúng tôi rút ra 
những kết luận chính sau: 
1. Đã tổng hợp thành công biphasic calcium phosphate (BCP) với các tỷ lệ HAp: -TCP 
khác nhau khi thay đổi tỉ lệ mol Ca:P và thay đổi pH môi trƣờng phản ứng bằng phƣơng pháp 
kết tủa kết hợp sóng siêu âm. Sản phẩm thu đƣợc từ phƣơng pháp này có kích thƣớc hạt tƣơng 
đối đồng đều, kích thƣớc hạt của sản phẩm từ 70 đến 100 nm. 
2. Đã tổng hợp thành công 2 dẫn xuất của gelatin (gelatin- tyramin (GTA), tyramin-
polyethylene glycol-gelatin (TA-PEG-gelatin), và 4 dẫn xuất của chitosan (chitosan 
hydroxyphenyl acetic (CHPA), tyramin-tetronic-chitosan (TTeC), tyramin-polyethylene 
glycol-chitosan (TA-PEG-chitosan) và tyramin-polyethylene glycol-chitosan oxi hóa (TA-
PEG-chitosan oxi hóa)). Sử dụng phƣơng pháp 1H-NMR phân tích thành phần, cấu trúc các 
dẫn xuất polymer. 
3. Đã tổng hợp thành công in situ hydrogel GTA, TA-PEG-gelatin, CHPA, TTeC, TA-
PEG-chitosan và TA-PEG-chitosan oxi hóa bằng xúc tác enzyme Horseradish peroxidase 
trong sự hiện diện của hydrogen peroxide. 
4. Đã tổng hợp thành công in situ hydrogel composite GTA/BCP, TA-PEG-gelatin/BCP, 
CHPA/BCP, TteC/BCP, TA-PEG-chitosan/BCP và TA-PEG-chitosan oxi hóa/BCP bằng xúc 
tác enzyme Horseradish peroxidase trong sự hiện diện của hydrogen peroxide. Sử dụng kính 
hiển vi điện tử quét SEM để quan sát hình thái của hydrogel composite. Sử dụng phƣơng pháp 
trọng lƣợng để đánh giá sự suy giảm của hydrogel composite. Sử dụng các kỹ thuật nuôi cấy 
tế bào để đánh giá tƣơng hợp sinh học của các loại hydrogel composite tổng hợp. Sử dụng 
Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 
Trang 25 
kính hiển vi điện tử quét SEM và phƣơng pháp phân tích nguyên tố EDS để khảo sát khả năng 
khoáng hóa của hydrogel composite. Kết quả khảo sát các hydrogel composite này cho thấy: 
- Thời gian tạo gel của các hydrogel, hydrogel compsite trên ngắn từ vài giây 
đến vài phút. 
- Các hydrogel, hydrogel composite trên đều có cấu trúc không gian ba chiều 
xốp. 
- Sau 4 tuần các hệ hydrogel composite trên chỉ phân hủy dƣới 20% trọng lƣợng, 
tƣơng hợp sinh học và khoáng hóa khi ngâm các hydrogel composite trong dung dịch SBF 
trong 2 tuần. 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 
CÔNG BỐ QUỐC TẾ 
1. Thi Phuong Nguyen, Doan Bach Hai Phuong, Cuu Khoa Nguyen, Ngoc Quyen Tran, 
Injectable hydrogel composites based chitosan and BCP nanoparticles for bone regeneration, 
Advance in Natural Science: NanoScience and Nanotechnology, 5 015012, 2014. 
2. Nguyen Thi Phuong, Viet Anh Ho, Dai Hai Nguyen, Nguyen Cuu Khoa, Tran Ngoc 
Quyen, Yun Ki Lee and Ki Dong Park, Enzyme-mediated fabrication of the oxidized chitosan 
hydrogel for tissue sealant Journal of Bioactive and compatible polymer (IF: 2.4; Accepted). 
CÔNG BỐ TRONG NƢỚC 
1. Ngoc Quyen Tran, Cuu Khoa Nguyen, Thi Phuong Nguyen, Synthesis of nano 
hydroxyapatite by untrasound assisted process for biomaterial application, Tạp Chí Hóa học 
51, 89-91, 2013. 
2. Trần Ngọc Quyển, Nguyễn Cửu Khoa, Nguyen Thi Phuong, Enzyme–mediated 
formation of chitosan–based hydrogels for tissue regeneration, Tạp chí Khoa Học và Công 
Nghệ 51 (5A) (2013) 283–295, 2013. 
3. Nguyen Thị Phuong, Hoang Nguyen, Tran NgocQuyen, Nguyen Cuu Khoa, Synthesis 
nano biphasic calcium phosphate by untrasound assisted process for biomaterial application. 
Journal of Science and Technology, 51 (5C) 635-640, 2014. 
THAM GIA HỘI NGHỊ QUỐC TẾ 
1. Ngoc Quyen Tran, Thi Phuong Nguyen, Cuu Khoa Nguyen, Injectable chitosan-based 
hydrogels/hydrogel composite for bone regeneration and tissue adhesion, Oral presentation 
13th Asian BioCeramics Symposium 2013, Kyoto University, Japan. 
2. Thi Phuong Nguyen, Bach Hai Phuong Doan, Dinh Vu Dang, Cuu Khoa Nguyen and 
Ngoc Quyen Tran, Enzyme-mediated in situ preparation of biocompatible hydrogel 
Tóm tắt luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu 
Trang 26 
composites from chitosan derivative and biphasic calcium phosphate nanoparticles for bone 
regeneration, IWNA 2013, Viet Nam 
3. Thi Phuong Nguyen, Bach Hai Phuong Doan, Dinh Vu Dang, Cuu Khoa Nguyen and 
Ngoc Quyen Tran, Enzyme-Mediated Preparation and Characterization of Hydrogel 
Composite for Bone Regeneration, The 5th International Conference on Biomedical 
Engineering in Vietnam, 2014. 
4. Thi Phuong Nguyen, Dai Hai Nguyen, Cong Truc Nguyen, Thanh Minh Le, Cuu 
Khoa Nguyen, Ngoc Quyen Tran, Biocompatibility, biodegradation and biomineralization of 
the hydrogel composite based on oxidized alginate, galatin and BCP Nanoparticles towards 
Bone Regeneration, IWNA 2014, Viet Nam.