Giới thiệu sách: “Vật liệu y sinh bền ăn mòn"

Ngày: 31/08/2024 | 6396

Bản tin KHCN xin trân trọng giới thiệu đến quý độc giả cuốn sách ”Vật liệu y sinh bền ăn mòn”. Hy vọng cuốn sách sẽ cung cấp cho bạn đọc những kiến thức, hiểu biết quan trọng về tổng hợp màng HAp bằng phương pháp điện hoá trên các nền vật liệu khác nhau và đánh giá độ bền ăn mòn của vật liệu trong môi trường dịch cơ thể người.

Ăn mòn là hiện tượng các vật liệu kim loại, hợp kim và bán dẫn bị chuyển hóa thành các hợp chất khác khi tiếp xúc với môi trường chủ yếu do tương tác hóa học hoặc điện hóa. Môi trường tiếp xúc của các kim loại và hợp kim thông thường là các chất lỏng, phổ biến là nước, thậm chí là màng ẩm ngưng tụ. Môi trường không khí khô ở nhiệt độ cao trong công nghiệp cũng tương tác hóa học với các kim loại và hợp kim tạo thành các oxit hoặc sunfit. Một số ví dụ điển hình thường thấy có thể kể đến là: Lớp vỏ thép của tàu thủy hoặc cầu sắt bị gỉ do sự chuyển hóa của kim loại trong môi trường nước hoặc không khí ẩm. Đồ dùng bằng bạc bị xỉn màu do phản ứng với lưu huỳnh có trong không khí. Vấn đề ăn mòn kim loại có liên quan đến hầu hết các ngành kinh tế do kim loại là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong các ngành công nghiệp. Ăn mòn kim loại là nguyên nhân dẫn tới những tổn thất đáng kể về mặt chi phí sửa chữa, thay thế các vật liệu, thiết bị đã bị ăn mòn, xuống cấp. Chính vì vậy ăn mòn đã và đang là vấn đề nghiên cứu cần được mở rộng để giảm thiểu chi phí môi trường và kinh tế, nhất là ở các nước có nền công nghiệp đang phát triển. Khi độ phức tạp của quá trình ăn mòn và cơ chế của quá trình ăn mòn được làm rõ thì sự phụ thuộc vào môi trường của quá trình ăn mòn có thể được giảm thiểu. Một ưu điểm quan trọng của phương pháp điện hóa là cho phép dự đoán về quá trình khống chế sự ăn mòn, quá trình catốt, anốt hoặc xác định động học của quá trình ăn mòn trong một thời gian ngắn và chính xác với điều kiện thí nghiệm được tiến hành một cách thận trọng và đúng quy cách. Các vật liệu này thường được ứng dụng nhiều trong y sinh, đặc biệt trong nha khoa chỉnh hình như làm nẹp vít xương, các loại ốc vít xương, chân răng giả... để sửa chữa, thay thế cho những bộ phận hư hỏng của cơ thể. Tuy nhiên, khi đưa vào cơ thể thời gian dài từ 3-6 tháng, các vật liệu này ít nhiều vẫn bị ăn mòn và gây ra một số hiện tượng như hoại tử, phù nề... gây khó chịu cho người bệnh. Nhằm nâng cao chất lượng cho vật liệu y sinh bằng kim loại, hợp kim các nhà khoa học nghiên cứu chế tạo lớp phủ y sinh có khả năng chống mài mòn và chịu ma sát như titan nitrua, hydroxyapatit (HAp) để phủ lên những vật liệu này. Các lớp phủ này đều có hoạt tính và tính tương thích sinh học cao. Vai trò che chắn màng phủ ở đây là hết sức quan trọng trong việc hạn chế tối đa khả năng bị ăn mòn của nền vật liệu, tránh các phản ứng đào thải mà có thể gây ra biến chứng nguy hiểm cho bệnh nhân khi cấy ghép.

Hiện nay, ngành phẫu thuật chấn thương và chỉnh hình có nhiều loại vật liệu khác nhau được dùng làm nẹp vít cố định xương trong quá trình thay thế và hàn gắn xương như: thép không gỉ 316L, hợp kim của coban (CoNiCrMo), titan kim loại và hợp chất của titan. Những vật liệu này nhìn chung có độ bền cơ lý hóa và khả năng tương thích sinh học cao với môi trường dịch cơ thể người. Tuy nhiên trong một số trường hợp cấy ghép cụ thể những vật liệu bằng kim loại và hợp kim vẫn ít nhiều bị ăn mòn dẫn đến các phản ứng đào thải làm giảm tuổi thọ của vật liệu và gây ra những khó chịu nhất định cho bệnh nhân. Chính vì lý do này, vật liệu sử dụng trong quá trình cấy ghép xương phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản: có đặc tính chống ăn mòn cao, bền cơ học, có sự tương thích tốt với cơ thể, không bị biến dạng khi tiệt trùng ở nhiệt độ cao và dễ sử dụng. Để nâng cao tính tương đồng sinh học giữa các mô của cơ thể người với bề mặt vật liệu và đáp ứng các yêu cầu cơ bản của vật liệu sử dụng trong lĩnh vực cấy ghép xương, nhiều công trình đã nghiên cứu tổng hợp màng HAp lên bề mặt kim loại, hợp kim nhằm mang lại các sản phẩm y sinh chất lượng cao phù hợp nhu cầu của con người. Hợp chất hydroxyapatit (HAp), có công thức hóa học là Ca10(PO4)6(OH)2 trong khung xương, răng của người và động vật. HAp có nhiều ứng dụng trong y sinh học do đặc tính quý giá của chúng: có hoạt tính và độ tương thích sinh học cao với các tế bào, các mô, không bị cơ thể đào thải, tồn tại ở nhiều trạng thái tập hợp. Màng HAp mịn, mỏng phủ trên xương nhân tạo có tác dụng tăng cường khả năng liên kết với các mô và xương tự nhiên. Có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để tổng hợp màng HAp trên nền kim loại và hợp kim như: phương pháp vật lý (plasma chân không, phun nhiệt, phương pháp phún xạ magnetron, phún xạ chùm ion, lắng đọng pha hơi...), phương pháp hóa học (sol-gel, nhúng, ngâm, ép nóng...) và phương pháp điện hóa. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp điện hóa cho phép điều khiển chiều dày màng và màng tổng hợp được có độ tinh khiết cao. Nội dung cuốn sách được chia thành 3 chương:

Chương 1: “Cơ sở lý thuyết và phương pháp điện hóa đánh giá ăn mòn kim loại” trình bày về nguyên lý cơ bản ăn mòn kim loại, phân loại các dạng ăn mòn kim loại và phương pháp điện hóa đánh giá ăn mòn kim loại.

Chương 2: “Tổng hợp điện hóa màng hydroxyapatit" trong đó phần đầu tập trung vào tổng quan các phương pháp tổng hợp màng HAp, phần sau sẽ đi sâu vào kết quả của nhóm tác giả và cộng sự trong nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tổng hợp màng HAp và màng HAp pha tạp các nguyên tố vi lượng trên các vật liệu nền khác nhau như thép không gỉ 316L (TKG316L), TKG316L/TiN, Ti6Al4V, CoNiCrMo bằng phương pháp thế áp đặt và quét thế tuyến tính. Hình thái, cấu trúc, tính chất của vật liệu tổng hợp cũng được đề cập trong chương này.

Chương 3: “Thử nghiệm in vitro và in vivo của vật liệu y sinh phủ màng HAp”, các tác giả đi sâu vào nghiên cứu thử nghiệm in vitro của vật liệu TKG316L, TiN/TKG316L, CoNiCrMo, Ti6Al4V có và không có phủ HAp và HAppt trong dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người (SBF - Simulated Body Fluids). Phần thử nghiệm in vivo tập trung trình bày về mặt tiền lâm sàng, thử nghiệm cấy ghép vật liệu trên động vật và đánh giá các thông số như chức năng hô hấp, chức năng gan thận, thông số huyết học và các hình ảnh đại thể, vi thể ở các thời điểm sau phẫu thuật cấy ghép. Trong nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu HAp dạng màng phủ trên các nền vật liệu y sinh bằng kim loại và hợp kim, phương pháp điện hóa có những ưu điểm như có thể điều khiển cấu trúc, chiều dày và độ tương thích với các vật liệu y sinh nền. Sự ảnh hưởng của các điều kiện tổng hợp đến đặc trưng tính chất hóa lý của màng HAp và HAppt tổng hợp trên các vật liệu y sinh nền khác nhau bằng phương pháp điện hoá (áp thế và quét thế) đã được nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu đã lựa chọn được các điều kiện phù hợp để tổng hợp màng HAp và HAppt trên các nền vật liệu y sinh khác nhau. Các vật liệu y sinh phủ màng HAp và HAppt này sẽ được đánh giá độ bền ăn mòn trong dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người. Cuốn sách sẽ là tài liệu tham khảo bổ ích, có giá trị phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học, ứng dụng công nghệ, đào tạo đại học và sau đại học.

Tin: Phan Thị Nam Phương