Nghiệm thu đề tài nghiên cứu xây dựng và làm chủ quy trình công nghệ chế tạo lớp phủ đa lớp có độ cứng cao và chống ăn mòn sử dụng công nghệ PVD

Chiều ngày 19 tháng 3 năm 2025, Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga tổ chức họp Hội đồng tư vấn, đánh giá, nghiệm thu kết quả của đề tài thuộc chương trình Khoa học và Công nghệ (KH&CN) được Ủy ban phối hợp về Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga phê duyệt: "Nghiên cứu xây dựng và làm chủ quy trình công nghệ chế tạo lớp phủ đa lớp có độ cứng cao và chống ăn mòn sử dụng công nghệ PVD" giai đoạn 2022 - 2024. Đề tài do Chi nhánh Phía Nam là đơn vị chủ trì; Trung tá, TS. Vũ Văn Huy và TS. Rodionov N.B đồng chủ nhiệm. Phiên họp diễn ra theo hình thức trực tuyến giữa hai điểm cầu: Cơ sở chính tại Hà Nội và Chi nhánh Phía Nam tại TP. Hồ Chí Minh.

Quang cảnh buổi nghiệm thu tại Cơ sở chính.

Đồng chí Đại tá, TS. Phạm Duy Nam, Phó Tổng Giám đốc Trung tâm - Chủ tịch Hội đồng chủ trì phiên họp. Tham dự có các thành viên Hội đồng, đại diện cơ quan quản lý khoa học, đơn vị chủ trì và nhóm thực hiện đề tài.

Theo dự báo của Tổ chức Y tế Thế giới, dân số toàn cầu từ 60 tuổi trở lên sẽ đạt 2 tỷ người vào năm 2050. Quá trình già hóa dân số kéo theo sự gia tăng các bệnh lý về xương khớp, dẫn đến nhu cầu cao đối với các thiết bị cấy ghép chỉnh hình. Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị này đều được chế tạo từ kim loại và hợp kim, dễ bị ăn mòn, hao mòn và có nguy cơ gây độc tế bào hoặc phản ứng dị ứng. Để khắc phục những hạn chế này, nhiều phương pháp phủ bề mặt đã được nghiên cứu, bao gồm phun phủ plasma, mạ điện, sol-gel, lắng đọng hơi hóa học (CVD) và lắng đọng hơi vật lý (PVD). Trong đó, công nghệ PVD nổi bật nhờ khả năng phủ trên nhiều loại vật liệu khác nhau, không gây ô nhiễm môi trường, đồng thời cải thiện khả năng chống mài mòn, ăn mòn và tăng cường tính tương thích sinh học cho vật liệu cấy ghép.

Trong 15 năm gần đây, các thử nghiệm lâm sàng đã chứng minh rằng lớp phủ TiN (Titanium Nitride) và CrN (Chromium Nitride) có khả năng chống ăn mòn tốt, tương thích sinh học cao và đã được ứng dụng rộng rãi trên các chi tiết chế tạo từ thép không gỉ dùng trong phẫu thuật chỉnh hình, như vít, nẹp xương và khớp nhân tạo. Các công ty hàng đầu như Johnson & Johnson (Mỹ) và DOT (Đức) đã tiên phong trong việc sử dụng công nghệ bốc bay để phủ TiN, CrN lên nẹp vít xương. Các sản phẩm của họ hiện đã được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam và nhiều quốc gia khác. Tuy nhiên, khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng PVD phụ thuộc vào đặc điểm hình thái và khuyết tật của màng. Các lỗ hổng, hạt macro và cấu trúc cột có thể tạo điều kiện cho chất điện ly xâm nhập, gây ăn mòn cục bộ. Một giải pháp khả thi là sử dụng lớp phủ đa lớp, giúp giảm độ rỗng, ngăn chặn sự lan truyền vết nứt và hạn chế sự thẩm thấu của chất điện ly qua màng phủ.

Trên cơ sở đó, năm 2022, nhóm nghiên cứu thuộc Chi nhánh Phía Nam đã đề xuất phát triển lớp phủ đa lớp (Ti, Cr)N nhằm nâng cao khả năng chống ăn mòn và tương thích sinh học cho nẹp xương từ thép không gỉ. Tại buổi nghiệm thu, Trung tá, TS. Vũ Văn Huy thay mặt nhóm nghiên cứu báo cáo những kết quả chính đã đạt được. Cụ thể:

1. Làm chủ công nghệ chế tạo lớp phủ đa lớp đơn thành phần và đa lớp đa thành phần trên cơ sở (Ti, Cr)N với độ bám dính tốt và khả năng chống ăn mòn cao.

2. Hoàn thành các thử nghiệm in Vitro và in Vivo đánh giá khả năng tương thích sinh học của nẹp xương inox 316L được phủ màng bảo vệ đa lớp: Đánh giá độc tính của nẹp xương lên nguyên bào sợi chuột L929 theo tiêu chuẩn ISO 10993-5; Đánh giá tác động cục bộ sau cấy ghép của nẹp xương lên chuột theo tiêu chuẩn ISO 10993-6; Kiểm tra kích thích và nhạy cảm kiểu vi sai của nẹp xương lên chuột theo tiêu chuẩn ISO 10993-10; Kiểm tra độc tính gen của nẹp xương lên chuột theo tiêu chuẩn ISO 10993-3. Kết quả cho thấy nẹp xương phủ màng bảo vệ đều đạt tiêu chuẩn, không gây độc tính tế bào, kích thích da hay đột biến gen.

3. Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo lớp phủ đa lớp đơn thành phần TiN/Ti và lớp phủ đa lớp đa thành phần TiN/CrN/Ti lên nẹp xương từ thép không gỉ.

4. Công bố 01 bài báo khoa học trên tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, 02 bài báo trên tạp chí Tribology in Industry, đồng thời hướng dẫn 01 kỹ sư chuyên ngành Kim loại và hợp kim tại Trường Đại học Bách khoa/Đại học Quốc gia TPHCM bảo vệ đồ án tốt nghiệp.

Hình1. Nẹp xương inox 316L được phủ màng bảo vệ đa lớp.

Thành viên Hội đồng nhận xét, đánh giá.

Sau khi nghe báo cáo, các thành viên Hội đồng đã nhận xét, đánh giá và đặt câu hỏi để làm rõ các kết quả nghiên cứu. Đồng chí Chủ tịch Hội đồng thay mặt Hội đồng trình bày kết luận, trong đó đánh giá cao kết quả đề tài đã đạt được, sự nghiêm túc và tinh thần trách nhiệm của nhóm nghiên cứu trong quá trình triển khai thực hiện, khẳng định đề tài đã hoàn thành đầy đủ các nội dung theo kế hoạch, đáp ứng mục tiêu đề ra, đảm bảo số lượng và chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu theo đăng ký. Hội đồng nhất trí nghiệm thu đề tài với kết quả "Đạt", đồng thời đề nghị nhóm nghiên cứu hoàn thiện báo cáo tổng kết và các hồ sơ liên quan để trình Thủ trưởng Trung tâm phê duyệt theo quy định.

Hình 2. Vết mổ trên chuột lang theo thời gian sau ghi cấy ghép nẹp xương

Mẫu đối chứng: Nẹp xương inox 316L; Mẫu N4: Nẹp xương inox 316L phủ màng đa lớp đa thành phần TiN/CrN/Ti; Mẫu N7: Nẹp xương inox 316L phủ màng đa lớp đơn thành phần TiN/Ti.

Hình 3. Mẫu mô da và mẫu gan của chuột thử nghiệm sau 30 ngày cấy ghép nẹp xương.

Tin bài: Vũ Văn Huy (Phòng Độ bền Nhiệt đới/CNPN)