Nghiên cứu khả năng ứng dụng CD MOF trong lưu trữ thuốc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TƠN ANH MINH TRÍ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CD-MOF TRONG LƯU TRỮ THUỐC CHUYÊN NGÀNH: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC MÃ SỐ: 605275 LUẬN VĂN THẠC SĨ ` TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2014 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan Chữ ký ……………………………….…………………… Cán chấm nhận xét 1: Chữ ký ……………………………….…………………… Cán chấm nhận xét 2: Chữ ký ……………………………….……………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ :Truờng Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM Ngày……tháng 07 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TƠN ANH MINH TRÍ MSHV: 12050173 Ngày, tháng, năm sinh: 20/03/1988 Nơi sinh : TP Hồ Chí Minh Chun ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Mã số: I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CD-MOF TRONG LƯU TRỮ THUỐC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ THỊ HỒNG NHAN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Tp HCM, ngày tháng năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới cô PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan Cô hết lịng bảo, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tơi xin cám ơn thầy khoa Kỹ Thuật Hóa Học truyền đạt cho kiến thức quý báu khóa học, giúp tơi hồn thành kế hoạch học tập Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô, anh chị cán Bộ Mơn Kỹ Thuật Hóa Hữu Cơ tạo điều kiện sở vật chất dạy nhiệt tình để tơi thực thí nghiệm tốt Xin cám ơn bạn bè cao học quan tâm động viên tơi suốt q trình thực luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình ln tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập Tơn Anh Minh Trí ii TĨM TẮT Vật liệu khung hữu – kim loại (MOF) tạo thành từ cầu nối hữu tâm kim loại (làm điểm kết nối) Họ MOF có tính chất độc đáo có cấu trúc tinh thể, diện tích bề mặt riêng lớn, khung cấu trúc linh động, thay đổi kích thước, hình dạng lỗ xốp đa dạng nhóm chức hóa học bên lỗ xốp Nội dung đề tài hướng đến vật liệu có khả kiểm sốt khả lưu giữ thuốc Một số tính thú vị vật liệu khiến nhiều nhà khoa học quan tâm đến: độc tính thấp, khả phân hủy sinh học, thích nghi với nhiều thành phần cấu trúc Vật liệu CD-MOF xem có tiềm lĩnh vực tổng hợp từ βcyclodextrin NaOH, KOH theo phương pháp khuếch tán dung mơi Sau đó, vật liệu CD-MOF kiểm tra phương pháp: SEM, TEM, XRD, FT-IR, TGA, đường đẳng nhiệt khí Nitơ Kết cho thấy tổng hợp vật liệu có độ xốp cao Vitamin đưa vào CD-MOF để kiểm tra khả hấp phụ vật liệu iii ABSTRACT Metal-organic frameworks (MOFs) represent an extensive class of porous crystals in which organic struts link metal – containing clusters MOFs have attracted the attention of chemists and the materials scientists due to their interest characteristic: high surface area, large free cage volume, high thermal and chemical stability, tunable metrics, borganic functionality and porosity The success in controlling the functionality and structure of MOFs has led to numerous applications, most notably gas adsorption, storage of clean gas fuels, catalysis, separations and drug delivery Here in we report the highly adsorption of drug by CD-MOFs, a recently described green MOF synthesized from the renewable cyclic oligosaccharide β-cyclodextrin and NaOH, KOH by using solvent diffusion method Physical characterizations of the CD-MOF were achieved by powder X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscopy (TEM), thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared (FT-IR), and nitrogen physisorption measurements The results revealed that highly porous material was successfully synthesized Vitamins are included in the material to test their absorption capacity iv LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, luận văn cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn TP Hồ Chí Minh, ngày tháng Tác giả năm 2014 v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC BẢNG xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 VẬT LIỆU KHUNG HƯU CƠ – KIM LOẠI (MOF) 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Đặc tính MOF 1.2 ỨNG DỤNG 1.2.1 Hấp phụ, tách lưu trữ khí 1.2.2 Xúc tác 10 1.2.3 Dẫn truyền thuốc 11 1.2.3.1 Họ MIL (Vật liệu viện Lavoiser) 12 1.2.3.2 Phân hủy sinh học MOF điều trị 16 1.3 GIỚI THIỆU VỀ CYCLODEXTRINS VÀ CD-MOF 17 1.3.1 Cyclodextrin 17 1.3.2 CD-MOF 19 1.4 VITAMIN C 21 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 24 2.1 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 24 2.2 NGUYÊN LIỆU 24 vi 2.3 THIẾT BỊ SỬ DỤNG 25 2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 25 2.4.1 Tổng hợp CD-MOF 25 2.4.2 Ngoại quan 27 2.4.3 Độ tan vật liệu 27 2.4.4 Tính chất vật liệu 27 2.5 ỨNG DỤNG 29 2.5.1 Xác định nồng độ dung dịch I2/KI 29 2.5.2 Đặc tính CD-MOF hấp phụ vitamin C 29 2.5.3 Lượng Vitamin C hấp phụ vào vật liệu 30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 31 3.1 TỔNG HỢP CD-MOF 31 3.1.1 Tổng hợp CD-MOF-Na 31 3.1.2 Tổng hợp CD-MOF-K 33 3.2 ĐẶC TÍNH CỦA CD-MOF 35 3.2.1 Ngoại quan 35 3.2.1.1 Ngoại quan CD-MOF-Na 35 3.2.1.2 Ngoại quan CD-MOF-K 37 3.2.2 Độ tan 39 3.2.3 Quang phổ hồng ngoại (FT-IR) 40 3.2.4 Nhiễu xạ XRD (X-ray diffraction) 41 3.2.4.1 Nhiễu xạ XRD CD-MOF-Na 41 3.2.4.2 Nhiễu xạ XRD CD-MOF-K 44 3.2.5 Diện tích bề mặt khả hấp phụ khí 45 3.2.5.1 Diện tích bề mặt khả hấp phụ khí CD-MOF-Na 45 3.2.5.2 Diện tích bề mặt khả hấp phụ khí CD-MOF-K 47 3.2.6 Độ bền vật liệu 50 3.3 ỨNG DỤNG 52 70 [74] [75] [76] [77] [78] [79] M Z Slawin, et al., Angew Chem 122, pp 1-6., 2010 Degroot and H.R., "Fundam Clin Pharmacol " 12, pp 249–255., 1998 Read and M.A., "American Journal of Pathology," 147(2), pp 235–237, 1995 Ronald A Smaldone., et al., "Metal - Organic Frameworks from Edible Natural Products," pp 8630-8634, 2010 Bappaditya Gole., et al., "Electron rich porius extended framework as heterogenerous catalyst for Diels-Alder reaction," The Royal Society of Chemistry, p 16, 2013 Sun CY., et al., "Zeolitic Imidazolate framework-8 as efficient pH-sensitive drug delivery vehicle," Dalton Trans, 2012 71 PHỤ LỤC Phụ lục Kết thời gian hiệu suất tổng hợp vật liệu CD-MOF-Na Thời gian Thời gian bắt đầu kết (ngày) thúc(ngày) đầu (g) (g) 1:3 3.7650 2.4733 65.69 1:3 12 3.7667 1.9723 52.36 1:4 3.8853 1.7489 45.01 1:4 12 3.8852 1.9629 50.52 1:5 20 15 2.6713 1.7215 64.44 1:5 17 12 4.0051 2.3121 57.73 1:5 15 12 16.2090 8.5621 52.82 1:5 18 15 9.3522 5.9431 63.55 1:6 15 12 4.1241 1.6827 40.80 1:6 15 10 4.1271 2.6251 63.61 1:7 12 4.2515 2.5840 60.78 1:8 26 20 4.36653 1.9241 44.08 1:9 26 20 2.9899 1.98365 66.34 1:10 10 4.6282 1.9507 42.15 1:10 23 20 4.6045 1.9802 43.01 1:11 26 20 3.7253 1.3930 37.39 Tỉ lệ (g/g) Khối Khối lượng ban lượng sau Hiệu suất(%) 72 Phụ lục Tỷ lệ hấp phụ Vitamin C CD-MOF-Na với nồng độ dung dịch 0.0101 M Xác định nồng độ dung dịch KI/I2 CNa2S2O3; N VNa2S2O3; mL 0.1 VI2 ; mL CI2 ; N 13.7 0.5 CI2 ; M 0.0037 13.6 0.0018 Xác định nồng độ Vitamin C CI2 ; M VI2 ; mL VVitC ; mL 2.8 0.0018 CVitC ;M 0.5 2.7 0.0101 Xác định độ bền Vitamin C Thời gian, 24 48 72 96 120 V I2, mL 2.7 2.7 2.6 2.4 2.5 2.4 2.8 2.6 2.6 2.5 2.4 2.4 0.0101 0.0097 0.0095 0.0090 0.0090 0.0088 CVitCph Lượng Vitamin hấp phụ vào vật liệu CD-MOF-Na Tỉ mMOF VI2/KI,mL m VitC/CD-MOF lệ g 24 48 72 96 120 24 48 72 96 120 giờ giờ giờ giờ giờ giờ 1.7 1.2 0.9 0.8 0.8 0.3516 0.5275 0.6056 0.6447 0.6252 0.5470 0.9768 1.0940 1.2503 1.2503 0.3516 1.3480 1.4652 1.6410 1.6410 1:1 0.1650 2.8 2.7 1.8 1.3 0.9 0.8 0.8 2:1 0.0825 2.8 1.9 1.4 1.0 0.9 0.8 2.7 2.0 1.3 1.1 0.8 0.8 2.8 2.3 1.4 1.2 1.0 1.0 2.7 2.4 1.5 1.2 1.1 1.0 3:1 0.0550 73 Phụ lục Tỷ lệ hấp phụ Vitamin C CD-MOF-Na với nồng độ dung dịch 0.0151 M Xác định nồng độ dung dịch KI/I2 CNa2S2O3; N VNa2S2O3; ml 0.1 VI2 ; ml CI2 ; N 8.9 0.5 CI2 ; M 0.0056 0.0028 Xác định nồng độ Vitamin C CI2 ; M VI2 ; ml VVitC ; ml 2.7 0.0028 CVitC ;M 0.5 2.7 0.0151 Xác định độ bền Vitamin C 24 48 72 96 120 2.7 2.6 2.5 2.4 2.4 2.4 2.7 2.6 2.6 2.5 2.4 2.4 0.0151 0.0145 0.0142 0.0137 0.0134 0.0134 Thời gian, V I2, mL CVitCph Lượng Vitamin hấp phụ vào vật liệu CD-MOF-Na Tỉ mMOF lệ g 1:1 2:1 3:1 0.2598 0.1299 0.0866 VI2/KI,mL m VitC/CD-MOF 24 48 72 96 120 24 48 72 96 120 giờ giờ giờ giờ giờ giờ 27 1.4 1.1 0.9 0.9 0.8 0.4352 0.5488 0.5866 0.5866 0.6055 2.7 1.5 1.1 0.9 0.8 0.8 2.7 1.3 1.2 1.0 0.9 0.8 0.9462 1.0218 1.0975 1.1732 1.2111 2.7 1.4 1.2 1.1 0.8 0.8 2.7 1.5 1.3 1.1 1.0 1.1 1.2489 1.4760 1.5328 1.5328 1.5328 1.5 1.2 1.1 1.1 1.0 2.7 74 Phụ lục Tỷ lệ hấp phụ Vitamin C CD-MOF-Na với nồng độ dung dịch 0.0201 M Xác định nồng độ dung dịch KI/I2 CNa2S2O3; N VNa2S2O3; mL 0.1 0.5 VI2 ; mL 5.3 5.4 CI2 ; N CI2 ; M 0.0093 0.0047 Xác định nồng độ Vitamin C CI2 ; M VI2 ; mL VVitC ; mL CVitC ;M 1.0 0.0201 4.3 0.0047 4.3 Xác định độ bền Vitamin C Thời gian, 24 48 72 96 120 V I2, mL 4.3 4.3 4.2 4.2 4.1 4.1 4.3 4.2 4.2 4.1 4.1 0.0201 0.0199 0.0196 0.0194 0.0192 0.0189 CVitCph Lượng Vitamin hấp phụ vào vật liệu CD-MOF-Na Tỉ mMOF lệ g V I2/KI,mL m VitC/CD-MOF 24 48 72 96 120 24 48 72 96 120 giờ giờ giờ giờ giờ giờ 3.4 2.7 2.5 2.0 2.0 0.2154 0.3905 0.4443 0.5521 0.5521 0.2693 0.4309 0.6463 0.8887 0.8517 0.3232 0.4847 0.8887 1.0906 1.1310 1:1 0.3054 4.3 4.3 3.5 2.8 2.5 2.1 2.0 2:1 0.1527 4.3 3.7 3.4 2.9 2.4 2.4 4.3 3.8 3.4 3.0 2.5 2.5 4.3 3.9 3.6 3.0 2.7 2.6 4.3 3.8 3.6 3.1 2.8 2.7 3:1 0.1018 75 Phụ lục Nhiễu xạ XRD CD-MOF-Na tỉ lệ CD:NaOH 1:5 lần 76 Phụ lục Nhiễu xạ XRD CD-MOF-Na tỉ lệ CD:NaOH 1:5 lần 77 Phụ lục Nhiễu xạ XRD CD-MOF tỉ lệ CD:NaOH 1:5 lần 78 Phụ lục Nhiễu xạ XRD CD-MOF-Na tỉ lệ CD:NaOH 1:5 lần 79 Phụ lục FT-IR β-cyclodextrin tỉ lệ CD:NaOH 1:5 80 Phụ lục 10 FT-IR CD-MOF-Na tại tỉ lệ CD:NaOH 1:5 81 Phụ lục 11 FT-IR CD-MOF-Na hấp phụ Vitamin C tỉ lệ CD:NaOH 1:5 82 Phụ lục 12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Nitơ CD-MOF-Na tỉ lệ CD:NaOH 1:5 83 Phụ lục 13 TGA/DTA CD-MOF-Na tỉ lệ CD:NaOH 1:5 Phụ lục 14 TGA/DTA CD-MOF-Na tỉ lệ CD:NaOH 1:5 84 Phụ lục 15 TGA/DTA CD-MOF-Na hấp phụ Vitamin C tỉ lệ CD:NaOH 1:5 ... mẫu CD- MOF- 1(a); tổng hợp mẫu CD- MOF- 2(b); mẫu hoạt hóa CD- MOF- 1(c) mẫu hoạt hố CD- MOF- 2(d) Sự ổn định mẫu tổng hợp CD- MOF- 1 CD- MOF- 2 kiểm tra phân tích nhiệt (TGA) điều kiện oxy hóa Việc lưu. .. thu CD- MOF- Na tỉ lệ CD: NaOH khác 32 Hình 3.2 Hiệu suất thu CD- MOF- Na tỉ lệ CD: NaOH 1:5 33 Hình 3.3 Hiệu suất thu CD- MOF- K tỉ lệ CD: NaOH 1:7 1:8 34 Hình 3.4 Hình ảnh CD- MOF- Na tỉ lệ CD: NaOH... CD- MOF- K 48 Hình 3.20 Sự phân bố kích thước lỗ rỗng CD- MOF- K 49 Hình 3.21 TGA/DTA CD- MOF- Na tỉ lệ CD: NaOH 1:5 50 Hình 3.22 TGA/DTA CD- MOF- K 51 Hình 3.23 TGA CD- MOF- Na CD- MOF- Na