Kết quả là dung dịch polymer được tăng tốc đập vào bảng thu sợi và hình thành một sợi mỏng với bán kính từ micromet đến nanomet[1], khi sợi di chuyển trong khoảng không giữa các điện cực
TỔNG QUAN
PHƯƠNG PHÁP ELECTROSPINNING
Electrospinning là một kỹ thuật kéo sợi từ polymer dung dịch hoặc polymer nóng chảy bằng cách sử dụng lực tĩnh điện (điện trường) Sợi Electrospun có đường kính rất nhỏ (từ nanomet đến micromet) so với quá trình kéo sợi thông thường ( kéo sợi nóng chảy, kéo sợi dung dịch, …)
1.1.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp Electrospinning 1.1.2.1 Nguyên tắc tạo sợi:
Khi đặt điện áp cao vào giữa đầu phun và bảng thu sợi (được nối đất) sẽ làm xuất hiện một điện trường lớn Dòng điện I tạo ra rất nhỏ làm đầu phun bị nhiễm điện Do đó dung dịch polymer khi đi qua đầu phun này cũng sẽ bị nhiễm điện và các hạt mang điện được gia tốc bởi điện trường, phun ra dung dịch polymer chuyển động theo chiều của điện trường tạo thành ở trên Kết quả là dung dịch polymer được tăng tốc đập vào bảng thu sợi và hình thành một sợi mỏng với bán kính từ micromet đến nanomet[1], khi sợi di chuyển trong khoảng không giữa các điện cực, dung môi bốc hơi một phần và polymer hóa rắn ở dạng sợi, các sợi này sắp xếp trên bề mặt điện cực thành lớp
Có ít nhất hai yếu tố quan trọng trong phương pháp Electrospinning của các dung dịch polymer:
Yếu tố thứ nhất: dung môi bay hơi làm bán kính của sợi thu được trên bảng điện cực nhỏ hơn bán kính của sợi ban đầu
Yếu tố thứ hai: “tính phi Newton” của dung dịch
1.1.2.2 Các đặc tính quan trọng trong phương pháp Electrospinning
Dung môi phải thích hợp để có thể hòa tan được polymer
Áp suất hơi của dung môi phải thích hợp để bay hơi nhanh giúp cho sợi giữ nguyên được bản chất nhưng đồng thời cũng không bay hơi quá nhanh để sợi không bị cứng lại trước khi đạt kích thước nano
Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung môi cũng không quá lớn ngăn cản hình thành tia polymer nhưng cũng không quá nhỏ để cho dung dịch polymer chảy ra hết khỏi đầu phun
Việc cung cấp năng lượng (điện trường) cần được đầy đủ để đạt được độ nhớt và sức căng bề mặt của dung dịch polymer một cách tốt nhất giúp cho việc hình thành và duy trì tia polymer từ đầu phun
Khoảng cách giữa đầu phun và bản cực không nên quá nhỏ tạo tia lửa điện giữa hai điện cực và phải đủ lớn để cho dung môi bay hơi hết trong quá trình sợi hình thành để tránh trường hợp sợi bị bết lại trên bảng cực
1.1.3 Thiết bị Electrospinning 1.1.3.1 Cấu tạo hệ thống Electrospinning
Cấu tạo gồm ba phần:
Máy biến áp (high voltage supply): điện áp tối đa 24kV, máy biến áp dùng để tạo điện trường E lớn giữa đầu kim và bảng điện cực nhận
Bảng điện cực nhận (collector): là nơi sợi sau khi phun sẽ bám vào
Hệ thống phun dung dịch bao gồm thiết bị truyền lực (syringe), đầu kim (needle), máy bơm vi lượng (pump)
Hình 1.1 Sơ đồ thiết bị Electrospining
Hệ thống phun cung cấp dung dịch polymer tạo thành giọt polymer trên đầu kim tiêm, điện trường E tạo lực đẩy Coulomb lên các phân tử trong giọt polymer, lực đẩy này cùng hướng với điện trường, khi lực đẩy Coulumb lớn hơn sức căng bề mặt của giọt polymer thì các phân tử trên bề mặt giọt sẽ bị đẩy ra và hướng về phía bảng phân cực và tạo thành sợi
1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sợi thu được từ phương pháp Electrospinning
Theo các nghiên cứu về phương pháp Electrospinning, đường kính sợi chịu ảnh hưởng của 3 yếu tố chính sau:
Tính chất của dung dịch polymer và hệ dung môi : nồng độ, độ dẫn điện, sức căng bề mặt, độ bay hơi,
Điều kiện thực hiện phương pháp Electrospinning: điện áp đặt vào, tốc độ phun, khoảng cách đầu phun và đĩa cực nhận
Yếu tố khách quan: nhiệt độ, độ ẩm tương đối,…
Hình 1.2 Hình ảnh biểu thị các yếu tố chính đến kích thước sợi Electrospun
1.1.4.1.Ảnh hưởng của tính chất dung dịch polymer và hệ dung môi a Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch polymer
Khi tăng nồng độ polymer thì đường kính sợi d (nm) tăng.[2]
Nồng độ của dung dịch polymer có liên hệ với độ nhớt Khi nồng độ của dung dịch tăng thì độ nhớt cũng tăng theo và ngược lại Khi độ nhớt thay đổi thì đường kính sợi sẽ thay đổi Độ nhớt tối thiểu cần thiết tương ứng với một số giá trị của C > C* trong dung dịch và thay đổi theo trọng lượng phân tử của polymer cũng như tính chất của các dung môi được sử dụng Việc điều chỉnh độ nhớt có thể thay đổi bằng cách thay đổi nồng độ polymer hoặc thay đổi thành phần dung môi ở nồng độ không đổi
Ví dụ: độ nhớt của dung dịch 13% trọng lượng Polystyrene (PS) có thể được thay đổi từ 42 cPs đến 48 cPs bằng cách chỉ thay đổi thành phần của hệ dung môi 2 thành phần [3].Các polymer liên hợp Poly(p-phenylene vinylene) trong dung môi
Etanol/DMF, độ nhớt cao hơn khi hòa tan trong dung môi chỉ có Etanol ở nồng độ tương tự
Dung dịch với nồng độ chất rắn cao không chỉ cản trở quá trình hình thành sợi (tạo sự bất ổn định của tia polymer hoặc có thể gây tắc nghẽn đầu kim) mà còn làm cho sợi nano dày hơn, ngoài ra còn làm cho dung dịch polymer khó bơm do có độ nhớt cao [4] Quá trình kéo sợi từ các dung dịch như vậy có thể không đồng đều và có thể tạo một điện tích tương đối nhỏ trên đĩa cực nhận (collector) [2,3]
Ví dụ: Các logarit của đường kính sợi nano tăng theo nồng độ của Polyacrylonitrile (PAN) trong dung môi Dimethylformamide (DMF)
Hỡnh 1.3 Sự phụ thuộc của sợi cú đường kớnh trung bỡnh (àm) vào nồng độ mẫu Poly(methyl methacrylate) (PMMA) trong dung môi Dimethylformamide (DMF)
Hình 1.4 Mối quan hệ giữa đường kính sợi vào nồng độ với các giá trị khác nhau của điện trường [5] b Ảnh hưởng của dung môi
Trong phương pháp Electrospinning, dung môi đóng vai trò vô cùng quan trọng
Việc chọn lựa dung môi cho phương pháp phải thỏa mãn các yếu tố sau:
Dung môi sử dụng phải thích hợp để có thể hòa tan được polymer
Áp suất hơi của dung môi phải thích hợp để bay hơi nhanh giúp cho sợi giữ nguyên được bản chất nhưng cũng không bay hơi quá nhanh để sợi không bị cứng lại trước khi đạt được kích thước nano
Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung môi không quá lớn để ngăn không cho tia polymer định hình nhưng cũng không quá nhỏ để dung dịch polymer chảy ra hết khỏi đầu phun
Bốn đặc tính quan trọng của các dung môi ảnh hưởng đến đặc tính dung dịch trong Electrospinning: độ dẫn điện, sức căng bề mặt, tính chất điện môi, tính dễ bay hơi
Bảng 1.1 Những dung môi phổ biến dùng trong phương pháp Electrospinning
Dung môi ρ(g/cm3) TC Hằng số điện môi γ(mN/m)b Η
Ethanol 0,785 78 24,6 22 1,1 c Ảnh hưởng của điện dẫn xuất
Khi độ dẫn điện của dung môi cao thì sợi nano sẽ có đường kính trung bình nhỏ hơn
Dung môi có độ dẫn điện thấp có thể sẽ không thực hiện được phương pháp Electrospinning Tuy nhiên trong quá trình hòa tan một polymer trong dung môi, độ dẫn điện của dung dịch thường tăng do sự xuất hiện của các ion lạ, chủ yếu là từ các tạp chất hoặc các chất phụ gia có sẵn trong polymer Nồng độ polymer trong dung dịch tăng, độ dẫn điện vẫn có thể giảm nếu trong polymer có ít tạp chất [6], tuy nhiên cũng có trường hợp polymer tự xúc tác quá trình ion hóa như với Polyelectrolytes, dung môi sẽ dẫn điện cao hơn nhiều và phụ thuộc vào nồng độ [7]
Dung môi dẫn điện bởi loại ion ngẫu nhiên trong dung dịch có thể không đủ để electrospun thành sợi mịn liên tục Trong trường hợp này một số phụ gia có thể được thêm vào dung dịch để tăng tính đẫn điện Ngoài ra có thể thêm vào muối vô cơ như NaCl
Hình 1.5: Sự thay đổi đường kính trung bình sợi nano PLGA copolymer (LA:GA là 50:
50) dung môi CHCl3 (nồng độ dung dịch 15wt%) khi bổ sung thêm Clorua Benzyl
Ammonium Triethyl (BTEAC) [8] c Ảnh hưởng của sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt là lực chính chống lại lực đẩy Coulomb trong phương pháp Electrospinning
SỢI NANO – MICRO ELECTROSPUN
Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các nhà nghiên cứu sợi nano đã có thể điều khiển được hình thái sợi cũng như đường kính sợi theo mong muốn của mình
Những phát triển này đã tạo nhiều cơ hội để ứng dụng sợi nano vào các lĩnh vực trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cũng như sản xuất hay nghiên cứu…Hình bên dưới cho thấy tỉ lệ các ứng dụng của vật liệu nano polymer Những ứng dụng rộng rãi của sợi nano-micro polymer Electrospun làm phát triển nhiều hướng mới trong nghiên cứu vật liệu mới, vật liệu tiên tiến, vật liệu thông minh đặc biệt là trong y học
Hình 1.14 Một số ứng dụng của sợi Electrospun
1.2.2 Ứng dụng của sợi nano-micro Electrospun trong y học 1.2.2.1.Bioscaffold
Hiện nay việc sử dụng sợi nano polymer Electrospun để tạo cấu trúc scaffold sử dụng trong y học là một trong những lĩnh vực thu hút sự quan tâm nhiều nhất Sợi nano polymer Electrospun có diện tích bề mặt lớn cộng với cấu trúc lỗ xốp khi tạo thành scaffold, tạo điều kiện rất thuận lợi cho các tế bào bám vào và phát triển, những scaffold tạo thành từ sợi nano polymer Electrospun thường được ứng dụng trong lĩnh vực chế tạo giá thể (khung đỡ) cho mô phát triển như là chế tạo xương nhân tạo, sụn, dây chằng, da, mạch máu
Một số polymer tự nhiên và nhân tạo thường được sử dụng chế tạo sợi nano là:
Colagen, Gelatin, Chitosan, HA, Silk fibroin, PLA, PU, PCL, PLGA, PEV, and PLLA- CL.[22]
Thuốc khi uống vào cơ thể sẽ được hấp thụ qua màng ruột vào các nơi bị bệnh Sau một khoảng thời gian uống, thuốc tan, lượng thuốc vào cơ thể không đều theo từng giai đoạn: khoảng thời gian đầu lượng thuốc đi vào cơ thể nhiều đến mức không cần thiết có thể gây phản ứng phụ, khoảng thời gian sau lượng thuốc cung cấp lại thiếu, hoặc lượng thuốc phân tán vào các vị trí không bị bệnh Để khắc phục vấn đề trên các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạo những vật liệu có khả năng mang và phân phối thuốc đó là Hydrogel và Micell, sự ra đời của các loại vật liệu này đã cải thiện được khả năng phân phối thuốc trong quá trình điều trị Tuy nhiên, vẫn tồn tại vấn đề là khó điều khiển hàm lượng thuốc đưa vào vật liệu và tốc độ nhả thuốc
Chính vì lý do đó hiện nay các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu cải thiện bằng cách sử dụng sợi nano polymer có khả năng mang thuốc Thành phần của thuốc được trộn với dung dịch polymer và được kéo thành sợi bằng phương pháp Electrospinning.[23]
1.2.2.3.Băng vết thương (Wound Dressing)
Wound Dressing hỗ trợ chữa da bị thương do bỏng hoặc chấn thương Các nghiên cứu cho thấy màng sợi nano thể hiện tiềm năng trong việc băng vết thương Màng phải đảm bảo rằng ở bề mặt vết thương ướt không còn bất kỳ sự tích tụ chất lỏng Điều trị vết thương với màng sợi nano Eletrospun có thể đáp ứng các yêu cầu như thấm khí cao hơn, bảo vệ vết thương khỏi bị nhiễm trùng và mất nước Mục tiêu của Wound Dressing tạo ra một cấu trúc lý tưởng, có độ xốp cao và che chắn tốt Để đạt được mục tiêu này, vật liệu làm Wound Dressing phải được lựa chọn cẩn thận, cấu trúc được kiểm soát để đạt tính rào cản và độ thấm oxy tốt; điều này giúp tăng lớp biểu mô và hạ bì cũng sắp xếp tại màng sợi nano Electrospun, khiến vết thương mau lành Wound Dressing kiểm soát lượng nước bay hơi, thẩm thấu dưỡng khí và khả năng thoát dịch do lỗ xốp của màng sợi nano Các vật liệu mô tả ở đây là sẽ hỗ trợ tính chất của các polyme tự nhiên và tổng hợp để cung cấp một nền tảng tốt nhất cho quá trình điều trị Polycaprolactone (PCL) sẽ thay thế các vật liệu cấy ghép trong việc điều trị các mô bằng lớp Collagen, ngoài ra còn cải thiện tính chất kết dính do PCL và sợi nano Collagen có cấu trúc bề mặt lớn nên diện tích bề mặt lớn qua đó tăng khả năng bắt dính Lớp Wound Dressing được yêu cầu phải duy trì trong một thời gian nhưng không gây ảnh hưởng không gian tái tạo mô mới ở vết thương Nghiên cứu sự tương tác tế bào chứng minh chất kết dính trong sợi nano Collagen di chuyển cho thấy hình thái tương tự để thay thế da Collagen tổng hợp bởi nguyên bào bằng cách tăng cường các chất kết dính Keratinocytes với bề mặt của lớp hạ bì nhân tạo trong môi trường huyết thanh tự do Có ý kiến rằng sự hiện diện của các nguyên bào sợi xâm nhập vào mô vết thương bằng cách tạo mô da mới sớm bởi vì các nguyên bào sợi trên lớp hạ bì nhân tạo có thể giải phóng chất Cytokine hoạt động sinh học Các nguyên bào sợi trên da thấm chất kết dính thông qua các khe hở trong cấu trúc electrospun bởi sợi định hướng khác nhau Khi các tế bào sử dụng di động theo kiểu amide để di chuyển qua các lỗ chân lông, tế bào có thể đẩy các sợi xung quanh sang một bên để mở rộng lỗ như sợi nhỏ chịu lực cản nhỏ để di chuyển tế bào Cấu trúc linh động này của các sợi làm cho các tế bào điều chỉnh theo kích thước khe hở và phát triển thành các chất kết dính sợi nano để tạo thành một lớp da mới, chữa lành vết thương Các sợi nano đã được nuôi cấy nguyên bào sợi da duy trì môi trường ẩm ướt trên bề mặt vết thương thúc đẩy làm mau lành vết thương.[23]
GIỚI THIỆU VỀ CURCUMIN
Curcumin được chiết tách chủ yếu trong thân rễ của cây nghệ,trong đó nguồn thu curcumin phổ biến nhất là giống nghệ vàng Curcuma Longa Linn – thuộc họ gừng có nguồn gốc từ Ấn Độ [24]
Nghệ chứa nhiều thành phần khác nhau : Curcumin, Demethoxy Curcumin,
Bisdemethoxy Curcumin, Zingibernce, Curcumenol, Curcumol, Turmerin, Eugenol,… nhưng đáng chú ý nhất là ba thành phần Curcumin (Curcumin 1), Demethoxy Curcumin (Curcumin 2), Bisdemethoxy Curcumin (Curcumin 3), là đồng phân của nhau với tên gọi chung là Curcumin, có hoạt tính sinh học cao, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực thực phẩm , mỹ phẩm và y học
Trong nghệ thì Curcumin chiếm 50-60 % là Curcumin 1, 20-30 % Curcumin 2, Curcumin 3 chiếm từ 7-20 %, tùy loại nguyên liệu và điều kiện chiết tách [25]
1,7-Bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1,6diene-3,5-dione diferuloymethane ( C21H20O6) (1)
1-(4-Hydroxyphenyl)-7-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5- dione=p-hydroxycinnamoyferuloymethane (C20H18O5) (2)
1,7-Bis-(4-hydroxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione = p,p- dihidroxydicinnamoylmethane (C19H16O4) (3)
1.3.2 Tính chất vật lý Curcumin là những tinh thể màu vàng cam, có điểm nóng chảy ở 183C Độ tan: không tan trong nước, Ether nhưng tan tốt trong Etanol, Chloroform, Dimethylsulfoxide(DMSO), Acetone,…
Bước sóng hấp thu cực đại (λmax): trong Etanol là 425 nm, trong Acetone là 415 - 420 nm, trong Metanol là 430 nm Độ bền: Curcumin bền trong môi trường pH acid nhưng không bền trong môi trường pH kiềm
Curcumin chứa nhóm liên kết đôi, nhóm Keto, nhóm Parahydroxyl nên Curcumin có thể tham gia nhiều phản ứng như: phản ứng cộng H2, phản ứng tạo phức với kim loại, phản ứng thủy phân, phản ứng với gốc tự do,…trong đề tài này ta quan tâm nhiều đến quá trình điện ly, phân hủy của Curcumin
1.3.3.1 Quá trình điện ly theo pH
Curcumin không tan trong môi trường nước ở pH acid và trung tính nhưng tan tốt ở pH kiềm [24] Nghiên cứu bằng kỹ thuật HPLC cho kết quả điện ly theo pH của Curcumin như sau:
Hình 1.16 Dạng ion của curcumin theo pH
1.3.3.2 Phản ứng phân hủy a Phân hủy trong môi trường kiềm
Curcumin tương đối bền trong môi trường acid nhưng lại bị phân hủy nhanh chóng trong môi trường kiềm [24] Ở pH = 8,5, chỉ sau 5 phút Curcumin đã bắt đầu phân hủy thành Ferulic Acid và Feruloylmethane Sau đó, Feruloylmethane còn bị phân hủy thành Vanillin và Acetone
Erika Pfeiffer và cộng sự [25] nghiên cứu sự phân huỷ của các thành phần Curcuminoid trong hệ đệm Phosphate pH = 7,4 ở 37C trong điều kiện có và không có huyết thanh bào thai bò Kết quả cho thấy Curcuminoid phân huỷ nhanh chóng trong điều kiện không có huyết thanh (phân huỷ 90% trong 12 giờ ủ) và Curcuminoid ổn định hơn trong điều kiện có huyết thanh Độ bền của các dẫn xuất Curcuminoid là khác nhau, kém bền nhất là Curcumin, tiếp đến là Demethoxycurcumin và Bisdemethoxycurcumin
Các Curcuminoid này bị phân huỷ tạo thành Vanilin, Ferulic Acid, Feruolymethane và Trans-6-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-2,4-dioxo-5-hexenal
Nghiên cứu của Ying Jan Wang và cộng sự [26] cũng cho thấy 90%
Curcumin bị phân huỷ sau 30 phút trong môi trường đệm Phosphate pH = 7,2 ở 37C
Hình 1.17 Sự phân hủy của Curcumin b Phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng
Curcumin không bền ánh sáng, đặc biệt ở trạng thái dung dịch Khi tiếp xúc với ánh sáng, Curcumin bị phân huỷ ngay cả ở dạng rắn và bị phân huỷ nhanh hơn khi ở trạng thái dung dịch Sản phẩm phân hủy là Vanillin, Vanillic Acid, Ferulic Aldehyde, Ferulic Acid Curcumin có thể bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng ngay cả khi có mặt oxi và không oxi
Không có oxi, Curcumin có thể bị vòng hóa
Khi có mặt oxi và ánh sáng, Curcumin phân huỷ tạo thành 4-Vinylguaialcol và Anilin
1.3.4 Tính chất dược lý của Curcumin
Curcumin có giá trị hoạt tính sinh học cao là do trong công thức cấu tạo của Curcumin có các nhóm hoạt tính sau:
Nhóm Parahydroxyl: hoạt tính chống oxy hoá (1)
Nhóm Keto: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào (2)
Nhóm liên kết đôi: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào (3)
Hình 1.18 Phân bố các nhóm chức
Curcumin có hoạt tính sinh học chủ yếu như kháng oxy hóa [27], kháng virus, kháng nấm [28] và có thành phần dùng để trị liệu bệnh ung thư [29-31] Những nghiên cứu trong những năm gần đây đã chỉ ra thêm rằng Curcumin làm giảm Cholesterol trong máu, hạn chế sự đông kết tiểu cầu, ngăn chặn sự nghẽn mạch và nhồi máu cơ tim [32], hạn chế các triệu chứng của bệnh đái tháo đường loại II, viêm khớp mãn tính ,bệnh đa xơ cứng, bệnh Alzheimer, ức chế sự tái tạo của virus HIV, nâng cao việc điều trị vết thương, bảo vệ khỏi tổn thương gan, tăng sự bài tiết của mật[33-36] Trong luận văn này, quan tâm đến khả năng kháng viêm của Curcumin Viêm nhiễm là một chuỗi phản ứng của cơ thể chống lại sự tổn thương mô Phản ứng này cần thiết cho quá trình bắt đầu lành vết thương, tuy nhiên lại gây ra sự đau đớn kết hợp nổi đỏ và phồng vết thương
Khi bị viêm nhiễm cơ thể sản sinh ra một chất giống Hormone là Arachidonic Acid, dưới tác dụng của Enzyme, Acid này sẽ chuyển hoá thành các hợp chất gây viêm: Leukotriene (làm tăng khả năng thẩm tháu qua mạch, làm gây trương phồng mô), Prostaglandin (gây mẩn đỏ, trương phồng, đau nhức vết thương), Curcumin có tác dụng ức chế các Enzyme gây viêm cũng như Cyclooxygenase và Lipoxygenase và giảm giải phóng các Cytokines như Interleukin-8, bạch cầu đơn nhân, đại thực bào[37] Theo nghiên cứu của Đại học Dược khoa Ấn Độ, Curcumin có hoạt tính kháng viêm rất mạnh, có thể tiêu diệt các gốc tự do xấu nhất như các gốc tự do thuộc nhóm Superoxide Ngoài ra, khi dùng với liều cao, Curcumin sẽ kích thích tuyến thượng thận bài tiết Cortisone, mà Cortisone là chất có hiệu lực rất mạnh để ức chế phản ứng viêm
Curcumin có tác dụng giống Aspirin nhưng tốt hơn Aspirin khi sử dụng cho những người bị nghẽn huyết khối mạch máu, viêm khớp
Ngoài ra, Curcumin cũng được chứng minh là không có tính độc cho dù sử dụng liều cao Có nhiều nghiên cứu về hàm lượng và liều dùng của Curcumin, theo đó hàm lượng Curcumin cao nhất mà cơ thể người có thể hấp thu là 12000mg/ngày, trung bình từ 4000-8000 mg/ngày [38].
POLYCAPROLACTONE (PCL)
Polycaprolactone (PCL) là một Polyester mạch thẳng với thành phần là những đơn vị Hexanoate Đây là một polymer bán kết tinh với mức độ kết tinh đạt 69% Tính chất vật lý, nhiệt và cơ học của PCL phụ thuộc vào khối lượng phân tử và mức độ kết tính
Khoảng giá trị tính chất được trình bày dưới đây [39]
Hình1.19 Polycaprolactone Bảng 1.5 Thông số tính chất của Polycaprolactone
Khối lượng phân tử trung bình số (Mn/g mol-1) 530 – 630000
Nhiệt độ chuyển thủy tinh ( Tg/C) -65 – -60
Nhiệt độ nóng chảy ( Tm/C) 56 – 65
Intrinsic viscosity (/cm3 g-1) 0,9 Độ bền kéo (/Mpa) 4 – 785
Modul Young (E/GPA) 0,21 – 0,44 Độ giãn dài đứt (/%) 20 – 1000
Tại nhiệt độ phòng, PCL tan rất tốt trong Chloroform, Dichloromethane, Carbon
Tetrachloride, Benzene, Toluene, Cyclohexanone và 2-Nitropropane; hòa tan bình thường trong Acetone, 2-Butanone, Ethyl Acetate, Dimethylformamide và Acetonitrile; không tan trong Alcohol, Petroleum Ether, Diethylether và nước PCL thể hiện những tính chất rất tốt khi trộn hợp với khá nhiều loại polymers (như Poly(Vinyl Chloride), Poly(Styrene-Acrylonitrile), Poly(Acrylonitrile Butadiene Styrene), Poly(Bisphenol-A), và một số loại như Polycarbonates, Nitrocellulose và Cellulose Butyrate), và thể hiện tương hợp cơ học với các loại (Polyethylene, Polypropylene, cao su thiên nhiên, Poly(Vinyl Acetate) và Poly(Ethylene-Propylene) cao su)
PCL phân hủy trong khoảng vài tháng đến vài năm tùy thuộc vào trọng lượng phân tử, mức độ kết tinh của polymer, và điều kiện phân hủy Một vài vi khuẩn trong tự nhiên cho khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn với PCL Pha vô định hình sẽ phân hủy trước, kết quả là sẽ làm tăng mức độ thủy tinh hóa trong khi khối lượng phân tử còn lại là hằng số Sau đó, quá trình gãy liên kết Ester dẫn đến sự mất mát khối lượng Ở nhiệt độ cao polymer phân hủy bởi sự cắt chuỗi ở những đoạn cuối, trong khi tại nhiệt độ thấp thì sự cắt chuỗi là ngẫu nhiên Sự phân hủy PCL được xúc tác tự nhiên với Acid Carboxylic tự do trong suốt quá trình thủy phân nhưng cũng có thể bị xúc tác bởi Enzymes, kết quả là đẩy nhanh sự phân hủy Trong khi PCL bị phân hủy bởi Enzyme ngay tại môi trường
Hình 1.20 Sự phân hủy của Polycaprolactone
1.4.1 Phản ứng trùng ngưng để tạo polymer
Một số lượng tài liệu mô tả việc tạo Polyester mạch thẳng từ Hydroxycarboxylic Acid Quá trình tổng hợp Oligomer PCL bằng phản ứng trùng ngưng của 6- Hydroxyhexanoic Acid dưới áp suất chân không cùng lúc với quá trình loại nước trong suốt quá trình phản ứng và theo quá trình dịch chuyển cân bằng sẽ hình thành polymer
Phản ứng diễn ra không cần thêm xúc tác và hoàn thành trong 6h tại nhiệt độ tăng từ 80 – 150C
Phản ứng trùng ngưng của 6-Hydrocaproic Acid sử dụng Enzym Lipase từ Candida
Antarctica dưới áp suất chân không thu được polymer với trọng lượng phân tử trung bình khoảng 9000 g/mol -1 Khi sử dụng Enzym Lipase từ Pseudomonas tại nhiệt độ 45C để polymer hóa với Ethyl 6-Hydroxyhexanoate thu được polymer có trọng lượng phân tử 5400 g/mol -1 , Etanol là sản phẩm phụ, ảnh hưởng đến cân bằng nhưng không lấy ra được dưới áp suất chân không
Chỉ một vài bài báo mô tả chi tiết quá trình tổng hợp PCL bằng phản ứng trùng ngưng Nhưng phản ứng mở vòng sẽ cho polymer với trọng lượng phân tử cao Với những kết quả như vậy, phản ứng mở vòng thích hợp để tổng hợp PCL
1.4.2 Phản ứng mở vòng (ROP polymerisation)
Có 4 cơ chế chính để mô tả phản ứng mở vòng Lactone và chúng phụ thuộc vào từng loại xúc tác: Anions, Cationic, chất kích hoạt monomer và chèn phối hợp mở vòng
Anion ROP Anionic ROP tham gia vào hình thành nhánh anionic nhằm tấn công vào Carbon Carbonyl của monomer Monomer được mở ra tại liên kết Acyl – Oxygen và phát triển thành nhóm là Alkoxide Mặt hạn chế chính của phương pháp này là phản ứng Transesterification xảy ra trong nội phân tử Kết quả là tạo ra polymer với trọng lượng phân tử thấp, nếu quá trình polymer hóa dừng lại trước khi phản ứng Transesterification diễn ra
Hình 1.21 Quá trình phản ứng mở vòng với Anion [39]
Cationic ROP Cationic ROP tham gia hình thành nhóm Cationic bởi sự tấn công Oxygen Carbonyl của monomer thông qua phản ứng thế Nucleophilic SN2
Hình 1.22 Quá trình phản ứng mở vòng với Cation [39]
Kích hoạt monomer ROP Chất kích hoạt monomer ROP tham gia hình thành quá trình kích hoạt của phân tử monomer bằng xúc tác, diễn ra bởi sự tấn công của quá trình kích hoạt monomer đến cuối mạch polymer
Hình 1.23 Quá trình phản ứng mở vòng bằng kích hoạt monomer [39]
Chèn phối hợp mở vòng là dạng phổ biến nhất của ROP Đây là quá trình hình thái ghép giả Anionic ROP Quá trình phát triển mạch được đề nghị diễn ra thông qua sự phối vị của monomer đến xúc tác và chèn monomer vào liên kết Metal-
Oxy của xúc tác Trong suốt quá trình phát triển mạch đều kèm theo kim loại xuyên suốt liên kết Alkoxide
Hình 1.24 Quá trình phản ứng mở vòng bằng phương pháp chèn phố hợp [39]
PCL được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như scaffolds trong kỹ thuật mô, hệ vận chuyển thuốc trong một thời gian dài ( đặc biệt là trong việc tránh thai ), vi điện tử, hoặc là chất kết dính và ngành đóng gói PCL được ứng dụng rộng rãi và những tính chất ( điều khiển quá trình phân hủy, tính trộn hợp với nhiều loại polymers, tương hợp sinh học và đầy tiềm năng để làm từ monomers dẫn xuất từ những nguồn tái chế ) khiến PCL thành một polymer rất hữu dụng nếu có thể điều khiển được những tính chất và giá thành sẽ rất rẻ Một lượng lớn xúc tác và hệ xúc tác đã được nghiên cứu, nhưng cần phát triển loại xúc tác khác và hệ xúc tác thích hợp để đạt được polymer với tính chất mong muốn.
CHITOSAN
Chitosan là polymer mạch thẳng tồn tại rất nhiều trong thiên nhiên sở hữu nhiều tính chất tốt như phân hủy sinh học, tương hợp sinh học, không độc và là chất hấp thụ
An toàn cho người khi sử dụng làm thực phẩm, dược phẩm, có tính hòa hợp sinh học cao đối với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học [40]
Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: khả năng hút nước, giữ ẩm, kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau , kích thích tăng sinh tế bào ở người và động thực vật, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng
1.5.1 Tính chất lý hóa của Chitosan
Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, ở dạng bột có màu trắng ngà, dạng vẩy có màu trắng trong hay hơi vàng
Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước và trong kiềm nhưng hoà tan dễ dàng trong các dung dịch acid loãng như Acid Acetic, Acid Propionic, Acid Lactic, Acid Citric và một số loại khác như N-Alkylidinations và N-Acylidination đều được thử; tạo gel trong N-Methylmorpholine N-oxide và Aldehyde trong điều kiện thích hợp, đây là cơ sở để bẫy tế bào, Enzym
Khi hoà tan Chitosan trong môi trường Acid loãng tạo thành keo tích điện dương Đây là một điểm rất đặc biệt vì phần lớn các keo Polyssacaride có điện tích âm Chitosan được xem như là một Polycation có khả năng bám dính vào bề mặt các điện tích âm và có khả năng tạo phức với một số ion kim loại
Chitosan khi hoà tan trong dung dịch Acid Acetic loãng có pH= 6 – 6,5 tạo thành một dung dịch keo tích điện dương, nhờ đó mà keo Chitosan không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như Pb 3+ , Hg 2+
Chitosan có những phản ứng đặc thù của Amine như phản ứng N-Acylation và Schiff là hai phản ứng quan trọng nhất Các dẫn xuất của Chitosan đều dễ dàng đạt được dưới điều kiện bình thường
Tính chất của Chitosan phụ thuộc rất nhiều vào độ tinh khiết, độ Deacetyl hóa, phân tử lượng và độ rắn Chitosan có độ tinh khiết càng cao thì càng dễ tan, màu sắc dung dịch hòa tan có độ trong cao, có tính kết dính cao và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực hơn Độ Deacetyl hóa là một “thông số" quan trọng, đặc trưng cho tỉ lệ giữa 2- Acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose với 2-Amino-2-deoxy-D-glucopyranose trong phân tử Chitosan Khả năng thấm nước của màng Chitosan có độ Deacetyl hóa thấp thì sẽ cao hơn so với màng Chitosan có độ Deacetyl hóa cao Phân tử lượng của Chitosan cũng là một “thông số" quan trọng, quyết định tính chất của Chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu Độ rắn của Chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc Chitin, độ Deacetyl hóa, phân tử lượng
Phản ứng của Chitosan được xem như linh hoạt hơn Cellulose nhờ có nhóm NH2
Nhiều nỗ lực để tạo dẫn xuất từ sự tùy biến tính chất bằng sự biến tính hóa học như phản ứng nối, tương tác ion và chỉ một vài phương pháp được sử dụng để tạo sản phẩm hòa tan trong dung môi hữu cơ thông thường Mặc dù một vài dẫn xuất đạt được độ trương cao hoặc tan trong nước, nhưng khó để phát triển chúng nhằm hòa tan trong những dung môi hữu cơ thông thường bằng những phương pháp khác nhau
Chitosan sở hữu một số lượng lớn Nitrogen (6,89%) khi so sánh với Cellulose tổng hợp Vỏ của động vật giáp xác được đưa vào loại bỏ thành phần Protein và hủy thành phần Calcium Carbonate hiện diện trong vỏ ở nồng độ cao Bước xử lý này sẽ thu được 70% Chitosan Deacety hóa
Theo 4 bước thứ tự trong quy trình sẽ thu được Chitosan từ vỏ động vật giáp xác:
(1) Deproteinization – khử thành phần Protein, (2) Demineralization – khử khoảng chất, (3) Decolouration – khử màu, và (4) Deacetylation – khử thành phần acetyl
Vỏ động vật giáp xác > Giảm kích cỡ > Tách Protein > (NaOH) > Rửa khoáng (HCl) > Rửa và khử nước > Khử màu > Chitin > Khử Acetyl (NaOH) > Rửa và khử nước > Chitosan
Sự quan tâm đối với Chitosan bắt đầu từ những nghiên cứu về đặc tính và tính chất hóa học của Lysozyme, một loại Enzym hiện diện trong dịch lỏng của cơ thể con người
Rất nhiều mảng ứng dụng trong y sinh cho Chitosan như Wound healing, phát triển mô và kỹ thuật sụn
Sự hòa tan kém của trong các loại dung môi là yếu tố chính giới hạn đặc tính của Chitosan Bên cạnh sự giới hạn đó, sợi được làm từ Chitosan dùng để làm chỉ khâu và vật liệu Wound Healing Không những thế nhờ tính chất tạo phức với kim loại nên Chitosan nhận được nhiều sự chú ý trong lĩnh vực xử lý nước Nhờ đó Chitosan được dùng trong công nghiệp dệt may với khối lượng lớn
Trong quá trình tạo sợi nano – micro Chitosan bằng phương pháp Electrospining ứng dụng làm Wound Healing là rất khó Bởi vì Chitosan có cấu trúc tinh thể ở trạng thái rắn và hình dạng chuỗi ở trạng thái hòa tan Trong cấu trúc phân tử của Chitosan, nhóm Hydroxyl và Amino sắp xếp trật tự tại vị trí phân ngang ở liên kết (1,4) với đơn vị D-glucosamine Nhóm Hydroxyl góp phần vào việc hình thành mối liên quan với tinh thể rắn trong trạng thái rắn Trong trạng thái hòa tan, liên kết hydrogen giữa phân tử Chitosan tham gia tạo thành Microfibrils, phụ thuộc vào nồng độ Những tính chất này liên quan đến quá trình Electrospining
Hình 1.26 Ảnh SEM ứng với Chitosan nồng độ 8,5% và 9%
Theo kết quả trên có thể thấy rằng ứng với nồng độ 8,5% và 9% Chitosan pha trong Acid Acetic khi electrospin gần như tạo được cấu trúc sợi, nhưng trong quá trình đến collector không thể bay hơi hết, nên sẽ dính bệt lại trên màng nhôm Khi giảm tốc độ bắn và giảm nồng độ Chitosan nhằm giảm lượng polymer kéo ra để lượng dung môi có thể bay hơi, nhưng lại thu được các hạt Chitosan chứ không phải là sợi Ngoài ra các hạt cũng có xu hướng bệt lại do lượng dung môi không bay hơi hết
Hình 1.27 Ảnh SEM ứng với Chitosan nồng độ 8.5% và 7% với hiệu thế 24kV Ứng với các nồng độ Chitosan thấp hơn cũng thu được hạt Chitosan Điều này cũng đã được giải thích như sau khi nồng độ polymer trong dung dịch C nhỏ hơn C ov (Nồng độ che phủ chuỗi tới hạn C ov , được biết là điểm mà nồng độ dung dịch bằng với nồng độ bên trong bán kính tròn của một mạch dài polymer và tỷ lệ với độ nhớt thực của polymer
THỰC NGHIỆM
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Chế tạo sợi nano – micro PCL/CTS có đặc điểm sau:
Có kích thước từ vài trăm nm đến m
Hàm lượng Curcumin trong sợi từ 1% đến 5%.
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Nghiên cứu chế tạo sợi nano – micro PCL/CTS bằng phương pháp
Electrospinning kết hợp khảo sát các thông số
Dựa vào những thông số có được chế tạo sợi PCL/CTS mang Curcumin
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
PCL là một loại Polyester phân hủy sinh học được sử dụng rất phổ biến, đặc biệt là trong y học, nó có độ mềm dẻo, ổn định trong môi trường xung quanh và dễ kéo sợi hơn so với PLA, PLGA và rất thích hợp để sử dụng làm vỏ bọc cho các loại thuốc sử dụng dần trong cơ thể Ngoài ra, PCL còn được sử dụng làm mô cấy thay thế trong cơ thể người cũng như thay thế nhựa truyền thống trong nhiều ứng dụng khác PCL có thể được phân hủy bởi vi sinh vật cũng như một cơ chế thủy phân trong điều kiện sinh lý
Bản chất của quá trình phân hủy PCL chính là sự thủy phân PCL do PCL là một Polyester béo Tốc độ phản ứng phân hủy phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ môi trường phân hủy
PCL có thể được hòa tan trong một số dung môi như DCM, Chloroform, Benzene, THF… không tan trong Alcohol và nước
PCL sử dụng trong thí nghiệm có Mnp000-90000 được mua từ nhà cung cấp Sigma-Aldrich
Chitosan là một loại Polymer Carbohydrate tự nhiên có thể tạo ra bằng cách Deacetyl hóa Chitin Chitin có thể tìm thấy trong tự nhiên ở các động vật giáp xác như tôm , ngoài ra còn có thể trong các vi sinh vật, nấm, men, [44]
Hình 2.1: Cấu trúc phân tử Chitin và Chitosan.[44]
Chitosan là dẫn xuất Deacetyl hóa của Chitin trong đó nhóm ‒NH2 thay thế nhóm
‒NHCOCH3 ở vị trí C2 Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết 1,4-Glycoside
Chitosan có tên khoa học: Poly(β-(1,4)-2-amino-2-deoxy-D-glucose) hay Poly(β- (1,4)-D-glucosamine) Công thức phân tử: (C6H11NO4)n
Chitosan sử dụng trong đề tài được mua từ nhà cung cấp ACROS Organics Trọng lượng phân tử Mn= 100000 – 300000 Độ Deacetyl hóa DDA= 80 – 85%
Curcumin nguyên liệu ở dạng bột màu cam, mịn, không mùi không lẫn tạp chất khác, với hàm lượng curcumin tổng >90%, sản xuất bởi Viện Dược liệu Hà Nội, chiết xuất từ củ nghệ vàng Curcuma Longa.L
2.3.1.4 Dung môi và các hóa chất khác a Acid Formic
Công thức phân tử: CH2O2
Tỷ trọng : 1,22 g/cm 3 Điểm nóng chảy : 8,4C Điểm sôi: 100,8C Nhà cung cấp: Xilong Chemical, Trung Quốc b Acetone Công thức phân tử: C3H6O Phân tử gam : 58,08g/mol
Tỷ trọng : 0,791 g/cm 3 Điểm nóng chảy : -95C Điểm sôi: 56-57C Nhà cung cấp: Chemsol Vina,Việt Nam c Đệm PBS Phosphate Buffered Saline (PBS) là một dung dịch đệm được sử dụng phổ biến trong các nghiên cứu sinh học Đệm PBS giúp duy trì độ pH ổn định thông thường là pH khoảng 7,4 Nồng độ dung dịch và nồng độ ion của đệm tương thích với cơ thể của con người
Thành phần của PBS bao gồm: Sodium Chloride (NaCl), Potassium Chloride (KCl), Sodium Phosphate (Na2HPO4) và Potassium Phosphate (KH2PO4) Đệm PBS trong luận văn được mua từ nhà cung cấp Sigma-Aldrich d Tween 20
Tween 20 (Polysorbate 20) là một dạng chất hoạt động bề mặt có tác dụng ổn định và không độc hại, được sử dụng rất nhiều trong khoa học, dược lý và ứng dụng trong kỹ thuật y sinh Nó là dẫn xuất của Polyoxyethylene từ Monolaurate Sorbitan, và phân biệt với các loại khác trong họ Polysorbate nhờ chiều dài của Polyoxyethylene và Acid béo, ngoài ra còn có Ester Các sản phẩm thương mại còn có chứa một số chất hóa học khác
Tween 20 sử dụng trong luận văn được mua từ nhà cung cấp Sigma-Aldrich
2.3.2 Thiết bị và quy trình thực nghiệm
2.3.2.1 Dụng cụ - Thiết bị thực nghiệm
Hệ thống sấy chân không
Máy đo quang phổ hấp phụ UV-Vis 2.3.2.2 Quy trình thực nghiệm
Sợi PCL/Chitosan mang Curcumin
Phân tích Đệm sinh học 7.4
Hình 2.4 Quy trình thực nghiệm
(*) Curcumin được cho vào sau, ở giai đoạn 2 khi tạo sợi mang Curcumin
Thuyết minh quy trình Giai đoạn 1: chế tạo sợi Electrospun
Hoà tan PCL và CTS theo các tỷ lệ 5:5, 6:4, 7:3, 8:2, 9:1 (w/w) trong dung môi Acid Formic/Acetone (3/1) (w/w) trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng để tạo được dung dịch polymer để khảo sát
Chứa mẫu dung dịch PCL/CTS trong xylanh 20ml nối với kim tiêm và đặt vào thiết bị bơm tiêm điện Collector được bọc màng nhôm để dễ dàng thu lấy mẫu thí nghiệm Gắn cực âm, dương của nguồn tạo hiệu điện thế vào đầu phun và collector
Quá trình Electrospinning diễn ra trong điều kiện phòng thí nghiệm (do đó bỏ qua ảnh hưởng của môi trường) Tiến hành khảo sát quá trình tạo sợi bằng cách thay đổi tỷ lệ giữa PCL/CTS, hiệu điện thế U, tốc độ bơm (lưu lượng Q) và khoảng cách phun L
Dung dịch polymer phun lên tấm nhôm thành màng, được đem sấy chân không và được chụp SEM Thông qua quá trình khảo sát, dựa vào hình ảnh được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét SEM, và sử dụng phần mềm ImageJ để đánh giá kết quả
Sau khi tiến hành khảo sát, chọn ra bộ thông số cho kết quả tạo sợi có hình dạng và kích thước tốt nhất để tiến hành tạo sợi mang Curcumin
Bảng 2.1 Các yếu tố khảo sát
Khảo sát tỷ lệ PCL/CTS
Tỷ lệ PCL/CTS Hiệu điệu thế - U
Khảo sát hiệu điện thế
Tỷ lệ tối ưu Hiệu điện thế tối ưu
Tỷ lệ tối ưu Hiệu điện thế tối ưu Lưu lượng tối ưu 4
Giai đoạn 2: tạo sợi Electrospun có mang Curcumin
Với thông số tạo sợi cũng như tỷ lệ PCL/CTS thu được từ giai đoạn 1, tiến hành tạo sợi Electrospun mang Curcumin Cho hỗn hợp PCL/CTS vào hỗn hợp Acid Formic/Acetone tỷ lệ 3/1 (w/w) trong lọ thủy tinh có nắp vặn 25ml Sau đó sử dụng máy khuấy từ để hòa tan PCL/CTS ở nhiệt độ phòng cho đến khi khi hòa tan hết (nhận xét bằng mắt thấy dung dịch trong suốt)
Tiếp theo thêm bột Curcumin vào dung dịch với nồng độ Curcumin là 1 – 3 – 5 phần trăm so với tổng khối lượng nguyên liệu Sau cùng dung dịch tiếp được khuấy trong 1h Tiến trình phun sợi được thực hiên tương tự như thí nghiệm tạo sợi ở giai đoạn 1 với thông số tối ưu
Màng sợi Electrospun sau khi phun được đưa vào thiết bị sấy chân không nhiệt độ phòng trong 12 tiếng để loại dung môi
Giai đoạn 3: khảo sát nhả thuốc In Vitro Đầu tiên, khoảng 0,15g sợi được cắt ra cho vào lọ thủy tinh có nắp đậy chứa 20ml PBS (pH ≈ 7,4) và 1% Tween 20 để giả lập môi trường huyết thanh của động vật 3 mẫu sợi N – O – P được chia thành bộ 3 nhóm tương ứng, mỗi nhóm gồm 3 lọ Các lọ chứa mẫu được đặt trong thiết bị giữ nhiệt để duy trì trong nhiệt độ trong khoảng 36 ÷ 38C (xấp xỉ nhiệt độ của cơ thể người) [45,46]
Tiếp theo, tại các khoảng thời gian xác định trước (3h, 5h, 7h, 12h, 24h, 48h,72h, 96h, 144h, 192h…) ; 3,5 ml mẫu được trích ra để phân tích và 3,5 ml đệm mới được thêm vào
Cuối cùng các mẫu trích ra được phân tích bằng máy đo UV-VIS để xác định hàm lượng curcumin nhả ra.
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ
TEM có cấu trúc tương tự như kính hiển vi quang học với nguồn sáng (lúc này là nguồn điện tử), các hệ thấu kính (hội tụ, tạo ảnh…), các khẩu độ… Đầu tiên, điện tử được tạo ra từ nguồn phát điện tử là các súng phát xạ điện tử Súng phát xạ điện tử hoạt động nhờ việc đốt nóng dây tóc điện tử, cung cấp năng lượng nhiệt cho điện tử thoát ra khỏi bề mặt kim loại Khi điện tử được tạo ra, sẽ bay đến cathode rỗng ( điện cực Wehnet ) và được tăng tốc nhờ một thế cao áp một chiều Chùm điện tử được được điều khiển thông qua hệ thống thấu kính từ, sao cho chùm điện tử truyền qua có độ lệch thích hợp tương ứng với từng loại thấu kính tiếp đó, hệ thống TEM có nhiều thấu kính với vai trò khác nhau ( thấu kính phóng đại, thấu kính nhiệu xạ, thấu kính hội tụ …)
Cơ chế tạo ảnh dựa trên cơ chế quang học, nhưng với độ tương phản xuất phát từ khả năng tán xạ điện tử
Mẫu màng sợi được chụp TEM tại : Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Vật liệu Polymer và Composite, Nhà C6, Đại học Bách Khoa Tp.HCM
2.4.2 Quan sát hình thái bề mặt sợi – SEM
Hình 2.5 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét SEM
Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường ), sau đó được tăng tốc Tuy nhiên, thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Amstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này
Mẫu được phân tích tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương – Số 1 Yersin, Hai bà Trưng, Hà Nội
2.4.3 Xác định hàm lượng curcumin trong thí nghiệm bằng máy UV-VIS 2.4.3.1 Cơ sở lý thuyết Ứng dụng định luật Lambert – Beer: A=ε.b.C
ε được gọi là hệ số hấp thu của chất hấp thu, đặc trưng cho cường độ hấp thu của chất được khảo sát, mol -1 cm -1 l
C: nồng độ của chất khảo sát, mol.l -1 ε không phụ thuộc vào b và C mà chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thu và bước sóng của bức xạ bị hấp thu
Khi ε.b = const, độ hấp thu phụ thuộc bậc nhất vào nồng độ chất hấp thu (quan hệ giữa A với C là tuyến tính) Trong thực tế, quan hệ này chỉ nghiệm đúng trong các khoảng nồng độ thích hợp nào đó Ở những nồng độ quá cao, thường dẫn dến sự sai lệch mà nguyên nhân là do mức độ liên hợp hay phân ly của phân tử thay đổi khi nồng độ thay đổi
2.4.3.2 Phương pháp lập đường chuẩn định lượng Curcumin
Hàm lượng Curcumin có trong từng mẫu trích ra từ các thí nghiệm được định lượng bằng phương pháp quang phổ hấp thu (UV−Vis) thông qua đường chuẩn sử dụng curcumin chuẩn Độ hấp thu của dung dịch mẫu được đo trên máy UV−Vis trong khoảng bước sóng từ 400 nm – 700 nm Bước sóng hấp thu cực đại được ghi nhận là bước sóng tại đó độ hấp thu A đo được cao nhất a Lập đường chuẩn
Cân chính xác 0,005g Curcuminoid chuẩn pha trong bình định mức 100ml với Etanol Hút chính xác 0,5 ml; 1 ml; 2 ml; 5 ml và 10 ml dung dịch chuẩn này cho vào bình định mức 25ml và định mức với cùng dung môi Nồng độ 5 dung dịch trên tương ứng là 0,001; 0,002;0,004; 0,01và 0,02 mg/ml Các dung dịch này được lần lượt đo độ hấp thu A tại bước sóng λmax
Từ các giá trị đo được vẽ biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa A và C, ta có được phương trình tuyến tính của A theo C (hệ số tương quan R 2 cao)
Phương trình trên được sử dụng để xác định nồng độ curcumin trong mẫu ở các giai đoạn sau b Xác định phần trăm giải phóng Curcumin trong thí nghiệm In Vitro
Từ phương trình đường chuẩn thu được ở trên, ứng với mỗi mẫu thí nghiệm sẽ xác định được hàm lượng curcumin giải phóng ra trong quá trình thí nghiệm In Vitro, từ đó tính được phần trăm nhả thuốc của PCL/CTS-Cur theo công thức sau:
Ci: là phần trăm lượng Curcumin giải phóng ra trong quá trình in vitro, với i là thời gian thực hiện quá trình nhả thuốc
mcur i: là hàm lượng Curcumin giải phóng ra trong quá trình in vitro
m cur 2: hàm lượng Curcumin tổng trong mẫu ban đầu
Mẫu được đo UV-VIS tại Khoa Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Công nghiệp Tp.Hồ Chí Minh
Sắc ký khí là phương pháp sắc ký mà pha động lỏng được thay bằng một dòng khí liên tục chạy qua pha tĩnh Các chất được tách ra khỏi hỗn hợp bởi tương tác khác nhau của chúng với pha tĩnh Do khả năng hòa tan rất kém của chất khí, dòng khí này không đóng vai trò của một pha động thực sự trong hệ thống sắc ký, mà chỉ làm nhiệm vụ lôi cuốn các chất trong pha hơi chạy dọc theo pha tĩnh để chúng có thể tương tác với pha tĩnh Vì thế, dòng khí chạy trong cột sắc ký khí chỉ được gọi là khí mang Đóng vai trò đẩy các chất ra khỏi pha tĩnh trong sác ký khí chính là nhiệt độ Các chất có nhiệt độ sôi khác nhau sẽ bị lưu giữ hay bị lôi cuốn bởi dòng khí mang khác nhau Từ đó các chất tách ra khỏi nhau Do phải được hóa hơi để có thể được lôi cuốn đi bởi dòng khí mang, chỉ những chất bay hơi mới có thể được phân tách Vì vậy, sắc ký khí chỉ áp dụng được cho các chất có khả năng bay hơi ở nhiệt độ tiến hành sắc ký
Hình 2.7 Mô phỏng quy trình phân tích GC
Cấu tạo của một hệ thống sắc ký khí hiện đại bao gồm những thành phần chính sau:
(a) Khí mang và hệ thống điều chỉnh khí, (b) cổng bơm mẫu và thiết bị bơm mẫu, (c) cột sắc ký, (d) buồng cột, (e) detector và (f) máy tính dùng để điều khiển thiết bị, ghi nhận và lưu trữ kết quả
Mẫu được đo GC tại Trung tâm Hóa phân tích – Trường Đại học Tự nhiên Tp.Hồ Chí Minh
2.4.5 Đo sức căng bề mặt
Hệ thống đo sức căng bệ mặt bao gồm một máy bơm tiểu ly có gắn kim tiêm và một thấu kính quan sát được kết nối với máy tính Dung dịch polymer trong kim tiêm cài trên máy bơm sẽ tạo giọt, được quan sát thông qua thấu kính Hình ảnh hiển thị trên máy tính, sức căng bề mặt được tính toán thông qua các thông số cài đặt trên phần mềm kèm theo hệ thống và dựa trên giọt dung dịch có thể tích lớn nhất mà đầu kim còn giữ lại được
Mẫu dung dịch polymer được đo sức căng bề mặt tại : Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Vật liệu Polymer và Composite, Nhà C6, Đại học Bách Khoa Tp.HCM.
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
CHẾ TẠO SỢI POLYCAPROLACTONE/CHITOSAN MANG CURCUMIN
Bảng 3.1 Thông số khảo sát tỷ lệ
Ký hiệu Tỷ lệ Hiệu điện thế –
Hình 3.1 Hình thái sợi polycaprolacton/chitosan ứng với các tỷ lệ 5:5 (A) – 6:4 (B)
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành sợi như điện áp, nồng độ dung dịch, mật độ điện tích, sức căng bề mặt…Nhiều nghiên về vấn đề này đã được công bố Như ban đầu đã đề cập Chitosan rất khó để tạo thành sợi với phương pháp
Electrospinning, một phần là cấu trúc của Chitosan Vì thế khi trộn hợp Chitosan vào Polycaprolactone cũng ít nhiều gây cản trở trong quá trình hình thành sợi Ứng với các tỷ lệ 5:5 – 6:4 đều xuất hiện hạt trên bề mặt của sợi, số lượng hạt giảm dần khi giảm dần tỷ lệ Chitosan Ở tỷ lệ 5:5, lượng Chitosan vẫn còn chiếm số lượng lớn, sức căng bề mặt của dung dịch lớn, làm lực điện không vượt qua được giá trị sức căng bề mặt do đó không thể thắng được lực tương tác nội phân tử trong hỗn hợp dẫn đến quá trình kéo sợi không hoàn toàn làm xuất hiện các hạt[47] Và khi giảm lượng chitosan xuống, lượng hạt giảm hoàn toàn, ứng với tỷ lệ 6:4 số lượng hạt bám vào sợi còn nhiều, chứng tỏ giá sức căng bề mặt vẫn còn cao
Hình 3.2 Hình thái sợi PCL/CTS ứng với tỷ lệ 7:3 (C), 8:2 (D) và 9:1 (E)
Với các tỷ lệ 7:3, 8:3 và 9:1 đã thu được sợi rõ nét Dựa vào hình ảnh SEM, thông qua phần mềm ImageJ sẽ thu được khoảng giá trị, đường kính trung bình của sợi (đồ thị phân bố xác suất kích thước sợi được trình bày ở trang 19 phần Phụ lục)
Dựa vào đồ thị phân bố xác suất, có được những thông số sau:
Tỷ lệ 7:3 đường kính sợi phân bố trong khoảng 0,2 – 0 1,2 m và giá trị đường kính trung bình là 0,619 m
Tỷ lệ 8:2 đường kính sợi phân bố trong khoảng 0,12 – 0,42 m và giá trị đường kính trung bình là 0,235 m
Tỷ lệ 9:1 đường kính sợi phân bố trong khoảng 0,05 – 0,35 m, đường kính sợi trung bình 0,187 m
Dựa vào giá trị đường kính sợi trung bình, đồ thị phân bố đường kính trung bình sợi được xây dựng như sau:
Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ và kích thước sợi Đối với hai tỷ lệ 5:5 và 6:4, thì sự hình thành sợi vẫn chưa rõ ràng vẫn có hạt nằm trên sợi Bắt đầu từ tỷ lệ 7:3, 8:2 và 9:1 thu được sợi và giá trị đường kính sợi giảm dần theo sự giảm của lượng Chitosan
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Đường kính sợi trung bình (um)
Tỷ lệ Polycaprolactone/Chitosan Phân bố đường kính sợi theo tỷ lệ
Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn giá trị sức căng bề mặt của dung dịch polymer với các tỷ lệ khác nhau
Thông qua đồ thị biểu diễn giá trị sức căng bề mặt có thể nhận thấy rằng khi giảm lượng Chitosan thì giá trị sức căng bề mặt giảm dần Ứng với giá trị sức căng bề mặt ở tỷ lệ 9:1 là thấp nhất thì lực điện dễ dàng vượt qua được sức căng bề mặt của dung dịch polymer nên dễ dàng kéo được dung dịch polymer thành sợi với kích thước nhỏ hơn so với các tỷ lệ còn lại
Với tỷ lệ 7:3, 8:2 và 9:1, kết quả thu được hình dạng sợi đồng nhất, nhưng tại một số điểm lại có hiện tượng sợi dính với nhau là do với hiệu điện thế 24 kV tạo lực điện quá lớn khiến sợi được kéo qua màng collector nhanh, khi sợi trên màng vẫn chưa kịp khô thì đã có sợi khác được kéo đến nên sẽ có những điểm bị dính lại
Ngoài ra, thông qua giá trị độ lệch chuẩn ở giản đồ phân bố xác suất kích thước sợi thì ở tỷ lệ 9:1 đồng đều hơn so với tỷ lệ 8:2, tương ứng giá trị độ lệch chuẩn là 0,0562 và 0,0628
Như vậy tỷ lệ 9:1 sẽ cho sợi tốt nhất và được lựa chọn để khảo sát thông số tiếp theo
Sức căng bề mặt (mN/m)
Sức căng bề mặt dung dịch Polymer
CTS 9%: 17,4 mN/m PCL/CTS 7:3 : 14,26 mN/m PCL/CTS 8:2 : 13,92 mN/m PCL/CTS 9:1 : 10,3 mN/m
3.1.2 Khảo sát hiệu điện thế
Bảng 3.2 Thông số khảo sát hiệu điện thế
Ký hiệu Tỷ lệ Hiệu điện thế -
Hình 3.5 Hình thái sợi PCL/CTS ứng với hiệu điện thế khác nhau 24 kV (E) – 18 kV
Thông qua ảnh SEM và phần mềm ImageJ, thu được thông số sau (đồ thị phân bố xác suất trang 21 – phần Phụ lục):
Đường kính sợi khi sử dụng hiệu điện thế 24 kV nằm trong khoảng 0,13 – 0,3
m, gía trị đường kính sợi trung bình là 0,187 m
Đường kính sợi ứng với hiệu điện thế 18 kV nằm trong khoảng 0,13 – 0,3 m; giá trị đường kính sợi trung bình 0,206 m
Đường kính sợi ứng với hiệu thế 15 kV nằm trong khoảng 0,1 – 0,25 m; giá trị đường kính sợi trung bình 0,173 m
Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu điện thế và đường kính sợi
Dựa vào đồ thị phân bố đường kính sợi, có thể thấy rằng khi giảm hiệu điện thế thì đường kính sợi có xu hướng giảm theo, cho hình dạng đồng đều với nhau, ít tạo nhánh giữa các sợi Tương ứng với hiệu điện thế 24 kV tạo lực điện lớn nên lượng sợi polymer được kéo từ đầu kim ra nhanh, dẫn đến lượng sợi bám dính với nhau khá nhiều khi so với hai hiệu điện thế 18kV và 15 kV Ngoài ra sự tạo nhánh giữa các sợi cũng giảm, điều này được giải thích là do giảm hiệu điện thế nên tạo được lực tĩnh điện phù hợp để thắng sức căng bề mặt của dung dịch polymer, hay có sự cân bằng tỷ lệ giữa lực điện và sức căng bề mặt dẫn đến sợi được tạo ra ít nhánh hơn [48,49] Ở hiệu điện thế 15 kV, thông qua ảnh SEM nhận thấy rằng sợi được duỗi thẳng hơn so với hai hiệu điện thế 24 kV và
12 15 18 21 24 Đường kính trung bình sợi m
Hiệu điện thế kV Phân bố đường kính sợi theo hiệu điện thế
18 kV, bởi vì ở 15 kV cho lực điện phù hợp với sức căng bề mặt của dung dịch polymer, lượng dung dịch polymer được kéo qua chậm nên duỗi ra tốt hơn
Qua những hình ảnh trên một số sợi vẫn dính vào nhau vẫn là do khoảng cách giữa tip và collector không đủ xa để lượng dung môi có thể bay hơi, nên khi sợi dính vào collector thì một số sợi còn dung môi sẽ dính lại với nhau
Khi hạ hiệu điện thế xuống dưới mức 15kV thì sẽ không thể kéo được dung dịch polymer vì lực tĩnh điện không thể thắng nổi sức căng bề mặt Dẫn đến dung dịch polymer bị rớt ngay tại đầu kim
Thông qua giá trị độ lệch chuẩn ứng với các hiệu điện thế 24 – 18 – 15 kV là 0,05852 – 0,03659 – 0,03534, sợi sẽ có kích thước đồng đều ở hiệu điện thế 15 kV Như vậy, hiệu điện thế 15 kV là giá trị hiệu điện thế tối ưu ứng với điều kiện khảo sát
3.1.3 Khảo sát lưu lượng kim tiêm
Bảng 3.3 Thông số khảo sát lưu lượng kim tiêm
Ký hiệu Tỷ lệ Hiệu điện thế -
Hình 3.7 Hình thái sợi PCL/CTS ứng với lưu lượng khác nhau 0,1 ml/h (I) – 0,3 ml/h
Dựa vào đồ thị phân bố xác suất kích thước sợi (trang 23 – phần Phụ lục ):
Lưu lượng 0,5 ml/h, đường kính sợi nằm trong khoảng 0,1 – 0,4 m; đường kính sợi trung bình là 0,186 m
Lưu lượng 0,3 ml/h, đường kính sợi nằm trong khoảng 0,1 – 0,24 m; đường kính trung bình 0,173 m
Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng và đường kính sợi
0,25 0,45 0,65 Đường kính trung bình sợi m
Lưu lượng ml/h Phân bố đường kính theo lưu lượng
Với hình I, khi lưu lượng bơm 0,1 ml/h thì sự phân bố sợi rất hỗn độn không có sự đồng dạng về kích thước giữa các sợi Điều này có thể được giải thích rằng khi lưu lượng bơm dung dịch polymer quá chậm, lực điện tương ứng lúc đó sẽ kéo dung dịch polymer qua collector, trong khi đó kim tiêm vẫn chưa cung cấp đủ lượng polymer để có thể tiếp tục quy trình kéo sợi, hơn nữa dung dịch polymer lại dễ bay hơi nên sẽ khô phần nào trong ống kim dẫn đến nghẹt ống kim Nên dẫn đến quá trình sẽ diễn ra gián đoạn, khiến sự phân bố sợi không như mong muốn
Thông qua đồ thị phân bố đường kinh theo lưu lượng, dễ dàng nhận thấy rằng khi giảm lưu lượng thì đường kính sợi thu được sẽ giảm.Với lưu lượng nhanh hoặc chậm ảnh hưởng đến sự phân bố kích thước sợi, với lưu lượng 0,5 ml/h cho lượng dung dịch polymer được đẩy ra từ kim tiêm quá nhanh do đó lực tĩnh điện không thể kéo hết được dung dịch polymer như vậy sợi tạo ra khá to cũng xuất hiện nhánh, ngoài ra điều này còn được giải thích là do sự phân bố lực tĩnh điện trên bề mặt giọt dung dịch polymer không đồng đều khi lưu lượng quá cao nên sẽ tạo ra các nhánh xen kẽ các sợi đồng dạng
Ngoài ra các sợi ít nhiều vẫn bị dính ngay tại một số vị trí do sự bay hơi của dung môi chưa hoàn toàn Ứng giá trị độ lệch chuẩn ứng với lưu lượng 0,5 và 0,3 ml/h là 0,06356 – 0,02896, ta thấy sợi sẽ có kích thước đồng đều ở lưu lượng 0,3 ml/h
Như vậy với lưu lượng là 0,3 ml/h sẽ được lựa chọn để khảo sát tiếp theo
3.1.4 Khảo sát khoảng cách giữa tip và collector
Bảng 3.4 Thông số khảo sát khoảng cách giữa tip và collector
Thông số Ký hiệu Tỷ lệ Hiệu điện thế Lưu lượng Khoảng cách
Hình 3.9 Hình thái sợi polycaprolactone/chitosan ứng với khoảng cách tip và collector khác nhau 8 cm (K) – 7 cm (G) – 5,5 cm (L) – 4 cm (M)
Dựa vào đồ thị phân bố xác suất ( trang 24 – phần Phụ lục ), có được thông số:
Khoảng cách giữa tip và collector là 8cm, đường kính sợi nằm trong khoảng 0,1 – 0,22 m, giá trị đường kính trung bình là 0,16 m
Khoảng cách giữa tip và collector là 7cm, đường kính sợi nằm trong khoảng 0,1 – 0, 25 m, giá trị đường kính trung bình là 0,173 m
Khoảng cách giữa tip và collector là 5,5cm, đường kính sợi nằm trong khoảng 0,14 – 0,3 m, giá trị đường kính trung bình là 0,211 m
CHẾ TẠO SỢI POLYCAPROLACTONE/CHITSAN MANG CURCUMIN
Giai đoạn này, sau khi đã chọn bộ thông số thích hợp để phun sợi, 3 màng sợi PCL chứa curcumin N, O, P với các nồng độ curcumin lần lượt là 1% - 3% - 5% Hình thái sợi Polycaprolactone/Chitosan khi mang Curcumin như sau:
Hình 3.13 Hình thái sợi Polycaprolactone/Chitosan có mang Curcumin với tỷ lệ 1%
Dựa vào thông số đường kính sợi trung bình ( trang 26 – phần Phụ lục ), xây dựng đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa hàm lượng Curcumin và đường kính sợi như sau:
Hình 3.14 Đồ thị biễu diễn mối quan hệ đường kính sợi và hàm lượng Curcumin
Dựa vào đồ thị phân bố đường kính sợi theo hàm lượng Curcumin, nhận thấy rằng ứng với lượng curcumin tăng dần từ 1% đến 5% thì đường kính sợi sẽ tăng dần Thông qua ảnh SEM ứng với mẫu 5% sẽ có một số hạt rắn không hòa tan được hết trong hỗn
0% 1% 2% 3% 4% 5% Đường kính sợi trung bình (um)
Hàm lượng Curcumin Phân bố đường kính sợi theo hàm lượng Curcumin
L|m hợp dung môi – có thể là Curcumin, điều này làm Curcumin không hòa tan sẽ bám lên sợi tại một số điểm như trên hình
Lượng Curcumin tăng dần trong mẫu làm tăng đường kính sợi điều này cho thấy rằng Curcumin đã ảnh hưởng đến giá trị sức căng bề mặt của hỗn hợp dung dịch polymer, có thể nói rằng sức căng bề mặt của những mẫu PCL/CTS mang Curcumin đã giảm thấp hơn so với những mẫu PCL/CTS không mang Curcumin Do vậy quá trình kéo sợi dưới hiệu điện thế 15kV diễn ra mạnh hơn, dung dịch polymer được kéo qua màng nhôm nhiều hơn, khiến sợi chưa kịp duỗi ra cũng như lượng dung môi cũng bốc hơi chậm hơn
Hình ảnh mẫu sợi có chứa Curcumin sau khi được tạo ra:
Hình 3.15 Hình ảnh mẫu sợi Polycaprolactone/Chitosan mang Curcumin
3.2.1 Phân tích độ sạch của sợi Polycaprolactone/Chitosan mang Curcumin
Mẫu màng polymer PCL/CTS với tỷ lệ 9:1 mang theo 5% Curcumin được phun ở hiệu điện thế 15 kV – lưu lượng 0,3 ml/h – khoảng cách 8cm sấy chân không trong 12h sau đó được đem đi phân tích GC ở phòng phân tích trung tâm – Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM Sau khi phân tích, thu được giản đồ như sau:
Hình 3.16 Đồ thị phân tích GC của mẫu màng PCL/CTS mang Curcumin
Dựa vào đồ thị, đường màu xanh tương ứng với mẫu polymer phân tích, đường màu đỏ tương ứng với dung môi chuẩn Acetone-Acid Formic Như vậy qua đồ thị nhận thấy rằng mẫu màng sợi polymer đem đi phân tích hoàn toàn không còn dung môi ban đầu 2 peak màu xanh nằm xung quanh peak màu đỏ tương ứng với giá trị sai lệch khi tiêm mẫu trong quá trình phân tích – peak màu đỏ tương ứng với dung môi Acetone/Acid Formic chuẩn.
KHẢO SÁT NHẢ THUỐC IN VITRO
Tiến hành xác định phổ hấp thu cực đại trong dung dịch đệm
Hình 3.17 Phổ hấp thu cực đại của curcumin trong dung dịch đệm
Phổ hấp thu cực đại của curcumin trong dung dịch đệm đạt được ở bước sóng 425nm
Từ bước sóng hấp thu cực đại của curcumin tại 425nm, xây dựng được đường chuẩn curcmin theo các bước ở phần 2.4.3.2
Hình 3.18 Phương trình đường chuẩn UV-VIS của Curcumin
Từ phương trình đường chuẩn ta tính được hàm lượng Curcumin giải phóng ra trong quá trình In Vitro, từ đó dựa vào công thức phần trăm ở phần 2.4.3.2 tính được phần trăm Curcumin giải phóng theo thời gian
3.3.2 Khảo sát In Vitro 3.3.2.1 Quá trình nhả thuốc In Vitro của mẫu màng sợi mang Curcumin 1% - 3% - 5% y = 85,759x + 0,2277 R² = 0,9645
Nồng độ mg/ml Đường chuẩn Curcumin
Bảng 3.5 Kết quả nhả Curcumin từ sợi trong điều kiện phòng thí nghiệm của mẫu N –
1% (% Curcumin nhả ra theo thời gian)
Bảng 3.6 Kết quả nhả Curcumin từ sợi trong điều kiện phòng thí nghiệm của mẫu O –
3% (% Curcumin nhả ra theo thời gian)
Bảng 3.7 Kết quả nhả Curcumin từ sợi trong điều kiện phòng thí nghiệm của mẫu P –
5% (% Curcumin nhả ra theo thời gian)
Từ ba bảng trên, đồ thị nhả thuốc In Vitro được trình bày như sau:
Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn quá trình nhả thuốc của sợi theo thời gian trong điều kiện phòng thí nghiệm
Từ biểu đồ, trong các khoảng thời gian đầu, quá trình nhả thuốc của cả 3 mẫu nhanh sau đó tốc độ nhả thuốc trong sợi bắt đầu chậm dần theo thời gian Điều này có thể được giải thích như sau: Trong khoảng 3 ngày đầu của quá trình nhả thuốc khi mới đưa màng sợi chứa thuốc vào dung dịch đệm sinh học, lúc này sợi chưa bắt đầu phân hủy sinh học đồng thời sự chênh lệch nồng độ giữa trong và ngoài sợi rất lớn (môi trường ngoài màng sợi chưa có thuốc) vì vậy lượng thuốc nằm trên bề mặt sợi và ngay dưới bề mặt sợi sẽ được giải phóng ra rất nhanh thông qua cơ chế khuếch tán Sau đó, khi sự chênh lệch nồng độ giữa trong và ngoài sợi giảm, sợi cũng bắt đầu phân sinh học thì quá trình giải phóng thuốc lúc này được quyết định bởi sự phân hủy sinh học của polymer Bắt đầu từ ngày thứ 6, lượng Curcumin nhả ra đều
Thời gian nhả thuốc (giờ)
P - 5% Ứng với 25 ngày nhả thuốc trong phòng thí nghiệm, mẫu O và P nhả được gần 90% lượng Curcumin, trong khi đó mẫu N chỉ nhả được khoảng 85% lượng Curcumin Qua đó cho ta thấy rằng lượng Curcumin mang trong sợi ảnh hưởng đến quá trình nhả thuốc In Vitro của sợi, ứng với mẫu N mang 1% Curucmin, lượng Curcumin nhả ra trong qua trình khảo sát luôn thấp hơn so với hai mẫu O – 3% và P – 5%, có thể nói rằng mẫu N đã phân hủy phần nào để nhả được lượng Curcumin được mang bên trong sợi Ứng với mẫu P – 5% mang lượng Curcumin nhiều hơn nên khi thời gian nhả thuốc kéo dài sẽ thấy sự khác biệt, với ngày thứ 25 thì lượng Curcumin được nhả ở mẫu P cao hơn so với hai mẫu còn lại
Như vậy, có thể nhận xét rằng, mẫu màng sợi mang nhiều Curcumin sẽ cho lượng nhả thuốc cao hơn
3.3.2.2 Quá trình nhả thuốc In Vitro của mẫu sợi có kích thước khác nhau
Hình 3.20 Đồ thị nhả thuốc của những mẫu cùng nồng độ
Thời gian nhả thuốc (giờ)
5% ss15% ss25% ss3PCL-5%cur
(Kết quả nhả thuốc của những mẫu so sánh được trình bày ở trang 28 – phần Phụ lục)
Thông qua quá trình khảo sát In Vitro này, để so sánh với các thông số kích cỡ sợi khác nhau cùng mang 5% Curcumin sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình nhả thuốc
Các mẫu sợi so sánh được làm ra theo những thông số sau:
5% ss1 Tỷ lệ 9:1, U = 15 kV; Q = 0,3 ml/h; L = 5,5 cm 5% ss2 Tỷ lệ 9:1, U = 15 kV; Q = 0,3 ml/h; L = 7 cm
5% ss3 Tỷ lệ 9:1, U = 18 kV; Q = 0,3 ml/h; L = 7 cm
Qua đồ thị nhả thuốc, nhận thấy rằng các mẫu 5%ss1 – 5%ss2 – 5%ss3 cho quá trình nhả thuốc chậm hơn so với mẫu P – 5% Ứng với khoảng thời gian 7 ngày đầu tiên, quá trình nhả thuốc của 3 mẫu 5%ss1 – 5%ss2 – 5%ss3 tăng nhanh lên đến 60% - 70%
Sau đó lượng nhả Curcumin chậm dần, đến ngày 23 thì cả 3 mẫu 5%ss1 – 5%ss2 – 5%ss3 đều cho lượng nhả Curcumin dao động trên 75% Ứng với ngày 23 thì mẫu P – 5% đã nhả được hơn 85%
Như vậy có thể thấy rằng ứng với thông số tạo sợi trên thì sẽ tạo những mẫu sợi có kích thước to hơn so với mẫu P có thông số tạo sợi tiêu chuẩn Dẫn đến quá trình nhả thuốc có sự khác biệt, ứng với mẫu P – 5% lượng nhả Curcumin cao hơn so với các mẫu 5%ss1 – 5%ss2 – 5%ss3, là do diện tích bề mặt của mẫu P lớn hơn so với 3 mẫu ss, khiến sự tiếp xúc với môi trường dung dịch đệm sinh học cao hơn nên quá trình nhả nhiều hơn
Cũng theo đồ thị, mẫu P – 5% sẽ được so sánh với mẫu sợi PCL mang 5%
Curcumin Dễ dàng nhận thấy rằng mẫu PCL – 5% cho lượng nhả Curcumin cao hơn so với mẫu P – 5% Ứng với khoảng thời gian 7 ngày, mẫu PCL – 5% cho lượng nhả ra trên 85%, trong khi mẫu P – 5% chỉ được khoảng 81%, và phải đến ngày 14 thì mẫu P – 5% mới đạt được 85% Có thể nhận xét rằng mẫu P – 5% có thêm thành phần Chitosan cho phép giữ lượng Curcumin tốt hơn nên thời gian nhả thuốc kéo dài ra so với mẫu PCL – 5%
3.3.2.3 Sự phân hủy sợi sau khi nhả thuốc
Hình 3.21 Ảnh SEM mẫu sợi sau khi quá trình nhả thuốc In Vitro
Dựa vào ảnh SEM dễ dàng nhận thấy rằng trên bề mặt của từng sợi không đồng đều – có vết răng cưa, không giống như trước quá trình nhả thuốc In Vitro sợi đều đặn
Như vậy trền bề mặt của sợi đã có sự phân hủy trong quá trình In Vitro để có thể giải phóng được lượng Curcumin ở bên trong sợi Ngoài ra có thể đánh giá rằng trong thời gian thực nghiệm nhả thuốc là 25 ngày, sợi vẫn chỉ bị phân hủy trên bề mặt, cho thấy được độ bền của mẫu màng sợi trong môi trường dung dịch đệm sinh học.
