Luận văn thạc sĩ Công nghệ vật liệu: Nghiên cứu chế tạo Micelle từ polymer nhạy nhiệt độ

Hình 1.2 Các loại đáp ứng khác nhau với kích thích c am ¡ trường c a một số hệpolymer nhạy m i tưởngNhiệt độ Lực ionCác dung môi Sự phát xạ UV, ánh sáng nhìn thấy Vật lý Điện trường Ứng

ĐẠI HỌC QUÓC GIA THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

OE HS tác sị€

TRAN QUOC CƯỜNG

Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu cao phân tử và tổ hợpMã so: 605294

LUAN VAN THAC SI

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa —- ĐHQG —- HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Huỳnh Đại Phú

Cán bộ cham nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Thi Phương Phong

Cán bộ cham nhận xét 2: TS Nguyễn Thị Lệ Thu

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Dai học Bách Khoa, DHQG TP.HCMNgày 19 tháng 01 năm 2016

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:I.TS Võ Hữu Thảo - Chủ tịch Hội Đồng

2 PGS.TS Nguyễn Thị Phương Phong3.TS Nguyễn Thị Lệ Thu

4.TS La Thị Thái Hà

5 TS Nguyễn Thị Lê ThanhXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành

sau khi luận văn đã được sửa chữa.

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

TS Võ Hữu Thảo PGS.TS Huỳnh Đại Phú

TRƯỜNG DH BACH KHOA TP.HCM CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAMPHONG DAO TAO SDH Độc lập — Tự do — Hạnh Phúc

AAA A A FIACRCBS)

NHIEM VU LUAN VAN THAC SI

Ho tén hoc vién: TRAN QUOC CUONG MSHV: 12054948

Ngày, thang, năm sinh: 07/12/1987 Nơi sinh: Quang Ngãi

Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu cao phân tử va tổ hop Mã số : 605294

I. TEN DE TAI“NGHIÊN CUU CHE TAO MICELLE TU POLYMER NHAY NHIET ĐỘ “

H.Il.IV.

NHIEM VU VA NOI DUNG Tổng hợp triblock copolymer PCL-PEG-PCL nhạy nhiệt độ trên cơ sở

PEG, e-caprolactone (e-CL) với các trọng lượng phan tử khác nhau.

Nghiên cứu chế tao micelle từ triblock copolymer trong môi trường nước, đánhgiá kích thước và tính chất của micelle với TLPT khác nhau của polymer

NGÀY GIAO NHIỆM VU: 19/01/2015NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 10/12/2015CÁN BỘ HƯỚNG DÂN : PGS.TS HUỲNH ĐẠI PHÚ

Tp Hô Chí Minh, ngày 19 tháng 01 năm 2016CAN BO HƯỚNG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

PGS.TS Huynh Dai Phu TS La Thi Thai Ha

TRUONG KHOA CONG NGHE VAT LIEU

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp có thể được xem là kết quả của cả một quá trình không ngừngcô găng, nỗ lực, tìm tòi, sáng tạo cực kì nghiêm túc trong học tập, nghiên cứu của họcviên Và đồng thời đây cũng là cơ sở, nền tảng, tiền đề để phát huy những kiến thứcchuyên môn, kinh nghiệm mà bản thân đúc kết, chat lọc được và học hỏi, trau déi

thêm phong cách, tác phong làm việc, nghiên cứu khoa học cũng như ứng dụng kỹ

thuật vào thực tiễn đời sống, sản xuất và công việc trong tương lai.Thông qua quyền luận văn nay, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến các thay côđã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tập và nghiên

cứu tại trường.

Đề hoàn thành được luận văn nay, đó không chỉ là công sức của riêng bản thân tôimà còn có những người rất đặc biệt khác Nhân đây cho phép tôi được gửi những lờitri ơn sâu sắc đến người hướng dẫn của tôi - PGS.TS Huỳnh Đại Phú, thầy đã luôntận tình chỉ bảo, dìu dắt, truyền đạt nhiều kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm quý báucùng cách giải quyết công việc một cách khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhấttrong suốt quá trình làm luận văn Kính chúc Thây sẽ có thật nhiều sức khỏe và giữđược ngọn lửa nhiệt huyết, sự đam mê, yêu nghề, yêu trò của mình

Một lời cảm ơn chân thành khác xin được gửi đến Bộ môn Vật Liệu Polymer, PTNTrọng điểm quốc gia Polymer & Composite, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất dé tôicó thé thực hiện luận văn nay

Qua đây con không quên cam ơn ba me, gia đình, người than đã luôn ở bên, là chodựa vững chắc, nguôn hồ trợ, động viên tinh thân lớn lao dé con bước tiêp trên conđường học vân.

Trong quá trình thực hiện luận văn chắc hăn không thể tránh khỏi những thiếu xót,mong quý thay cô, anh chị, bạn bè thông cảm va đóng góp ý kiến dé tôi hoàn thiện bản

thân cũng như luận văn này.

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015TRAN QUỐC CƯỜNG

TÓM TẮT LUẬN VĂNLuận văn này đã nghiên cứu chế tao micelle từ triblock copolymer nhạy nhiệt độ

PCL-PEG-PCL với các trọng lượng phân tử khác nhau Mạ= 3.000 — 10.000 dvC trongmôi trường nước, thực hiện đánh giá kêt quả như sau:

Tổng hợp triblock copolymer PCLPEGPCL nhạy nhiệt độ trên cơ sở PEG, e caprolactone (e-CL) có trọng lượng phân tử Mạ = 3000 — 10 000 dvC với các yếu tố

-khảo sát như sau là mpc¡: mpgo = 1.4 + 1.8; TLPT của PEG, Mạ peg= 1500, 2050 va

3350 đvC Đánh giá sơ bộ trọng lượng phân tử tương đối sơ bộ băng phương pháp sắckí gel GPC và xác định cấu trúc bằng phổ 'H-NMR

Xác định các nồng độ tới hạn tạo micelle ứng với mỗi triblock PCL-PEG-PCLbăng phương pháp UV-Vis, chế tao micelle từ triblock copolymer trong môi trườngnước, đánh giá kha năng tao micelle, kích thước và tính chat của micelle với TLPTkhác nhau của polymer Đánh giá kích thước và cau trúc của chúng bằng kính hién viđiện tử quét (SEM) và kính hiền vi điện tử truyền qua (TEM)

In this study, triblock copolymer PCL-PEG-PCL was synthesized based on PEGand e-caprolactone (e-CL) to obtain different triblock molecular weight ranging from3000 — 10000Da The fabrication of micelle from triblock copolymer in aqueoussolution was then carried out, the morphology and other properties of micelle underthe influence of triblock molecular weight were also investigated.

Synthesis of triblock copolymer PCL-PEG-PCL based on PEG, e - caprolactone(e-CL) with triblock molecular weight (M,) varying from = 3000 — 10 000 Da Thefollowing factors were then inspected: ratio Mpcy/Mpgo = 14 — 1.8; Mạ pzo= 1500,2050 and 3350Da Assessment of the structure and M, of triblock via gel permeation

chromatography (GPC) and 'H-NMR

Determination of critical micelle concentration (CMC) of micelle in accordancewith each triblock PCL-PEG-PCL by UV-Vis method, fabrication of micelle inaqueous solution, assessment of size and property of micelle at different triblockmolecular weight During the micelle-creating process, the size and morphology ofmicelle could be affected by the following factors: polymer concentration in aqueoussolution, molecular weight of polymer The morphologies of micelles were observedby Scanning electron microscopy (SEM) and Transmission electron microscopy(TEM).

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIÁ LUẬN VĂN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi được thực hiện dưới

sự hướng dẫn của PGS.TS Huỳnh Đại Phú

Các sô liệu, két quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bat kỳ công trình nào khác

Tác giả

Trần Quốc Cường

MỤC LỤC

Đề mục TrangXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên

0110 << EEE FEES EE EEE; Eee EEE EEE EEE HESS EE EES 1Nhiệm vụ luận văn thạc sĩĨ CC nen llLOL CAM Kuiadiiiii ill

Tóm tắt luận VAIL ccc cccececccccecececceccuceceesucecensceeeneneneeeaseneusaeanenentenens IV

TAN OS) 8 | ©) — VLời cam đoan của tác giả luận văn -ccc c2 Sa viMục LUC cece cece cece cence cence cee e ee eeeeseeeeeeeeseeeeeseeeeseeeuseeeueseeueseeess VilDanh mục hình ảnh - cee eeeneeseeeeeeceeeenneeseseeuneseens X

Danh mục bảng biỀUu -.-c- CC 2020111121121 12110 111111 111 11x ko XVIDanh mục từ viét tat c.cccccccececcccececcccecececeecueeceneuceeaceneneeseneneeuteenens XVIIDAT VAN DE o o.oo ce cece cece ecceccccuscceceuceeceuceseuscusceecescescescetcerseuseuscutcens |CHƯƠNG 1: TONG QUAN POLYMER NHAY CAM VỚI MOI TRƯỜNG

MICELLE - POLYMER NHAY NHIET DO

1.1 Polymer nhạy cam với môi trường (Polymer thông minh) 2

1.1.1 Giới thiệu về polymer nhạy môi trường ‹- -‹ -c<- c2 21.1.2 Một số loại polymer nhạy môi trường ‹-.-‹ << c2 51.1.2.1 Phân loại theo nguồn 8Ốc - S121 1111121112113 11111 111 ket 51.1.2.2 Phân loại theo yếu tố kích thích .-‹ -c <2 c2: 61.1.3 Ứng dụng của polymer thông minh trong lĩnh vực y sinh 11

1.2 Micelle — polymer nhạy nhiệt độ -. -. - 17

1.2.1 Chat hoạt động bể mặt - c CC eeescueceaeceseaseeneeneeaes 17

1.2.1.1 Khái niệm QQQQn nn SH nh nhu 171.2.1.2 Phân loạiI eeeeceeeeeeesceeeenesseeeunseeeeuee sens 181.2.2 Hòa tan micelÏ€ -. ch khe 20

5m 20

1.2.2.2 Hòa tan micelle (micelle solubilizafion) . - 211.2.3 Polymeric micelÏe - n nee enn eens ee een ene khe 24

1.2.3.1 Những polymer tổng hợp hệ phân phối thuốc cơ chế micelle 241.2.3.2 Những polymer tổng hop dùng trong hệ thông phân phối thuốc Liposome 26

1.2.3.3 Liệu pháp gøen ccc Q2 9n EEE EEE EEE EEE né 281.2.3.4 Micelle polymer PCL-PEG-PCU -.-< << << << 29

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHAP THỰC NGHIEM VÀ DANH GIÁ

2.1 Phương pháp thực nghiệm -. c c2 xe 32

2.1.1 Quy trình tổng hợp triblock polymer nhạy nhiệt PCL-PEG-PCL 322.1.1.1 Hóa chat thí nghiệm - ¿ c 2261221112111 1121111 111 111 xeg 322.1.1.2 Thiết bị thí nghiệm - e eee c 1202211122112 111 1111111111111 111 rà 342.1.2 Quy trình chế tạo miCelÏ€ ‹ -cc cc c2 2120602001111 11 11111 1111k 1xx rxg 37

2.1.2.1 Nguyên lIỆu CS S9 9 SH nh nh 37

2.1.2.2 Thiết bị 99121 SE TT TT n0 1km 372.1.2.3 Quy trình chế {ạO - cc c0 21211111 nk n kg TH nh He 37

2.2 Phuong pháp đánh giá cc na 382.2.1 Phân tích cộng hưởng từ hạt nhần IHNMR 38

2.2.2 Phương pháp sắc kí gel GPC - CC 0S 2n E HS hy này 39

2.2.3 Phương pháp UV-VIS ccQQ n n HH HH SE HH ng nh nha 39

2.2.4 Kính hién vi điện tử truyền qua — TEM - c2 S222 392.2.5 Kính hiển vi điện tử quét — SEM -c- c1 S121 re 40CHUONG 3: KET QUÁ VA BAN LUẬN

3.1 Tổng hợp triblock copolymer PCL-PEG-PCL - ‹- ¿c2 c2 c2 423.1.1 Phố cộng hưởng từ 1H-NMR c2 22221 séy 423.1.2 Kết quả phân tích sắc kí gel GPC -cc- c2 2121112111 112111 k2 45

3 2 Nghiên cứu kha năng tao micelÏ€ -c c2 S2 47

3.2.1 Xác định giá tri nồng độ tới hạn tạo micelle (CMC) 473.2.1.1 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử PCL đến nông độ tới hạn tạo micelle của

triblock PCL-PEG-PCL - c9 SH nh kg 53

3.2.1.2 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử PEG đến nông độ tới hạn tao micelle của

triblock PCL-PEG-PCL - c9 SH nh kg 563.2.2 Nghiên cứu khả năng tạo micelÏe - << << <s2 58

3.2.2.1 Độ ồn định của các mẫu micelle -: : cccc c2 c2 2222212212111 sse2 583.2.2.2 Anh hưởng của tỉ lệ khối lượng PCL/PEG -.c<- c2 essen es 653.2.2.3 Ảnh hưởng nông độ dung dịch triblock tao micelle khác nhau 68

3.2.3 Nghiên cứu kích thước micelle ccc cece eee e cece een e eee ee enna nes 70

3.2.4 Nghiên cứu hình thái va cau trúc của micelle . -< <: 783.2.4.1 Ảnh hưởng của nông độ triblock PCL-PEG-PCL - - c <5 5: 783.2.4.2 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử khối ưa nước PEG -.823.2.4.3 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử khối ky nước PCL - 87CHUONG 4: KET LUAN VA KIEN NGHI

Fhưư:aiầddiiiaiđáiẳiẳảẳảẳẳ4 924.2 Kiến nghị cece c0 1201121112111 11 11 11 1k1 KT nh nh cày 94TÀI LIEU THAM KHẢO c2 se 94

Ly lịch trích ngang - cccn Ee S HH HH nh sen 9808 ẰằẮẶ Ả 99

DANH MỤC HÌNH ẢNHHình 1.1 Sự thay đổi hình dạngc apo ymer hi có tắc nhân ích thích 2Hình 1.2 Các loại đáp ứng khác nhau với kích thích c am i trường c a một số hệ

polymer nhạy ï WỞNG ee cà Cà nà bee bee ae tee besten tee khe it tte teedHình 1.3 (a) Hyaluronic acid, (b) Alginic acid, (c) Chodroitin su ƒqfe 2Hình 1.4 Sự ion hóa c a các polyelectrolyte phụ thuộc pH Poly(acrylic acid) (trên)va po y(N,N’-diethy aminoethy methacry ate) (đưới) ”

Hình 1.5 Cấu trúc hóa hoc c a những polyacid nhạy pH: (a) poly(acrylic acid); (b)

poly(methacrylic acid); (c) poly(2-ethylacrylic acid) (d) poly(2-propylacryhc2 /1/2jWBWEEGưmaddddđidđẳẳiiẳiiẳẳiiiiaiẳầẳdẳảắẳaa A

Hình 1.6 Minh hoa sự thay đổi ích thước c a ge (truong-co) khi có sự thay đổiHình 1.7 Một số polymer nhạy nhiệt phổ biỂn cee ccc coe coe vee cee cà cà cà cà cà cà ÔHình 1.8 Sự thay đổi hình thái, thể tích truong/co theo nhiệt độ (chú thích:

hydrophi ic = wa nước; hydrophobic = ki HHỚC) Ở

Hình 1.9 Cấu trúc hóa hoc ca những acrylamide thé): (a)

poly(N-isopropy acry amide); (b) po y(N,N’-diethy acry amide) 1Ö

Hình 1.10 Sự phân phối thuốc c apo yme nhạy pH và nhiệt độ 1ÏHình 1.11 (a) Cấu trúc hóa học, (b) Đô thị chuyển pha sol-gel, và (c)Khối gel in vivo

sau khi tiêm dung dịch multiblock copolymer 20 wt.% (PCL—PEG—PCL-PA U)x 12

Hình 1.12 (a) Cau trúc hóa học, (b) Giản đồ chuyến pha sol-gel c a dung dịch

triblock copolymer PAA—PEG—PAA 12.5 wt.% trong m i trưởng nước (c) In vivo

hydroge được tìm thấy đính chặt vào da chuột SD sau Iphút 13Hình 1.13 (a) Giản đồ chuyển pha sol-ge , (b)Cơ chế hình thành gel c a multiblock

copolymer hydrogels [PEG—PAEU]x (20 wt.%) - J4

Hình 1.14 (a) Giản đồ chuyển pha sol-ge (25 wt.%), (b) Cơ chế chuyển pha sol-gelc a PUASM hydrogels c) Khối gel in vivo PUASM-2 (25 wt.% hydrogels) sau Sminva 1 tuân sau hi được tiên vào SD rats tại nhiệt độ phòng và tại pH 8.0 và pH

Hình 1.15 Ung dụng c a copolymer nhạy nhiệt PNIPAAm trong điều trị thoái hóa cột

SONG see cee ccc cọ cee ces cue coe TT KH TH ses cus cae KH KH TH TH sus eas cae KH TH TH TH rên tr tực si Hs cas vsvee cóc LỐ

Hình 1.16 Cấu tạo chung c a chất hoạt động bỀ mặt c I8Hình 1.17 Một số hoạt động liên bê mặt thưởng gặp c a chất hoạt động bê mặt

a) Mousse b) Fim Langmuir c) NHũ trong (D/N) đ) Nhũ tương (N/D) 20

Hình 1.18 Hai thé loại mice e thường gặp a) Mice e b) Mice e đảo 2]

Hình 1.19 Sự hình thành micelle và nông độ toi hạn tạo rmicelle 22

Hình 1.20 Các phương pháp xác định C MÍC 23

Hình 1.21 Cau trúc c a micelle vận chuyển thuốc 24

Hình 1.22 Cấu trúc © A StAP DO VM€F cà cee cà cà nà Khê eee see se sn xà cà cc c9Hình 1.23 Cau trúc c a phức hop polyelectrolyte nhạy pH 2ÕHình 1.24 Liposome nhạy pH cà cà cài ke tee se se k2Hình 1.25 pH-sensitive liposomes (A) sự thay đổi cấu trúc c a liposome trong môitường acid Mang liposome nhạy pH phổ biến là sự kết hợp caphosphatidylethanolamine (PE) với hỗn hợp chứa nhóm acid (e.g carboxylic groupslike cholesteryl hemisuccinate) Hệ mạng này ôn định tại pH trung tính, nhưng trongm i trường acid, lớp PE phân rã để giải phóng thuốc (B) minh họa cơ chế liposomevượt cao rào can c a bào tương và màng endosome và giải phóng thuốc vào khônggian nội ĐÀO cà cà Cà cà ee cee tae cee tae tee KH tee bee tae eee states it cọ ii 2Hình 1.26 Cấu trúc c a chất mang gene a) Cơ chế hình thành chất mang gene b)Cơ chế mang gene vào trong tế bào cee cue cà cà cà ses ses sue si si vn xà cà ene ee ene 29Hình1.27 Phản ứng tong hợp triblock copolymer PCL-PEG-PCL 30

Hình 1.28 Quá trình hình thành micelle c_a triblock copolymer PCL-PEG-PCL 31

Hình 1.29 Micelle mang thuốc ích thước nanO 3dHình 2.1 Cầu trúc phân tử c a Po y(Ethy ene g yoo ) (PEG) - 32

Hình 2.2 Cầu trúc phân tử c a e-caprolactone (CL) - 32

Hình 2.3 Cầu trúc phân tử c a Stannous Octoate Sn(OcÐj 33

Hình 2.4 Quy trình tông hợp triblock PCL-PEG-PCL a) Tổng hợp triblock b) Rửa sảnphẩm trong diethyl ether c) Sdy nhiệt chân không sản phẩm trib 06 36

Hình 2.5 Các dung dich micelle với trọng uong phân tứ hdc nhaqu 3Ö

Hình 2.6 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét SEM 40

Hình 3.1 Triblock PCL-PEG-P(CL tee tee cà cài cà tee cà cà ce ASHình 3.2 Kết qua phân tích "H-NMR c atribock nhạy nhiệt độ PCL-PEG-PCL 43

Hình 3.3 Kết quả phân tích GPC c a triblock PCL-PEG-PCL 45

Hình 3.4 Nông độ tới hạn tạo micelle c a triblock C-1500-14 47

Hình 3.5 Nông độ tới hạn tạo micelle c a triblock C-1500-16 4BHình 3.6 Nông độ tới hạn tạo micelle c a triblock C-1500-16 4

Hình 3.7 Nông độ tới hạn tạo micelle c a triblock C-2050-14 49

Hình 3.6 Nông độ toi hạn tạo micelle c a triblock C-2050-16 DOHình 3.9 Nông độ toi hạn tạo micelle c a triblock C-2050-16 DOHinh 3.10 Nong độ toi han tao micelle c a triblock C-3350-14 000 occ ee cee ee OLHinh 3.11 Nong độ toi han tao micelle c a triblock C-3350-16 00 0 cic ee cee ccc cen eee DDHinh 3.12 Nong độ toi han tao micelle c a triblock C-3350-18 000 cc ee cee ee cee cen eee DDHình 3.13 Nong độ toi han tao micelle c a các triblock C-1500-14, C-1500-16 và C-Hinh 3.14 Nong độ toi han tao micelle c a các triblock C-2050-14, C-2050-16 và C-Hình 3.15 Nong độ toi han tao micelle c a các triblock C-3350-14, C-3350-16 và C-Hinh 3.16 Nong độ toi han tao micelle c a các triblock C-1500-14, C-2050-14 và C-Hình 3.17 Nong độ toi han tao micelle c a các triblock C-1500-16, C-2050-16 và C-Hình 3.18 Nong độ toi han tao micelle c a các triblock C-1500-18, C-2050-18 và C-Hình 3.19 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c amdu C-1500-14 nông độ 0 1% 58

Hình 3.20 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c amdu C-1500-16 nông độ 0 1% 59

Hình 3.21 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c amdu C-1500-18 nông độ 0 1% 59

Hình 3.22 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c a mẫu C-2050-14 nông độ 0 1% 60

Hình 3.23 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c a mẫu C-2050-16 nông độ 0 1% 61

Hình 3.24 Kết quả do độ hap thụ UV-Vis ca mẫu C-2050-18 nông độ 0.1% 61

Hình 3.25 Kết quả do độ hap thu UV-Vis c a mẫu C-3350-14 nông độ 0.1% 62

Hình 3.26 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c amdu C-3350-16 nông độ 0 1% 62

Hình 3.27 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c amdu C-3350-18 nông độ 0 1% 63

Hình 3.28 Hình anh các dung dich micelle khi moi CNE tạo Ó3Hình 3.29 Hình anh các dung dich micelle sau mỘI H8ÀàY Ó⁄fHình 3.30 Kết qua do độ hấp thu UV-Vis c a mau C-1500 nông độ 0.1% với 3 tỷ lệPCH/PEG khác nhdI - cee cà cà cà tee tee tne eee sae se xá sec cày ODHình 3.31 Kết qua do độ hấp thụ UV-Vis c a mau C-2050 nông độ 0.1% với 3 tỷ lệPCH/PEG khác nhdI - cee cà cà cà tee tee tne eee sae se xá sec cày ODHình 3.32 Kết quả do độ hấp thụ UV-Vis c a mau C-3350 nông độ 0.1% với 3 tỷ lệPCL/PEG fd Hhqu - cà cà cà cà cà cà kề tee cà sài sài cà 06

Hình 3.33 Kết quả đo độ hấp thu UV-Vis c a mẫu C-1500-14 nông độ 0.1% và052/2 PPẼ7Ẽ7Ẽ8AA ẦẢ AVA.£š<: 67

Hình 3.34 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c a mẫu C-1500-16 nông độ 0.1% và0À /2/Nnf Ằ 68

Hình 3.35 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c a mẫu C-1500-18 nông độ 0.1% và052/2 PẼ.AA— 4 68

Hình 3.36 Kết quả do độ hấp thu UV-Vis c a mẫu C-3350 tại nông độ 0.1% và052/2 PPẼ7Ẽ7Ẽ8AA ẦẢ AVA.£š<: ó9Hình 3.37 Kết qua do độ hap thu UV-Vis c a mẫu C-2050 tai nong độ 0.1% va052/2 accccccencccennecenneeeneneeeesneeeeeseeeeesaeeeeeaeeeeeesaeeecesaeecesaeeeensaeeensaeeceseseeeeeaueeeeeaeeeesneeeeeeaaes 69Hình 3.38 Kết quả xác định ích thước micelle c amdu C-1500-14-02 70

Hình 3.39 Kết quả xác định ích thước micelle ca mẫu C-1500-16-02 70

Hình 3.40 Kết quả xác định ích thước micelle c a mẫu C-1500-18-02 7

Hình 3.41 Kết quả xác định ích thước micelle c a mẫu C-2050-14-02 7

Hình 3.42 Kết quả xác định ích thước micelle c a mẫu C-2050-16-02 72

Hình 3.43 Kết quả xác định ích thước micelle c a mẫu C-2050-18-02 72

Hình 3.44 Kết quả xác định ích thước micelle c a mẫu C-3350-14-02 73

Hình 3.45 Kết quả xác định ích thước micelle c a mẫu C-3350-16-02 73

Hình 3.46 Kết quả xác định ích thước micelle c a mẫu C-3350-18-02 74

Hình 3.47 Đô thị ích thước micelle c a các triblock có TLPT PEG = 1500VOL COC ty 16 1.45 1.6 VALS coo ec =a tees eee eee ee JOHình 3.48 Đô thị ích thước micelle c a các triblock có TLPT PEG = 2050VOL COC ty LE 1.45 1.6 VALS << eee ee tee tee te tte teen Ẽ.1ăẼäẼẽ JOHình 3.49 Đô thị ích thước micelle c a các triblock có TLPT PEG = 3350VOL COC tv LE 1.45 1.6 VA 1S coc ec cic cee cc cee cee cee cen ca ŠẼ eset DLHình 3.50 Hình SEM c a mẫu C-1500-14 a) Nông độ 0.1% b) Nong độ 0.2% 78

Hình 3.51 Hình SEMc a mẫu C-1500-16 a) Nông độ 0.1% b) Nông độ 0.2% 78

Hình 3.52 Hình SEMc a mẫu C-1500-18 a) Nông độ 0.1% b) Nông độ 0.2% 79

Hình 3.53 Hình SEM c a mẫu C-2050-14 a) Nông độ 0.1% b) Nông độ 0.2% 79

Hình 3.54 Hình SEM c a mẫu C-2050-16 a) Nông độ 0.1% b) Nông độ 0.2% 79

Hình 3.55 Hình SEM c a mẫu C-2050-18 a) Nông độ 0.1% b) Nông độ 0.2% 80

Hình 3.56 Hình SEM c a mẫu C-3350-14 a) Nông độ 0.1% b) Nông độ 0.2% 80

Hình 3.57 Hình SEM c a mẫu C-3350-16 a) Nông độ 0.1% b) Nông độ 0.2% 80

Hình 3.58 Hình SEM c a mẫu C-3350-18 a) Nông độ 0.1% b) Nông độ 0.2% 81Hình 3.59 Hình SEM tại nông độ 0.1% c acdc mẫu a) C-1500-14 b) C-2050-14 c)Hình 3.60 Hình SEM tại nông độ 0.1% c acdc mẫu a) C-1500-16 b) C-2050-16 c)Hình 3.61 Hình SEM tại nông độ 0.1%c acdc mẫu a) C-1500-18 b) C-2050-18 c)Hình 3.61 Hình TEM tại nông độ 0.1%c acdc mẫu a) C-1500-14 b) C-2050-14 c)Hình 3.63 Hình SEM tại nông độ 0.1% c acdc mẫu a)C-1500-14 b) C-1500-16 c)Hình 3.64 Hình SEM tại nông độ 0.1% c acdc mẫu a) C-2050-14 b) C-2050-16 c)Hình 3.65 Hình SEM tại nông độ 0.1% c acdc mẫu a) C-3350-14 b) C-3350-16 c)

Hình 3.66 Hình TEM c a các mẫu với nông độ 0.1% và các tỷ lệ PCL 1.4 và 1.6

a)C-1500-14 b)C-1500-16 c)C-2050-14 d)C-2050-16 e)C-3350-14 f)C-3350-16

90

DANH MỤC BANG BIEUBang 1.1 Các yếu tô kích thich c am i trường lên polymer nhạy m i trường 3Bang 1.2 Một số polymer nhạy m i trường và loại ích thích tương ứng 4

Bang 1.3 Những po ymer và các ngưỡng PH C A chúng Ổ

Bang 3.1 Ký kí hiệu tên mẫu trong quá trình thực nghiệm 42Bảng 3.2 Kết quả ty lệ M(PCL)/M(PEG) được tính theo H-NMR c a triblock PCL-Bang 3.3 Kết quả độ da phân tán và hiệu suất tong hợp c acdc mẫu triblock 46Bang 3.4 Kết quả nông độ tới hạn tao micelle c a các triblock C-1500-14, C-1500-16

PCL-PEG-PCL có TLPT khác nhau tai nông độ ().22Ÿ%% c5 s*+++ssssssssssss 74

DANH MỤC TU VIET TATTừ viết tắt Tường minh

PCL Poly(e-caprolactone)PCLA Poly(g-caprolactone-co-D,L-lactide)PEO Poly(ethylene oxide)

PPO Poly(propylene oxide)PEG Poly(ethylene glycol)PLA Poly(lactic acid)PLLA Poly(L-lactide)PGA Poly(glycolic acid)PLGA Poly(lactic-co-glycolic acid)GPC Gel Permeation Chromatography

‘H-NMR Hydrogen Proton Nuclear Magnetic Resonance

SpectroscopyIR Infrared SpectroscopyPAA Polyacrylic acid

PVA Poly(vinyl alcohol)PVP PolyvinylpyrrolidonePAAm PolyacrylamidePNIPAAm Poly(N-isopropylacrylamide)PDMAPAAm _ | Poly(N,N-dimethylaminopropylacrylamide)PDEAAm Poly diethylacrylamide

PDMAEMA Poly(2-N-(dimethylaminoethyl) methacrylate)PEMA Poly(ethyl methacrylate)

PBO Polybutylene oxideSSP Stimuli-sensitive PolymerIHG Intelligent HydrogelIHP Intelligent Hydrogel PolymerPHG Polymer Hydrogel

EA Ps Electro-active PolymersUCST Upper Critical Solution TemperatureLCST Lower Critical Solution TemperatureCMT Critical Micelle Temperature

DCC N,N’-Dicyclohex ylcarbodiimideDMAP 4-Dimethylaminopyridine

BPO Benzoyl peroxideOPA Olygomer 2-phenox yaniline

DAT VAN DE

Polymer nhạy cam với điều kiện m i trường là một hướng quan trong trongngành vật liệu cao phân tử thời gian gan đây Các oại vật liệu polymer đặc biệt nàythu hút được mối quan tâm nghiên cứu c_a nhiễu nhà khoa học bởi chúng có khả năng

ung đáp với các ích thích bên ngoài như pH, nhiệt độ, luc ion, điện và từ trưởng, các

kích thích hoá học và sinh học Các vát hiệu polymer nhóm này còn thé hiện khả năngđáp ứng dong thời với nhiều kích thích từ m i trường ngoài Ngày càng có nhiều ứngdụng c a vát liệu polymer th ng minh trong các inh vực như cam bién sinh hoc, vận

chuyên thuộc, chuyén gen và công nghệ tê bao.Polymer nhạy nhiệt độ là một trong những loại polymer thông mình được ứng

dung trong công nghệ dược phẩm Cơ chế c a polymer nhạy nhiệt độ là sự thay đổitrạng thái c a các mach trong polymer theo nhiệt độ c am i trường Yếu tô này giúpcho quá trình điều trị cũng như tác dụng c a thuốc hiệu quả hơn và inh tế hơn

Một trong những bước quan trọng dé đưa những loại polymer này ứng dụngtrong thực tế đó à quá trình chế tạo thành những mice e có ich thước và tính chấtphù hợp từ những polymer đã được tổng hợp từ trước đó Vi vậy, mục tiêu c a dé tàinày là nghiên cứu tìm ra quy trình dé chế tạo micelle từ polymer nhạy nhiệt độ dé góp

phán đưa những ung dung có giá tri này vào cuộc song.

CHƯƠNG 1: TONG QUAN POLYMER NHAY CẢM VỚI MOI TRƯỜNG

MICELLE - POLYMER NHAY NHIET DO

1.1 Polymer nhạy cảm với môi trường (Polymer thông minh) [1-5]

1.1.1 Giới thiệu về polymer nhạy môi trường

Polymer nhạy cảm với môi trường hay còn gọi là polymer thông minh là những

polymer có khả năng đáp ứng bởi các kích thích dù là rất nhỏ của môi trường bênngoai Chúng đáp ứng với các thay đổi thuộc tính rộng, nhạy đối với sự thay đối môitrường trong các điều kiện vật lý, hóa học hoặc sinh học Chúng có thé biến đổi ranhiều dạng cũng có thể được hòa tan trong dung dịch có nước, được hấp thụ hoặc cấyghép vào bền mặt tiếp xúc ran — nước hoặc được tạo liên kết cầu trong các dang

polymer.

Những thay đổi của môi trường thường gặp liên quan đến pH và nhiệt độ Tươngtác giữa polymer-polymer, polymer-chất tan chỉ xảy ra khi có sự thay đối đột ngột củapH và/hoặc nhiệt độ sẽ dẫn đến sự trương lên hay co lại của mạch phân tử polymer

Hydrophilic Hydrophobic

: change in loss of bound water

temperature |,

-or pH DNN cac VN: ve

hydrated polymer chains collapse of polymer

Hình 1.1 Sự thay đổi hình dang c apo ymer khi có tác nhân kích thích

Hình 1.2 Các loại đáp ứng khác nhau với kích thích c am ¡ trường c a một số hệ

polymer nhạy m i tưởngNhiệt độ

Lực ionCác dung môi

Sự phát xạ (UV, ánh sáng nhìn thấy)

Vật lý Điện trường

Ứng suất cơAp suat cao

Su phát xạ siêu amTừ trường

pH

Hóa học Các ion riêng biệt

Các tác nhân hóa họcCác nên enzymeSinh học Các phôi tử ái lực

Các tác nhân sinh học khác

Bang 1.1 Các yếu tô kích thíchc am ¡ trường lên polymer nhạy m i trường

Polymer Loại kích thíchBIS Bis-acrylamide

PAAc Poly(acrylic acid) pHPAAEM Poly(aceto-acetoxy-ethyl methacrylate)PAAm Poly(acrylamides)

PBA Poly(butyl acrylate)PCL Poly(caprolactone) NhiétPDEAEM _| Poly[2- pH

(diethylamino)ethylmethacrylate |PDMS Poly(dimethylsiloxane) Điện trường, nhiệtPDIPAEM | Poly[2-(diisopropylamino)ethyl pH

methacrylate |PEO Poly(ethylene oxide) NhiétPGMA Poly(glycerol monomethacrylate)

PHEMA Poly(hexyl ethyl methacrylate)PHFBMA | Poly(hexafluorobutylmethacrylamide) | NhiệtP(Glu) Poly(glutamic acid) pHPLLA Poly(L-lactides)

PMMA Poly(methyl methacrylate)PMAEPC | Poly[2-(methacryloyloxy)ethyl Điện trường, nhiệt

phosphorylcholine]PNaA Poly(natri acrylate) pHPNaVBA Poly(natri-4-vinyl benzoate) pHPNVCL Poly(N-vinylcaprolactone) Nhiét, pHPNIPAM Poly(N-isopropylacrylamide) NhiétPPO Poly(propylene oxide) NhiétPVIm Poly(N-vinylimidazole) pH

Bang 1.2 Một số polymer nhạy m i trường và loại ich thích tương ứng

Như vậy, tùy theo các loại tác động khác nhau lên polymer thông minh mà ta sẽ cócác loại polymer thông minh như: polymer nhạy nhiệt độ, polymer nhạy pH, polymernhạy ánh sang,

1.1.2 Một số loại polymer nhạy môi trường [6-13]Có nhiều cách phân loại polymer nhạy môi trường tùy theo nguồn gốc (hay nguyênliệu), bản chất, cơ chế hấp thụ nước, điện tích hay ứng dụng của nó Dưới đây là một

sô cách phân loại của polymer nhạy môi trường

1.1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc

a) Polymer thiên nhiên và dan xuât cua chúng

Là các polymer được chế tạo từ các nguyên liệu tự nhiên như: Hyaluronic acid,

Alginic acid, Chodroitin sulfate chitosan, Hydroxypropylmethylcellulose phthalate(HPMCP), Hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP) 50,Hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP) 55, Cellulose acetate trimelliate,Cellulose acetate phthalate, Carrageenan, Gellan, Amylase, Agarose, Colagen

| OHia) (h) DH c= OH

nhóm chức mang tính nhạy tác động môi trường Vi du: polyacrylic acid,

polyvinylpyridine, © PLA-PEG-PLA (Poly(lactic acid) - poly(ethylene polydactic acid)), PCL-PEG-PCL (Poly(e-caprolactone) - poly(ethylene glycol)-poly(e-caprolactone)), poly(PF-co-EG) acrylate hóa, poly(PEG/PBO terephthalate),PEG-b-(PLA-acrylate), PEG/CDs, PEG-g-poly(AAm-co-Vamine), PAAm,poly(NIPAAm-co-AAc), poly(NIPAAm-co-EMA), PVAc/PVA, PNVP, poly(MMA-co-HEMA), poly(AN-co-allyl sulfonate), poly(biscarbox y-phenoxy-phasphazene),poly(GEMA-sulfate),

glycol)-c) Từ vật liệu tô hop của các polymer thiên nhiên và tổng hợp

Poly(PEG-co-peptides), alginate-g-(PEO-PPO-PEO), poly(PLGA-co-serine),collagen-acrylate, alginate-acrylate, poly(HPMA -g-peptide), poly(HEMA/Matrigel®),HA-g-NIPAAm, chitosan-g-PEG,

1.1.2.2 Phân loại theo yếu tô kích thích [6-13]

a) Polymer nhạy pH

Polymer nhạy pH là những polymer có khả năng đáp ứng lại những thay đổi trong

pH của môi trường xung quanh.

Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến ứng xử của chúng là sự có mặt của cácnhóm chức có khả năng bị ion hóa (nhường hay nhận proton) khi có sự thay đối pHtrong môi trường mà được gan trên mach chính (vi du: nhóm acid, carboxyl, ) Suthay đổi pH quanh giá trị pK, (pK, ) của những nhóm chức này dẫn đến sự ion hóanhững nhóm chức đó và sinh ra lực đây tĩnh điện làm tăng thể tích thủy động học củahydrogel polymer (sự trương) Các nhóm chức này hoạt động giống như khi năm trênmonoacid/monobase nhưng sự ion hóa diễn ra khó khăn hơn do hiệu ứng tĩnh điện gây

ra bởi tương tác của các nhóm ion lân cận.

Ở pH cao, nhóm acid carboxylic bi ion hóa (nhường H linh động) sinh ra lực đâytĩnh điện tác động lên mạch polymer tạo ra khoảng trống cho các phân tử nước xenvào làm trương mạch polymer Và ngược lại, ở pH thấp, sự có mặt của các nhómcarboxyl tạo các liên kết hydro (với nước) làm co rút mach polymer

La: pli High pH

Hình 1.4 Sự lon hóa c acdc polyelectrolyte phụ thuộc pH Poly(acrylic acid) (trên)

và po V(N,N '-đdiethy aminoethy methacry ate) (dưới).Một loại của chúng có nhóm chức acid (-COOH, -SO3H) và trương trong pH base,như: polyacrylic acid (PAA) Loại khác có nhóm chức base (-NH;) và trương trong pHacid, như: Chitosan.

Những gel nhạy pH có thé kế đến bao gồm những ionic polymer, polyelectrolyte,

những polymer không tích điện được hóa gel bởi những nhóm ion Poly(acrylic acid)(PAA), poly(methacrylic acid), N-isopropylacrylamide (NIPAAm), poly(ethyleneimine), poly(propylene imine), chitosan, poly(L-lysine); poly(L-histidine), poly(2-ethylacrylic acid) (PEAA), copolymer 2-ethylacrylic acid (EAA) với methacrylic acid

(MAA) là những thí dụ điển hình của hydrogel polymer nhạy pH

(a) (b) (Cc) (d)

}HzC H„C

Hình 1.5 Cấu trúc hóa học ca những polyacid nhạy pH: (a) poly(acrylic acid); (b)

poly(methacrylic acid); (c) poly(2-ethylacrylic acid); (d) poly(2-propylacrylic acid).

SwollenGelDegree of swelling TR,

1 Poly(methacrylic acid, ethyl acrylate) (1:1) 552 Poly(methacrylic acid, methyl methacrylate) (1:1) 6,03 Poly(methacrylic acid, methyl methacrylate, methyl | 6,8

acrylate) (1:1:6,8)4 Poly(methacrylic acid, methyl methacrylate) (1:2) 7,0

B Những dẫn xuất polyvinyl acetate

5 Polyvinyl actate phthalate 5,0

C Những dẫn xuất Cellulose

6 Hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP) 45-487 Hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP) 50 | 5,28 Hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP) 55 | 5.49 Cellulose acetate trimelliate 5,010 Cellulose acetate phthalate 6,0

Bang 1.3 Những po ymer và các ngưỡng pH c a chúngb) Polymer nhạy nhiệt độ [14-21]

Polymer là những polymer có kha năng đáp ứng lại sự thay đối của nhiệt độ môitrường bang cách chuyền pha trạng thái sol-gel nhờ vào những lực tương tác liên phântử bao gồm liên kết hydro và tương tác bắt nguồn từ các nhóm ki nước trên polymer.Cũng như yếu tố pH, yếu tố nhiệt độ là một tín hiệu kích hoạt phô biến được sử dụngcho sự giải phóng thuốc có điều khiến

dịch tới hạn dưới (LCST) - là nhiệt độ mà tại đó dung dịch polymer từ một pha tách

thành hai pha Khi nhiệt độ dưới LCST, liên kết hydro giữa polymer và nước (tươngtác ưa nước) chiếm ưu thế nên polymer hòa tan trong nước tạo thành một pha đồngnhất, dưới dạng gel hút nước có độ trương cao Khi nhiệt độ tăng cao hơn LCST thìtương tác ky nước chiếm ưu thế, xảy ra hiện tượng tách pha, nước thoát ra Nhìnchung, khả năng phân tán của phần lớn các polymer tăng theo sự tăng nhiệt độ Tuynhiên, trong trường hợp của các polymer tồn tai LCST, sự tăng nhiệt độ làm giảm khảnăng phân tán trong nước của polymer vì những tương tac ki nước chiếm ưu thé

Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) có LCST ở 32°C trong nước PNIPAAm

sẽ hòa tan (hydrate hóa) bởi tương tac ưa nước (liên kết hydro) khi ở dưới nhiệt độ nàyvà xảy ra tách pha (đề hydrate hóa) khi ở trên LCST do tương tác kị nước

Hình 1.8 Sự thay doi hình thái, thé tích trương/co theo nhiệt độ (chú thích:

hydrophi ic = ua nước; hydrophobic = ki nước).

Những polymer dưới đây thể hiện chuyển pha LCST, phần lớn chúng có mặt

những nhóm alkyl ky nước.

a b

| |C=O C=O

| |

NN-H

YN

CH CH

H.C CH, Hạ

Hình 1.9 Cầu trúc hóa học ca những acrylamide thé): (a)

poly(N-isopropylacrylamide); (b) po y(N,N -diethylacrylamide)©) Polymer nhạy pHv nhiệt độ

Temperature sensitive block

Với việc các polymer nhạy nhiệt độ thể hiện nhiều bất lợi trong việc dẫntruyền thuốc/protein như: dé gel hóa tại nhiệt độ cơ thé nên gây khó khăn để tiêm vàocơ thể người, sau khi tiêm polymer có khuynh hướng giảm cấp nhanh tạo ra cácmonomer acid có thé có hai cho một số protein và acid nucleic Dé giải quyết van dénày và có thé điều khiến khả năng phóng thích của các phân tử sinh học nhằm thiết kếhệ thống dẫn truyền thuốc/protein mới, phương pháp thông dụng được sử dụng trongnhững năm gan đây là nghiên cứu phát triển copolymer có hơn một độ nhạy với kíchthích ngoài Polymer nhạy pH thường được dùng để kết hợp với polymer nhạy nhiệtđộ để chế tạo ra công cụ dẫn truyền thuốc/protein mới Sản phẩm được dự đoán là đáp

ứng với cả pH và nhiệt độ.

Polymer thông minh được dùng dé chế tao hydrogel như chất làm hệ thống phânphối thuốc, khung (scaffold) trong kỹ thuật nuôi cay mô và tái sinh sinh hoc.

Multiblock poly(ester amino urethane)s nhạy pH/nhiệt độ được tong hop bang su

“coupling” giữa poly(amino urethane) (PAU) không phân hủy sinh học với triblock

copolymer PCL-PEG-PCL phân hủy sinh học thông qua phan ứng ngưng tụ dé thu

được multiblock copolymers (PCLPEG—PCLPAU)x nhạy pH/nhiệt độ Sự hiện diệncủa đoạn PAU có kha năng ion hóa với các nhóm amine bậc 3 đóng vai trò nhạy pHtrong mach copolymer (Hình 1.10 a) Tại các giá trị pH dưới 7.0, các nhóm piperazinecủa đoạn poly(amino urethane) (PAU) bị ion hóa, do đó hình thành dung dịch

copolymer (20 wt.%) ton tại ở trạng thái sol cho đến 80°C nhờ vào lực đây tĩnh điện

của các nhóm piperazine (Hinh 1.10b) Ngược lại, tai pH sinh lý học 7.4, dung dịch

copolymer cho thay sự chuyến pha sol-gel khi nhiệt độ tăng đến 37°C, quá trình nàyphụ thuộc vào sự cân băng ưa nước/KỊ nước và độ dài cua từng block Co chế hìnhthành gel trong multiblock copolymer được khống chế bởi các micelles liên kết với

nhau Sau khi dung dịch multiblock copolymer 20 wt.% được tiêm dưới da vào chuột,

hydrogel được hình thành in vivo trong thời gian ngắn (Hình 1.10c) Quá trình nha

thuốc PTX từ multiblock copolymer hydrogels đã được theo dõi trong vòng 1 thángdưới các điều kiện sinh lý học.

a)Tegra,

Sol (aggregation)

60 Temperature (°C) =~oS

-+»=L

086 10 12 T4

pH

Hình 1.11 (a) Cầu trúc hóa học, (b) Đô thị chuyển pha sol-gel, và (c)Khối gel in vivo

sau khi tiêm dung dich multiblock copolymer 20 wt.% (PCL—PEG—PCL—PAU)xTriblock copolymer dùng cho đường tiêm poly(amidoamine)-poly(ethylene

ølycol)-poly(amidoamine) PAA—PEG—PAA thể hiện khả năng nhạy pH/nhiệt độ, đượcứng dụng làm keo sinh học (Hình I.I la) Sử hiện diện của các khối poly(amidoamine)(PAA) trong triblock polymer đảm nhiệm cả vai trò nhạy pH và nhiệt độ, chuyển đôitừ trạng thái ưa nước sang kị nước khi pH hay nhiệt độ tăng Sử chuyển pha sol-gel

của copolymer này trong môi trường nước (12.5 wt.%) được mô tả thông qua ham pH

và nhiệt độ ở Hình 1.11b Tại pH thấp (~6.8), polymer tan ra do sự hiện diện của các

block PAA bị ion hóa và duy trì trạng thái sol cho tới 60°C Ngược lại, tại pH cao hơn

7.0, sự de-ion hóa của các blocks PAA và sự liên kết của các micelles đã làm hình

thành gel Hơn nữa, tại nhiệt độ cao (37°C), tính ki nước của các block PAA được tăng

cường và làm các micelles liên kết và sắp xếp xít chặt hơn Trạng thái sol-gel đượcđiều khiến bởi việc điều chỉnh trọng lượng phân tử của PEG va PAA, và thay đối nồngđộ PAA-PEG-PAA Các thí nghiệm vivo cho thấy răng trong lúc tiêm dưới da dungdịch copolymer vào chuột, khối gel được hình thay ngay lập tức Copolymer hydrogels

thé hiện mạnh khả năng kết dính (hình 1.11c) va nha thuốc Offlubiprofen có điềukhiến.

Hình 1.12 (a) Cau trúc hóa học, (b) Giản đồ chuyển pha sol-gel ca dung dich triblock

copolymer PAA—PEG—PAA 12.5 wt.% trong m i trường nước (c) In vivo hydrogel

duoc tim thấy đính chặt vào da chuột SD sau lphútMultiblock copolymers [PEG-PAEU]x được tổng hợp bang phan ứng giữa cácnhóm isocyanate HDI và các nhóm hydroxyl cuối mạch PEG và các monomer amino

ester dihydroxyl (HPB) với xúc tác DB TL Cac copolymers này có các nhóm urethane

và amine bậc 3, chúng cho liễn kết hydrogen mạnh và tương tác ion với các thuốcanionic va proteins Dung dịch nước của [PEG-PAEU]x copolymers thể hiện sựchuyển pha sol-to-gel khi pH và nhiệt độ tăng (Hình 1.12a&b) Tai pH và nhiệt độthấp (pH 6.0, 20°C), copolymers tồn tại ở trạng thái sol do sự day tĩnh điện giữa cácblock PAEU bị ion hóa Ngược lại, trong điều kiện sinh lý học (pH 7.4, 37°C), cácblock PAEU bi de-ion hóa bằng các tương tác ki nước và kiên kết Hydro giữa cácblock PAEU, điều đó dẫn đến việc hình thành gel Quá trình hình thành gel còn đượcđiều khiến bởi tỉ lệ PEG/PAEU, nông độ copolymer, trọng lượng phân tử của PEG

60 3

œ> 40° :

5 Bta Sol

Room temperature & low pH Physiological condition(20°C, pH 6.0) (37°C, pH 7.4)

“~~ re —

(PEG) (lonzed PAEU) (Deionized PAEU)

Hình 1.13 (a) Giản đồ chuyên pha sol—ge , (b)Cơ chế hình thành gel c a multiblock

copolymer hydrogels [PEG—PAEU]x (20 wt.%)Mot dang hydrogel mới (lưỡng tính, phân hủy sinh học, tương thích sinh hoc),

poly(urethane amino sulfamethazine)-based block-copolymers (PUASM), được thiếtkế, nó thé hiển tinh chất của các cationic và anionic hydrogels với sự thay doi pH vanhiệt độ (Hinh 1.13) Block copolymers PUASM được tổng hợp bang phản ứng của

1 ,6-diisocyanatohexamethylene (HDI) và các nhóm hydroxyl của dihydroxyl aminosulfamethazine monomer (DHASM) và của triblock poly(-caprolactone-lactide)-poly(ethylene glycol)-poly-(-caprolactone-lactide) (PCLA—PEG—PCLA) copolymers

với xúc tác là dibutyl tin dilaurate (DBTL) Tính chat lưỡng tinh của block copolymersPUASM được xác thực bởi Điện thé zeta Copolymers cho thay vòng chuyển pha sol—gel—sol khép kín nhờ vào sự tỒn tại của anionic sulfonamide và cationic amine bậc 3,

là các nhóm nhạy pH trong the poly (amino sulfamethazine) (PASM) blocks.

60 + `Ñ và.

°

3S 505 Gel

2© 40 C 7C pH 7.4}

5.5 30 3

PEG Hydrophilic Hydrophobic Acidic ionized Deionized Base-ionized Deionized PCLA micelles

PCLA PCLA PASM PASM PASM PASM micelles

Hình 1.14 (a) Giản đồ chuyén pha sol-ge (25 wt.%), (b) Cơ chế chuyén pha sol-gelc a PUASM hydrogels c) Khối gel in vivo PUASM-2 (25 wt.% hydrogels) sau Smin và

1 tuân sau hi được tiên vào SD rats tại nhiệt độ phòng và tai pH 8.0 và pH 6.8

Hình 1.15 Ung dung c a copolymer nhạy nhiệt PNIPAAm trong điêu trị thoái

hóa cot sông.

Với những tính chất ưu việt về sự tương thích, phân hủy sinh học, cơ tính cũng như

khả nang đáp ứng những tac động từ môi trường (nhiệt độ, pH, điện, ánh sang, ) mà

trong những năm gan đây việc nghiên cứu và ứng dụng polymer thông minh trong lĩnh

vực y sinh là hướng đi được các nhà nghiên cứu quan tâm Các nghiên cứu này hướng

tới việc chế tạo các loại vật liệu có khả năng làm hệ thống phân phối thuốc mang lạihiệu quả tối ưu (nghĩa là nồng độ thuốc/protein trong máu được duy trì 6n định ở vùngtrị liệu trong thời gian dài nhất, không gây tác dụng phụ )

Dựa vào điều kiện sinh lý của cơ thé (nhiệt độ, pH nồng độ ion, ) các nhà khoahọc đã nghiên cứu chế tạo các loại polymer nhạy nhiệt độ nham làm hệ thống phânphối thuốc hiệu quả mà có khả năng đáp ứng sự thay đổi nhiệt độ khi được tiêm vào cơthể (nhiệt độ sinh lý 37°C) Một số triblock copolymer nhạy nhiệt đó là: PCL-PEG-

PCL, PCLA-PEG-PCLA

Tuy nhiên, việc ứng dung polymer nhạy nhiệt làm hệ thống phân phối thuốc dưới

dạng tiêm lại gặp khó khăn vì các lý do sau:

e Sự nhạy nhiệt nhanh ngay khi được tiêm vào cơ thé, làm chúng keo tụ gây khó

khăn trong việc sử dụng.

e Trên mach polymer nhạy nhiệt thường có ít các nhóm chức làm giới hạn việc

kết hợp loại vật liệu này với các peptide/protein có tính ion.e_ Các polymer nhạy nhiệt khó hòa tan trong nước, do đó muốn sử dụng phải hòa

tan trước nên có thé bị giảm cấp một phan, làm giảm hoạt tính sử dụng.e Các polymer nhạy nhiệt hau hết là polyester nên khi phân hủy sẽ sinh ra nhiều

nhóm acid làm giảm pH cục bộ môi trường, ảnh hưởng đến tế bào và

peptide/protein.

Các nhược điểm trên được tháo gỡ bang cách ghép polymer nhạy nhiệt vớipolymer có khả năng nhạy pH ở môi trường sử dụng Sự kết hợp này hạn chế tínhnhạy nhanh của polymer nhạy nhiệt; bên cạnh đó, các polymer nhạy pH có nhiềunhóm chức hơn nên có thể làm tăng khả năng hòa tan của polymer nhạy nhiệt

1.2 Micelle — polymer nhạy nhiệt độ [14-21]

1.2.1 Chất hoạt động bề mặt

1.2.1.1 Khái niệm

Chat hoạt động bề mặt (surface active agent): các phân tử lưỡng tính có nguồn gốctự nhiên hoặc tong hop cầu tao gom hai phân chính: một phan phân cực than ước(hydrophile) và một phần không phân cực thân dau (lipophile) còn gọi là phan ki nước

(hydrophobe) (Hình 1.16) Các phân tử này hòa tan hay phân tán trong một môi trường

lỏng, có khả năng hấp phụ ở bề mặt giữa các pha không hỗn hòa như khí -lỏng, lỏng, rắn-lỏng và làm thay đổi đặc tính bề mặt giữa các pha phân cực (polar) và không

lỏng-phân cực (nonpolar) Pha lỏng-phân cực thường là nước, còn các lỏng-phân không lỏng-phân cực

thường gặp là không khí, dầu và các dung môi hữu cơ

COCO PIAA (=)) Anionic (phospnates, sulfonatesLZ

sulfates

Hình 1.16 Cấu tao chung c a chất hoạt động bê mặt

Các nhóm hóa học thường hay sử dụng

- Đầu thân nước: sulfonate, sulfate, phosphate, carboxylate, ammonium,

ammonium bậc 4, betaine, sulfobetaine, polyethylene glycol (PEG), polyol(sobitane, glycerol, saccharose, )

- Pudi ki nước: acid béo tự nhiên (C12-C18), parafin (C10-C20, hợp chat vong

thơm hoặc nhân thơm), alkylbenzen (C8-C10), alcool (C8-C18), alkylphenol,

chuỗi polymer (co-polymer ghép PEG), flourocarbon, silicon - Phan kết nối: các liên kết ether, ester, amide, thioether,

1.2.1.2 Phân loạia) Phân loại theo D.M.Small

Dựa trên tính tan trong nước và sự hình thành lớp film bể mặt (film Langmuir)giữa hai pha khí/ nước của các chất hoạt động bề mặt phân cực và lưỡng tính,D.M.Small đã sắp xếp thành 3 lớp:

- _ Lớp I: Chất hoạt động bé mặt không tan trong nước và hình thành lớp film bề

mặt giữa hai pha khí/nước

Các chất hoạt động bề mặt không tương tác với nước và chỉ hòa tan trong

các dung moi hữu co Vi dụ: trigluceride, diglyceride, acid béo, amin,

cholesterol, vitamin than dau (A, D, E, K)

b)Lớp II: Chất hoạt động bề mặt không tan trong nước nhưng có khả năng trươngphông khi có sự hiện diện của nước và hỉnh thành các thể tập hợp phân tử đơn

giản hoặc phức tạp tủy thuộc bào mức độ hydrat hóa và nhiệt độ Chúng tạo

thành một dạng hình thể trung gian (mesoemorph) hướng dung moi (lytrope) vàhướng nhiệt (thermotrope) Các thành phan này có một ái lực mạnh với liên kếtbé mặt dầu/nước và có vai trò nhũ hóa tốt Ví dụ: monoglyceride, phospholipid,các muối acid béo, lipoprotein, glycolipid

Lớp III: Chất hoạt động bể mặt tan trong nước và hình thánh lớp film bề mặtkém bên giữa hai pha khí/nước

IITA: Hình thành micelle và các dạng hình thé trung gianChất hoạt động bề mặt hòa tan trong nước ở thang nồng độ và nhiệt độ rộng

Các dung dịch hình thành chứa các phân tử riêng lẻ hoặc các monomer cân

bang với các thé micelle Tỉ lệ giữa monomer và thé micelle phụ thuộc baonhiệt độ và nồng độ Các dung dịch chất hoạt động bề mặt nảy cũng tạo thànhmột dạng hình thé trung gian giống như lớp II Tính tan trong nước là một quátrình chuyển đối liên tục chất hoạt động bề mặt giữa bế mặt khí/ nước và dungdich, vì thế lớp film bé mặt kém bên Ví dụ: xà phòng, Iysolecithin, hầu hết cáctác nhân về mặt một chuỗi carbon, chat tay rửa, ganglioside,

HIB: Hình thành micelle và không hình thành các dạng hình thể trung gianKhác với lớp IIIA, các chất hoạt động bề mặt lớp IIB không hình thành cácdạng hình thé trung gian Ví dụ: muỗi mặt, saponin,

Phân loại dựa trên bản chất tích diện của đầu thân nướcChất hoạt động bề mặt trung tính (không ion hay không mang điện tích): khôngcó nhóm chức mang điện tích nhưng chứa các nhóm chức rất phân cực như

polyethyleneglycol (PEG).

Chat hoạt động bề mặt anion:đầu thân nước mang điện tích âm (-) như

carboxyl, sulfonate.

Chất hoạt động bê mặt cation: đầu thân nước tích điện dương (+) như các muối

halogen cua ammonium bac 4.

Chất hoạt động bề mặt lưỡng điện tích (amphoteric): trên cùng một phân tử vừa

tích điện âm (-) vừa tích điệm dương (+) như sulfobetain, phosphatidylcholine.

Chất hoạt động bé mặt anion, cation hay lưỡng điện tích thường được gọi làchất hoạt động bề mặt mang điện tích hay chất hoạt động bề mặt ion

Air

‘Watera) b)

high HLB low HLB

(hydrophilic) (hydrophobic)

Cc) d)

Hình 1.17 Một số hoạt động liên bê mặt thưởng gdp c a chất hoạt động bê mặt

b) Mousse b) Fim Langmuir c) NHũ tương (DN) đ) Nhũ tương (N/D)

1.2.2 Hoa tan micelle [22-31]

1.2.2.1 Thé micelleCác phân tử chat hoạt động bề mặt phân tan trong nước ở nống độ phù hop có thétập hợp thành các thể đa phân tử gồm một lõi thân dầu và một vành bao quanh thânnước, thường ở dạng hình cầu với kích thước khoảng từ 10nm đến 50nm Trongtrường hợp, các phân tử chất hoạt động bề mặt phân tán trong môi trường thân dầu thìsẽ hình thành thé micelle đảo với cấu trúc lõi thân nước và vành bao quanh thân dau.Ngoài ra, tùy theo bản chất cau tạo của chất hoạt động bề mặt, chúng có thé sắp xếpthành các hình thể trung gian đặc trưng

^À 2a /

hydrophobic oil phase

(a) (b)Hình 1.18 Hai thé loại mice e thường gặp a) Mice e b) Mice e đảo

1.2.2.2 Hoa tan micelle (micelle solubilization)

Tat ca các thao tác điều chế có được một dung dich micelle đăng hướng(isotrope) va bén nhiét động học trong một dung môi, thông thường hòa tan mộtchất không tan hoặc rat ít tan tong dung môi nhờ thêm một hoặc nhiều thành phanchất hoạt động bề mặt với nồng độ băng hoặc cao hơn nông độ tới hạn tạo micelle

(critical micelle concentration, CMC) Hoa tan micelle còn định nghĩa một cach

don gian: cac hoat chat không tan hoặc rất ít tan trong nước có thể được hòa tannhờ một tác nhân hoạt động bề mặt hình thành tự phát các thể micelle trong dung

dịch.

a) Nông độ tới hạn tao micelle (critical micelle concentration, CMC)

>

=-

nước còn phân dau ưa dâu phơi ra ngoài không khí.

Tăng dan nông độ, lớp film bề mặt sẽ hình thành và sức căng bề mặt giảm dan đếnkhi bề mặt hoàn toàn bão hòa Tiếp tục tang nồng độ, các phân tử dư sẽ kết hợp vớinhau và hình thành các thé micelle Khi những micelle dau tiên bat đầu hình thành vasuc căng bề mặt ồn định, thì tại vị trí này chính là nông độ micelle tới hạn

Giá trị CMC phụ thuộc bản chất của nhóm thân nước và độ dài chuỗi carbon kịnước Nhìn chung, cha hoạt động bề mặt không mang điện tích có CMC nhỏ hơn sovới chất hoạt động bề mặt mang điện tích Tăng chiều dài chuỗi kị nước dân đến giảmCMC Ngược lại, chuỗi kị nước chứa nối đôi hoặc xuất hiện chuỗi thứ cấp thì CMCtăng Ngoài ra, nhiệt độ và chất điện giải trong nôi trường ảnh hưởng rất lớn đến CMC