Luận án tiến sĩ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme trên cơ sở Polyvinyl ancol (PVA) biến tính với tinh bột, ứng dụng làm màng sinh học trong xử lý và điều trị vết thương (TT)

A- GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết đề tài Do yêu cầu cấp bách bảo vệ sức khỏe người cộng đồng, với yêu cầu phát triển sản phẩm mới, đồng thời để đáp ứng nhu cầu thực tế công nghiệp đời sống đặt ra, việc nghiên cứu tổng hợp polyme sinh học với nhiều tính chất ưu việt vô cần thiết Để điều trị chữa bỏng xử lý vết thương người ta sử dụng màng sinh học thay gạc bỏng từ polyme sinh học như: collagen, chitin chitosan, loại màng sở collagen khác chế tạo chúng cịn mang tính chất khơng mong muốn collagen gốc tạo dạng que, gia tăng biểu gen collagen nguyên bào sợi Chế tạo màng sinh học dạng lai tạo hướng quan trọng khác công nghệ sinh y học, màng polyme sinh học có ưu điểm cấy lên vết thương, có khả thấm nước, thấm khí, chống nhiễm khuẩn làm khô da, giúp da tái tạo nhanh phục hồi mà không làm bệnh nhân đau, không để lại sẹo Trong số loại polyme tổng hợp polyvinyl ancol (PVA) tinh bột hai loại nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu hướng tới ứng dụng lĩnh vực y học Nguyên nhân do: PVA tinh bột nguyên liệu tan tốt nước, có tính tương hợp sinh học cao, hai không độc khâu mạch, màng mỏng từ chúng có tính chất học tuyệt vời như: có tính cơ, lý tốt, có độ thấm nước khí oxy cao Đặc biệt nay, nhiều cơng trình tập trung nghiên cứu vật liệu polyme sở PVA biến tính tinh bột để chế tạo thành băng gạc, làm màng sinh học dùng để chữa trị vết thương bị bỏng lửa, nhiệt, xăng, bom, thuốc nổ, nước nóng… Ngồi ra, màng sinh học cịn sử dụng để xử lý điều trị vết thương bị gây nguyên nhân khác như: chấn thương, tai nạn giao thông, tai nạn lao động, hệ bệnh tiểu đường, sau xạ trị ung thư, vết mổ nhiễm trùng, vv… Mục tiêu nội dung luận án Mục tiêu nghiên cứu nhằm tổng hợp vật liệu polyme sở polyvinyl ancol (PVA) biến tính với tinh bột, ứng dụng làm màng sinh học sử dụng việc điều trị xử lý vết thương Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đã nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ, lý, hóa màng PVA/TB cấu trúc lưới như: tỷ lệ thành phần tham gia như: PVA, hàm lượng tinh bột sắn biến tính, hàm lượng chất hóa dẻo, hàm lượng chất khâu mạch, hàm lượng chất xúc tác; điều kiện thực phản ứng như: nhiệt độ, thời gian, tốc độ khuấy, xác định điều kiện công nghệ tối ưu để chế tạo sản phẩm Đã xây dựng mối quan hệ cấu trúc mạng lưới tính chất polyme PVA biến tính tinh bột (mật độ khâu mạch; khối lượng phân tử trung bình nút lưới, tính chất lý, độ trương, độ thẩm thấu, hệ số khuếch tán, ) Những kết làm rõ ý nghĩa khoa học luận án Những kết đánh giá khả thủy phân invitro, đánh giá tiêu sinh hóa màng kết thử nghiệm động vật (thỏ) màng sinh học PVA/TB cho thấy giá trị ứng dụng thực tiễn đề tài luận án Những đóng góp luận án - Lần Việt Nam tiến hành nghiên cứu sử dụng tinh bột sắn biến tính polyvinyl ancol dạng xơ để chế tạo màng polyme sinh học PVA/TBbt, với việc sử dụng glutaraldehyt (GA) làm tác nhân khâu mạch Đã tìm điều kiện tối ưu (phối liệu thành phần); điều kiện phản ứng, ) để chế tạo màng Sản phẩm có tính chất lý tốt, có khả trương nở, tiêu sinh hóa phù hợp dùng làm màng da kỹ thuật chữa trị vết thương - Ảnh hưởng vai trò chất tạo lưới glutaraldehyt đến mật độ phân bố lưới (n); khối lượng phân tử (KLPT) trung bình hai nút lưới (Mc), kích thước mắt lưới (ξ), khả thẩm thấu nước độ trương màng PVA biến tính với tinh bột xác định Với hàm lượng chất tạo lưới 0,3% mật độ phân bố lưới đạt 3,258 x 10-4 mol/cm3, Mc đạt 1950 g/mol, ξ đạt 227Ao, độ thẩm thấu nước đạt 3,15.10-4 g/cm2.h - Đã xây dựng mối quan hệ cấu trúc tính chất polyme lưới sở nhựa PVA với tinh bột biến tính sử dụng GA làm chất khâu mạch, góp phần củng cố lý thuyết polyme cấu trúc mạng lưới Hệ số khuếch tán salicylic (SA) màng PVA/TB xác định với giá trị 4,15.10-6 cm2/s Kết cho thấy màng PVA/TB thích hợp dùng làm màng da nhân tạo để xử lý hồi phục vết thương - Đã xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo màng PVA/TB có tính ổn định Khả ứng dụng màng PVA biến tính tinh bột việc chữa trị vết thương đánh giá thông qua kết xác định tiêu kim loại nặng, độ vô khuẩn thử nghiệm động vật, vv Cấu trúc luận án Luận án gồm 130 trang bao gồm phần: Mở đầu trang, chương 1: tổng quan có 40 trang, chương 2: thực nghiệm phương pháp nghiên cứu : 19 trang, chương 3: kết thảo luận 53 trang, kết luận trang, số hình ảnh thực tế luận án trang, tài liệu tham khảo 09 trang Ngồi luận án có 43 bảng số liệu, 50 hình sơ đồ, 134 tài liệu tham khảo 39 trang phụ lục B – NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG TỔNG QUAN Trong chương luận án trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu tổng hợp polyme sinh học giới Việt Nam, khái niệm biến tính polyme phương pháp biến tính polyme, giới thiệu chung vật liệu polyme sở polyvinyl ancol biến tính với tinh bột, nguyên vật liệu đầu phương pháp khâu mạch để biến tính polyme Trong chương luận án trình bày khái niệm màng polyme cấu trúc khâu mạch mạng lưới, tác nhân khâu mạch chế khâu mạch polyme Phản ứng khâu mạch diễn tác dụng nhóm –OH mạch phân tử PVA nhóm –OH liên kết methylol (CH2OH) mạch phân tử tinh bột với hai nhóm aldehyt (CHO) glutaraldehyt, với tham gia xúc tác axit proton, dẫn đến hình thành liên kết ngang qua phản ứng tách phân tử nước (H2O) Như vậy, q trình biến tính hóa học PVA tinh bột đa dạng, phản ứng xảy theo chế ghép mạch chế khâu mạch, tạo lưới nhiều phương thức khác CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu thiết bị 2.2 Phương pháp chế tạo màng PVA biến tính tinh bột + Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu đầu  Biến tính tinh bột sắn phương pháp hóa học: 500g tinh bột sắn thô chưa xử lý, sử dụng 100ml HCl 0,5M để biến tính khoảng nhiệt độ 50-550 C, khối lượng tinh bột/nước cất 1/3 Hỗn hợp khuấy giờ, để lắng, rửa trung hoà NaOH 0,1N đến pH = Tinh bột lọc chân khơng, sau sấy 500 C chân không đến đạt khối lượng không đổi  Pha dung dịch glutaraldehyt (GA): 1ml dung dịch GA 50% pha 10ml etanol + Bước 2: Giai đoạn tạo lưới (quy trình chung): Hỗn hợp gồm PVA dạng xơ, tinh bột sắn biến tính axit, glyxerin nước cất tính theo % khối lượng theo đơn phối liệu cho dãy thí nghiệm định trước đưa vào bình cầu cổ có sinh hàn nước hồi lưu, thời gian khuấy khoảng 80oC để tạo dung dịch đồng suốt Sau cho lượng dung dịch glutaraldehyt(GA) pha theo tỷ lệ vào bình cầu vào phễu nhỏ giọt, nhỏ từ từ giọt dung dịch GA vào bình phản ứng Phản ứng tiếp tục khuấy liên tục nhiệt độ cần khảo sát từ 60oC -100oC khoảng thời gian định để tạo mạng lưới không gian PVA tinh bột + Bước 3: Giai đoạn cán tráng hoàn thiện Sau phản ứng kết thúc, dung dịch phản ứng tạo màng phương pháp cán tráng kính với kích thước 120x180x1mm Chú ý tránh tạo bọt cán tráng Mẫu màng sấy khô chân không 50oC đến khối lượng khơng đổi, sau cắt tạo mẫu theo tiêu chuẩn để đo xác định tính chất lý Tất mẫu thí nghiệm lưu giữ, bảo quản bình hút ẩm nhiệt độ phịng 2.3 Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc, tính chất vật liệu + Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc màng PVA/TB xác định thông qua phương pháp nghiên cứu như: Phổ hồng ngoại (IR) đo máy Bruker-Tensor Đức Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR 13CNMR thực thiết bị Advance -500 hãng Bruker - Đức; Phổ nhiễu xạ tia X (X-ray) thực thiết bị Bruker D 5005 (Đức); Tính chất nhiệt DSC TGA xác định thiết bị Perkin ElmerMoldel Pyris Sapphire (Nhật); cấu trúc bề mặt mẫu cách chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Jeol JMS 6360LV Nhật Bản + Các phương pháp nghiên cứu tính chất lý sử dụng để xác định tiêu như: độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt, độ bền kháng thủng; hàm lượng phần gel độ hút ẩm vật liệu + Phương pháp xác định độ trương theo TCVN 2752-78; + Xác định mật độ khâu mạng khối lượng phân tử nút mạng theo phương pháp ngâm trương nở bão hòa (ở nhiệt độ phòng) +Độ thấm thấu nước xác định theo tiêu chuẩn ASTM E96 + Sự phân hủy thủy phân vật liệu in vitro: nghiên cứu thông qua: độ tổn hao khối lượng phổ sắc ký khí (GC) sử dụng để phân tích định lượng sản phẩm tạo thành từ trình phân hủy màng PVA/TB invtro +Xác định hàm lượng kim loại nặng vật liệu màng PVA/TB theo QCVN 8-1:2011/BYT Các mẫu đo hàm lượng kim loại nặng thiết bị hấp thụ nguyên tử VARIAN 240F3AA Alizent (Mỹ) + Phương pháp thử độ vơ khuẩn Sản phẩm sau đóng gói kín, khử trùng xạ tia γ với liều lượng 15kGy, 10 trung tâm chiếu xạ Hà Nội (Viện Năng lượng-Viện KH&CNVN), sau đem thử độ vô khuẩn theo dược điển Việt Nam, 2002 2.4 Phương pháp thử nghiệm động vật + Kiểm tra độ kích ứng da + Đánh giá khả hồi phục vết thương màng PVA/TB + Kiểm tra độc tính màng PVA/TB CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp polyvinyl ancol (PVA) biến tính tinh bột Trước hết, luận án trình bày kết nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng điều kiện phản ứng đến tính chất cơ, lý, hóa polyme (tỷ lệ thành phần tham gia, tỷ lệ phụ gia liên kết, chất khâu mạch, chất hóa dẻo, hàm lượng xúc tác, nhiệt độ, thời gian, tốc độ khuấy, vv…) nhằm để xác định điều kiện tổng hợp đơn phối liệu tối ưu Những dãy thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến tính chất lý sản phẩm cần thiết, kết nghiên cứu trình bày sau đây: 3.1.1 Ảnh hưởng loại PVA tinh bột cho tổng hợp vật liệu PVA biến tính tinh bột Bảng 3.1 Một số tính chất lý loại PVA STT Tính chất Đơn vị PVA xơ PVA205 PVA 217 Độ bền kéo đứt Độ dãn dài Độ nhớt Độ thủy phân 21,22 80,47 29,52 130,85 29,5 20,5 24,5 % mol Tỷ trọng (20 C/4 o C) KLPT trung bình 52,32 435,0 MPa.s o MPa % 99 86 89 - 1,10 1,25 1,31 g/mol 120 000 000 41 000 Bảng 3.2 Ảnh hưởng loại PVA đến tính chất lý màng PVA/TB ĐK: tỷ lệ PVA/TB = 80/20PKL (16g/4g); Glyxerin: = 30% (6g).Hàm lượng GA= 0,3% (1,2ml dung dịch GA); Nhiệt độ = 80oC; thời gian giờ; Thay đổi: loại PVA gồm PVA xơ; PVA 205 PVA217 STT Tính chất Màng Màng Màng PVA xơ PVA205/TB PVA217/TB /TB Độ bền kéo đứt, 18,5 22,8 27,5 [MPa] Độ dãn dài đứt, [%] Độ bền kháng thủng, [MPa] Hàm lượng phần gel, [%] 506,5 102,7 110,6 49,5 33,5 40,7 71,2 60,3 65,8 Từ bảng 3.1 bảng 3.2 cho thấy: màng PVA xơ có tính chất lý cao hai loại lại màng PVA 217 PVA 205 Vì vậy, ngun liệu PVA xơ thích hợp cho tổng hợp vật liệu PVA/TB ứng dụng làm màng sinh học che phủ vết thương, giữ ẩm xử lý điều trị vết thương 3.1.2 Ảnh hưởng tinh bột biến tính đến tính chất vật liệu PVA biến tính tinh bột Bảng 3.3 Ảnh hưởng tinh bột biến tính đến tính chất PVA/TB STT Tính chất lý Màng PVA/tinh Màng bột chưa biến PVA/tinh bột tính biến tính Độ bền kéo, MPa 21,5 27,8 Độ dãn dài, % 410,5 502,5 Độ bền kháng thủng, MPa 42,3 52,8 Hàm lượng phẩn gel, [%] Độ hút ẩm sau 15 ngày, [%] 65,0 12,3 72,6 1,5 Từ bảng 3.3 cho thấy: màng PVA biến tính với tinh bột biến tính có tính chất lý tốt so với màng PVA với tinh bột khơng biến tính 3.1.3 Ảnh hưởng thành phần tham gia phản ứng đến tính chất màng PVA biến tính với tinh bột Bảng 3.4 Ảnh hưởng tỷ lệ thành phần PVA /TB đến tính chất lý màng PVA biến tính tinh bột Tỷ lệ thành Độ bền kéo Độ bền kháng Độ dãn dài Tên phần PVA/TB, thủng, [MPa] K [MPa]  [%] mẫu [%] T1 100/0 52,32 77,32 435,0 T2 T3 95/5 90/10 32,38 30,52 73,50 69,35 201,5 185,5 T4 T5 T6 T7 85/15 80/20 75/25 70/30 29,98 26,43 20,56 18,41 65,20 64,18 50,25 44,50 172,7 169,0 123,5 111,9 Kết từ bảng 3.4 cho thấy: hàm lượng tinh bột tăng lên từ đến 50% khối lượng, độ bền kéo vật liệu giảm từ 52,32 MPa xuống 8,95MPa, độ bền kháng thủng giảm từ 77,32 MPa xuống 22,59MPa độ dãn dài giảm từ 435,0% xuống 32,5 % Vậy để đảm bảo tính chất màng PVA/TB tốt, thỏa mãn yêu cầu độ bền học tỷ lệ thành phần PVA/TB thích hợp cho tổng hợp polyme sinh học 80/20 PKL Theo hình cho thấy : tăng hàm lượng chất hóa dẻo từ đến 50% khối lượng; độ bền kéo vật liệu polyme giảm dần từ 26,43 MPa xuống 10,15 MPa, độ bền kháng thủng giảm từ 64,18MPa xuống 26,9 MPa Tuy nhiên độ dãn dài lại khác: hàm lượng glyxerin tăng từ đến 30% khối lượng; độ dãn dài tăng lên từ 169,0 đến 548,5%, tiếp tục tăng hàm lượng glyxerin lên cao 30% khối lượng; độ dãn dài giảm từ 548,5% xuống 385,3% Do đó, với hàm lượng glyxerin 30% GL thích hợp sử dụng tổng hợp màng da nhân tạo PVA/TB Hình 3.1 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng glyxerin đến độ bền kéo, độ bền kháng thủng độ dãn dài đứt PVA biến tính tinh bột Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng GA đến tính chất lý PVA biến tính tinh bột, kết đo độ bền lý màng PVA biến tính tinh bột trình bày bảng 3.7 Bảng 3.7: Ảnh hưởng hàm lượng GA đến tính chất lý màngPVA/TB Tên Hàm lượng Độ bền Độ bền Độ Độ hút ẩm, mẫu glutaraldehyt, kéo kháng dãn sau 30 ngày, [%] thủng, dài [%] K MPa] [MPa]  [%] GA1 9,8 0,0 20,50 42,04 548,5 GA2 0,1 23,55 49,55 530,9 7,5 GA3 5,2 0,2 25,76 50,98 525,8 3,8 GA4 0,3 27,58 54,78 520,9 GA5 0,4 26,95 55,28 518,5 6,5 7,2 GA6 0,5 26,89 58,23 517,7 GA7 0,6 26,25 48,38 555,8 8,9 9,3 GA8 0,7 25,28 45,08 603,9 Từ bảng 3.7 cho thấy: hàm lượng GA tăng từ đến 0,3%, độ bền kéo đứt tăng từ 20,5 MPa lên 27,58MPa, độ bền kháng thủng tăng từ 42,04 MPa lên 54,78 MPa, độ dãn dài giảm dần từ 548,5% xuống 520,9% Tuy nhiên hàm lượng GA tăng lên từ 0,3 đến 0,7%, độ bền kéo độ bền kháng thủng lại giảm xuống là: 25,28MPa; 45,08MPa; độ dãn dài lại tăng lên 603,9%.Khi tăng hàm lượng GA 0,3% độ hút ẩm màng nhỏ 3,8% Vì vậy, hàm lượng GA thích hợp sử dụng để tổng hợp vật liệu PVA/TB 0,3% Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng loại chất xúc tác đến tính chất lý màng polyme PVA/TB 600 500 400 300 200 100 519.6 365.9 Xúc tác HCl 29.83 23.8 53.38 42.5 Độ bền kéo, MPa Xúc tác H2SO4 Độ bền Độ dãn dài kháng % thủng, MPa Hình 3.2 Ảnh hưởng loại xúc tác đến tính chất lý màng PVA/TB Hình 3.3 Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác HCl đến tính chất lý PVA biến tính tinh bột Kết thu trình bày hình 3.2 hình 3.3, axit HCl sử dụng làm tác nhân xúc tác cho phản ứng tạo màng PVA/TB cho tính chất lý màng tốt Tại hàm lượng xúc tác HCl 0,05%, tính chất lý màng PVA/TB cao nhất, nên hàm lượng HCl thích hợp sử dụng để tổng hợp polyme PVA/TB 0,05% 3.1.4 Các điều kiện tối ưu tổng hợp màng PVA biến tính tinh bột Ngoài nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ thành phần tham gia phản ứng, yếu tố ảnh hưởng hưởng đến tính chất lý màng PVA/TB khác tiến hành như: nhiệt độ, thời gian tốc độ khuấy: + Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng tạo lưới để tạo màng PVA/TB, điều kiện phản ứng giữ nguyên không thay đổi, thay đổi nhiệt độ phản ứng từ 60-100oC Kết đo độ bền lý màng PVA biến tính tinh bột cho thấy: nhiệt độ phản ứng < 60oC phản ứng không xảy chưa đạt đến nhiệt độ hòa tan PVA xơ Khi nhiệt độ tăng từ 70oC đến 80oC phản ứng xảy êm dịu, tốc độ phản ứng tăng lên làm phản ứng khâu mạch diễn nhanh, tính chất lý vật liệu PVA/TB tăng Tuy nhiên tiếp tục tăng nhiệt độ phản ứng lên, tính chất lý màng da nhân tạo sở PVA biến tính với tinh bột giảm Cụ thể: độ bền kéo giảm từ 27,8MPa xuống 25,58MPa; độ bền kháng thủng giảm từ 54,79MPa xuống 45,78MPa; độ dãn dài giảm từ 522,5% xuống 347,3% Vì vậy, nhiệt độ thích hợp dùng để khâu mạch tạo lưới PVA với tinh bột sử dụng tác nhân tạo lưới glutaraldehyt trình tổng hợp màng PVA/TB 80oC + Để khảo sát ảnh hưởng thời gian đến phản ứng tổng hợp vật liệu PVA biến tính với tinh bột, điều kiện phản ứng giữ nguyên không thay đổi Ở đây, thời gian phản ứng sau cho dung dịch GA cho vào hỗn hợp PVA, tinh bột glyxerin đồng thay đổi theo thứ tự từ giờ; 1,5 giờ; giờ, 2,5 giờ; giờ; 3,5 Kết đo độ bền lý màng PVA/TB cho thấy: thời gian phản ứng giờ, tính chất lý màng PVA/TB cao nhất:, độ bền kéo 27,58 MPa, độ bền kháng thủng 54,78MPa độ dãn dài tăng 520,3% Vì vậy, thời gian thích hợp để tổng hợp màng PVA biến tính với tinh bột + Để khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến phản ứng tổng hợp vật liệu PVA biến tính với tinh bột, điều kiện phản ứng giữ nguyên không thay đổi, thay đổi tốc độ khuấy phản ứng khoảng từ 50 vòng/phút đến 500 vòng/phút Kết đo độ bền lý màng PVA/TB cho thấy: tốc độ khuấy 400 vòng/phút phản ứng tổng hợp màng PVA/TB cho độ bền học cao nhất: độ bền kéo 29,7MPa; độ bền kháng thủng 55,35MPa độ dãn dài tăng từ 268,5% lên 520,8%, nên chọn để tổng hợp màng PVA/TB Từ kết nghiên cứu ảnh hưởng thành phần tham gia phản ứng(tỷ lệ PVA/TB; hàm lượng glyxerin; hàm lượng glutaraldehyt, xúc tác ) điều kiện phản ứng tạo lưới (nhiệt độ, thời gian, tốc độ khuấy ) đến tính chất lý màng PVA/TB trình bày tổng hợp điều kiện phản ứng thích hợp cho q trình tổng hợp polyme sở PVA biến tính với tinh bột sau: STT Bảng 3.9: Các điều kiện tổng hợp PVA biến tính tinh bột Điều kiện Đơn vị Giá trị PVA xơ %KL 80 Tinh bột sắn % KL 20 Chất hóa dẻo glyxerin (theo tổng khối % KL 30 lượng PVA +TB) Glutaraldehyt (GA) (theo tổng khối lượng % KL 0,3 PVA +TB) Chất xúc tác HCl 0,1N (theo tổng khối % KL 0,05 lượng PVA +TB) o Nhiệt độ phản ứng C 80 Thời gian để phản ứng Giờ Tốc độ khuấy vòng/phút 400 10 3.2 Đặc trưng cấu trúc polyvinyl ancol (PVA) biến tính tinh bột 3.2.1 Phổ hồng ngoại màng PVA biến tính tinh bột So sánh phổ cho thấy: có chuyển dịch píc đặc trưng cho dao động biến dạng liên kết nhóm chức, nguyên nhân phân tử tinh bột chất phụ gia xen vào mạch phân tử PVA Tại phổ hồng ngoại PVA/TB xuất đỉnh píc có píc có bước sóng 1728,8 cm-1 đặc trưng cho nhóm aldehyt (CHO), điều chứng tỏ glutaraldehyt tham gia phản ứng tạo liên kết ngang PVA với tinh bột Nguyên nhân glutaraldehyt (GA) có khả hình thành liên kết hemiaxetal với nhóm hydroxyl có PVA tinh bột để tạo mạng lưới có liên kết chặt chẽ mắt xích mạch polyme 3.2.2 Kết phân tích cộng hưởng từ hạt nhân màng PVA/TB Hình 3.8 Phổ 1H- NMR PVA Hình 3.9 Phổ 1H- NMR màng PVA/TB Từ hình 3.9 phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR PVA cho thấy: Các tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học 1,5-1,67 ppm đặc trưng cho proton nhóm liên kết –CH3 Các tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học 1,862,02 ppm đặc trưng cho proton nhóm liên kết –CH2 Nhóm tín hiệu có độ dịch chuyển hóa học từ 3,9 3,95 ppm đặc trưng cho proton nhóm -CH Từ hình 3.10 phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR PVA/TB cho thấy: nhóm tín hiệu có độ dịch chuyển hóa học từ 1,46 2,04 ppm đặc trưng cho proton nhóm –CH3 Các nhóm tín hiệu có độ dịch chuyển hóa học khoảng từ 3,8 4,7 ppm đặc trưng cho proton nhóm – CH Các tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học 1,89-2,04 ppm đặc trưng cho proton nhóm liên kết –CH2 Đặc biệt xuất nhóm tín hiệu liên tiếp có độ chuyển dịch hóa học khoảng 3,45-3,70 ppm đặc trưng cho proton nhóm–CH2–CH2–CH2- glutaraldehyt (OCH-CH2-CH211 CH2-CHO) Điều chứng tỏ cấu trúc phân tử vật liệu PVA/TB xuất liên kết ngang glutaraldehyt có tác dụng khâu mạch tạo lưới mạch phân tử PVA với tinh bột 3.2.3 Phân tích phổ XRD PVA màng PVA/TB Hình 3.10 Phổ XRD PVA Hình 3.12 Phổ XRD vật liệu màng sở PVA biến tính tinh bột So sánh phổ XRD PVA màng PVA/TB hình 3.11 hình 3.13 cho thấy: cường độ píc đặc trưng màng PVA/TB góc nhiễu xạ 19,6o thấp so với cường độ píc đặc trưng màng PVA góc nhiễu xạ 20,4o, nguyên nhân tinh bột xen vào mạch phân tử PVA làm giảm giảm cường độ píc, làm tăng độ rộng píc so với PVA tinh bột riêng rẽ 3.2.4 Phân tích nhiệt DSC TGA PVA màng PVA/TB Hình 3.13 Phổ phân tích nhiệt DSC PVA 12 Hình 3.14 Phổ TGA PVA Hình 3.15 Phổ phân tích nhiệt DSC Hình 3.16 Phổ TGA PVA màng PVA/TB biến tính tinh bột Từ hình 3.13 đến 3.16 -phổ đồ phân tích nhiệt TG-DSC màng polyme PVA/TB cho thấy: khoảng nhiệt độ hóa thủy tinh màng PVA biến tính tinh bột giảm xuống 74-75oC, khoảng nhiệt độ chảy mềm 190o – 210oC; nhiệt độ > 220 oC xảy trình phân hủy polyme PVA/TB đến nhiệt độ 400oC màng phân hủy nhiệt gần hết 3.3 Mối liên hệ cấu trúc mạng lưới sử dụng chất khâu mạch glutaraldehyt đến tính chất lý màng PVA biến tính tinh bột 3.3.1 Sự phụ thuộc mật độ khâu mạch, khối lượng phân tử nút lưới kích thước lưới vào hàm lượng GA Hình 3.17 Sự phụ thuộc khối lượng phân tử trung bình hai nút lưới kích thước lưới vào hàm lượng GA 13 Từ đồ thị hình 3.18 biểu diễn phụ thuộc KLPTTB nút Mc kích thước lưới cho thấy hàm lượng GA tăng từ 0,1% lên 0,3%, khối lượng phân tử hai nút mạng giảm nhanh từ 8985 g/mol xuống 1950 g/mol, kích thước lưới giảm nhanh từ 513Ao xuống 227Ao Khi tiếp tục tăng hàm lượng GA từ 0,3% lên 0,6% khối lượng phân tử nút mạng màng PVA/TB giảm chậm dần từ 1950g/mol xuống 1070g/mol kích thước lưới giảm từ 227 Ao xuống 98Ao Với hàm lượng tăng lên chất tạo lưới glutaraldehyt (GA), mật độ phân phối lưới (hay gọi mật độ khâu mạng) tăng theo Mật độ khâu mạng cao khối lượng phân tử trung bình hai nút mạng (Mc) giảm kích thước trung bình mắt lưới giảm theo Kết phù hợp với nghiên cứu trước cấu trúc -tính chất polyme lưới (networking polymer) Đối với cấu trúc lưới lý tưởng, biến thiên thường theo quy luật tuyến tính, phản ứng tạo lưới xảy sở mạch polyme có nhóm chức cuối mạch chất tạo lưới chức theo chế đồng đa tụ Đối với màng PVA/TB, đạt đến cấu trúc lưới lý tưởng, việc hình thành biến thiên tính chất tuân theo quy luật lý thuyết polyme lưới 3.3.2 Mối quan hệ khối lượng phân tử trung bình nút lưới khối lượng riêng polyme lưới PVA/TB Bảng 3.11 Ảnh hưởng KLPT trung bình nút lưới đến độ kết tinh khối lượng riêng polyme lưới KLPT trung bình TT Khối lượng riêng [g/cm3] nút lưới, [g/mol] KL1 8985 1,285 KL2 4680 1,300 KL3 1,320 1950 KL4 1355 1,325 KL5 1220 1,326 KL6 1070 1,328 Kết bảng 3.11 cho thấy: KLPT trung bình nút lưới giảm từ 8985g/mol xuống 1070g/mol, khối lượng riêng màng PVA/TB tăng từ 1,285g/cm3 lên 1,328g/cm3 Nguyên nhân KLPT trung bình nút lưới giảm, mật độ phân tử đơn vị thể tích tăng lên, nên khối lượng phân tử đơn vị thể tích tăng lên 3.3.3 Mối tương quan tính chất thẩm thấu nước màng PVA/TB với hàm lượng tác nhân khâu mạch GA 14 Bảng 3.12 Mối tương quan tính chất thẩm thấu nước màng PVA/TB với hàm lượng GA Tên Thành phần Hàm lượng GA theo Độ thẩm thấu mẫu khối lượng PVA + TB, nước, [g/cm2.h] [%] T1 PVA 0,0 0,59.10-4 T2 PVA/TB/GL/GA 0,1 2,83.10-4 T3 PVA/TB/GL/GA 0,2 2,96.10-4 T4 PVA/TB/GL/GA 0,3 3,15.10-4 T5 PVA/TB/GL/GA 0,4 3,02.10-4 T6 PVA/TB/GL/GA 0,5 2,98.10-4 T7 PVA/TB/GL/GA 0,7 1,57.10-4 T8 PVA/TB/GL/GA 1,0 1,14.10-4 Từ bảng 3.12 cho thấy: Đối với màng PVA khả thẩm thấu nước thấp nhiều so với màng PVA biến tính tinh bột sắn sử dụng glutaraldehyt làm tác nhân tạo lưới, điều cho thấy màng PVA/TB cấu trúc dạng mạng lưới, xốp có khả thẩm thấu nước tốt Khi hàm lượng GA tăng từ 0,1% lên 0,3%, độ thẩm thấu nước màng PVA/TB tăng từ 2,83.10-4 g/cm2.h lên 3,15.10-4g/cm2.h Tuy nhiên, tiếp tục tăng hàm lượng GA lên từ 0,3% lên 1,0%, độ thẩm thấu nước màng PVA/TB lại có xu hướng giảm từ 3,15.10-4 g/cm2.h xuống 1,14.104 g/cm2.h 3.3.4 Hệ số khuyếch tán axit salisilic màng PVA/TB Hệ số khuếch tán axit salicylic xác định cách tính tốn tìm nồng độ axit salicylic khoang thử nghiệm Lập đồ thị biểu diễn hàm lượng salicylic khoang khoang theo thời gian xây dựng đồ thị -lnX theo thời gian, -lnX tính theo cơng thức: –lnX= -ln [{C1(t) –C2(t)}/{ C1(0) –C2(0)}] Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn hàm Hình 3.19 Đồ thị xác định hệ số 15 lượng axit salicylic khoang khuếch tán axit salicylic khoang theo thời gian Áp dụng cơng thức tính hệ số khuếch tán (D) theo giá trị nồng độ hai khoang theo phương trình cân bằng, hệ số khuếch tán màng PVA/TB xác định 4,15.10-6 cm2/s, điều chứng tỏ màng PVA/TB có khả thẩm thấu cao chất có chứa nhóm chức cồng kềnh 3.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ trương màng PVA/TB Do màng PVA/TB có cấu trúc mạng lưới nên có khả trương dung mơi, làm màng PVA/TB có khả giữ ẩm, tránh nước chất điện giải bề mặt cho vết thương da, tạo điều kiện cho trình hồi phục, giảm đau rát cho bệnh nhân mau lành vết thương Vì đặc trưng bật màng PVA/TB nên yếu tố ảnh hưởng đến độ trương màng nghiên cứu kỹ lưỡng như: ảnh hưởng mật độ phân bố lưới, khối lượng phân tử trung bình hai nút lưới, nhiệt độ, thời gian ngâm môi trường pH 3.3.5.1 Ảnh hưởng mật độ phân bố lưới khối lượng phân tử hai nút lưới (Mc) đến độ trương màng PVA/TB Kết từ hình 3.20 hình 3.21 cho thây: mật độ khâu mạng tăng từ 0,707.104 mol/cm3 lên 5,935.104 mol/cm3; độ trương màng giảm từ 295,5% xuống 145,8% Nguyên nhân mật độ khâu mạch tăng, khoảng cách nút lưới giảm, dẫn đến độ trương giảm Từ hình 3.22 cho thây: KLPT trung bình hai nút lưới (Mc) tăng từ 1070g/mol lên 8985 g/mol; độ trương màng tăng từ 145,8% lên 295,5% Nguyên nhân KLPT trung bình hai nút lưới tăng, khoảng cách phân tử tăng, dẫn đến độ trương tăng Hình 3.20 Ảnh hưởng mật độ phân bố lưới đến độ trương màng PVA/TB 16 Hình 3.21 Ảnh hưởng KLPT trung bình hai nút lưới đến độ trương màng PVA/TB 3.3.5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ trương màng PVA/TB Kết đo độ trương nở màng PVA màng PVA/Tinh bột/Glyxerin (tỷ lệ PVA/TB/GL= 80/20/30 PTL), sử dụng glutaraldehyt làm tác nhân tạo lưới hàm lượng 0,3% sau 24 ngâm nước biểu diễn bảng 3.14 Bảng 3.14 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ trương màng PVA/TB STT Nhiệt độ, oC Độ trương Độ trương màng màng PVA xơ, % PVA biến tính tinh bột, % 30 128,5 197,5 35 135,6 239,7 40 145,9 245,9 45 162,8 295,7 Từ kết bảng 3.14 cho thấy: ngâm mẫu nước nhiệt độ tăng dần từ 30oC lên 45oC, độ trương màng PVA xơ tăng từ 128,5% lên 162,8%, độ trương màng PVA biến tính tinh bột tăng từ 197,5% lên 295,7% So sánh kết cho thấy độ trương màng PVA biến tính tinh bột có giá trị cao độ trương màng PVA 3.3.5.3 Mối liên hệ môi trường pH độ trương màng PVA/TB Màng cắt theo kích thước tiêu chuẩn hình chữ nhật 1x12cm, ngâm trực tiếp dung dịch pH = 3,5, 7, nhiệt độ phòng, 72 Mẫu sau trương sấy khô 37oC hút chân không đến khối lượng không đổi Độ trương cân trình bày hình 3.22 Từ hình 3.22 cho thấy: độ trương mẫu PVA/TB tăng dần từ 175,5% đến 214% ứng với giá trị pH từ đến 11 Trong môi trường kiềm độ trương vật liệu PVA/TB cao môi trường axit Ở dung dịch có pH=9 độ trương mẫu màng PVA/TB đạt giá trị cao 212,5% Thí nghiệm tương tự nhiệt độ khác nhau, sử dụng themostat để điều chỉnh nhiệt độ Kết cho thấy: môi trường pH, nhiệt độ tăng lên làm khả trương mẫu tăng theo 17 Hình 3.22 Độ trương vật liệu PVA biến tính tinh bột theo môi trường pH 3.4 Sự thủy phân invitro màng PVA biến tính tinh bột 3.4.1 Sự thay đổi tính chất lý màng PVA biến tính tinh bột Bảng 3.16 Sự thay đổi tính chất lý màng PVA biến tính tinh bột Tên Thời gian ngâm mẫu Độ bền kéo, Độ dãn Độ bền kháng mẫu nước, [tuần] [MPa] dài, [%] thủng, MPa] T1 29,5 520,9 54,8 T2 28,8 499,7 48,9 T3 27,6 435,6 43,5 T4 26,5 356,9 39,2 T5 24,5 294,6 35,5 T6 10 23,4 231,8 28,1 T7 12 22,9 198,7 24,6 Từ bảng 3.16 cho thấy: tính chất lý màng PVA/TB giảm dần thời gian ngâm mẫu nước tăng lên Cụ thể là: thời gian ngâm mẫu tăng từ tuần lên 12 tuần độ bền kéo giảm từ 29,5MPa xuống 22,9 MPa; độ bền kháng thủng giảm từ 54,8MPa giảm xuống 24,6 MPa; độ dãn dài giảm từ 520,9% xuống 198,7% Điều xảy mẫu màng PVA/TB bị thủy phân làm đứt liên kết mạch đại phân tử nên tính chất lý màng PVA/TB bị giảm dần 3.4.2 Sự thay đổi pH môi trường màng PVA/TB theo thời gian ngâm mẫu Các mẫu có kích thước tiêu chuẩn, ngâm mơi trường phân hủy invitro có pH ban đầu 7,4 Theo thời gian định kỳ tuần lần tiến hành đo lại để xác định pH 18 Hình 3.23 Sự thay đổi pH môi trường ngâm màng PVA màng PVA/TB theo thời gian Hình 3.23 biểu diễn thay đổi độ pH môi trường pH ngâm màng PVA màng PVA/TB theo thời gian, cho thấy: ngâm mẫu từ đến 12 tuần, độ pH môi trường ngâm màng PVA tăng dần từ 7,40 lên 8,8; độ pH môi trường ngâm màng PVA/TB lại giảm từ 7,40 xuống 5,58 Tốc độ thay đổi môi trường pH ngâm hai màng xảy nhanh ứng với khoảng thời gian từ đến tuần Sự thay đổi pH môi trường phân hủy ngâm màng PVA thủy phân màng sinh loại ancol phân tử thấp Còn thay đổi pH môi trường phân hủy ngâm màng PVA/TB thủy phân làm đứt liên kết ngang GA nối mạch PVA với tinh bột tạo loại axit hữu thấp phân tử nên độ pH giảm dần 3.4.3.Xác định sản phẩm phân hủy thủy phân Hình 3.24 Phổ GC sản phẩm phân hủy màng PVA/TB sau 40 ngày Kết phân tích sản phẩm phân hủy từ hình 3.24 cho thấy hợp chất khối lượng phân tử thấp hình thành suốt trình phân hủy thủy phân, so sánh với phổ chuẩn chất thấp phân tử chủ yếu etanol (có đỉnh píc 9,18 phút; 9,607 phút), nước (có đỉnh píc 4,084 phút;), cacbonyl, cacbon dioxit ( có đỉnh píc 19 10,452 phút; 10,852 phút), Sự nghiên cứu xác định sản phẩm phân hủy quan trọng, cho phép dự báo khả phân hủy tính tương hợp sinh học màng PVA biến tính tinh bột 3.4.4 Độ tổn hao khối lượng màng PVA biến tính tinh bột Hình 3.25 Độ tổn hao khối lượng màng PVA/TB theo thời gian Từ hình 3.25 cho thấy: Khi thời gian ngâm mẫu màng PVA/TB nước tăng từ đến 60 ngày, độ tổn hao khối lượng tăng từ lên 28,5% Độ tổn hao khối lượng màng tăng nhanh khoảng 45 ngày, sau tăng chậm dần mạch polyme cấu trúc lưới thưa bị phân hủy trước, cuối lại phần polyme lưới đặc sít khó phân hủy chậm 3.5 Các tiêu sinh hóa màng PVA biến tính tinh bột 3.5.1 Xác định tiêu hàm lượng kim loại nặng Kết từ bảng 3.17 cho thấy: Các tiêu về hàm lượng kim loại nặng mẫu màng PVA/TB đáp ứng yêu cầu giới hạn ô nhiễm kim loại nặng Bộ Y tế Bảng 3.17 Hàm lượng kim loại nặng màng PVA/TB STT Tên tiêu Hàm lượng kim loại nặng Mức giới hạn [ppm] cho phép theo QCVN 8Mẫu Mẫu Mẫu Trung 1:2011/BYT bình Thủy ngân(Hg) 0,01 0,01 0,01 0,010 < 0,05 Antimony (Sb) 0,05 0,03 0,04 0,040 220 oC xảy trình phân hủy polyme PVA/TB đến nhiệt độ 400oC màng phân hủy nhiệt gần hết Mối liên hệ cấu trúc mạng lưới sử dụng chất khâu mạch GA đến tính chất lý màng PVA/TB sau: + Khi hàm lượng GA tăng từ 0,1% lên 0,3%, KLPT hai nút mạng giảm nhanh từ 8985 g/mol xuống 1950 g/mol, kích thước lưới giảm nhanh từ 513Ao xuống 227Ao Khi khối lượng phân tử trung bình nút lưới giảm từ 8985g/mol xuống 1070g/mol, độ kết tinh màng PVA/TB tăng từ 22% lên 78,6%; khối lượng riêng màng PVA/TB tăng từ 1,285g/cm3 lên 1,328g/cm3 + Màng PVA/TB cấu trúc dạng mạng lưới nên khả thẩm thấu nước tốt so với màng PVA đơn tinh bột + Hệ số khuếch tán màng PVA/TB: 4,15.10-6 cm2/s, chứng tỏ màng có khả thẩm thấu phân tử có cấu trúc cồng kềnh 23 Kết nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến độ trương màng PVA biến tính tinh bột: + Khi mật độ khâu mạng tăng từ 0,707.104 mol/cm3 lên 5,935.104 mol/cm3, độ trương màng giảm từ 295,5% xuống 145,8% + Độ trương màng PVA biến tính tinh bột tăng 51,2% sau 10 ngày ngâm mẫu Khi tiếp tục tăng thời gian ngâm mẫu từ 10 lên 35 ngày, độ trương màng polyme PVA/TB có xu hướng tăng không đáng kể từ 268,6% lên 269,5% Độ trương mẫu PVA/TB tăng dần từ 175,5% đến 214% ứng với giá trị pH từ đến 11 Đã xác định thủy phân invitro màng PVA biến tính tinh bột + Khi thời gian ngâm mẫu màng mơi trường invitro tăng, tính chất lý màng bị suy giảm, cấu trúc bề mặt vật liệu bị biến đổi mạnh Trong môi trường invitro, tốc độ thay đổi độ pH môi trường ngâm màng xảy nhanh ứng với khoảng thời gian từ đến tuần Đã xác định được điều kiện công nghệ chế tạo màng sinh học PVA biến tính tinh bột : + Phương pháp chế tạo thích hợp phương pháp cán tráng, nồng độ dung dịch 12%, nhiệt độ sấy 50oC điều kiện chân không (~120mmHg) Điều kiện khử trùng sử dụng phương pháp xạ tia γ, liều xạ 15kGy, 10 Quy trình cơng nghệ chế tạo màng PVA/TB đạt độ ổn định cao + Các tiêu sinh hóa hàm lượng kim loại nặng, tiêu vô trùng, đạt giới hạn cho phép theo quy định Bộ Y tế (Dược điển VN4) Kết thử nghiệm màng PVA biến tính tinh bột động vật : + Khi sử dụng màng PVA/TB thỏ cho thấy: vết thương bỏng khơ, khơng bị nhiễm trùng, có khả hồi phục nhanh, sau 12 ngày đường kính vết thương co lại 59,3% Điều chứng tỏ màng sinh học PVA/TB giúp vết thương hạn chế nhiễm trùng, giữ độ ẩm thích hợp, giảm nước chất điện giải bề mặt vết thương thỏ từ giúp rút ngắn thời gian điều trị + Thử nghiệm màng PVA biến tính tinh bột q trình xử lý vết thương thỏ cho thấy: màng không gây kích ứng da, khơng có độc tính, vết thương mau khơ, khơng bị nhiễm trùng, có khả phục hồi vết thương nhanh, rút ngắn thời gian điều trị Những kết nghiên cứu bước đầu ứng dụng màng PVA biến tính tinh bột chữa trị vết thương thỏ mở khả sử dụng loại màng làm màng thay da tương lai 24 ... cứu tổng hợp polyme sinh học giới Việt Nam, khái niệm biến tính polyme phương pháp biến tính polyme, giới thiệu chung vật liệu polyme sở polyvinyl ancol biến tính với tinh bột, nguyên vật liệu. .. thấy: màng PVA biến tính với tinh bột biến tính có tính chất lý tốt so với màng PVA với tinh bột khơng biến tính 3.1.3 Ảnh hưởng thành phần tham gia phản ứng đến tính chất màng PVA biến tính với tinh. .. điều trị vết thương 3.1.2 Ảnh hưởng tinh bột biến tính đến tính chất vật liệu PVA biến tính tinh bột Bảng 3.3 Ảnh hưởng tinh bột biến tính đến tính chất PVA/TB STT Tính chất lý Màng PVA /tinh Màng