BÁO CÁO THỰC TẬP-Đề tài Ứng dụng của Polimer tự hủy

 Sự giảm cấp sinh học là gì?• Là sự giảm cấp hóa học của vật liệu gây ra bởi hoạt động của vi sinh vật diễn ra trong tự nhiênhoặc trong cơ thể.. • Sự khoáng hóa được định nghĩa như là

Đề tài:Ứng dụng của Polimer tự hủy

Giáo viên hướng dẫn:

Mai Anh Tuấn

Sinh viên:

Nguyễn Đức Quang

Đoàn Quang Vinh

MỞ ĐẦU

 Polyme tự hủy là gì?

Polymer tự huỷ là loại polymer được chuyển đổi hoàn toàn thành khí cacbonic,nước,metan,khoáng vô cơ và sinh khối dưới tác động của vi sinh vật mà không tạo ra chất độc hại.

 Sự giảm cấp sinh học là gì?

• Là sự giảm cấp hóa học của vật liệu gây ra bởi hoạt động của vi sinh

vật diễn ra trong tự nhiênhoặc trong cơ thể Các vi sinh vật gây giảm cấp hóa học là các vi khuẩn, enzim, nấm và tảo Khi sự giảm cấp sinh học diễn ra, quá trình này tạo ra khí CO2 hoặc CH4 và nước Nếu có

sự hiện diện oxy, quá trình được gọi là sự tự hoại hiếu khí Nếu quá trình xảy ra trong điều kiện không có oxy , nó được gọi là quá trình tự hoại yếm khí Sản phẩm của quá trình yếm khí là khí CH4 và nước Trong vài trường hợp, cả hai loại sản phẩm khí ( CO2, CH4) đều có mặt.

• Sự khoáng hóa được định nghĩa như là sự chuyển hóa của các vật liệu

tự hoại hoặc sinh khối thành khí ( như CO2, CH4 và hợp chất nitơ), nước , muối vô cơ, và các khoáng chất Sự khoáng hóa hoàn tất khi tất

cả phần vật liệu tự hoại hoặc sinh khối được tiêu thụ hết cũng như tất

cả phần carbon được chuyển thành khí CO2.

 Có hai bước liên quan đến sự giảm cấp sinh học của polymer:

• Bước 1 bao gồm: tác dụng của cơ học ( nghiền), hóa học ( bức xạ tia

cực tím gây giảm cấp nhờ quang hóa hoặc giảm cấp do nhiệt) Trong suốt bước này, vi nấm và vi khuẩn, hoặc các tác nhân sinh học khác (sâu, mối, giun,rễ cây) cũng có thể phân mảnh sản phẩm (phân hóa sinh học tạo mùn) Bước tạo mùn đầu tiên rất quan trọng và hũu ích vì

nó làm tăng bề mặt tiếp của vật liệu giảm cấp giúp thuận tiện cho

bước kế tiếp xảy ra.

• Bước thứ 2 này liên quan đến sự giảm cấp sinh học gọi là Sensu

Structo Vi sinh vật tấn công và tiêu hóa sản phẩm mùn Chúng

chuyển mùn thành các sản phẩm phụ và dần thành khí CO2 hoặc

CH4 , nước và sinh khối.

 Có bao nhiêu loại polyme tự hủy?

• Polyme tự hủy có thể chia làm 3 nhóm chính:

a.Chất dẻo dễ tự hoại:

Là loại polyme sau khi hết thời gian sử dụng là nó "tự hủy" Tuy nhiên sự giảm cấp dần dần của vật liệu này không thể kiểm soát được Sau khi đạt tới tuổi thọ sử dụng, vật liệu này bị phân rã ra Nó có thể được vi sinh vật tiêu hóa tiếp.

b.Chất dẻo tự hoại có kiểm soát:

Là loại polyme có tuổi thọ sử dụng xác định Sự khác biệt giữa chất dẻo loại này với loại dễ tự hoại là mức độ kiểm soát sự giảm cấp theo thời

gian Chất dẻo tự hoại có kiểm soát biểu lộ sự giảm cấp theo từng bậc và tốc độ giảm cấp lớn ở thời điểm định trước chứ không xày ra từ từ đều đều như loại dễ tự hoại.

c.Chất dẻo tự hoại nhờ môi trường:

Là loại polyme bị bào mòn bởi sự thủy giải nhờ men hoặc hoặc giảm cấp

do quang hóa hoặc tự hoại một phần sau đó các sản phẩm giảm cấp sẽ được phân giải tiếp bởi vi sinh Hai giai đoạn của quá trình giảm cấp là: phân rã và khoáng hoá Trong giai đoạn khởi đầu, sự phân rã liên quan

rõ nét đến sự suy giảm tính chất vật lý như biến màu, trở nên giòn và vỡ vụn Giai đoạn thứ hai được cho là sự chuyển hóa sâu của các mảnh vụn chất dẻo thành khí CO2 và nước, sinh khối ( trong điều kiện hiếu khí) hoặc CH4, CO2 và sinh khối tế bào ( trong điều kiện yếm khí).

Quá trình phân hủy của sản phẩm nhựa tự hoại

Nắp chai nhựa tự hoại

trước và sau khi chôn 60

ngày trong môi trường có

tác nhân sinh học

Các lĩnh vực ứng dụng của polyme tự hủy

Ứng dụng trong y tế

1 Sản xuất chỉ khâu tự tiêu dùng trong phẫu thuật

2 Vật liệu cố định xương, dây chằng.

3 Các chất keo dính phẫu thuật

4 Vật liệu ngăn cản bám dính mô.

5 Sản xuất da nhân tạo.

6 Thiết bị phân phối thuốc tự hủy.

1 Chỉ tự tiêu:

a Khái niệm:

Thuật ngữ chỉ tự tiêu nhấn mạnh đến khả năng tự tiêu của chỉ trong tổ chức.Đây là loại chỉ sau một thời gian trong cơ thể sẽ bị thuỷ phân (chỉ tổng hợp) hoặc bị phá huỷ do tác động của

enzym (chỉ tự nhiên)

b Phân loại theo cấu tạo sợi chỉ gồm có:

 Chỉ đa sợi (multifilament): gồm nhiều sợi nhỏ được bện hoặc

xoắn với nhau nên thường mềm mại, dễ thao tác và thắt nút

hơn nhưng cũng vì gồm nhiều sợi nên dễ làm tổn thương mô hơn (khi siết chỉ gây ma sát mạnh hơn) và có thể sẽ là nơi chứa

vi khuẩn.

 Chỉ đơn sợi (monofilament): có cấu trúc là một sợi đơn nên dễ

sản xuất các chỉ cỡ nhỏ , sợi chỉ trơn dễ xuyên và ít làm tổn

thương mô, tuy nhiên sẽ cần sự khéo léo nhiều hơn khi thao tác, buộc chỉ vì sợi chỉ cứng hơn Vì là sợi đơn nên rất dễ tuột, cần phải làm nhiều nút (có đổi tay) và không được kẹp vào sợi chỉ sẽ làm nát.

c Các loại chỉ tự tiêu:

 Chỉ catgut: là loại chỉ đơn sợi tự nhiên.

• Nguồn gốc: được làm từ ruột của gia súc có sừng hoặc cừu Chỉ

Catgut chromic trong thành phần có thêm muối crom.

• Thời gian tự tiêu: khoảng 10 ngày đối với chỉ catgut và 20 ngày đối

với chỉ Catgut chromic Có thể gây phản ứng trong tổ chức do có chứa collagen.

 Chỉ Dexon: là loại chỉ bện tổng hợp.

• Nguồn gốc: được làm từ polyglycolic acid (PGA)

• Thời gian tự tiêu: khoảng 60-90 ngày.

Phản ứng mở vòng của glyconate

 Chỉ Maxon: là loại chỉ tự tiêu đơn sợi.

• Nguồn gốc: được làm từ polyglyconate.

• Thời gian tự tiêu: khoảng 60 ngày.

 Chỉ vicryl: là loại chỉ bện tổng hợp.

• Nguồn gốc: được làm từ polylactic acid (PLA)

• Thời gian tự tiêu: khoảng 60 ngày.

 Chỉ polydioxanone: là loại chỉ đơn sợi tổng hợp.

• Nguồn gốc: được làm từ polydioxanone.

• Thời gian tự tiêu: khoảng 60-90 ngày.

2 Vật liệu cố định xương, dây chằng:

• Mặc dù kim loại định hình là một thành công trong điều trị gãy

xương hoặc vỡ xương nhưng do việc loại bỏ các kim loại cấy ghép có thể dẫn đến nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới xương vì vậy polyme tự hủy là một vật liệu đang ngày càng được ứng dụng.

• So sánh giữa vật liệu kim loại với vật liệu polyme tự hủy:

Độ co dãn thấp Co dãn tốt độ bền kéo tương đối

cao

Có trọng lượng lớn Trọng lượng riêng khá bé

Không có khả năng tự tiêu trong

cơ thể

Có tính tương thích sinh học cao,

có khả năng tự tiêu trong cơ thể

 Vít nẹp tự tiêu:

• Được tổng hợp từ phản ứng polyme hóa các dẫn xuất cacbon từ thiên

nhiên như polylactic acid, polyglycolic acid, polydioxanone…

• Những nghiên cứu về mô học cho thấy, sau khoảng 2 năm thì không

còn dấu vết của vít ở vị trí đưa vào.

Quá trình tự hủy của vít trong cơ thể

3 Các chất keo dính phẫu thuật:

a Đăc điểm và yêu cầu:

• Keo được dùng trong phẫu thuật để dán nối các đường khâu, mép da,

niêm mạc, dán nối mạch máu, ống tiêu hoá, ống dẫn (niệu quản), v.v Ngoài ra nó còn dùng để cầm máu (cầm máu tạng nhu mô như gan, lách, thận)

• Trong y học, keo dính thường được tổng hợp từ este đơn phân ankyl

xianoacrilat với gốc ankyl là: butyl, isobutyl, trifloisopropyl, heptyl, metyl, amyl, xianoacrilat, vv

• Keo dính phải đạt yêu cầu là không gây hoặc ít gây phản ứng viêm,

thời gian thoái biến sinh học không kéo dài và thời gian được đào

thải ra khỏi cơ thể (trong nước tiểu, phân, vv.) không quá lâu.

b Một số chất keo dính phẫu thuật:

• Keo dính fibrin: được tạo ra từ chính máu người, chứa fibrinogen, yếu

tố XIII, fibronectin, thrombin, aprotinin và calcium chloride Trong

mổ ghép da nó có tác dụng cầm máu và cố định mảnh ghép da rất hiệu quả

• Chất dán dính fibrin (fibrin seal adhesive): là một hệ hai thành phần

(Tissucol) tạo ra từ máu toàn phần Khi hai thành phần đó được trộn vào nhau thì sẽ xảy ra khâu cuối cùng của quá trình đông máu, tạo

nên một chất dạng nhầy có tác dụng dính tổ chức lại với nhau

• Keo cyanoacrylate: keo cyanoacrylate có tác dụng dính tổ chức và cầm

máu.

• Chất hàn protein (protein solder): để tăng cường độ chắc của các mối

nối tổ chức bằng laser, một số chất hàn protein đã được nghiên cứu như: dung dịch albumin người, dung dịch albumin xấy khô, dung dịch fibrinogen, keo fibrin và hồng cầu Các chất này được đặt thành một lớp mỏng ở ngay gần các mép tổ chức chuẩn bị được nối trước khi cho Laser hoạt động

Các tiểu huyết cầu và

4 Vật liệu ngăn cản bám dinh mô:

 Ứng dụng dược của các dianhydrohexitol

• Các ester chứa mono và dinitrate của siosorbide và isomannide là các dược chất

có thể giải phóng NO hoạt tính hiện đang dược dùng trong công nghiệp dược như là chất giãn mạch

• Isosorbide và isomannide cũng đã được dùng thành công như chất khung nền

cho tổng hợp các chất ức chế hoạt động tế bào RDG Biệt dược này có thể ngăn ngừa sự kết dính vách tế bào giúp giảm viêm, hạn chế tăng sinh khối ung.

Chất ức chế tế bàoRGD dẫn xuất từ isosorbide

và isomannide

5 Sản xuất da nhân tạo:

a Các chức năng của da:

- Bảo vệ cơ thể khỏi nóng,lạnh,vi sinh

vật và các tác động ngoại cảnh.

- Duy trì cân bằng chất lỏng trong cơ

thể.

- Điều khiển nhiệt độ cơ thể.

- Là cơ quan xúc giác.

b Cấu tạo:

• Bao gồm hai lớp:lớp biểu bì và hạ bì.Lớp biểu bì bao gồm chủ yếu

của các tế bào: tế bào sừng , tế bào biểu bì tạo hắc tố và

Langerhans Lớp hạ bì, bao gồm chủ yếu các sợi mô liên

kết như collagen, cung cấp dinh dưỡng cho lớp biểu bì.

Cấu tạo của da

c Da nhân tạo là gì?

• Là một sản phẩm có thể thay thế tạm thời hoặc vĩnh viễn cho vùng da

bị tổ thuơng, hư hại.

d Quy trình sản xuất:

• Nguyên liệu là da được lấy trong quá trình hiến tặng.Các nguyên bào

sợi tách ra được giữ trong nitơ lỏng ở nhiệt độ 94 F (70 độ C).

• Có 2 phương pháp chế tạo:

- Phương pháp lưới giàn giáo: các nguyên bào sợi được nuôi cấy trên các mạng lưới dưới các điều kiện sinh học để tạo thành các lơp mô mới.

- Phương pháp collagen: hỗn hợp collagen và các nguyên bào sợi

được nuôi cấy trong các khuôn.Collagen có tác dụng kích thích sự tăng trưởng của các tế bào da.Sau đó người ta cho thêm các tế bào sừng để tạo lớp biểu bì.

Da nhân tạo tạo bởi phương pháp lưới giàn

giáo

6 Hệ thống vận chuyển và phân tán thuốc:

 Viên thuốc thông minh:

“Viên thuốc thông minh” thực chất là một “tổ hợp nhạy” bao gồm

một bình chứa dược chất gắn với một siêu chíp Toàn bộ tổ hợp cỡ

viên con nhộng, có thể nuốt được hoặc được gắn vào răng Bình chứa

có dung tích khoảng 25 phần tỷ lít, bên trong có nhiều ngăn để chứa cùng lúc nhiều loại dược phẩm cần thiết cho điều trị một hoặc nhiều bệnh Viên thuốc có van đóng mở điện tử để tự giải phóng thuốc khi đến vị trí thích hợp trong bộ máy tiêu hoá Toàn bộ đường đi của

thuốc đều được theo dõi và điều khiển bằng từ trường của một điều khiển bên ngoài cơ thể hay theo một chương trình đã được cài đặt sẵn Khi đến địa điểm đã định trước và thời gian hẹn sẵn, “cánh cửa” trên viên thuốc sẽ tự mở và một liều thuốc được bơm ra, nhanh chóng phát huy tác dụng ngay tại chỗ hoặc hấp thu vào máu, thẩm thấu vào mao mạch… Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, nó sẽ tự tiêu hủy và tự đào thải

ra ngoài, không ảnh hưởng gì đến mọi chức năng trong cơ thể.

• Với bệnh nhân Alzheimer thường xuyên quên uống thuốc hoặc tiêm

thuốc, viên thuốc thông minh là một giải pháp tuyệt vời Đến giờ, theo đúng lập trình của bác sĩ, viên thuốc này sẽ tự động tiết một liều dược chất vào cơ thể

• Đối với bệnh nhân mắc bệnh ung thư, cho đến nay đa số thuốc điều trị

ung thư đều là những hợp chất có tác dụng phụ rất độc hại Ngoài việc tiêu diệt tế bào ung thư, chúng còn hủy hoại cả những tế bào sống

mạnh khỏe Vì thế, thế hệ thuốc thông minh hoàn toàn có thể giúp

giảm thiểu tác dụng phụ, đồng thời phát huy hiệu quả cao nhất tiêu diệt khối ung thư nhờ cơ chế kích hoạt đặc biệt và điều trị nhằm đích của nó.

Một viên thuốc thông minh được gắn trên răng.

 Dimethyl isosorbide (DMI) là một chất lỏng trong suốt mang tính chất dung môi cực tốt có thể tổng hợp dễ dàng nhờ methyl hóa isosorbide bằng dimethyl sulfate và bồ tạt.

• Với vai trò dung môi bền trong các sản phẩm chăm sóc da và các công

thức dược liệu, DMI giúp các thành phần hoạt tính thâm nhập qua màng biểu bì, cho phép phân phối đến đúng chổ các hoạt chất tẩy

trang, điều trị mụn, và các sản phẩm thẩm thấu qua da khác DMI có thể chuyển vận các hoạt chất tan trong nước đi qua da mà không cần tái kết tinh chúng và không gây kích ứng da Quan trọng hơn hết, nó không xúc tiến sự thâm nhập của các hoạt chất vào máu Các chất liệu làm ra theo công thức có sử dụng dung môi DMI chỉ cần nồng độ thấp hơn các hoạt chất như acid salicyclic , vitamin C, acid lactic,

hydrocortisonem và acid hyaluronic nhưng vẫn giữ được đầy đủ hoạt tính khi sử dụng

• Tất cả các tính chất trên làm cho DMI trở thành một lựa chọn tiềm

năng cho dung môi chuyển vận thuốc qua da của nhiều thuốc Các nghiên cứu sơ bộ chỉ ra rằng DMI không độc DMI đã được sử dụng thành công trong công thức bào chế aspirin ổn định dạng dịch lỏng Aspirin là biệt dược được biết có tính bất ổn khi tan trong các dung môi khác.

Cấu trúc hóa học của phân tử dinitrate isosorbide

Ứng dụng trong nông nghiệp

 Polymer được dùng trong nông nghiệp và chăn nuôi từ giữa thế kỷ 20

Sự phát triển chất dẻo trong nông nghiệp đã cho phép các nhà nông gia tăng sản lượng mùa màng, giúp thu hoạch sớm hơn, giảm sự lệ thuộc thuốc trừ sâu diệt côn trùng, và bảo vệ thực phẩm tốt hơn cũng như giữ nước hiệu quả hơn.

Màng bao phủ bảo vệ

cây ngăn sâu bệnh Các màng nhựa được dùng làm vật

liệu phủ nhà kiếng

• Các sản phẩm dùng polymer tự hoại đã được thử nghiệm và ứng dụng

thành công như màng phủ đất, màng che sương, ống tưới dẫn, dây giăng giàn, lưới hứng sương, chậu cây, phân bón thải chậm, thuốc trừ sâu thải có kiểm soát, v.v…

• Tại Việt Nam riêng màng phủ đất, qua thực tế tại một nông trại gia

đình ở Long Khánh (tỉnh Đồng Nai), với diện tích 1 hecta trung bình một tháng của vụ dưa leo, người ta dùng hơn 20 kg màng Nếu trồng liên tục trong năm, con số sẽ là 240 kg cho một hecta.

Các sản phẩm sử dụng hàng ngày

• Trong số các ứng dụng của polyme tự hủy vào việc sản xuất các sản

phẩm sử dụng hàng thì nổi bật nhất vẫn là việc sản xuất bao bì tự tiêu hủy.

 Bao bì tự hủy:

• Nguồn gốc: có thành phần nguyên liệu chính từ tinh bột.

• Bản chất ưa nước cao của chất dẻo mang hàm lượng tinh bột cao có

thễ được khắc phục bằng việc trộn thêm chất ngăn cản ái lực với

nước của thành phần tinh bột hoặc thông qua biến tính hóa học như acetyl hóa, ester hóa, ete hóa.

• Các polymer gốc tinh bột thường được hóa dẻo, giảm cấp cấu trúc

hoặc tổ hợp với các polymer tính năng cao khác như polyester mạch thẳng, polyvinyl alcohol để đem lại các tính chất cơ lý hữu ích cho các ứng dụng bao bì.

Tổng hợp polymer chứa tinh bột

nhờ trùng hợp ghép với

acrylonitrile

• Tổ hợp tinh bột và polyester PBS/PBSA:

Polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA),

và các polyester khác có thể trộn hợp với tinh bột để cải thiện cơ tính vật liệu Các tổ hợp tinh bột và PBS hoặc PBSA dùng để sản xuất các tấm chất dẻo tự hoại dùng trong tạo hình nhiệt các khay đựng bánh và các sản phẩm lớp mỏng khác Độ bền kéo đứt của các tổ hợp này thấp hơn đơn polyester Khi tăng hàm lượng tinh bột vượt 60%, tổ hợp trở nên giòn Để giảm tính giòn và tăng độ mềm dẻo, người ta thường

thêm vào các chất hóa dẻo.

• Việc bổ sung của pullulan PHBV có thể làm giảm tính thấm oxy và

tăng khả năng phân huỷ sinh học.