Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu hydrogel từ các polyme trộn hợp PVA CMC

Độ trương nở của các hydrogel PVA/CMC theo thời gian trong các môi trường pH khác nhau Bảng 3.3.. Các hydrogel được phát triển như là loại vật liệu nhạy cảm và đáp ứng với thay đổi của m

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1

3 Đối tương nghiên cứu 1

4 Phương pháp nhiên cứu 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU HYDROGELS VÀ HYDROGEL THÔNG MINH 3

1.1 Vật liệu polyme hydrogel 3

1.1.1 Giới thiệu polyme hydrogel 3

1.1.2 Tính chất cơ học của vật liệu polymer hydrogel 3

1.1.2.1 Tính chất đàn hồi 3

1.1.2.2 Tính chất đàn hồi nhớt 6

1.2 Polyme hydrogel thông minh (Intelligent hydrogels polymer - IPH) 9

1.2.1 Polyme hydrogel thông minh (IPH) nhay PH 10

1.2.2 Polyme hydrogel thông minh nhạy cảm nhiệt độ 13

1.3 Những ứng dụng của polyme hydrogel thông minh 14

1.3.1 Ứng dụng làm vật liệu chuyền tải phân phối thuốc 14

1.3.2 Ứng dụng làm Biosensor 17

1.4 Tổng hợp chế tạo vật liệu PVA/CMC 17

1.4.1 Các nguyên liệu cho quá trình tổng hợp hydrogel PVA/CMC 18

1.4.1.1 Polyninyl alcohol (PVA) 18

1.4.1.1.1 Cấu tạo PVA 18

1.4.1.1.2 Tính chất vật lý của PVA 18

1.4.1.2 Carboxyl methyl cellulose (CMC) 24

1.4.1.2.1 Cấu tạo của CMC 24

1.4.1.2.2 Tính chất của CMC 24

1.4.2 Tổng hợp dung dịch hỗn hợp 25

1.4.3 Chế tạo polyme hydrogel PVA/CMC 25

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 26

2.1 Nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 26

2.1.1 Nguyên liệu 26

2.1.2 Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 26

2.2 Chế tạo mẫu PVA/CMC 27

2.2.1 Tổng hợp dung dịch hỗn hợp PVA và CMC 27

2.2.2 Quy trình sản xuất polyme hydrogel PVA/CMC 27

2.3 Chế tạo mẫu polyme hydrogel PVA/CMC 29

2.3.1.Chế tạo màng polyme hydrogel dùng cho việc phân tích(IR,SEM) 29

2.3.2 Chế tạo polyme hydrogel dùng cho khảo sát độ nhạy pH 29

2.4 Khảo sát độ trương nở của hydrogel PVA/CMC 30

2.4.1 Hóa chất và dụng cụ 30

2.4.2 Điều chế dung dịch PH hỗn hợp 30

2.4.3 Cách tiến hành đo 33

2.6 Các phương pháp hóa lý 34

2.6.1 Phương pháp phổ hồng ngoại 34

2.6.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Phân tích bề mặt 38

3.2 Phân tích phổ hấp phụ IR 39

3.3 Phân tích khả năng trương nở của hydrogel PVA/CMC 40

3.3.1 Các công thức tính độ trương nở 40

3.3.2 Khảo sát biến dạng theo thời gian của các hydrogel PVA/CMC 41

3.3.3 Khảo sát khả năng trương nở của các hytdrogel trong các môi

trường PH khác nhau 43

KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

LỜI CẢM ƠN

Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Lại Thị Thúy, người đã trực tiếp, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Em cũng xin chân thành cảm ơn đến toàn thể các thầy cô khoa Hóa học - trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại đây

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn động viên giúp đỡ em trong suốt thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 05 năm 2013

Sinh viên

Nguyễn Thị Hải

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Những yếu tố môi trường có thể gây nhạy cảm với IPH

Bảng 2.1 Thành phần các chất trong dung dịch hỗn hợp PVA và CMC

Bảng 2.2 Thành phần điều chế dung dịch pH khác nhau

Bảng 3.1 Biến dạng của hydrogel PVA/CMC 60/40 (wt/wt) theo thời gian trong các môi trường pH khác nhau

Bảng 3.2 Độ trương nở của các hydrogel PVA/CMC theo thời gian trong các môi trường pH khác nhau

Bảng 3.3 Kích thước trương nở của các hydrogel PVA/CMC trong các môi trường khác nhau sau 60 phút

Bảng 3.4 Độ trương nở của hydrogel PVA/CMC ở các môi trường pH khác nhau

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Ảnh mô phỏng cấu trúc mạng ba chiều của hydrogel

Hình 1.2 (a) Mô hình Maxwell và (b) đặc tính của mô hình

Hình 1.3 (a) Mô hình Kelvin-Voigt và (b) đặc tính của mô hình

Hình 1.4 (a) Mô hình Zener và (b) đặc tính của mô hình

Hình 1.5 Mô phỏng những tác nhân kích thích tạo quá trình trương nở của IPH

Hình 1.6 Thuốc điều trị ung thư tuyến tiền liệt Eligar® và bệnh quanh răng Atridox®

Hình 1.7 Sơ đồ quá trình sử dụng thuốc dạng Atrigel trong lâm sàng

Hình 1.8 Mô tả quá trình trương nở và giải phóng thuốc của dược phẩm

sử dụng PHG nhạy cảm pH

Hình 1.9 Mô phỏng quá trình trộn hợp hai polyme

Hình 1.10 Mối quan hệ giữa độ bền kéo và % thủy phân đối với màng PVA không dẻo hóa

Hình 1.12 Mối liên quan giữa độ bền kéo và phần dẻo hóa của màng PVA Hình 1.12 Mối liên quan giữa độ dãn dài và phần dẻo hóa của màng PVA (độ nhớt cao, dạng thủy phân hoàn toàn, ở điều kiện 50 phần RH)

Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp dung dịch hỗn hợp PVA/CMC

Hình 2.2 Mẫu hydrogel PVA/CMC (60:40)

Hình 2.3 (a) Dao động hóa và (b) Dao động biến dạng

Hình 2.4 Sơ đồ khối của kính hiển vi điện tử quét SEM

Hình 2.5 Máy hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800

Hình 3.1 Ảnh SEM của: (a) Mẫu PVA nguyên chất; (b) Mẫu PVA/CMC 80:20; (c) Mẫu PVA/CMC 70:30; (d) Mẫu PVA/CMC 60:40

Hình 3.2 Phổ IR của các mẫu (a) PVA; (b)CMC; (c) PVA/CMC 60/40(wt/wt)

Hình 3.3 Độ trương nở của hydrogel PVA/CMC 60/40 (wt/wt) theo thời gian trong các dung dịch có pH khác nhau

Hình 3.4 Độ trương nở của các hydrogel PVA/CMC ở các môi trường pH khác nhau

DANH MỤC VIẾT TẮT

CMC: Carboxyl methyl cellulose PVA: Polyninyl alcohol

PHG: Polyme hydrogel IHP: Polyme hydrogel thông minh

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Vật liệu hydrogel là vật liệu có cấu trúc mạng lưới có ngậm các phân tử nước Các hydrogel được phát triển như là loại vật liệu nhạy cảm và đáp ứng với thay đổi của môi trường Chúng có thể thay đổi thể tích đáp ứng theo sự thay đổi của các thông số môi trường như nhiệt độ, pH, lực ion… Những đặc tính độc đáo của hydrogel đem lại sự quan tâm đặc biệt trong y hoc như: kỹ thuật vận chuyển dược chất (màng hydrogel bao bọc thuốc), bao bọc tế bào, mô,… Và các ứng dụng trong việc chế tạo các sensor pH và các sensor sinh học

Với mong muốn cải thiện những đặc tính của vật liệu hydrogel, con người đã không ngừng nghiên cứu tạo ra những loại vật liệu polyme hydrogel mới Phương pháp trộn hợp các polyme khác nhau và đem các tính chất riêng

lẻ của từng polyme thành phần vào hỗn hợp là phương thức rẻ tiền và tiện lợi

để xây dựng vật liệu mới

Luận văn này xin được đề cập đến vấn đề “Chế tạo và nghiên cứu

tính chất của vật liệu hydrogel từ các polyme trộn hợp PVA/CMC” Đây

là hướng nghiên cứu khá mới ở nước ta, mở ra nhiều triển vọng ứng dụng trong ngành y và trong thực tiễn đời sống sản xuất như tạo ra các màng bọc hoa quả, màng tự phân hủy sinh hoc,…

2 Mục đích và nhiệm vụ

Chế tạo polyme hydrogel trên cơ sở trộn hợp polyvinyl alcohol (PVA)

và Carboxyl methyl cellulose (CMC) Và nghiên cứu các đặc tính của hydrogel PVA/CMC

3 Đối tượng nghiên cứu

Polyme hydrogel trộn hợp trên cơ sở PVA/CMC

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thực nghiệm tổng hợp mẫu PVA/CMC

- Các phương pháp khảo sát độ trương nở của hydrogel PVA/CMC

- Các phương pháp hóa lý

+ Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

+ Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU HYDROGEL

VÀ HYDROGEL THÔNG MINH

1.1 Vật liệu polyme hydrogel

1.1.1 Giới thiệu polyme hydrogel

Polyme hydrogel (PHG) là loại polyme ưa nước, nhưng không hòa tan trong nước Trong môi trường nước, mạch polyme hấp thụ nước, tạo ra một mạng ba chiều (3D) các chuỗi mạch polyme, tại đó một phần bị solvat hóa bởi các phân tử nước nhưng các bộ phận còn lại có liên kết hóa học hoặc vật lý với nhau Polyme hydrogel biểu hiện thuộc tính dễ hấp thụ nước dẫn đến làm trương nở thể tích, nhưng không hòa tan trong môi trường nước Hình 1.1 là

ảnh cấu trúc mô phỏng mạng ba chiều của polyme hydrogel [2][5]

Hình 1.1 Ảnh mô phỏng cấu trúc mạng ba chiều của hydrogel

1.1.2 Tính chất cơ học của polyme hydrogel

1.1.2.1 Tính chất đàn hồi

Cao su là vật liệu đáp ứng với ứng suất gần như ngay lập tức và biến dạng là hoàn toàn thuận nghịch Biến dạng của cao su rất lớn, có thể lên tới vài trăm phần trăm Hydrogel cũng thể hiện các đặc tính tương tự trong trạng thái trương nở, nghĩa là có thể thực hiện một lực đàn hồi giống như cao su Vì vậy, ta có thể áp dụng mô hình lý thuyết về đàn hồi cao su cho vật liệu

polyme hydrogel Theo nhiệt động học cổ điển, phương trình trạng thái đối

với đàn hồi cao su như sau: [4]

V L V

f T L

U f

, ,

T - Nhiệt độ tuyệt đối

Theo nhiệt động học thống kê đối với chất đàn hồi, quá trình tăng về chiều dài chủ yếu đưa đến sự thay đổi vể entropy do sự thay đổi về khoảng cách đầu cuối của chuỗi mạng

Lực co lại và entropy có mối liên hệ với nhau thông qua phương trình Maxwell:

V L V

f L

S

, ,

T r kT

L

S T f

, ,

) , ( ln

Ω (r,T): Xác suất mà chuỗi polyme có khoảng cách đầu cuối r một nhiệt độ T chấp nhận một hình dạng nhất định nào đó Đối với một chuỗi đơn,

ta có:

23

fr

2 / 1 2

2

r f el

f

rdr r

nkT A

Biến đổi này chính là công lớn nhất cần cung cấp cho hệ với giả thiết thể tích của hệ không biến đổi trong quá trình biến dạng Lấy vi phân công theo tỉ số dãn dài sẽ cho ứng suất trượt trên một đơn vị diện tích:

r M

RT W

: Tỉ số khoảng cách đầu - cuối trong mạng thực với mạng riêng biệt và

thường có giá trị xấp xỉ 1 Từ kết qủa này ta thấy rõ ứng suất đàn hồi của cao

su khi bị kéo dãn tỉ lệ trực tiếp với mật độ mạng (số các chuỗi mạng trên một đơn vị thể tích) hoặc với M C



Một cách tương tự với hydrogel khi mức độ trương nở càng cao thì ứng suất sẽ giảm

M r

r M RT

Trong đó:

n

M : Khối lượng phân tử trung bình của chuỗi phân tử thẳng, trước khi được kết nối với nhau Từ đây ta có mối quan hệ ứng suất biến dạng không tuyến tính:

M r

r M

RT

2 0



Do cao su và các vật liệu tương tự được coi như không bị nén nên có thể suy ra được suất đàn hồi Young như sau: E3G

1.1.2.2 Tính chất đàn hồi nhớt

Trên thực tế polyme hydrogel không chỉ có tính đàn hồi bình thường

mà còn có tính đàn hồi nhớt Đàn hồi nhớt là một thuộc tính tự nhiên của loại

vật liệu vừa có tính rắn vừa có tính lỏng Lý thuyết đàn hồi nhớt xem xét mối

quan hệ giữa tính đàn hồi, dòng chảy và chuyển động phân tử trong các vật liệu polyme Do kích thước phân tử lớn, mà đáp ứng đàn hồi nhớt của vật liệu polyme phụ thuộc mạnh vào bản chất chuyển động của phân tử khi chịu tác động cơ học bên ngoài Vì thế, sự phụ thuộc thời gian cũng như độ lớn của ứng suất tác động hoặc biến dạng, có ý nghĩa quan trọng trong việc tiên đoán các đáp ứng cơ học của vật liệu cho các ứng dụng cụ thể Hai đặc trưng điển

hình của tính đàn hồi nhớt là: [4]

1 Tính dão: Biến dạng của vật liệu sẽ thay đổi theo thời gian dưới tác dụng của một ngoại lực không đổi Độ dão khi đó được xác định bằng tỉ số giữa biến dạng phụ thuộc thời gian và ứng suất đặt vào

2 Tính hồi phục: Để duy trì biến dạng của vật liệu không đổi, thì ứng suất

sẽ là hàm phụ thuộc thời gian Khi đó, suất đàn hồi được xác định như sau:



 ( ) )

( t t

Trong đó: σ và ε là ứng suất biến dạng

Tính chất đàn hồi nhớt thường được biểu diễn bằng mô hình sử dụng

phần tử lò xo Hook, mô tả tính đàn hồi đặc trưng bởi suất đàn hồi Young (E)

và phần tử giảm chấn Neuton mô tả sự cản trở với ứng suất tác động, đặc

trưng bởi độ nhớt (η)

Có 3 mô hình mô tả tính chất đàn hồi nhớt tiêu biểu, đó là:

Mô hình Maxwel: Mô hình này bao gồm một phần tử lò xo ghép nối tiếp với

một phần tử giảm chấn Do ứng suất là như nhau cho cả hai phần tử, nên ứng

suất tổng cộng bằng đúng ứng suất của mỗi phần tử

a) b)

Hình 1.2 (a) Mô hình Maxwell và (b) đặc tính của mô hình

Ứng suất của hệ là hàm suy giảm theo thời gian, và có dạng:

σ0 là ứng suất ban đầu

τ đặc trưng cho hằng số thời gian hồi phục và được xác định bởi:



 

Mô hình Kelvin-Voigt: Trong mô hình này phần tử lò xo (suất đàn hồi E)

được ghép song song với phần tử giảm chấn (hệ số nhớt η) Ứng suất của hệ

sẽ là ứng suất tổng cộng của hai phần tử, nhưng biến dạng là như nhau

Hình 1.3 (a) Mô hình Kelvin-Voigt và (b) đặc tính của mô hình

Mối quan hệ ứng suất và biến dạng sẽ là:

Mối quan hệ ứng suất và biến dạng sẽ là:

dt

d E E E

1.2 Polyme hydrogel thông minh (Intelligent hydrogels polymer - IPH) Polyme hydrogel thông minh là những polyme hydrogel có khả năng đáp

ứng bởi các kích thích môi trường bên ngoài Chúng đáp ứng với các thay đổi thuộc tính rộng, nhạy đối với sự thay đổi môi trường trong các điều kiện vật

lý hoặc hóa học [5]

Chúng có thể biến đổi ra nhiều dạng, cũng có thể được hòa tan trong dung dịch có nước Nó được hấp thụ hoặc cấy ghép vào bề mặt tiếp

xúc rắn - nước, hoặc được tạo liên kết cầu trong các dạng polyme hydrogel

Hình 1.5 và bảng 1.1 , giới thiệu những kích thích môi trường có thể gây nhạy cảm với các hydrogel

Hình 1.5 Mô phỏng những tác nhân kích thích tạo quá trình trương nở

của IPH

Bảng 1.1 Những yếu tố môi trường có thể gây nhạy cảm với IPH 1.2.2 Polyme hydrogel thông minh (IHP) nhạy pH

Đây là những IHP có chứa các nhóm chức có khả năng ion hóa Điển hình như các axit carboxylic hoặc các nhóm amine Sự phân loại của các hydrogel nhạy pH dựa vào các đặc tính sau: [5]

+ Axit lưỡng tính

+ Bazơ lưỡng tính

+ Polyme có khả năng suy biến nhạy PH

+ Polyme sinh học và các polypeptide nhân tạo

Cơ chế hình thành khả năng nhận biết pH thông qua sự thay đổi môi trường Do sự sinh ra điện tích dọc theo mạch chính của polyme, lực đẩy tĩnh

Sự kích thích bởi môi trường

Vật lý

Nhiệt độ Lực ion Các dung môi

Sự phát xạ (UV,ánh sáng nhìn thấy)

Điện trường Ứng suất cơ

Sinh học

Các nền enzyme Các phối tử ái lực Các tác nhân sinh học khác

điện làm tăng thể tích thủy động lực học của polyme Sự biến đổi pH được quan sát thông qua sự thay đổi môi trường Ví dụ như quan sát sự thay đổi môi trường của bộ máy tiêu hóa giữa ruột và dạ dày: gastrointestinal tract

(GI - Tract) GI - Tract rất nhạy với sự thay đổi của pH và là một điểm quan trọng cho các ứng dụng của các polyme nhạy pH Độ pH của GI - Tract là ~ 2

trong khi của ruột pH là ~7.4 hoặc 7.8 [5]

IHP nhạy pH bao gồm các axit lưỡng tính tiêu biểu như:

CH2

OH O

CH2

CH3

n

(a) (b) (c) (d)

(a) Poly (axit acrylic) (PAAc)

(b) Poly (axit methacrylic) (PMAAc)

(c) Poly (axit 2 - ethylacrylic) (PEAAc)

(d) Poly (axit 2 - propyl acrylic) (PPAAc)

IPH nhạy pH là những polyme bazơ lưỡng tính, tiêu biểu như:

(a) Poly (N, N’ - dimethylamino methacrylate) (PDMAEMA)

(b) Poly (N, N’ - dimethylamino mathacrylate) (PDEAEMA)

(c) Poly (4 hoặc 2 - vinylpyridine) (PVP)

IPH nhạy pH là những polyme có khả năng tự phân hủy, như:

O O

n (b) (a) Poly (ortho este)

(b) Poly (b - amino este)

Ngoài ra, một số IHP nhạy pH bao gồm polyme sinh học và polypeptide nhân tạo, tiêu biểu:

O H

NH N

C

CH2

CH3

C NH O

CH COOH

CH2CH

CH3

CH3

( a ) ( b ) (c)

C CH O OH

N

H

CH2N

Một số IPH nhạy pH từ biopolyme: (a)Polyglutamicaiad, (b) Polyhistidine

Một số IPH nhạy pH từ polypeptide nhân tạo:

(c) Poly (N - methacryloyl - L - Leucien),

(d) Pseudo - peptides đồng trùng hợp với L - Lysine và Diacid chloride

có nhân aliphatic hoặc Aromatic

1.2.2 Polyme Hydrogel thông minh nhạy cảm nhiệt độ

IHP nhạy cảm nhiệt độ thông qua biểu hiện sự chuyển trạng thái, như

sự chuyển trạng thái đông đặc - dung dịch dẫn đến thay đổi nhiệt độ Sự phân

loại các IHP nhạy cảm nhiệt độ bao gồm: [5]

 Các polyme dựa trên nhiệt độ dung dịch giới hạn thấp (LCST)

(lower critical Solution Temperature)

 Các polyme dựa trên sự cân bằng phân tử lưỡng tính

(Polymers based on Amphiphillic balance)

 Các polyme sinh học và các polymepeptide nhân tạo

(Biopolymers and Artificial Polypeptides)

Các IHP nhạy nhiệt độ theo cơ chế LCST

IHP nhạy nhiệt độ theo hiệu ứng LCST điển hình theo cơ chế này là bình

thường, ở nhiệt độ thấp, polyme là chất lỏng Khi làm nóng ở nhiệt độ cao hơn,

các polyme là các chất kỵ nước và không trương nở đáng kể trong nước

Một số polymer tiêu biểu:

O H

C

O O H

Poly (N - acrylamide thay thế) thể hiện một LCST

(a) Poly (nisopropylacrylamide) (PNIPAAm)

(b) Poly (N,N’ - diethylacrylamide) (PDEAAm)

(c) Poly (2 - carboxyisopropylacrylamide) (PCIPAAm)

Các IHP nhạy nhiệt độ theo hiệu ứng cân bằng trong phân tử lưỡng tính

Một số block copolyme có thành phần cấu tạo phân tử lưỡng tính, bao gồm các nhóm ưa nước và kỵ nước Loại polyme này cảm ứng nhiệt độ, tạo hạt micell trong môi trường nước và hình thành gel Như vậy, nhiệt độ hóa gel

là nhiệt độ tới hạn Ở trên nhiệt độ đó, dung dịch polyme đông là tạo thành gel Tiêu biểu cho vật liệu loại này là các copolyme 3 khối poly (ethylen oxit)

- poly (propylene oxit) - poly (thylene oxit) (PEO - PPO PEO) [5]

HO CH2 CH2 O CH2 CH

CH3

O CH2 CH2 O H

Các IHP nhạy nhiệt độ từ các polyme sinh học và polypeptide nhân tạo

Tri - block copolyme bao gồm 230 amio axit, trong đó 84 nhóm có cấu

trúc phân tử tạo nên hình xoắn ốc luân chuyển và 90 nhóm có cấu trúc phân tử

tạo nên sự lặp lại nhiều lần là analyl glycine Sự rút gọn single - letter cho các

xương amino axit như dưới đây: A, Ala; C, Cys;D, Asp; Eglu; E Phe; G, Gly;

H, His; 1, lle; K, Lis; L, Leu; M, Met; N, Asn; P, pro; Q,Gln; R, Arg; S, Ser;

T, Thr; V, Val; và W, Trp [5]

1.3 Những ứng dụng của polyme hydrogel thông minh

1.3.1 Ứng dụng làm vật liệu chuyển tải phân phối thuốc

Trong y - sinh học PHG được sử dụng làm chất chuyển tải thuốc Đây

là polyme tạo gel dạng insitu Sản phẩm điển hình có tên thương mại là Atrigel®, được phát triển bởi các phòng thí nghiệm ARTIX Tính ưu việt của loại dược phẩm này được thể hiện: [5]

- Thể tích tiêm nhỏ

- Tiêm như một chất lỏng sử dụng các kim

- Đông đặc như các mô

- Trộn các thành phần suy biến sinh học

- Giá cả hấp dẫn

- Tiến bộ trong điều trị ung thư tuyến tiền liệt (Eligard®) hoặc các bệnh quanh răng

Hình 1.6 Thuốc điều trị ung thư tuyến tiền liệt Eligar®

và bệnh quanh răng Atridox ®

Hình 1.7 Dưới đây mô tả quá trình xử lý thuốc dạng Atrigel đã được sử

dụng trong lâm sàng Đầu tiên dung dịch Atrigel có chứa thuốc được tiêm vào

cơ thể nơi cần điều trị Nước nội sinh là nguyên nhân gây cho Atrigel đông

đặc và ở trong mô cấy suy biến sinh học Thuốc được giải phóng một cách có

điều khiển, trị liệu các suy biến sinh học theo thời gian [5]

Hình 1.7 Sơ đồ quá trình sử dụng thuốc dạng Atrigel trong lâm sàng

Việc sử dụng các PHG trong hệ phân phát thuốc phải dựa vào các hiệu ứng nhạy cảm của nó Các hiệu ứng nhạy cảm của PHG thông qua quá trình kích thích bên ngoài như nhiệt độ, ánh sáng, từ trường…

Sự trương nở và giải phóng thuốc của các PHG nhạy pH

Hình 1.8 Mô tả quá trình trương nở và giải phóng thuốc của dược phẩm

sử dụng PHG nhạy cảm pH

Thuốc được bọc trong hạt nang nano PHG Khi tiếp xúc với môi trường, hạt PHG có chứa thuốc trương nở và giải phóng thuốc Trong tường hợp anionic hydrogel, viên nang trương nở trong môi trường kiềm.Trong trường hợp cationic hydrogel, viên nang trương nở trong môi trường acid Những PHG được sử dụng trong trường hợp này là những PHG nhạy cảm pH Polyme hydrogel loại này tiêu biểu như được dùng Atrigel có cấu trúc hóa học poly [MPC - co - methacrylic acid (MA)] (PMA) và poly [MPC - co - methacrylate acid (MBA)] (PMB) [5]

Sự trương nở và giải phóng thuốc của các PHG nhạy nhiệt độ

Những viên nang nano chứa thuốc ở trong môi trường có nhiệt độ tới hạn, viên nang PGH trương nở và giải phóng thuốc Các PHG nước nhạy nhiệt độ, điển hình như PNIPAAM poly (N - isopropyl acrlamide) hoặc copolyme khối Các polyme hydrogel này nhạy cảm theo hiệu ứng dựa trên nhiệt độ dung dịch tới hạn thấp [5]

1.3.2 Ứng dụng làm Biosensor

Dựa vào hiệu ứng nhạy cảm theo các thay đổi môi trường bên ngoài như thay đổi pH, thay đổi nhiệt độ, áp suất, từ trường… Có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo biosensor, cơ nhân tạo… Ngoài ra, còn những ứng dụng khác như ứng dụng chuyển tải Gene, ứng dụng phân ly tế bào [5]

1.4 Tổng hợp chế tạo vật liệu PVA/CMC

Sự trộn hợp các polyme ưa nước - kỵ nước tạo ra các composite hydrogel bị phân pha Sự trộn hợp các polyme khác nhau và đem các tính chất riêng lẻ của từng polyme thành phần vào hỗn hợp là phương thức rẻ tiền và tiện lợi để xây dựng vật liệu mới Các polyme trộn hợp cho các tính chất vượt trội so với tính chất riêng lẻ của từng thành phần cộng lại

Hình 1.10 Mô phỏng quá trình trộn hợp hai polyme

Hỗn hợp PVA/CMC là sự trộn hợp giữa polyvinyl alcohol (PVA) với carboxyl methyl cellulose (CMC) Chỉ riêng PVA đã là hydrogel rất nhạy với

pH dung dịch Thế nhưng, hydrogel này lại là loại ưa nước và kém bền trong nước Sự kết hợp với CMC dưới dạng trộn, tạo ra hydrogel tổng hợp sẽ giúp hạn chế nhược điểm của hydrogel PVA Các hydrogel trộn hợp này chứa các nhóm mang điện tích, thể hiện khả năng trương nở liên tục trong một dải pH hoạt động nhất định Loại hydrogel này dễ điều chế và định dạng theo các

hình dạng bất kỳ, nên rất thuận lợi khi ứng dụng vào việc chế tạo các cảm

biến theo công nghệ vi điện tử [15]

1.4.1 Các nguyên liệu cho quá trình tổng hợp hydrogel PVA/CMC

1.4.1.1 Polyvinyl alcohol (PVA)

1.4.1.1.1 Cấu tạo PVA

Công thức phân tử: (C2H4O)x

Công thức cấu tạo:

Ở nhiệt độ thường, PVA là chất rắn vô định hình Khi đun nóng, PVA

bị mềm hóa, có thể kéo dài như cao su và khi đó nó sẽ kết tinh Giản đồ

Rơnghen của PVA khi kéo có chu kỳ dọc theo sợi là 2.52 (Å) và mạng lưới

tinh thể có kích thước: a = 7.81 (Å), b = 5.51 (Å), c = 2.52 (Å) và cấu trúc

đơn tà, góc γ = 91.410, song cũng có tài liệu cho là cấu trúc “giả hình thoi”

với kích thước: a = 7.60 (Å), b = 5.60 (Å), c = 2.52 (Å) bao gồm hai mạch kết

hợp với nhau bằng cầu hydroxyl với khoảng cách là 2.8 - 2.9 (Å) Các mắt

xích dọc theo mạch có sự kết hợp đầu - đuôi và mạch là ziczac Tính kết tinh

với chu kỳ cấu trúc sợi là 2.52 (Å), cho thấy trong phân tử không có sự phân

bố điều hòa các nhóm OH mà theo sự phân bố thống kê Dựa vào sự khác

nhau về cấu trúc không gian mà ta có PVA ở các dạng isotactic, syndiotactic

hay atactic.Tổng hợp PVA bằng cách thủy phân polyvinyl formate thì PVA

tạo ra ở dạng syndiotactic, thủy phân polyvinyl benzoate tạo PVA dạng

izotactic, thủy phân polyvinyl acetate (PVAc) tạo hỗn hợp 3 loại: isotactic,

syndiotactic và atactic, trong đó atactic chiếm chủ yếu [1][3]

1.4.1.1.2 Tính chất vật lý của PVA

PVA đều có nhiều tính chất thông dụng, làm cho polyme có giá trị cho

nhiều ngành công nghiệp Các tính chất quan trọng nhất là khả năng tan trong

nước, dễ tạo màng, chịu dầu mỡ và dung môi, độ bền kéo cao, chất lượng kết

dính tuyệt vời và khả năng hoạt động như một tác nhân phân tán - ổn định

 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ chuyển thủy tinh

Việc xác định trực tiếp nhiệt độ nóng chảy của PVA rất khó vì PVA bị phân hủy ở nhiệt độ nóng chảy Thông thường nhiệt độ nóng chảy của PVA được xác định gián tiếp, giá trị này không có tính tuyệt đối vì nhiệt độ nóng chảy của polyme không là một điểm Bên cạnh đó, nhiệt độ nóng chảy của PVA còn phụ thuộc vào lượng nước bị hấp phụ trong phân tử polyme Tương

tự nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chuyển thủy tinh của PVA cũng thay đổi theo lượng nước bị giữ trong polyme Do vậy, ở cùng một khối lượng phân tử, nhiệt chuyển thủy tinh Tg có thể không giống nhau Nhiều nghiên cứu cho thấy nhiệt chuyển thủy tinh của PVA chia làm 2 nhóm: nhóm có nhiệt chuyển thủy tinh trên 80oC dùng trong sản xuất sơ xợi, nhóm còn lại có nhiệt chuyển thủy tinh khoảng 80oC được dùng cho các ứng dụng khác [1][3]

mà chỉ trương nhưng tan trong hỗn hợp rượu và nước (thường dùng CH3OH) Phụ thuộc vào độ trùng hợp (khối lượng phân tử): khả năng hòa tan trong nước cũng là một hàm của khối lượng phân tử, khối lượng phân tử càng thấp thì PVA càng dễ tan Phụ thuộc vào nhiệt độ xử lý nhiệt: khi xử lý nhiệt PVA,