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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HƯỜNG HẢO 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HƯỜNG HẢO 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 Chuyên ngành : VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP Mã số : 62440125 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM THẾ TRINH PGS.TS NGUYỄN HUY TÙNG Hà Nội - 2015 LỜI CAM ĐOAN ! Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Thế Trinh PGS.TS Nguyễn Huy Tùng Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tập thể giáo viên hướng dẫn PGS.TS Phạm Thế Trinh PGS.TS Nguyễn Huy Tùng Tác giả Nguyễn Hường Hảo LỜI CẢM ƠN! Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc PGS.TS Phạm Thế Trinh PGS.TS Nguyễn Huy Tùng tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ động viên thực thành công luận án tiến sĩ Tôi xin trân trọng cảm ơn tới thầy, cô giáo, cán anh chị Trung tâm NCVL Polyme -Viện kỹ thuật hóa học - Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn anh chị bạn đồng nghiệp Viện Hóa Học Cơng Nghiệp hết lịng ủng hộ giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô cán Bộ môn Dược Lý – Trường Đại học Y Hà Nội giúp đỡ tơi q trình thực nghiên cứu thử nghiệm màng PVA biến tính tinh bột động vật Cuối kết nghiên cứu không tách rời hy sinh vất vả gia đình, người thân bạn bè, dành tình cảm q giá, động viên khích lệ tơi để hồn thành tốt luận án Tác giả mong đóng góp nhà chuyên môn đồng nghiệp để nội dung luận án ngày hồn chỉnh có tác dụng thiết thực Trân trọng cảm ơn! Hà Nội - 2015 Tác giả NGUYỄN HƯỜNG HẢO MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1.1 Tình hình nghiên cứu polyme sinh học giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu polyme sinh học Việt Nam 1.2 BIẾN TÍNH POLYME VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH POLYME 1.2.1 Khái niệm chung biến tính polyme 1.2.2 Các phương pháp biến tính polyme 1.2.2.1 Biến tính polyme phương pháp biến đổi hóa học 1.2.2.2 Biến tính polyme phương pháp khâu mạch 1.2.2.3 Biến tính polyme phương pháp cắt mạch phân tử 10 1.2.2.4 Biến tính polyme chất hóa dẻo 11 1.2.2.5 Biến tính polyme phương pháp chế tạo blend 13 1.3 VẬT LIỆU POLYME TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH VỚI TINH BỘT 14 1.4 CÁC NGUYÊN VẬT LIỆU ĐẦU DÙNG TỔNG HỢP POLYME PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT 16 1.4.1 Polyvinyl ancol 16 1.4.2 Tinh bột 18 1.4.2.1 Tính chất vật lý tinh bột 18 1.4.2.2.Tính chất hóa học tinh bột 19 1.4.2.3 Tinh bột biến tính 20 1.4.3 Chất hóa dẻo dùng để tổng hợp vật liệu PVA/TB 21 1.4.4 Tác nhân khâu mạch 22 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÂU MẠCH POLYME ĐỂ BIẾN TÍNH POLYME 23 1.5.1 Khâu mạch thực nhóm chức có mạch polyme 23 1.5.2 Khâu mạch quang hóa 23 1.5.3 Khâu mạch gốc tự 24 1.5.4 Khâu mạch oxi hóa 24 1.5.5 Khâu mạch cách dùng hợp chất có nhóm chức có khả phản ứng với nhóm chức mạch polyme 24 1.5.6 Khâu mạch hai nhóm chức khác hai mạch polyme khác 25 1.6 MÀNG POLYME CẤU TRÚC KHÂU MẠCH MẠNG LƯỚI 25 1.7 CÁC TÁC NHÂN KHÂU MẠCH VÀ CƠ CHẾ KHÂU MẠCH POLYME 27 1.7.1 Tác nhân khâu mạch glutaraldehyt 27 1.7.2 Kalipesunphat 28 1.7.3 Axit boric 31 1.7.4 Cơ chế phản ứng khâu mạch PVA với tinh bột tác nhân khâu mạch glutaraldehyt 33 1.8 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME TRÊN CƠ SƠ POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH VỚI TINH BỘT 33 1.8.1 Tổng hợp vật liệu PVA/TB theo phương pháp hóa học 34 1.8.2 Tổng hợp vật liệu PVA/TB theo phương pháp xạ gamma 35 1.8.3 Tổng hợp vật liệu PVA/TB theo phương pháp đóng băng tan chảy (Freezing/Thawing) 37 1.9 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG SẢN PHẨM Y TẾ 40 1.9.1 Khử trùng xạ ion hóa 40 1.9.2 Khử trùng nhiệt ẩm 41 1.10 ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH VỚI TINH BỘT 41 1.10.1 Ứng dụng làm màng sinh học che phủ vết thương, vết bỏng 41 1.10.2 Ứng dụng làm màng bao viên thuốc 42 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ 44 2.1.1 Nguyên liệu hoá chất 44 2.1.2 Thiết bị sử dụng 44 2.2 PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT 45 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA VẬT 49 44 LIỆU 2.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại 49 2.3.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ 49 2.3.3 Phân tích nhiễu xạ tia X 49 2.3.4 Phương pháp phân tích nhiệt DSC TGA 49 2.3.5 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 49 2.3.6 Xác định khối lượng phân tử polyme 50 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA POLYME 50 2.4.1 Phương pháp đo độ bền kéo đứt màng 50 2.4.2 Phương pháp xác định độ bền kháng thủng màng 51 2.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng phần gel 51 2.4.4 Phương pháp xác định độ hút ẩm vật liệu 51 2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT POLYME 52 2.5.1 Phương pháp xác định độ trương 52 2.5.2 Phương pháp xác định mật độ khâu mạch, khối lượng phân tử trung bình hai nút lưới kích thước lưới 52 2.5.2.1 Xác định mật độ khâu mạng khối lượng phân tử nút mạng theo phương pháp ngâm trương nở bão hòa 52 2.5.2.2 Xác định kích thước mắt lưới 53 2.5.3 Cách xác định tỷ trọng polyme lưới 53 2.5.4 Phương pháp xác định hệ số khuếch tán axit salicylic 54 2.5.5 Độ thẩm thấu nước màng PVA/TB 55 2.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SỰ THỦY PHÂN IN VITRO 55 2.6.1 Chuẩn bị mẫu 55 2.6.2 Sự phân hủy thủy phân vật liệu in vitro 55 2.6.3 Phương pháp phân tích sắc ký khí 55 2.6.4 Phương pháp xác định độ tổn hao khối lượng vât liệu 56 2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ TIÊU SINH HÓA 56 2.7.1 Phương pháp xác định tiêu hàm lượng kim loại nặng 56 2.7.2 Phương pháp thử độ vô khuẩn 56 2.8 PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM TRÊN ĐỘNG VẬT 58 2.8.1 Phương pháp kiểm tra độ kích ứng da 58 2.8.2 Phương pháp đánh giá khả hồi phục vết thương 61 2.8.3 Phương pháp kiểm tra độc tính màng PVA/TB 61 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYVINYl ANCOL BIẾN TÍNH TINH BỘT 63 63 3.1.1 Ảnh hưởng loại PVA cho tổng hợp vật liệu PVA biến tính tinh 63 bột 3.1.2 Ảnh hưởng tinh bột biến tính đến tính chất vật liệu PVA biến tính tinh bột 64 3.1.3 Ảnh hưởng thành phần tham gia phản ứng đến tính chất màng PVA biến tính với tinh bột 65 3.1.3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ PVA/TB 65 3.1.3.2 Tác động chất hóa dẻo đến tính chất lý màng 66 PVA/TB 3.1.3.3 Vai trị tác nhân khâu mạch đến tính chất lý màng PVA/TB 68 3.1.3.4 Vai trị chất xúc tác đến tính chất lý màng PVA/TB 70 3.1.4 Các điều kiện phản ứng tổng hợp PVA biến tính tinh bột 72 3.1.4.1 Nhiệt độ phản ứng để tổng hợp PVA biến tính tinh bột 72 3.1.4.2 Thời gian phản ứng để tổng hợp PVA biến tính tinh bột 73 3.1.4.3 Tốc độ khuấy để tổng hợp PVA biến tính tinh bột 74 3.1.5 Các điều kiện tối ưu tổng hợp màng PVA biến tính tinh bột 75 3.2 ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH TINH BỘT 76 3.2.1 Phổ hồng ngoại màng PVA biến tính tinh bột 76 3.2.2 Kết phân tích cộng hưởng từ hạt nhân màng PVA/TB 78 3.2.3 Phân tích phổ XRD màng PVA/TB 79 3.2.4 Phân tích nhiệt DSC TGA màng PVA/TB 81 3.3 MỐI LIÊN HỆ GIỮA CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI SỬ DỤNG CHẤT KHÂU MẠCH GLUTARALDEHYT ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT 84 3.3.1 Sự phụ thuộc mật độ khâu mạch, khối lượng phân tử nút lưới kích thước lưới vào hàm lượng GA 84 3.3.2 Mối quan hệ khối lượng phân tử trung bình nút lưới với độ kết tinh khối lượng riêng polyme lưới PVA/TB 86 3.3.3 Mối tương quan tính chất thẩm thấu nước màng PVA/TB với hàm lượng tác nhân khâu mạch GA 86 3.3.4 Hệ số khuyếch tán axit salisilic màng PVA/TB 88 3.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ trương màng PVA biến tính tinh bột 89 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 90 3.3.5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ trương màng PVA/TB 91 3.3.5.3 Ảnh hưởng thời gian đến độ trương màng PVA/TB 92 3.3.5.4 Mối liên hệ môi trường pH độ trương màng PVA/TB 93 3.4 SỰ THỦY PHÂN INVITRO CỦA MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT 93 3.4.1 Sự thay đổi tính chất lý màng PVA biến tính tinh bột 93 3.4.2 Sự thay đổi pH môi trường màng PVA/TB theo thời gian ngâm mẫu 94 3.4.3.Xác định sản phẩm phân hủy thủy phân 95 3.4.4 Độ tổn hao khối lượng màng PVA biến tính tinh bột 96 3.4.5 Xác định cấu trúc hình thái bề mặt chụp ảnh SEM 96 3.5 CÁC CHỈ TIÊU SINH HĨA CỦA MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT 98 3.5.1.Xác định tiêu hàm lượng kim loại nặng 98 3.5.2 Xác định tiêu vô trùng màng 99 3.5.2.1 Tác động phương pháp khử trùng đến tính chất lý màng PVA biến tính tinh bột 98 3.5.2.2 Ảnh hưởng liều xạ đến tính chất lý màng PVA/TB 100 3.5.2.3 Ảnh hưởng thời gian chiếu xạ đến tính chất lý màng 100 PVA/TB 3.5.2.4 Xác định độ vô khuẩn tiêu vi sinh vật 101 3.6 CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG SINH HỌC PVA/TB 102 3.6.1 Sự phụ thuộc tính chất lý màng PVA/TB vào phương pháp gia 101 cơng 3.6.2 Sự phụ thuộc tính chất lý màng PVA/TB vào nồng độ dung dịch 103 3.6.3 Sự phụ thuộc tính chất lý màng PVA/TB vào nhiệt độ sấy 105 3.6.4 Các điều kiện công nghệ tối ưu sử dụng công nghệ chế tạo màng sinh học PVA/TB 106 3.6.5 Quy trình chế tạo màng polyme sinh học sở PVA biến tính với tinh bột 106 3.6.5.1 Sơ đồ quy trình chế tạo màng PVA/TB phương pháp cán 106 tráng 3.6.5.2 Mơ tả quy trình cơng nghệ chế tạo màng PVA biến tính tinh bột 107 3.6.5.3 Xác định độ ổn định quy trình cơng nghệ chế tạo màng 107 PVA/TB 3.7 THỬ NGHIỆM MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT TRÊN ĐỘNG VẬT 110 3.7.1 Độ kích ứng da 110 3.7.2 Đánh giá khả phục hồi vết thương màng sinh học PVA/TB 110 3.7.3 Kết kiểm tra độc tính màng PVA/TB 112 3.7.3.1 Tình trạng chung 112 3.7.3.2 Đánh giá chức tạo máu thỏ 112 3.7.3.4 Đánh giá chức gan thỏ 115 3.7.3.5 Đánh giá chức thận thỏ 116 KẾT LUẬN 117 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 119 MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRIỂN KHAI THỰC TẾ CỦA LUẬN ÁN 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122 PHỤ LỤC 132 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ASTM : American standard test method DSC: Phân tích nhiệt vi sai quét (Differential Scanning Calorimetry) GA : Glutaraldehyt Gl: Glyxerin GPC: Phương pháp sắc ký thấm qua gel (Gel Permeation Chromatography) IR: Phổ hồng ngoại ISO: International standard organization K2S2O8 : Kaliperdisunfat Mc : Khối lượng trung bình hai nút lưới n: Mật độ khâu mạng PA: Polyamit PAN: Polyanhydrit PCL: Poly -caprolacton PE: Polyethylen PEG: Poly(etylen glycol) PGA: Polyglycolic axit PHA: Polyhydroxy ankanoate PLGA: Poly(lactit-co-glycolit) PP: Polypropylen PVA/TB: Vật liệu polyme lưới sở polyvinyl ancol tinh bột sắn PVA: Poly(vinyl ancol) PVC: Poly(vinyl clorua) Sb: Sorbitol SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic Microscopy) TB : Tinh bột sắn biến tính ξ: kích thước mắt lưới Tg: Nhiệt độ hóa thủy tinh TGA: Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermo Gravimetric Analysis) KLPT: Khối lượng phân tử ... polyvinyl ancol (PVA) biến tính với tinh bột, ứng dụng làm màng sinh học sử dụng việc điều trị xử lý vết thương Trên sở mục tiêu đề tài, nội dung luận án gồm: [1] Nghiên cứu tổng hợp polyme PVA biến tính. .. 41 1.10 ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH VỚI TINH BỘT 41 1.10.1 Ứng dụng làm màng sinh học che phủ vết thương, vết bỏng 41 1.10.2 Ứng dụng làm màng bao... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HƯỜNG HẢO 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