Nghiên cứu chế tạo sợi nano micro từ PVA bằng phương pháp electrospining

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii LỜI MỞ ĐẦU ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về phương pháp Electrospinning 1 1.1.1 Lịch sử hình thành 1 1.1.2 Hệ thống Electrospinning 2 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo sợi nano electrospun 5 1.2.1 Dung dịch polymer 5 1.2.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ 5 1.2.1.2 Hệ dung môi 5 1.2.2 Môi trường 6 1.2.3 Điện áp áp đặt 6 1.2.4 Tốc độ cấp liệu 7 1.2.5 Kim phun 7 1.2.6 Khoảng cách từ đầu kim đến collector 7 1.3.1 Lĩnh vực y sinh học 8 1.3.1.1 Phân tách, chọn lọc tế bào 8 1.3.1.2 Dẫn truyền thuốc 8 1.3.1.3 Mô kỹ thuật 10 1.3.1.4 Cấu trúc khung (Scaffold) 10 1.3.1.5 Điều trị tổn thương tim 11 1.3.1.6 Điều trị rối loạn cương 12 1.4 Tổng quan về hóa chất 12 1.4.1 Polyvinyl alcohol (PVA) 12 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 16 2.1 Mục tiêu của thí nghiệm 16 2.2 Dụng cụ, hóa chất, thiết bị 16 2.2.1 Dụng cụ 16 2.2.2 Hóa chất 16 2.2.3 Hệ thống Electrospinning 17 2.3 Phương pháp nghiên cứu 19 2.3.1 Tạo sợi nano PVA bằng phương pháp electrospinning 19 2.3.1.1 Pha dung dịch PVA 19 2.3.1.2 Quy trình tạo sợi bằng phương pháp electrospinning 19 2.4 Các phương pháp phân tích và phần mềm tính toán 21 2.4.1 Phương pháp phân tích bề mặt SEM 21 2.4.2 Phần mềm đo đường kính sợi 21 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 22 3.1 Kết quả tạo màng sợi nano PVA bằng phương pháp electrospinning 22 3.1.1 Hiện tượng tạo hạt trên sợi 22 3.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ 28 3.1.3 Ảnh hưởng của khoảng cách L 31 3.1.4 Ảnh hưởng của điện thế U 34 3.1.5 Ảnh hưởng của lưu lượng bơm 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DNA Deoxyribonucleic acid GC Gas Chromatography PU Polyurethane PVA Polyvinyl alcohol PZT Chì (Pb), Zirconium (Zn) và Titanium (Ti) RLC Rối loạn cương SEM Scanning electron microscope ww weightweight DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Lịch sử của kỹ thuật Electrospinning 2 Bảng 1.2. Tính chất của PVA 13 Bảng 3.1.Sự liên quan giữa nồng độ và sự tạo hạt 26 Bảng 3. 2.Thông số các mẫu khảo sát 27 Bảng 3.3. Các mẫu khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến quá trình tạo sợi 30 Bảng 3.4. Các mẫu khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách L đến quá trình tạo sợi 33 Bảng 3.5. Các mẫu khảo sát ảnh hưởng của điện thế U đến quá trình tạo sợi 36 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Mô phỏng phương pháp Electrospinning điển hình 7,11. 1 Hình 1.2 Cấu tạo cơ bản của hệ thống Electrospinning 10. 3 Hình 1.3 Sản phẩm từ dung dịch PCL 4wt% trong CHCl3 23. 6 Hình 1.4 Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường sử dụng bốn nam châm tạo ra gradient từ trường xuyên tâm 9. 8 Hình 1.5 Cơ chế nhả thuốc và hiệu quả sử dụng chất mang thuốc . 9 Hình 1.6 Băng y tế 9. 10 Hình 1.7 Tái tạo tai người từ cấu trúc khung (Scaffold)8. 11 Hình 1.8 Hình chụp xương hàm bị vỡ và mô thay thế được tạo ra từ công nghệ in 3D 8. 11 Hình 1.9 Công thức cấu tạo PVA 13. 12 Hình 1.10 Mối quan hệ giữa độ bền kéo và % thủy phân đối với màng PVA không dẻo hóa 13. 14 Hình 2.1 Hệ thống Electrospinning. 17 Hình 2.2 Ống tiêm và kim tiêm sử dụng trong thí nghiệm. 17 Hình 2 3 Máy tạo điện thế. 18 Hình 2.4 Collector thu sản phẩm. 18 Hình 2.5 Bơm tiêm điện B.Braun. 19 Hình 2.6 Quy trình tạo sợi nano bằng phương pháp electrospinning. 20 Hình 2.7 Giao diện phần mềm ImageJ. 21 Hình 3.1 Ảnh SEM sợi PVA electrospun với những nồng độ khác nhau: (a) 5%, (b) 6%, (c) 7%, (d) 10%, (e) 12%, (f) 14%. 25 Hình 3.2 Ảnh SEM của mẫu sợi electrospun PVA ở các điều kiện L=15 cm, U=30 kV, Q=0,2mLh với nồng độ thay đổi. (a): C=10% (b): C=12% (c): C=14% ở độ phóng đại 30 ngàn. 29 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi đường kính khi thay đổi nồng độ PVA ở cùng điều kiện phun Q= 0,2 mLh, U= 30 KV, L=15 cm. 30 Hình 3.4 Ảnh SEM của mẫu sợi electrospun PVA ở các điều kiện C=12%, U=30 kV, Q=0,2 mLh với khoảng cách thay đổi. (a): L=10 cm (b): L=15 cm (c): L=20 cm ở độ phóng đại 30 ngàn. 32 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi đường kính khi thay đổi khoảng cách L ở cùng điều kiện phun CPVA= 12%, Q= 0,2 mLh, U= 30 KV. 33 Hình 3.6 Ảnh SEM của mẫu sợi electrospun PVA ở các điều kiện C=12%, L= 15 cm, Q=0,2 mLh với điện thế thay đổi. (a): U=28 kV (b): U=30 kV (c): U=32 kV. 35 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi đường kính khi thay đổi điện thế ở cùng điều kiện phun CPVA= 12 %, Q= 0,2 mLh, L=15 cm. 36 Hình 3.8 Ảnh SEM của mẫu sợi electrospun PVA ở các điều kiện C=12%, L= 15 cm, U=30 kV với lưu lượng thay đổi. (a): Q=0,2 mLh (b): Q=0,3 mLh. 38 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi đường kính khi thay đổi lưu lượng bơm ở cùng điều kiện phun CPVA= 12 %, U = 30 kV, L=15 cm. 39 LỜI MỞ ĐẦU Sự cần thiết của thực hiện nghiên cứu Hiện nay trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, vật liệu có kích thước nano đang được quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ nhờ những ứng dụng quan trọng của chúng trong nhiều lĩnh vực: trong công nghiệp điện tử, năng lượng và môi trường và đặc biệt hơn là trong lĩnh vực y học mà đề tài này đề cập tới. Nhân loại đang phải đối mặt với những căn bệnh nguy hiểm như HIVAIDS, viêm gan, tiêu đường, và đặc biệt là bệnh ung thư. Trong những năm gần đây, với sự phát triển vượt bậc của khoa học các nhà nghiên cứu đã tìm ra được những phương thuốc có khả năng điều trị dứt điểm hoặc khống chế sự phát triển của những căn bệnh trên. Tuy nhiên bên cạnh những nghiên cứu mới tìm ra phương thuốc đặc trị thì việc xây dựng phác đồ điều trị bệnh là sử dụng hàm lượng thuốc như thế nào để không gây quá liều (dẫn đến những tác dụng phụ nguy hiểm) mà vẫn có hiệu quả điều trị tốt. Từ trước đến nay việc sử dụng thuốc điều trị cho bệnh nhân chủ yếu là uống, tiêm, hóa trị hay xạ trị, tuy nhiên với cách sử dụng thuốc như thế này thường không kiểm soát được quá trình phân tán thuốc vào cơ thể. Khi mới đưa dược phẩm vào cơ thể (uống hoặc tiêm) nồng độ dược phẩm trong máu rất cao, vượt qua ngưỡng thuốc có tác dụng điều trị, xảy ra hiện tượng nồng độ thuốc trong máu cao nhất thời gây tác dụng phụ. Sau khi thuốc được đưa vào cơ thể một thời gian, hàm lượng thuốc trong máu lại hạ xuống quá thấp so với ngưỡng thuốc có tác dụng điều trị gây lãng phí thuốc. Đây là một trong những khó khăn của y học hiện nay. Để khắc phục khó khăn trên, các nhà khoa học đã tìm ra các loại vật liệu có khả năng mang thuốc và nhả thuốc chậm để điều khiển quá trình phân tán thuốc vào cơ thể, ví dụ như các loại hydrogel nhạy cảm nhiệt độ và pH mixel, các loại polymer thông minh… Đây là những phương pháp phân phối thuốc một cách tự nhiên và có triển vọng vì nó cho phép phân phối các phần tử hoạt động của thuốc đầy đủ và hiệu quả. Tuy nhiên việc sử dụng hydrogel hoặc mixel làm tác nhân mang thuốc lại gặp phải một trở ngại lớn đó là quá trình đưa thuốc vào mixel thì lượng thuốc nằm trong mixel rất ít, chiếm tỷ lệ tương đối nhỏ, phần còn lại nằm ngoài mixel dẫn đến lãng phí thuốc, hoặc phải tốn thêm chi phí chắt lọc để thu hồi thuốc nằm ngoài mixel. Đối với hydrogel, khi đưa vào cơ thể chỉ có thể cải thiện được lượng thuốc phân tán vào cơ thể tốt hơn một chút so với phương pháp thông thường, chứ không hoàn toàn kiểm soát được theo ý muốn vì tốc độ nhả thuốc của hydrogel tương đối nhanh. Vì vậy câu hỏi được đặt ra là làm thế nào cải thiện được tốc độ nhả thuốc của hydrogel. Một trong những phương pháp giải quyết vấn đề này là sử dụng thêm một tác nhân mang thuốc sau đó phối trộn với hydrogel, và ứng viên sang giá cho việc này là sợi electrospun. Sợi electrospun được chế tạo từ phương pháp electrospining thường có kích thước từ vài trăm nano đến vài micro, do đó nó có một số tính chất đặc biệt như diện tích bề mặt rất lớn so với tỷ lệ thể tích, hoạt tính bề mặt cao… Chính vì những tính chất tuyệt vời này mà sợi electrospun được xem như là một trong những loại vật liệu tối ưu sử dụng cho nhiều ứng dụng quan trọng, và chất mang thuốc là một trong số đó. Để góp phần vào nghiên cứu và triển khai ứng dụng sợi electrspun trong linh vực y sinh, đề tài này tập trung nghiên cứu chế tạo sợi nanomicro từ PVA bằng phương pháp electrospining. Với mục đích sử dụng là đưa vào hydrogel nhằm cải thiện khả năng nhả thuốc của hydrogel. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, khảo sát quá trình tạo sợi nanomicro từ PVA bằng phương pháp electrospining. Đối tượng nghiên cứu Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo sợi electrospun: Hàm lượng PVA C, khoảng cách phun L, hiệu điện thế giữa hai cực U, lưu lượng Q Hình dạng và kích thước của sợi PVA. Phạm vi nghiên cứu Sử sụng PVA để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu trên.  Các thông số tiên hành tạo hạt: Nồng độ PVA C: 10%, 12%, 14% Khoảng cách phun: 10, 15, 20 cm Điện thế: 28, 30, 32 Kv Tốc độ bơm: 0.1, 0.2, 0.3 mLh. Phương pháp nghiên cứu  Các phương pháp thí nghiệm: Chế tạo sợi nanomicro từ PVA bằng phương pháp electrospining.  Các phương pháp phân tích: Phân tích hình dạng và kích thước thông qua thiết bị kính hiển vi quang học điện trường quét SEM. Ý nghĩa khoa học của đề tài Đề tài này đưa ra một phương pháp mới đề chế tạo sợi nano micro với thiết bị và quy trình khá đơn giản. Sợi thu được có thể khắc phục một số nhược điểm mà những phương pháp truyền thống mắc phải. Đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình phun tạo sợi, khảo sát được giá trị tốt nhất để tiến hành tạo sợi. Ngoài ra, đề tài cũng đánh giá được hình dáng và kích thước sợi PVA. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Với sự nguy hiểm và xuất hiện ngày nhiều của bệnh tiểu đường, cùng với giá của một số loại thuốc trên thị trường là rất mắc thì việc nghiên cứu các phương pháp để cải tiến hiệu quả của việc sử dụng hiệu quả thuốc là hết sức cần thiết. Đề tài này mở ra một hướng mới để cải thiện khả năng nhả thuốc hiệu quả hơn so với truyền thống, hứa hẹn mang lại một phương pháp hữu hiệu để sử dụng thuốc trong điều trị bệnh tiểu đường.

LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, em truyền đạt kiến thức, kỹ chuyên môn dạy dỗ, bảo tận tình q thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trần Hoài Khang người dành nhiều thời gian tâm huyết tận tình hướng dẫn, bảo em suốt q trình làm khóa luận, hỗ trợ điều kiện tốt để em hoàn thành tốt khóa luận Thầy ln chia sẻ kiến thức quý báu không chuyên môn mà kinh nghiệm sống cho chúng em Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quang Khuyến – trưởng môn Vật Liệu Hữu Cơ quý thầy cô công tác Phịng thí nghiệm lầu 5C giúp đỡ, bảo cho em suốt thời gian em học tập trường Xin cảm ơn toàn thể bạn bè, người gắn bó, giúp đỡ, hỗ trợ suốt thời gian qua Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình Nơi nuôi khôn lớn, tạo điều kiện tốt nhất, chỗ dựa tinh thần vững vàng cho bước đường đời Trong trình thực khóa luận em khơng tránh khỏi sai sót, mong thầy cô, anh chị bạn thông cảm đóng góp ý kiến TP HCM, ngày 20 tháng 01 năm 2018 Sinh viên thực MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DNA Deoxyribonucleic acid GC Gas Chromatography PU Polyurethane PVA Polyvinyl alcohol PZT Chì (Pb), Zirconium (Zn) Titanium (Ti) RLC Rối loạn cương SEM Scanning electron microscope w/w weight/weight DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU Sự cần thiết thực nghiên cứu Hiện giới nói chung Việt Nam nói riêng, vật liệu có kích thước nano quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ nhờ ứng dụng quan trọng chúng nhiều lĩnh vực: công nghiệp điện tử, lượng môi trường đặc biệt lĩnh vực y học mà đề tài đề cập tới Nhân loại phải đối mặt với bệnh nguy hiểm HIV/AIDS, viêm gan, tiêu đường, đặc biệt bệnh ung thư Trong năm gần đây, với phát triển vượt bậc khoa học nhà nghiên cứu tìm phương thuốc có khả điều trị dứt điểm khống chế phát triển bệnh Tuy nhiên bên cạnh nghiên cứu tìm phương thuốc đặc trị việc xây dựng phác đồ điều trị bệnh sử dụng hàm lượng thuốc để không gây liều (dẫn đến tác dụng phụ nguy hiểm) mà có hiệu điều trị tốt Từ trước đến việc sử dụng thuốc điều trị cho bệnh nhân chủ yếu uống, tiêm, hóa trị hay xạ trị, nhiên với cách sử dụng thuốc thường khơng kiểm sốt q trình phân tán thuốc vào thể Khi đưa dược phẩm vào thể (uống tiêm) nồng độ dược phẩm máu cao, vượt qua ngưỡng thuốc có tác dụng điều trị, xảy tượng nồng độ thuốc máu cao thời gây tác dụng phụ Sau thuốc đưa vào thể thời gian, hàm lượng thuốc máu lại hạ xuống thấp so với ngưỡng thuốc có tác dụng điều trị gây lãng phí thuốc Đây khó khăn y học Để khắc phục khó khăn trên, nhà khoa học tìm loại vật liệu có khả mang thuốc nhả thuốc chậm để điều khiển trình phân tán thuốc vào thể, ví dụ loại hydrogel nhạy cảm nhiệt độ pH mixel, loại polymer thông minh… Đây phương pháp phân phối thuốc cách tự nhiên có triển vọng cho phép phân phối phần tử hoạt động thuốc đầy đủ hiệu Tuy nhiên việc sử dụng hydrogel mixel làm tác nhân mang thu ốc lại gặp phải trở ngại lớn q trình đưa thuốc vào mixel l ượng thu ốc nằm mixel ít, chiếm tỷ lệ tương đối nhỏ, phần cịn lại nằm ngồi mixel dẫn đến lãng phí thuốc, phải tốn thêm chi phí chắt lọc để thu hồi thuốc nằm mixel Đối với hydrogel, đưa vào thể cải thiện lượng thuốc phân tán vào thể tốt chút so với phương pháp thơng thường, khơng hồn tồn kiểm sốt theo ý muốn tốc độ nhả thuốc hydrogel tương đối nhanh Vì câu hỏi đặt làm cải thiện tốc độ nhả thuốc hydrogel Một phương pháp giải vấn đề sử dụng thêm tác nhân mang thuốc sau phối trộn với hydrogel, ứng viên sang giá cho việc sợi electrospun Sợi electrospun chế tạo từ phương pháp electrospining thường có kích thước từ vài trăm nano đến vài micro, có số tính chất đặc biệt diện tích bề mặt lớn so với tỷ lệ thể tích, hoạt tính bề mặt cao… Chính tính chất tuyệt vời mà sợi electrospun xem loại vật liệu tối ưu sử dụng cho nhiều ứng dụng quan trọng, chất mang thuốc số Để góp phần vào nghiên cứu triển khai ứng dụng sợi electrspun linh vực y sinh, đề tài tập trung nghiên cứu chế tạo sợi nano-micro từ PVA phương pháp electrospining Với mục đích sử dụng đưa vào hydrogel nhằm cải thiện khả nhả thuốc hydrogel Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, khảo sát trình tạo sợi nano-micro từ PVA phương pháp electrospining Đối tượng nghiên cứu Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo sợi electrospun: Hàm lượng PVA C, khoảng cách phun L, hiệu điện hai cực U, lưu lượng Q Hình dạng kích thước sợi PVA Phạm vi nghiên cứu Sử sụng PVA để thực mục tiêu nghiên cứu  Các thông số tiên hành tạo hạt: Nồng độ PVA C: 10%, 12%, 14% Khoảng cách phun: 10, 15, 20 cm Điện thế: 28, 30, 32 Kv Tốc độ bơm: 0.1, 0.2, 0.3 mL/h Phương pháp nghiên cứu  Các phương pháp thí nghiệm: Chế tạo sợi nano-micro từ PVA phương pháp electrospining  Các phương pháp phân tích: Phân tích hình dạng kích thước thơng qua thiết bị kính hiển vi quang học điện trường quét SEM Ý nghĩa khoa học đề tài Đề tài đưa phương pháp đề chế tạo sợi nano - micro với thiết bị quy trình đơn giản Sợi thu khắc phục số nhược điểm mà phương pháp truyền thống mắc phải Đánh giá yếu tố ảnh hưởng trình phun tạo sợi, khảo sát giá trị tốt để tiến hành tạo sợi Ngoài ra, đề tài đánh giá hình dáng kích thước sợi PVA Ý nghĩa thực tiễn đề tài Với nguy hiểm xuất ngày nhiều bệnh tiểu đường, với giá số loại thuốc thị trường mắc việc nghiên cứu phương pháp để cải tiến hiệu việc sử dụng hiệu thuốc cần thiết Đề tài mở hướng để cải thiện khả nhả thuốc hiệu so với truyền thống, hứa hẹn mang lại phương pháp hữu hiệu để sử dụng thuốc điều trị bệnh tiểu đường Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Hoài Khang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phương pháp Electrospinning 1.1.1 Lịch sử hình thành Hình 1.1 Mơ phương pháp Electrospinning điển hình [7,11] Electrospinning công nghệ sản xuất vật liệu nano polymer, kĩ thuật kéo sợi từ polymer dung dịch polymer nóng chảy cách sử dụng lực tĩnh điện (điện trường) Electrospinning phương pháp đơn giản hiệu cho phép tạo sợi nano với đường kính khác (khoảng nm đến μm) từ dung dịch polymer Năm 1934, Formalas giới thiệu hoạt động hệ thống electrospinning giúp sản xuất sợi tơ polymer cách tận dụng lực đẩy tĩnh điện điện tích bề mặt Đến năm 1993, kỹ thuật gọi “electrostatic spinning” có ấn phẩm liên quan đến việc tạo sợi nano phương pháp electrospinning Bảng 1.1 Lịch sử kỹ thuật Electrospinning [6] Khóa luận tốt nghiệp Năm 1914 Tác giả Zeleny 1934 Formalas 1981 Larrondo Manley 1996 Reneker Chun 2005 Jirsak, Sanetrník, Lukás, Kotek Marinová 10 GVHD: ThS Trần Hoài Khang Thành tựu Người phát kéo sợi dung dịch polymer điện trường Phát minh trình electrospinning Nghiên cứu q trình electrospinning sử dụng polymer nóng chảy Chứng minh q trình electrospinning có khả áp dụng cho nhiều loại polymer khác Kỹ thuật nanospider Năm 2010, J Miao, M Miyauchi, T J Simmons, J S Dordick, and R J Linhardt có báo tổng quan ứng dụng phương pháp electrospinning việc chế tạo vật liệu cấu trúc nano lĩnh vực khác như: cảm biến, pin mặt trời, vật liệu phát quang, pin nhiên liệu, siêu tụ, Năm 2010, D Gao cộng sử dụng phương pháp phun điện chế tạo sợi TiO có tính quang xúc tác mạnh Năm 2010, nhóm X Chen chế tạo thiết bị phát điện có điện áp 1.63 V, cơng suất 0.03 µW, sử dụng áp điện gồm sợi PZT nano đường kính 60 nm dài 500 µm chế tạo phương pháp electrospinning [6] 1.1.2 Hệ thống Electrospinning Phương pháp sử dụng để kéo sợi vào điện trường sử dụng bề mặt điện cực hình trụ có điện tích Dịng điện làm cho đầu phun bị nhiễm điện, dung dịch qua đầu phun bị nhiễm điện theo dung dịch polymer phun chuyển động theo chiều điện trường Điện tích tạo lực tĩnh điện bên giọt, gọi lực Coulomb cạnh tranh với lực kết dính nội giọt Khi áp lực Coulomb vượt qua lực kết dính giọt biểu căng bề mặt, phần tử bề mặt giọt bị đẩy kéo dài thành sợi liên tục hướng collector Do phương pháp cần xi-lanh, mao mạch, vòi phun kim Những ưu điểm cơng nghệ là: sản xuất hàng loạt liên tục, xuất sản xuất cao dễ bảo dưỡng [10,12] Hệ thống Electrospinning gồm phận chính: Máy tạo điện dùng để tạo điện trường đầu kim vào collector, tùy theo loại máy mà điện áp Khóa luận tốt nghiệp 3.1.2 35 GVHD: ThS Trần Hoài Khang Ảnh hưởng nồng độ Nồng độ polymer có ảnh hưởng trực tiếp tới độ nhớt sức căng bề mặt dung dịch, hai thông số quan trọng trong trình phun sợi Hình 3.2 thể ảnh SEM mẫu sợi sau phun điều kiện U=30 kV, L = 15 cm, Q= 0,2 mL/h với nồng độ khác a Khóa luận tốt nghiệp 36 GVHD: ThS Trần Hồi Khang b c Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu sợi electrospun PVA điều kiện L=15 cm, U=30 kV, Q=0,2mL/h với nồng độ thay đổi (a): C=10% (b): C=12% (c): C=14% độ phóng đại 30 ngàn Khóa luận tốt nghiệp 37 GVHD: ThS Trần Hoài Khang Bảng 3.3 Các mẫu khảo sát ảnh hưởng nồng độ đến trình tạo sợi Mẫu CPVA(%) Điện U (KV) Khoảng cách L (cm) Lưu lượng Q (mL/h) Đường kính sợi Ø (µm) 10 30 15 0,2 0,0998 12 30 15 0,2 0,1115 14 30 15 0,2 0,1841 Từ liệu bảng 3.3, biến thiên kích thước sợi phụ thuộc vào nồng độ trình bày đồ thị hình 3.3 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn thay đổi đường kính thay đổi nồng độ PVA điều kiện phun Q= 0,2 mL/h, U= 30 KV, L=15 cm Kết khảo sát hình 3.3 cho thấy tăng nồng độ polymer từ 10% đến 14% , kích thước sợi tăng dần ứng với nồng độ Biểu đồ cho thấy tăng nồng độ từ 10% đến 12% kích thước sợi tăng khoảng 20%, nhiên tăng nồng độ đến 14% kích thước sợi tăng gần gấp đơi Điều giải thích nồng độ tăng lên 14% độ nhớt sức căng bề mặt dung dich tương đối cao Khả chống lại lực coulomb dung dịch đầu phun lớn, dẫn đến khó kéo sợi kích thước sợi tăng đột biến, tiếp tục tăng nồng độ polymer sức căng bề mặt dung dịch lớn lực coulomb kết kéo sợi, dung dịch bị đóng đầu phun làm tắc đầu phun 3.1.3 Ảnh hưởng khoảng cách L Ảnh SEM mẫu sợi electrospun PVA điều kiện khoảng cách phun thay đổi Khóa luận tốt nghiệp a b 38 GVHD: ThS Trần Hồi Khang Khóa luận tốt nghiệp 39 GVHD: ThS Trần Hoài Khang c Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu sợi electrospun PVA điều kiện C=12%, U=30 kV, Q=0,2 mL/h với khoảng cách thay đổi (a): L=10 cm (b): L=15 cm (c): L=20 cm độ phóng đại 30 ngàn Dựa ảnh SEM này, kích thước sợi đo đạc tính tốn để đạt kích thước trung bình đường kính Kết trình bày đồ thị hình 3.5 Bảng 3.4 Các mẫu khảo sát ảnh hưởng khoảng cách L đến trình tạo sợi Mẫu CPVA(%) Điện U (KV) Khoảng cách L (cm) Lưu lượng Q (mL/h) Đường kính sợi Ø (µm) 12 30 10 0,2 0,1196 12 30 15 0,2 0,1115 12 30 20 0,2 - Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn thay đổi đường kính thay đổi khoảng cách L điều kiện phun CPVA= 12%, Q= 0,2 mL/h, U= 30 KV Khóa luận tốt nghiệp 40 GVHD: ThS Trần Hoài Khang Kết hình 3.5 cho thấy: điều kiện lưu lượng phun, hiệu điện nồng độ polymer không thay đổi, đường kính sợi nano PVA giảm dần tăng khoảng cách phun Điều giải thích sau: Khi tăng khoảng cách phun, điện trường tác dụng lên Polymer giảm nên lực colomb giảm, khả kéo sợi giảm Do đó, đoạn gầm đầu tip, tốc độ phun sợi thấp Khi sợi phun gần đến bề mặt collector, lực điện trường colomb sợi polymer collector tăng lên gần mặt khoảng cách Điều làm cho tốc độ phun sợi ngày tăng gần collector, làm cho mức độ kéo dãn sợi tăng [19, 24] Hơn tăng khoảng cách phun thời gian di chuyển sợi từ tip tới collector tăng lên đồng nghĩa với việc thời gian sợi bị kéo giãn lâu dẫn đến đường kính sợi giảm Tổng kết ảnh hưởng làm cho đường kính sợi nano PVA chế tạo phương pháp electrospining có xu hướng giảm dần tăng khoảng cách phun Ảnh hưởng điện U 3.1.4 Ảnh SEM mẫu sợi sau phun điều kiện hiệu điện khác a Khóa luận tốt nghiệp b 41 GVHD: ThS Trần Hồi Khang Khóa luận tốt nghiệp 42 GVHD: ThS Trần Hồi Khang c Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu sợi electrospun PVA điều kiện C=12%, L= 15 cm, Q=0,2 mL/h với điện thay đổi (a): U=28 kV (b): U=30 kV (c): U=32 kV Bảng 3.5 Các mẫu khảo sát ảnh hưởng điện U đến trình tạo sợi Mẫu CPVA( %) Điện U (KV) Khoảng cách L (cm) 12 12 12 28 30 32 15 15 15 Lưu lượng Q (mL/h) 0,2 0,2 0,2 Đường kính sợi Ø (um) 0,2293 0,1115 0,1101 Từ liệu bảng 3.5, biến thiên kích thước sợi phụ thuộc vào hiệu điện trình bày đồ thị hình 3.7 Khóa luận tốt nghiệp 43 GVHD: ThS Trần Hồi Khang Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn thay đổi đường kính thay đổi điện điều kiện phun CPVA= 12 %, Q= 0,2 mL/h, L=15 cm Điện áp thông số quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến kích thước sợi Trong nội dung báo khảo sát loại polymer PVA phun điều kiện C=12%, L=15cm, Q=0,2 mL/h, điện U thay đổi từ 28 kV, 30 kV 32 kV Kết trình bày hình cho thấy tăng hiệu điện từ 28-32 kV, đường kính sợi giảm dần Khi hiệu điện U tăng nghĩa điện trường tạo thành tăng, lực coulomb kéo dung dịch polymer từ đầu tip tới collector tăng Do tăng hiệu điện thế, dung dịch polymer khỏi đầu tip bị lực coulomb kéo mạnh hơn, dẫn đến sợi có kích thước nhỏ hơn[14, 18] Tuy nhiên việc tăng điện áp lúc làm giảm kích thước sợi Có vài nghiên cứu [17, 26] cho tăng điện áp tốc độ phun sợi tăng theo dẫn đến tăng kích thước sợi Qua cho thấy để điều chỉnh kích thước sợi ngồi việc thay điện áp cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác loại polymer, tốc độ bơm… 3.1.5 Ảnh hưởng lưu lượng bơm a Khóa luận tốt nghiệp 44 GVHD: ThS Trần Hoài Khang b Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu sợi electrospun PVA điều kiện C=12%, L= 15 cm, U=30 kV với lưu lượng thay đổi (a): Q=0,2 mL/h (b): Q=0,3 mL/h Bảng 3.6 Tổng kết trình khảo sát ảnh hưởng lưu lượng Q đến trình tạo sợi Mẫu CPVA( %) Điện U (KV) Khoảng cách L (cm) Lưu lượng Q (mL/h) Đường kính sợi Ø (um) 12 30 15 0,2 0,1115 12 30 15 0,3 0,1662 Từ liệu bảng 3.6, biến thiên kích thước sợi phụ thuộc vào lưu lượng phun trình bày đồ thị hình 3.9 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn thay đổi đường kính thay đổi lưu lượng bơm điều kiện phun CPVA= 12 %, U = 30 kV, L=15 cm Khóa luận tốt nghiệp 45 GVHD: ThS Trần Hồi Khang Kết cho thấy tăng tốc độ bơm, đường kính sợi tăng, mức độ tăng kích thước sợi lớn qua lần tăng lưu lượng lên thêm 0,1 mL/h Tức là: điều kiện phun kiện C=12%, L = 15 cm, U= 30 kV, loại polymer PVA , đường kính sợi PVA tỷ lệ thuận với tốc độ phun Trong điều kiện lực colomb điện trường đủ để kéo dung dịch polymer thành sợi, lưu lượng phun tăng, lượng dung dịch PVA đưa đầu tip tăng, lưu lượng dịng polymer q trình hình thành sợi tăng, dẫn đến đường kính sợi tăng[4, 15] CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Khóa luận hồn thành mục tiêu đề với yêu cầu cụ thể sau - Đã chế tạo thành công sợi Nano-Micro từ polymer PVA phương pháp Electrospinning - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến kích thước sợi (nồng độ, lưu lượng bơm, khoảng cách collector tip, hiệu điện thế) - Qua khảo sát tìm thông số tối ưu nhất: Nồng độ PVA C=12%, khoảng cách phun L= 15 cm, hiệu điện U=30kV, lưu lượng bơm Q=0,2 mL/h Khóa luận tốt nghiệp 46 GVHD: ThS Trần Hoài Khang KIẾN NGHỊ Một số kiến nghị để đề tài phát triển theo hướng nghiên cứu sau: - Cần cải tiến thiết bị để khảo sát tốt ảnh hưởng yếu tố đến kết sợi tạo thành - Cần phải khảo sát ảnh hưởng sức căng bề mặt đến trình tạo sợi ảnh hưởng thông số nhiệt độ đến kết sợi thu - Cần nghiên cứu để giảm độ đa phân tán sợi, tạo sợi có kích thước đồng - Đưa sợi vào hydrogel - Khảo sát khả phân tán thuốc sợi sau đưa sợi vào hydrogel TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Thị Minh Xuân (2009), Tổng hợp Polyvinyl ancol – Hóa học hóa lý polymer, Đại học Cơng nghiệp TP.HCM Khóa luận tốt nghiệp 47 GVHD: ThS Trần Hoài Khang [2] NanoTechnology, OIC Nova Technologia (2015), Sợi nano polymer Electrospun, Hoàng Mai, Hà Nội [3] Nguyễn Thị Nga, Chế tạo sợi nano polyvinyl alcohol phương pháp electrospinning, (2011) [4] AgilAbrahama, P.A.Soloman, V.O.Rejinib (2015), Preparation of ChitosanPolyvinyl Alcohol Blends and Studies on Thermal and Mechanical Properties, Chemical Engineering Department,Government Engineering College,Thrissur, Kerala, India [5] Bock, Nathalie, et al "Electrospraying, a reproducible method for production of polymeric microspheres for biomedical applications." Polymers 3.1 (2011): 131-149 [6] Deitzel JM, Kleinmeyer J, Hirvonen JK, BeckTNC Controlled deposition of electrospun poly (ethylene oxide) fibers Polymer 2001;42:8163–70 [7] Demir, M M., Yılgör, I., Y ılgör, E., Erman, B., 2002 “Electrospinning of polyurethane fibers”, Polymer,43, 3303-3309 [8] Feng L, Li S, Li H, Zhai J, Song Y, Jiang L, et al Super-Hydrophobic Surface of Aligned Polyacrylonitrile Nanofibers Angew Chem Int Ed 2002;41(7):1221–3 [9] Frense D, 2007 “Taxanes: perspectives for biotechnological production” Applied Microbiology and Biotechnology, 73: 1233 – 1240 [10] G Verreck, I Chun, J Rosenblatt et al., “Incorporation of drugs in an amorphous state into electrospun nanofibers composed of a water-insoluble, nonbiodegradable polymer,” Journal of Controlled Release, vol 92, no 3, pp 349–360, 2003 [11] He J-H, Liu Y, Xu L and Yu J-Y, Chao s So l ito n s Fractals32:1096 (2007) [12] Heikkilä P., Harlin A., Söderlund L., Uusimäki J., Kettunen L., 2007, “Exploitation of electric field in controlling of nan ofiber spinning process”, Khóa luận tốt nghiệp 48 GVHD: ThS Trần Hoài Khang AUTEX 2007 From Emerging Innovations to Global Business 7th Annual Textile Conference by Autex, PROCEEDINGS, 26-28 June 2007, Tampere, Fin land [13] Hohman MM, Shin M, Rutledge G, Brenner, MP Electrospinning and electrically forced jets II Applications Phys Fluids, 2001, 13, 2221 [14] Huang Z M, Zhang Y Z, Kotaki M, Ramakrishna S A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites Compos Sci Technol, 2003, 63, 2223 [15] Lin T, Wang HX, Wang HM and Wang XG, Nanotechnology 15:1375 (2004) [16] Mo X.M., Xu C.Y., Kotaki M., Ramakrishna S., 2004, “Electrospun P(LLA-CL) nanofiber: a biomimetic extracellular matrix for smooth muscle cell and endothelial cell proliferation”, Biomaterials , 25, pp: 1883-1890 [17] Prem Kumar SR (2015), Electrospinning of nanofibers, Technology Education [18] Radacsi, Norbert, et al "Electrospray Crystallization for High QualitySubmicron‐Sized Crystals."Chemical Engineering & Technology 34.4 (2011): 624-630 [19] Reneker DH, Yarin A L, Fong H, Koombhongse, S Bending instability of electrically charged liquid jets of polymer solutions in electrospinning J Appl Phys, 2000; 87:4531 [20] Satyajeet S O., fshari M., Kotek R., Gorga R.E.,2008, “Morphology of electrospun nylon-6 nanofibers as a function of molecular weight and processing parameters”, Journal of pplied Polymer Science , 108, pp: 308- 319 [21] Xu L, He J-H and Liu Y, Int J Nonlinear Sci 8:199 (2007) [22] Y Liu, J.-H He, J.-Y Yu, and H.-M Zeng, "Controlling numbers and sizes of beads in electrospun nanofibers," Polymer International, vol 57, no 4, pp 632-636,2008 Khóa luận tốt nghiệp 49 GVHD: ThS Trần Hồi Khang [23] Yong Liu, Ji-Huan He,Jian-yong Yu, and Hong-mei Zeng Poly mint 57:632-636 (2008) [24] Yoshimoto H, Shin YM, Terai H, Vacanti, JP A biodegradable nanofiber scaffold by electrospinning and its potential for bone tissue engineering Biomaterials, 2003, 24, 2077 [25] Z M Huang, Y Z Zhang, and M Kotaki, “A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites,” Compos Sci Technol, vol.63, no 15, pp.2223-2253, Nov 2003 [26] Zuo WW, Zhu MF, Yang W, Yu H, Chen YM and Zhang Y, Polym Eng Sci45:704 (2005) ... đến kích thước sợi tạo Hình 2.5 Bơm tiêm điện B.Braun 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Tạo sợi nano PVA phương pháp electrospinning 2.3.1.1 Pha dung dịch PVA Sợi nano PVA tạo phương pháp electrospinning... Kv Tốc độ bơm: 0.1, 0.2, 0.3 mL/h Phương pháp nghiên cứu  Các phương pháp thí nghiệm: Chế tạo sợi nano-micro từ PVA phương pháp electrospining  Các phương pháp phân tích: Phân tích hình dạng... tập trung nghiên cứu chế tạo sợi nano-micro từ PVA phương pháp electrospining Với mục đích sử dụng đưa vào hydrogel nhằm cải thiện khả nhả thuốc hydrogel Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, khảo