Nghiên cứu tổng hợp polyme y sinh từ PEG; d l lactic và caprolacton để lám hydrogel nhạy cảm nhiệt dùng trong y sinh

Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĂN TY NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME Y SINH TỪ PEG; D,L-LACTIC VÀ ε-CAPROLACTON ĐỂ LÀM HYDROGEL NHẠY CẢM NHIỆT DÙNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử tổ hợp LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS HUỲNH ĐẠI PHÚ Cán chấm nhận xét 1: PGS-TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH Cán chấm nhận xét 2: TS LA THỊ THÁI HÀ Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 03 tháng 02 năm 2010 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC   Tp HCM, ngày 03 tháng 02 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ VĂN TY Ngày, tháng, năm sinh: 10/01/1982 Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử tổ hợp Phái: Nam Nơi sinh: Thừa Thiên Huế MSHV: 00307418 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME Y SINH TỪ PEG; D,L-LACTIC VÀ ε-CAPROLACTON ĐỂ LÀM HYDROGEL NHẠY CẢM NHIỆT DÙNG TRONG Y SINH II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp polyme y sinh nhạy cảm nhiệt độ để làm hydrogel - Kiểm tra điều khiển trọng lượng phân tử để điều khiển giản đồ sol-gel - Thử phân hủy In Vivo In Vitro III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký định giao đề tài): IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS HUỲNH ĐẠI PHÚ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS HUỲNH ĐẠI PHÚ Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày 03 tháng 02 năm 2010 TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành cảm ơn Thầy TS Huỳnh Đại Phú, Thầy không hướng dẫn tận tình tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp mà cịn thường xun bảo, định hướng cho tơi sống Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô khoa Công nghệ Vật liệu trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy truyền đạt cho kiến thức quý báu suốt năm học vừa qua Tôi xin gửi lời cảm ơn tới anh chị em PTN trọng điểm Quốc gia Polyme Compozit Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Gia đình, Cha Mẹ, anh chị kề vai sát cánh động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian qua Cuối Tôi xin cảm ơn tất người bạn chia sẽ, giúp đỡ, động viên trình học tập vừa qua Xin chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, Tháng 02 năm 2010 Người viết Lê Văn Ty iii Mục lục Lê Văn Ty MỤC LỤC Trang Đề mục Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn luận văn thạc sĩ ii Lời cảm ơn iii Lời mở đầu iv Mục lục v Danh mục hình vẽ vi Danh mục bảng biểu xii Tóm tắt luận văn xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quát hydrogel 1.1.1 Khái niệm phân loại 1.1.2 Tính chất hydrogel 1.1.3 Phương pháp tổng hợp hydrogel 1.1.4 Hydrogel nhạy cảm môi trường 1.1.4.1 Hydrogel nhạy cảm nhiệt 1.1.4.2 Hydrogel nhạy cảm pH 1.1.4.3 Hydrogel nhạy cảm nhiệt độ pH 1.1.4.4 Hydrogel nhạy cảm glucose 11 1.1.4.5 Hydrogel phân hủy sinh học 12 1.1.5 Ứng dụng số hydrogel Y dược 13 1.1.5.1 Hệ thống vận chuyển phân phối dược phẩm/protein 13 1.1.5.2 Cơ chế phân tán dược phẩm /protein hydrogel 14 1.1.5.3 Hydrogel ứng dụng hệ vận chuyển phân tán thuốc qua dạng uống 18 Trang vi Mục lục Lê Văn Ty 1.1.5.4 Hydrogel ứng dụng hệ vận chuyển phân tán thuốc qua dạng cấy ghép tiêm 20 1.2 Copolymer hydrogel nhạy cảm nhiệt độ PCLA-PEG-PCLA 22 1.2.1 Giới thiệu copolymer PCLA-PEG-PCLA 22 1.2.2 Phương pháp tổng hợp 23 1.2.3 Tính chất 26 1.2.3.1 Tính chất nhạy cảm nhiệt độ 26 1.2.3.2 Tính chất phân hủy sinh học 28 1.2.4 Ứng dụng 28 1.3 Tình hình nghiên cứu nước giới 29 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 30 2.1 Hóa chất thiết bị thí nghiệm 30 2.1.1 Hóa chất 30 2.1.1.1 Poly(ethylene glycol) (PEG) 30 2.1.1.2 ε-caprolactone (CL) 30 2.1.1.3 D,L - lactide (LA) 31 2.1.1.4 Stannous Octoate [Sn(Oct)2] 31 2.1.1.5 Các dung mơi hóa chất khác 32 2.1.2 Thiết bị thí ghiệm 32 2.2 Qui trình thực nghiệm 34 2.2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp 34 2.2.2 Diễn giải quy trình tổng hợp 35 2.3 Phương pháp đánh giá thực nghiệm 36 2.3.1 Phân tích 1H-NMR 36 2.3.2 Phân tích GPC 36 2.3.3 Khảo sát trình chuyển pha sol-gel triblock copolymer 36 2.3.4 Khảo sát khả phân hủy sinh học theo In ViTro 37 2.3.5 Khảo sát khả phân hủy sinh học theo In Vivo 38 Trang vii Mục lục Lê Văn Ty CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39 3.1 Đặc điểm cấu trúc copolymer hydrogel PCLA-PEG-PCLA 39 3.1.1 Kết phân tích GPC 39 3.1.2 Kết phân tích 1H-NMR 45 3.2 Giản đồ trạng thái pha sol-gel triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA 49 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến chuyển pha sol-gel copolymer hydrogel PCLA-PEG-PCLA 53 3.3.1 Ảnh hưởng khối lượng phân tử PEG 53 3.3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ ưa nước/ kỵ nước PCLA/PEG 54 3.3.3 Ảnh hưởng nồng độ copolymer hydrogel PCLA-PEG-PCLA 55 3.4 Khảo sát khả phân hủy sinh học theo phương pháp in ViTro 56 3.5 Khảo sát khả phân hủy sinh học theo in Vivo 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 66 Trang viii Danh Mục Các Hình Vẽ Lê Văn Ty DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các phương pháp tổng hợp hydrogel Hình 1.2: Mơ hình phân tán thuốc từ hydrogel nhạy cảm nhiệt độ pH Hình 1.3: Cấu trúc phân tử hydrogel nhạy cảm nhiệt độ Hình 1.4: Cấu trúc phân tử hydrogel nhạy cảm pH Hình 1.5: Cơ chế chuyển pha sol-gel hydrogel nhạy cảm pH nhiệt độ 10 Hình 1.6: Sự phân tán insulin hydrogel tự điều chỉnh insulin 11 Hình 1.7: Cấu trúc phân tử hydrogel nhạy cảm glucose phân hủy sinh học 12 Hình 1.8: Hình thức kiểm soát dược phẩm/protein 13 Hình 1.9: Cơ chế phân tán dược phẩm /protein 15 Hình 1.10: Mơ hình khuếch tán dược phẩm từ nguồn chứa qua lớp màng 16 Hình 1.11: Mơ hình khuếch tán dược phẩm từ thiết bị khối 16 Hình 1.12: Mơ hình khuếch tán dược phẩm chế phân hủy sinh học 17 Hình 1.13: Ứng dụng hydrogel hệ vận chuyển phân phối thuốc dạng ống 19 Hình 1.14: Cơng thức phân tử triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA 23 Hình 1.15: Cơ chế phản ứng polymer hóa mở vịng lactic 24 Hình 1.16: Công thức phân tử PEG 24 Hình 1.17: Sơ đồ phản ứng tổng hợp Triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA 25 Hình 1.18: Sự chuyển pha sol-gel copolymer hydrogel y sinh nhạy cảm nhiệt 26 Hình 1.19: Giản đồ pha polymer hydrogel phân hủy y sinh nhạy cảm nhiệt độ 27 Trang ix Danh Mục Các Hình Vẽ Lê Văn Ty Hình 1.20: Mơ hình phân tán dược phẩm triblock copolymer hydrogel 28 Hình 2.1: Cấu trúc phân tử Poly(ethylene glycol) (PEG) 30 Hình 2.2: Cấu trúc phân tử ε-caprolactone (CL) 30 Hình 2.3: Cấu trúc phân tử D,L-lactide (LA) 31 Hình 2.4: Cấu trúc phân tử Stannous Octoate [Sn(Oct)2] 31 Hình 2.5: Bộ thiết bị phản ứng 33 Hình 2.6: Phản ứng tổng hợp triblock copolymer 35 Hình 2.7: Trạng thái chuyển pha sol -gel triblock copolymer 36 Hình 2.8: Mơ quy trình thử In Vitro 37 Hình 2.9: Mơ quy trình thử In Vivo 38 Hình 3.1: Phổ GPC PEG có M=2000 39 Hình 3.2: Phổ GPC Triblock PCLA-PEG-PCLA với PEG 2000 40 Hình 3.3: Phổ GPC Triblock PCLA-PEG-PCLA PEG 2000 41 Hình 3.4: Phổ GPC Triblock PCLA-PEG-PCLA PEG 1500 41 Hình 3.5: Phổ GPC Triblock PCLA-PEG-PCLA với PEG 1750 42 Hình 3.6: Phổ GPC Triblock PCLA-PEG-PCLA PEG 2000 42 Hình 3.7: Phổ GPC Triblock PCLA-PEG-PCLA với MPEG khác 43 Hình 3.8: Phổ GPC Triblock PCLA-PEG-PCLE với PCLA/PEG = 1.9 44 Hình 3.9: Phổ GPC Triblock PCLA-PEG-PCLE với PCLA/PEG = 2.4 44 Hình 3.10: Phổ GPC Triblock PCLA-PEG-PCLA với PCLA/PEG khác 45 Hình 3.11: Phổ 1H-NMR PCLA-PEG-PCLA 46 Hình 3.12: Phổ 1H-NMR PCLA-PEG-PCLA với PEG 1500 47 Hình 3.13: Phổ 1H-NMR PCLA-PEG-PCLA với PEG 1750 47 Trang x Danh Mục Các Hình Vẽ Lê Văn Ty Hình 3.14: Phổ 1H-NMR PCLA-PEG-PCLA Với PEG 2000 48 Hình 3.15: Cấu trúc phân tử PCLA-PEG-PCLA 48 Hình 3.16: Giản đồ pha sol-gel PCLA-PEG-PCLA (PEG 1500, PCLA/PEG = 2.4/1) 49 Hình 3.17: Trạng thái dung dịch copolymer PCLA-PEG-PCLA nhiệt độ khác 50 Hình 3.18: Sự chuyển pha sol-gel triblock PCLA-PEG-PCLA thử nghiệm In Vivo 50 Hình 3.19: Giản đồ pha sol-gel PCLA-PEG-PCLA (PCLA/PEG = 2.4/1) với PEG có khối lượng phân tử khác 53 Hình 3.20: Giản đồ pha sol-gel PCLA-PEG-PCLA (PEG 1500) với tỷ lệ PCLA/PEG khác 54 Hình 3.21: Giản đồ pha sol-gel PCLA-PEG-PCLA (PEG 2000) với tỷ lệ PCLA/PEG khác 54 Hình 3.22: Giản đồ pha sol-gel PCLA-PEG-PCLA (PEG 1750) với tỷ lệ PCLA/PEG khác 55 Hình 3.23: Mơ quy trình thử In Vitro 56 Hình 3.24: Sự thay đổi khối lượng phân tử theo thời gian In Vitro triblock PCLA-PEG-PCLA ( 370C, pH 7.4) 57 Hình 3.25: Sự thay đổi khối lượng phân tử theo thời gian In Vitro triblock PLA-PEG-PLA ( 370C, pH 7.4) 58 Hình 3.26: Sự thay đổi khối lượng phân tử theo thời gian In Vitro triblock PLGA-PEG-PLGA ( 370C, pH 7.4) 59 Hình 3.27: Phổ GPC triblock PCLA-PEG-PCLA thử nghiệm In Vitro sau ngày khác 60 Hình 3.28: Sự thay đổi kích thước gel PCLA-PEG-PCLA theo thời gian thử nghiệm In Vivo ( 30%wt, PEG1500, PCLA/PEG = 2.4/1 ) 61 Trang xi Phụ lục Lê Văn Ty Mẫu 8: MPEG 2000, PCLA/PEG 2.4/1 Hình 16 : Phổ 1H-NMR PCLA-PEG-PCLA với MPEG 2000, PCLA/PEG 2.4/1 Trang 82 Phụ lục Lê Văn Ty Phụ lục : Bảng số liệu kết khảo sát giản đồ chuyển pha sol-gel triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA Mẫu 1,2 : MPEG 1500 % Polymer (%wt) 15 20 25 30 PEG1500 PCLA/PEG = 2.1/1 PCLA/PEG = 2.3/1 0 LCGT( C) HCGT( C) LCGT(0C) HCGT(0C) 41 43 41 44 39 45 39 45 37 46 35 47 33 48 PCLA/PEG = 2.4/1 LCGT(0C) HCGT(0C) 38 44 35 46 31 47 27 49 Mẫu : MPEG 1750 PEG1750 PCLA/PEG = 1.94/1 LCGT(0C) HCGT(0C) 49 51 47 52 45 54 % Polymer (%wt) 15 20 25 30 PCLA/PEG = 2.4/1 LCGT(0C) HCGT(0C) 41 49 39 51 37 52 34 53 Mẫu 6,7 : MPEG 2000 % Polymer (%wt) 15 20 25 30 PEG2000 PCLA/PEG = 2.2/1 LCGT(0C) HCGT(0C) 48 50 45 52 43 54 39 55 PCLA/PEG = 2.0/1 LCGT(0C) HCGT(0C) 49 52 47 54 45 58 41 63 PCLA/PEG = 2.4/1 LCGT(0C) HCGT(0C) 46 51 44 53 40 54 36 55 Phụ lục : Bảng số liệu kết khảo sát khả phân hủy sinh học theo phương pháp in vitro triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA Mẫu : MPEG 1500 , PCLA/PEG 2.4/1, CL/LA 2.0/1 Ngày MPCLA-PEG-PCLA 5149 5089 5097 5097 Trang 83 10 12 17 22 5082 5008 4993 4920 27 4697 Phụ lục Lê Văn Ty Phụ lục : Các báo gửi đăng tạp chí Hóa Học Việt Nam Bài Báo NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYMER SINH HỌC TỪ PEG; D,L-LACTIC VÀ ε-CAPROLACTON ĐỂ LÀM HYDROGEL NHẠY CẢM NHIỆT DÙNG TRONG Y SINH NHƯ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN TÁN DƯỢC PHẨM DƯỚI DẠNG TIÊM DƯỚI DA SYNTHESIS OF TEMPERETURE-SENSITIVE HYDROGELS BIOPOLYMER BASE ON PEG; D,L-LACTIDE AND ε–CAPROLACTONE FOR CONTROLLED PROTEIN AND DRUG DELIVERY SYSTEM IN PHARMACEUTICAL AND BIOMEDICAL APPLICATIONS HUỲNH ĐẠI PHÚ , LÊ VĂN TY Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc gia Polyme Composite, Tp.HCM Khoa Công Nghệ Vật Liệu, Trường Đại Học Bách Khoa , ĐHQG-HCM ABSTRACT Temperature-sensitive PCLA-PEG-PCLA triblock copolymer hydrogel were synthesized by ring opening polymerization of LA and CL initiated by hydroxyl group at the ends of PEG in the presence of Stannous octoate as a catalyst The composition and molecular weight of triblock copolymer can be controlled by weight ratio of PEG/PCLA, mol ratio of PLA/PCL and molecular weight of PEG The properties of molecular structure, composition and molecular weight distribution of there triblock copolymers were detemined by H-MNR spectra and gel permeation chromatography (GPC) The result indicated that the triblock copolymer hydrogels were synthesized had molecular structure base on Poly(ethylene glycol)- poly(ε-caprolactone)-co(D,L-lactide) (PCLA-PEG-PCLA) with the number average molecular weight from 4000 to 8000 I GIỚI THIỆU Trong năm gần đây, nhiều loại polymer hydrogel nhạy cảm nhiệt nghiên cứu phát triển cho mục đích tá dược, ứng dụng y sinh Tuy nhiên, chế lưu giữ dược phẩm loại hydrogel chủ yếu hấp thụ vật lý dựa vào liên kết không phân cực hydrogel với dược phẩm, lưu giữ lổ trống mạng lưới hydrogel Điều làm hạn chế khả lưu giữ dược phẩm ứng dụng hydrogel phân tán dược phẩm vào thể người kiểm soát Để khắc phục hạn chế buộc phân tử hydrogel phải có khả tương thích với dược phẩm, chúng tạo dạng gel liên kết chặt chẽ với dược phẩm sau tiêm vào thể người trình phân tán thuốc điều khiển dễ dàng Trang 84 Phụ lục Lê Văn Ty Ở nghiên cứu tổng hợp polymer dạng Hydrogel sinh học mà dung dịch nước chúng có khả chuyển từ trạng thái sol sang gel phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ môi trường Polymer tổng hợp từ polyethylene glycol (PEG), ε-caprolactone (CL) D,L lactide để tạo thành triblock copolymer hydrogel (PCLAPEG-PCLA) sinh học nhạy cảm với nhiệt độ Các polymer có khả tạo liên kết chặt chẽ với dược phẩm/protein có khả ứng dụng hệ thống vận chuyển-phân tán dược phẩm dạng tiêm da II PHẦN THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất  Poly(ethylene glycol) (PEG) gồm có PEG 1500, PEG 1750 PEG 2000 hãng Sigma-Aldrich Co D,L-lactic (LA) hãng Polyscience Biohringer Ingellheim, ε-caprolactone (CL) hãng Sigma Chemical Co Stannous Octoate [Sn(Oct)2] hãng Sigma chemical Co  Các dung môi hóa chất khác : Chloroform, diethyl ether hóa chất cần thiết khác 2.2 Tổng hợp triblock copolymer nhạy cảm nhiệt độ PCLA-PEG-PCLA Triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA tổng hợp cách polymer hóa mở vịng D,L-lactide (LA) ε-caprolactone (CL) Phản ứng xảy khoảng nhiệt độ từ 1300C đến 1500C 12 đến 24 [6] Bắt đầu nhóm OH cuối phân tử PEG với xúc tác thiếc octoate (Sn(Oct)2) Tổng hợp triblock copolymer chúng tơi sử dụng loại PEG có khối lượng phân tử khác nhau, cụ thể là: PEG có M=1500, 1750 2000 Thành phần khối lượng phân tử triblock copolymer kiểm soát cân tỷ khối lượng PEG/PCLA tỷ lệ mol CL/LA [1,4,5] Quy trình tổng hợp triblock copolymer tiến hành sau: Lấy 4g PEG (1500) 0,04g stannous octoate cho vào bình cầu cổ sấy môi trường chân không 1100C Sau làm lạnh đến 600C Thêm 6.22 g CL 1.94 g LA vào, CL, LA sấy khơ mơi trường khí Nitơ tỷ lệ mol CL/LA giữ cố định tỷ lệ 2.0:1 Hỗn hợp phản ứng sấy môi trường chân khơng 600C vịng sau tăng nhiệt độ lên từ từ tới 1300C Phản ứng mở vòng thực 18 Sản phẩm phản ứng làm lạnh đến nhiệt độ phòng trước hịa tan dung dịch chloroform Và sau sản phẩm kết tủa lại diethyl ether dư Sản phẩm kết tủa lại sấy chân không nhiệt độ phòng 48  Phản ứng tổng hợp triblock copolymer sau : Trang 85 Phụ lục Lê Văn Ty Hình 1: Phản ứng tổng hợp triblock copolymer 2.3 Các phương pháp nghiên cứu, đánh giá 2.3.1 Phân tích 1H-NMR Phổ 1H-NMR đo máy Varian-Unity Inova 500NB 500MHz Và dùng để xác định cấu trúc phân tử thành phần block copolymer CDCL3 dung môi chứa 0,03%(v/v) Tetramethylsilane (TMS) Hàm lượng block tính tốn dựa sở tổng hợp pick proton đặt trưng PEG, LA CL từ phổ 1H-NMR 2.3.2 Phân tích GPC Xác định khối lượng phân tử phân bố khối lượng phân tử copolymer phương pháp sắc ký thấm gel ( Gel permeation chromatography ) máy Waters Model 410 với tháp Styregel 4µm nối trực tiếp với 500 đến 10Å Tetrahydrofuran dùng làm dung môi rửa giải hấp với tốc độ chảy 1ml/phút Sử dụng poly(ethylene glycol) để hiệu chỉnh máy, khoảng đo máy có khối lượng phân tử từ 420 đến 22100 Với số khúc xạ detector (shodex, RI-101) Mỗi phép đo kéo dài vòng 45 phút III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đặc trưng cấu trúc triblock copolyme PCLA-PEG-PCLA Triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA tổng hợp phương pháp polyme hóa mở vịng lactic Khối lượng phân tử trung bình Triblock copolyme tính toán dựa vào phổ H-NMR với khối lượng phân tử trung bình PEG biết Trang 86 Phụ lục Lê Văn Ty a) b) c) d) Hình : Phổ H-NMR PCLA-PEG-PCLA Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton triblock copolymer (hình 2a) cho thấy peak đặc trưng xuất ứng với độ chuyển dịch hóa học δ = 3.62ppm (A), 5.18ppm (B) 2.38ppm (C) đặc trưng cho hydro nhóm metylen tương ứng EO, LA hydro nhóm metylen đầu mạch CL Trong hình 2b,2c 2d phổ H-NMR triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA tương ứng với PEG có khối lượng phân tử 1500, 1750 2000 Các peak đặc trưng xuất phổ độ chuyển dịch hóa học hình 1a Điều khẳng định tín hiệu xuất phổ H-NMR phù hợp với đặc trưng cấu trúc triblock copolymer tổng hợp a) b) Hình : Phổ GPC PCLA-PEG-PCLA Trang 87 Phụ lục Lê Văn Ty Phổ GPC triblock copolyme hình Phổ có peak đơn đặc trưng cho triblock copolymer Ở hình 2a cho thấy tỷ lệ PCLA/PEG cố định 2.4/1 khối lượng phân tử tăng từ 1500 đến 2000 phổ có xu hướng chuyển dịch sang bên trái đồng thời cường độ peak giảm xuống Mặt khác hình 2b cố định PEG 1500 thay đổi tỷ lệ PCLA/PEG từ 2.1/1 đến 2.4/1 phổ có xu hướng chuyển dịch sang bên trái đồng thời cường độ peak giảm xuống Điều đưa khả kiểm soát khối lượng phân tử thành phần triblock copolymer Các thành phần cấu trúc triblock copolymer xác định dựa vào diện tích pick tương ứng phổ H-NMR Độ phân tán khối lượng phân tử triblock copolymer xác định từ phổ GPC Kết bảng bên PCLA-PEG-PCLA PEG PCLA/PEG CL/LAa (Mw/Mn)c (Mn)a (Mn)b (w/w)a 1556-1500-1556 1500 2.1/1 2.0/1 1.204 1740-1500-1740 1500 2.3/1 2.0/1 1.199 1825-1500-1825 1500 2.4/1 1.9/1 1.250 1696-1750-1696 1750 1.9/1 2.3/1 1.232 2111-1750-2111 1750 2.4/1 2.0/1 1.263 2011-2000-2011 2000 2.0/1 2.0/1 1.240 2219-2000-2219 2000 2.2/1 2.0/1 1.276 2434-2000-2434 2000 2.4/1 2.0/1 1.300 a Khối lượng phân tử trung bình PCLA-PEG-PCLA tính từ phổ H-NMR b Aldrich cung cấp; IV c Đo GPC KẾT LUẬN Đã tổng hợp triblock copolymer nhạy cảm nhiệt độ phương pháp polymer hóa mở vịng lactic từ PEG; D,L-lactic CL Có thể kiểm soát khối lượng phân tử thành phần triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA thông qua khối lượng phân tử PEG, tỷ lệ PCLA/PEG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huỳnh Đại Phú A Study on the pH/Temperature-Sensitive Biodegradable Hydrogels for Controlled Protein and Drug Delivery Luận án tiến sĩ, Đại học Sungkyunkwan, Korea, 2007 [2] M Amiji Nanotechnology for Cancer Therapy - M Amiji (CRC, 2006) [3] Myer Kutz Handbook of Environmental Degradation of Materials Myer Kutz Associates, Inc Delmar, New York [4] Doo Sung Lee, Min Sang Kim, Huỳnh Đại Phú, Bong Sup Kim, Nguyễn Khánh Minh Patent Application Publication, US 20080293827 A1 (2008) Trang 88 Phụ lục Lê Văn Ty [5] Doo Sung Lee, Bong Sup Kim, Kasala Dayananda Patent Application Publication, US 20080274190 A1 (2008) [6] Doo Sung Lee, Woo Sun Shim, You han Bae, Sun You, Sang Kim, Huỳnh Đại Phú Patent Application Publication, US 20070244259 A1 (2007) [7] Myung Seob Shim, Hyung Tak Lee, Woo Sun Shim, Insun Park, Hyunjung Lee, Taihyun Chang, Sung Wan Kim, Doo Sung Lee Poly(D,L-lactic acid-co-glycolic acid)-bpoly(ethyleneglycol)-b-poly (D,L-lactic acid-co-glycolic acid) triblock copolymer and thermoreversible phase transition in water Korea, (2001) [8] Lin Yu, Guang Tao Chang, Huan Zhang, Jiandong Ding Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol 45, 1122–1133 (2007) Trang 89 Phụ lục Lê Văn Ty Bài báo KIỂM SỐT Q TRÌNH CHUYỂN PHA SOL – GEL CỦA TRIBLOCK COPOLYMER HYDROGEL NHẠY CẢM NHIỆT ĐỘ PCLA-PEG-PCLA CONTROL OF SOL – GEL PHASE TRANSITION DIAGRAM OF TEMPERATURESENSITIVE PCLA-PEG-PCLA TRIBLOCK COPOLYMER HYDROGEL HUỲNH ĐẠI PHÚ , LÊ VĂN TY Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc gia Polyme Composite, Tp.HCM Khoa Công Nghệ Vật Liệu, Trường Đại Học Bách Khoa , ĐHQG-HCM ABSTRACT Temperature-sensitive PCLA-PEG-PCLA triblock copolymer were synthesized by ring opening polymerization of LA based on polyethylene glycol (PEG), ε-caprolactone (CL) and D,L lactide The properties of this copolymer such as molecular structure and sol-gel phase transition were researched by 1H-MNR spectra, GPC and sol-gel phase transition diagrams The result indicated that sol-gel phase transition of this copolymer could be controled by molecular weight of PEG, weight ratio of PCLA/PEG, mole ratio of CL/LA and concentration of copolymer aqua solution Especially, in human-body environment (pH is 7.4 and temperature is 37oC), 25wt % copolymer solution of Triblock copolymer hydrogel (PCLAPEG-PCLA) exists with gel state Ability of sol-gel transition of copolymer in human-body environment gave important applications for biomedicine such as the subcutaneous injection as a drug delivery systems I GIỚI THIỆU Hiện nay, có nhiều loại dược phẩm chứng tỏ khả chữa bệnh cao, đặc biệt loại dược phẩm dùng để chữa trị bệnh kỷ HIV-AIDS, ung thư, viêm gan bệnh đái tháo đường Nhưng chúng bị giới hạn khả ứng dụng hệ thống vận chuyển phân tán thuốc vào thể chưa tỏ hữu hiệu đáp ứng tốt với loại dược phẩm Với loại dược phẩm có giới hạn chữa bệnh định, vượt q giới hạn khơng có tác dụng chữa bệnh thường dẫn đến tác dụng phụ khơng có lợi cho thể người bệnh Do đó, phương pháp chữa bệnh cần đến hệ vận chuyển phân tán dược phẩm tốt Polymer hydrogel nhạy cảm, đặt biệt hydrogel nhạy cảm với nhiệt độ nghiên cứu phát triển cho mục đích tá dược, cấy da ứng dụng y học khác Hydrogel nhạy cảm nhiệt độ vật liệu polymer mà dung dịch nước chúng có khả chuyển từ trạng thái sol sang gel phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ Các polymer có khả tạo liên kết chặt chẽ với dược phẩm/protein có khả ứng dụng hệ thống vận chuyển-phân tán dược phẩm dạng tiêm da Về bản, Polymer hydrogel sinh học nhạy cảm với nhiệt độ phân tử polymer tạo thành từ Trang 90 Phụ lục Lê Văn Ty hai thành phần : Block polyme kỵ nước có tính chất nhạy cảm nhiệt độ ( nhiệt độ tăng lên chuyển sang ưa nước) block polyme có tính ưa nước Polymer nhạy cảm nhiệt độ tổng hợp từ polyethylene glycol (PEG) ε-caprolactone (CL) với D,L lactide để tạo thành triblock copolymer hydrogel sinh học nhạy cảm với nhiệt độ Chúng có cấu trúc PCLA-PEG-PCLA Quá trình chuyển pha sol – gel polymer hydrogel nhạy cảm nhiệt (PCLA-PEG-PCLA) kiểm soát khối lượng phân tử PEG, tỷ lệ khối lượng PCLA/PEG nồng độ dung dịch copolymer II PHẦN THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất  Poly(ethylene glycol) (PEG) gồm có PEG 1500, PEG 1750 PEG 2000 hãng Sigma-Aldrich Co D,L-lactic (LA) hãng Polyscience Biohringer Ingellheim, εcaprolactone (CL) hãng Sigma Chemical Co Stannous Octoate [Sn(Oct)2] hãng Sigma chemical Co  Các dung mơi hóa chất khác : Dung dịch đệm phốt phát (PBS), Chloroform, diethyl ether hóa chất cần thiết khác 2.2 Tổng hợp triblock copolymer nhạy cảm nhiệt độ PCLA-PEG-PCLA Triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA tổng hợp cách polymer hóa mở vịng D,L-lactide (LA) ε-caprolactone (CL) Phản ứng xảy khoảng nhiệt độ từ 1300C đến 1500C 12 đến 24 [5] Tổng hợp triblock copolymer sử dụng loại PEG có khối lượng phân tử khác nhau, cụ thể là: PEG có M=1500, 1750 2000 xúc tác cho phản ứng thiếc octoate (Sn(Oct)2) Thành phần khối lượng phân tử triblock copolymer kiểm soát tỷ lệ khối lượng PEG/PCLA tỷ lệ mol CL/LA Phản ứng tổng hợp triblock copolymer sau : Hình : Phản ứng tổng hợp triblock copolymer 2.3 Các phương pháp nghiên cứu, đánh giá 2.3.1 Phân tích 1H-NMR VÀ GPC [1] Phổ 1H-NMR đo máy Varian-Unity Inova 500NB 500MHz Và dùng để xác định cấu trúc phân tử thành phần triblock copolymer Khối lượng phân tử phân bố khối lượng phân tử triblock copolymer xác định phương pháp sắc Trang 91 Phụ lục Lê Văn Ty ký thấm gel ( Gel permeation chromatography ) máy Waters Model 410 với tháp Styregel 4µm nối trực tiếp với 500 đến 10Å 2.3.2 Đo độ chuyển pha Sol-Gel [1] Trạng thái chuyển pha sol-gel triblock copolymer môi trường nước xác định phương pháp thử nghiệm nghịch chuyển ( Inverting test method ) dùng ống nghiệm đường kính ống 10mm nhiệt độ khoảng 10C Block copolymer hịa tan dung dịch đệm có nồng độ cho trước 00C vòng 2-4 ngày pH mẫu điều chỉnh dung dịch NaOH (5M) dung dịch giữ cố định 00C vòng 1-2 ngày Sự chuyển pha sol-gel nhiệt độ xác định góc ngang ống nghiệm sau giữ nhiệt độ khơng đổi vịng 10 phút III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng cấu trúc triblock copolyme PCLA-PEG-PCLA Hình : Phổ 1H-NMR GPC PCLA-PEG-PCLA Khối lượng phân tử, phân bố khối lượng phân tử tỷ lệ thành phần tribock copolymer PCLA-PEG-PCLA xác định tính tốn từ phổ 1H-NMR phổ GPC Kết liệt kê bảng bên PCLA-PEG-PCLA PEG PCLA/PEG CL/LAa (Mw/Mn)c a b (Mn) (Mn) (w/w)a 1556-1500-1556 1500 2.1/1 2.0/1 1.204 1740-1500-1740 1500 2.3/1 2.0/1 1.199 1825-1500-1825 1500 2.4/1 1.9/1 1.250 1696-1750-1696 1750 1.9/1 2.3/1 1.232 2111-1750-2111 1750 2.4/1 2.0/1 1.263 2011-2000-2011 2000 2.0/1 2.0/1 1.240 2219-2000-2219 2000 2.2/1 2.0/1 1.276 2434-2000-2434 2000 2.4/1 2.0/1 1.300 a Khối lượng phân tử trung bình PCLA-PEG-PCLA tính từ phổ H-NMR b Aldrich cung cấp; c Đo GPC Trang 92 Phụ lục Lê Văn Ty 3.2 Sự chuyển pha sol-gel triblock copolymer Sự chuyển pha sol-gel triblock copolymer PCLA_PEG_PCLA dung dịch nước phụ thuộc vào hay đổi nhiệt độ môi trường Giản đồ trạng thái pha copolymer cho thấy có vùng khác tương ứng với trạng thái pha khác copolymer này: Trạng thái sol nhiệt độ nằm nhiệt độ tới hạn gel (LCGT), vùng gel vùng trạng thái có nhiệt độ nằm LCGT nhiệt độ tới hạn gel (HCGT), vùng trạng thái sol ( dạng lắng kết ) nhiệt độ tăng HCGT Hình : Sự chuyển pha sol-gel PCLA-PEG-PCLA nhiệt độ khác 3.3 Kiểm soát trạng thái chuyển pha sol-gel copolymer 3.3.1 Khối lượng phân tử PEG PCLA/PEG = 2.4/1 Hình : Giản đồ pha sol-gel PCLA-PEG-PCLA với khối lượng phân tử PEG khác Giản đồ pha sol-gel (hình 4) triblock PCLA-PEG-PCLA với khối lượng phân tử PEG khác (1500-1750-2000) cho thấy nồng độ gel tới hạn (CGC) , nhiệt độ gel tới hạn (LCGT) nhiệt độ gel tới hạn (HCGT) dung dịch copolymer Từ giản đồ pha cho thấy, cố định tỷ lệ PCLA/PEG = 2.4/1 thay đổi khối lượng phân tử PEG từ 1500 đến 2000 nồng độ gel tới hạn dung dịch copolyme thay đổi khơng, CGC nằm vào khoảng 12%wt Trong đó, nhiệt độ gel tới hạn thay đổi lượng tương đối lớn Cụ thể xét dung dịch copolyme 25%wt pH = 7.4, Khi khối lượng phân tử PEG tăng từ 1500 đến 2000 LCGT tăng từ 310C (PEG 1500) lên 400C (PEG 2000) Và HCGT tăng từ 470C (PEG 1500) lên 540C (PEG 2000) Từ kết cho thấy rằng, ta kiểm soát CGC Trang 93 Phụ lục Lê Văn Ty triblock copolyme PCLA-PEG-PCLA theo khối lượng phân tử PEG LCGT HCGT block copolyme kiểm sốt LCGT HCGT tỷ lệ thuận với khối lượng PEG 3.3.2 Tỷ lệ kỵ nước/ưa nước Từ Giản đồ pha sol-gel PCLA-PEG-PCLA ( hình 5) cho thấy khối lượng phân tử PEG giữ cố định thay đổi tỷ lệ thành phần kỵ nước/ ưa nước ( PCLA/PEG) copolyme CGT, LCGC HCGT copolyme thay đổi theo Xét PEG có khối lượng phân tử 1500, tăng tỷ lệ PCLA/PEG từ 2.1/1 lên 2.4/1 CGC giảm từ 18%wt xuống 12%wt Trong đó, khoảng nhiệt độ LCGT HCGT tăng từ 60C lên 160C, LCGT thay đổi nhiều từ 310C lên 390C HCGT lại thay đổi từ 450C lên 470 C với dung dịch copolyme 25%wt pH = 7.4 Đối với PEG 2000 xảy tương tự PEG 1500 PEG = 1500 PEG = 2000 Hình : Giản đồ pha sol-gel PCLA-PEG-PCLA với tỷ lệ PCLA/PEG khác 3.3.3 Nồng độ copolymer Khả chuyển pha sol-gel block copolyme PCLA-PEG-PCLA tăng lên theo tăng nồng độ dung dịch copolyme Từ hình cho thấy, nồng độ tăng lên từ 15%wt lên 30%wt vùng gel mở rộng thêm theo hướng LCGT giảm xuống HCGT tăng lên tăng nồng độ IV KẾT LUẬN Quá trình chuyển pha sol – gel Triblock copolymer hydrogel nhạy cảm nhiệt (PCLA-PEG-PCLA) kiểm sốt khối lượng phân tử PEG, tỷ lệ khối lượng PCLA/PEG nồng độ dung dịch copolymer Đặc biệt điều kiện môi trường thể sống ( pH = 7.4 370C ) dung dịch copolyme 25%wt Triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA ( PEG 1500) tồn trạng thái gel Khả chuyển pha sol-gel copolyme điều kiện đưa hướng ứng dụng quan trọng Y sinh việc sử dụng triblock copolymer nhạy cảm nhiệt PCLA-PEG-PCLA làm hệ thống vận chuyển phân tán dược phẩm dạng tiêm vào da Trang 94 Phụ lục Lê Văn Ty TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huỳnh Đại Phú A Study on the pH/Temperature-Sensitive Biodegradable Hydrogels for Controlled Protein and Drug Delivery Luận án tiến sĩ, Đại học Sungkyunkwan, Korea (2007) [2] Myer Kutz Handbook of Environmental Degradation of Materials Myer Kutz Associates, Inc Delmar, New York [3] Doo Sung Lee, Min Sang Kim, Huỳnh Đại Phú, Bong Sup Kim, Nguyễn Khánh Minh Patent Application Publication, US 20080293827 A1 (2008) [4] Doo Sung Lee, Bong Sup Kim, Kasala Dayananda Patent Application Publication, US 20080274190 A1 (2008) [5] Doo Sung Lee, Woo Sun Shim, You han Bae, Sun You, Sang Kim, Huỳnh Đại Phú Patent Application Publication, US 20070244259 A1 (2007) [6] Myung Seob Shim, Hyung Tak Lee, Woo Sun Shim, Insun Park, Hyunjung Lee, Taihyun Chang, Sung Wan Kim, Doo Sung Lee Poly(D,L-lactic acid-co-glycolic acid)-bpoly(ethyleneglycol)-b-poly (D,L-lactic acid-co-glycolic acid) triblock copolymer and thermoreversible phase transition in water Korea, (2001) [7] Lin Yu, Guang Tao Chang, Huan Zhang, Jiandong Ding Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol 45, (2007) Trang 95 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Văn Ty Ngày, tháng, năm sinh: 10/01/1982 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế Địa liên lạc: 27/26 Trường Chinh, Tân Thới Nhất, Q.12, Tp.HCM Điện thoại : 0906699155 Email : levanty1001@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Năm 2001 – 2005: Học tập Khoa Hoá Học – ĐH Khoa học Huế, chuyên ngành Hóa kỹ thuật Năm 2007 – nay: Học cao học khoa Công Nghệ Vật Liệu - ĐH Bách Khoa Tp HCM chuyên ngành Vật liệu Cao phân tử tổ hợp Q TRÌNH CƠNG TÁC Năm 2006 – 2008 : Làm việc công ty Mỹ nghệ Minh Nhật, Bến Cát, Bình Dương Năm 2009 – : Làm việc Công ty Cổ Phần Nhựa Sài Gòn, 242 Trần Phú, Q.5, Tp.HCM ... PEG; D, L- LACTIC VÀ ε -CAPROLACTON ĐỂ L? ?M HYDROGEL NH? ?Y CẢM NHIỆT D? ?NG TRONG Y SINH II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp polyme y sinh nh? ?y cảm nhiệt độ để l? ?m hydrogel - Kiểm tra điều khiển trọng l? ?ợng... nh? ?y cảm nhiệt của triblock copolymer Các polyester thường d? ?ng như: polylactide (PLA), polyglycolide (PGA), polycaprolactone (PCL), copolymer random poly( caprolactone-lactide) (PCLA), copolymer... loại poly(ethylene oxide)-b-poly (L- lactide-coglycolide) (PEO-P(LLA/GA)), poly(ethylene oxide)-b-poly (D, L- lactide-coglycolide) (PEO-P(DLLA/GA)), PEG-grafted chitosan Trang L? ? Văn Ty Chương 1: Tổng