2.1 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng chitosan đến khả năng tạo hạt
38
Các ion dương NH3+ trong phân tử chitosan có thể liên kết với các nhóm tích điện âm trong dung dịch kiềm để tạo thành cấu trúc khâu mạch trong cùng một mạch phân tử hay giữa các phân tử chitosan. Phụ thuộc vào hàm lượng chitosan trong dung dịch, nồng độ chất khâu mạch ion, pH dung dịch và thời gian khâu mạch, các hạt chitosan có hình dáng và kích thước khác nhau có thể được tạo ra. Các dung dịch chitosan khác nhau đã được nhỏ giọt vào dung dịch sTPP 2% ở pH 8.5 trên máy khuấy từ đang khuấy với tốc độ 100 vòng phút, để tạo hạt trong thời gian 4 giờ. Hạt chitosan hình thành được lọc, rửa sạch, để khô tự nhiên và hình dạng bên ngoài của các loại hạt chitosan khác nhau được thể hiện trên hình 14.
Phụ thuộc vào nồng độ dung dịch chitosan, hình dạng các hạt cườm chitosan tạo được sẽ khác nhau. Có thể thấy rằng các hạt có cấu trúc cầu khá đồng nhất đạt được từ dung dịch F3, trong khi các hạt tạo được từ công thức chitosan có hàm lượng thấp (F1 và F2) có kích thước tương đối lớn và không bền. Điều này có thể là do tỷ lệ thấp của chitosan so với chất khâu mạch ion đã làm tăng số điểm khâu mạch. Hơn nữa, khâu mạch trong cùng một phân tử chitosan cũng có thể xảy ra trong dung
Hình 14. Hình thái hạt chitosan khâu mạch ion tạo được trong dung dịch sTPP từ dung dịch chitosan 1% (F1); 1,5% (F2); 2% (F3); 2,5% (F4) và 3% (F5)
39
dịch loãng, kết quả hình thành các hạt có cấu trúc không ổn định tuy kích thước lớn hơn. Khi nồng độ dung dịch tăng lên, các hạt tạo ra có kích thước đều và ổn định hơn (F3). Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng nồng độ dung dịch chitosan, độ nhớt dung dịch sẽ trở nên lớn hơn dẫn đến hình thành hạt có hình dạng thuôn dài và có thể có đuôi (F4 và F5). Điều này có thể là do phần dung dịch chitosan tiếp xúc với sTPP ban đầu đã hình thành cấu trúc khâu mạch ion nhanh hơn phần sau nên hạt không giữ được hình cầu đồng nhất. Từ kết quả này, chúng tôi đã lựa chọn chitosan 2% làm dung dịch chuẩn để tạo hạt chitsosan.
2.2 Ảnh hƣởng của nồng độ chất khâu mạch ion sTPP đến hình dáng và kích thƣớc hạt
Trong môi trường dung dịch, do bản chất phân ly, các phân tử sTPP thủy phân và giải phóng các ion hydroxyl OH. Do đó, trong dung dịch sTPP đồng thời tồn tại cả ion OH và ion P3O5 có thể cạnh tranh phản ứng với nhóm NH3+ của chitosan. Là tác nhân khâu mạch ion,
sTPP có thể là cầu nối liên kết với các cation NH3+ của phân tử chitosan, tạo thành cấu trúc hạt cườm khâu mạch ion. Như có thể thấy trên hình 15, trong môi trường có nước, chitosan có thể mất proton tại vị trí cation NH3+ cũng như liên kết ion với sTPP thành cấu trúc không gian, nghĩa là nếu nồng độ sTPP quá thấp, các nhóm hydroxyl sẽ cạnh tranh với sTPP để khử
proton hóa chitosan ngăn cản việc khâu mạch ion. Kết quả là hạt tạo được có kích thước lớn và không bền, trương nước cao ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng chúng. Hơn nữa, vì mỗi phân tử sTPP có thể liên kết với 2 nhóm amin của các phân tử
Hình 15. Cơ chế tương tác giữa chitosan với sTPP môi trường có nước [14]
40
Hình 16. Kích thước hạt chitosan thu được
chitosan khác nhau hoặc trên chính một phân tử chitosan, nên cấu trúc khâu mạch ion không thật bền ảnh hưởng tới hiệu quả hấp phụ của các nhóm chức cũng như khả năng giải hấp.
Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ sTPP lên hình dáng và kích thước hạt chitosan, dung dịch chitosan 2% đã được nhỏ giọt với cùng tốc độ vào các dung dịch sTPP có nồng độ từ 1-5 % trên máy khuấy từ và kích thước hạt tạo thành được xác định sau khi đã làm khô bằng cách đo trực tiếp mẫu đại diện. Đường kính hạt tạo được chính là giá trị trung bình của đường kính hạt đo được bằng thước kẹp. Bảng 5 chỉ ra sự phụ thuộc kích thước hạt theo nồng độ chất khâu mạch và thời gian tạo hạt.
Bảng 5. Kích thước hạt chitosan khâu mạch ion theo hàm lượng chất khâu mạch
Có thể thấy rằng kích thước hạt giảm xuống khi nồng độ sTPP tăng lên. Khi hàm lượng chất khâu mạch quá thấp, số lượng điểm khâu mạch thấp làm cho cấu trúc khâu mạch lỏng lẻo với nhiều điểm rỗng trong hạt. Việc tăng hàm lượng chất khâu mạch làm tăng sự có mặt của các ion trái dấu sTPP trong quá trình tạo hạt, hình thành cấu trúc mạng
chặt chẽ hơn với nhiều điểm khâu mạch hơn 41. Quá trình tạo gel
Công thức mẫu Nồng độ sTPP (%) Thời gian khâu mạch (giờ) Đƣờng kính trung bình hạt tạo đƣợc (mm) C1 1 4 2,1921 0,0052 C2 2 4 2,1614 0,0036 C3 3 4 2,1568 0,0027 C4 4 4 2,1523 0,0034 C5 5 4 2,1455 0,0039 C6 5 6 2,1454 0,0042 C7 5 12 2,1328 0,0036
41
tiếp theo của chitosan theo thời gian cũng làm giảm kích thước hạt.
Kết quả bảng 5 cho thấy kích thước hạt tạo thành trong dung dịch sTPP có nồng độ trên 2% thay đổi không đáng kể, vì vậy dung dịch sTPP 2% và thời gian khâu mạch 4 giờ đã được chọn để tạo hạt chitosan khâu mạch cho các nghiên cứu tiếp theo. Hình ảnh hạt chitosan khô được trình bày trên hình 16. Có thể thấy hạt khâu mạch ion không thật tròn đều, phản ánh tính bền cơ học và hóa học không cao.