I. TỔNG QUAN
1.2.3.1 Phân loại hydrogel nhạy nhiệt
Các hydrogel nhạy nhiệt được nghiên cứu đầu tiên là các polyme đáp ứng nhiệt trong nghiên cứu hệ dẫn thuốc. Các hydrogel đó có thể trương hoặc nhả trương khi có sự thay đổi nhiệt độ ở môi trường xung quanh. Chúng được phân loại thành hydrogel nhạy nhiệt dương, nhạy nhiệt âm và nhạy nhiệt thuận nghịch. Các polyme dạng hydrogel nhạy nhiệt như PNIPAM, metyl xenllulo, pluronic, tetronic, và N-vinyl caprolactam, được đặc trưng bởi nhiệt chuyển pha sol-gel phụ thuộc nhiệt độ, tương đương với nhiệt độ hòa tan giới hạn dưới (LCST), và bằng nhiệt độ chuyển pha gel-sol, Tp- nhiệt độ hòa tan giới hạn trên (UCST) tương đương với nhiệt độ hóa rắn của gel [54].
Các hydrogel nhạy nhiệt âm có một điểm LCST, chúng có thể được định nghĩa như nhiệt độ giới hạn dưới mà polyme trương trong dung dịch trong khi trên nhiệt độ đó thì polyme co lại (ngược lại với trạng thái trương). Thấp hơn điểm LCST, giới hạn entanpi, liên quan đến liên kết hydro giữa polyme và phân tử nước, giữ vai trò làm cho polyme trương. Khi nhiệt độ tăng lên cao hơn điểm LCST, giới hạn entanpi (tương tác kỵ nước) chiếm ưu thế hơn, làm cho polyme bị co lại. Hiệu quả quá trình tạo liên kết hydro phụ thuộc vào nhiệt độ âm; trên
điểm LCST, các liên kết hydro giữa các nhóm monome dư và các phân tử nước, chúng làm tăng sự phá vỡ khi tăng nhiệt độ. Mạch chính của polyme, chuỗi dài của các liên kết C-C mà chuỗi nhánh được gắn vào là kỵ nước và có xu hướng làm giảm diện tích bề mặt của chúng với các phân tử có tính phân cực cao. Nguyên nhân là do sự hình thành các khối kết hợp như hình dưới đây [55].
Hình 1.8. Mạch chính của hydrogel nhạy nhiệt
a) quá trình polyme bị trương, b) các polyme gộp lại
Khi các liên kết hydro giữa các nhóm phụ và nước xuất hiện, quá trình tập hợp lại của mạch chính sẽ tránh được vì các tương tác liên kết hydro với các phân tử nước là mạnh hơn các tương tác của mạch chính. Khi các liên kết hydro bị phá vỡ bởi nhiệt độ tăng, quá trình gộp lại diễn ra là do sự co của các hydrogel nhạy nhiệt khi nhiệt độ tăng [56].
Hydrogel nhạy nhiệt dương có nhiệt độ kết tinh giới hạn trên (UCST). Mạng lưới polyme của poly(acrylic axit) PAA và polyacrylamit (PAAm) hoặc poly(acryamit-co-butyl-metacrylat) thể hiện sự phụ thuộc vào nhiệt độ dương của quá trình trương. Các tính chất của hydrogel nhạy nhiệt PNIPA, P(NIPAM- co-AAm) và poly(NIPAM-co-N-hydroxy-metylacrylamit-co-hydroxyetyl metacrylat) được tổng hợp bằng quá trình trùng hợp oxi hóa khử đã được nghiên cứu. Hơn nữa, tính chất của PNIPAM, các hydrogel poly(NIPAM-co-2-
dimetylacrylamit), tổng hợp bằng quá trình trùng hợp gốc đã được nghiên cứu rộng hơn [57].
Các hydrogel nhạy nhiệt chứa N-acetylacrylamit-metacrylamit-N,N'-me- tylen bis-acrylamin đã được tổng hợp và mô tả trong sáng chế của N. Ohnishi và đồng sự [58]. Cụ thể, copolyme này là một polyme đa đáp ứng nhiệt, có cả một điểm UCST và một điểm LCST trong các khoảng nhiệt độ khác nhau, và đáp ứng lại nồng độ ion hydro. Theo đó, nó có thể được sử dụng hiệu quả cho quá trình tách, các hệ dẫn thuốc … Một số gel dạng nano đã được phát triển dựa trên các mạng lưới xuyên thấm của các gel PNIPAM và các hạt nano silica thích hợp. Tỷ lệ nhả thuốc hoàn toàn có thể được điểu chỉnh bằng cách thay đổi thành phần của nanogel. Các polyme ghép thu được bằng cách ghép gelatin với PNIPAM dưới bức xạ UV thu được một chất nền nuôi cấy tế bào. Hydrogel tổng hợp bằng cách trùng hợp N-alkyl-substituted (meth)acrylamit NIPAM và một monome có chứa nhóm chức N-acryloxysuccinimit với một chất tạo lưới là azobisisobutyronitril, có thể kiểm soát quá trình nhả thuốc, đáp lại sự thay đổi nhiệt độ cụ thể [59].
Các copolyme phân hủy sinh học trên cơ sở PNIPAM, polyacrylamit, polydimety-lacrylamit, hoặc copolyme khối trên cơ sở polyetylen glycol và polypropylene\ glycol được sử dụng như các chất mang thuốc, bao gồm cấu trúc mạng lưới không gian ba chiểu ở dạng polyme nhạy nhiệt được đưa ra. Copolyme ưa nước-kị nước thuận nghịch nhiệt bao gồm các đơn vị cấu trúc xuất phát từ ít nhất một monome được lựa chọn từ N-n-propylacrylamit, NIPAM và N,N-dietylacrylamit và các chất hoạt động bề mặt được tổng hợp bởi Ito [60].