3. Ý nghĩa của đề tài
1.6.2.Phương pháp tổng hợp vật liệu trên cơ sở chitin/chitosan
1.6.2.1. Phương pháp liên kết ngang nhũ tương
Phương pháp này được thực hiện nhờ khả năng phăn ứng mạnh của nhóm amin (-NH2) của phân tử chitosan với nhóm chức andehit (-CHO) của tác nhân phản ứng để tạo liên kết ngang giữa các phân tử, tạo thành sản phẩm chứa nhóm imin.
Hệ nhũ tương dầu trong nước được tạo ra bằng cách nhũ hóa dung dịch chitosan trong pha dầu sử dụng chất hoạt động bề mặt thích hợp. Kích thước hạt của sản phẩm thu được có thể điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh kích thước giọt của tác α-chitin, β-chitin và γ-chitin. nhân tạo liên kết ngang, nồng độ tác nhân khâu mạch, tốc độ khuấy… Toàn bộ quá trình tổng hợp được minh họa trên 1.5 dưới đây:
Hình 1.5. Sơ đồ tạo hạt bằng phương pháp liên kết ngang nhũ tương
Một số tác giả đã sử dụng phương pháp này để tổng hợp vật liệu nanochitosan làm chất mang thuốc dùng trong y học như: S.G.Kumbar và các cộng sự đã sử dụng
phương pháp này để điều chế chitosan ở dạng vi cầu để bọc chất diclofenac sodium…
1.6.2.2. Phương pháp tụ giọt /kết tủa (coacervation/preecipitation)
Phương pháp này được thực hiện nhờ tính tan của chitosan: tan trong môi trường axit, không tan trong môi trường kiềm, nên dung dịch bị kết tủa /tụ giọt khi tăng pH từ môi trường axit sang kiềm. Chitosan dạng hạt được tạo ra khi cho dung dịch chitosan vào môi trường kiềm như dung dịch NaOH, dung dịch NaOH/metanol dưới tác dụng của dòng khí nén. Kích thước hạt thu được phụ thuộc vào tốc độ của dòng khí nén và đường kính của vòi phun… Quy trình tổng hợp được minh họa trên hình 1.6 dưới đây:
Hình 1.6. Sơ đồ tạo hạt bằng phương pháp tụ giọt/kết tủa
Theo phương pháp này, He và các công sự đã điều chế được chitosan dạng hạt có kích thích µm sử dụng và không sử dụng tác nhân liên kết ngang ứng dụng tạo chất ngang mang và giải phóng thuốc cimetidime, famotidine và nizatidine. Sản phẩm thu được hình dạng cầu. Khi không sử dụng tác nhân tạo liên kết ngang, kích thích hạt đạt khoảng 10 µm. Tất cả các loại hạt được tạo ra đều có bề mặt tích điện dương. Ngoài ra, một số tác giả khác cũng đã được sử dụng phương pháp này để tạo ra vật liệu chitosan mang thuốc dạng µm/nm.
1.6.2.3. Phương pháp kết tụ nhũ tương (emulsion-droplet coalescence)
Đây là phương pháp tổng hợp vật liệu chitosan có kích thích nano trên cơ sở kết hợp hai phương pháp: liên kết ngang nhũ tương (emulsion cross-liking) và phương pháp kết tủa (precipitation). Tuy nhiên, ở đây thay vì việc tạo liên kết ngang giữa các giọt ổn định, kết tủa được tạo ra bằng cách trộn hợp dung dịch chitosan với dung dịch NaOH. Theo phương pháp này, một hệ nhũ tương của chitosan với chất thuốc trong dầu parafin lỏng và một hệ nhũ tương ổn định khác của chitosan với NaOH cũng được tạo ra theo phương pháp tương tự. Sau đó tiến hành trộn lẫn hai hệ này với nhau va khuấy mạnh. Trong quá trình khuấy, các hạt nhũ của hai hệ va chạm với nhau để tạo ra những hạt có kích thích nhỏ. Quy trình được minh họa ở hình 1.7 dưới đây:
1.6.2.4. Phương pháp galetin hóa ion (ionic galation)
Đây là phương pháp tạo liên kết ngang vật lý bởi tương tác tĩnh điện thay vì tạo liên kết ngang theo phương pháp hóa học, do đó tránh được độc tính mà các tác nhân gây ra. Sodium tripolyphosphat (TPP) là một polyanion có thể tương tác với polycation bởi lực tương tác tĩnh điện. Chitosan được hòa tan hoàn toàn trong dung dịch axit, ví dụ axit axetic, thu được polycation chitosan. Cho từ từ dung dich chitosan vào dung dịch polyanion TPP hoặc ngược lại, đồng thời khuấy đều. Do sự tương tác của các phần mang điện trái dấu, kết tủa được hình thành dưới dạng vi cầu. Quy trình tổng hợp được minh họa trên hình 1.8.
Hình 1.8. Sơ đồ tạo hạt bằng phương pháp galetin hóa
Theo phương pháp trên, một số tác giả đã điều chế được nano chitosan-thuốc, P.Cavlo và các công sự đã điều chế được nano Insulin-chitosan. Theo đó, nano Insulin-chitosan được tạo ra bằng cách trộn lẫn insulin với dung dịch TPP, sau đó cho toàn bộ hỗn hợp này vào dung dịch chitosan đông thời khấy đều. Chitosan có khối lượng phân tử và độ đề axetyl hóa khác nhau được sử dụng ở dạng muối clorua, tỷ lệ chitosan/TPP khoảng 6/1. Kích thích của nanochitosan – insulin thu được trong trường hợp này đạt khoảng 300-400nm, hiệu suất hấp thụ insulin đạt >50%.
1.6.2.5. Phương pháp mixen ngược (Reverse micellar)
Các mixen ngược là hỗn hợp lòng ổn định nhiệt độ động học của nước, dầu và tính chất hoạt động bề mặt. Một trong những khía cạnh quan trọng của hệ mixen ngược là sự thay đổi động học của nó. Việc tạo ra các nano polyme có kích thích thước siêu mịn và phạm vi phân bố hẹp có thể thực hiện được nhờ sử dụng môi trường mixen ngược. Các mixen có thể được sử dụng như một tác nhân phản ứng có kích thích nano. Do kích thích của mixen thường từ 1 đến 10nm, nên khả năng phân tán của chúng rất lớn, việc tạo ra các hạt nano mang thuốc trong mixen ngược sẽ cho kích thích hạt siêu mịn với phạm vi phân bố hẹp. Kích thích hạt, tính đa phân tán và sự ổn định nhiệt động học của các mixen trong hệ được duy trì nhờ cân bằng động lực học. Quy trình tổng hợp được tóm tắt như hình 1.9 dưới đây:
Hình 1.9. Sơ đồ tạo hạt bằng phương pháp mixen ngược 1.6.3. Ứng dụng của các loại vật liệu nanocchitosan
Ứng dụng trong lĩnh vực y, dược
Vật liệu nanochitosan có tính ổn định tương đối cao, vẫn duy trì được một số tính chất của chitosan ban đầu, đặc biệt do có kích thước nhỏ, bề mặt riêng lớn nên có khẳ năng hấp thụ cao. Dựa vào tính chất này, nanochitosan được sử dụng bằng chất mang, đặc biệt là làm chất mang cho các loại thuốc, ví dụ các thuốc chống ung thư.
Nanochitosan được sử dụng như một phương tiện đưa thuốc và gen trong cơ thể. Trong số các ứng dụng của công nghệ nano trong y sinh học thì ứng dụng trong ngành dược được coi là những ứng dụng lâm sàng quan trọng nhất và đã có rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực này. Các ứng dụng này sử dụng các đặc điểm đặc biệt của các hạt nano để dùng làm thuốc hoặc các thành phần của thuốc hoặc được sử dụng cho các mục đích như kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc.
Công nghệ nano có tiềm năng lớn trong việc cải thiện sinh khả dụng của thuốc (tức là tỷ lệ thuốc thực sự phát huy tác dụng dược lý so với tổng lượng thuốc được đưa vào cơ thể). Trong trường hợp này, các nang polyme có khả năng giáng sinh cho triển vọng làm tăng sinh khả dụng của thuốc.
Công nghệ mô: Đây cũng là một hướng ứng dụng đầy hứa hẹn của công nghệ nano. Hai trong số các ứng dụng đã có những thành công bước đầu có thể kể đến là ứng dụng trong tạo xương nhân tạo và da nhân tạo.
Phá hủy tế bào ung thư: Đầu tiên là ứng dụng phá hủy các khối u và tế bào ung thư ở nông, trên bề mặt da nơi các tia sáng có bước sóng gần với tia hồng ngoại có thể tới được. Trường hợp khối u ở sâu nơi tia sáng hồng ngoại gần không tới được thì người ta chế tạo các hạt Au kích thước nano có hoạt tính phóng xạ. Các hạt vàng đồng vị phóng xạ này được gắn vào các phân tử dẫn đường sẽ tiếp cận các tề bào ung thư và thâm nhập vào khối u, từ đó tiêu diệt khối u theo phương thức phá hủy từ bên trong ra.
Ứng dụng trong nông nghiệp
Trong nông nghiệp, các loại nanochitosan được sử dụng làm chất kích thích sinh trưởng đối với cây trồng. Các nghiên cứu thử nghiệm về khả năng kích thích sinh trưởng của các loại vật liệu nanochitosan – là chitosan có khối lượng phân tử khác nhau, đặc biệt dạng tan trong nước, hoặc dạng bột trộn lẫn các chất dinh dưỡng khác đã được tiến hành và bước đầu thu được các kết quả khả quan.
Ngoài ra, các loại vật liệu trên cơ sở nanochitosan còn được sử dụng làm chất bảo quản nông sản do tính chất kháng khuẩn cao của chitin/chitosan. Những năm gần đây, chitin/chitosan và các sản phẩm biến tính được quan tâm ứng dụng nhiều
trong việc bảo quản nhiều loại quả sau khi thu hoạt như cam, chanh, cà chua, chuối, dâu tây, vải, táo… đã thu được kết quả khả quan.
Ứng dụng vật liệu nanochitosan trong các lĩnh vực hóa học và đời sống
Các vật liệu nanochitosan và các dẫn xuất của nó là những chất có khả năng hấp phụ các cation kim loại nên có thể dùng làm vật liệu hấp phụ để tách các cation kim loại, ví dụ ion Co2+. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các loại mang không độc chế tạo từ polyme sinh học được dùng với chức năng như một rào chắn đối với hơi ẩm, oxy, hương vị và dầu do đó làm cải thiện chất lượng thực phẩm và làm tăng hạn sử dụng của thực phẩm. Hơn nữa, các màng polyme sinh học còn có vai trò như là một chất mang cho việc phối trộn các loại phụ gia như là chất chống oxy hóa, tác nhân kháng nấm, kháng khuẩn, chất màu và các chất dinh dưỡng khác… Đặc biệt, các màng kháng khuẩn có nguồn gốc polyme sinh học rất được ngành công nghiệp thực phẩm quan tâm ứng dụng đối với hàng loạt các thực phẩm như thịt, cá, gia cầm, ngũ cốc, phô mai, hoa quả và các loại rau củ…
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất, thiết bi, dụng cụ thí nghiệm
2.1.1. Hóa chất
Các hóa chất được sử dụng trong đề tài nghiên cứu này là các hóa chất tinh khiết phân tích, gồm:
- Chitosan
- Sodium tripolyphotphat (TPP), Trung Quốc - NaOH 96%, Trug Quốc
- CH3COOH 99,5%, Trung Quốc
- Vitamin C (acid ascorbic), Trung Quốc - H2SO4, hồ tinh bột, KI, I2…
2.1.2. Thiết bi, dụng cụ thí nghiệm
Máy khuấy từ, ,máy ly tâm ống lớn, máy sấy, tủ lạnh, máy đo phổ hồng ngoại (IR), kính hiển vi điện tử quét (SEM).
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Nghiên cứu chế tạo hạt nano chitosan
Có nhiều phương pháp để chế tạo vật liệu nano chitosan, nhưng sử dụng phương pháp tạo gel ion (tạo nối ngang ion) với tác chất tripoliphosphate (TPP) được xem là phương pháp an toàn, tiết kiệm và có hiệu quả cao. Quy trình này được thực hiện bằng cách:
Nhỏ từ từ dung dịch TPP 0.25 % vào dung dịch chitosan 0.5 %, hỗn hợp được khuấy liên tục với tốc độ mạnh, trong vòng 2 giờ bằng máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng. Dung dịch phản ứng chuyển từ màu vàng nhạt sang màu trắng đục, dự đoán có sự hình thành dung dịch nano chitosan. Dung dịch nano chitosan được lưu giữ ở 50C trong tủ lạnh.
Khảo sát và đánh giá các đặc tính lý hóa của nano chitosan dựa trên các phương pháp phân tích lý hóa lý như FT-IR, SEM.
Tỉ lệ khối lượng chitosan/TPP ảnh hưởng đến kích thước hạt nano chitosan tạo thành.
Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng chitosan/TPP
Quá trình tổng hợp nano chitosan được tiến hành như mục 2.2.1 với nồng độ dung dịch chitosan, nồng độ dung dịch TPP, điều kiện khuấy từ được giữ nguyên. Thay đổi tỉ lệ khối lượng chitosan/TPP lần lượt là 6:1, 5:1, 4:1, 3:1.
2.2.2. Nghiên cứu thử nghiệm vitamin C được bao giữ trong hệ nano chitosan
Trong quá trình tổng hợp nano chitosan được tiến hành như trên (mục 2.2.1), bổ sung đồng thời dung dịch vitamin C vào hệ, với nồng độ dung dịch chitosan, nồng độ dung dịch TPP, điều kiện khuấy từ được giữ nguyên. Dung dịch sau khi khuấy được ly tâm với tốc độ 1500 vòng/phút, trong vòng 30 phút. Phần dịch lọc thu được tiến hành đánh giá khả năng hấp thụ vitamin C của vật liệu nano chitosan. Phần chất rắn thu được tiến hành đánh giá khả năng phóng thích vitamin C khi được bao giữ trong hệ nano chistosan.
Nồng độ vitamin C, tỉ lệ khối lượng chitosan/TPP ảnh hưởng đến khả năng bao bọc và phóng thích vitamin C của vật liệu nano chitosan.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu chế tạo hạt nano chitosan
Để điều chế hạt nano chitosan, chúng tôi tiến hành thí nghiệm như trên (mục 2.2.1) như sau:
Cân 0.5 gam chitosan rồi pha trong 100 ml dung dịch CH3COOH 1.5%, thu được dung dịch chitosan nồng độ 0.5% (m/v), trung hòa dung dịch đến pH=5 bằng dung dịch NaOH 10 M.
Cân 0.25 gam TPP rồi pha trong 100 ml nước cất, thu được dung dịch TPP 0.25% (m/v).
Lấy 30 ml dung dịch chitosan 0.5 % (m/v) cho vào cốc, đặt trên máy khuấy từ. Nhỏ từ từ dung dịch TPP 0.25 % (m/v) vào dung dịch trên, khuấy mạnh liên tục trong vòng 2 giờ, ở nhiệt độ phòng. Kết thúc thí nghiệm, nhận thấy dung dịch chuyển từ màu vàng nhạt (màu của dung dịch chitosan trong axit) sang màu trắng đục, điều này được dự đoán có thể có sự hình thành hạt nano chitosan. Dung dịch thu được bảo quản trong tủ lạnh ở 5 0C.
Để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng chitosan/TPP đến quá trình tạo nano chitosan, chúng tôi tiến hành thí nghiệm tương tự, giữ nguyên nồng độ dung dịch chitosan 0.5%, nồng độ dung dịch TPP 0.25%, cũng như thời gian khuấy và tốc độ khuấy không thay đổi. Thể tích dung dịch chitosan được cố định là 30 ml, các thể tích dung dịch TPP ứng với các tỉ lệ khối lượng chitosan/TPP 6:1, 5:1, 4:1, 3:1 lần lượt là 10 ml, 12ml, 15 ml và 20 ml.
Đặc trưng của vật liệu thu được xác định bằng phương pháp phân tích FT-IR. Liên kết giữa chitosan và TPP cũng như hình thái vật liệu nano chitosan được xác định thông qua ảnh chụp SEM. Kết quả thu được như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.1. Phổ FT-IR
Phân tích phổ FT-IR của chitosan, nano chitosan nhằm xác định sự biến đổi nhóm chức khi hình thành hạt nano. Kết quả đo phổ được trình bày như hình 3.1 và hình 3.2:
Hình 3.1. Phổ FT-IR của chitosan
Đối với phổ của chitosan, trên phổ đo xuất hiện các pic tại 3440.32 cm-1, 1579.35 cm-1 đặc trưng cho các nhóm –OH và –NH2 tương ứng. Ngoài ra, còn có dao động của các nhóm amit bậc 2 ở 1653.14 cm-1.
Đối với phổ của nano chitosan, có sự hiện diện của mũi 1000.05 cm-1 và 1041.96 cm-1, tương ứng dao động của nhóm P-O-P và nhóm P-OH, đồng thời mũi 1579.35 cm-1 biến mất. Do đó, có thể kết luận nhóm –NH2 của chitosan đã tham gia tạo nối ngang với TPP trong sản phẩm nano chitosan.
3.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng chitosan/TPP đến khả năng tạo hạt nano chitosan chitosan
Tỉ lệ chitosan/TPP là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kích thước hạt nanochiotsan. Nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng chitosan/TPP đã đưa ra các kết luận khác nhau.
Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các tỉ lệ chitosan/TPP đến kích thước và phân bố hạt nano chitosan lần lượt là 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, với mục đích tìm ra tỉ lệ chitosan/TPP có kích thước nhỏ để tăng khả năng hấp phụ thuốc.
Theo quan sát, khi nhỏ từ từ dung dịch TPP vào dung dịch chitosan, dung dịch huyền phù nano chitosan trở nên càng trắng đục khi tỉ lệ chitosan/TPP giảm từ 6:1 đến 3:1. Sau 2 ngày bảo quản trong tủ lạnh, các dung dịch này bắt đầu bị tách lớp (với tỉ lệ 3:1, 4:1, 5:1) . Tuy nhiên, ở tỉ lệ chitosan/TPP là 6:1, nhận thấy dung dịch không bị tách lớp và màu trắng đục nhạt hơn so với dung dịch khác, khả năng hạt nano tạo thành có kích thước nhỏ hơn.
Hình 3.3. Các mẫu trong thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng chitosan/TPP đến quá trình tổng hợp nano chitosan lần lượt là 6:1, 5:1, 4:1, 3:1 (từ
Chitosan được hòa tan trong acid acetic tạo polycation chitosan (-NH3+). TPP
là một polyanion, có thể gây tương tác tĩnh điện với polycation chitosan (hình 3.4 và hình 3.5). Kết quả là kết tủa được hình thành dưới dạng vi cầu, điều này được thể hiện qua kết quả chụp SEM của hạt nano chitosan (hình 3.6).
Khả năng tạo gel của chitosan và TPP liên quan đến sự hình thành nối ngang