3.1 Kết quả giá thể composite chitosan-tinh bột
3.1.2 Ảnh hưởng của dung dịch đơng tụ đến tính chất cơ lý của giá thể
Các tính chất vật lý của giá thể được thiết kế mơ phỏng một cách lý tưởng các tính năng của chất nền ngoại bào tự nhiên để điều chỉnh chức năng tế bào. Do đó, việc kiểm sốt các đặc tính vật lý của giá thể như modulus đàn hồi và độ rỗng là những bước đầu tiên cho quá trình ứng dụng của giá thể trong các nghiên cứu sâu hơn.
3.1.2.1 Cơ tính
Dung dịch đơng tụ được sử dụng để ngâm giá thể trước khi sấy ảnh hưởng đến tính chất cơ của giá thể được thể hiện ở hình 3.4. Nhìn chung giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa ion SO42- có Young modulus cao hơn so với giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa EtOH. Tuy nhiên có một ngoại lệ nằm ở tỷ lệ 6-4, giá thể được ngâm dung dịch NaOH-EtOH có modulus 125,3 KPa cao hơn giá thể được ngâm trong NaOH-Na2SO4
105,3 KPa. Giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa ion SO42- có tỷ lệ 5/5 có cơ tính cao nhất với modulus đàn hồi đạt giá trị 171,1 KPa. Giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa EtOH có tỷ lệ 4,5/5,5 có cơ tính thấp nhất với 60,7 KPa. Theo nghiên cứu của East and Qin [70], những sợi chitosan được tạo ra từ phương pháp đông tụ-thăng hoa sử dụng dung dịch đơng tụ có NaOH-Na2SO4 có được modulus tốt nhất, East and Qin cũng giải thích rằng khi sợi chitosan được ngâm trong dung dịch NaOH-Na2SO4 có sự gia tăng lực liên kết tăng mức độ kết tinh so với chitosan đông tụ trong các dung dịch khác.
Hình 3. 4 Cơ tính của giá thể theo các tỷ lệ chitosan/tinh bột khác nhau trong các dung dịch đông tụ
3.1.2.2 Độ rỗng
Cấu trúc lỗ của chất nền ngoại bào (ví dụ, độ rỗng, khả năng liên kết giữa các lỗ và kích thước lỗ) ảnh hưởng đáng kể đến mức độ khuếch tán chất dinh dưỡng và oxy đối với sự tồn tại của tế bào cũng như loại bỏ chất thải trao đổi chất. Các nghiên cứu cho thấy các giá thể có độ rỗng khoảng 88% giúp cho sự phát triển mô xương tốt hơn [71].
Trong phương pháp đông tụ - sấy thăng hoa lỗ rỗng phụ thuộc vào tỷ lệ rắn/lỏng, và giai đoạn “hy sinh” của tinh bột tức là lượng tinh bột chưa phản ứng sẽ theo hơi nước trong quá trình sấy tạo thêm lỗ rỗng cho giá thể. Độ rỗng của giá thể được thể hiện ở hình 3.5.
ethanol đều có độ rỗng cao, từ 85,5%-89,9%. Đây là độ rỗng phù hợp trong ứng dụng thay thế mơ xương [71]. Khơng có sự chênh lệch độ rỗng nhiều giữa giá thể tạo từ 2 dung dịch khác nhau, độ chênh lệch về độ rỗng không đáng kể chỉ từ 2-3%. Tuy nhiên độ rỗng quá cao sẽ dẫn đến cơ tính của giá thể sẽ giảm, điều này được thể hiện ở giá thể EtOH theo hình 3.5 và 3.4. Do đó, phương pháp tạo giá thể bằng dung dịch đông tụ đã thoả mãn độ rỗng lý tưởng cho giá thể.
Hình 3. 5 Độ rỗng của giá thể theo các tỷ lệ chitosan/tinh bột khác nhau trong các dung dịch đông tụ
3.1.2.3 Độ trương
Tính chất trương nở của giá thể rất quan trọng đối với sự trao đổi dinh dưỡng và chất thải trong cơ thể vì nó thể hiện khả năng trao đổi chất của giá thể với mơi trường ngồi. Kết quả khảo sát độ trương của giá thể trong hai dung dịch đơng tụ được trình bày ở hình 3.6. Kết quả cho thấy độ trương của giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa Ethanolcao hơn rất nhiều so với SO4. Độ trương trong 48 giờ cao hơn trong 24 giờ. Trong 24 giờ giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa Ethanol4/6 có độ trương cao nhất với 181,2% và thấp nhất ở giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa SO42- 5/5 với 78%, trong 48 giờ cũng ghi nhận giá thể được ngâm trong NaOH-EtOH 4/6 có độ trương cao nhất 184,9% và thấp nhất ở giá thể được ngâm trong NaOH-Na2SO4 5/5. Khi tăng thời gian ngâm trong nước cất thì độ trương các giá thể tăng lên do các gốc ưa nước trong giá thể tiếp tục liên kết với H2O. Mặt khác, giá thể đông tụ bởi dung dịch kiềm chứa
sulfate, các phân tử sắp xếp lại chặt chẽ hơn, nghĩa là mức độ tinh thể hóa lại của chitosan cao hơn cho nên làm cho các phân tử nước khó tiếp xúc hơn với pha rắn của giá thể nên dẫn đến độ trương trong dung dịch sulfate thấp hơn và modul Young cao hơn [70].
Hình 3. 6 Độ trương của giá thể theo các tỷ lệ chitosan/tinh bột khác nhau trong các dung dịch đông tụ được ngâm trong nước cất 24h và 48h.
3.1.2.4 Độ phân huỷ
Mức độ phân huỷ của giá thể là một trong những đặc điểm quan trọng nhất trong việc lựa chọn và thiết kế vật liệu giá thể, độ phân huỷ đảm bảo đủ thời gian trong việc tái tạo tế bào xương. Độ phân huỷ của các tỷ lệ trong hai dung dịch đông tụ trong 7 và 14 ngày. Kết quả khảo sát mức độ phân huỷ của giá thể được trình bày ở hình 3.7 cho thấy: mức độ phân huỷ của tất cả giá thể ở 14 ngày cao hơn mức độ phân hủy của các giá thể ở 7 ngày. Ở thời gian 7 ngày, khả năng phân hủy của giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa EtOH có xu hướng cao hơn giá thể được ngâm trong NaOH-Na2SO4 ngoại trừ tỷ lệ 4,5/5,5, tuy nhiên sự chênh lệch không nhiều, và ghi nhận giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa EtOH 6/4 có độ phân huỷ cao nhất với 20,93%.
Ở thời gian 14 ngày, mức độ phân huỷ của giá thể kết tụ trong trong dung dịch kiềm chứa EtOH cao hơn giá thể kết tụ trong dung dịch kiềm chứa ion SO42- ngoại trừ giá thể được ngâm trong dung dịch NaOH-EtOH tỷ lệ 4,5/5,5 và 4/6. Giá thể được ngâm trong dung dịch kết tụ trong dung dịch kiềm chứa ion SO42- với 26,93%. Độ phân huỷ của giá
kiềm chứa EtOH có độ trương cao hơn giá thể được ngâm trong NaOH-Na2SO4 nên các gốc ưa nước của giá thể được ngâm trong dung dịch kiềm chứa EtOH tiếp tục phản ứng với nước làm cho các chuỗi dễ đứt gãy hơn.
Hình 3. 7 Độ phân huỷ của giá thể theo các tỷ lệ chitosan/tinh bột khác nhau trong các dung dịch đông tụ được ngâm trong dung dịch đệm PBS 7 ngày và 14 ngày.