Polymer dendritic có những tính chất đặc biệt, giúp cho nó ngày càng khẳng định được vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học và ứng dụng trong đời sống.
3.1. Độ hòa tan và độ nhớt
Polymer dendritic là một loại polymer có đặc điểm gồm một khung sườn dày đặc nhánh và lượng lớn những nhóm chức bên ngoài. Có thể làm biến đổi những tính chất của dendrimer bằng lượng hóa chất thích hợp để làm thay đổi những nhóm bên ngoài. Những tính chất của polymer dendritic có những điểm khác biệt quan trọng khi so sánh với những dạng thẳng [27,28].
Một trong những tính chất đó là tính tan, polymer dendritic có tính tan tốt hơn khi so sánh với polymer dạng thẳng và tính tan của nó phụ thuộc vào lượng lớn những nhóm chức bên ngoài. Người ta đã kiểm chứng sự hòa tan của nó trong dung môi tetrahydrofuran (THF) và thấy rằng sự hòa tan của dendritic polyester tốt hơn so với polyester mạch thẳng có cấu trúc tương tự [1].
Những polymer mạch thẳng thì có độ nhớt cao hơn, còn polymer dendritic thì có độ nhớt thấp hơn khi chúng được hòa tan trong dung môi (hình 1.1), vì thế polymer dendritic tan tốt hơn polymer mạch thẳng. Độ nhớt của dendrimer thấp hơn nhiều so với polymer mạch thẳng. Khi khối lượng phân tử dendrimer tăng thì độ nhớt có thể tăng đến mức cực đại ở thế hệ 3 hay 4 và sau đó giảm xuống. Trong khi đó, độ nhớt của các polymer khác thì tăng tỷ lệ với khối lượng phân tử [18].
Độ nhớt thấp cho thấy rằng dạng dendritic ít góc cạnh hơn nhờ vào dạng hình cầu của chúng .
Hình 1.1. So sánh độ nhớt (log (η)) theo trọng lượng phân tử (log M) của dạng linear, hyperbranched, dendrimer và dendrigraft [29].
Điểm đặc biệt khác của polymer dendritic là khả năng chứa bên trong cấu trúc của nó một loại nhóm phân cực, với lớp vỏ có độ phân cực khác. Chẳng hạn, bên trong cấu trúc là kỵ nước và những nhóm bên ngoài là ưa nước [4, 5, 28].
3.2. Tính đa hóa trị
Đặc tính này giúp lớp ngoài của dendrimer nhận nhóm chức khá dễ dàng, cho phép tạo thành đa nhóm chức trên bề mặt một cách linh họat. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc tạo ra sự đa tương tác với những cơ quan thụ cảm sinh học ví dụ như trong việc tạo ra thuốc trị ung thư. Với tính đa hóa trị, dendrimer được sử dụng như chất mang trong nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt tính sinh học dùng để trị bệnh đến cơ thể người.
Tính chất này cho phép tạo ra các copolymer có tính chất đặc biệt như độ nhớt, tính bền được ứng dụng để tạo ra các vật liệu khác như composite. Bằng cách thay đổi nhóm chức trên bề mặt ngoài có thể thay đổi nhiều tính chất của dendrimer (ví dụ thay đổi nhóm chức trên bề mặt ngòai có thể dẫn tới độ tan khác nhau trong các dung môi như dung môi hữu cơ, nước, hay CFC), khả năng phản ứng hóa học khác nhau...
Tính đa hóa trị còn cho phép dendrimer được ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác bằng cách tạo phức giữa kim loại và các nhóm chức trên bề mặt, tạo ra các cảm biến, khuôn đúc ở cấp độ nano, chất dẫn ion và photon và những ứng dụng trong lĩnh vực điện (như tăng cường quá trình trao đổi electron).
3.3. Cấu trúc xác định
Tính chất này có liên quan đến ứng dụng của dendrimer trong xúc tác hay tạo mô hình protein. Việc điều khiển kích thước của dendrimer được ứng dụng trong nghiên cứu sự ảnh hưởng của hóa học đến cơ thể con người vì những chất có kích thước khác nhau sẽ ảnh hưởng lên cơ thể khác nhau.
Sự ổn định (bền, khó thay đổi) của hình dáng dendrimer có nhiều ưu điểm, cho phép xác định được vị trí chính xác của những nhóm chức trên bề mặt dendrimer và các khoảng trống bên trong, điều này rất quan trọng trong ứng dụng chế tạo cảm biến và là điều kiện tiên quyết trong việc kết hợp giữa dendrimer với các phân tử khác.
Một điều ngẫu nhiên đáng nói ở đây là các thế hệ dendrimer có kích thước chuẩn rất phù hợp với các vật chất trong cơ thể. Như G4 có kích thước 40 Ao đúng
bằng kích thước của cytochrome, thế hệ G5 có kích thước 53 Ao phù hợp với hemoglobin, thế hệ G6 có kích thước 67 Ao phù hợp với phức DNA và histone. Vì lý do đó mà nó là vật liệu nano rất được chú trọng trong y học hiện nay.
Hình 27: Kích thước của dendrimer và kích thước các vật chất trong cơ thể
3.4. Tính đơn phân tán
Quá trình tổng hợp theo qui luật bậc thang tạo cho polymer có kích thước xác định và khó thay đổi với những nhóm chức xác định. Tính chất này được ứng dụng chế tạo các ‘container’ phân tử được sử dụng như khuôn đúc hoặc trong lĩnh vực điện tử. Tính đơn phân tán theo các nhà nghiên cứu là điểm khác biệt quan trọng giữa dendrimer và polymer khác.
3.5. Tính mang vác
Bên cạnh những nhóm chức trên bề mặt, bên trong dendrimer còn có rất nhiều khoảng trống có khả năng lưu trữ nhiều vật liệu như kim loại, chất hữu cơ bằng quá trình encapsule hóa hoặc bằng quá trình hấp phụ. Tính chất này tạo cho dendrimer có khả năng ứng dụng cao trong lĩnh vực dược như là chất mang các hoạt chất trị liệu vào trong cơ thể, được sử dụng như một phương tiện để bảo quản các phân tử kim loại ở cấp độ nano tránh chúng bị kết tủa, cho phép tạo ra những chất làm phân tán của một vài cái được gọi là ‘nanoreactor’. Khả năng mang vác vật liệu như thuốc nhuộm tạo ra phương thức nhuộm cho những phẩm màu polymer có bổ sung dendrimer.
Hình 28: Các hình thức vận chuyển thuốc của dendrimer: các phân tử thuốc chứa trong các hốc lỗ của dendrimer (a); nhiều phân tử dendrimer kết hợp tạo thành mạng lưới bao bọc các phân tử thuốc (b); các phân tử thuốc gắn với những nhóm ở
bề mặt bằng nối cộng hóa trị có cực (c) hay không cực (d)
3.6. Tính tương hợp sinh học của dendritic polymer
Những phân tử polymer dendritic được kết hợp chặt chẽ với những tác nhân sinh học. Yêu cầu của phân tử polymer dendritic là phải đạt được chức năng sinh học phù hợp và phải:
- Không có độc tố;
- Không có chất kháng nguyên;
- Có khả năng thấm qua màng sinh học, có khả năng vượt qua những hàng rào sinh học; chẳng hạn như ruột, mô máu, màng tế bào hay vi khuẩn;
- Có thể ở lại lưu thông trong hệ thống sinh học để đáp ứng nhu cầu điều trị khi cần thiết;
- Có thể đạt được những cấu trúc sinh học đặc biệt.
Những đặc tính sinh học như độc tố hay chất miễn dịch của phân tử polymer dendritic là do ảnh hưởng lượng lớn bởi kích thước và sự hiện diện các nhóm chức bên ngoài của phân tử polymer dendritic .
Phân tử polymer dendritic tương đối dễ thay đổi bề mặt của chúng để có những chức năng sinh học đặc biệt. Do đó, bằng cách thay đổi bề mặt phân tử polymer dendritic cho phù hợp, những đặc tính sinh học đặc biệt của chúng có thể được điều chỉnh liên tục.
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh khi dendrimer được sử dụng trong những hệ thống thì độ độc của nó thấp, trong đó dendrimer mang những nhóm chức anionic ít độc hơn những dendrimer mang nhóm chức cationic. Nó thường không ảnh hưởng hoặc nhận được ít sự phản hồi từ các kháng nguyên trong cơ thể trong quá trình sử dụng và dễ dàng đào thải ra khỏi cơ thể. Tính chất này làm cho nó phù hợp trong các ứng dụng liên quan đến dược (chất mang) hoặc trong công nghệ sinh học (chất đánh dấu). Tính tương hợp về mặt sinh học cao của dendrimer cũng là một đặc điểm quan trọng không chỉ giúp ngăn cản những phản ứng gây hại cho cơ thể mà còn giúp tìm kiếm chọn lựa cho khả năng suy biến sinh học. Dendrimer có thể được dùng để tạo ra vật liệu sinh học và được kết hợp với DNA.
Dendrimer có nhiều tiềm năng trong việc ứng dụng để nghiên cứu các phương pháp chữa bệnh, đặc biệt là cho những mục đích sinh học đặc biệt do khả năng tương hợp sinh học và tính độc thấp.
Khả năng di chuyển- khả năng vận chuyển các vật liệu gen vào bên trong tế bào: tính đa dạng về mặt cấu trúc làm cho dendrimer có thế vượt qua thành tế bào.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dendrimer trong những sản phẩm vận chuyển tế bào
‘eukariotic’ trong ống nghiệm. Tính thực tiễn của những sản phẩm này đã được chứng minh và nếu nó thực sự thành công sẽ mở ra một giai đoạn mới cho những dòng sản phẩm dựa trên dendrimer.
4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG