3.2. CHẾ TẠO CHITOSAN KHỐI LƢỢNG PHÂN TỬ THẤP
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ/ liều xạ đến sự suy giảm khối lượng phân tử
Liều xạ (kGy)
KLPT, kDa
γCo60/H2O γCo60/H2O2 1% γCo60/H2O2 3% γCo60/H2O2 5%
5 88 59 49 45
10 86 45 39 35
15 84 39 36 32
20 83 38 36 30
Hình 3.3. Sự suy giảm KLPT của CTS trương trong nước và trong dung dịch H2O2 theo liều xạ
KLPT của CTS cắt mạch suy giảm theo thời gian đƣợc trình bày trên bảng 3.2.
Sự phụ thuộc KLPT theo liều xạ đƣợc thể hiện trên hình 3.3. Kết quả cho thấy
26 KLPT của CTS giảm khi tăng liều xạ và nồng độ H2O2. Hình 3.3 cho thấy KLPT CTS giảm mạnh trong khoảng liều xạ từ 0 đến 7 kGy cho cả ba nồng độ H2O2 sử dụng. Sau đó sự suy giảm KLPT chậm dần đến 20 kGy. Trong khi đó, KLPT của mẫu CTS chiếu xạ ở dạng trương trong nước giảm không đáng kể. Điều ngạc nhiên là CTS trương trong nước bị giảm cấp bằng chiếu xạ ở mức độ thấp hơn so với CTS ở dạng bột, hiệu suất cắt mạch bức xạ (HSCMBX, Gs) khoảng 0,021 μmol/J (bảng 3.3). Giá trị này nhỏ hơn khoảng 60 lần so với HSCMBX của CTS ở dạng bột (Gs = 1,36 μmol/J) [50], [47]. Nguyên nhân có thể là do đối với CTS trương trong nước quá trình cắt mạch bức xạ xảy ra đồng thời với quá trình khâu mạch bức xạ [54] nhưng với mức độ khác nhau dẫn đến sự suy giảm KLPT trong trường hợp này không thật sự chiếm ưu thế. Vì vậy, nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của nước lên sự giảm cấp bức xạ nên được tiến hành trong thời gian tới.
Hình 3.3 cũng cho thấy nồng độ H2O2 càng cao mức độ cắt mạch xảy ra càng mạnh. Điều này có thể giải thích là do hiệu ứng giảm cấp đồng vận xảy ra khi chiếu xạ CTS có mặt H2O2 [15], [28], [13]. Cơ chế hiệu ứng đồng vận giảm cấp CTS gây ra bởi tia γCo60 và H2O2 đƣợc mô tả chi tiết trong nghiên cứu của Kang [28], Duy [13] và các cộng sự. Theo cơ chế này CTS đƣợc cắt mạch hiệu quả bằng kết hợp đồng vận (tia γCo60 và H2O2) là do có sự phân li bức xạ của nước và H2O2
dưới tác dụng của tia γCo60 hình thành gốc tự do hydroxyl (•OH) có tính oxy hóa mạnh làm tăng hiệu quả cắt mạch CTS. Cơ chế phân li bức xạ của H2O2 và nước tạo ra electron solvat (e-aq) và gốc hydroxyl •OH đƣợc Ulanski và cộng sự (2000) đề xuất [51]:
γ ray - • • +
2 aq 2 2 2 3
γ ray •
2 2
H O e , H , OH, H O , H , H O (3.1)
H O 2 OH (3.2)
Trong quá trình chiếu xạ e-aq và H• có thể phản ứng với H2O2 để tiếp tục tạo ra gốc hydroxyl •OH:
27
- • -
aq 2 2
• •
2 2 2
e + H O OH + OH (3.3)
H + H O OH + H O (3.4)
Cũng theo Ulanski và cộng sự [51], gốc •OH bắt hydro, làm đứt liên kết C – H hình thành gốc cacbohydrat R• dẫn đến liên kết glycosit bị cắt, tạo thành phân tử CTS có KLPT thấp hơn. Tóm lại, gốc •OH sinh ra do sự phân ly của nước và H2O2 là tác nhân chính gây ra quá trình cắt mạch của CTS trong dung dịch cũng nhƣ ở dạng trương.
Hiệu suất cắt mạch bức xạ (Gs) là đại lƣợng dùng để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng năng lượng bức xạ. Giả sử CTS trương trong H2O2 như là một dung dịch thì Gs có thể tính theo phương trình:
(1/Mw – 1/Mw0) = Gs×D×d×1000/2×C (3.5) [13]
Trong đó, Mw0, Mw lần lƣợt là KLPT của CTS ban đầu và CTS cắt mạch, D là liều xạ (kGy), d là khối lƣợng riêng dung dịch CTS (g/ml), C là nồng độ dung dịch CTS (g/l) và Gs (mol/J) là hiệu suất cắt mạch bức xạ.
Bảng 3.3. HSCMBX Gs theo liều xạ ở những nồng độ H2O2 khác nhau
Liều xạ, kGy Gs, (μmol/J)
γCo60/H2O γCo60/H2O2 1% γCo60/H2O2 3% γCo60/H2O2 5%
5 0,031 0,405 0,636 0,741
10 0,024 0,379 0,493 0,591
15 0,022 0,329 0,377 0,454
20 0,019 0,258 0,296 0,375
Giá trị tính Gs đƣợc trình bày trên bảng 3.3. Kết quả cho thấy Gs của CTS ở trạng thái trương trong nước từ 0,02 – 0,03 μmol/J, giá trị trung bình trong khoảng liều từ 0 – 20 kGy là Gs = 0,024 ± 0,008 μmol/J. Giá trị này nếu tính theo phương pháp đồ thị dựa vào độ dốc của đường thẳng trên hình 3.4 theo phương trình (3.5)
28 là 0,0211 μmol/J. Trong khi đó HSCMBX Gs ở trạng thái trương trong H2O2 có giá trị cao hơn rất nhiều từ 0,26 – 0,74 μmol/J. Điều này chứng tỏ khi có mặt H2O2 đã làm gia tăng HSCMBX lên ít nhất 10 lần. Hằng số tốc độ phản ứng (HSTĐPƢ) cắt mạch k = 1,07×10-5 kGy-1. Giá trị này thấp hơn so với HSTĐPƢ cắt mạch ở dạng rắn do Tahtat và cộng sự công bố (k = 2,1×10-5 kGy-1) [45]. Điều này chứng tỏ nước liên kết trong CTS có ảnh hưởng đến quá trình cắt mạch bức xạ như chúng tôi đã đề cập ở phần trên.
Hình 3.4. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS ( ĐĐA ~ 91,3%) cắt mạch ở dạng trương nước theo liều xạ
Kết quả trong bảng 3.3 cũng cho thấy ở cùng một liều xạ, nồng độ H2O2 càng cao HSCMBX càng lớn. Ở cùng một nồng độ H2O2 HSCMBX càng giảm khi tăng liều xạ. Duy và cộng sự (2011) [13] nghiên cứu sự giảm cấp đồng vận của CTS bằng chiếu xạ dung dịch CTS 3% chứa H2O2 ở các nồng độ khác nhau là 0; 0,25;
0,5; và 1%. Kết quả cũng cho thấy nồng độ H2O2 càng cao HSCMBX thu đƣợc càng lớn. Cụ thể, ở cùng liều xạ 12 kGy, Gs thu đƣợc là 0,08; 0,55; 0,70 và 1,04 μmol/J tương ứng với nồng độ H2O2 lần lượt là 0; 0,25; 0,5 và 1%. Duy và cộng sự cũng ghi nhận đƣợc giá trị Gs giảm dần khi tăng liều xạ. Nguyên nhân theo chúng tôi là do hầu hết H2O2 bị phân hủy ở liều thấp hơn 10 kGy nên lƣợng gốc tự do
29 sinh ra từ sự phân ly bức xạ H2O2 cũng giảm đi khi tăng liều xạ. Do đó, liều xạ càng cao Gs thu được càng giảm. Vì vậy, phương trình (3.5) có thể chỉ phù hợp để tính Gs một cách biểu kiến cho quá trình cắt mạch bức xạ CTS có chứa H2O2 vì phản ứng cắt mạch bức xạ trong trường hợp này xảy ra theo bậc hỗn hợp giữa bậc 1 và bậc 2 [51]. Nhƣ vậy, sự có mặt của H2O2 trong quá trình chiếu xạ có thể làm gia tăng đáng kể HSCMBX, tiêu biểu là ở trạng thái trương. Vì vậy, giảm cấp CTS ở trạng thái trương với dung dịch H2O2 bằng chiếu xạ ở liều thấp là rất có triển vọng để áp dụng với quy mô lớn.