Kết quả đo độ trương nở của màng polyme sinh học PVA/Tinh bột/Glyxerin(tỷ lệ PVA/TB/GL= 80/20/30PTL), sử dụng glutaraldehyt làm tác nhân tạo lưới ở các hàm lượng: 0,3% theo tổng khối lượng PVA+TB sau thời gian từ 1 ngày đến 35 ngày ngâm trong nước được biểu diễn trong bảng 3.15.
Bảng 3.15 Ảnh hưởng của thời gian đến độ trương của màng PVA/TB
STT Thời gian
[ngày]
Độ trương của màng PVA xơ, %
Độ trương của màng PVA biến tính tinh
bột, % Tg1 1 128,5 197,5 Tg2 5 130,2 255,9 Tg3 10 132,8 268,6 Tg4 15 133,9 267,5 Tg5 20 134,3 269,8 Tg6 25 134,8 269,2 Tg7 30 135,5 269,9 Tg8 35 136,8 269,5
Từ kết quả bảng 3.15 cho thấy: khi thời gian ngâm mẫu tăng từ 1 đến 35 ngày, độ trương của màng PVA tăng nhẹ từ 128,5% lên 136,8% (tăng khoảng 6,5%). Độ trương của màng PVA biến tính tinh bột thay đổi như sau: khi ngâm từ 1 đến 10 ngày, độ trương của màng PVA/TB tăng từ 197,5% lên 268,6% (tăng 51,2%). Khi tiếp tục tăng thời gian ngâm mẫu từ 10 lên 35 ngày, độ trương của màng polyme PVA/TB lại có xu
3.3.5.4 Mối liên hệ giữa môi trường pH và độ trương của màng PVA/TB
Màng cắt theo kích thước tiêu chuẩn hình chữ nhật 1x12cm, được ngâm trực tiếp trong dung dịch pH = 3,5, 7, 9 ở nhiệt độ phòng 30oC, trong 72 giờ. Mẫu sau khi trương được sấy khô ở 37oC hút chân không đến khối lượng không đổi. Độ trương cân bằng được trình bày trong hình 3.22.
Hình 3.22 Độ trương của màng PVA biến tính tinh bột theo môi trường pH
Từ hình 3.22 cho thấy: độ trương của mẫu PVA/TB tăng dần từ 175,5% đến 214% ứng với giá trị pH từ 3 đến 11. Trong môi trường kiềm độ trương của vật liệu PVA/TB cao hơn trong môi trường axit. Ở dung dịch có pH=9 độ trương của mẫu màng PVA/TB đạt được giá trị cao là 212,5%. Thí nghiệm tương tự tại 3 nhiệt độ khác nhau, sử dụng themostat để điều chỉnh nhiệt độ. Kết quả cho thấy: tại cùng một môi trường pH, khi nhiệt độ tăng lên cũng làm khả năng trương của mẫu tăng theo.
3.4. SỰ THỦY PHÂN INVITRO CỦA MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT3.4.1. Sự thay đổi tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột 3.4.1. Sự thay đổi tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột
Các mẫu màng PVA/TB được ngâm trong môi trường invitro (đã trình bày trong mục 2.6.2) trong các khoảng thời gian 2, 4, 6, .., 12 tuần, rồi sấy khô đến khối lượng không đổi. Kết quả đo tính chất cơ lý của màng PVA/TB được trình bày trong bảng 3.16.
Bảng 3.16 Sự thay đổi tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột
Tên mẫu
Thời gian ngâm mẫu trong nước, [tuần]
Độ bền kéo, [MPa] Độ dãn dài, [%] Độ bền kháng thủng, MPa] TC1 0 29,5 520,9 54,8 TC2 2 28,8 499,7 48,9 TC3 4 27,6 435,6 43,5 TC4 6 26,5 356,9 39,2 TC5 8 24,5 294,6 35,5 TC6 10 23,4 231,8 28,1 TC7 12 22,9 198,7 24,6
Từ bảng 3.16 cho thấy: tính chất cơ lý của màng PVA/TB giảm dần khi thời gian ngâm mẫu trong nước tăng lên. Cụ thể là: khi thời gian ngâm mẫu tăng từ 0 tuần lên 12 tuần độ bền kéo giảm từ 29,5MPa xuống 22,9 MPa; độ bền kháng thủng giảm từ 54,8MPa giảm xuống còn 24,6 MPa; độ dãn dài giảm từ 520,9% xuống còn 198,7%. Điều này xảy ra là do mẫu màng PVA/TB bị thủy phân làm đứt các liên kết mạch đại phân tử nên tính chất cơ lý của màng PVA/TB bị giảm dần.
3.4.2. Sự thay đổi pH môi trường của màng PVA/TB theo thời gian ngâm mẫu
Các mẫu có kích thước tiêu chuẩn, được ngâm trong môi trường phân hủy invitro có pH ban đầu là 7,4. Theo thời gian định kỳ 2 tuần một lần tiến hành đo lại để xác định pH.
Hình 3.23 biểu diễn sự thay đổi độ pH của môi trường pH ngâm màng PVA và màng PVA/TB theo thời gian, cho thấy: khi ngâm mẫu từ 0 đến 12 tuần, độ pH môi trường của màng PVA tăng dần từ 7,40 lên 8,8; nhưng độ pH môi trường của màng PVA/TB lại giảm từ 7,40 xuống còn 5,58. Tốc độ thay đổi môi trường pH của hai màng xảy ra nhanh ứng với khoảng thời gian từ 2 đến 8 tuần.Sự thay đổi pH của môi trường phân hủy của màng PVA là do sự thủy phân của màng sinh ra các loại ancol phân tử thấp. Còn sự thay đổi pH của môi trường phân hủy của màng PVA/TB là do sự thủy phân làm đứt các liên kết ngang giữa GA khâu mạchPVA với tinh bột tạo các loại axit hữu cơ thấp phân tử nên độ pH giảm dần.
3.4.3.Xác định sản phẩm của sự phân hủy thủy phân
Sản phẩm phân hủy hình thành trong suốt quá trình phân hủy thủy phân của của vật liệu trong dung dịch muối đệm được xác định bằng sắc ký khí. Các hợp chất tạo ra từ sự phân hủy của polyme được xác định bằng cách so sánh với thư viện phổ và các mẫu thử chuẩn. Hình 3.24 chỉ ra giản đồ sắc ký khí của sản phẩm thủy phân của vật liệu hình thành sau 40 ngày.
Hình 3.24 Phổ GC sản phẩm phân hủy của màng PVA/TB sau 40 ngày
Kết quả phân tích sản phẩm phân hủy hình 3.24 cho thấy các hợp chất khối lượng phân tử thấp hình thành trong suốt quá trình phân hủy thủy phân, so sánh với phổ chuẩn các chất thấp phân tử chủ yếu là etanol (có đỉnh píc tại 9,18 phút; 9,607 phút), nước (có đỉnh píc tại 4,084 phút;), cacbonyl, cacbon dioxit ( có đỉnh píc tại 10,452 phút; 10,852 phút),... Sự nghiên cứu và xác định sản phẩm phân hủy là rất quan trọng, cho phép dự báo khả năng phân hủy và tính tương hợp sinh học của màng PVA biến tính tinh bột.
3.4.4. Độ tổn hao khối lượng của màng PVA biến tính tinh bột
Mẫu màng có hình chữ nhật, kích thước 1 x 12 cm với độ dày 1mm, được ngâm mẫu vào nước cất và để ở điều kiện phòng. Sau một thời gian nhất định mẫu được lấy ra lau khô nước bằng vải bông sạch, sấy khô, cân mẫu trên cân phân tích để xác định khối lượng. Kết quả đo độ tổn hao khối lượng của màng PVA/TB được trình bày trong hình 3.25.
Hình 3.25 Độ tổn hao khối lượng của màng PVA biến tính tinh bột theo thời gian.
Từ hình 3.25 cho thấy: Khi thời gian ngâm mẫu màng PVA/TB trong nước tăng từ 0 đến 60 ngày, độ tổn hao khối lượng tăng từ 0 lên 28,5%. Độ tổn hao khối lượng của màng tăng nhanh trong khoảng 45 ngày, sau đó tăng chậm dần là do các mạch polyme cấu trúc lưới thưa bị phân hủy trước, cuối cùng còn lại phần polyme lưới đặc sít khó phân hủy hoặc rất chậm.
3.4.5. Xác định cấu trúc hình thái bề mặt bằng chụp ảnh SEM.
Đã tiến hành chụp ảnh SEM để xác định cấu trúc hình thái bề mặt phân huỷ của màng PVA/TB ban đầu và màng PVA/TB ngâm trong nước sau 1 tháng, kết quả được ghi lại trên hình 3.26 và hình 3.27.
Kết quả từ hình 3.26 và hình 3.27 cho thấy: bề mặt của màng PVA biến tính tinh bột bằng phẳng chứng tỏ tại thời điểm ban đầu vật liệu PVA/TB chưa bị phân huỷ. Sau 1 tháng ngâm mẫu màng trong môi trường nước ta thấy trên bề mặt màng PVA/TB bề mặt bị biến đổi mạnh. Điều này chứng tỏ trên bề mặt PVA biến tính tinh bột đã bị hòa tan một phần
Hình 3.26 Ảnh SEM của màng PVA/TB ban đầu
3.5 CÁC CHỈ TIÊU SINH HÓA CỦA MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT3.5.1 Xác định các chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng 3.5.1 Xác định các chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng
Màng PVA biến tính tinh bột ứng dụng trong điều trị và xử lý vết thương là sản phẩm y tế liên quan trực tiếp đến vết thương người bệnh nên ảnh hưởng đến sức khỏe và sự phục hồi vết thương. Vì vậy các loại màng này rất cần phải đảm bảo yêu cầu chỉ tiêu an toàn về hàm lượng kim loại nặng theo quy định nhằm tránh phù nề, nhiễm trùng vết thương, không để lại tạp chất và gây độc cho người sử dụng. Do kim loại nặng là những nguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn (trọng lượng riêng lớn >5g/cm3) như chì, thủy ngân, cadimi (Cd), đồng (Cu), sắt (Fe), asen (Se) v.v.... Kim loại nặng rất độc đối với cơ thể, như chì, thủy ngân, asen (thạch tín) và cadimi được xếp và phân loại là những chất có độc tính cao theo dược tính của Hoa Kỳ. Kim loại nặng là nguyên nhân chính gây ra tình trạng ngộ độc mãn tính hay gây nhiễm trùng vết thương do khi sử dụng vật liệu màng có chứa hàm lượng kim loại vượt quá ngưỡng cho phép. Vì vậy, ngoài các chỉ tiêu yêu cầu về độ bền cơ lý, độ trương, .... thì chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng cũng phải đáp ứng được yêu cầu về mức giới hạn cho phép.
Các mẫu màng PVA biến tính tinh bột sau khi được tổng hợp, được đem đóng gói và khử trùng bằng bức xạ γ với cường độ đem đi đo hàm lượng kim loại nặng bằng thiết bị hấp thụ nguyên tử VARIAN 240F3AAS Agilent (Mỹ). theo QCVN 8-1:2011/BYT. Kết quả đo hàm lượng kim loại nặng ở 3 mẫu màng PVA/TB thu được trình bày trong bảng 3.17.
Bảng 3.17 Hàm lượng kim loại nặng của màng PVA/TB
STT Tên chỉ tiêu Hàm lượng kim loại nặng [ppm] Mức giới hạn cho phép theo
QCVN 8- 1:2011/BYT
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Trung
bình
1 Thủy ngân(Hg) 0,01 0,01 0,01 0,010 < 0,05
2 Antimony (Sb) 0,05 0,03 0,04 0,040 <0,05
3 Asen (As) 0,02 0,01 0,01 0,013 < 0,5
Kết quả từ bảng 3.17 cho thấy: Các chỉ tiêu cơ bản về về hàm lượng kim loại nặng của các mẫu màng PVA/TB đều đáp ứng được yêu cầu theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong QCVN 8-1:2011/ BYT của Bộ Y tế.
3.5.2 Xác định các chỉ tiêu vô trùng của màng
Ngoài những yêu cầu ngặt nghèo về tính năng cơ lý tốt, có khả năng giữ ẩm, khả năng tương hợp sinh học,..., các loại màng hướng đến ứng dụng trong y tế còn cần phải đạt được mọi yêu cầu về vô trùng. Vì đây là một loại sản phẩm y tế liên quan trực tiếp đến vết thương nên nó ảnh hưởng đến sự phục hồi, mau lành của vết thương và sức khỏe con người. Nếu sản phẩm không được tiệt trùng và không đảm bảo độ vô khuẩn khi sử dụng thì rất dễ gây nhiễm trùng, có thể gây trầm trọng vết thương và truyền một số độc tố cho người sử dụng, làm tăng chi phí điều trị, kéo dài thời gian và bệnh tật cho bệnh nhân. Đối với vật liệu màng che phủ vết thương, một yêu cầu bắt buộc không thể thiếu trong quá trình sản xuất màng thay thế da nhân tạo là khâu khử trùng sản phẩm và đánh giá độ vô khuẩn nhằm đảm bảo độ an toàn cho người sử dụng.
3.5.2.1 Tác động của các phương pháp khử trùng đến tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột
Các mẫu màng PVA/TB sau khi được đóng gói,được đem đi khử trùng bằng nồi hấp tiệt trùng nhiệt ở 120oC hoặc khử trùng bằng bức xạ γ. Sau đó sản phẩm được đem đi cắt tạo mẫu và xác định lại tính chất cơ lý của mẫu màng. Kết quả thu được trình bày trong bảng 3.18.
Bảng 3.18 Sự phụ thuộc tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột vào phương pháp khử trùng STT Phương pháp Độ bền kéo, [MPa] Độ dãn dài, [%] Độ bền kháng thủng, [MPa] Độ vô khuẩn, theo DĐVN4 1 Chưa khử trùng 29,6 520,9 54,5 Không đạt tiêu chuẩn 2 Khử trùng bằng nồi hấp nhiệt 22,5 350,7 34,8 Đạt tiêu chuẩn 3 Khử trùng bằng bức xạ tiaγ 29,5 520,0 54,0 Đạt tiêu chuẩn Từ kết quả bảng 3.18 cho thấy tính chất cơ lý của vật liệu màng PVA/TB sau khử trùng bằng bức xạ tia γ tính chất cơ lý của màng hầu như không bị ảnh hưởng nhiều, trong khi
đó tính chất cơ lý của màng PVA/TB suy giảm mạnh sau khi khử trùng bằng nồi hấp nhiệt: độ bền kéo giảm 25%; độ dãn dài giảm 32,7%; độ bền kháng thủng giảm 36,1%. Điều này có thể giải thích là do khi khử trùng bằng nồi hấp, nhiệt và hơi ẩm tác dụng làm bẻ gãy liên kết mạch polyme, nên tính chất cơ lý của màng bị giảm xuống. Vì vậy, để đảm bảo an toàn độ vô trùng cho sản phẩm đồng thời không làm ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của sản phẩm, phương pháp khử trùng thích hợp cho màng PVA/TB ứng dụng làm màng sinh học trong điều trị và xử lý vết thương là sử dụng bức xạ ion hóa bằng tia γ.
3.5.2.2. Ảnh hưởng của liều xạ đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB
Để khảo sát ảnh hưởng của liều xạ đến tính chất cơ, lý của màng, chúng tôi chỉ thay đổi liều lượng chiếu xạ tia γ từ 10kGy đến 25kGy, các điều kiện khác được giữ cố định. Kết quả thu được trình bày trong bảng 3.19.
Bảng 3.19 Ảnh hưởng của liều xạ đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB
Tên mẫu Liều xạ [kGy] Độ bền kéo, [MPa] Độ dãn dài, [%] Độ bền kháng thủng, [MPa] Độ vô khuẩn, theo DĐVN4 D1 10 29,8 520,5 54,2 Không đạt D2 15 29,5 520,0 54,0 Đạt D3 20 26,5 485,6 48,4 Đạt D4 25 25,0 463,5 45,2 Đạt
Từ bảng 3.19 cho thấy với liều xạ trên 15 kGy, sản phẩm đạt độ vô khuẩn theo tiêu chuẩn dược điển Việt Nam, 2002; tuy nhiên khi liều xạ tăng từ 15 kGy lên 25 kGy tính chất cơ học của màng giảm nhẹ, độ bền kéo giảm từ 29,8 MPa xuống 25 MPa; độ dãn dài giảm từ 520,5 MPa xuống 463,5%; độ bền kháng thủng giảm từ 54,2MPa xuống 45,2 MPa. Nguyên nhân là do: khi chiếu xạ với cường độ mạnh khả năng tiệt khuẩn càng mạnh; nhưng đồng thời liều lượng bức xạ đến các mạch phân tử polyme càng mạnh, sẽ làm đứt gãy các liên kết mạch phân tử với nhau, nên tính chất cơ lý của màng bi suy giảm. Vì vậy, liều xạ thích hợp cho quá trình khử trùng màng PVA/TB là 15kGy.
Bảng 3.20 Ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB Tên mẫu Thời gian chiếu xạ, [giờ/mẻ] Độ bền kéo, [MPa] Độ dãn dài, [%] Độ bền kháng thủng, [MPa] Độ vô khuẩn, theo DĐVN4 D1 5 29,8 521,6 54,3 Không đạt D2 10 29,5 519,5 53,5 Đạt D3 15 24,5 475,6 47,5 Đạt D4 20 22,0 458,5 44,6 Đạt
Từ bảng 3.20 cho thấy với thời gian chiếu xạ ≥10 giờ/mẻ , sản phẩm đạt độ vô khuẩn theo tiêu chuẩn dược điển Việt Nam 2002; tuy nhiên khi thời gian chiếu xạ tăng từ 5 giờ lên 20 giờ tính chất cơ học của màng giảm nhẹ, độ bền kéo giảm từ 29,8MPa xuống 22MPa; độ dãn dài giảm từ 521,6MPa xuống 458,5%; độ bền kháng thủng giảm từ 54,3MPa xuống 44,6 MPa. Nguyên nhân là do: khi thời gian chiếu xạ với cường độ chiếu xạ nhất định đến các mạch phân tử polyme càng dài, càng gây lão hóa các mạch phân tử polyme, do đó làm chất cơ lý của màng PVA/TB bị giảm. Vì vậy, thời gian thích hợp cho quá trình khử trùng màng PVA/TB là 10 giờ.
3.5.2.4. Xác định độ vô khuẩn và các chỉ tiêu vi sinh vật
Các mẫu màng PVA/TB sau khi chế tạo được đóng gói và đem đi khử trùng bằng tia γ liều lượng 15 kGy, trong 10 giờ rồi đem đi thử độ vô khuẩn tại Trung tâm Kỹ thuật 1 – Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Số 8, Hoàng Quốc Việt, Hà Nội và Trung tâm Phát triển Công nghệ Cao – Viện Công nghệ Môi Trường, 18 Hoàng Quốc Việt – Cầu Giấy – Hà Nội. Kết quả kiểm tra độ vô khuẩn được trình bày trong bảng 3.21.
Bảng 3.21 Kết quả thử độ vô khuẩn của màng sinh học trên cơ sở PVA biến tính tinh bột (phương pháp định tính)
Tên chỉ tiêu Phương pháp thử Kết quả
Bảng 3.22 Kết quả thử các chỉ tiêu vi sinh vật của màng sinh học trên cơ sở PVA biến tính tinh bột (phương pháp định lượng)
TT Tên chỉ tiêu Phương pháp thử Kết quả Mức giới hạn cho
phép theo quy định của Bộ Y tế (Dược điển VN4)