Tiến Sĩ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme trên cơ sở polyvinyl ancol (PVA) biến tính với tinh bột, ứng dụn

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME SINH HỌC TRÊN THẾ
GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 4
1.1.1. Tình hình nghiên cứu polyme sinh học trên thế giới . 4
1.1.2. Tình hình nghiên cứu polyme sinh học ở Việt Nam 5
1.2. BIẾN TÍNH POLYME VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH POLYME 7
1.2.1. Khái niệm chung về biến tính polyme . 7
1.2.2. Các phương pháp biến tính polyme 8
1.2.2.1. Biến tính polyme bằng phương pháp biến đổi hóa học . 9
1.2.2.2. Biến tính polyme bằng phương pháp khâu mạch . 9
1.2.2.3. Biến tính polyme bằng phương pháp cắt mạch phân tử 10
1.2.2.4. Biến tính polyme bằng chất hóa dẻo . 11
1.2.2.5. Biến tính polyme bằng phương pháp chế tạo blend 13
1.3. VẬT LIỆU POLYME TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH VỚI
TINH BỘT . 14
1.4. CÁC NGUYÊN VẬT LIỆU ĐẦU DÙNG TỔNG HỢP POLYME PVA BIẾN
TÍNH TINH BỘT . 16
1.4.1. Polyvinyl ancol . 16
1.4.2. Tinh bột 18
1.4.2.1. Tính chất vật lý của tinh bột 18
1.4.2.2.Tính chất hóa học của tinh bột . 19
1.4.2.3. Tinh bột biến tính 20
1.4.3. Chất hóa dẻo dùng để tổng hợp vật liệu PVA/TB . 21
1.4.4. Tác nhân khâu mạch . 22
1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÂU MẠCH POLYME ĐỂ BIẾN TÍNH POLYME . 23
1.5.1. Khâu mạch thực hiện bằng các nhóm chức có trong mạch chính polyme . 23
1.5.2. Khâu mạch bằng quang hóa . 23
1.5.3. Khâu mạch bằng gốc tự do 24
1.5.4. Khâu mạch bằng oxi hóa 24
1.5.5. Khâu mạch bằng cách dùng các hợp chất có nhóm chức có khả năng
phản ứng với nhóm chức của mạch polyme 241.5.6. Khâu mạch bằng hai nhóm chức khác nhau ở hai mạch polyme khác
nhau
25
1.6. MÀNG POLYME CẤU TRÚC KHÂU MẠCH MẠNG LƯỚI 25
1.7. CÁC TÁC NHÂN KHÂU MẠCH VÀ CƠ CHẾ KHÂU MẠCH POLYME 27
1.7.1. Tác nhân khâu mạch glutaraldehyt . 27
1.7.2. Kalipesunphat . 28
1.7.3. Axit boric . 31
1.7.4. Cơ chế phản ứng khâu mạch của PVA với tinh bột bằng tác nhân khâu
mạch glutaraldehyt 33
1.8. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME TRÊN CƠ SƠ
POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH VỚI TINH BỘT . 33
1.8.1. Tổng hợp vật liệu PVA/TB theo phương pháp hóa học 34
1.8.2. Tổng hợp vật liệu PVA/TB theo phương pháp bức xạ gamma . 35
1.8.3. Tổng hợp vật liệu PVA/TB theo phương pháp đóng băng tan chảy
(Freezing/Thawing) 37
1.9. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG SẢN PHẨM Y TẾ . 40
1.9.1. Khử trùng bằng bức xạ ion hóa . 40
1.9.2. Khử trùng bằng nhiệt ẩm . 41
1.10. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL BIẾN
TÍNH VỚI TINH BỘT 41
1.10.1. Ứng dụng làm màng sinh học che phủ các vết thương, vết bỏng 41
1.10.2. Ứng dụng làm màng bao viên thuốc 42
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
44
2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ 44
2.1.1. Nguyên liệu và hoá chất . 44
2.1.2. Thiết bị sử dụng . 44
2.2. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT 45
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA VẬT
LIỆU
49
2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại . 49
2.3.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ 49
2.3.3. Phân tích nhiễu xạ tia X . 49
2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt DSC và TGA . 49
2.3.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM . 49
2.3.6. Xác định khối lượng phân tử của polyme 50
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA POLYME 50
2.4.1. Phương pháp đo độ bền kéo đứt của màng 50
2.4.2. Phương pháp xác định độ bền kháng thủng của màng . 512.4.3. Phương pháp xác định hàm lượng phần gel 51
2.4.4. Phương pháp xác định độ hút ẩm của vật liệu 51
2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT POLYME . 52
2.5.1. Phương pháp xác định độ trương . 52
2.5.2. Phương pháp xác định mật độ khâu mạch, khối lượng phân tử trung bình
giữa hai nút lưới và kích thước lưới 52
2.5.2.1. Xác định mật độ khâu mạng và khối lượng phân tử giữa các nút
mạng theo phương pháp ngâm trương nở bão hòa . 52
2.5.2.2. Xác định kích thước các mắt lưới . 53
2.5.3. Cách xác định tỷ trọng của polyme lưới 53
2.5.4. Phương pháp xác định hệ số khuếch tán axit salicylic . 54
2.5.5. Độ thẩm thấu hơi nước của màng PVA/TB . 55
2.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SỰ THỦY PHÂN IN VITRO 55
2.6.1. Chuẩn bị mẫu . 55
2.6.2. Sự phân hủy thủy phân của vật liệu trong in vitro 55
2.6.3. Phương pháp phân tích sắc ký khí 55
2.6.4. Phương pháp xác định độ tổn hao khối lượng của vât liệu . 56
2.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ TIÊU SINH HÓA 56
2.7.1. Phương pháp xác định các chỉ tiêu hàm lượng kim loại nặng . 56
2.7.2. Phương pháp thử độ vô khuẩn . 56
2.8. PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM TRÊN ĐỘNG VẬT 58
2.8.1. Phương pháp kiểm tra độ kích ứng da . 58
2.8.2. Phương pháp đánh giá khả năng hồi phục vết thương 61
2.8.3. Phương pháp kiểm tra độc tính màng PVA/TB . 61
CHƯƠNG 3 . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63
3.1. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYVINYl ANCOL BIẾN TÍNH TINH BỘT 63
3.1.1. Ảnh hưởng của các loại PVA cho tổng hợp vật liệu PVA biến tính tinh
bột
63
3.1.2. Ảnh hưởng của tinh bột biến tính đến tính chất của vật liệu PVA biến
tính tinh bột 64
3.1.3. Ảnh hưởng của các thành phần tham gia phản ứng đến tính chất của
màng PVA biến tính với tinh bột . 65
3.1.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ PVA/TB . 65
3.1.3.2. Tác động của chất hóa dẻo đến tính chất cơ lý của màng
PVA/TB .
66
3.1.3.3. Vai trò của tác nhân khâu mạch đến tính chất cơ lý của màng
PVA/TB 68
3.1.3.4. Vai trò của chất xúc tác đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB 703.1.4. Các điều kiện phản ứng tổng hợp PVA biến tính tinh bột . 72
3.1.4.1. Nhiệt độ phản ứng để tổng hợp PVA biến tính tinh bột 72
3.1.4.2. Thời gian phản ứng để tổng hợp PVA biến tính tinh bột 73
3.1.4.3. Tốc độ khuấy để tổng hợp PVA biến tính tinh bột . 74
3.1.5. Các điều kiện tối ưu tổng hợp màng PVA biến tính tinh bột . 75
3.2. ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH TINH
BỘT 76
3.2.1. Phổ hồng ngoại của màng PVA biến tính tinh bột . 76
3.2.2. Kết quả phân tích cộng hưởng từ hạt nhân của màng PVA/TB . 78
3.2.3. Phân tích phổ XRD của màng PVA/TB . 79
3.2.4. Phân tích nhiệt DSC và TGA của màng PVA/TB 81
3.3. MỐI LIÊN HỆ GIỮA CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI SỬ DỤNG CHẤT KHÂU
MẠCH GLUTARALDEHYT ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA MÀNG PVA
BIẾN TÍNH TINH BỘT 84
3.3.1. Sự phụ thuộc của mật độ khâu mạch, khối lượng phân tử giữa các nút
lưới và kích thước lưới vào hàm lượng GA . 84
3.3.2. Mối quan hệ giữa khối lượng phân tử trung bình giữa các nút lưới với độ
kết tinh và khối lượng riêng của polyme lưới PVA/TB 86
3.3.3. Mối tương quan giữa tính chất thẩm thấu hơi nước của màng PVA/TB
với hàm lượng tác nhân khâu mạch GA 86
3.3.4. Hệ số khuyếch tán axit salisilic của màng PVA/TB . 88
3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ trương của màng PVA biến tính tinh bột . 89
3.3.5.1. Ảnh hưởng của mật độ phân bố lưới và khối lượng phân tử giữa hai
nút lưới (M c ) đến độ trương của màng PVA/TB . 90
3.3.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ trương của màng PVA/TB 91
3.3.5.3. Ảnh hưởng của thời gian đến độ trương của màng PVA/TB . 92
3.3.5.4. Mối liên hệ giữa môi trường pH và độ trương của màng PVA/TB 93
3.4. SỰ THỦY PHÂN INVITRO CỦA MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT . 93
3.4.1. Sự thay đổi tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột. 93
3.4.2. Sự thay đổi pH môi trường của màng PVA/TB theo thời gian ngâm mẫu 94
3.4.3.Xác định sản phẩm của sự phân hủy thủy phân 95
3.4.4. Độ tổn hao khối lượng của màng PVA biến tính tinh bột 96
3.4.5. Xác định cấu trúc hình thái bề mặt bằng chụp ảnh SEM 96
3.5. CÁC CHỈ TIÊU SINH HÓA CỦA MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT 98
3.5.1.Xác định các chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng 98
3.5.2. Xác định các chỉ tiêu vô trùng của màng . 99
3.5.2.1. Tác động của các phương pháp khử trùng đến tính chất cơ lý của
màng PVA biến tính tinh bột 983.5.2.2. Ảnh hưởng của liều xạ đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB 100
3.5.2.3. Ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ đến tính chất cơ lý của màng
PVA/TB
100
3.5.2.4. Xác định độ vô khuẩn và các chỉ tiêu vi sinh vật . 101
3.6. CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG SINH HỌC PVA/TB . 102
3.6.1. Sự phụ thuộc của tính chất cơ lý màng PVA/TB vào phương pháp gia
công
101
3.6.2. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý của màng PVA/TB vào nồng độ dung dịch 103
3.6.3. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý của màng PVA/TB vào nhiệt độ sấy 105
3.6.4. Các điều kiện công nghệ tối ưu sử dụng trong công nghệ chế tạo màng
sinh học PVA/TB . 106
3.6.5. Quy trình chế tạo màng polyme sinh học trên cơ sở PVA biến tính với
tinh bột . 106
3.6.5.1. Sơ đồ quy trình chế tạo màng PVA/TB bằng phương pháp cán
tráng
106
3.6.5.2. Mô tả quy trình công nghệ chế tạo màng PVA biến tính tinh bột . 107
3.6.5.3. Xác định độ ổn định của quy trình công nghệ chế tạo màng
PVA/TB
107
3.7. THỬ NGHIỆM MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT TRÊN ĐỘNG VẬT 110
3.7.1. Độ kích ứng da . 110
3.7.2. Đánh giá khả năng phục hồi vết thương của màng sinh học PVA/TB 110
3.7.3. Kết quả kiểm tra độc tính của màng PVA/TB . 112
3.7.3.1 Tình trạng chung . 112
3.7.3.2. Đánh giá chức năng tạo máu của thỏ . 112
3.7.3.4. Đánh giá chức năng gan của thỏ 115
3.7.3.5. Đánh giá chức năng thận của thỏ 116
KẾT LUẬN . 117
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN . 119
MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRIỂN KHAI THỰC TẾ CỦA LUẬN ÁN 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 122
PHỤ LỤC 132DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ASTM : American standard test method
DSC: Phân tích nhiệt vi sai quét (Differential Scanning Calorimetry)
GA : Glutaraldehyt
Gl: Glyxerin
GPC: Phương pháp sắc ký thấm qua gel (Gel Permeation Chromatography)
IR: Phổ hồng ngoại
ISO: International standard organization
K 2 S 2 O 8 : Kaliperdisunfat.
M c : Khối lượng trung bình giữa hai nút lưới
n: Mật độ khâu mạng
PA: Polyamit
PAN: Polyanhydrit
PCL: Poly -caprolacton
PE: Polyethylen
PEG: Poly(etylen glycol)
PGA: Polyglycolic axit
PHA: Polyhydroxy ankanoate
PLGA: Poly(lactit-co-glycolit)
PP: Polypropylen
PVA/TB: Vật liệu polyme lưới trên cơ sở polyvinyl ancol và tinh bột sắn
PVA: Poly(vinyl ancol)
PVC: Poly(vinyl clorua)
Sb: Sorbitol
SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic Microscopy)
TB : Tinh bột sắn biến tính
ξ : kích thước mắt lưới
T g : Nhiệt độ hóa thủy tinh
TGA: Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermo Gravimetric Analysis)
KLPT: Khối lượng phân tửDANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Một số chức năng vật lý của chất hóa dẻo 11
Bảng 1.2. Tính chất vật lý của PVA . 17
Bảng 1.3. Hàm lượng amyloza và amylopectin của một số tinh bột 18
Bảng 1.4. Nhiệt độ hồ hóa của một vài tinh bột tiêu biểu . 19
Bảng 2.1. Mức độ phản ứng trên da thỏ . 60
Bảng 2.2. Phân loại các phản ứng trên da thỏ . 61
Bảng 3.1. Một số tính chất cơ lý của 3 loại PVA 63
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của 3 loại PVA đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB 64
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tinh bột biến tính đến tính chất của PVA/TB 65
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần PVA /TBbt đến tính chất cơ lý của
màng PVA biến tính tinh bột 65
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của các loại chất hóa dẻo đến tính chất cơ lý của màng PVA
biến tính tinh bột . 66
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của các chất khâu mạch tạo lưới đến tính chất PVA/TB . 68
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng GA đến tính chất cơ lý của màngPVA/TB . 69
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB . 72
Bảng 3.9. Các điều kiện tổng hợp PVA biến tính tinh bột 76
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng glutaraldehyt đến mật độ khâu mạch và
khối lượng phân tử trung bình giữa các nút mạng . 84
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của KLPT trung bình giữa các nút lưới đến độ kết tinh và
khối lượng riêng của polyme lưới 86
Bảng 3.12 . Mối tương quan giữa tính chất thẩm thấu hơi nước của màng PVA/TB
với hàm lượng GA 87
Bảng 3.13. Sự phụ thuộc của hàm lượng axit salicylic tại khoang 1 và khoang 2
theo thời gian 88
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ trương của màng PVA/TB 91
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của thời gian đến độ trương của màng PVA/TB . 92
Bảng 3.16. Sự thay đổi tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột . 94
Bảng 3.17. Hàm lượng kim loại nặng của màng PVA/TB . 98
Bảng 3.18. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột vào
phương pháp khử trùng . 99
Bảng 3.19. Ảnh hưởng của liều xạ đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB . 100
Bảng 3.20. Ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ đến tính chất cơ lý của màng
PVA/TB 101Bảng 3.21. Kết quả thử độ vô khuẩn của màng sinh học trên cơ sở PVA biến tính
tinh bột (phương pháp định tính) 101
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) 102
Bảng 3.23. Ảnh hưởng của các phương pháp gia công đến tính chất màng PVA/TB 103
Bảng 3.24. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tính chất màng PVA/TB 105
Bảng 3.25. Các điều kiện tối ưu sử dụng trong công nghệ chế tạo màng sinh học
PVA/TB 106
Bảng 3.26. Một số tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột 108
Bảng 3.27. Một số tính chất đặc trưng của màng sinh học trên cơ sở PVA biến tính
tinh bột 109
Bảng 3.28. Đánh giá và tính điểm các chỉ số về ban đỏ và phù nề trên da thỏ . 110
Bảng 3.29. Theo dõi tình trạng vết thương trên lưng thỏ ở lô 1 . 110
Bảng 3.30. Theo dõi tình trạng vết thương trên lưng thỏ ở lô 2 đắp màng sinh học
PVA/TB . 111
Bảng 3.31. Sự thay đổi thể trọng thỏ 113
Bảng 3.32. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến số lượng hồng
cầu trong máu thỏ . 113
Bảng 3.33. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến hematocrit và thể
tích trung bình hồng cầu trong máu thỏ 114
Bảng 3.34. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến số lượng bạch
cầu và số lượng tiểu cầu trong máu thỏ . 114
Bảng 3.35. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến công thức bạch cầu
trong máu thỏ 115
Bảng 3.36. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến nồng độ bilirubin
toàn phần, albumin và nồng độ cholesterol trong máu thỏ 115
Bảng 3.37. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến nồng độ creatinin
trong máu thỏ 116DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Các phương pháp biến tính polyme 8
Hình 1.2. Sơ đồ phân loại phương pháp biến tính polyme bằng cách cắt mạch
polyme 11
Hình 1.3. Công thức cấu tạo của amyloza có dạng gồm.  - Dglucopyranoza nối
với nhau bởi liên kết -1,4 glucozit . 19
Hình 1.4. Công thức cấu tạo của amylopectin có dạng gồm.  - D glucopyranoza
nối với nhau bởi liên kết -1,6 tạo mạch nhánh 20
Hình 1.5. Các phương pháp biến tính tinh bột và các sản phẩm chuyển hoá từ
tinh bột . 21
Hình 1.6. Một số chất hóa dẻo dùng cho tổng hợp PVA/TB 22
Hình 1.7. Cấu trúc mạng lưới (hydrogel) . 26
Hình 1.8. Các hình thái của glutaraldehyt trong dung dịch nước . 27
Hình 1.9. Cơ chế phản ứng khâu mạch của PVA với tinh bột sử dụng glutaraldehyt 33
Hình 1.10. Sơ đồ minh họa sử dụng tác nhân liên kết hóa học glutaraldehyt khâu
mạch polyme có chứa nhóm chức hydroxyl . 34
Hình 1.11. Quá trình ghép monome lên mạch chính polyme tạo thành nhánh đầu
tiên và liên kết ngang 35
Hình 1.12. Sơ đồ tạo liên kết ngang của hệ polysacarit-vinyl monome sử dụng kỹ
thuật bức xạ 36
Hình 1.13. Ảnh hưởng của nồng độ và lượng bức xạ đến khối lượng phân tử
giữa các liên kết 37
Hình 1.14. Độ truyền qua của ánh sáng theo thời gian 38
Hình 1.15. Độ trương trong nước ở 23 o C của vat liệu tổng hợp đóng băng/tan chảy
sau 2, 3, 4, 5 vòng đóng băng/tan chảy . 39
Hình 1.16. Sử dụng màng PVA/TB trong điều trị và xử lý vết thương 42
Hình 1.17. Một số loại thuốc bao viên nhằm điều khiển tốc độ giải phóng các hoạt
chất, điều trị thấp khớp, viêm khớp, đa khớp, 42
Hình 2.1. Sơ đồ thực nghiệm tổng hợp chế tạo màng PVA biến tính tinh bột . 46
Hình 2.2 . Sơ đồ màng ngăn sử dụng đo hệ số khuếch tán axit salixylic (SA . 54
Hình 2.3. Vị trí đặt mẫu màng trên da thỏ 60
Hình 3.1. Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng glyxerin đến độ bền kéo, độ bền kháng
thủng và độ dãn dài khi đứt của PVA biến tính tinh bột . 67
Hình 3.2. Ảnh hưởng của xúc tác đến tính chất của cơ lý của màng PVA/TB 70
Hình 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác HCl đến tính chất cơ lý của PVA
biến tính tinh bột 71Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến tính chất của màng PVA/TB . 74
Hình 3.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB 75
Hình 3.6. Phổ IR của PVA 77
Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của màng PVA biến tính tinh bột 77
Hình 3.8. Phổ 1 H- NMR của PVA 78
Hình 3.9. Phổ 1 H- NMR của màng polyme PVA/TB . 79
Hình 3.10. Phổ XRD của PVA . 80
Hình 3.11. Phổ XRD của tinh bột . 80
Hình 3.12. Phổ XRD của vật liệu màng trên cơ sở PVA biến tính tinh bột . 81
Hình 3.13. Phổ phân tích nhiệt DSC của PVA . 82
Hình 3.14. Phổ TGA của PVA . 82
Hình 3.15. Phổ phân tích nhiệt DSC của màng PVA/TB . 83
Hình 3.16. Phổ TGA của PVA biến tính tinh bột . 83
Hình 3.17. Sự phụ thuộc khối lượng phân tử trung bình giữa hai nút lưới và kích
thước lưới vào hàm lượng GA 85
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn hàm lượng axit salicylic ở khoang 1 và khoang 2 theo
thời gian
89
Hình 3.19. Đồ thị xác định hệ số khuếch tán axit salicylic 89
Hình 3.20. Ảnh hưởng của mật độ phân bố lưới đến độ trương của màng PVA/TB . 90
Hình 3.21. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử trung bình giữa hai nút lưới, M c đến
độ trương của màng PVA/TB . 91
Hình 3.22. Độ trương của màng PVA biến tính tinh bột theo môi trường pH . 93
Hình 3.23 . Sự thay đổi pH môi trường của màng PVA và màng PVA/TB theo thời
gian . 94
Hình 3.24. Phổ GC sản phẩm phân hủy của vật liệu polyme-blend PVA/TB sau 40
ngày .
95
Hình 3.25. Độ tổn hao khối lượng của màng PVA biến tính tinh bột theo thời gian . 96
Hình 3.26. Ảnh SEM của màng polyme sinh học PVA/TB ban đầu 97
Hình 3.27. Ảnh SEM của màng PVA/TB ngâm trong nước sau 1 tháng . 97
Hình 3.28. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch PVA/TB ban đầu đến tính chất cơ lý của
màng PVA/TB
104
Hình 3.29. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tới độ hút ẩm của màng PVA/TB . 104
Hình 3.30. Sơ đồ quy trình chế tạo màng PVA/TB, ứng dụng làm màng sinh học
trong điều trị và xử lý vết thương .
1071
MỞ ĐẦU
Do yêu cầu cấp bách về bảo vệ sức khỏe của con người và cộng đồng, cùng với yêu
cầu về phát triển sản phẩm mới, đồng thời để đáp ứng nhu cầu của thực tế công nghiệp và
đời sống đặt ra, việc nghiên cứu tổng hợp các polyme sinh học với nhiều tính chất ưu việt
là vô cùng cần thiết [2-6].
Để điều trị chữa bỏng và xử lý vết thương người ta có thể sử dụng màng sinh học
thay thế gạc bỏng từ polyme sinh học như: collagen, chitin và chitosan [9,20], chúng là
các polyme phân hủy thông qua enzym [21]. Tuy các loại màng trên cơ sở các collagen
khác nhau đã được chế tạo nhưng chúng vẫn còn mang những tính chất không cần thiết
của collagen gốc như tạo ra dạng que, gia tăng sự biểu hiện gen collagen trong nguyên bào
sợi. Chế tạo màng sinh học dạng lai tạo cũng là một hướng quan trọng khác trong công
nghệ sinh y học, do màng polyme sinh học có ưu điểm là khi được cấy lên vết thương, nó
có khả năng thấm nước, thấm khí, chống nhiễm khuẩn và làm khô da, giúp da tái tạo nhanh
và phục hồi mà không làm bệnh nhân đau, không để lại sẹo [65, 88, 89].
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp polyme cấu trúc mạng lưới ứng
dụng làm polyme sinh học sử dụng trong lĩnh vực y sinh . Ngoài các loại polyme sinh học
thuộc họ polysaccharit (như tinh bột [3], cellulose chitin, chitosan [31,44, 69, 81], alginat
[55] ) hoặc là các protein (như collagen [11], gelatin [16,83, 84], ) còn có các polyme
tổng hợp có khả năng phân huỷ sinh học và tương thích sinh học (như polyvinyl
ancol(PVA)[62]; polylactic axit (PLA) [14]; polyglycolit (PGA)[15]; poly(lactic-co-
glycolic axit) (PLGA) [14]; copolyme(glycolit và ɛ-caprolacton) [15], polyhydroxyl
axit(PHA), polycaprolacton (PCL) [67]; polyethylen glycol (PEG) [63],
polyvinylpyrolidon(PVP) [75]; v.v ). Ứng dụng của của các loại vật liệu này là rất đa
dạng: cho hệ giải phóng thuốc, cấy ghép mô, tế bào; cấy ghép da, chất keo dán y sinh; vải
đệm y sinh; chỉ khâu tự tiêu đặc biệt tạo điều kiện tốt cho quá trình chữa trị vết thương,
rút ngắn thời gian chữa bệnh.
Trong số polyme tổng hợp đó thì PVA là một loại đã được nhiều nhà khoa học tập
trung nghiên cứu hướng tới những ứng dụng trong lĩnh vực y học. Nguyên nhân là do:
PVA là nguyên liệu tan tốt trong nước, có tính tương hợp sinh học cao, cả hai đều không
độc và khi đã được khâu mạch, màng mỏng từ chúng có những tính chất cơ học tuyệt vời
như: có tính năng cơ, lý tốt, có độ thấm nước và khí oxy cao[59, 96, 97]. Đặc biệt hiện
nay, nhiều công trình tập trung nghiên cứu vật liệu polyme trên cơ sở PVA biến tính tinh
bột để chế tạo thành băng gạc, làm màng sinh học dùng để chữa trị các vết thương bỏng do
lửa, nhiệt, xăng, bom, thuốc nổ, nước nóng Ngoài ra, màng sinh học chế tạo từ vật liệu
polyme PVA biến tính tinh bột còn được sử dụng để xử lý và điều trị các vết thương bị gây
ra bởi các nguyên nhân khác như: mất da do chấn thương, dập da do tai nạn giao thông, tai2
nạn lao động, hay hoại tử da do bị các vết loét lâu ngày mà không được điều trị đúng
cách, hoặc các vết loét khó lành do hệ quả của bệnh tiểu đường, sau xạ trị ung thư, do các
vết mổ nhiễm trùng, vv .
Vì vậy, mục tiêu là nghiên cứu nhằm tổng hợp vật liệu polyme trên cơ sở
polyvinyl ancol (PVA) biến tính với tinh bột, ứng dụng làm màng sinh học sử dụng trong
việc điều trị và xử lý vết thương.
Trên cơ sở mục tiêu của đề tài, những nội dung chính của luận án gồm:
[1] Nghiên cứu tổng hợp polyme PVA biến tính tinh bột: Khảo sát ảnh hưởng của
các điều kiện phản ứng đến tính chất của polyme ( tỷ lệ thành phần tham gia, tỷ lệ
phụ gia liên kết, chất khâu mạch, chất hóa dẻo, hàm lượng xúc tác, nhiệt độ, thời
gian, tốc độ khuấy, vv ). Xác định điều kiện tổng hợp và đơn phối liệu tối ưu.
[2] Xác định đặc trưng cấu trúc của polyme PVA biến tính tinh bột: phân tích phổ
hồng ngoại (IR), phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), sắc ký khí (GC),
X-ray xác định độ kết tinh,
[3] Phân tích tính chất cơ lý của polyme tổng hợp: Xác định độ bền cơ học của
polyme (độ bền kéo đứt, độ dãn dài, hàm lượng phần gel, .). Xác định độ nhớt,
khối lượng phân tử. Xác định tính chất nhiệt: bằng TGA, DTA, DSC
[4] Chế thử mẫu màng polyme : Nghiên cứu các điều kiện công nghệ tới quá trình tạo
màng (ảnh hưởng nồng độ dung dịch, các loại phụ gia, phương pháp tạo màng:
cán láng, đổ khuôn, chế độ sấy )
[5] Phân tích tính chất sản phẩm màng polyme sinh học tổng hợp như:
+ Tính chất bền cơ ( độ bền kéo đứt, độ dãn dài, ).
+ Xác định nhiệt độ chuyển pha của màng ( T g , T m ).
+ Xác định tính chất vật lý (độ trương nở, độ hấp thụ nước, tỷ trọng, độ thấm khí,
thấm nước ).
+ Xác đinh hệ số khuyếch tán axit salysilic.
+ Xác định độ bền kháng thủng của màng.
+ Xác định cấu trúc hình thái bề mặt bằng chụp ảnh SEM.
+ Xác định các chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng (As, Zn, Hg, Cd, Pb, Sn).
+ Xác định các chỉ tiêu vô trùng ( theo quy định Bộ Y tế ).
[6] Xây dựng quy trình tổng hợp và chế tạo màng polyme sinh học trên cơ sở PVA
biến tính với tinh bột.
[7] Tiến hành ứng dụng thử màng polyme tổng hợp được trên động vật (đánh giá khả
năng phục hồi vết thương, có so sánh đối chứng).Ý nghĩa khoa học và những đóng góp mới của luận án
- Lần đầu tiên tại Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu sử dụng tinh bột sắn biến tính
(TBbt) và polyvinyl ancol (PVA) để chế tạo màng polyme sinh học PVA/TBbt, với việc sử
dụng glutaraldehyt (GA) làm tác nhân khâu mạch. Đã tìm ra các điều kiện tối ưu (phối liệu
các thành phần); điều kiện phản ứng, .) để chế tạo màng. Sản phẩm có tính chất cơ lý tốt,
có khả năng trương nở, có các chỉ tiêu sinh hóa phù hợp có thể dùng làm màng da trong kỹ
thuật chữa trị vết thương.
- Ảnh hưởng và vai trò của chất tạo lưới glutaraldehyt đến mật độ phân bố lưới (n);
khối lượng phân tử (KLPT) trung bình giữa hai nút lưới (M c ), kích thước giữa các mắt lưới
(ξ), khả năng thẩm thấu hơi nước và độ trương của màng PVA biến tính với tinh bột đã
được xác định. Với hàm lượng chất tạo lưới là 0,3% mật độ phân bố lưới đạt 3,258 x 10 -4
mol/cm 3 , M c đạt 1950 g/mol, và ξ đạt 227A o , độ thẩm thấu hơi nước đạt 3,15.10 -4 g/cm 2 .h.
- Đã xây dựng được mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của polyme lưới trên cơ
sở nhựa PVA với tinh bột biến tính sử dụng GA làm chất khâu mạch, góp phần củng cố lý
thuyết về các polyme cấu trúc mạng lưới. Hệ số khuếch tán salicylic (SA) của màng
PVA/TB đã được nghiên cứu và xác định với giá trị là 4,15.10 -6 cm 2 /s. Kết quả này cho
thấy màng PVA thích hợp được dùng làm màng da nhân tạo để xử lý và điều trị hồi phục
vết thương.
- Đã xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo màng PVA/TB có tính chất ổn
định cao; đã đánh giá khả năng ứng dụng màng PVA biến tính tinh bột trong việc chữa trị
vết thương thông qua xác định các chỉ tiêu sinh hóa của màng PVA/TB và thử nghiệm
màng PVA/TB trên động vật, vv