ỔN ĐỊNH vật LÝ CỦA HẠT NANO KHOAI môn NHŨ TƯƠNG VÀ ỨNG DỤNG TIỀM NĂNG CỦA ĐÓNG GÓI POLYPHENOL TRÀ

ỔN ĐỊNH VẬT LÝ CỦA HẠT NANO KHOAI MÔN NHŨ TƯƠNG VÀ ỨNG
DỤNG TIỀM NĂNG CỦA ĐÓNG GÓI POLYPHENOL TRÀ
Tóm tắt:
Trong nghiên cứu này, nhũ tương được ổn định bằng hạt nano tinh bột khoai môn đã
được điều chế thành cơng và ứng dụng tiềm năng của polyphenol đóng gói trà đã được
nghiên cứu. Kích thước hạt nano (khoảng 460nm) và góc tiếp xúc (81,5 °) của tinh bột
khoai mơn cho thấy nó phù hợp để hấp phụ trên giao diện dầu-nước và tạo thành một lớp
giao thoa dày đặc. Độ ổn định nhũ tương ở các nồng độ hạt khác nhau, tỷ lệ dầu-nước và
nồng độ natri clorua đã được nghiên cứu một cách có hệ thống. Bằng cách xem xét kích
thước hạt, thế năng zeta và chỉ số ổn định của nhũ tương, người ta coi rằng nhũ tương có
độ ổn định tốt nhất khi nồng độ hạt là 7% và tỷ lệ dầu là 0,5. Nồng độ các ion muối thấp
(0,04 mM NaCl) sẽ gây ra hiện tượng keo tụ nhẹ để cải thiện sự ổn định, nhưng thêm
muối nồng độ cao sẽ làm vỡ nhũ tương. Ngồi ra, chúng tơi thấy rằng nhũ tương này có
thể gói gọn các polyphenol trong trà với tỷ lệ lưu giữ lên tới 67%. Những phát hiện có thể
có ý nghĩa lớn đối với việc thiết kế và chế tạo nhũ tương ổn định hạt tinh bột tự nhiên.
1. Giới thiệu:

Các hạt rắn có kích thước nano và kích thước siêu nhỏ như các đại phân tử tự nhiên mới,
thay thế chất nhũ hóa để chế tạo nhũ tương Pickering. Khác với nhũ tương truyền thống,
nhũ tương Pickering ổn định chỉ bằng các hạt keo. Năm 1903, Walter Ramsden lần đầu
tiên nhận ra hiệu ứng này [1] và năm 1907, Pickering lần đầu tiên công bố những quan
sát về hiện tượng này [2]. Kích thước phù hợp và góc tiếp xúc của các hạt là hai yếu tố
chính để ổn định nhũ tương Pickering. Góc tiếp xúc phù hợp giúp các hạt có thể hấp
phụ trên giao diện dầu-nước. Các hạt quá ưa nước hoặc ưa nước có thể gây ướt q
mức trong một pha, khơng có lợi cho sự hình thành nhũ tương đồng nhất và ổn định.
Kích thước hạt thích hợp có thể làm cho hệ thống nhũ tương có năng lượng giải hấp
lớn. Theo năng lượng cho sự tách rời (ΔE) [3], người ta đã xác nhận rằng các hạt rắn có
kích thước nano và kích thước siêu nhỏ ổn định nhũ tương Pickering có thể ổn định trong
nhiều tháng. So với các nhũ tương thông thường được ổn định bằng chất hoạt động bề
mặt, nhũ tương Pickering cho thấy sự ổn định tuyệt vời chống lại sự lắng và sự kết tụ do
cơ chế ổn định độc đáo của nó [4]. Đối với các nhũ tương có bề mặt hạt dày đặc, các lớp

hạt liền kề bước vào tiếp xúc vật lý do quá trình hấp thụ không thể đảo ngược, nhưng vẫn
được tách ra trên giao diện dầu-nước [5].
Nhiều nghiên cứu cơ bản đã sử dụng đại phân tử làm chất tạo hạt. Protein là loại sinh
khối trong thực phẩm. Marie Chevallier và cộng sự. đã cung cấp một giải pháp khả thi
cho sự ổn định nhiệt của nhũ tương ván sữa bằng cách sử dụng ván sữa được tổng hợp
trước đó [6]. Jie Xiao và cộng sự. chế tạo kafirin thành các hạt nano hình cầu và nghiên
cứu cấu trúc giao diện có thể điều chỉnh [7]. Polysacarit khơng hịa tan cũng là một đại
phân tử tự nhiên thích hợp để ổn định nhũ tương Pickering. Negar Kasiri và Milad Fathi


đã chiết xuất pistachio cellulose bằng cách thủy phân axit và sử dụng nó để chế tạo nhũ
tương ổn định chống nóng và căng thẳng. Nó cung cấp một ứng dụng thực tế mới về
nguồn chất thải nông nghiệp [8]. Li et al. đã nghiên cứu tính ổn định và cơ chế của nhũ
tương O / W Pickering được ổn định bằng cellulose tái sinh [9]. Do sự kết hợp và hình
thành cấu trúc ba chiều của các hạt cellulose, màng liên kết dầu-nước được tăng cường.
Tinh bột là một trong những carbohydrate phân tử được sử dụng phổ biến nhất trong
ngành công nghiệp thực phẩm và chế độ ăn uống của con người. Nhiều thí nghiệm đã chỉ
ra rằng polysacarit có tác dụng cải thiện sức khỏe con người [10, 11]. Hisfazilah Saari et
al. sử dụng các hạt ngô nhỏ sáp được biến đổi bằng octenyl succinic anhydride để tạo ra
nhũ tương Pickering [12]. Nhỏ giọt nhũ tương ổn định chống lại sự lắng. Ali Marefati et
al. xây dựng Nhũ tương Pickering ổn định với tinh bột quinoa và curcumin đóng gói để
khám phá hiệu quả của việc cung cấp các hoạt chất sinh học [13].
Khả năng tương thích sinh học tốt của tinh bột làm cho nó được áp dụng rộng rãi. Trong
lĩnh vực thực phẩm, nguyên liệu thực phẩm giàu tinh bột thường được sử dụng trong làm
bánh, kẹo, gia vị, các sản phẩm từ sữa và các lĩnh vực khác [14]. Tinh bột là một vật liệu
sinh học đầy hứa hẹn, có nhiều nguồn khác nhau, chi phí thấp và một loạt các ứng dụng.
Có nhiều nghiên cứu đã báo cáo các nhũ tương Pickering ổn định vật lý hoặc hóa học.
Sửa đổi OSA là một phương pháp hóa học dễ nhận biết để tăng tính kỵ nước của các hạt
tinh bột [15, 16]. Hơn nữa, xay xát là phương pháp vật lý quen thuộc để giảm kích thước
của các hạt tinh bột [17, 18]. Đặc trưng của tinh bột khoai môn bản địa cho thấy nó phù

hợp để điều chế nhũ tương Pickering. Tinh bột khoai môn là thành phần phong phú nhất
trong cơ sở khơ (dry-base) của khoai mơn. Colocasia esculenta (L.) Schott, cịn được gọi
là khoai môn, là một loại cây thân thảo thân mềm lâu năm thuộc chi Colanaia Schott
thuộc họ Araceae. Nó phân bố rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới châu Á và
châu Đại Dương. Đây là một trong những cây lương thực và cây trồng kinh tế lớn nhất
thế giới tích hợp các giá trị ăn được, dược liệu và cây cảnh. Tinh bột dễ dàng được điều
chế thành các hạt keo vì nó có thể được làm ướt một phần bởi các pha nước và dầu mà
khơng bị hịa tan hồn tồn trong mỗi pha. Tinh bột khoai mơn tự nhiên có phạm vi kích
thước hạt tương đối nhỏ sau khi xay xát, cung cấp khả năng hấp phụ dày đặc ở giao diện
dầu-nước. Khoai môn là một sản phẩm nông nghiệp độc đáo ở tỉnh Chiết Giang của
Trung Quốc với năng suất cao nhưng chỉ là một ứng dụng. Hầu hết khoai môn được giới
hạn trong nấu ăn. Chúng tôi đã chọn tinh bột khoai mơn làm đối tượng nghiên cứu, có thể
dễ dàng thu được một lượng lớn nguyên liệu thô, đồng thời phát triển giá trị ứng dụng
của khoai môn.
Sau khi khám phá sự ổn định vật lý của nhũ tương Pickering ổn định hạt tinh bột, chúng
tơi dự đốn khả năng nhúng các yếu tố chức năng. Công nghệ nano cung cấp một cách
mới để cung cấp chất dinh dưỡng trong thực phẩm [19]. Nhũ tương Pickering là một
trong những phương pháp quan trọng. Polyphenol trong trà có hoạt động sinh lý tuyệt
vời, nhưng catechin uống có tác dụng sinh học rất thấp [20]. Sự nhạy cảm của catechin


với mơi trường tiêu hóa, hiệu quả vận chuyển đường ruột thấp và chuyển hóa nhanh và
thanh thải catechin trong cơ thể là một số lý do gây ra hiện tượng này. Các catechin
không ổn định trong môi trường tiêu hóa và có thể bị biến chất hoặc tạo thành các
polyme ở các mức độ khác nhau. Xét về tính tác dụng sinh học của các hợp chất
phenolic, các monome có tỷ lệ hấp thụ cao hơn so với các polyme. Sự hình thành các
polyme trong q trình tiêu hóa làm hạn chế sinh lý của catechin. Nếu chọn ma trận thức
ăn thích hợp, ảnh hưởng của mơi trường ruột non trên catechin có thể được giảm, do đó
cải thiện sự phục hồi và hấp thu tiêu hóa trong cơ thể của chúng trong ruột non. Trong
các hệ thống thực phẩm dựa trên tinh bột, việc bổ sung polyphenol trong trà cũng có thể

làm chậm q trình tiêu hóa tinh bột và làm chậm quá trình hấp thụ glucose bằng cách ức
chế hoạt động của các enzyme tiêu hóa. Do đó, nếu polyphenol trong trà và tinh bột được
sử dụng cùng nhau, phản ứng đường huyết sau ăn có thể bị trì hỗn. Do đó, chúng tơi đã
chọn polyphenol trong trà để đóng gói nhũ tương Pickering.
Trong bài viết này, tinh bột khoai môn được chiết xuất bằng phương pháp ngâm natri
hydroxit. Chúng tơi điều tra kích thước hạt, hình thái và độ ẩm của tinh bột khoai môn để
xác định xem nó có phù hợp để ổn định nhũ tương hay không. Nhũ tương với nước MCT và tinh bột khoai môn được chế tạo bằng phương pháp cắt đồng nhất tốc độ cao.
Kính hiển vi quang học, phân tích kích thước hạt, thế năng ζ- và chỉ số ổn định được sử
dụng để mô tả các nhũ tương. Chúng tơi đã nghiên cứu một cách có hệ thống các tác
động của nồng độ hạt, tỷ lệ dầu-nước và nồng độ natri clorua đối với sự ổn định của nhũ
tương. Một lời giải thích chi tiết được đưa ra cho cơ chế ổn định tinh bột cho nhũ tương
Pickering. Ngồi ra, chúng tơi đã cố gắng gói gọn các yếu tố chức năng trong nhũ tương
Pickering để dự đoán tiềm năng của nó đối với việc phân phối phát hành có kiểm sốt.
2. Vật liệu và phương pháp :

Vật liệu:
Rễ khoai môn được mua từ siêu thị Lianhua (Hàng Châu, Trung Quốc). Theo nhà sản
xuất, khu vực sản xuất khoai môn nằm ở huyện Fenghua, một phần của thành phố Ninh
Ba, tỉnh Chiết Giang. Medium chain triglyceride (MCT) được lấy từ KLK Oleo, Ltd.
(Malaysia), chứa 58% axit béo C8% và axit béo 42% khối lượng C10, và có mật độ
tương đối 0,95 g / ml. Các polyphenol trong trà, Na2SO3, axit ascorbic và NaOH được
mua từ Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. (Thượng Hải, Trung Quốc). Natri clorua
được mua từ Aladdin Chemistry Co., Ltd. (Thượng Hải, Trung Quốc). Tất cả các hóa chất
khác là loại phân tích. Nước khử ion được sử dụng để chuẩn bị tất cả các giải pháp. Tất
cả các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ không đổi 25 ° C.

Chiết xuất tinh bột khoai môn


Khối khoai mơn được bóc vỏ và cắt thành khối 3cm3. Các khối khoai môn được ngâm

trong dung dịch natri hydroxit 0,01% trong 4 giờ, natri sulfit 0,02% và axit ascobic
0,01% đã được thêm vào trước. Hỗn hợp được nghiền trong 3 phút bằng máy cắt mô thực
vật (JYL-Y20, Joyoung Co., Ltd.) và sau đó phá vỡ trong 5 phút bằng máy nghiền keo
(Hundom Technology Corp, Trung Quốc). Hỗn hợp được để ở nhiệt độ 20 ° C trong 6
giờ. Hỗn hợp chất lỏng được đưa qua sàng 80 lưới và chất lỏng được lọc trong 4 giờ.
Chất lỏng được lọc được đưa qua sàng 260 lưới để sàng lọc thêm tinh bột khoai môn.
Chất lỏng được lọc được ly tâm bằng máy tách ly tâm (L535R, Cence Corp, Trường Sa,
Trung Quốc) với tốc độ 10000 vòng / phút 15 phút. Chất nổi trên bề mặt bị loại bỏ và kết
tủa được rửa hai lần bằng nước khử ion. Kết tủa được sấy khô ở 45 ° C trong 24 giờ trong
lị sấy (GZX 9146 MBE, cơng cụ sinh học y tế Boxun, Thượng Hải, Trung Quốc). Tinh
bột khoai môn chiết xuất đã bị phá vỡ bởi một máy xay (Cơng ty TNHH Thiết bị máy
móc Xuzhong Hàng Châu, Trung Quốc).
Đặc tính của hạt khoai mơn
Phân bố kích thước hạt tinh bột được đo bằng máy phân tích kích thước hạt tán xạ ánh
sáng động (Brookhaven instrument Corp, New York, NY). 1 g tinh bột được phân tán
trong 100 ml nước khử ion. Các phép đo được thực hiện ở góc tán xạ cố định 90 ° ở 25,0
± 1,0 ° C. Hình thái của các hạt tinh bột được nghiên cứu bằng cách quét điện (SEM). Xịt
một ít tinh bột lên đĩa, hệ thống được phủ vàng trước khi đo. Một kính hiển vi điện tử
quét (SU810, Hitachi, Ltd., Nhật Bản) đã được sử dụng ở điện áp cao (3.0 kV) với
khoảng cách làm việc là 9 mm để thu được hình thái của các hạt tinh bột tự nhiên. Để xác
minh độ ẩm của các hạt tinh bột khoai mơn giữa nước và MCT, góc tiếp xúc trong khơng
khí của màng tinh bột được đo bằng thiết bị đo góc tiếp xúc quang OCA50AF (Dụng cụ
vật lý dữ liệu. Đức). Tinh bột khoai môn được ép thành một vảy tròn bằng máy ép viên ở
mức 10 tấn. Sau đó các mảnh tinh bột dính vào một phiến kính. Trượt được đặt trên nền
tảng đo lường của thiết bị. Nước nhỏ giọt bằng hệ thống phun điện và chụp ảnh góc tiếp
xúc bằng camera CDD kịp thời. Lặp lại số đo trung bình mười lần.
Chuẩn bị nhũ tương
Nhũ tương ngâm (tổng thể tích 10 ml) với nồng độ tinh bột khác nhau (3%, 5%, 7%, 9%),
được điều chế bằng cách trộn huyền phù hạt tinh bột với các phân số dầu khác nhau ø
(0,3, 0,4, 0,5, 0,6) trong một lọ thủy tinh. Natri clorua với nồng độ khác nhau (0, 0,02,

0,04, 0,06 mM) được thêm vào trong một pha liên tục và sau đó chuẩn bị nhũ tương. Sau
đó, Hỗn hợp đồng nhất bằng cách sử dụng bộ đồng nhất tốc độ cao
(IKAULTRATURRAX T10 cơ bản, IKA, Inc., Đức) với đầu dò phân tán 8 mm ở tốc độ
12.000 vịng / phút trong 2 phút.

Phân bố kích thước hạt nhũ tương


Sự phân bố kích thước giọt được đo bằng máy phân tích kích thước hạt tán xạ ánh sáng
động (Brookhaven instrument Corp, New York, NY). Các phép đo được thực hiện ở góc
tán xạ cố định ở 25,0 ± 1,0 ° C. Thời lượng được đặt là 2 phút và thời gian cân bằng là 1
phút. Chỉ số khúc xạ của nước là 1,530, MCT là 1,52 và tinh bột tương ứng là 1,330. Lặp
lại phép đo ba lần cho mỗi mẫu.
Đo lường điện thế ζ
ζ-thế năng của các nhũ tương được xác định bằng chế độ Đo thế năng Zeta PALS của
máy phân tích kích thước hạt tán xạ ánh sáng động. Thiết bị được cân bằng sau 5 phút để
ổn định nhiệt độ của phép đo. Mỗi dữ liệu thu được bằng 15 chu kỳ đo của hệ thống. Tất
cả các phép đo đều được thực hiện trong ba lần.
Đo chỉ số nhũ hóa:
Chỉ số nhũ hóa được đo bằng phương pháp của Xiao [7]. Chiều cao lớp nhũ tương (He)
và tổng chiều cao nhũ tương (Ht) được ghi nhận vào ngày đầu tiên và 28 ngày sau khi
chuẩn bị nhũ tương. Thể tích của pha nhũ hóa và chỉ số ổn định được tính như sau:

Kính hiển vi quang học của nhũ tương
Các giọt nhũ tương được quan sát bằng kính hiển vi quang học (Zeiss, Jena, Đức) được
trang bị máy ảnh cam F90X của Nikon. Một ml nhũ tương được đặt trên một phiến kính,
được phủ bằng một tấm kính, sau đó quan sát dưới độ phóng đại 20 ×
Chuẩn bị các hạt phức hợp polyphenol-tinh bột và nhũ tương Pickering
50 mg polyphenol trong trà được hòa tan trong 50 ml nước khử ion để chuẩn bị dung dịch
polyphenol trà 1,0 mg / ml. 40 mg tinh bột khoai mơn được hịa tan trong 2 ml nước khử

ion và thêm 2 ml dung dịch polyphenol trên trà. Hỗn hợp được hồ hóa hồn tồn bằng
máy khuấy từ (H-2, Dụng cụ Taisite, Thiên Tân, Trung Quốc) ở 95 ° C. Nhiệt độ giảm
nhẹ ở nhiệt độ phòng trong 20 phút và sau đó ly tâm ở 10.000 vòng / phút trong 10 phút
và kết tủa được tách ra. Sau khi kết tủa khô, các hạt hỗn hợp polyphenol-tinh bột trà được
xay đơn giản.
7 mg trà hỗn hợp polyphenol-tinh bột đã được thêm vào dung dịch 10 ml để chuẩn bị một
hỗn hợp tinh bột 7%. Sau khi được hồ hóa hồn tồn, 10 ml MCT đã được thêm vào và
hỗn hợp này được khuấy ở nhiệt độ phòng ở 24.000 vòng / phút trong 2 phút bằng máy
cắt tốc độ cao để thu được nhũ tương. Nhũ tương Pickering được lưu trữ ở 25 ° C và 50 °
C, tương ứng.


50 mg, 100 mg, 150 mg polyphenol trong trà được hòa tan trong 50 ml nước khử ion và
pha thành các dung dịch polyphenol 1,0 mg / ml, 2,0 mg / ml và 3,0 mg / ml. Thêm 40
mg tinh bột khoai môn vào 2 ml nước khử ion, sau đó thêm 2 ml dung dịch polyphenol
trong trà với các nồng độ khác nhau để tạo ra polyphenol trong trà chiếm 5%, 10% và
15% chất lượng tinh bột.
Duy trì polyphenol trong trà
Phương pháp này dựa trên Shah et al. Có một số sửa đổi [16]. Các mẫu được chuẩn bị
bằng cách sử dụng metanol để pha loãng nhũ tương đến nồng độ polyphenol trong trà
thích hợp (1: 5). 800 ml chất nổi trên bề mặt này đã được thêm vào ethanol trong một
cuvette 200 ml để cho tổng thể tích là 1 ml. Độ hấp thụ của dịch chiết metanol trắng được
điều chế bằng nhũ tương trắng thay vì nhũ tương polyphenol trong trà được đo ở bước
sóng 274nm bằng máy quang phổ UV (máy quang phổ UV, V1800PC, CN).
Phân tích thống kê
Tất cả các thí nghiệm được thực hiện ít nhất là ba lần và phân tích các mẫu được chạy ba
lần và tính trung bình. Phân tích thống kê được thực hiện bằng hệ thống phân tích thống
kê (Origin Pro 8.5).
3. Kết quả và thảo luận

Đặc tính của hạt tinh bột
Sự phân bố kích thước hạt và kích thước hạt của các hạt là tiêu chí quan trọng để đánh
giá xem các hạt có thể ổn định nhũ tương hay khơng. Việc các hạt có thể được hấp phụ ở
giao diện dầu-nước hay không phụ thuộc vào độ ẩm của chúng. Độ ẩm của tinh bột khoai
môn được ước tính bằng cách đo góc tiếp xúc tại các giao diện khơng khí-nước của tinh
bột khoai mơn. Sự lưỡng tính của tinh bột khoai mơn được phản ánh bởi góc tiếp xúc
trong hình. 1b.

Hình 1b. Góc tiếp xúc trong khơng khí θwa được xác định bằng cách thả giọt nước vào viên tinh bột khoai môn


Góc tiếp xúc của tinh bột khoai mơn là 82 ° nhỏ hơn 129 °, nhưng lớn hơn 15 °. Loại nhũ
tương có thể là O / W [21]. Chen Li và cộng sự. nghiên cứu Nhũ tương Pickering ổn định
bởi bốn loại tinh bột tự nhiên, góc tiếp xúc của lúa mì, ngơ sáp, gạo và tinh bột khoai tây
lần lượt là 29 °, 45 °, 48 ° và 63 ° [22]. Điều này chỉ ra rằng tinh bột khoai môn ưa nước
hơn các loại tinh bột bản địa khác.
Phương trình năng lượng giải hấp (−ΔintG) cho thấy các hạt nano có năng lượng hấp phụ
mạnh (vài nghìn kT) ở giao diện nước dầu, do đó, một khi các hạt có kích thước nano
được hấp phụ ở giao diện nước-dầu, chúng rất khó tách ra [23]. Lấy ví dụ về nhũ tương
nước , bán kính hạt là 10−8 m, lực căng liên vùng dầu-nước giữa dầu-nước là 0,036 Nm
− 1, và góc tiếp xúc là 90 °. Theo phương trình năng lượng giải hấp, −ΔintG là 2750 kT.
Nó lớn hơn nhiều so với năng lượng giải hấp của các nhũ tương ổn định nhũ hóa. Hình
1a

Hình 1a. Phân bố kích thước hạt của huyền phù tinh bột khoai mơn

cho thấy sự phân bố kích thước hạt trung bình của huyền phù tinh bột khoai mơn. Đường
kính trung bình hiệu quả của tinh bột khoai môn là 467,93nm, phù hợp để ổn định nhũ
tương. Và các hạt có thể tạo thành một cấu trúc dạng lưới hoặc dạng gel với độ nhớt tăng
[24]. Hình thái của tinh bột khoai mơn được quan sát bằng cách quét kính hiển vi điện tử

ở hình 1c.


Hình 1c. Ảnh SEM của tinh bột khoai môn

Tuy nhiên, khơng phải tất cả các loại tinh bột đều có cấu trúc hình cầu tiêu chuẩn. Nhiều
tinh bột hơi đơng lại. Tinh bột khoai mơn có hình cầu và đa giác. Kết quả của chúng tôi
phù hợp với công việc được báo cáo trước đây [25].
Ảnh hưởng của nồng độ hạt
Trong các nhũ tương thơng thường, kích thước các giọt của nhũ tương giảm khi nồng độ
chất hoạt động bề mặt tăng, cho đến khi đạt được nồng độ micelle tới hạn. Đối với nhũ
tương Pickering, nồng độ hạt cũng có ảnh hưởng quan trọng đến sự ổn định của nhũ
tương chống lại sự kết tụ. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột khoai mơn đến các tính chất
của nhũ tương trong 28 ngày đã được nghiên cứu. Như thể hiện trong hình 4,

Hình 2 Kích thước trung bình của hạt Z và thế năng zeta của nhũ tương được ổn định bằng tinh bột khoai môn với nồng độ tinh
bột khác nhau với tỷ lệ thể tích dầu-nước cố định là 1: 1.

nồng độ tinh bột 3%, 5%, 7% và 9% đã được chọn. Chúng tôi đã nghiên cứu xu hướng
thay đổi kích thước hạt của nhũ tương với nồng độ tinh bột khác nhau trong 4 tuần. Ngoài
ra, chỉ số ổn định nhũ tương, hình ảnh hiển vi quang học được thể hiện trong Bảng 1,


Bảng 1 Thể tích pha nhũ tương và chỉ số ổn định của nhũ tương ổn định tinh bột khoai mơn

Hình. 2

Hình 3. Hình ảnh nhũ tương Pickering với nồng độ tinh bột khoai môn dao động từ 3%, 5%, 7% và 9% tại 1 d (trái) và 30 d (phải)
và phần dầu cố định trên 0,5; b. Hình ảnh nhũ tương Pickering với tỷ lệ dầu dao động từ 0,3, 0,4, 0,5 và 0,6 tại 1 ngày (trái) và
30 ngày (phải) và nồng độ tinh bột cố định trên 7%; c. Ảnh chụp nhũ tương Pickering với nồng độ NaCl dao động từ 0, 0,02 mM,

0,04 mM và 0,06 mM ở 1 d (trái) và 30 d (phải) và nồng độ tinh bột cố định trên 7%, phần dầu cố định trên 0,5

Hình 3


Hình 3. Hình ảnh hiển vi quang học của nhũ tương ổn định bởi tinh bột khoai môn ở nồng độ hạt khác nhau (Dòng 1), phần dầu
khác nhau (Dòng 2), nồng độ NaCl khác nhau (Dòng 3). Thanh tỷ lệ = 2 mm.

Như được hiển thị trong Hình 4 bên trái,

tất cả các kích thước hạt nhỏ giọt nhũ tương cho thấy xu hướng tăng lên trong quá trình
lưu trữ. Điều này có thể là do các giọt nhũ tương va vào nhau và kết lại thành một giọt
lớn hơn. Kích thước hạt nhũ tương ổn định của các hạt tinh bột nồng độ cao cho thấy kích
thước hạt nhỏ hơn sau khi chuẩn bị mới, và tăng dần. Ngoại trừ 5%, kích thước hạt nhũ
tương giảm trong vịng một tuần. Sau hai tuần, sự thay đổi kích thước hạt của nhũ tương
với nồng độ hạt cao có xu hướng nhẹ nhàng và kích thước hạt ổn định ở khoảng 45 μm
9% và 22 m là 7%. Cuối cùng, nhũ tương ổn định tinh bột khoai mơn 3% có kích thước
hạt lớn nhất. Khi nồng độ tinh bột thấp, mặc dù nó đủ để che phủ bề mặt dầu-nước trong
q trình nhũ hóa, độ dày của màng khơng đủ để chống lại sự kết tụ của các giọt nhũ
tương. Tăng nồng độ tinh bột ổn định nhiều giọt nhũ tương hơn ở tổng thể tích nhũ tương


cố định và ở nồng độ cao hơn, một hàng rào vật lý được hình thành giữa pha liên tục và
pha phân tán để tăng cường độ ổn định nhũ tương [26].
Như được hiển thị trong Hình 4 bên phải,

giá trị tuyệt đối của sự khác biệt thế năng Zeta của nhũ tương. Giống như nhiều loại tinh
bột, tinh bột khoai mơn có điện tích âm [16, 27]. Thế năng zeta của nhũ tương ổn định
9% tinh bột là −31,30 mV và 3% là −19,60 mV sau khi chuẩn bị nhũ tương. Người ta
thường tin rằng giá trị tuyệt đối của thế năng zeta cao của nhũ tương cho thấy sự ổn định

tốt của nó. Trong q trình lưu trữ, giá trị tuyệt đối của thế năng zeta giảm dần. Sau hai
tuần, thế năng zeta của 3% tinh bột ổn định giảm nhanh chóng từ −18,97 mV xuống .
599,59 mV (xem xét sự thay đổi về mặt tuyệt đối). Nồng độ hạt tinh bột thấp không thể
đủ hấp phụ trong giao diện dầu-nước. Khơng có đầu vào năng lượng trong quá trình lưu
trữ, giao diện nước dầu dần dần biến mất, và q trình chín hoặc keo tụ Ostwald tiếp tục
xảy ra. Sau 4 tuần bảo quản, nhũ tương ổn định 9% cho thấy độ ổn định lưu trữ tốt nhất.
Người ta thường tin rằng khi giá trị tuyệt đối của điện thế lớn hơn 30 mV, hiệu ứng che
chắn tĩnh điện của nhũ tương có thể chống lại sự kết tụ giữa các giọt. Khi nồng độ tăng,
điện tích mang theo của tinh bột tăng và xu hướng hình thành các cốt liệu chặt chẽ hơn
[28]
Hình ảnh trực quan của nhũ tương Pickering được ổn định bằng nồng độ tinh bột khoai
mơn khác nhau được thể hiện trong hình 2 dòng 1.


Sau 1 ngày chuẩn bị, các nhũ tương này xuất hiện màu trắng đục và tất cả thể tích pha
nhũ hóa là hơn 90%. Sau 28 ngày, thể tích pha nhũ tương của nhũ tương giảm từ 96,67%
xuống 46,32%. Không có đủ tinh bột trong nhũ tương để ổn định giao diện dầu-nước, do
đó nước được phân lớp với nhũ tương. Các mẫu khác cũng có hiện tượng này. Phần lớn
các nhũ tương Pickering tạo thành một pha nước trong suốt, trong suốt ở đáy của bình
chứa, khơng phải là pha tách. Nhưng vì chỉ có một lượng hạn chế các giọt nhũ tương có
thể được ổn định, pha nước dư thừa được xếp lớp với nhũ tương dưới trọng lực. Cũng có
nhiều nghiên cứu báo cáo hiện tượng này. [29, 30].
Ảnh hưởng của phần dầu
Ngoại trừ nồng độ tinh bột khoai môn phân tán trong pha nước, phần pha dầu cũng rất
quan trọng đối với sự ổn định nhũ tương. Nhũ tương với các phần dầu khác nhau được
điều chế với nồng độ tinh bột khoai môn là 7,0% khối lượng. Sự thay đổi kích thước
trung bình Z của hạt và thế năng zeta trong 28 ngày của nhũ tương Pickering với các
phần dầu khác nhau (0,3, 0,4, 0,5 và 0,6) được trình bày trong hình 5.

Hình 5. Kích thước trung bình của hạt Z và thế năng zeta của nhũ tương được ổn định bằng tinh bột khoai môn với tỷ lệ dầu

khác nhau ở nồng độ tinh bột cố định là 7%.


Do sự thay đổi lượng hạt so với sự phân tán pha có thể được sử dụng để ổn định giao diện
dầu-nước, kích thước giọt của nhũ tương Pickering được cho là bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ
nước dầu [31]. Sự gia tăng trong phần của pha dầu dẫn đến giảm tỷ lệ tương đối của tinh
bột. Rào cản hình thành tinh bột trong nhũ tương trở nên lỏng lẻo và tần suất va chạm
giữa các giọt tăng lên. Hiện tượng keo tụ xảy ra giữa các giọt nhũ tương và có thể tiếp tục
đơng lại. Kích thước hạt trung bình Z của nhũ tương tăng dần trong 28 ngày bảo quản.
Các phạm vi khác nhau của sự kết tụ giọt nhỏ xảy ra trong nhũ tương. Tỷ lệ dầu 0,5 có
mức tăng nhỏ nhất, chỉ 42,16%, ở cỡ hạt trung bình Z trong 28 ngày. Khi tỷ lệ dầu là 0,6,
các hạt tinh bột không đủ hấp phụ trong giao diện dầu-nước do đó các giọt nhũ tương lớn
hơn được hình thành.
Thế năng zeta của các nhũ tương ổn định phần dầu khác nhau đã giảm trong 28 ngày. Khi
tỷ lệ dầu là 0,6, các hạt tinh bột không đủ hấp phụ trên giao diện dầu-nước do đó các giọt
nhũ tương lớn hơn được hình thành. Nhũ tương với tỷ lệ dầu 0,7 cũng đã được chuẩn bị,
nhưng quá trình tạo kem diễn ra nhanh chóng và q trình tách pha xảy ra sau 3 ngày.
Trong 28 ngày, sự thay đổi kích thước trung bình Z của nhũ tương với phần dầu là 0,6
không lớn, nhưng sự thay đổi của biến động thế năng zeta là lớn. Và khối lượng pha nhũ
hóa của nó cũng giảm 7,34%. Có thể thấy rằng phần dầu quá mức không phù hợp để ổn
định nhũ tương Pickering. Thế năng zeta của các nhũ tương khác cũng giảm xuống ở mức
độ khác nhau. Nhũ tương được tích điện âm và điện tích âm tích lũy có thể gây ra lực đẩy
lẫn nhau của các giọt nhũ tương, do đó nhũ tương cho thấy sự ổn định lớn khi q trình
chuẩn bị vừa hồn thành [32]. Từ Bảng 1,

có thể thấy rằng khi tỷ lệ dầu là 0,3 thì SI là 82,05. Khi tỷ lệ dầu tăng lên 0,5, SI tăng lên
98,68. Nhưng khi tỷ lệ dầu là 0,6 thì chỉ số ổn định nhũ tương giảm. Trong quá trình bảo
quản, do nồng độ tinh bột thấp, giao diện dầu-nước đủ có thể được ổn định. Do đó, khối
lượng pha nhũ hóa cũng cho thấy một xu hướng giảm. Điều này có thể là do điện tích của
tinh bột khơng đủ để chống lại sự kết tụ giữa các giọt bằng cách che chắn tĩnh điện [33].

Tuy nhiên, nhũ tương với phần pha dầu là 0,5 có tốc độ giảm thấp nhất. Kết hợp với xu
hướng thay đổi kích thước hạt trung bình Z, chúng tôi đã chọn 0,5 ở phần dầu cố định
trong các yếu tố khác.


Ảnh hưởng của cường độ ion
Kích thước trung bình Z và thế năng zeta của 7% nhũ tương ổn định tinh bột khoai môn
với phần dầu cố định 0,5 dưới các cường độ ion khác nhau của NaCl (0, 0,02, 0,04 và
0,06 mM) được mơ tả trong hình. 2 và 3 đối tác. Cường độ ion trong nhũ tương ảnh
hưởng đến sự ổn định bằng cách ảnh hưởng đến lực đẩy tĩnh điện [34]. Hầu hết các hạt
keo được tích điện và việc bổ sung NaCl làm giảm điện tích bề mặt của chúng và khiến
các hạt ngưng tụ thành keo tụ. Tinh bột khoai mơn được tích điện âm nên nhũ tương ổn
định bởi tinh bột khoai môn cũng tích điện âm. Thế năng zeta của nhũ tương với 0,04
mM NaCl là −43,99 mV và trong 28 ngày, giá trị tuyệt đối của thế năng zeta nhũ giảm
dần, và nhũ tương tương đối ổn định.
Như thể hiện trong hình 6 bên trái, kích thước hạt trung bình Z của nhũ tương với NaCl
được thêm vào rõ ràng đã giảm. Nhũ tương với NaCl 0,02 mM có kích thước giọt nhỏ
nhất (44,96 m) sau khi chế tạo. Và trong kho 28 ngày, kích thước giọt của nhũ tương với
0,02 mM NaCl và 0,04 mM có xu hướng tăng xấp xỉ tương đối ổn định. Nhưng kích
thước hạt của nhũ tương với NaCl 0,06 mM có kích thước giọt lớn. Việc bổ sung các ion
muối dẫn đến giảm kích thước giọt của nhũ tương, có thể là do sự keo tụ gây ra bởi việc
thêm các ion muối. Sự xuất hiện của các hạt keo tụ lúc đầu củng cố sự ổn định của nhũ
tương. Tăng thêm nồng độ ion muối sẽ dẫn đến mất ổn định.
Từ sự xuất hiện của nhũ tương trong hình 2

, có thể thấy rằng khi nồng độ NaCl tăng lên, thể tích của pha nhũ hóa của nhũ tương tăng
lên. Khi thêm 0,04 mM NaCl, nhũ tương SI của Pickering tăng từ 57,94 lên 87,54. Khi
thêm NaCl 0,02 mM nữa, SI giảm xuống 85,35. Khi nồng độ NaCl tăng lên, pha nước
được tách ra dần dần trở nên trong suốt. Điều này chứng tỏ rằng việc bổ sung NaCl cho

phép nhũ tương có độ ổn định tốt nhất trong khoảng 0,04 đến 0,06 mM. Nó chỉ ra rằng
khi tỷ lệ dầu-nước ban đầu và nồng độ hạt tinh bột được cố định, NaCl trong pha nước
gây ra một mức độ keo tụ nhất định trong nhũ tương và các hạt tinh bột bị hấp phụ mạnh
hơn giữa các giao diện, do đó góp phần vào q trình hợp nhất hạn chế. Do lực đẩy tĩnh
điện giữa các hạt được sàng lọc, cường độ ion có ảnh hưởng đến sự ổn định của nhũ
tương. Dữ liệu cho thấy hiệu ứng sàng lọc muối dẫn đến sự tương tác hạt tăng cường và
sự mắc kẹt của các hạt tinh bột trong pha nhũ tương. Sự gia tăng sàng lọc nồng độ muối
cho điện tích âm trên các hạt tinh bột và làm giảm thế năng zeta của hạt, giúp tăng cường
sự gắn kết của các hạt với các giọt nhũ tương. Tăng cường độ ion dẫn đến lực đẩy tĩnh
điện ít hơn giữa các giọt dầu phân tán, có khả năng đơng lại [35].
Duy trì polyphenol trong trà
Ngồi việc nghiên cứu các điều kiện cơ bản ảnh hưởng đến nhũ tương của Pickering, như
nồng độ hạt, tỷ lệ dầu-nước và ion muối, chúng tôi đã nghiên cứu sâu về khả năng ổn
định các yếu tố chức năng. Sau khi nhũ hóa bằng polyphenol trà khoai môn, lượng
polyphenol trong trà (EE%) trong mỗi mẫu được đo trực tiếp bằng máy quang phổ UV.
Độ ổn định đóng gói của các mẫu được xử lý 50 ° C và 25 ° C trong thời gian bảo quản
24 giờ (Hình 7)

Hình 7. Các polyphenol trong trà được giữ lại trong 50 ° C được xử lý và 25 ° C được xử lý nhũ tương trong khoảng thời gian 24
giờ.

cho thấy nhũ tương được xử lý 50 ° C giữ lại nhiều polyphenol trong quá trình bảo quản.
Việc phát hiện ban đầu polyphenol trong trà 50 ° C đã xử lý và 25 ° C đã giảm xuống còn
67,3% ± 3,6 và 61,5% ± 3,1, sau khi bảo quản trong 24 giờ. Khi tinh bột hịa tan trong
nước dư và đun nóng, tinh bột phồng lên và vỡ ra. Ở 50 ° C, tinh bột hồ hóa và tích hợp
với polyphenol trong trà một cách chặt chẽ, tạo thành một rào cản vật lý giữa giao diện
dầu-nước [36]. Đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng rào cản đối với sự thoái biến tinh bột
trong nhũ tương Pickering có thể làm giảm tốc độ thối hóa lipid [37]. Cũng có những

nghiên cứu cho thấy nhũ tương Pickering có những lợi thế nhất định trong nhiệm vụ điều
hòa lipolysis [38]. Người ta cho rằng sự khác biệt giữa các mẫu chưa được xử lý nhiệt và
xử lý nhiệt là do sự hình thành của hàng rào tinh bột nóng chảy có thể cải thiện tính ổn
định đóng gói của polyphenol trong trà [39].
4. Kết luận

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chiết xuất tinh bột từ khoai môn địa phương ở
tỉnh Chiết Giang và thấy rằng tinh bột có kích thước hạt phù hợp và tính chất lưỡng
tính vừa phải. Và chúng là một vật liệu sinh khối tốt để ổn định nhũ tương Pickering.
Ảnh hưởng của nồng độ hạt, tỷ lệ dầu-nước và nồng độ natri clorua đến tính ổn
định của Nhũ tương Pickering đã được nghiên cứu một cách có hệ thống trong thời
gian lưu trữ là 28 ngày. Kích thước hạt của tinh bột khoai mơn là 467,93nm và góc
tiếp xúc là 81,5 °. Tinh bột có thể được hấp phụ không thể đảo ngược tại giao diện
dầu-nước và là chất ổn định tự nhiên tốt để ổn định nhũ tương Pickering. Trong thời
gian lưu trữ là 28 ngày, kích thước hạt của tất cả các nhũ tương tăng lên và giá trị
tuyệt đối của điện thế giảm. Khi nồng độ của các hạt tinh bột tăng lên, các giọt nhũ
tương có kích thước hạt giảm và nhũ tương tương đối ổn định. Kết quả ngược lại là do
sự gia tăng tỷ lệ dầu do các hạt tinh bột khơng có khả năng ổn định giao diện dầunước. Việc bổ sung một nồng độ ion muối nhất định có thể gây ra hiện tượng keo tụ
nhẹ trong nhũ tương và tăng tính ổn định của nhũ tương. Tuy nhiên, các ion muối dư
thừa có thể làm cho nhũ tương xấu đi. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy nhũ tương
Pickering có thể đóng gói thành cơng polyphenol trong trà. Sau 24 giờ, tỷ lệ duy trì
polyphenol trong trà là 67%. Điều này chứng tỏ rằng nhũ tương Pickering ổn định
tinh bột khoai mơn có tiềm năng lớn trong việc áp dụng các yếu tố chức năng để phát
hành kiểm soát.


Đóng gói polyphenol trong trà xanh bằng phản ứng pH, kháng
khuẩn, alginate được sử dụng để điều trị xâm lấn tối thiểu nhiễm
trùng xương.

Tóm tắt:
Việc điều trị nhiễm trùng xương đòi hỏi chất mang thuốc phải mang số lượng
lớn hàng hóa, có khả năng kháng khuẩn, thúc đẩy sự tăng sinh và biệt hóa các nguyên
bào xương. Ở đây, chúng tôi đã đề xuất một chiến lược chuẩn bị các kính hiển vi có
cấu trúc đa phản ứng, kháng khuẩn, đa tầng được đóng gói bằng polyphenol trong trà
xanh được sử dụng để điều trị nhiễm trùng xương xâm lấn tối thiểu. Polyphenol trong
trà (TP) được bao bọc bởi các ống nano silic xốp (SiO2 NS). Sau đó, các quả cầu
microgel (MSs) và natri alginate (SA) đã được chuẩn bị để đóng gói rất nhiều NSs
SiO2 được nạp TP. Lớp ngoài của các quả cầu microgel TP @ SiO2 @ SA thu được
tiếp tục được bọc bởi CaCO3 nhạy cảm với pH. Lớp khống chất ngồi lớp kính hiển
vi tổng hợp được sử dụng để trung hịa mơi trường axit do nhiễm vi khuẩn. Đồng thời,
TP đóng gói được giải phóng pH nhạy cảm để chống lại stress oxy hóa. Kết quả của
chúng tơi cho thấy các đặc tính phân phối thuốc tuyệt vời bao gồm hiệu quả tải thuốc
(DLE) là 92,96% và hàm lượng thuốc (DLC) là 19,62%. Bên cạnh đó, kết quả đã
chứng minh rằng các TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 MSs có thể tiêu diệt hiệu quả
Staphylococcus aureus (tụ cầu vàng) và thúc đẩy sự tăng sinh và biệt hóa các ngun
bào xương khi kích thích H2O2 ở pH = 5,5.
Giới thiệu
Chất mang thuốc lý tưởng để điều trị nhiễm trùng xương nên mang số lượng
lớn hàng hóa, kháng khuẩn, thúc đẩy sự tăng sinh và biệt hóa các nguyên bào
xương. Viêm xương tủy được định nghĩa là một quá trình viêm cục bộ trong
xương và là một bệnh khó điều trị nổi tiếng, chủ yếu do Staphylococcus aureus (s.
Aureus) [1]. Nó trở thành một vấn đề lớn trên tồn thế giới và có thể bị tàn phá do
khả năng để lại di chứng và tử vong đe dọa chân tay [2 trận4]. Các phương pháp
hiện tại để điều trị viêm tủy xương chủ yếu là kháng khuẩn trong lâm sàng và cần
dùng kháng sinh thường xuyên và nặng liều [5,6]. Những phương pháp này có
hiệu quả đối với hồ sơ diệt khuẩn, nhưng mơi trường axit cục bộ của viêm tủy
xương, do nhiễm vi khuẩn, khơng được cải thiện. Stress oxy hóa, được biết là làm
hỏng tất cả các phân tử sinh học tế bào (lipid, đường, protein và polynucleotide)
đóng một vai trị quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình apoptosis (cơ chế làm

chết tế bào theo chương trình) hủy xương trong quá trình phát triển viêm xương.
1.


Nó khơng chỉ ức chế sự biệt hóa ngun bào xương và ảnh hưởng đến sự hình
thành xương [7,8], mà cịn gây viêm [9 [11]. Do đó, cần phải khai thác các chất
mang thuốc mới và có hiệu quả, mang được số lượng lớn hàng hóa, kháng khuẩn,
thúc đẩy sự tăng sinh và phân biệt các nguyên bào xương chống lại stress oxy hóa.
Polyphenol trong trà xanh (TP) là một nhóm các hợp chất polyphenol được
chiết xuất từ trà xanh, được biết đến bởi các hoạt động chống oxy hóa và kháng
khuẩn tuyệt vời [12]. Được biết, TP đã được phát hiện là hoạt chất thông qua việc
làm sạch triệt để bằng cách chuyển electron và chuyển nguyên tử hydro như chất
chống oxy hóa [13,14], có thể làm sạch các gốc tự do và ức chế q trình oxy hóa
của tế bào. Tuy nhiên, polyphenol trong trà xanh rất dễ bị oxy hóa, chúng cần sự
hỗ trợ của các chất mang để phân phối nơi hoạt chất đặc trưng của nó.
Gần đây, nhiều chất mang thuốc có khả năng cung cấp nhiều loại thuốc và tỷ
lệ giải phóng kiểm sốt đã được thiết kế, như bọt [15], phim [16], hydrogel
[17,18], vi hạt [19] và hạt nano [20] . Trong những thập kỷ gần đây, hydrogel đã
thu hút nhiều sự chú ý cho các ứng dụng của chúng như là chất mang thuốc để
tăng cường khả năng hòa tan thuốc, thời gian phát hành bền vững, giảm tác
dụng phụ [21 Lời23]. Do đó, chiến lược chuẩn bị hydrogel để đóng gói thuốc là
vơ cùng cấp bách vì nó cho phép tải số lượng lớn thuốc. Natri alginate (SA) là một
chất sinh học, và nó có thể được tạo gel khi có các ion dương như ion canxi [24].
Natri alginate hydrogel đã được sử dụng rộng rãi trong đóng gói vì các tính năng
đặc biệt của nó như phân hủy sinh học, tương thích sinh học và biopolymer
khơng độc hại [25]. Trong tài liệu này, chúng tôi đã đề xuất một chiến lược chuẩn
bị các kính hiển vi có cấu trúc đa phản ứng, kháng khuẩn, đa tầng được đóng gói
bằng polyphenol trong trà xanh được sử dụng để điều trị nhiễm trùng xương xâm
lấn tối thiểu. Điều trị xâm lấn tối thiểu (phẫu thuật) có thể hạn chế kích thước của
vết mổ cần thiết và do đó giảm thời gian lành vết thương, giảm đau và nguy cơ

nhiễm trùng thêm. Phẫu thuật mở, trong đó vết mổ được thực hiện đơi khi có thể
để lại những vết thương lớn gây đau đớn và mất nhiều thời gian để chữa lành. Tuy
nhiên, phẫu thuật xâm lấn tối thiểu ít xâm lấn hơn ở chỗ nó liên quan đến vết mổ
nhỏ hơn nhiều so với quy trình phẫu thuật mở tương ứng. Phẫu thuật xâm lấn tối
thiểu này đã trở thành phương pháp phổ biến và quan trọng nhất để chữa phình
động mạch chủ bụng [26].
Như minh họa trong Sơ đồ 1, TP được gói gọn bởi các NS SiO2 xốp. Sau đó,
các quả cầu SA microgel đã được chuẩn bị để đóng gói rất nhiều NS SiO2 được
nạp TP. Chiến lược đóng gói nhiều ống nano silica bằng hạt gel có thể đóng gói
polyphenol trong trà và bảo vệ hoạt động chống oxy hóa của chúng. Lớp ngồi của


các quả cầu microgel TP @ SiO2 @ SA thu được tiếp tục được bọc bởi CaCO3
nhạy cảm với pH [27].

Như thể hiện trong sơ đồ 2, lớp khoáng chất của các kính hiển vi hỗn hợp
được sử dụng để trung hịa mơi trường axit do nhiễm vi khuẩn [28]. Đồng thời, TP
đóng gói được giải phóng pH nhạy cảm để chống lại stress oxy hóa.

2. Thử nghiệm

Nguyên liệu
Dung dịch amoniac (28%) và Ethanol được mua từ Tianli Chemical Reagent Co.,
Ltd, Trung Quốc. Tetraethyl orthosilicate (TEOS, A. R.) đã được mua từ Viện
nghiên cứu hóa học tốt Thiên Tân Guangfu, Trung Quốc. Natri hydroxit (G. R.)
được mua từ Nhà máy Thuốc thử Hóa học Bắc Kinh. Natri alginate và
ammonium carbonate đã được mua từ Viện nghiên cứu hóa học tốt Thiên Tân
Guangfu. Canxi clorua khan (thuốc thử phân tích) được mua từ Nhà máy Thuốc

thử Hóa học Damao Thiên Tân. Polyphenol trong trà (≥98wt%) được mua từ
Cơng ty TNHH Cơng nghệ Vơ Tích Sunset Lvbao Nước khử ion (MilliQ, 18,3
MΩ cm) đã được sử dụng trong tất cả các thí nghiệm.
Chuẩn bị các hydrogel TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3
Đầu tiên, NSs SiO2 xốp được điều chế bằng phương pháp biến đổi theo tài liệu
báo cáo [29,30]. Tóm lại, 4,8 ml dung dịch amoniac, 12,4 mL etanol và 9,8 ml
H2O được trộn với nhau trong một chai ba cổ. Hỗn hợp được khuấy (1000 vịng /
phút) trong 5 phút. Sau đó, 1,8 ml TEOS đã nhanh chóng được thêm vào bình. Sau
1 phút, tốc độ khuấy được điều chỉnh thành 500 vòng / phút. Sau khi thí nghiệm
được phản ứng trong 2 giờ, 0,22 g NaOH đã được thêm vào chai ba cổ. Sau đó, thí
nghiệm tiếp tục được phản ứng trong 2 giờ nữa. Các sản phẩm thu được được thu
thập bằng cách ly tâm và rửa sạch bằng nước khử ion trong ít nhất năm lần. Sau
đó, chúng được đơng khơ ở −40 ° C trong 24 giờ. Thứ hai, bột SiO2 NSs (40 mg)
và TP (40 mg) xốp đã được hòa tan trong dung dịch CaCl2 (20 mL, 5 mol / L)
trong cốc thủy tinh. Hỗn hợp được khuấy để thu được dung dịch đồng nhất. Sau
đó, dung dịch SA (2 wt%, 6 mL) được thêm vào từng giọt. Phản ứng liên kết
ngang này được thực hiện ở nhiệt độ phòng trong 6 giờ. Các hydrogel của TP @
SiO2 @ SA đã được hình thành. Thứ ba, một đĩa Petri bằng thủy tinh chứa đầy
ammonium carbonate (5 g) và được phủ một miếng nhôm bị thủng cho một số lỗ
nhỏ bằng kim. Sau đó, cả cốc và đĩa Petri đều được đặt trong bình hút ẩm kín ở
nhiệt độ phịng trong 24 giờ. Các sản phẩm được thu thập và rửa sạch bằng nước
khử ion nhiều lần. Cuối cùng, các sản phẩm thu được được đông khô ở −40 ° C
trong 24 giờ để phân tích thêm.
Đặc tính
Hình thái của các kính hiển vi thu được đã được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện
tử quét (SEM, Hitachi, S4800, Tokyo, Nhật Bản). Thành phần của TP @ SiO2 @
SA @ CaCO3 hydrogels được xác định bằng cách sử dụng phổ hồng ngoại MS
biến đổi Fourier (FTIR, SHIMADZU, Kyoto, Nhật Bản) trong phạm vi 4000 - 400
cm-1 với phương pháp đĩa KBr. Đường cong phổ hấp thụ của TP được nghiên cứu
bằng máy quang phổ hấp thụ UV vis (Máy quang phổ kế Vis UV PerkinElmer

Lambda 605S). Nước khử ion được sử dụng làm mẫu trắng. Dữ liệu đo nhiệt độ
(TG) của các mẫu đông khô được đánh giá bằng máy phân tích NETZSCH STA
449CDSC / DTA-TG quét từ 30 đến 600 ° C trong mơi trường khơng khí. Các mẫu
được cân và đưa vào chảo nhôm. Các chảo được làm nóng ở nhiệt độ 10 ° C / phút
trong mơi trường nitơ với một chảo nhơm rỗng làm đầu dị tham chiếu. Khối
lượng mẫu nằm trong khoảng 8-10 mg. Tất cả các mẫu đã được chạy trùng lặp.


TP giải phóng từ TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 MSs
Bộ đệm axetat (pH = 5,5) và dung dịch đệm phosphate (pH = 7,4) đã được sử
dụng để điều tra độ nhạy pH. Các mẫu mục tiêu được phân tán trong bộ đệm và
khuấy trong thời gian nhất định. Các mẫu được xác định trước đã được rửa sạch,
và dung dịch TP được phân tích bằng máy quang phổ kế UV vis. Điều kiện giải
phóng được đặt là 37 ° C, 1 atm.
Thí nghiệm tế bào và kháng khuẩn
Để đánh giá sự tăng sinh và apoptosis của các nguyên bào xương, thí nghiệm MTT
([3- (4, 5-dimethylthiazol-2-yl) -2, 5-diphenyl tetrazolium bromide]) đã được thực
hiện. Tất cả các thí nghiệm được thực hiện ở 37 ° C. Giao thức được mô tả như
sau: trước hết, các nguyên bào xương được gieo hạt với mật độ 1000 tế bào trên
mỗi giếng (đĩa 96 giếng) và ni cấy 24 giờ. Sau đó, mơi trường nuôi cấy đã được
loại bỏ và thay thế bằng một loạt TP (0 μM, 50 Mμ, 100 μM, 150 μM, 200 μM) và
hydrogel MSs (trong vòng 0 μM, 50 μM, 100 μM, 150 μM, 200 μM ) chứa H2O2
(200 μM) ở pH = 7,4 và 5,5 trong 8 giờ. Sau đó, 20 μL dung dịch MTT (5 mg / mL
trong PBS) đã được thêm vào từng giếng. Sau 6 giờ xử lý, môi trường MTT đã
được gỡ bỏ. Cuối cùng, 150 μL DMSO đã được thêm vào từng giếng. Phát hiện
định lượng đã được thực hiện trên một máy đọc vi bản ở bước sóng 490nm. Để
nghiên cứu thêm về khả năng chống lại stress oxy hóa của TP @ SiO2 @ SA @
CaCO3 hydrogels MSs trong điều kiện axit, các nguyên bào xương được gieo vào
đĩa 12 giếng và được xử lý bằng Krebs (đối chứng), H2O2 (200 μM), TP (200 μM)
+ H2O2 (200 μM) và TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 hydrogels MSs (trong vòng 200

TPM TP) + H2O2 (200 μM) ở pH = 7,4 và 5,5 trong 8 giờ.
Staphylococcus aureus gram dương (S.aureus, ATCC 35.696) đã được chọn. S.
aureus được nuôi cấy ở 37 ° C trong môi trường LB lỏng ở tốc độ 200 vịng / phút
trong máy lắc quay có và khơng có TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 MS và với
vancomycin (một loại kháng sinh thường được sử dụng để điều trị một số bệnh
nhiễm trùng do vi khuẩn, được sử dụng ở đây là thuốc kiểm sốt tích cực) trong
thời gian nhất định. Sau đó, độ đục ở 600nm được đo bằng máy quang phổ kế
Hitachi U-3010.
Sau khi ủ trong thời gian nhất định, môi trường nuôi cấy được thu thập để đo hàm
lượng Wnt3a và ALP bằng cách sử dụng PCR theo tài liệu [31].


3. Kết quả và thảo luận

Ảnh và ảnh SEM của các mẫu được hiển thị trong Hình 1

Hydrogel TP @ SiO2 @ SA đồng đều (giống nhau) (Hình 1a) và TP @ SiO2 @
SA @ CaCO3 (Hình 1c) thu được MSs. Một kính hiển vi hydrogel TP @ SiO2 @ SA duy
nhất có kích thước hạt khoảng 3 mm được hiển thị trong Hình 1b. Từ các bức ảnh, rõ
ràng là kính hiển vi hydrogel TP @ SiO2 @ SA có bề mặt nhẵn. Trong khi bức ảnh của
kính hiển vi hydrogel TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 cho thấy rõ bề mặt trở nên xù xì vì
dạng CaCO3 và kích thước hạt (∼4 mm) cũng tăng nhỏ. Ảnh SEM (Hình 1d) cho thấy rõ
hình thái của hydrogel TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 thu được là các kính hiển vi (đường
kính 2 3 mm) với bề mặt nhám. Ảnh SEM của mặt cắt ngang của TP @ SiO2 @ SA @
CaCO3 hydrogels MS (Hình 1e) cho thấy cấu trúc bên trong của hydrogel TP @ SiO2 @
SA @ CaCO3 có các kênh xốp (đường kính 6 8m). Rõ ràng là có rất nhiều NS SiO2 xốp
(∼300nm) được kết luận trong TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 hydrogels MSs (Hình 1f).
Hình 2 trình bày phổ FTIR của SA tinh khiết, NS SiO2 xốp, TP và TP @ SiO2 @
SA @ CaCO3 hydrogels MSs. So với SA tinh khiết (Hình 2a), SiO2 NS xốp (Hình 2b) và
TP (Hình 2c), TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 hydrogels MS (Hình 2d) thể hiện các đỉnh

đặc trưng ở 1232, 1355 và 1450 cm-1. Ngoài ra, đỉnh đặc trưng mạnh ở 1635 cm-1 có thể
là do sự kết hợp của SA tinh khiết, NS SiO2 xốp và TP. Các đỉnh đặc trưng nằm ở 712,
875 và 746 cm-1 được gán cho pha tinh thể của canxit và vaterit. Những dữ liệu này gợi ý
rõ ràng rằng TP đã được gói gọn trong các hydrogel MSs và các hydrogel TP @ SiO2 @
SA thu được đã được bọc bởi các kính hiển vi CaCO3.


Kết quả hấp thụ UV vis được thể hiện trong hình 3a để tính tốn nồng độ
khác nhau của TP trong các TP trong TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 hydrogels MSs thu
được. TP thể hiện bước sóng hấp thụ cực đại ở bước sóng 274nm. Như thể hiện trong
hình 3a, độ hấp thụ tương ứng ở 274nm của TP trong TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3
hydrogel MSs tương ứng là 0,31, 0,90, 1,16, 1,83, khi lượng TP khác nhau (7,14 wt%,
13,33 wt %, 18,75 wt%, 23,52 wt%) đã được thêm vào chế phẩm của TP @ SiO2 @ SA
@ CaCO3 hydrogels MSs. Phân tích nhiệt lượng (Hình 3b) được thực hiện trên lượng TP
khác nhau. Với nhiệt độ ngày càng tăng, khơng có sự giảm trọng lượng đáng kể nào đối
với các hydrogel MSs mà khơng có TP. Trong khi trọng lượng giảm đáng kể đã được
quan sát đối với các hydrogel TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 thu được với các lượng TP
khác nhau được đóng gói, do đốt cháy và hiệu suất dễ bị oxy hóa của TP. Để nghiên cứu
thêm về DLC và DLE của các MSs hydrogel TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 này, chúng tôi
sử dụng phương pháp đường chuẩn dựa trên quang phổ UV vis như công việc trước đây
của chúng tơi đã báo cáo [31]. Hình 3c cho thấy kết quả DLC của lượng TP khác nhau
trong TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 hydrogels MSs tương ứng là 5,21%, 10,87%, 16,28%,
19,62%. Từ kết quả của Hình 3, chúng tôi đã kết luận rằng việc tải TP trên các hydrogel
TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 thu được tăng lên khi lượng TP tăng lên, cho đến khi đạt
đến DLC tối đa. Nó được tiết lộ rằng DLC tối đa của TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3
hydrogels MSs là 19,62 wt% khi 23,52 wt% TP được thêm vào. Hơn nữa, DLE của các
hydrogel TP @ SiO2 @ SA @ CaCO3 là 92,96%.


Hình. 4 cho thấy hình ảnh kính hiển vi qt laser đồng tiêu (CLSM) của các

nguyên bào xương với sự thay đổi hình thái được ni cấy ở các điều kiện khác nhau.
Hình 4a trình bày hình ảnh của các ngun bào xương bình thường được ni cấy ở pH =
7.4, mơ phỏng mơi trường sinh lý bình thường, là hình dạng khơng thể thiếu trong giai
đoạn tăng sinh và phân biệt ổn định. Trong khi, Hình 4b cho thấy các nguyên bào xương
trở nên phẳng hoặc ngắn hơn ở pH = 5,5 mô phỏng môi trường vi khuẩn axit yếu trong
viêm tủy xương, vì mơi trường axit có lợi cho sự phát triển của vi khuẩn, nhưng có hại
cho sự phát triển của các tế bào bình thường. Khi 200 μM H 2O2 được thêm vào môi
trường axit yếu ở pH = 5,5 mơ phỏng tình trạng stress oxy hóa là một trong những thách
thức đối với điều trị viêm tủy xương, hầu như các nguyên bào xương trở nên ngắn hơn
hoặc thậm chí tử vong và dẫn đến gián đoạn tế bào (Hình 4c). Trong hình 4d, các nguyên
bào xương trở nên tương đối dài hơn với sự hiện diện của TP (200 μM) do đặc tính chống
oxy hóa của TP. Nhưng do mơi trường axit khơng thay đổi, các nguyên bào xương vẫn
phẳng. Tuy nhiên, hình thái của các nguyên bào xương trở lại bình thường và hình dạng
trở lại nguyên vẹn và liên tục (Hình 4e) với sự hiện diện của TP @ SiO2 @ SA @
CaCO3 hydrogels MSs (trong 200 μM TP). Lý do là TP được giải phóng từ TP @ SiO2
@ SA @ CaCO3 hydrogels MSs với sự hòa tan và gãy của các microsphere (vi cầu)
CaCO3 trong môi trường axit ở pH = 5,5. Do đó, chúng tơi tin rằng các MSs hydrogel TP
@ SiO2 @ SA @ CaCO3 thu được có thể thúc đẩy sự tăng sinh và biệt hóa của các
nguyên bào xương.


Để đánh giá tính khả thi của TP@SiO2@SA@CaCO3 hydrogels MSs để
phân phối đáp ứng pH của TP, thí nghiệm giải phóng TP được thực hiện theo giao thức
được báo cáo ở các điều kiện pH khác nhau (pH = 5,5 và pH = 7,4). pH = 7,4 là môi
trường sinh lý bình thường, trong khi pH = 5,5 là bắt chước mơi trường vi mơ có tính axit
yếu của tình trạng liên quan đến viêm tủy xương. Kết quả được minh họa trong hình 5a,
chỉ một lượng nhỏ (12,9%) TP được giải phóng trong bộ đệm PBS ở pH = 7,4 sau khi lọc
máu trong 6 giờ. Với thời gian tăng từ 6 h lên 8 h, lượng phát hành của TP không tăng rõ
ràng. Hầu hết TP vẫn được đóng gói trong các MSs hydrogel TP@SiO2@SA@CaCO3.
Do đó, một lượng nhỏ TP đã bị rò rỉ lúc đầu. Tuy nhiên, với sự hịa tan dần của bề mặt

bên ngồi của MSs CaCO3, Ca2+ tự do từ CaCO3 hòa tan sẽ tạo thành canxi photphat ổn
định hơn, sẽ ngăn chặn sự hịa tan thêm canxi cacbonat bên trong. Do đó, thời gian giải
phóng kéo dài đã làm tăng lượng giải phóng TP sau 6 giờ. Mặt khác, ở pH = 5,5, một bản
giải phóng nhanh chóng (42%) của TP đã xuất hiện trong vòng 1 giờ và gần như 100%
được giải phóng trong vịng 6 giờ. Điều đó có thể là do CaCO3 hòa tan tại pH thấp (pH =
5,5), Ca2+ từ CaCO3 hịa tan có thể tạo thành canxi photphat ổn định sau khi hòa tan
CaCO3. SA bắt đầu xuống cấp dần dần cho đến khi vỡ hoàn toàn. Cả sự hòa tan CaCO3
và sự xuống cấp của SA đều dẫn đến việc giải phóng TP từ TP@SiO2@SA@CaCO3
hydrogels MSs. Do đó, chúng tơi kết luận rằng việc giải phóng TP từ TP
@SiO2@SA@CaCO3 hydrogels MSs bị ảnh hưởng bởi phản ứng pH, điều này (đặc
điểm này của TP@SiO2@SA@CaCO3 hydrogels MSs) làm cho TP giải phóng chính xác
vào các tế bào viêm tủy xương.
Thí nghiệm MTT đã được thực hiện để nghiên cứu sâu hơn về tác dụng của
TP@SiO2@SA@CaCO3 hydrogels MSs đối với khả năng tồn tại của tế bào nguyên bào
xương ở các giá trị pH khác nhau. Hình. 5b cho thấy khả năng tồn tại của tế bào các
nguyên bào xương trong các nhóm kiểm sốt khác nhau, H2O2 (200 μM) đã xử lý, TP