LUẬN văn QUY TRÌNH TỔNG hợp DENDRIMER

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DENDRIMER
1.1. GIỚI THỆU
Hóa học polymer và kỹ thuật sản xuất chúng đã có từ lâu đời trên nền tảng chính là
sản xuất ra polymer mạch thẳng và nhánh, chúng đã thể hiện vai trò là vật liệu quan
trọng trong sản xuất và đời sống. Phân tử polymer có kích thước lớn, cấu tạo mạch thẳng
chỉ chứa một vài nhánh nhỏ hơn hoặc có thể là nhánh lớn được xắp xếp một cách ngẫu
nhiên.
Trong hai thập niên qua người ta nghiên cứu và tìm thấy một loại vật liệu polymer
mới có những tính chất khác biệt so với các polymer cao phân tử mạch nhánh và thẳng
thông thường. Một trong những phát hiện đó là dendrimer. Và đây được coi là một thành
công trong lĩnh vực vật liệu polymer.
Hình 1.1: Lịch sử hình thành và phát triển Polymer [21]
1.2. LỊCH SỬ TỔNG HỢP DENDRIMER [7]
1.2.1. Lịch sử tổng hợp dendrimer trên thế giới
Phát minh ra dendrimer tìm thấy sớm nhất là vào năm 1980, Donald A Tomalia và
cộng sự, giám đốc trung tâm Công nghệ sinh học nano trường Đại học Michigan đã tổng
hợp ra polyamidoamin (PAMAM) dendrimer. Nó là những polymer đa nhánh, từ tâm
(core) ở giữa người ta phát triển các nhánh dần ra bên ngoài. PAMAM được tổng hợp từ
ethylenediamine, methylacrylate.
Sau 5 năm 1985, George R. Newkon, chuyên gia hoá học và trung tâm ở trường
Đại Học South Floride đã xuất bản bài báo về dendrimer. Ông tổng hợp dendrimer từ
polyamidoalcol có cấu trúc mixen gọi là “sự phân nhánh” bởi vì phân tử giống cấu trúc
của cây. Các nhóm hydroxyl bao bọc bên ngoài phân tử.
Đến năm 1987, Donald A Tomalia đã phát minh ra dendrimer hình que. Nó được
tổng hợp từ polyethyleneimine, methylacrylate và ethylenediamine. Quá trình tiến hành ở
nhiệt độ thấp và có hiệu suất cao.
Năm 1988, Schmitt-Wilich đã chế tạo ra dendrimer từ nguồn nguyên liệu trimesoyl
[ benzen-1,3,5-tricacboyl] với 1-lysin và vòng chelat Gadolium(IV).
Polyacryl ether dendrimer do Frech và Hawker phát minh được điều chế từ 3,5
dihydroxy benzol. Ngoài ra, từ các monomer như 2,2- bis (dihydroxy methyl) propionic
acid mà tổng hợp ra các polyester dendrimer. Grinstaff và cộng sự cũng phát minh ra

polyester có nguồn nguyên liệu là glycerol và succinic acid.
Ngoài ra một số nhà khoa học đã điều chế vỏ nanocapsule. Ông Jeam-Thierry
Simonnet từ polyester của trimethyolpropane với triglyceride của caprylic acid. Ông
Gretchen M.Unger từ nguyên liệu là polyvinylpyrolidone.
Gần đây, Jie Bue và đồng sự, Viện Hoá học và Công nghệ Khoa học Singapore đã
thành công trong việc tổng hợp PAMAM dendrimer trên nền silica gel. Phản ứng được
tiến hành ở nhiệt độ cao.
Trong những năm tám mươi người ta đã tổng hợp dendrimer và xác định được tính
chất vật lí và hóa học của nó. Những năm trở lại đây thì những nhà nghiên cứu mới khám
phá ra tiềm năng, ứng dụng của dendrimer trong lĩnh vực sinh học và y học, nó đã mở ra
nhiều hứa hẹn ở nhiều lĩnh vực từ chuyển giao gen đến ảnh cộng hưởng từ rồi khám phá
ra vaccin, thuốc kháng virus, kháng khuẩn và thuốc chữa ung thư và thuốc trị bệnh HIV.
Ngày nay dendrimer đã sẳn sàng đi vào sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Dendrimer
TN
là một công ty ở Mỹ chuyên sản xuất PAMAM dendrimer. Tuy nhiên giá
thành còn rất cao do công nghệ sản xuất còn khá phức tạp. Chúng thường được bán dạng
dung dịch hòa tan trong methanol.
1.2.2. Ở Việt Nam
Phòng Hóa học Hữu cơ-Polymer, Viện công nghệ hóa học, Viện khoa học công
nghệ thành phố Hồ Chí Minh được xem là đơn vị đầu tiên nghiên cứu tổng hợp
dendrimer.
Đầu tiên là Luận văn Thạc sĩ của chị Phan thị Thanh Thảo (ĐH Cần Thơ) tổng hợp
dendrimer từ core ammoniac, phát triển nhánh bằng methylacrylate và ethylenediamine.
Thực hiện vào năm 2007 tại Phòng Hóa học Hữu cơ-Polymer, Viện công nghệ hóa học,
Viện khoa học công nghệ thành phố Hồ Chí Minh.
Năm 2007, Luận văn tốt nghiệp Đại học của chị Nguyễn thị Thủy (ĐHBK-K2003)
đã tổng hợp lại dendrimer từ core ammoniac, phát triển nhánh bằng methylacrylate và
ethylenediamine. Sau đó khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng.
Và đến nay năm 2008, đề tài của em là tổng hợp lại dendrimer PAMAM nhưng đi

theo một hướng khác là thay core ammoniac bằng core ethylenediamine. Sử dụng các phổ
IR, MNR
1
H và
13
C, MS, TEM, XRD để xác định cấu trúc và kích thước phân tử
dendrimer tổng hợp được.
1.3. ĐỊNH NGHĨA DENDRIMER [22]
Cái tên dendrimer được bắt nguồn từ “dendrom” trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là
cây. Và cùng thời gian đó thì nhóm NewKome cũng tình cờ báo cáo về việc tổng hợp
ra những phân tử có cấu trúc tương tự. Chúng được gọi là arborols, từ này có nguồn gốc
từ tiếng La Tinh “arbor” cũng có nghĩa là cây. Và chúng cũng được biết đến với cái tên
khác là “cascade molecule” có nghĩa là polymer nhiều tầng. Nhưng tên gọi dendrimer
thì được sử dụng thông dụng nhất hiện nay. Và kể từ đó rất nhiều những công trình
nghiên cứu tập trung vào việc phát triển và ứng dụng nó trong các lĩnh vực khác nhau.
Dendrimer là một polymer có khối lượng phân tử lớn gần bằng phân tử protein.
Tùy thuộc vào cấu trúc của tâm mà nó ít hay nhiều nhánh. Số nhánh có thể từ 3-8 nhánh
và thông dụng nhất là từ 3-4 nhánh.
Hình 1.2: Cấu trúc Dendrimer gần giống cây [23]
1.4. CẤU TRÚC PHÂN TỬ [1], [2], [3], [23].
Core
Phân tử Dendrimer được cấu tạo bởi 3 phần Nhánh bên trong
Nhóm thế bên ngoài
Dendrimer được cấu tạo từ phân tử ở tâm gọi là core. Phân tử core có thể là ưa nước
hay kỵ nước. Nguời ta có thể dùng ammoniac (NH
3
), ethylenediamine (NH
2
CH
2

CH
2
NH
2
),
aniline (C
6
H
5
NH
2
), butylenediamine hay có thể là các chất khác làm core ban đầu.
Các nhánh bên trong (Interior branch) được lặp đi lặp lại có nhịêm vụ liên kết các
nhóm bên ngoài với tâm. Giữa các nhánh có nhiều không gian trống bên trong.
Các nhóm bên ngoài Z (Surface groups) thường là các nhóm anion, cation, nhóm
trung tính, hay các nhóm ưa nước hay kỵ nước …
Hình 1.3 : Cấu trúc ba chiều của Dendrimer. Gồm ba thành phần: lõi (core), vùng bên
trong chứa các nhánh lặp đi lặp lại (Interior), bề mặt ngoài (Surface) [23].
Dendrimer ở các thế hệ thấp (0, 1, 2) có cấu trúc không đối xứng và có khả năng
thay thế các nhóm bên ngoài cao hơn là các thế hệ cao. Do mật độ các phân tử ở ngoại
vi còn rất nhỏ chưa có sự cản trở về mặt không gian nên chúng sẽ dao động tự do dễ
dàng hơn. Khi phát triển dần các nhánh làm cho các nhánh dài và phát triển rộng ra số
nhóm gắn bên ngoài dendrimer trở nên đông đúc hơn nên không gian dao động của
chúng dường như bị thu hẹp, mức độ dao động tự do giảm làm cho cấu trúc nó chặt chẻ
hơn và có dạng hình cầu rõ rệt. Khi số lượng các nhánh bên ngoài quá đông đúc thì nó
không còn khả năng phát triển nhánh nữa (phát triển lên các thế hệ cao hơn). Lúc đó các
nhóm bên ngoài như một rào chắn không cho các phân tử khác xâm nhập vào không
gian trống bên trong và lúc này dendrimer bị “khóa chặt”. Tóm lại các thế hệ đầu (3 thế
hệ đầu) cấu trúc gần giống tâm nên chúng có kích thước nhỏ, mềm dẻo, không sít chặt
và cấu trúc chưa có dạng hình cầu rõ. Ở thế hệ càng cao thì cấu trúc có dạng hình cầu rõ

rệt.


Hình 1.4 : Cấu trúc dendrimer có dạng hình cầu [24]
 Hiện nay dòng sản phẩm Dendrimer PAMAM thì core có độ dài mạch cacbon
cao được sử dụng nhiều hơn so với core NH
3
vì một số các lý do sau
 Khi dùng core EDA (n=2) thì trọng lượng phân tử và số nhánh phát triển nhiều
hơn. Với core ammonia số nhánh là 3 còn dùng core ethylenediamine số nhánh là
4. Ở cùng một khối lượng phân tử và số nhóm bên ngoài thì số thế hệ khi dùng
core EDA sẽ thấp hơn khi dùng core NH
3
do đó các nhóm khác sẽ dễ dàng tấn
công vào dendrimer hơn làm tăng khả năng phát triển các thế hệ [33].
Bảng 1.1: So sánh trọng lượng phân tử MW và số nhóm bên ngoài Z của core
ethylenediamine EDA và core ammoniac NH
3
THẾ
HỆ
CORE EDA CORE NH
3
MW Z MW Z
-0.5 404 4 275 3
0 516 4 359 3
0.5 1204 8 875 6
1 1428 8 1043 6
1.5 2804 16 2075 12
2 3252 16 2411 12
 Độ dài của core liên quan đến hình dạng và tính ái dầu của dendrimer. Nếu số

nhóm CH
2
trong phân tử core càng nhiều sẽ làm tăng tính ái dầu, nên người ta
thường dùng core có độ dài từ 2 đến 6 C trở lên. Các dendrimer có tính ái dầu
được ứng dụng nhiều hơn [31], [32].
Hình 1.5 : Các loại core khác nhau [21]
 Trong quá trình tổng hợp nếu mạch cacbon của core càng dài thì tổng hợp nhiều
thế hệ hơn. Muốn phát triển nhiều nhánh thì core phải dài. Do khoảng cách không
gian giữa các nhóm bên ngoài lớn hơn sẽ lâu bão hòa bề mặt [31], [32].
 So với core NH
3
số nhánh đạt được là N
c
=3 thì core EDA số nhánh đạt được là
N
c
= 4 do đó hình thành nhiều không gian bên trong hơn, các nhóm bên ngoài
nhiều hơn [31], [32].
Hình 1.6: Công thức của phân tử PAMAM core EDA dendrimer [23]
 Một số các Dendrimer với các loại core và nhánh khác.

Hình 1.7: Dendrimer PAMAM có nhóm OH bên ngoài [23]
Hình 1.8: PhenolicDendrimer [23]
Hình 1.9: GlucoDendrimer [23]
Hình 1.10: Silicondendrime [23]
Hình1.11: Hydroxyldendrimer [23]
Hình 1.12:G2 Dendrimer Porphyrin core [20]
Hình 1.13 :G-2.5 tris(hydroxymethyl)methylamide PAMAM-dendrimer [23]
1.5. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP [22]
Hiện nay dendrimer được tổng hợp bằng hai con đường chính là phương pháp

divergent và corvergent ngoài ra hiện nay người ta còn công bố phương pháp khác là tổng
hợp dendrimer trên nền Silicagen. Khi tổng hợp bằng hai con đường khác nhau thì cấu
trúc của chúng cũng khác nhau.
1.5.1. Phương pháp Devergent
Dendrimer được pháp triển từ các nhóm chức của phân tử core. Các core phản ứng
với các phân tử monomer chứa 1 nhóm hoạt động (có khả năng phản ứng) và 2 nhóm
không hoạt động ( không có khả năng phản ứng) và đưa đến việc hình thành thế hệ thứ
nhất của dendrimer. Sau đó các phân tử ngoại biên cũng được hoạt hóa để chuẩn bị cho
phản ứng với các nhóm monomer khác. Quy trình trên được lập đi lập lại cho nhiều thế hệ
dendrimer khác nhau (G), chúng được xây dựng từ lớp này sang lớp khác. Nhược điểm
lớn nhất của phương pháp này là thường hay xảy ra nhiều phản ứng phụ và sản phẩm sinh
ra có nhiều khuyết tật. Vì vậy để ngăn cản phản ứng phụ và thúc đẩy phản ứng chính thì
độ tinh khiết của tác chất phải ở mức độ cho phép là một đòi hỏi rất quan trọng. Nếu phản
ứng phụ xảy ra nhiều thì điều đó gây trở ngại cho việc tinh chế sản phẩm cuối cùng.
1.5.2. Phương pháp Covergen
Phương pháp này ra đời khắc phục được nhiều nhược điểm của phương pháp
divergent. Trong phương pháp này dendrimer được tổng hợp theo dạng bậc thang. Từ
hình minh họa bên dưới ta thấy tổng hợp theo phương pháp này có một số điểm thuận lợi
hơn là nó dễ dàng làm sạch sản phẩm và những khuyết tật cuả sản phẩm được giảm đến
mức tối thiểu. Việc tổng hợp dendrimer đòi hỏi phải có sự sắp xếp thật tỷ mỹ vị trí các
nhóm nguyên tử trong không gian bên ngoài, vì thế khi số nhóm bên ngoài tăng lên sẽ cản
trở về mặt không gian cho các nhóm thế tiếp theo. Dendrimer được tổng hợp đầu tiên là
polyamidoamines (PAMAM).
Hình 1.14:Hai phương pháp tổng hợp Dendrimer là Divergent và Convergent [23]
Dendrimer ở thế hệ 0.5; 1.5; 2.5…nó có chứa nhóm cacboxylate trên bề mặt. Các
thế hệ 1; 2; 3…chứa nhóm NH
2
trên bề mặt.
Số nhóm phản ứng tại các vị trí bề mặt ngoài của dendrimer có thể được tăng lên
gấp đôi với mỗi thế hệ. Và dẫn đến khối lượng phân tử tăng hơn rất nhiều.

 Khối lượng phân tử có thể được xác định như sau:
 Số nhánh có
thể được xác định như sau:
 Sự gia tăng các số lượng các nhóm ngoài cùng theo cấp số nhân:
1.6. TÍNH CHẤT
1.6.1. Tính mang vác
Do dendrimer có chứa các khoảng trống ở bên trong nên dendriner được sử dụng
như một chất mang. Các chất chúng mang là thuốc trị bệnh, các đoạn AND, các emzym,
các hocmon, các xúc tác kim loại hay thậm chí là thuốc nhuộm
Dendrimer rất thích hợp cho việc mang thuốc vì chúng có độ chọn lọc và tính bền
vững cao khi kết hợp với thuốc. Hiện nay có rất nhiều cách để mang thuốc như là nang
hóa các phân tử thuốc bên trong các không gian trống bên trong phân tử (a). Hay có thể
nhiều phân tử dendrimer kết hợp tạo thành mạng lưới bao bọc các phân tử thuốc (b). Hay
là các phân tử thuốc kết hợp với các nhóm bên ngoài bằng liên kết cộng hóa trị (c) hay là
các tuơng tác không hóa trị (d) [20], [23].
Hình 1.15: Các hình thức vận chuyển thuốc của Dendrimer [20]
1.6.2. Cấu trúc xác định
Trước đây quy trình tổng hợp các polymer nguyên thủy thường là các polymer
mạch thẳng hay nhánh thì sự sắp xếp các nhánh xảy ra một cách ngẫu nhiên và các phân
tử có kích thước khác nhau nên không đồng đều. Trong khi kích thước và khối lượng
phân tử của dendrimer có thể điều chỉnh trong suốt quá trình tổng hợp nó. Ta có thể tổng
hợp dendrimer có kích thước và khối lượng phân tử mong muốn.
Bởi vì cấu trúc phân tử của nó đặc biệt nên nó có các tính chất vật lý và hóa học tốt
hơn so với các polymer khác. Trong quá trình hòa tan trong dung môi thì các polymer
thông thường tồn tại dưới dạng cuộn mềm dẻo dễ thay đổi hình dạng, trái lại đối với
dendrimer thì nó tồn tại dưới dạng một trái banh chặt chẽ ít hoặc không bị biến dạng.
Điều này ảnh hưởng lớn đến tính chất của chúng làm cho độ nhớt của nó khi trong dung
dịch có thể giảm rất nhiều so với polymer mạch thẳng. Khi khối lượng phân tử của
dendrimer tăng, tính nhớt của nó có thể đạt đến mức cực đại hình thành ở thế hệ thứ 4 và
sau đó bắt đầu giảm xuống. Cách thức này không giống như polymer mạch thẳng và

nhánh khác. Đối với các polymer trước kia thì tính nhớt của nó phát triển một cách liên
tục so với khối lượng phân tử hay nói cách khác độ nhớt tăng tỷ lệ với khối lượng phân tử
[18].
Hình 1.16: So sánh độ nhớt của Dendrimer và các Polymer khác [23].
Tính tan của denrimer do core và cả nhóm trên bề mặt quyết định. Dendrimer mà
các nhóm bên ngoài và core là các nhóm ưa nước thì có khả năng tan được trong nước,
trong khi các dendrimer có các nhóm ngoài cùng và core là các nhóm kỵ nước, ưa dầu thì
nó không có khả năng tan trong nước mà tan trong các dung môi có tính dầu. Người ta đã
kiểm chứng sự hòa tan của nó trong dung môi tetrahydrofuran (THF) và thấy rằng sự hòa
tan của các dendritic polyester cao hơn so với các polyester mạch thẳng có cấu trúc tương
tự [1].
Ở thế hệ càng cao thì bề mặt có sự tập trung nhiều các nhóm bên ngoài và không
gian trống bên trong cũng tăng lên làm cho bề mặt tăng lên đáng kể có thể đạt đến
1000m
2
/g [3].
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
o
A đúng bằng kích
thước của Cytochrome, thế hệ G5 có kích thước 53
o
A phù hợp với hemoglobin, thế hệ
G6 có kích thước 67
o
A phù hợp với phức AND và histone. Vì lý do đó mà nó là vật lịêu
nano rất được chú trong trong y học hịên nay [21].
Hình 1.17: Kích thước của Dendrimer và kích thước các vật chất trong cơ thể [20].
1.6.3. Tính đa hóa trị
Tính đa hóa trị là do các nhóm bên ngoài quyết định, các nhóm bên ngoài càng

nhiều dẫn đến hóa trị càng tăng. Tính đa hóa trị làm cho chúng có khả năng mang được
nhiều nhóm bên ngoài.
1.6.4. Tính chất nano
Phân tử dendrimer có sự phân bố kích thước và hình dạng không giống như các
polymer mạch thẳng hay nhánh khác. Trong dung dịch chúng có sự phân bố kích thước và
hình dạng hạt rất phong phú có khi kết thành một chuổi thẳng dài (hình c), có khi kết
thành chùm có hình dạng méo mó (hình b), hay có khi ở dạng đơn phân tử, dimer, trimer
(hình a). Kích thước phân tử của chúng thường khoảng vài chục đến vài trăm nanomet
[34]. Vì thế nó cũng được xem là một vật liệu nano.
Phân tử nano dendrimer đuợc cơng bố gần đây có kích thuớc từ 50- 800 nm, nhưng
tốt nhất là từ 50-300 nm [3]. Hịên nay vật liệu nano đang được nghiên cứu rất rộng rãi,
chúng được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực. Hiện nay có nhiều phương pháp tổng hợp
như: phương pháp hóa ướt, phương pháp cơ học, phương pháp bốc bay, phương pháp
hình thành từ pha khí. Tuy nhiên những q trình trên rất phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật rất
cao [17]. Nên sự ra đời dendrimer cũng là một thành tựu trong lĩnh vực tìm kiếm các vật
lịêu nano mới . Ta có thể xác định kích thước của nó dưới kính hiển vi điện tử truyền qua
TEM.
Hình 1.18 : Các dạng phân bố trong dung dịch [23]
1.6.5.Tính tương hợp sinh học và ít độc hại với cơ thể [20]
Các nhóm ngoại biên bên ngồi thì có tác dụng làm tăng tính tan, tính trộn lẫn và
tính hoạt động cao. Thí dụ như các nhóm OH ,NH
3
… trên bề mặt có thể làm tăng tính tan
của dendrimer. Người ta thiên về tổng hợp các Dendrimer vừa có tính ái nước vừa có tính
ái dầu. Tính ái nước là để chúng có thể hòa tan vào môi trường nước trong cơ thể đi đến
các tế bào, tính ưa dầu là để khi đến màng tế bào chúng có thể đi qua màng lipid đi sâu
vào bên trong tế bào. Thường các dendrimer có độ tan thấp được sử dụng nhiều hơn trong
lĩnh vực y học vì người ta cho rằng nếu chúng ít tan thì chúng sẽ khó bị nước mang đi
khắp nơi trong cơ thể.
Chúng có tính tương thích với cơ thể rất cao và được đào thải dần ra khỏi cơ thể nên

ít nguy hiểm đối với cơ thể. Những nghiên cứu của D.A.Tomalia thường đi sâu vào các
dendrimer ưa dầu ( dendrimer béo) vì các dendrimer ưa dầu thì độc tính của nó ít hơn
thậm chí không độc so
với các dendrimer ái
nước. Dendrimer sau
khi đi vào cơ thể và đào
thải hoàn toàn ra ngoài cơ
thể. Nhiều nghiên cứu cho
thấy khi ta sử dụng phóng
xạ Iot-125 được gắn vào
dendrimer có core là phenolic thì dendrimer có thể bài tiết qua thận ra khỏi cơ thể bằng
đuờng nuớc tiểu hay ra ngoài qua đường phân.
1.7. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG [34]
1.7.1. Độ pH
Cấu trúc và hình dạng phân tử dendimer phụ thụôc rất nhiều vào độ pH. Tại pH
thấp (pH <4) thì các nhánh duỗi ra, các phân tử sắp xếp có trật tự hơn. Tại pH này các
không gian rỗng bên trong nhiều hơn. Tại pH trung tính bắt đầu xuất hiện các khúc cuộn
do liên kết hydro giữa các nhóm amine bên trong và các nhóm amine trên bề mặt. Tại pH
cao hơn các phân tử bắt đầu co lại, có hình dạng như một khối cầu, độ chặt bắt đầu tăng
lên, các khúc cuộn ở mức độ cao hơn.
Hình 1.19: Sự thay đổi hình dạng dendrimer khi thay đổi độ pH [34].
1.7.2. Nồng độ muối
Khi nồng độ muối cao làm cho hình dạng của nó co cuộn lại như trong dung môi
khó phân cực hay nồng độ pH cao.
Khi nồng độ muối thấp các nhánh của nó duỗi ra.
Hình 1.20: Sự thay đổi hình dạng dendrimer trong môi trường muối [34].
1.7.3. Dung môi hòa tan
Trong dung môi khó phân cực thì nó co cuộn lại, do lúc này hình thành liên kết
hydro nội phân tử giữa N của nhóm -NH
2

bên ngoài và H của nhóm -NH bên trong.
Trong dung môi phân cực thì các nhánh của nó duỗi thẳng ra do tạo liên kết hydro
giữa N của nhóm -NH và -NH
2
trong và ngoài phân tử hay O của COO
-
với H của dung
môi.
Hình 1.21 : Sự thay đổi hình dạng dendrimer trong dung môi khác nhau [34].
1.8. ỨNG DỤNG
1.8.1. Ứng dụng vật liệu mới [7]
Vào năm 1985, Tomalia đã sử dụng PAMAM dendrimer làm chất phá nhũ tương
của dầu và nước, dùng làm chất giữ ẩm cho giấy và có tác dụng thay đổi độ nhớt nên
dùng trong sản xuất sơn.
Ngày 15 tháng 9 năm 1987, Tomalia và đồng sự đã phát hiện ra dendrimer có
nhiều nhánh được điều chế từ polyethylenimine với methylacrylat, diethylenediamine. Họ
sử dụng để chế tạo phân tử composit, làm vật liệu polymer.
Vào năm 2002, Grinstaff đã ra các polyester dendrimer có nguồn gốc từ các
monomer như glycerol, succinic acid được dùng trong quá trình sản xuất giấy lụa.
Vào ngày 16 tháng 12 năm 2003, Vijay R Mhetar, đã sử dụng dendrimer để làm
thay đổi bề mặt nhựa nhiệt dẻo như độ dẻo, khả năng chịu nhiệt. Khi trộn với dendrimer
có thể khống chế được tính chất mốc của nhựa, chống lại tia tử ngoại, độ mài mòn cao,
chống cháy. Do đó, nhựa có nhiều ứng dụng làm kính, đèn treo tường, làm đồ trang trí,
bao phủ gỗ, sơn.
1.8.2. Trong y học và sinh học
Một trong các khối cấu trúc nano được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là
dendrimer bởi tính chất hướng đích và phát hiện của nó. Các thiết bị nano dùng dendrimer
PAMAM đa chức năng cung cấp một nền tảng nano để chụp ảnh, phân phối thuốc hướng
đích và điều trị ung thư in vitro và in vivo [8], [10]. Trong lĩnh vực dựơc phẩm nó dùng
làm chất mang mang thuốc đến các vị trí trong cơ thể. Đó là các vị trí chứa các khối u ác

tính. Khi ta dùng dendrimer làm chất mang những loaị thuốc dùng trong hoá trị liệu có
độc tính cao với cơ thể, các loại thuốc có tuổi thọ rất ngắn trong cơ thể. Khi sử dụng chất
mang thì thuốc có thể được đưa đến đúng các vị trí cần điều trị trong cơ thể, lượng thuốc
sử dụng ít hơn, duợc tính được tăng cao. Ngoài ra nó không độc với cơ thể, có tính đào
thải tốt [16].
Hình 1.22: Khối u được điều trị bởi Dendrimer [26].
Chúng được sử dụng nhiều trong y học là do tính tương hợp và độc hại của chúng
thấp. Độc tính của dendrimer do các nhóm bên ngoài quyết định, độc tính của chúng tăng
dần theo thứ tự như sau:
NH
3
+> Guanidin
+
>SO
3
-2
>PO
3
-2
>COO
-
>PEG
Nếu các nhóm bên ngoài là OH
-
hay COO
-
thì chúng ít độc hơn. Thường các
dendrimer ở các thế hệ cao (G>6) thì không được ứng dụng nhiều trong sinh học do nó
độc hơn so với các thế hệ thấp. Và đặc biệt nếu thế hệ quá cao thì mức độ đào thải ra
khỏi cơ thể sẽ thấp [20].

Hình 1.23: So sánh độc tính của Dendrimer với các nhóm bên ngoài khác nhau [20].
Để giảm độc tính của dendrimer của nguyên tử N trong phân tử -NH
2
người ta
dùng các phản ứng aryl hóa, acetyl hóa hay phản ứng ghép đôi ion. Trong sinh học khi
thực hiện các phản ứng trên nó còn có tác dụng giảm độ bám dính của dendrimer lên
màng tế bào [20].
Hình 1.24 : Các phản ứng làm giảm bớt độc tính của nguyên tử Nitơ [20]
Hiện nay người ta ứng dụng dendrimer nhiều trong lĩnh vực sinh học bởi ưu điểm
của nó là có khả năng thẩm thấu sinh học cao, chúng có thể xuyên qua mạch máu hay
qua biểu mô. Vì thế chúng có khả năng vận chuyển hydratcacbon, protein, peptide hay
oxy đi khắp các mạch máu trong cơ thể. Ở các thế hệ càng cao, do kích thước lớn nên độ
thẩm thấu của chúng kém hơn hẳn các thế hệ thấp [20].
Với các dendrimer có kích thước nhỏ sẽ dễ dàng đào thải ra khỏi cơ thể hơn. Do
chúng có kích thước nhỏ nó sẽ len lỏi qua các vách tế bào và ra ngoài, hay khuếch tán
qua tế bào đi ra ngoài. Các dendrimer có kích thước lớn sẽ khó thẩm thấu hơn và giữ lại
trong cơ thể gây độc hại cao.
 Sử dụng dendrimer trong lĩnh vực sinh học
 Vận chuyển ở cấp độ tế bào: Thường dùng để vận chuyển AND, ARN, và thuốc. Ít
dùng để vận chuyển thuốc vào tĩnh mạch do nó bị giữ lại và lưu thông trong máu
một thời gian dài.
 Vận chuyển ở cấp độ biểu mô: các loại thuốc trị bệnh đường ruột do nó hấp thu vào
đường ruột tốt.

Vận chuyển ở cấp độ mạch máu: thường dùng trong mô và tĩnh mạch. Ít dùng trong
động mạch do nó kết hợp với thuốc lâu, sử dụng với nồng độ cao trong máu.
Hình 1.25 : Quá trình đào thải Dendrimer với các kích thước khác nhau ra khỏi màng
tế bào [20].
Độ tan của dendrimer là do tính chất các nhóm bên ngoài và core quyết định.
Thường người ta sử dụng các dendrimer có tính ái nước thấp để vận chuyển thuốc đi vào

cơ thể. Vì nếu chúng ít tan trong nước thì sẽ khó đi khắp nơi trong cơ thể nên chúng có
thể an toàn hơn.
Các cation dendrimer thường có tác dụng kháng khuẩn, chống lại sự xâm nhập
của vi khuẩn vào cơ thể. Các HA mang điện tích dương trên cơ thể virut tương tác tĩnh
địên với các sialic acid mang điện tích âm trên màng tế bào và sau đó dễ dàng chui vào
bên trong tế bào. Khi có mặt của sialic acid dendrimer mang địên tích âm nó sẽ kết hợp
với HA mang điện tích dương của virut. Nhờ tương tác đẩy tĩnh điện các virut sẽ không
có cơ hội tiếp xúc với tế bào.
Hình 1.26 : Quá trình xâm nhập của virut vào cơ thể và quá trình chống sự xâm nhập
của virut khi dùng Cation Dendrimer [20].
Trong y học khi dùng các Dendrimer có các nhóm bề mặt là các nhóm anion phục
vụ trong hóa trị liệu hay vận chuyển ở cấp độ tế bào thì nó làm giảm sự loãng máu, ngoài
nó còn có tác dụng dịêt vi khuẩn, virut rất tốt. Anion Dendrimer còn dùng trong việc lọc
sạch các ion kim loại trong cơ thể. Các ion có hóa trị hai thường liên kết với các phân tử
phospholipids trên màng tế bào. Anion Dendrimer có tác dụng thay thế các ion kim loại
hóa trị hai để liên kết với các phospholipids đẩy các ion ra ngoài. Tuy nhiên các
Dendrimer anion có nhược điểm là có khả năng phá vở màng tế bào do nó tương tác tĩnh
địên rất mạnh với các nhóm mang địên tích âm trên bề mặt tế bào và đi sâu vào các lỗ
trũng trên bề mặt tế bào.
Hình 1.27 : Quá trình lọc sạch Ca
2+
trong cơ thể [20].
Trong y học dendrimer được biết đến là tác nhân vận chuyển thuốc rất hiệu quả.
Khi thuốc được gắn vào dendrimer,
thuốc có thể được phóng thích nhờ quá trình tiếp xúc
với vị trí định sẵn trong cơ thể. Dendrimer có thể sử dụng như tác nhân che phủ bên
ngoài để bảo vệ hay mang thuốc đến các vị trí đặc biệt trong cơ thể hay điều tiết thời gian
phóng thích các tá dược một cách hợp lý tránh hiện tượng thuốc chưa hấp thụ đã đào thải
ra ngoài. Chất 5-Fluorouracil (%FU) được biết đáng chú ý nhất là khả năng chống ung
thư, nhưng nó có độc tính cao khi sử dụng có thể gây tác dụng phụ rất cao. Kết hợp

PAMAM dendrimer-5FU, Dendrimer có thể tan được trong nước và phóng thích ra 5FU
dạng tự do. Quá trình phóng thích này diễn ra từ từ nên có thể giảm tải được độc tính của
5FU. Ngoài ra dendrimer còn có khả năng sử dụng như chất mang thuốc chống sưng tấy.
Hiện nay có nhiều nghiên cứu về ứng dụng của dendrimer trong lĩnh vực y học là tẩm
thuốc điều trị bệnh ung thư. Tẩm Nifedipine điều trị bệnh ung thư. Giáo sư y học và duợc
phẩm Francis C. Szoka cùng các đồng nghiệp của ông tại các truờng đại học California,
San Francissco, Frechet đang nghiên cứu sử dụng dendrimer với mục đích là vận chuyển
các loại thuốc có độc tính cao sử dụng trong hóa trị liệu điều trị bệnh ung thư.
Những loại thuốc trị bệnh ung thư đuợc tẩm trên dendrimer đã được thử nghiệm
trước trên động vật và đạt đuợc một số thành quả nhất định.
Một cuộc thử nghiệm đã dùng hợp chất Nifedipine (4-(2 Nitrophenyl)-2,6-
dimethyl-3,5-dicarbomethoxy-1,4dihydropyridin) tẩm lên dendrimer PAMAM bằng quá
trình nang hóa và dùng nó điều trị rất nhiều bệnh. Nifedipine là một tác nhân ngăn kênh
calxium trong cơ thể, nó sử dụng để điều trị các căn bệnh liên quan đến mạch máu. Ngoài
ra nó dùng để trị các bệnh liên quan đến ống hậu môn, những vết nứt cấp tính và mãn
tính, bệnh trỉ, bệnh thừa calcium gây nên các bệnh sạn thận…Nó còn sử dụng như thuốc
gây mê, thuốc chống viêm [19].
1.8.3. Các lĩnh vực khác [27].
Ngoài các lĩnh vực chính là ứng dụng vật liệu mới, y hoc và công nghệ sinh học nó
còn dùng trong lĩnh vực khác như:
Trong lĩnh vực xúc tác. Nhờ vào diện tích bề mặt lớn và nhiều khe hở bên trong
nên nó có thể dùng làm chất mang xúc tác.
Trong kỹ thuật dùng làm đầu dò cảm biến hóa học và sinh học, sợi cacbon, phụ gia
polymer và nhựa
Trong môi trường dùng xử lý chất thải, hệ thống siêu lọc
Trong điện tử và quang học dùng làm hệ thống hấp thu ánh sáng, in tầng số rộng,
màn hình tinh thể lỏng, vật liệu quang học 3D
Trong công nghiệp dùng để chế tạo mực in, chất bám dính, tạo ra pin và chất bôi
trơn ở cấp độ nano.
1.9. KẾT LUẬN

1.9.1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay vấn đề nghiên cứu tổng hợp dendrimer là đề tài nóng bỏng đang rất được
chú trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và đã đạt nhiều tiến bộ vượt bậc, nhưng vấn
đề thương mại hóa chúng còn gặp rất nhiều khó khăn. Do quy trình tổng hợp chúng
còn khá phức tạp, quá trình làm tinh khiết sản phẩm chưa thực sự hiệu quả. Vì thế giá
thành của dendrimer trên thị trường còn khá cao. Trong y học thì độ tinh khiết của sản
phẩm rất quan trọng vì nếu dư nhiều tạp chất nó có thể làm biến tính thuốc, làm giảm
hoạt tính thuốc trước khi đưa vào cơ thể. Còn trong các lĩnh vực khác thì giá cả đóng
vai trò rất quan trọng nó quyết định giá thành của sản phẩm, so với các vật liệu khác