Tạo các hạt nanochitosan tripolyphosphate có kích thước khác nhau bằng phương pháp liên kết ion và đánh giá hoạt tính đối kháng vi sinh vật của chúng

1

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

TRẦN THỊ KIM DUNG

TẠO CÁC HẠT NANOCHITOSAN-TRIPOLYPHOSPHATE CÓ KÍCH
THƢỚC KHÁC NHAU BẰNG PHƢƠNG PHÁP LIÊN KẾT ION VÀ ĐÁNH
GIÁ HOẠT TÍNH ĐỐI KHÁNG VI SINH VẬT CỦA CHÚNG

Ngành: Sinh học
Chuyên ngành: Vi sinh vật học
Mã số: 60.42.40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. PHẠM VIỆT CƢỜNG

Hà Nội - 2013

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

2

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ, bên cạnh sự nỗ lực cố gắng của bản
thân còn có sự hƣớng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng nhƣ sự động viên ủng
hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận

văn thạc sĩ.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Phạm Việt Cƣờng Phòng Công nghệ sinh học - Viện Hoá sinh biển- Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam, ngƣời đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn
thành luận văn này.
Đồng thời, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Nguyễn Thị Kim Cúc cùng
các anh chị em trong Phòng Công nghệ sinh học - Viện Hoá sinh biển- Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên
cứu.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy Cô trong bộ môn
Vi sinh vật học đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu cũng nhƣ tạo mọi
điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để cho tôi có thể
hoàn thiện đề tài.
Cuối cùng xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè, những ngƣời
đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt
thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Hà Nội, Ngày tháng năm 2013
Học viên
Trần Thị Kim Dung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

3

MỤC LỤC
trang

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .............................................
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...........................................................................
MỞ ĐẦU ...........................................................................................................
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN......................................................................................
1.1. Chitosan ...........................................................................................................
1.1.1.Cấu trúc của chitosan ................................................................................
1.1.2. Tính chất của chitosan ..............................................................................
1.1.3. Cơ chế kháng khuẩn của Chitosan ...........................................................
1.1.4. Ứng dụng của chitosan trong các lĩnh vực khoa học công nghệ ..............
1.2. Tổng quan về nano chitosan ............................................................................
1.2.1. Các phương pháp chế tạo nano chitosan .................................................
1.2.2. Ứng dụng của hạt nano chitosan ..............................................................
1.2.3. Hoạt tính kháng khuẩn của nano chitosan ...............................................
1.3. Các chủng vi sinh vật thử nghiệm ...................................................................
1.3.1. Bacillus subtilis .........................................................................................
1.3.2. Bacillus cereus ..........................................................................................
1.3.3. Micrococcus luteus ...................................................................................
1.3.4. Listonella damsela ....................................................................................
1.3.5. Candida albicans ......................................................................................
1.3.6. Fusarium oxysporum ................................................................................
1.3.7. Aspergillus awamori Nakazawa ...............................................................
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

4

Chƣơng 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất và dụng cụ thiết bị ...........................................................................
2.1.1. Hóa chất ....................................................................................................
2.1.2. Dụng cụ .....................................................................................................

2.1.3. Thiết bị ......................................................................................................
2.1.4. Các chủng vi sinh vật thử nghiệm...........................................................
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................
2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt nano chitosan
bằng phương pháp liên kết ion .................................................................
2.2.1.1. Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử chitosan.....................
2.2.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ CS/TPP.............................................
2.2.1.3. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian khuấy, tốc độ khuấy...................
2.2.2. Tạo các loại hạt nano chitosan có kích thước khác nhau bằng phương
pháp liên kết ion ......................................................................................
2.2.3. Đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật của các loại hạt nano chitosan có
kích thước khác nhau ................................................................................

Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo hạt nano chitosan - TPP ....
3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan..............................
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ giữa CS và TPP ........................................
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy và thời gian khuấy lên quá trình
tạo hạt nano chitosan ...............................................................................
3.2. Tạo các loại hạt nano chitosan có kích thƣớc khác nhau ................................
3.3. Đánh giá hoạt tính đối kháng vi sinh vật của các loại hạt nano chitosan có
kích thƣớc khác nhau (CF2: 1000 nm, CF1: 450 nm, CF6: 100 nm) ............
3.3.1. Đánh giá khả năng kháng khuẩn của các loại hạt nano chitosan có kích
thước khác nhau ........................................................................................
3.3.2. Đánh giá khả năng kháng nấm của các loại hạt nano chitosan có kích
thước khác nhau ........................................................................................
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

5

3.3.2.1. Khả năng kháng nấm men Candida albicans của các loại hạt
nano chitosan.....................................................................................
3.3.2.2. Khả năng kháng nấm mốc của các loại hạt nano chitosan có kích
thƣớc khác nhau ................................................................................

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................
PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
CF2

Hạt nanochitosan-tripolyphosphate kích thƣớc 1000nm

CF1

Hạt nanochitosan-tripolyphosphate kích thƣớc 450nm

CF6

Hạt nanochitosan-tripolyphosphate kích thƣớc 100nm

MIC90

Minimum Inhibitory concentration - Nồng độ ức chế tối thiểu

MBC

Minimum bactericidal Concentration - Nồng độ diệt khuẩn tối thiểu

MFC

Minimum Fungicidal Concentration - Nồng độ diệt nấm tối thiểu

OD

Optical Density

DD

Degree of Deacetylation (Độ deacetyl hóa)

DNA

Deoxyribonucleic Acid

FE-SEM

Field Emission Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử
quét phát xạ trƣờng)

TPP

Tripolyphosphate

B.s

Bacillus subtilis

M.lu

Micrococcus luteus

V23

Bacillus cereus

V1

Listonella damsela

M15

Aspergillus awamori Nakazawa

F.oxys

Fusarium oxysporum

C.ab

Candida albicans

KLPTTB

Khối lƣợng phân tử trung bình

CS

Chitosan không xử lý

C5

Chitosan xử lý bằng lò vi sóng 600w/ 5 phút

C10

Chitosan xử lý bằng lò vi sóng 600w/ 10 phút

ηo :

Độ nhớt đặc trƣng

M:

Khối lƣợng phân tử trung bình

NMR:

Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy) - phổ cộng hƣởng từ hạt nhân

cs:

Cộng sự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

7

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tóm tắt phƣơng pháp điều chế hạt nano chitoan làm chất dẫn các loại
thuốc, protein hoặc gen khác nhau .............................................................
Bảng 2.1. Thành phần môi trƣờng MPA ....................................................................
Bảng 2.2. Thành phần môi trƣờng Hansen ................................................................
Bảng 2.3. Thành phần môi trƣờng Czapek-Dox ........................................................
Bảng 3.1 : KLPTTB của Chitosan xử lý và không xử lý............................................
Bảng 3.2: Kích thƣớc hạt nano chitosan thu đƣợc ở các điều kiện khác nhau ..........
Bảng 3.3: Khả năng ức chế vi khuẩn của các hạt nanochitosan (%) .........................
Bảng 3.4: Giá trị MIC90 và MBC của các chế phẩm với các chủng vi khuẩn
nghiên cứu................................................................................................
Bảng 3.5: Khả năng ức chế Candida albicans của các hạt nanochitosan (%)
Bảng 3.6: Giá trị MIC90 và MFC của các chế phẩm với chủng Candida albicans....
Bảng 3.7: Khả năng ức chế nấm mốc của các hạt nanochitosan (%) ........................
Bảng 3.8: Giá trị MIC90 và MFC của các chế phẩm với các chủng nấm sợi
nghiên cứu..................................................................................................

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

8

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Quy trình thu nhận chitin và chitosan ........................................................
Hình 1.2: Công thức cấu tạo của chitin và chitosan...................................................
Hình 1.3 : Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng pháp khâu mạch nhũ tƣơng ...........................
Hình 1.4 : Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng pháp giọt tụ, kết tủa ......................................
Hình 1.5 : Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng pháp tạo giọt nhũ tƣơng ................................
Hình 1.6: Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng pháp mixen đảo ..............................................
Hình 1.7: Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng pháp liên kết ion.............................................
Hình 1.8: Hình thái của Bacillus subtilis ...................................................................
Hình 1.9: Hình thái của Bacillus cereus .....................................................................
Hình 1.10: Hình thái của Micorcoccus luteus ............................................................
Hình 1.11. Hình thái của Photobacterium damselae ...............................................
Hình 1.12. Hình thái của Candida albicans ...............................................................
Hình 1.13. Hình thái của Fusarium oxysporum .........................................................
Hình 1.14. Hình thái của Aspergillus awamori Nakazawa ........................................
Hình 3.1: Kích thƣớc hạt nanochitosan với chitosan xử lý bằng lò vi sóng ..............
Hình 3.2: Kích thƣớc hạt nanochitosan với chitosan không xử lý .............................
Hình 3.3: Dung dịch nano chitosan điều chế từ các tỷ lệ CS/TPP khác nhau (từ
trái qua phải): 4:1, 5:1, 6:1 .........................................................................
Hình 3.4: Kích thƣớc hạt nanochitosan với tốc độ khuấy1500v/2h...........................
Hình 3.5: Kích thƣớc hạt nanochitosan với tốc độ khuấy 4000v/2h..........................
Hình 3.6: Kích thƣớc hạt nanochitosan với tốc độ khuấy 8000v/2h..........................
Hình 3.7: Kích thƣớc hạt nanochitosan với tốc độ khuấy 8000v/1h..........................
Hình 3.8: Kích thƣớc hạt nanochitosan với tốc độ khuấy 8000v/3h..........................
Hình 3.9: Kích thƣớc hạt nanochitosan đƣợc báo cáo theo số lƣợng (a) và theo
cƣờng độ (b) của mẫu CF2 .........................................................................
Hình 3.10: Điện thế zeta của hạt nanochitosan thu đƣợc từ mẫu CF2.......................
Hình 3.11. Ảnh FE-SEM hạt nano chitosan của mẫu CF2 ........................................

Hình 3.12: Kích thƣớc hạt nanochitosan đƣợc báo cáo theo số lƣợng (c) và theo
cƣờng độ (d) của mẫu CF1 .........................................................................
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

9

Hình 3.13 : Điện thế zeta của hạt nanochitosan thu đƣợc từ mẫu CF1......................
Hình 3.14 . Ảnh FE-SEM hạt nano chitosan của mẫu CF1 .......................................
Hình 3.15 :Kích thƣớc hạt nanochitosan đƣợc báo cáo theo số lƣợng (c) và theo
cƣờng độ (d) của mẫu CF6 .......................................................................
Hình 3.16: Điện thế zeta của hạt nanochitosan thu đƣợc từ mẫu CF6.......................
Hình 3.17. Ảnh FE-SEM hạt nano chitosan mẫu CF6 ...............................................

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

10

MỞ ĐẦU
Chitosan là dạng deacetyl hóa từ chitin, có cấu trúc polysaccharide, đƣợc tìm
thấy ở loài động vật giáp xác, côn trùng và một vài loại nấm. Với nhiều tính năng
nhƣ tƣơng thích sinh học, phân hủy sinh học, bám dính màng và không độc hại, nó
trở thành nguyên liệu cho nhiều ứng dụng dƣợc sinh học và đƣợc sử dụng làm
nguyên liệu điều chế hạt nano chitosan trong những năm gần đây vì những tính chất
ƣu việt của nó ở kích thƣớc nano.
Hạt nano chitosan có thể đƣợc tạo ra bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ
phƣơng pháp khâu mạch nhũ tƣơng (emulsion cross-linking), phƣơng pháp giọt

tụ/kết tủa (coacervation/precipitation), phƣơng pháp hợp nhất giọt nhũ tƣơng
(emulsion-droplet coalescence), phƣơng pháp liên kết ion (ionic gelation) và
phƣơng pháp mixen đảo (reverse micellar). Hiện phƣơng pháp đƣợc sử dụng nhiều
nhất là liên kết ion, ƣu điểm của phƣơng pháp này là quá trình chuẩn bị đơn giản và
không cần phải sử dụng dung môi hữu cơ hay sử dụng lực nén lớn, do đó phƣơng
pháp này đƣợc nghiên cứu rộng rãi trong tổng hợp chất dẫn thuốc và thực phẩm
chức năng. Hạt nano chitosan tạo ra không những vẫn giữ đƣợc các tính chất của
chitosan ban đầu mà còn tỏ ra vƣợt trội hơn bởi kích thƣớc nhỏ gọn, có diện tích
tiếp xúc lớn hơn chitosan thông thƣờng nên có hiệu quả kháng khuẩn cao hơn nhiều
lần so với chitosan.
Hoạt tính đối kháng vi sinh vật của nano chitosan không chỉ phụ thuộc vào
từng chủng loại vi sinh khác nhau mà còn phụ thuộc nhiều vào kích thƣớc và zeta
của hạt, do vậy việc lựa chọn quy trình tạo hạt nano chitosan và đánh giá hoạt tính
kháng vi sinh vật của chúng cũng đang là một vấn đề cần đƣợc nghiên cứu để có thể
ứng dụng nó không chỉ đối với lĩnh vực y sinh, mà còn có thể ứng dụng trong các
lĩnh vực khác nhƣ bảo quản trái cây, thực phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu trong nƣớc
và hƣớng tới xuất khẩu.
Nhƣ đã biết Việt Nam là nƣớc có nhiều loại trái cây, phong phú về chủng loại
và nhiều loại độc quyền toàn thế giới, có giá trị xuất khẩu cao, tuy nhiên việc bảo
quản các loại trái cây này còn là một vấn đề rất nan giải, bởi vì nếu bảo quản không
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

11

tốt sẽ làm quả chín nhanh, tạo điều kiện cho sự xâm nhiễm của các loài vi sinh vật,
từ đó làm giảm giá trị dinh dƣỡng cũng nhƣ giá thành của sản phẩm. Vấn đề đặt ra
là tạo các chế phẩm sinh học bảo quản vừa an toàn, hiệu quả vừa thân thiện với môi
trƣờng để thay thế cho các chế phẩm hóa học trƣớc đây.

Vì vậy, đề tài luận văn "Tạo các hạt nano chitosan-tripolyphosphate có
kích thƣớc khác nhau bằng phƣơng pháp liên kết ion và đánh giá hoạt tính đối
kháng vi sinh vật của chúng" sẽ là tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo nhằm
tiến tới sử dụng nano chitosan để tạo chế phẩm bảo quản quả tƣơi sau thu hoạch.
Mục tiêu của đề tài:
1. Tạo hạt nano chitosan-tripolyphosphate với kích thƣớc khác nhau bằng phƣơng
pháp liên kết ion.
2. Đánh giá hoạt tính đối kháng vi sinh vật của các loại hạt nano chitosan tạo thành.
Nội dung nghiên cứu:
 Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo hạt nano
chitosan-tripolyphosphate bằng phƣơng pháp liên kết ion (khối lƣợng phân tử
chitosan, tỷ lệ chitosan:TPP, thời gian khuấy, tốc độ khuấy).
 Tạo các loại hạt nano chitosan-tripolyphosphate có kích thƣớc khoảng 1000 nm,
500 nm và 100 nm.
 Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn (gram âm, gram dƣơng) của các loại hạt nano
chitosan thu đƣợc ở trên bằng phƣơng pháp nuôi cấy trên môi trƣờng đặc hiệu.
Xác định đƣợc giá trị MIC90 (nồng độ ức chế tối thiểu) và MBC (nồng độ diệt
khuẩn tối thiểu) của các hạt nano chitosan có kích thƣớc khác nhau đối với mỗi
chủng vi khuẩn khác nhau.

 Đánh giá hoạt tính kháng nấm (nấm men, nấm sợi) của các loại hạt nano
chitosan thu đƣợc ở trên bằng phƣơng pháp nuôi cấy trên môi trƣờng đặc hiệu.
Xác định đƣợc giá trị MIC90 (nồng độ ức chế tối thiểu) và MFC (nồng độ diệt
nấm tối thiểu) của các hạt nano chitosan có kích thƣớc khác nhau đối với mỗi
chủng nấm khác nhau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

12

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN
1.1. Chitosan
Chitosan là một polysaccharide tuyến tính gồm β-(1-4)-D glucosamine và
N-acetyl-D glucosamine. Chitosan đƣợc sử dụng trong thƣơng mại và có thể sử
dụng trong điều trị y khoa
(Biomedical).
Chitosan thƣơng mại
có nguồn gốc từ vỏ tôm và
động vật giáp xác biển khác.
Chitosan đƣợc sản xuất bằng
phƣơng pháp deacetyl hóa
chitin, đó là yếu tố cơ cấu
trong các bộ xƣơng ngoài
của động vật giáp xác (cua,
tôm, vv) và thành tế bào của
nấm. Mức độ deacetylation
(% DD) có thể đƣợc xác
định bằng phổ NMR.
Chitin lần đầu tiên
đƣợc tìm thấy trong nấm bởi
nhà khoa học ngƣời Pháp

Hình 1.1: Quy trình thu nhận chitin và chitosan [11]

Braconnot vào năm 1811, và
nó cũng đựơc tách ra từ biểu bì của sâu bọ, bởi nhà khoa học ngƣời Pháp Odier vào
năm 1823. Và chất đã đƣợc khử acetyl từ chitin đã đƣợc khám phá bởi Roughet vào
năm 1859; và đƣợc đặt tên là chitosan bởi nhà khoa học ngƣời Ðức Hoppe Seyler

vào năm 1894. Chitosan, là polime hữu cơ tự nhiên mang điện tích dƣơng do có
những nhóm amino tự do tích điện dƣơng, những điều này tạo cho chitosan những
thuộc tính đặc biệt và đáng kinh ngạc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

13

1.1.1.Cấu trúc của chitosan

Hình 1.2: Công thức cấu tạo của chitin và chitosan

Chitosan là dẫn xuất deacetyl hóa của chitin, trong đó nhóm (-NH2) thay thế
nhóm (-NHCOCH3) ở vị trí C2. Chitosan đƣợc cấu tạo từ các mắt xích
D-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết α-(1-4)-glycoside [24], [25].
1.1.2. Tính chất của chitosan
 Không độc, tính tƣơng ứng sinh học cao và có khả năng phân huỷ sinh học nên
không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi
trƣờng.
 Cấu trúc ổn định.
 Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH < 6,3) và kết tủa ở những giá trị pH cao
hơn, hóa tím trong dung dịch iod.
 Có tính kháng khuẩn tốt.
 Là hợp chất cao phân tử nên khối lƣợng phân tử của nó giảm dần theo thời gian
do phản ứng tự cắt mạch. Nhƣng khi khối lƣợng phân tử giảm thì hoạt tính
kháng khuẩn và kháng nấm không bị giảm đi.
 Có khả năng hấp phụ cao đối với các kim loại nặng.
 Ở pH < 6,3, chitosan có tính điện dƣơng cao.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

14

 Trong phân tử chitosan có chứa nhóm –OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích
N-acetyl-D-glucosamine có nghĩa chúng vừa là alcol vừa là amine, vừa là
amide. Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-,
dẫn xuất thế N-.
 Mặt khác chitosan là những polymer mà các monomer đƣợc nối với nhau bởi
các liên kết α-(1-4)-glycoside; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất nhƣ:
acid, baz, tác nhân oxy hoá và các enzyme thuỷ phân. [24], [25].
1.1.3. Cơ chế kháng khuẩn của Chitosan
Chitosan và rất nhiều dẫn xuất của nó thể hiện khả năng kháng khuẩn rất tốt.
Tác động kháng khuẩn thƣờng diễn ra rất nhanh (trong vài giờ). Phổ kháng khuẩn
của chúng rộng, bao gồm cả vi khuẩn gram âm và gram dƣơng. Tuy nhiên, cần nhắc
lại là khả năng này bị hạn chế do tính tan hạn chế của chitosan (không tan trong môi
trƣờng pH > 7). Cơ chế tác động chính xác của chitosan và các dẫn xuất lên tế bào
vi sinh vật thực tế vẫn chƣa rõ ràng và còn nhiều tranh cãi. Nhiều cơ chế khác nhau
đã đƣợc đề xuất để giải thích khả năng này. Ví dụ nhƣ tính chất đa điện tích dƣơng
của chitosan và các dẫn xuất khởi đầu cho quá trình gắn kết lên màng tế bào vi sinh
vật có điện tích âm. Khi Hwang và cs (1998) quan sát tế bào E.coli sau khi xử lý
bằng dung dịch chitosan và các dẫn xuất qua kính hiển vi điện tử truyền (TEM),
thấy màng sinh chất của tế bào bị tách ra khỏi màng trong. Sau khi gắn vào tế bào,
chitosan và dẫn xuất gây ảnh hƣởng đến tính thấm của tế bào, làm rò rỉ các thành
phần sinh chất và tế bào chết đi do thiếu hụt các thành phần này [14].
Hay theo một giả thiết khác là chitosan và các dẫn xuất hoạt động nhƣ tác
nhân kẹp lấy các kim loại dạng vết trong tế bào chất của tế bào trong khi các kim
loại này đóng vai trò tối quan trọng trong chức năng sinh hóa của vi khuẩn. Sự thiếu

hụt các kim loại này ức chế sự tạo thành độc tố, enzyme và sự tăng trƣởng của tế
bào. Bên cạnh đó, chitosan và các dẫn xuất cũng đƣợc cho là ức chế quá trình phiên
mã tạo thành mRNA và quá trình dịch mã tạo protein khi đi đƣợc vào trong nhân tế
bào (chitooligosaccharide). [5]
1.1.4. Ứng dụng của chitosan trong các lĩnh vực khoa học công nghệ
Hiện nay, chitosan là một trong những vật liệu mới đã và đang đƣợc ứng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

15

dụng rất phổ biến trong các lĩnh vực nhƣ: công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, nông
nghiệp, dƣợc phẩm, y tế, môi trƣờng, công nghệ sinh học và vật liệu mới. Tất cả các
ứng dụng của chitosan phụ thuộc chủ yếu vào các tính chất lý hóa và sinh học nhƣ:
hoạt tính kháng khuẩn, điều chỉnh miễn dịch, làm lành vết thƣơng và đông máu, liên
kết với các enzyme, hấp thu kim loại, tạo màng và gel...[5]
* Ứng dụng của chitosan trong nông nghiệp:
Chitosan đƣợc sử dụng nhƣ một chất thay thế an toàn cho các chất hóa học từ
lâu vẫn đƣợc sử dụng có thể gây hại đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Các
ứng dụng chủ yếu của chitosan trong nông nghiệp gồm có:
+ Giải phóng chậm các hợp chất vào trong đất
Trong nông nghiệp, việc kéo dài thời gian tác dụng của phân bón, chất điều hòa
tăng trƣởng hay chất dinh dƣỡng là rất cần thiết. Chitosan đƣợc sử dụng nhƣ chất
mang tự nhiên để kết hợp và phóng thích từ từ các hợp chất mong muốn vào trong
đất. Chitosan phân hủy sinh học trong đất trong khoảng 2 tháng, kèm theo sự phóng
thích các chất, do đó tiết kiệm đƣợc đáng kể lƣợng chất sử dụng và thời gian bón
lặp lại khi dùng chitosan làm chất mang. Các ứng dụng cụ thể gồm có bón phân tác
dụng lâu hơn cho cây mà không cần sử dụng lƣợng phân thừa gây ô nhiễm trong
mùa mƣa khi phân bị rửa trôi theo dòng nƣớc; kích thích và điều chỉnh thời điểm ra

hoa và kết quả theo ý muốn, ngoài ra bản thân chitosan khi bị phân hủy trong đất
còn giúp cải thiện đáng kể hệ vi sinh vật đất một cách chọn lọc. Cụ thể nhƣ trên các
cánh đồng đƣợc bón chitosan, số lƣợng các vi sinh vật có ích nhƣ Acitnomyces tăng
lên cùng với sự suy giảm số lƣợng của các vi sinh vật có hại.[5]
+ Vỏ bao của hạt
Chitinase đƣợc gia tăng hoạt động trong giai đoạn nảy mầm khi bề mặt của hạt
giống đƣợc bao bằng một lớp chitosan. Khi sử dụng chitosan làm vỏ bao của hạt,
khả năng kháng nấm và vi khuẩn của chitosan hỗ trợ hữu hiệu cho sự nảy mầm và
sự phát triển của cây trồng.
+ Bảo quản nông sản
Trong bảo quản thực phẩm, chitosan không những phát huy khả năng kháng
khuẩn và nấm, mà còn giúp điều chỉnh môi trƣờng bên trong rau quả thông qua
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

16

kiểm soát quá trình trao đổi khí giữa rau quả và môi trƣờng. Dung dịch chitosan đã
đƣợc dùng để tạo lớp màng bảo quản hoa quả và rau củ chống vi khuẩn và nấm. Ở
Nhật, dung dịch chitosan cũng đƣợc phun lên táo và cam cho mục đích này. Nghiên
cứu của André Bégin cũng đề xuất quy trình bảo quản dâu bằng chitosan. Chitosan
còn đƣợc sử dụng để làm bao bảo vệ chống sƣơng giá [5].
* Ứng dụng của chitosan trong công nghiệp:
+ Xử lý nƣớc thải, hấp thu kim loại nặng
Hiện nay, phƣơng pháp hóa lý là phƣơng pháp tiện dụng và phổ biến trong hệ
thống xử lý nƣớc thải của các nhà máy công nghiệp. Tuy nhiên, bất lợi chính của
phƣơng pháp này là nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng. Vì thế việc tìm ra một
phƣơng pháp "xanh" (phƣơng pháp an toàn với môi trƣờng) là rất cần thiết. Do có
nguồn từ tự nhiên và có khả năng thủy phân sinh học, chitosan là một chất thay thế

hợp lý. Chitosan đã đƣợc sử dụng trong quá trình lọc nƣớc từ khoảng 3 thập niên
trƣớc. Các nghiên cứu đã cho thấy chitosan có khả năng hấp thu kim loại nặng do
nhóm NH2 của chitosan có thể tạo phức với các ion kim loại. Chitosan cũng có thể
đƣợc sử dụng nhƣ một chất hấp thụ để tách các đồng vị phóng xạ nguy hiểm từ
nƣớc bị nhiễm phóng xạ và thu hồi Uranium từ nƣớc biển và nƣớc ngọt. Chitosan
có khả năng loại bỏ 100% các polymer hiện diện trong nƣớc thải, giảm mùi hôi khó
chịu (do làm giảm số lƣợng vi sinh vật gây thối). Một số ứng dụng khác bao gồm xử
lý vệt dầu loang, xử lý nƣớc thải sinh hoạt, tái sử dụng nƣớc hồ bơi, thu hồi protein
và khoáng từ nƣớc thải nông nghiệp, phân lập các chất có hoạt tính sinh học trong
nƣớc tiểu và tách các độc tố từ dung dịch [5].
+ Trong công nghiệp sản xuất thực phẩm
Chitosan đƣợc dùng nhƣ một thành phần trong thực phẩm ở Nhật và Châu Âu
từ khoảng 20 năm trƣớc. Chất này có tác dụng ổn định màu, mùi vị của thực phẩm.
Ngoài ra, chitosan còn thể hiện tác dụng tuyệt vời trong bảo quản thực phẩm.
Ở Mỹ, chất này đƣợc sử dụng để "bẫy" lipid trong thực phẩm chức năng chống
béo phì. Chitosan đƣợc ƣa chuộng không chỉ vì có tác dụng nhƣ chất xơ, thành phần
quan trọng trong khẩu phần ăn, mà còn gắn với lipid trong dạ dày và ruột tạo thành
một dạng chất mà cơ thể không thể hấp thu và sẽ đƣợc loại thải ra ngoài. Các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

17

nghiên cứu cho thấy chitosan gắn đƣợc với lƣợng chất béo phì gấp 4 lần khối lƣợng
của chúng.
* Trong công nghiệp mỹ phẩm
Chitosan là loại polymer tích điện dƣơng tự nhiên duy nhất có khả năng chuyển
thành dạng dung dịch nhớt khi hòa tan trong môi trƣờng acid yếu. Nhờ tính chất này
mà chitosan đã đƣợc ứng dụng rất nhiều trong sản phẩm chăm sóc tóc nhƣ dầu gội,

dầu xả và sản phẩm tạo nếp tóc. Ngoài ra, chitosan cũng đƣợc dùng trong mỹ phẩm
chăm sóc da, móng tay do có tính chất bảo vệ, duy trì độ ẩm, tạo màng trên da đồng
thời gắn kết với các dƣỡng chất cần thiết, tạo điều kiện cho các chất này hoạt động
tích cực trên da. Tính kháng khuẩn của chitosan cũng góp phần vào công dụng của
chitosan trong các sản phẩm mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân. Các ứng dụng cụ thể
của chitosan trong lĩnh vực này bao gồm: duy trì độ ẩm trên da, trị mụn, làm cho da
khỏe hơn, tƣơi hơn, bảo vệ lớp biểu bì, giảm sự tích điện trên tóc (gây thƣơng tổn
tóc), trị gàu, giúp cho tóc mềm mại hơn [5].
* Ứng dụng của chitosan trong lĩnh vực y - sinh học
Chitosan dùng làm vật liệu y sinh học và dƣợc phẩm: chitosan có khả năng
tƣơng hợp sinh học với mô và tế bào do đó có thể sử dụng trong việc cấy ghép vào
mô động vật. Vì vậy, ngƣời ta đã tiến hành ứng dụng chitosan làm vật liệu y sinh
học mới nhƣ chỉ khâu tự tan trong phẫu thuật, da nhân tạo trong điều trị bỏng và vết
thƣơng, kính áp tròng trong điều trị các tật về mắt. Gần đây, ngƣời ta cũng đã tiến
hành nghiên cứu sử dụng chitosan dạng ống nhằm mục đích tái sinh dây thần kinh.
Trong điều trị vết thƣơng, chitosan có tác dụng cầm máu, đẩy nhanh quá trình phát
triển các tế bào ở vùng mô bị thƣơng, tăng cƣờng hoạt động của chitinase và
lysozyme, dẫn đến mau lành vết thƣơng và giảm nhiễm trùng. Chitosan đƣợc báo
cáo là bền với dịch mật, dịch tụy và nƣớc tiểu nên đƣợc dùng trong chỉ khâu phẫu
thuật thay thế cho các loại vật liệu khác có thể bị chất dịch trong cơ thể tấn công và
đứt trƣớc khi vết thƣơng lành hẳn [5].
Trong các trƣờng hợp bị bỏng, chitosan có thể tạo dạng màng xốp hút nƣớc
mạnh và giúp cho oxy phân tán qua màng vào mô tổn thƣơng rất dễ dàng, tạo điều
kiện cho các mô này bình phục nhanh chóng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

18

Trong lĩnh vực dƣợc phẩm, chitosan đƣợc sử dụng nhƣ chất mang an toàn, có
khả năng phóng thích thuốc dần dần trong cơ thể, kéo dài tác dụng của thuốc hay
vật liệu cố định enzyme trong sản xuất và điều trị. Chitosan còn đƣợc dùng để điều
chế các chất làm giảm bớt độ chua trong dạ dày và các sản phẩm ngƣng tụ của acid
benzyl penicilic với chitosan đã đƣợc dùng để xác định độ nhạy của penicilin trong
cơ thể ngƣời [5].

1.2. Tổng quan về nano chitosan
Chitosan đƣợc sử dụng làm nguyên liệu điều chế hạt nano chitosan trong
những năm gần đây vì những tính chất ƣu việt của nó ở kích thƣớc nano. Nano
chitosan do có kích thƣớc siêu nhỏ nên dễ dàng đi qua màng tế bào, có thể đƣa vào
cơ thể qua nhiều đƣờng khác nhau nhƣ dùng ngoài da, dùng qua đƣờng miệng, qua
mũi…. Nano chitosan có diện tích và điện tích bề mặt cực lớn nên đƣợc ứng dụng
nhiều trong sinh y học nhƣ mang thuốc, vaccine, vectơ chuyển gen, chống khuẩn,
thuốc điều trị ung thƣ…. Khi sử dụng nano chitosan làm chất dẫn thuốc, thuốc điều
trị đƣợc bảo vệ bởi những hạt nano chitosan khỏi sự phân huỷ sinh học. Do kích
thƣớc rất nhỏ, những hạt này có tác dụng thấm sâu vào cơ thể, đƣa thuốc đến đúng
mục tiêu, nâng cao hiệu quả điều trị [33].
Tình hình nghiên cứu nano chitosan trong và ngoài nước
Trên thế giới, hầu hết những công trình nghiên cứu gần đây đều nhằm mục
đích chế tạo ra những chất mang nano để dẫn truyền thuốc, protein, gen và phát
triển vectơ chitosan mang thuốc hƣớng đích tới những tế bào ung thƣ. Một số công
trình tiêu biểu là điều chế chitosan composite với acid polyacrylic để điều khiển và
kéo dài thời gian phóng thích thuốc; điều chế nano chitosan với cholesterol để dẫn
thuốc đến mắt; biến tính với N-trimethyl mang protein làm hệ thống dẫn truyền
đƣờng mũi; tạo phức với acid deoxycholic để dẫn truyền gen [28]. Ngoài ra, nano
chitosan còn đƣợc nghiên cứu về khả năng diệt khuẩn [21] [32], ứng dụng trong
thực phẩm chức năng [18] [19].
Ở nƣớc ta, số lƣợng bài nghiên cứu về nano chitosan rất ít. Hiện đã có một số
tập thể khoa học bắt đầu quan tâm nghiên cứu hƣớng vật liệu nano y sinh. Năm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

19

2008, Đề tài cấp Viện KH&CN Việt Nam: “Nghiên cứu chế tạo polime sinh học
chitosan cấu trúc nano ứng dụng làm chất mang thuốc” do PGS TS Phạm Gia Điền
(Viện Hóa học) chủ trì đã thu đƣợc những kết quả khả quan, làm tiền đề cho những
nghiên cứu ứng dụng nano chitosan nhƣ vector chuyển thuốc. Sở KH&CN tỉnh
Bình Dƣơng cũng đã nghiệm thu đề tài liên quan đến nano chitosan bạc ứng dụng
trong nông nghiệp: Hoàn thiện công nghệ sản xuất thuốc trồng trị bệnh cây trồng
Mifum 0,6DD từ bạc Nano Chitosan tan phục vụ nông nghiệp. GS TSKH Nguyễn
Xuân Phúc (Viện KH vật liệu) cùng các cs thực hiện đề tài độc lập cấp nhà nƣớc:”
Nghiên cứu công nghệ chế tạo các hạt nano vô cơ, hữu cơ đƣợc bọc bởi những
polymer tƣơng thích sinh học dùng trong y học”. Năm 2010, PGS.TS. Đỗ Trƣờng
Thiện (Viện Hóa học) đã báo cáo Đề tài KC02.09/06-10 “Nghiên cứu chế tạo vật
liệu nano chitosan ứng dụng trong dƣợc phẩm, sinh học và nông nghiệp”. Đã đánh
giá đƣợc hiệu quả lên cây lúa khi sử dụng chế phẩm nano chitosan làm tăng năng
suất lên gần 20%. Tuy nhiên, việc nghiên cứu về những vấn đề có liên quan đến
nano chitosan vẫn nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học vì những
tiềm năng to lớn mà công nghệ tạo hạt nano chitosan hứa hẹn sẽ mang đến cho con
ngƣời.
1.2.1. Các phƣơng pháp chế tạo nano chitosan
Hiện nay có nhiều phƣơng pháp tạo hạt nano chitosan. Phƣơng pháp đƣợc sử
dụng nhiều nhất là liên kết ion , ƣu điểm của phƣơng pháp này là quá trình chuẩn bị
đơn giản và không cần phải sử dụng dung môi hữu cơ hay sử dụng lực nén lớn, do
đó phƣơng pháp này đƣợc nghiên cứu rộng rãi trong tổng hợp chất dẫn thuốc và
thực phẩm chức năng [33].
Bảng 1.1: Tóm tắt phƣơng pháp điều chế hạt nano chitoan làm chất dẫn các loại

thuốc, protein hoặc gen khác nhau

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

20

Theo Agnihotri (2004), có 5 phƣơng pháp chủ yếu để tạo hạt nano chitosan là:
Phƣơng pháp khâu mạch nhũ tƣơng (emulsion cross-linking), phƣơng pháp giọt
tụ/kết tủa (coacervation/precipitation), phƣơng pháp hợp nhất giọt nhũ tƣơng
(emulsion-droplet coalescence), phƣơng pháp liên kết ion (ionic gelation) và
phƣơng pháp mixen đảo (reverse micellar) [30].
* Phƣơng pháp khâu mạch nhũ tƣơng
Hỗn hợp nhũ tƣơng nƣớc trong
dầu (w/v) đƣợc tạo ra bằng cách
phân tán dung dịch chitosan
trong dầu. Những giọt lỏng
đƣợc làm bền bởi chất hoạt
động bề mặt. Dung dịch nhũ
tƣơng sau đó đƣợc khâu mạch
bằng tác nhân tạo nối thích hợp
nhƣ glutaraldehyde. Hai nhóm
–CHO của glutaraldehyde sẽ
phản ứng với nhóm –NH2 của

Hình 1.3 : Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng pháp khâu
mạch nhũ tƣơng

chitosan để khâu mạch tạo hạt nano

chitosan [30].
* Phƣơng pháp giọt tụ/kết tủa
Phƣơng pháp này sử dụng tính chất của
chitosan là không tan trong dung dịch
kiềm. Bởi vậy, chitosan sẽ bị kết tủa, tạo
giọt ngay khi dung dịch chitosan tiếp xúc
với dung dịch kiềm. Dung dịch kiềm có
thể

là

NaOH,

NaOH-metanol

hoặc

ethandiamine. Dung dịch chitosan sẽ đƣợc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Hình 1.4 : Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng
pháp giọt tụ, kết tủa

/>

21

một thiết bị nén phun vào dung dịch kiềm để tạo hạt nano [30].
* Phƣơng pháp hợp nhất giọt nhũ tƣơng
Phƣơng pháp này lần đầu đƣợc sử

dụng vào năm 1999. Phƣơng pháp này
sử dụng nguyên tắc của cả hai phƣơng
pháp: tạo nối ngang nhũ tƣơng và kết
tủa. Thay vì sử dụng tác nhân tạo nối
ngang, kết tủa tạo ra bằng cách cho các
giọt chitosan kết hợp với các giọt
NaOH. Một hệ nhũ tƣơng bền chứa
dung dịch chitosan cùng với thuốc tạo
ra trong paraffin lỏng. Đồng thời, một
hệ nhũ tƣơng bền khác chứa dung dịch
chitosan và NaOH cũng đƣợc tạo ra
theo cách nhƣ trên. Khi cả hai hệ nhũ

Hình 1.5 : Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng pháp tạo
giọt nhũ tƣơng

tƣơng này đƣợc trộn lại với tốc độ
khuấy cao, các giọt từ mỗi hệ sẽ va chạm một cách ngẫu nhiên, hợp lại và kết tủa
thành những hạt nhỏ [30].
* Phƣơng pháp mixen
đảo
Trong phƣơng pháp này, ngƣời
ta hòa tan chất hoạt động bề
mặt vào dung môi hữu cơ để
tạo ra những hạt mixen đảo.
Dung dịch lỏng chứa chitosan
và thuốc đƣợc thêm từ từ với
tốc độ khuấy không đổi để
tránh làm đục dung dịch. Pha

Hình 1.6: Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng pháp mixen đảo

lỏng đƣợc giữ sao cho hỗn hợp
trở thành pha vi nhũ trong suốt. Sau đó tác nhân tạo nối ngang đƣợc thêm vào và
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

22

khuấy qua đêm. Cô quay loại dung môi. Phần còn lại phân tán lại trong nƣớc. Dung
dịch muối thích hợp đƣợc thêm vào để kết tủa chất hoạt động bề mặt. Hỗn hợp đƣợc
ly tâm. Phần dung dịch ở trên chứa hạt nano mang thuốc đƣợc chiết ra, cho qua
màng thẩm tách 1 giờ. Đông cô chất lỏng thu đƣợc cho ta bột thuốc [30].
* Phƣơng pháp liên kết ion
Cơ chế của phƣơng pháp này
dựa trên tƣơng tác tĩnh điện giữa
chitosan tích điện dƣơng và một
polyanion nhƣ tripolyphosphate.
Kỹ thuật này có ƣu điểm là giai
đoạn chuẩn bị đơn giản và thực
hiện trong môi trƣờng nƣớc. Đầu
tiên chitosan đƣợc hòa tan vào
dung dịch acid acetic. Sau đó
chitosan đƣợc trộn lẫn với
polyanion để tạo hạt nano

Hình 1.7: Sơ đồ tạo hạt bằng phƣơng pháp
liên kết ion

chitosan dƣới điều kiện khuấy từ
liên tục tại nhiệt độ phòng. Kích thƣớc và điện tích bề mặt có thể kiểm soát bằng
cách sử dụng những tỷ lệ chitosan và polyanion khác nhau [30].
1.2.2. Ứng dụng của hạt nano chitosan
a) Chất mang dẫn truyền thuốc
Phân loại theo con đƣờng sử dụng
Hạt nano chitosan có kích thƣớc nhỏ nên nó thích hợp cho nhiều con đƣờng sử dụng
thuốc khác nhau [1].
• Sử dụng bên ngoài đường tiêu hóa
Các hạt nano có thể đƣợc dùng trong tĩnh mạch bởi vì đƣờng kính của các mao
mạch máu nhỏ nhất là khoảng 4µm. Sự phân bố sinh học của các hạt nano có thể
thay đổi tùy thuộc vào kích cỡ, điện tích bề mặt và tính kỵ nƣớc của chúng. Các hạt
có bán kính lớn hơn 100 nm sẽ bị hấp thu nhanh chóng bởi hệ lƣới-nội mô trong
gan, lá lách, phổi và tủy xƣơng. Ngƣợc lại, những hạt nhỏ hơn có xu hƣớng có thời
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

23

gian luân chuyển kéo dài [33]. Các loại thuốc hứa hẹn nhất đã đƣợc nghiên cứu
rộng rãi để dẫn truyền theo cách này là những tác nhân kháng ung thƣ. Sau khi tiêm
vào tĩnh mạch, nhiều hệ thống hạt nano bao gồm nano chitosan có xu hƣớng tích
lũy lại trong một số khối u (Brasseur, 1980; Kreuter, 1994). Những hạt nano
chitosan mang doxorubicin làm chậm sự tăng trƣởng của khối u và nâng cao tỷ lệ
sống sót của những con chuột bị cấy khối u. Ngoài ra, những hạt nano chitosan có
kích thƣớc nhỏ hơn 100 nm đƣợc tạo ra cho thấy đã tránh khỏi hệ lƣới-nội mô và
luân chuyển trong máu đƣợc lâu hơn [33].
• Sử dụng qua đường uống
Ý tƣởng hạt nano có thể bảo vệ thuốc không bị enzyme phân hủy trong bộ

máy tiêu hóa dẫn đến sự phát triển các hạt nano thành những hệ thống dẫn truyền
những phân tử lớn, protein và polynucleotide. Phƣơng pháp này đƣợc nghiên cứu
rộng rãi sau khi có báo cáo rằng lƣợng đƣờng trong máu của những con chuột
mắc bệnh tiểu đƣờng giảm sau khi uống những hạt nano insulin (Damge,1990).
Kích thƣớc hạt nhỏ hơn 500nm là một yếu tố then chốt cho phép vận chuyển qua
niêm mạc ruột theo cơ chế endocytotic. Bên cạnh enzyme, màng nhầy ngăn cản sự
khuyếch tán của thuốc và hạt nano, những rào cản hấp thụ biểu mô là chƣớng ngại
chính chống lại sự hấp thụ thuốc protein qua thành ruột. Do đó, hoạt tính của thuốc
có thể đƣợc cải thiện bằng cách kiểm soát kích thƣớc hạt cùng với việc kéo dài thời
gian lƣu giữ thuốc trong bộ máy tiêu hóa. Trong số những hạt nano polymer, hạt
nano chitosan là chất dẫn thuốc lý tƣởng vì chúng làm tăng mức hấp thu thuốc [33].
Khả năng cải thiện mức hấp thu của chitosan đã đƣợc nghiên cứu rộng rãi.
Đặc tính bám dính của chitosan là do tƣơng tác giữa chitosan tích điện dƣơng và
niêm mạc tích điện âm. Điều này làm kéo dài thời gian tƣơng tác của thuốc và bề
mặt hấp thụ [33].
• Sử dụng qua đường mắt
Các hạt nano đƣợc nhận thấy là chất mang tiềm năng để dẫn truyền qua
đƣờng mắt. Nhiều thí nghiệm cho thấy hạt nano có khuynh hƣớng bám chặt vào bề
mặt biểu mô mắt. Kết quả kéo dài thời gian lƣu giữ, tốc độ đào thải thuốc chậm hơn
so với những phƣơng pháp điều trị mắt truyền thống, do đó cải thiện dƣợc tính của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

24

thuốc. Vì vậy, những hạt nano đã đƣợc dùng để dẫn thuốc kháng viêm, kháng dị
ứng cho những mục tiêu điều trị viêm mắt [33].
Phân loại theo ứng dụng trong điều trị bệnh
• Hoạt tính kháng ung thư

Mitra (2001) nghiên cứu bọc thuốc kháng ung thƣ doxorubicin trong hạt
nano chitosan để ức chế khối u trong chuột thí nghiệm. Kết quả cho thấy nếu tiêm
doxorubicin độc lập thì khối u ở chuột vẫn tăng lên 900 mm3 sau 50 ngày và chết,
trong khi đó ở thí nghiệm ly giải chậm doxorubicin trong hạt nano chitosan kích
thƣớc khối u giảm chỉ còn 170 mm3 và chuột vẫn sống sau 90 ngày thí nghiệm [3].
(L.) Qi (2006) nghiên cứu hoạt tính kháng ung thƣ trực tiếp của hạt nano
chitosan dựa trên cơ chế polycation gây phá vỡ màng tế bào ung thƣ và hoạt tính
cảm ứng apoptosis trên hai dòng tế bào ung thƣ là sarcoma S 180 và hepatoma H
22. Kết quả cho thấy hiệu quả làm giảm khối lƣợng tế bào ung thƣ với liều uống 2,5
mg/kg hạt nano chitosan trên S 180 và H 22 là 52-59% và liều 0,5 mg/kg là
43-53%, trong khi đó chitosan chỉ làm giảm 30 % khối lƣợng tế bào ung thƣ [3].
• Ứng dụng trong ly giải chậm thuốc
Angela (2001) nghiên cứu thải chậm thuốc cyclosporine A (Cry A) bằng
cách hấp phụ trong dung dịch chitosan và hạt nano chitosan. Lƣợng thuốc phóng
thích trong thí nghiệm hấp phụ trên hạt nano chitosan luôn luôn lớn hơn gấp 2,5-3
lần so với đối chứng là dung dịch Cry A. Kết quả là nồng độ Cry A trong máu thỏ
thí nghiệm luôn luôn cao hơn so với nhóm đối chứng và hấp phụ trong dung dịch
chitosan [3]. El-Shabori (2002) nghiên cứu chế tạo hạt nano chitosan để cố định
thuốc cycloporine A để uống, kích thƣớc hạt nano là 150 nm. Kết quả cho thấy hiệu
suất mang thuốc là 94%, nồng độ cycloporine A trong máu là 2760 ng/ml, cao gấp
2,5 lần so với hạt nano sodium glycholate. Hoạt tính của cyclosporine A cố định
trong hạt nano chitosan tăng 72%, gelatin nano chitosan chỉ tăng 18%, riêng sodium
glycholate lại giảm tới 36% so với đối chứng [3].
Zhang (2008) nghiên cứu làm tăng khả năng hấp thu insulin qua niêm mạc
mũi bằng hạt nano chitosan và PEG-nano chitosan, kích thƣớc hạt nano là 150-300
nm. Hiệu quả hấp thu insulin qua niêm mạc mũi thỏ ở mẫu PEG-nano chitosan cao
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

25

hơn so với PEG-chitosan là 30-40%. Kích thƣớc hạt nano càng nhỏ, diện tích bề
mặt hạt càng lớn và điện tích dƣơng trên bề mặt càng cao là nguyên nhân ảnh hƣởng
đến khả năng hấp thu insulin vào máu qua niêm mạc mũi. Shedaghi (2008) sử dụng
hạt nano trimethyl chitosan để làm vật liệu ly giải chậm insulin. Kết quả cho thấy
động học ly giải của insulin bọc trong hạt nano trimethyl chitosan ổn định và kéo
dài hơn [3].
b) Chất mang dẫn truyền gen
Những hệ thống dẫn truyền không virus (non-virus) trong liệu pháp gen đã
đƣợc đề xuất để thay thế những vectơ virus. Chúng làm giảm tối thiểu phản ứng
miễn dịch từ vật chủ. Hơn nữa, chúng định đƣợc mục tiêu, dễ bảo quản và sản xuất
lƣợng lớn. Những lợi thế này tạo động lực cho sự phát triển của chúng. Polymer
cation đƣợc nhận thấy là chất mang hứa hẹn trong số những hệ thống dẫn truyền
gen không virus. Chất mang gen polymer ngày càng thu hút đƣợc nhiều sự chú ý
với hiệu quả chuyển gen, xác định mục tiêu điều trị và khả năng tƣơng thích sinh
học tốt [20].
Chitosan là một vectơ không virus thích hợp cho dẫn truyền gen. Tƣơng tác
giữa chitosan và DNA là tƣơng tác tĩnh điện (Roy, 1997; MacLaughlin, 1998) .
Tƣơng tác điện này mạnh đến nỗi phức chitosan-DNA không bị tách ra cho đến khi
nó vào trong tế bào. Chitosan và những dẫn xuất của chitosan tụ lại bảo vệ DNA
khỏi sự phân hủy của DNase. Những hạt nano chitosan/DNA có khoảng phân bố
kích cỡ hẹp đƣợc tạo ra bởi quá trình giọt tụ. Những hạt nano chitosan/DNA có kích
thƣớc từ 20-500 nm nhỏ hơn những hệ thống polymer khác nên thâm nhập vào tế
bào thuận lợi hơn qua cơ chế endocytosis và/hoặc pynocytosis, làm tăng tốc độ gây
nhiễm (Mao, 1997; Sato, 2001) [20]. Kết quả nghiên cứu trong ống nghiệm và trong
cơ thể sống đều cho thấy khi hạt nano chitosan/DNA vào trong cơ thể, chúng nhanh
chóng di chuyển khỏi máu và bám trên những cơ quan khác nhau. Kích cỡ hạt khác
nhau thì phân bố trên những cơ quan khác nhau cũng khác nhau (Mao, 2001; Yoo,
2005). Hàng loạt nghiên cứu trong ống nghiệm và trong cơ thể sống cho thấy

chitosan là vật liệu thích hợp để dẫn truyền vaccine DNA và gen không virus [20].
Những hệ thống dẫn truyền gen dựa trên chitosan cũng có thể gắn thêm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>