Nghiên cứu tiềm năng vận tải và phân phối thuốc curcumin của màng bacterial cellulose lên men từ nước dừa già định hướng sử dụng qua đường uống

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH - KTNN
===o0o===

NGUYỄN THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG VẬN TẢI VÀ
PHÂN PHỐI THUỐC CURCUMIN CỦA
MÀNG BACTERIAL CELLULOSE
LÊN MEN TỪ NƢỚC DỪA GIÀ
ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG QUA ĐƢỜNG UỐNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Sinh lí học ngƣời và động vật
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học

HÀ NỘI - 2016


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH - KTNN
===o0o===

NGUYỄN THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG VẬN TẢI VÀ
PHÂN PHỐI THUỐC CURCUMIN CỦA
MÀNG BACTERIAL CELLULOSE
LÊN MEN TỪ NƢỚC DỪA GIÀ
ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG QUA ĐƢỜNG UỐNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Sinh lí học ngƣời và động vật
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
Ngƣời hƣớng dẫn
TS. Nguyễn Xuân Thành

HÀ NỘI - 2016


LỜI CẢM ƠN
Trong thực tế không có sự thành công nào là không gắn liền với sự hỗ
trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Trong
suốt thời gian qua, em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô giúp
em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2;
các thầy, cô trong khoa Sinh kĩ thuật Nông Nghiệp; các thầy, cô ở Trung tâm
Hỗ trợ NCKH & CGCN Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo điều kiện và giúp đỡ
em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình.
Đặc biệt, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất tới TS. Nguyễn Xuân
Thành là ngƣời đã theo sát và hƣớng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp
của mình.
Do bƣớc đầu đi vào thực tế và sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến
thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi
những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận đƣợc sự góp ý quý báu
của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài khóa luận tốt nghiệp của em
đƣợc hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô!
Hà Nội, Ngày 05 tháng 05 năm 2016.
Sinh viên
(Kí và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thị Trang


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và đƣợc
sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Xuân Thành. Những số liệu kết quả
trong khóa luận này là trung thực, không có sự trùng lặp hoặc sao chép của
một đề tài khác.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, Ngày 05 tháng 05 năm 2016.
Sinh viên
(Kí và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thị Trang


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài......................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu.................................................................................. 3
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................ 3
4. Vật liệu và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 3
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ...................................................... 3
6. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................... 4
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 5
1.1. Bacterial cellulose (BC) .......................................................................... 5
1.1.1. Vi khuẩn sản sinh ra BC ................................................................... 5
1.1.2. Nguyên liệu để nuôi A. xylinum nhằm thu màng BC ........................ 5
1.1.3. Cấu trúc của màng BC...................................................................... 6

1.1.4. Đặc tính của màng BC ...................................................................... 7
1.1.5. Ứng dụng của màng BC.................................................................... 7
1.2. Tổng quan về Curcumin.......................................................................... 8
1.2.1. Công thức cấu tạo ............................................................................. 8
1.2.2. Tính chất vật lý ................................................................................. 9
1.2.3. Tính chất hóa học của Curcumin.................................................... 10
1.2.4. Dược chất ........................................................................................ 14
1.2.5. Sinh khả dụng của Curcumin .......................................................... 15
1.2.6. Rủi do và tác dụng phụ ................................................................... 16
1.3. Một số công trình nghiên cứu về Curcumin ......................................... 16
1.3.1. Trên thế giới .................................................................................... 16
1.3.2. Ở Việt Nam...................................................................................... 17
1.4. Một số chế phẩm chứa Curcumin trên thị trƣờng ................................. 18
Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 19


2.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................... 19
2.1.1. Hóa chất và dung môi sử dụng trong nghiên cứu .......................... 19
2.1.2. Thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu ......................................... 19
2.1.3. Vật liệu làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật tạo màng BC: .......... 19
2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 20
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 20
2.3.1. Tạo màng BC từ môi trường nước dừa già. ................................... 20
2.3.2. Tạo màng BC nạp Curcumin. ......................................................... 22
2.3.3. Chuẩn bị dung dịch chuẩn và tiến hành đo mẫu ............................ 22
2.3.4. Xác định lượng Curcumin nạp vào màng BC ................................. 24
2.3.5. Chuẩn bị môi trường đệm ............................................................... 25
2.3.6. Khảo sát lượng thuốc giải phóng của màng BC ở các độ dày màng
0,5cm và 1cm, trong các môi trường pH khác nhau ................................ 25
2.3.7. Phân tích thống kê .......................................................................... 27

Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 28
3.1. Màng BC đƣợc nuôi cấy từ môi trƣờng nƣớc dừa già. ......................... 28
3.2. Màng BC nạp thuốc Curcumin ............................................................. 29
3.3. Khối lƣợng thuốc nạp đƣợc vào màng BC ........................................... 30
3.4. Lƣợng thuốc giải phóng từ màng BC vào các môi trƣờng pH
khác nhau. .................................................................................................... 31
3.4.1. Mật độ quang của Curcumin khi tiến hành giải phóng thuốc tại các
thời điểm khác nhau trong các môi trường pH khác nhau. ...................... 31
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 41


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần của nƣớc dừa già. ........................................................... 6
Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của pH lên màu và dạng tồn tại của Curcumin. .............. 10
Bảng 2.1: Thành phần môi trƣờng tạo màng BC ....................................................... 21
Bảng 2.2: Mật độ quang (OD) của dung dịch Curcumin ở các nồng độ
(mg/ml) khác nhau (n = 3). ................................................................................. 24
Bảng 3.1: Khối lƣợng Curcumin nạp vào màng BC (n = 3). .............................. 30
Bảng 3.2: Khối lƣợng Curcumin hấp thụ đƣợc trên 1 đơn vị thể tích màng
(n=3). ................................................................................................................... 31
Bảng 3.3: Mật độ quang của Curcumin tại các nồng độ (µg/ml) khác nhau
(n=3). ................................................................................................................... 31
Bảng 3.4: Mật độ quang khi tiến hành giải phóng thuốc tại các thời điểm khác
nhau trong các môi trƣờng pH khác nhau. .......................................................... 32
Bảng 3.5: Tỉ lệ giải phóng dƣợc chất của các màng ở các môi trƣờng pH khác
nhau trong các khoảng thời gian khác nhau (n = 3). ........................................... 35
Bảng 3.6: Hệ số tƣơng quan R2, tốc độ giải phóng thuốc (k) và trị số số mũ
giải phóng (n) đối với các môi trƣờng pH khác nhau. ........................................ 38

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cấu trúc hóa học cơ bản của BC ......................................................... 7
Hình 1.2: Công thức cấu tạo của Curcumin ........................................................ 8
Hình 1.3: Các trạng thái của Curcumin thay đổi theo pH................................... 11
Hình 1.4: Phản ứng của Curcumin với H2. ......................................................... 11
Hình 1.5: Phản ứng phân hủy Curcumin trong môi trƣờng kiềm ....................... 12
Hình 1.6: Phản ứng phân hủy của Curcumin dƣới tác dụng của ánh sáng. ........ 13
Hình 1.7: Cấu trúc phức Cu - Curcumin (1:1) và (1:2) giữa đồng acetate và
Curcumin. ............................................................................................................ 13
Hình 1.8: Sơ đồ biểu hiện hai hƣớng phản ứng của Curcumin với gốc tự do. ... 14
Hình 1.9: Sơ đồ thống kê các nghiên cứu về Curcumin ..................................... 17
Hình 2.1: Sơ đồ các bƣớc thực hiện của đề tài. .................................................. 20
Hình 2.2: Sơ đồ tinh chế màng BC. .................................................................... 21
Hình 2.3: Phổ UV - Vis của Curcumin (dung môi là etanol). ........................... 23
Hình 2.4: Phƣơng trình đƣờng chuẩn của Curcumin (n = 3). ............................. 24
Hình 3.1: Màng BC đƣợc nuôi cấy trong môi trƣờng nƣớc dừa già................... 28
Hình 3.2: Màng BC dày 1cm. ........................................................................... 28
Hình 3.3: Màng BC tinh chế. .............................................................................. 29
Hình 3.4: (a), (b) Nạp thuốc Curcumin vào màng BC (0,5cm và 1cm) ............. 29
Hình 3.5: Màng BC nạp Curcumin sấy khô (a) 0,5cm; (b) 1cm......................... 30
Hình 3.6: Phƣơng trình hồi quy của mẫu Curcumin. .......................................... 32
Hình 3.7: Biểu đồ so sánh mật độ quang của lƣợng thuốc giải phóng ở màng
0,5cm và 1cm trong các môi trƣờng pH khác nhau. ........................................... 33
Hình 3.8: Biểu đồ mật độ quang ở pH=2 ............................................................ 36
Hình 3.9: Biểu đồ mật độ quang ở pH=12. ......................................................... 36
Hình 3.10: Biểu đồ mật độ quang ở pH=6,8. ...................................................... 37


MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài
Nghệ (tên khoa học Curcuma longa) có tác dụng cho gan và tiêu hóa, rối
loạn kinh nguyệt và chuột rút, vàng da, và là một tác nhân chống viêm tốt.
Thành phần hoạt chất chính giúp Nghệ phát huy tác dụng chăm sóc sức khỏe
toàn diện là Curcumin. Những năm gần đây, Curcumin nổi lên nhƣ một hoạt
chất của thời đại với số lƣợng trên 1000 nghiên cứu và trên 6000 bài báo viết
về tác dụng. Kết quả các nghiên cứu khẳng định, Curcumin là một trong
những tinh chất thiên nhiên tốt nhất cho sức khỏe. Tại Hoa Kỳ, Curcumin đã
đƣợc cấp "Chứng nhận An toàn "(GRAS) theo FDA. Thƣ viện Pubmed có tới
5612 bài báo nghiên cứu về tác dụng của hoạt chất Curcumin. Từ năm 2008,
đã có rất nhiều thử nghiệm lâm sàng trên ngƣời để nghiên cứu về tác dụng của
Curcumin. Curcumin đã đƣợc các nhà khoa học khẳng định hiệu quả trong
việc hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính, nan y nhƣ: ung thƣ, viêm loét dạ dày
(Curcumin có tác dụng diệt 65 chủng lâm sàng vi khuẩn Helicobacter pylori,
ức chế chất gây viêm COX2 [7], tăng tái tạo mạch máu chống thiếu máu cục
bộ [29], tăng tiết chất nhày dạ dày). Tuy nhiên, rào cản lớn khiến tinh chất
nghệ Curcumin chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi là do Curcumin ít tan trong
nƣớc (độ tan 0,001%), sinh khả dụng thấp [28]. Vì vậy, khi dùng theo đƣờng
uống, Curcumin hòa tan một phần rất nhỏ vào các dịch thể của ống tiêu hóa,
chỉ 7 - 10% Curcumin đƣợc hấp thụ vào máu, lại bị chuyển hóa nhanh qua
gan, làm cho sinh khả dụng thực tế của Curcumin chỉ đạt 2 - 3% [18]. Cần
thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc Curcumin để giúp thuốc giải
phóng một cách kéo dài, từ đó có thể tăng khả dụng sinh học của thuốc.
Uống là một trong những đƣờng ƣa thích nhất và truyền thống để phân
phối thuốc. So với đƣờng tiêm hệ thống phân phối thuốc qua đƣờng miệng nó
có nhiều lợi thế chính bao gồm an toàn nhất, đơn giản, tiện lợi, bệnh nhân dễ

1

dàng tuân thủ, tăng hiệu quả của thuốc uống. Nó cũng ngăn chặn nguy cơ lây
truyền bệnh, làm giảm chi phí và áp lực cho bệnh nhân. Hiện nay, có rất nhiều
các nhà nghiên cứu về các vật liệu ứng dụng để vận chuyển thuốc nhằm làm
tăng sinh khả dụng của thuốc nhƣ chế tạo bao phim pellet metoprolol succinat
trên hệ thống bao tầng sôi tạo chế phẩm phóng thích kéo dài, hay sử dụng vật
liệu liposome làm vật liệu dẫn thuốc cũng đem lại rất nhiều những hiệu quả
nhất định [26, 32].
Trong những năm gần đây, đã có sự chú ý đặc biệt về việc sử dụng các
vật liệu sinh học trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe vì khả năng tái tạo,
tƣơng thích sinh học và phân hủy sinh học của chúng. Một trong những vật
liệu sinh học có những đặc tính trên đƣợc chú ý là cellulose. Vật liệu này vƣợt
trội so với các polyme tự nhiên và tổng hợp khác [19]. Tuy nhiên, hình thái,
đặc tính và các lĩnh vực ứng dụng cụ thể phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc, tức
là "quá trình xây dựng" các loại cellulose.
Bacterial cellulose (BC) đƣợc tạo thành từ Acetobacter xylinum (A.
xylinum) có cấu trúc hóa học giống của cellulose thực vật nhƣng có một số
tính chất hóa lý đặc biệt nhƣ: độ bền cơ học, khả năng thấm hút nƣớc cao,
đƣờng kính sợi nhỏ, độ tinh khiết cao, độ polymer hóa lớn, có khả năng phục
hồi độ ẩm ban đầu [1] ... Vì vậy, BC đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực
nhƣ: thực phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, mĩ phẩm, y học, ..., đáng
chú ý nhất là trong sự kiểm soát các hệ thống vận chuyển thuốc. BC đã đƣợc
sử dụng nhƣ trong một vài hệ thống để phân phối thuốc. Aminetal et al. [5] đã
báo cáo việc sử dụng màng BC làm màng bọc cho paracetamol bằng cách sử
dụng kĩ thuật phun phủ. Kết quả cho thấy màng BC giúp cho thuốc đƣợc giải
phóng một cách kéo dài làm tăng hiệu quả sử dụng của thuốc. Gần đây hơn,
Lin Huang et al. [24] nghiên cứu việc sử dụng màng BC cho việc kiểm soát in
vitro của Berberine. Ngoài thẩm thấu qua da, thí nghiệm kiểm soát sự giải

2

phóng thuốc qua màng BC còn đƣợc thử nghiệm mô phỏng trong dạ dày,
ruột. Các kết quả thu đƣợc cho thấy rằng thuốc đã đƣợc giải phóng với một
tốc độ chậm.
Với mục đích thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc dựa trên màng
BC giúp Curcumin giải phóng một cách kéo dài, từ đó có thể làm tăng khả
dụng sinh học của thuốc trong điều trị bệnh, chúng tôi đã lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu tiềm năng vận tải và phân phối thuốc Curcumin của màng
Bacterial cellulose lên men từ nước dừa già định hướng sử dụng qua
đường uống”.
2. Mục đích nghiên cứu
Thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc nhằm giúp thuốc giải phóng
kéo dài, từ đó có thể làm tăng sinh khả dụng của thuốc, tăng hiệu quả điều trị
của thuốc.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tạo màng và xử lí màng BC.
- Thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc qua màng BC.
- Khảo sát, đánh giá khả năng vận tải và phân phối thuốc Curcumin
thông qua hệ thống vận tải đƣợc thiết kế.
4. Vật liệu và phạm vi nghiên cứu
- Vật liệu nghiên cứu: Màng BC làm từ môi trƣờng nƣớc dừa già, thuốc
Curcumin dạng tinh khiết 95%, ...
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tiềm năng vận tải và phân phối thuốc
Curcumin của màng BC định hƣớng sử dụng qua đƣờng uống invitro.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
Tiếp tục mở rộng nghiên cứu tiềm năng của màng BC để áp dụng loại
màng này vào nhiều các lĩnh vực khác nhau trong thực tiễn đời sống. Từ kết

3

quả nghiên cứu trên, mở ra những hƣớng nghiên cứu mới về khả năng vận
chuyển và phân phối thuốc của màng BC trên nhiều các loại thuốc khác nhau
nhằm tăng khả dụng sinh học của các loại thuốc đó.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Sử dụng màng BC làm hệ thống vận tải và phân phối thuốc nhằm khắc
phục tối đa những hạn chế của Curcumin, từ đó có thể làm tăng sinh khả dụng
của thuốc.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Tạo màng BC từ môi trƣờng nƣớc dừa già.
- Tạo màng BC nạp Curcumin.
- Chuẩn bị dung dịch chuẩn và tiến hành đo mẫu.
- Xác định lƣợng Curcumin nạp vào màng BC.
- Chuẩn bị môi trƣờng đệm.
- Khảo sát lƣợng thuốc giải phóng của màng BC ở các độ dày màng khác
nhau, trong các môi trƣờng pH khác nhau.
- Phân tích thống kê.

4


Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Bacterial cellulose (BC)
1.1.1. Vi khuẩn sản sinh ra BC
BC đƣợc tổng hợp từ một số loại vi khuẩn nhƣ: Acetobacter,
Achromobacter, Agrobecterium, Pseudomonas.
A. xylinum thuộc nhóm vi khuẩn Acetic, chi Acetobacter, họ
Pseudomonadaceae. Là loại hiếu khí bắt buộc, có chu mao và sản xuất

cellulose ngoại bào [1].
A. xylinum có dạng hình que, thẳng hay hơi cong, kích thƣớc ngang
khoảng 0,6 - 0,8 µm, dài khoảng 2 - 3 µm, vi khuẩn không sinh bào tử, gram
âm, không di động, sắp xếp riêng rẽ đôi khi xếp thành chuỗi, nhƣng khi tế bào
già hay do điều kiện môi trƣờng nuôi cấy, hình dạng có thể bị biến đổi: tế bào
dài hơn, phình to ra, phân nhánh hoặc không phân nhánh.
Trong môi trƣờng nuôi cấy rắn, sau khoảng từ 3 - 7 ngày nuôi cấy, sẽ thu
đƣợc khuẩn lạc nhỏ rồi lớn dần, đƣờng kính hạt từ 2 - 5 mm, tròn, nhày, rìa
mép trơn, có màu kem, hơi trong. Nhƣng sau một tuần, khuẩn lạc to, đục, có
màu cafe sữa rồi khô dần [1].
1.1.2. Nguyên liệu để nuôi A. xylinum nhằm thu màng BC
Môi trƣờng nuôi cấy A. xylinum là môi trƣờng tổng hợp từ các nguồn
dinh dƣỡng cần thiết nhƣ nguồn cacbon, nitơ, nguồn sulfur và phospho, các
yếu tố tăng trƣởng và các yếu tố vi lƣợng.
Nhu cầu sử dụng đƣờng của A. xylinum là rất lớn và giữ vai trò quan
trọng trong quá trình tổng hợp BC nên có rất nhiều nghiên cứu và đề nghị sử
dụng các sản phẩm thứ cấp trong các ngành công nghiệp khác nhƣ: rỉ đƣờng,
nƣớc dừa già, nƣớc mía, ... để làm nguyên liệu trong nuôi cấy A. xylinum.
Trong đó, nƣớc dừa già đƣợc xem là môi trƣờng kinh điển trong nuôi cấy A.
xylinum. Thành phần môi trƣờng của nƣớc dừa già [1] đƣợc trình bày ở bảng
1.1 dƣới đây:

5


Bảng 1.1: Thành phần của nƣớc dừa già.
Nƣớc (%)
Protein (%)

94,99 Đồng (mg/100g)

0,04

0,72 Mangan (mg/100g)

0,142

0,2 Selenium (µg/100g)

1

Carbonhydrat (%)

3,17 Vitamin C (mg/100g)

2,4

Đƣờng (%)

2,16 Thiamin (mg/100g)

Chất béo toàn phần (%)

Calcium (mg/100g)
Sắt (mg/100g)

24 Riboflavin (mg/100g)
0,29 Niacin (mg/100g)

0,03

0,057
0,08

Magie (mg/100g)

25 Acid Panthenic (mg/100g)

0,043

Phosphorus (mg/100g)

20 Vitamin B6 (mg/100g)

0,032

Kali (mg/100g)

250 Folate (µg/100g)

Natri (mg/100g)

105

Kẽm (mg/100g)

0,1

3

Nƣớc dừa già là môi trƣờng thích hợp để nuôi cấy vi khuẩn vì trong

nƣớc dừa chứa rất nhiều chất dinh dƣỡng và chất kích thích tố tăng trƣởng
nhƣ 1,3 - diphenyllurea, hexitol, cytolunin, myoinositol, sorbitol, … Vì vậy,
A. xylinum rất thích hợp phát triển trong môi trƣờng này [15].
Nƣớc dừa sau khi thu hoạch đƣợc sử dụng không quá 3 ngày, tránh để
lâu làm cho đƣờng và các chất dinh dƣỡng khác giảm đi dẫn đến cho hiệu suất
kém [1, 15].
1.1.3. Cấu trúc của màng BC
Cấu trúc hóa học cơ bản của BC giống với cellulose có nguồn gốc thực
vật (plant cellulose - PC ), tuy nhiên chúng khác nhau về cấu trúc đại thể. Các
sợi mới sinh ra của BC kết lại với nhau để hình thành nên các sợi sơ cấp
(subfibril), có chiều rộng khoảng 1,5 nm. Các sợi sơ cấp này kết lại thành các
vi sợi, các vi sợi nằm trong các bó, cuối cùng hình thành các dải. Các dải có
chiều dày 3 - 4 nm, chiều rộng 70 - 80 nm; 3,2x133 nm. Cấu trúc của BC phụ
thuộc chặt chẽ vào điều kiện nuôi cấy [19].

6


Hình 1.1: Cấu trúc hóa học cơ bản của BC.
1.1.4. Đặc tính của màng BC
Màng BC sản xuất bởi các chủng A. xylinum có độ tinh sạch cao so với
màng PC nhƣ hemicellulose, pectin và lignin (Kurosumi et al. 2009) [20]. Nó
thể hiện tính độc nhất và cấu trúc đặc tính sinh hóa nhƣ sợi nano siêu mịn với
cấu trúc mạng (1,5 - nm chiều rộng) (Patel & Suresh 2008) [27], trơ, có thể bị
phân hủy sinh học, không độc, không gây dị ứng và ổn định về hóa học
(Amin et al. 2010; Grzegorczyn & Slezak 2007; Moreira et al. 2009) [12]. BC
thể hiện độ hấp thụ nƣớc tốt do cấu trúc mặt lƣới của nó cung cấp một diện
tích bề mặt lớn đảm bảo cho nó hấp thụ nƣớc một cách tốt nhất (khoảng 200
lần trọng lƣợng của nó) (Patel & Suresh 2008; Wippermann et al. 2009) [34].
Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy BC có độ kết tinh và độ bền cơ học cao, khả

năng đàn hồi tốt và độ bền ƣớt cao do cấu trúc mạng lƣới xơ thống nhất và
siêu mịn của nó. Đặc biệt, nó có khả năng cản khuẩn mà không làm thay đổi
cấu trúc hay tính chất (Czaja et al. 2007; Hu et al. 2009; Wan et al. 2009) [11,
14, 35]. Với các đặc tính trên, BC rất phù hợp để chọn lựa cho ứng dụng vận
tải và phân phối thuốc.
1.1.5. Ứng dụng của màng BC
Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu ứng
dụng màng BC trên nhiều các lĩnh vực khác nhau nhƣ: lĩnh vực thực phẩm
(màng bảo quản trái cây, chất ổn định thực phẩm, …). Gần đây, ngƣời ta sử
dụng màng BC làm vật liệu mang thuốc Curcumin để nhận biết sự thay đổi

7


pH của sản phẩm thủy sản bằng cách đánh giá cảm quan sự thay đổi màu sắc
của Curcumin [10]. Trong lĩnh vực y học ngƣời ta ứng dụng màng BC để: tạo
ruột giả, màng trị bỏng, mạch máu nhân tạo trong điều trị các bệnh tim mạch,
làm mặt nạ dƣỡng da [1], … Tính đến cuối năm 2014 trên thế giới chỉ có 18
nghiên cứu ứng dụng BC trong vận tải và phân phối thuốc đã đƣợc báo cáo
[20], trong đó có 9 nghiên cứu với màng BC tinh khiết, 2 nghiên cứu với thể
chất biến đổi màng BC và 7 với các vật liệu nanocomposite. Nhƣ vậy, trong
lĩnh vực này cần tiếp tục đƣợc tiến hành nghiên cứu.
1.2. Tổng quan về Curcumin
1.2.1. Công thức cấu tạo

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của Curcumin.
- Tên IUPAC: (1E, 6E) - 1,7 - bis (4 - hydroxy - 3 - metoxyphenyl) 1,6 - heptadien - 3,5 - dion.
- Công thức phân tử: C21H20O6.
- Phân tử khối: 368,38 g/mol.
- Curcumin là tinh thể màu nâu đỏ, là hoạt chất đƣợc chiết ra từ củ nghệ

vàng thuộc họ gừng. Hiện tại, ngƣời ta tìm thấy Curcumin tồn tại ở 4 dạng
hợp chất [9]:
+ Curcumin là hợp chất chính chiếm 60%:

8


Curcumin
+ Demetoxy - curcumin chiếm 24% có công thức cấu tạo sau:

Demetoxy - curcumin
+ Bis - demetoxy - curcumin chiếm 14%:

Bis - demetoxy curcumin
+ Và một hợp chất mới phát hiện là xiclocurcumin chiếm khoảng 1%:

Xiclocurcumin
1.2.2. Tính chất vật lý
- Nhiệt độ nóng chảy: 183°C (361 K).
- Curcumin là một polyphenol và là sắc tố tạo nên màu vàng đặc trƣng
của củ nghệ.
- Curcumin

là chất

màu

tan

trong dầu, ethanol, methanol,

dichloromethane, acetone, hầu nhƣ không tan trong nƣớc ở môi trƣờng acid
và trung tính, tan trong môi trƣờng kiềm.
- Dung dịch Curcumin trong dung môi hữu cơ có độ hấp thụ cực đại ở
bƣớc sóng khoảng từ 420 - 430 nm.

9


- Curcumin có thể phản ứng đƣợc với acid boric tạo nên hợp chất có
màu đỏ cam nên đƣợc ứng dụng dùng để nhận biết muối của nguyên tố Bo.
- Chính vì Curcumin là sắc tố tạo nên màu vàng sáng nên Curcumin
đƣợc dùng làm chất phụ gia thực phẩm. Trong chất phụ gia thực phẩm
Curcumin đƣợc kí hiệu dƣới ám số E100 [21].
1.2.3. Tính chất hóa học của Curcumin
a. Sự điện ly
Trong môi trƣờng pH < 1, Curcumin có màu đỏ thể hiện trạng proton
hóa H4A+. Ở pH từ 1 - 7, hầu hết các diferulolylmethane đều ở dạng trung
hòa H3A, có khả năng hòa tan rất thấp và dung dịch có màu vàng. Ở pH
>7,5; màu dung dịch chuyển sang đỏ. Giá trị hằng số phân ly pKa của 3
proton dạng acid của Curcumin (dạng H2A - , HA2, A

-

3)

đƣợc xác định

tƣơng ứng là 7,8; 8,5 và 9,0.
Curcumin không tan ở môi trƣờng nƣớc ở pH acid và trung tính, nhƣng

tan tốt trong pH kiềm. Nghiên cứu ở kĩ thuật HPLC cho kết quả điện li theo
pH của Curcumin [18] đƣợc trình bày ở bảng 1.2.
Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của pH lên màu và dạng tồn tại của Curcumin.
pH

Màu của dung dịch

Dạng ion tồn tại

<1

Đỏ

H4A+

1-7

Huyền phù màu vàng

H3A

>7.5

Đỏ

H2A - , HA - 2, A3 -

10

Hình 1.3: Các trạng thái của Curcumin thay đổi theo pH.
b. Phản ứng với H2
Do có nối đôi ở mạch cacbon nên Curcumin có khả năng phản ứng cộng
với H2 với xúc tác PtO2.

Hình 1.4: Phản ứng của Curcumin với H2.

11


Trong đó tetrahydrocurcumin (THC) cũng là một chất có hoạt tính chống
oxy hóa có khả năng loại bỏ gốc tự do nhƣ gốc tert - butoxyl và peroxyl [17].
c. Phản ứng phân hủy trong môi trường kiềm
Curcumin tƣơng đối bền ở pH acid, nhƣng lại nhanh chóng bị phân hủy
ở pH kiềm. Đầu tiên ferulic acid và ferulolymethane đƣợc tạo thành. Sau đó,
eruolylmethane nhanh chóng tạo thành sản phẩm ngƣng tụ có màu vàng đến
vàng nâu. Tiếp theo, eruolylmethane tiếp tục thủy phân tạo ra vanillin và
acetone và lƣợng các chất này tăng theo thời gian ủ [17].

Hình 1.5: Phản ứng phân hủy Curcumin trong môi trường kiềm.
d. Phân hủy dưới tác dụng ánh sáng
Curcumin không bền ánh sáng, đặc biệt ở trạng thái dung dịch.
Curcumin bị phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng ngay cả ở dạng rắn. Sản
phẩm phân hủy là vanillin, vanillin acid, ferulic aldehyde và ferulic acid [33].
Khi bị chiếu xạ, Curcumin bị đóng vòng hoặc phân hủy thành vanillin
acid, vanillin và ferulic acid (Sasaki et al, 1998) [17].
Khi có mặt của oxy và ánh sáng, Curcumin bị phân hủy tạo thành 4 vinyl guaialcol và vanillin:

12

Hình 1.6: Phản ứng phân hủy của Curcumin dưới tác dụng của ánh sáng.
e. Phản ứng tạo phức với kim loại
Curcumin là hợp chất β - diketone nên cũng có tính chất hóa học của một
β - diketone. Protone của nhóm methyl ở dạng keto và proton của nhóm
hydroxyl ở dạng enol của hợp chất β - diketone có tính acid. Khi các hydro
này bứt ra, diketone sẽ tạo thành anion 1,3 - diketoneate. Diketone anion này
có thể tạo phức vòng càng với các kim loại chuyển tiếp và những nguyên tố
phân nhóm chính. Muối kim loại thƣờng đƣợc sử dụng cho phản ứng tạo phức
là muối acetate, clorua, nitrate, sunfate, carbonate của các kim loại chuyển
tiếp nhƣ: Cu, Fe, Mn, Zn, V, Ga, In, Ni, Co, Pd, Hg [22]. Các phức này cũng
có hoạt tính loại bỏ gốc tự do đƣợc ứng dụng trong ngành dƣợc.

Hình 1.7: Cấu trúc phức Cu - Curcumin (1:1) và (1:2) giữa đồng acetate
và Curcumin.
f. Phản ứng của nhóm phenolic OH
Một trong những hoạt tính đáng chú ý của Curcumin là khả năng loại bỏ
gốc oxygen hoạt động và các gốc nitrogen tự do. Đó là do Curcumin có 2

13


nhóm o - methoxy phenolic OH đính vào mạch hetadience - dione. Các
electron chƣa liên kết của nhóm OH liên hợp với vòng benzen làm cho H của
nhóm này linh động hơn. Điều đó giải thích cho tính acid và khả năng phản
ứng với các gốc tự do của Curcumin [22].

Hình 1.8: Sơ đồ biểu hiện hai hướng phản ứng
của Curcumin với gốc tự do.
1.2.4. Dược chất

- Curcumin có tác dụng diệt 65 chủng lâm sàng vi khuẩn Helicobacter
pylori, ức chế chất gây viêm COX2, tăng tái tạo mạch máu, tăng tiết chất
nhày dạ dày.
- Curcumin là chất hủy diệt ung thƣ vào loại mạnh nhất theo cơ chế hủy
diệt từng bƣớc các tế bào ác tính. Chúng làm vô hiệu hóa tế bào ung thƣ và
ngăn chặn không cho hình thành các tế bào ung thƣ mới. Trong khi đó, các tế
bào lành tính không bị ảnh hƣởng. Curcumin đƣợc coi là chất tiêu biểu nhất

14


cho thế hệ mới các chất chống ung thƣ vừa rất hiệu lực, vừa an toàn, không
gây tác dụng phụ. Curcumin có khả năng loại bỏ các loại men gây ung thƣ
nhƣ COX - 1, COX - 2 có trong thức ăn, nƣớc uống, vô hiệu hóa các gốc tự
do hình thành trong quá trình tự vệ của cơ thể, do bức xạ độc hại cũng nhƣ do
các loại sốc thần kinh, thể lực, …, các độc tố hóa học (dioxin, furan …) [8].
- Curcumin có khả năng mạnh mẽ giải độc và bảo vệ gan, bảo vệ và làm
tăng hồng cầu, loại bỏ cholesterol xấu, điều hòa huyết áp, hạ mỡ máu, ngăn
chặn béo phì, xóa bỏ tàn nhang, đồi mồi, trứng cá chống rụng tóc giúp mau
chóng mọc tóc, làm cho da dẻ hồng hào, tăng cƣờng sắc đẹp, sức lực và cả
tuổi thọ …
- Curcumin là một trong những chất chống viêm, chống oxy hóa điển
hình. Nó không chỉ điều trị đắc lực cho các bệnh ung thƣ, loét dạ dày, hành
tá tràng, đại tràng, yếu gan mật, viêm gan B, C, sơ gan cổ chƣớng, … mà
còn điều trị vừa nhẹ nhàng vừa hiệu quả cao các bệnh rối loạn hệ miễn dịch
nhƣ viêm toàn thân, viêm đa khớp, viêm lõi cầu khớp, bệnh đa sơ cứng,
bệnh cứng bì, loãng xƣơng, viêm cơ, vảy nến, ban đỏ hệ thống, đau hệ tiêu
hóa, rối loạn tuyến giáp, u máu, suy giảm trí nhớ, … hỗ trợ điều trị bệnh
Parkison, nhũn não [16].
- Curcumin có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn nhƣ virút HP, viêm

gan B, C, … rất cao.
- Curcumin ở nhiều nƣớc trên thế giới đƣợc coi nhƣ vừa là thuốc vừa là
thực phẩm điều trị gần 20 loại ung thƣ khác nhau. Riêng đối với ung thƣ máu
các nhà khoa học cho biết Curcumin có tác dụng tăng hồng cầu, chống suy
kiệt sức lực [18] …
1.2.5. Sinh khả dụng của Curcumin
Một phần rất nhỏ Curcumin đƣợc hấp thụ sau khi ăn. Curcumin không
bền vững trong ruột và một lƣợng rất nhỏ đi qua đƣờng tiêu hóa và nhanh
chóng bị thoái hóa hoặc liên hợp thành glucuronidation.

15


Nghiên cứu của Shoba G., Joy D., Joseph T. và các cộng sự tại khoa
Dƣợc, đại học Y St. John, Bangalore, Ấn Độ đã cho thấy, hoạt chất Piperine
chiết xuất từ hạt tiêu đen có tác dụng tăng hấp thu và giảm đào thải của
Curcumin trong máu lên rõ rệt. Một nghiên cứu của nhóm này đƣợc đăng tải
trên tạp chí Pubmed của Thƣ viện y khoa quốc gia và Viện Sức khỏe quốc gia
Hoa Kỳ tháng 5 năm 1998 đã chứng minh đƣợc sinh khả dụng của Curcumin
trên cơ thể ngƣời khi đƣợc kết hợp với Piperine từ hạt tiêu theo tỷ lệ 1% đã
tăng lên tới 2000% so với không dùng Piperine [30, 28].
1.2.6. Rủi do và tác dụng phụ
Theo Kawanishi et al. (2005) [43], Curcumin cũng giống nhƣ các chất
chống oxy hóa khác, là con dao hai lƣỡi. Các nghiên cứu lâm sàng trên ngƣời
với 2 - 12g Curcumin cho thấy các tác dụng phụ nhƣ buồn nôn, tiêu chảy, rối
loạn chuyển hóa sắt và chặn protein hepcidin, có khả năng gây ra thiếu sắt ở
các bệnh nhân mẫn cảm.
1.3. Một số công trình nghiên cứu về Curcumin
1.3.1. Trên thế giới
Bằng sáng chế đầu tiên về Curcumin dạng nano đƣợc mang mã số EP

103266 A2 ngày 30/5/2001 (Ib - 8), và tài liệu nghiên cứu đầu tiên về nano
Curcumin dành cho mục đích y học đƣợc công bố vào năm 2005.
Kể từ đó là sự bùng nổ các nghiên cứu và bằng phát minh về nano
Curcumin (năm 2005 có 18 bằng thì đến năm 2010 đã lên đến gần 100). Để
đánh giá tiềm năng ứng dụng của Curcumin dạng nano trong lĩnh vực y học,
254 bằng phát minh có liên quan đã đƣợc phân tích, cho thấy 24% bằng liên
quan đến điều trị ung thƣ, sau đó là các bệnh tim mạch 13%, các chứng viêm
12%, bệnh tiểu đƣờng 11%, bệnh khớp 10% và bệnh tiêu hóa 9% [6], …
Sơ đồ hình 1.9 dƣới đây cho thấy sự bùng nổ của các bài báo khoa học
và các bằng phát minh về Curcumin trên thế giới từng 5 năm một, từ 1965
cho tới 2011.

16


Hình 1.9: Sơ đồ thống kê các nghiên cứu về Curcumin.
Theo các tài liệu trƣớc đã thống kê [32, 23, 25], có thể viện dẫn ra đây
những tác giả đầu tiên đã nghiên cứu trên thực nghiệm để chứng minh tác
dụng điều trị của Curcumin, đó là tác dụng chống tăng đƣờng huyết
(Srinivasan, M. 1972), tác dụng chống viêm (Srimal, R.C. 1973), tác dụng
chống oxy hóa (Sharma, O.P. 1976), tác dụng chống thấp khớp (Deodhar,
S.D. 1980), tác dụng bảo vệ gan (Kiso, Y. 1983), tác dụng chống ung thƣ
(Kuttun. R. 1985), tác dụng ức chế tắc mạch (Srivastava, R. 1995), tác dụng
phòng nhồi máu cơ tim (Dikshit, M. 1995), tác dụng kháng khuẩn (Jordan,
W.C. 1996), tác dụng bảo vệ thận (Venkatesan, N. 2000), tác dụng chống
viêm loét dạ dày (Ronita De, 2009), v.v…
1.3.2. Ở Việt Nam
Tại Việt Nam, rất nhiều các nhà khoa học tại các trung tâm nghiên cứu
lớn cũng đang tiến hành thử nghiệm để chế tạo vật liệu Nano Curcumin từ củ
nghệ vàng nhƣ Viện hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt

Nam (Viện HLKHVCNVN), Trung tâm nghiên cứu triển khai Khu công nghệ
cao Thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Dƣợc Hà Nội. Trong đó, Nano
Curcumin của viện hóa học là đề tài đầu tiên đƣợc ứng dụng công nghệ nano

17