Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme trên cơ sở polyvinyl ancol (PVA) biến tính với tinh bột, ứng dụng làm màng sinh học trong xử lý và điều trị vết thương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN HƯỜNG HẢO

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME TRÊN
CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL (PVA) BIẾN TÍNH VỚI
TINH BỘT, ỨNG DỤNG LÀM MÀNG SINH HỌC
TRONG XỬ LÝ VÀ ĐIỀU TRỊ VẾT THƯƠNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN HƯỜNG HẢO

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME
TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL (PVA) BIẾN TÍNH
VỚI TINH BỘT, ỨNG DỤNG LÀM MÀNG SINH HỌC
TRONG XỬ LÝ VÀ ĐIỀU TRỊ VẾT THƯƠNG

Chuyên ngành : VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP
Mã số

: 62440125

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. PHẠM THẾ TRINH
2. PGS.TS. NGUYỄN HUY TÙNG

Hà Nội - 2015


LỜI CAM ĐOAN !

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Thế Trinh và PGS.TS Nguyễn Huy Tùng. Các số
liệu, kết quả được trình bày trong luận án này là trung thực và chưa từng công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tập thể giáo viên hướng dẫn

PGS.TS. Phạm Thế Trinh

PGS.TS. Nguyễn Huy Tùng

Tác giả

Nguyễn Hường Hảo


LỜI CẢM ƠN!
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS. Phạm Thế Trinh và PGS.TS.
Nguyễn Huy Tùng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và động viên tôi thực
hiện thành công luận án tiến sĩ này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn tới các thầy, cô giáo, các cán bộ và các anh chị
Trung tâm NCVL Polyme -Viện kỹ thuật hóa học - Trường ĐH. Bách Khoa Hà Nội
đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập và thực hiện luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị và các bạn đồng nghiệp Viện Hóa
Học Công Nghiệp đã hết lòng ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và
thực hiện luận án.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các cán bộ tại Bộ môn Dược
Lý – Trường Đại học Y Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu
thử nghiệm màng PVA biến tính tinh bột trên động vật.
Cuối cùng những kết quả nghiên cứu của tôi không tách rời những hy sinh
vất vả của gia đình, người thân và bạn bè, đã dành những tình cảm quí giá, động
viên khích lệ tôi để hoàn thành tốt luận án này.
Tác giả rất mong được sự đóng góp của các nhà chuyên môn và các đồng
nghiệp để nội dung bản luận án này ngày càng hoàn chỉnh và có tác dụng thiết thực.
Trân trọng cảm ơn!
Hà Nội - 2015
Tác giả

NGUYỄN HƯỜNG HẢO


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME SINH HỌC TRÊN THẾ
GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ........................................................................................

1

1.1.1. Tình hình nghiên cứu polyme sinh học trên thế giới ...................................

4

1.1.2. Tình hình nghiên cứu polyme sinh học ở Việt Nam ....................................

5

1.2. BIẾN TÍNH POLYME VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH POLYME ......

7

1.2.1. Khái niệm chung về biến tính polyme .......................................................

7

1.2.2. Các phương pháp biến tính polyme ............................................................

8

1.2.2.1. Biến tính polyme bằng phương pháp biến đổi hóa học.....................

9

1.2.2.2. Biến tính polyme bằng phương pháp khâu mạch .............................

9

1.2.2.3. Biến tính polyme bằng phương pháp cắt mạch phân tử ....................

10

1.2.2.4. Biến tính polyme bằng chất hóa dẻo .................................................

11

1.2.2.5. Biến tính polyme bằng phương pháp chế tạo blend ..........................

13

1.3. VẬT LIỆU POLYME TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH VỚI
TINH BỘT .............................................................................................................

14

4
4

1.4. CÁC NGUYÊN VẬT LIỆU ĐẦU DÙNG TỔNG HỢP POLYME PVA BIẾN
TÍNH TINH BỘT...................................................................................................

16

1.4.1. Polyvinyl ancol ...........................................................................................

16

1.4.2. Tinh bột ......................................................................................................

18

1.4.2.1. Tính chất vật lý của tinh bột ..............................................................

18

1.4.2.2.Tính chất hóa học của tinh bột ...........................................................

19

1.4.2.3. Tinh bột biến tính ..............................................................................

20

1.4.3. Chất hóa dẻo dùng để tổng hợp vật liệu PVA/TB .......................................

21

1.4.4. Tác nhân khâu mạch ...................................................................................

22

1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÂU MẠCH POLYME ĐỂ BIẾN TÍNH POLYME ...

23

1.5.1. Khâu mạch thực hiện bằng các nhóm chức có trong mạch chính polyme
.......
1.5.2. Khâu mạch bằng quang hóa .........................................................................

23

1.5.3. Khâu mạch bằng gốc tự do ..........................................................................

24

1.5.4. Khâu mạch bằng oxi hóa

24

23

1.5.5. Khâu mạch bằng cách dùng các hợp chất có nhóm chức có khả năng
phản ứng với nhóm chức của mạch polyme ..........................................................

24


1.5.6. Khâu mạch bằng hai nhóm chức khác nhau ở hai mạch polyme khác
nhau ........................................................................................................................
1.6. MÀNG POLYME CẤU TRÚC KHÂU MẠCH MẠNG LƯỚI ............................

25

1.7. CÁC TÁC NHÂN KHÂU MẠCH VÀ CƠ CHẾ KHÂU MẠCH POLYME........

27

1.7.1. Tác nhân khâu mạch glutaraldehyt ...........................................................

27

1.7.2. Kalipesunphat .................................................................................................

28

1.7.3. Axit boric.........................................................................................................

31

25

1.7.4. Cơ chế phản ứng khâu mạch của PVA với tinh bột bằng tác nhân khâu
mạch glutaraldehyt ................................................................................................

33

1.8. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME TRÊN CƠ SƠ
POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH VỚI TINH BỘT .........................................

33

1.8.1. Tổng hợp vật liệu PVA/TB theo phương pháp hóa học ............................

34

1.8.2. Tổng hợp vật liệu PVA/TB theo phương pháp bức xạ gamma...................

35

1.8.3. Tổng hợp vật liệu PVA/TB theo phương pháp đóng băng tan chảy
(Freezing/Thawing)................................................................................................

37

1.9. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG SẢN PHẨM Y TẾ ...................................

40

1.9.1. Khử trùng bằng bức xạ ion hóa...................................................................

40

1.9.2. Khử trùng bằng nhiệt ẩm .............................................................................

41

1.10. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL BIẾN
TÍNH VỚI TINH BỘT ..........................................................................................

41

1.10.1. Ứng dụng làm màng sinh học che phủ các vết thương, vết bỏng ..............

41

1.10.2. Ứng dụng làm màng bao viên thuốc ..........................................................

42
44

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ ............................................................................

44

2.1.1. Nguyên liệu và hoá chất ...............................................................................

44

2.1.2. Thiết bị sử dụng ...........................................................................................
44
2.2. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT ..................
45
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA VẬT
49
LIỆU
2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại.....................................................................................
49
2.3.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ ................................................................................
49
2.3.3. Phân tích nhiễu xạ tia X ...........................................................................................
49
2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt DSC và TGA .................................................

49

2.3.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM .............................................................
49
2.3.6. Xác định khối lượng phân tử của polyme ....................................................

2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA POLYME

50
50

2.4.1. Phương pháp đo độ bền kéo đứt của màng ..................................................

50

2.4.2. Phương pháp xác định độ bền kháng thủng của màng.................................

51


2.4.3. Phương pháp xác định hàm lượng phần gel ................................................

51

2.4.4. Phương pháp xác định độ hút ẩm của vật liệu ............................................

51

2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT POLYME ...

52

2.5.1. Phương pháp xác định độ trương .................................................................

52

2.5.2. Phương pháp xác định mật độ khâu mạch, khối lượng phân tử trung bình
giữa hai nút lưới và kích thước lưới ............................................................

52

2.5.2.1. Xác định mật độ khâu mạng và khối lượng phân tử giữa các nút
mạng theo phương pháp ngâm trương nở bão hòa .....................................

52

2.5.2.2. Xác định kích thước các mắt lưới .....................................................

53

2.5.3. Cách xác định tỷ trọng của polyme lưới ....................................................

53

2.5.4. Phương pháp xác định hệ số khuếch tán axit salicylic ...............................

54

2.5.5. Độ thẩm thấu hơi nước của màng PVA/TB .................................................

55

2.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SỰ THỦY PHÂN IN VITRO ........................

55

2.6.1. Chuẩn bị mẫu ...............................................................................................

55

2.6.2. Sự phân hủy thủy phân của vật liệu trong in vitro ......................................

55

2.6.3. Phương pháp phân tích sắc ký khí..............................................................................
55
2.6.4. Phương pháp xác định độ tổn hao khối lượng của vât liệu .....................................
56
2.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ TIÊU SINH HÓA ..........................

56

2.7.1. Phương pháp xác định các chỉ tiêu hàm lượng kim loại nặng .....................

56

2.7.2. Phương pháp thử độ vô khuẩn .....................................................................

56

2.8. PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM TRÊN ĐỘNG VẬT ........................................

58

2.8.1. Phương pháp kiểm tra độ kích ứng da .........................................................

58

2.8.2. Phương pháp đánh giá khả năng hồi phục vết thương ................................

61

2.8.3. Phương pháp kiểm tra độc tính màng PVA/TB ...........................................

61

CHƯƠNG 3 . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYVINYl ANCOL BIẾN TÍNH TINH BỘT ....
3.1.1. Ảnh hưởng của các loại PVA cho tổng hợp vật liệu PVA biến tính tinh

63
63
63

bột
3.1.2. Ảnh hưởng của tinh bột biến tính đến tính chất của vật liệu PVA biến
tính tinh bột..................................................................................................

64

3.1.3. Ảnh hưởng của các thành phần tham gia phản ứng đến tính chất của
màng PVA biến tính với tinh bột ...............................................................
3.1.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ PVA/TB ...........................................................
3.1.3.2. Tác động của chất hóa dẻo đến tính chất cơ lý của màng

65

65
66

PVA/TB...................................................................................
3.1.3.3. Vai trò của tác nhân khâu mạch đến tính chất cơ lý của màng
PVA/TB ............................................................................................

68

3.1.3.4. Vai trò của chất xúc tác đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB ......

70


3.1.4. Các điều kiện phản ứng tổng hợp PVA biến tính tinh bột ...........................

72

3.1.4.1. Nhiệt độ phản ứng để tổng hợp PVA biến tính tinh bột ....................

72

3.1.4.2. Thời gian phản ứng để tổng hợp PVA biến tính tinh bột ..................

73

3.1.4.3. Tốc độ khuấy để tổng hợp PVA biến tính tinh bột ...........................

74

3.1.5. Các điều kiện tối ưu tổng hợp màng PVA biến tính tinh bột.......................

75

3.2. ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA POLYVINYL ANCOL BIẾN TÍNH TINH
BỘT........................................................................................................................

76

3.2.1. Phổ hồng ngoại của màng PVA biến tính tinh bột.......................................

76

3.2.2. Kết quả phân tích cộng hưởng từ hạt nhân của màng PVA/TB...................

78

3.2.3. Phân tích phổ XRD của màng PVA/TB.......................................................

79

3.2.4. Phân tích nhiệt DSC và TGA của màng PVA/TB ......................................

81

3.3. MỐI LIÊN HỆ GIỮA CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI SỬ DỤNG CHẤT KHÂU
MẠCH GLUTARALDEHYT ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA MÀNG PVA
BIẾN TÍNH TINH BỘT ................................................................................................

84

3.3.1. Sự phụ thuộc của mật độ khâu mạch, khối lượng phân tử giữa các nút
lưới và kích thước lưới vào hàm lượng GA.................................................

84

3.3.2. Mối quan hệ giữa khối lượng phân tử trung bình giữa các nút lưới với độ
kết tinh và khối lượng riêng của polyme lưới PVA/TB ..............................

86

3.3.3. Mối tương quan giữa tính chất thẩm thấu hơi nước của màng PVA/TB
với hàm lượng tác nhân khâu mạch GA ......................................................

86

3.3.4. Hệ số khuyếch tán axit salisilic của màng PVA/TB ...................................

88

3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ trương của màng PVA biến tính tinh bột .....

89

3.3.5.1. Ảnh hưởng của mật độ phân bố lưới và khối lượng phân tử giữa hai
nút lưới (Mc) đến độ trương của màng PVA/TB ...............................

90

3.3.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ trương của màng PVA/TB ................

91

3.3.5.3. Ảnh hưởng của thời gian đến độ trương của màng PVA/TB ...............

92

3.3.5.4. Mối liên hệ giữa môi trường pH và độ trương của màng PVA/TB......

93

3.4. SỰ THỦY PHÂN INVITRO CỦA MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT .........

93

3.4.1. Sự thay đổi tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột. ....................

93

3.4.2. Sự thay đổi pH môi trường của màng PVA/TB theo thời gian ngâm mẫu ..

94

3.4.3.Xác định sản phẩm của sự phân hủy thủy phân ............................................

95

3.4.4. Độ tổn hao khối lượng của màng PVA biến tính tinh bột ..........................

96

3.4.5. Xác định cấu trúc hình thái bề mặt bằng chụp ảnh SEM ............................

96

3.5. CÁC CHỈ TIÊU SINH HÓA CỦA MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT ..........

98

3.5.1.Xác định các chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng ......................................

98

3.5.2. Xác định các chỉ tiêu vô trùng của màng .....................................................

99

3.5.2.1. Tác động của các phương pháp khử trùng đến tính chất cơ lý của
màng PVA biến tính tinh bột..........................................................................

98


3.5.2.2. Ảnh hưởng của liều xạ đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB ........

100

3.5.2.3. Ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ đến tính chất cơ lý của màng

100

PVA/TB ..........................................................................................................
3.5.2.4. Xác định độ vô khuẩn và các chỉ tiêu vi sinh vật .............................

101

3.6. CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG SINH HỌC PVA/TB .......
3.6.1. Sự phụ thuộc của tính chất cơ lý màng PVA/TB vào phương pháp gia

102
101

công
3.6.2. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý của màng PVA/TB vào nồng độ dung dịch ..

103

3.6.3. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý của màng PVA/TB vào nhiệt độ sấy..............

105

3.6.4. Các điều kiện công nghệ tối ưu sử dụng trong công nghệ chế tạo màng
sinh học PVA/TB ...................................................................................................

106

3.6.5. Quy trình chế tạo màng polyme sinh học trên cơ sở PVA biến tính với
tinh bột .......................................................................................................
3.6.5.1. Sơ đồ quy trình chế tạo màng PVA/TB bằng phương pháp cán

106
106

tráng
3.6.5.2. Mô tả quy trình công nghệ chế tạo màng PVA biến tính tinh bột .....

107

3.6.5.3. Xác định độ ổn định của quy trình công nghệ chế tạo màng 107
PVA/TB
3.7. THỬ NGHIỆM MÀNG PVA BIẾN TÍNH TINH BỘT TRÊN ĐỘNG VẬT ......

110

3.7.1. Độ kích ứng da .............................................................................................

110

3.7.2. Đánh giá khả năng phục hồi vết thương của màng sinh học PVA/TB ........

110

3.7.3. Kết quả kiểm tra độc tính của màng PVA/TB ...........................................

112

3.7.3.1 Tình trạng chung.................................................................................

112

3.7.3.2. Đánh giá chức năng tạo máu của thỏ.................................................

112

3.7.3.4. Đánh giá chức năng gan của thỏ........................................................

115

3.7.3.5. Đánh giá chức năng thận của thỏ ......................................................

116

KẾT LUẬN ...................................................................................................................

117

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.......................

119

MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRIỂN KHAI THỰC TẾ CỦA LUẬN ÁN

120

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................

122

PHỤ LỤC ......................................................................................................................

132


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ASTM :

American standard test method

DSC:

Phân tích nhiệt vi sai quét (Differential Scanning Calorimetry)

GA :

Glutaraldehyt

Gl:

Glyxerin

GPC:

Phương pháp sắc ký thấm qua gel (Gel Permeation Chromatography)

IR:

Phổ hồng ngoại

ISO:

International standard organization

K2S2O8 :

Kaliperdisunfat.

Mc :

Khối lượng trung bình giữa hai nút lưới

n:

Mật độ khâu mạng

PA:

Polyamit

PAN:

Polyanhydrit

PCL:
PE:

Poly -caprolacton
Polyethylen

PEG:

Poly(etylen glycol)

PGA:

Polyglycolic axit

PHA:

Polyhydroxy ankanoate

PLGA:

Poly(lactit-co-glycolit)

PP:

Polypropylen

PVA/TB:

Vật liệu polyme lưới trên cơ sở polyvinyl ancol và tinh bột sắn

PVA:

Poly(vinyl ancol)

PVC:

Poly(vinyl clorua)

Sb:

Sorbitol

SEM:

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic Microscopy)

TB :

Tinh bột sắn biến tính

ξ:

kích thước mắt lưới

Tg:

Nhiệt độ hóa thủy tinh

TGA:

Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermo Gravimetric Analysis)

KLPT:

Khối lượng phân tử


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1:

Một số chức năng vật lý của chất hóa dẻo ................................................

Bảng 1.2.

Tính chất vật lý của PVA .........................................................................

17

Bảng 1.3.

Hàm lượng amyloza và amylopectin của một số tinh bột ........................

18

Bảng 1.4.

Nhiệt độ hồ hóa của một vài tinh bột tiêu biểu.........................................

19

Bảng 2.1.

Mức độ phản ứng trên da thỏ...................................................................

60

Bảng 2.2.

Phân loại các phản ứng trên da thỏ ...........................................................

61

Bảng 3.1.

Một số tính chất cơ lý của 3 loại PVA......................................................

63

Bảng 3.2.

Ảnh hưởng của 3 loại PVA đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB ........

64

Bảng 3.3.

Ảnh hưởng của tinh bột biến tính đến tính chất của PVA/TB..................

65

Bảng 3.4.

Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần PVA /TBbt đến tính chất cơ lý của
màng PVA biến tính tinh bột ....................................................................

Bảng 3.5.

11

65

Ảnh hưởng của các loại chất hóa dẻo đến tính chất cơ lý của màng PVA
biến tính tinh bột ...........................................................................................

66

Bảng 3.6.

Ảnh hưởng của các chất khâu mạch tạo lưới đến tính chất PVA/TB .......

68

Bảng 3.7.

Ảnh hưởng của hàm lượng GA đến tính chất cơ lý của màngPVA/TB ...

69

Bảng 3.8.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB .............

72

Bảng 3.9.

Các điều kiện tổng hợp PVA biến tính tinh bột........................................

76

Bảng 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng glutaraldehyt đến mật độ khâu mạch và
khối lượng phân tử trung bình giữa các nút mạng...................................

84

Bảng 3.11. Ảnh hưởng của KLPT trung bình giữa các nút lưới đến độ kết tinh và
khối lượng riêng của polyme lưới ............................................................

86

Bảng 3.12 . Mối tương quan giữa tính chất thẩm thấu hơi nước của màng PVA/TB
với hàm lượng GA ....................................................................................

87

Bảng 3.13. Sự phụ thuộc của hàm lượng axit salicylic tại khoang 1 và khoang 2
theo thời gian ............................................................................................

88

Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ trương của màng PVA/TB ....................

91

Bảng 3.15. Ảnh hưởng của thời gian đến độ trương của màng PVA/TB ...................

92

Bảng 3.16. Sự thay đổi tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột .................

94

Bảng 3.17. Hàm lượng kim loại nặng của màng PVA/TB .........................................

98

Bảng 3.18. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột vào
phương pháp khử trùng.............................................................................

99

Bảng 3.19. Ảnh hưởng của liều xạ đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB ...............

100

Bảng 3.20. Ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ đến tính chất cơ lý của màng
PVA/TB ....................................................................................................

101


Bảng 3.21. Kết quả thử độ vô khuẩn của màng sinh học trên cơ sở PVA biến tính
tinh bột (phương pháp định tính) .............................................................. 101
Bảng 3.22. Kết quả thử các chỉ tiêu vi sinh vật của màng sinh học trên cơ sở PVA
biến tính tinh bột (phương pháp định lượng)............................................

102

Bảng 3.23. Ảnh hưởng của các phương pháp gia công đến tính chất màng
Bảng 3.24. PVA/TB......
Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tính chất màng PVA/TB ......................

103
105

Bảng 3.25. Các điều kiện tối ưu sử dụng trong công nghệ chế tạo màng sinh học
PVA/TB......................................................................................................

106

Bảng 3.26. Một số tính chất cơ lý của màng PVA biến tính tinh bột ............................ 108
Bảng 3.27. Một số tính chất đặc trưng của màng sinh học trên cơ sở PVA biến tính
tinh bột ...................................................................................................... 109
Bảng 3.28. Đánh giá và tính điểm các chỉ số về ban đỏ và phù nề trên da thỏ...........

110

Bảng 3.29. Theo dõi tình trạng vết thương trên lưng thỏ ở lô 1 .................................

110

Bảng 3.30. Theo dõi tình trạng vết thương trên lưng thỏ ở lô 2 đắp màng sinh học
PVA/TB ...................................................................................................

111

Bảng 3.31. Sự thay đổi thể trọng thỏ ..........................................................................

113

Bảng 3.32. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến số lượng hồng
cầu trong máu thỏ .....................................................................................

113

Bảng 3.33. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến hematocrit và thể
tích trung bình hồng cầu trong máu thỏ....................................................

114

Bảng 3.34. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến số lượng bạch
cầu và số lượng tiểu cầu trong máu thỏ ................................................... 114
Bảng 3.35. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến công thức bạch cầ
trong máu thỏ ............................................................................................ 115
Bảng 3.36. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến nồng độ bilirubin
toàn phần, albumin và nồng độ cholesterol trong máu thỏ...................... 115
Bảng 3.37. Ảnh hưởng của màng PVA biến tính với tinh bột đến nồng độ creatinin
trong máu thỏ ............................................................................................ 116


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Các phương pháp biến tính polyme ............................................................

8

Hình 1.2. Sơ đồ phân loại phương pháp biến tính polyme bằng cách cắt mạch
polyme ........................................................................................................

11

Hình 1.3. Công thức cấu tạo của amyloza có dạng gồm.  - Dglucopyranoza nối
với nhau bởi liên kết -1,4 glucozit ...........................................................

19

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của amylopectin có dạng gồm.  - D glucopyranoza
nối với nhau bởi liên kết -1,6 tạo mạch nhánh ........................................

20

Hình 1.5. Các phương pháp biến tính tinh bột và các sản phẩm chuyển hoá từ
tinh bột .......................................................................................................

21

Hình 1.6. Một số chất hóa dẻo dùng cho tổng hợp PVA/TB......................................

22

Hình 1.7. Cấu trúc mạng lưới (hydrogel) .....................................................................
Hình 1.8. Các hình thái của glutaraldehyt trong dung dịch nước ...............................
Hình 1.9. Cơ chế phản ứng khâu mạch của PVA với tinh bột sử dụng glutaraldehyt

26
27
33

Hình 1.10. Sơ đồ minh họa sử dụng tác nhân liên kết hóa học glutaraldehyt khâu

mạch polyme có chứa nhóm chức hydroxyl ...............................................

34

Hình 1.11. Quá trình ghép monome lên mạch chính polyme tạo thành nhánh đầu
tiên và liên kết ngang ..................................................................................

35

Hình 1.12. Sơ đồ tạo liên kết ngang của hệ polysacarit-vinyl monome sử dụng kỹ
thuật bức xạ ................................................................................................

36

Hình 1.13. Ảnh hưởng của nồng độ và lượng bức xạ đến khối lượng phân tử
giữa các liên kết..........................................................................................

37

Hình 1.14. Độ truyền qua của ánh sáng theo thời gian ................................................

38

o

Hình 1.15. Độ trương trong nước ở 23 C của vat liệu tổng hợp đóng băng/tan chảy
sau 2, 3, 4, 5 vòng đóng băng/tan chảy.......................................................

39

Hình 1.16. Sử dụng màng PVA/TB trong điều trị và xử lý vết thương........................

42

Hình 1.17. Một số loại thuốc bao viên nhằm điều khiển tốc độ giải phóng các hoạt
chất, điều trị thấp khớp, viêm khớp, đa khớp, ............................................

42

Hình 2.1. Sơ đồ thực nghiệm tổng hợp chế tạo màng PVA biến tính tinh bột ...........

46

Hình 2.2 . Sơ đồ màng ngăn sử dụng đo hệ số khuếch tán axit salixylic (SA .............

54

Hình 2.3. Vị trí đặt mẫu màng trên da thỏ ..................................................................

60

Hình 3.1.

Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng glyxerin đến độ bền kéo, độ bền kháng
thủng và độ dãn dài khi đứt của PVA biến tính tinh bột ...........................

67

Hình 3.2. Ảnh hưởng của xúc tác đến tính chất của cơ lý của màng PVA/TB ..........

70

Hình 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác HCl đến tính chất cơ lý của PVA
biến tính tinh bột ........................................................................................

71


Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến tính chất của màng PVA/TB .......................

74

Hình 3.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến tính chất cơ lý của màng PVA/TB........

75

Hình 3.6. Phổ IR của PVA..........................................................................................

77

Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của màng PVA biến tính tinh bột ....................................

77

1

Hình 3.8. Phổ H- NMR của PVA ..............................................................................
Hình 3.9. Phổ 1H- NMR của màng polyme PVA/TB .................................................

78

Hình 3.10. Phổ XRD của PVA .....................................................................................

80

Hình 3.11. Phổ XRD của tinh bột .................................................................................

80

Hình 3.12. Phổ XRD của vật liệu màng trên cơ sở PVA biến tính tinh bột .................

81

Hình 3.13. Phổ phân tích nhiệt DSC của PVA .............................................................

82

Hình 3.14. Phổ TGA của PVA .....................................................................................

82

Hình 3.15. Phổ phân tích nhiệt DSC của màng PVA/TB .............................................

83

Hình 3.16. Phổ TGA của PVA biến tính tinh bột .........................................................

83

79

Hình 3.17. Sự phụ thuộc khối lượng phân tử trung bình giữa hai nút lưới và kích
thước lưới vào hàm lượng GA ....................................................................

85

Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn hàm lượng axit salicylic ở khoang 1 và khoang 2 theo
thời gian ......................................................................................................

89

Hình 3.19. Đồ thị xác định hệ số khuếch tán axit salicylic ..........................................

89

Hình 3.20. Ảnh hưởng của mật độ phân bố lưới đến độ trương của màng PVA/TB ...

90

Hình 3.21. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử trung bình giữa hai nút lưới, Mc đến
độ trương của màng PVA/TB .....................................................................

91

Hình 3.22. Độ trương của màng PVA biến tính tinh bột theo môi trường pH .............

93

Hình 3.23 . Sự thay đổi pH môi trường của màng PVA và màng PVA/TB theo thời
gian ............................................................................................................. 94

Hình 3.24. Phổ GC sản phẩm phân hủy của vật liệu polyme-blend PVA/TB sau 40
95 ngày.............................................................................................................
Hình 3.25. Độ tổn hao khối lượng của màng PVA biến tính tinh bột theo thời gian ...

96

Hình 3.26. Ảnh SEM của màng polyme sinh học PVA/TB ban đầu............................

97

Hình 3.27. Ảnh SEM của màng PVA/TB ngâm trong nước sau 1 tháng ..................... 97
Hình 3.28. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch PVA/TB ban đầu đến tính chất cơ lý của
màng PVA/TB.......................................................................................................... 104
Hình 3.29. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tới độ hút ẩm của màng PVA/TB....... 104
Hình 3.30. Sơ đồ quy trình chế tạo màng PVA/TB, ứng dụng làm màng sinh học
trong điều trị và xử lý vết thương ............................................................... 107


MỞ ĐẦU
Do yêu cầu cấp bách về bảo vệ sức khỏe của con người và cộng đồng, cùng với yêu
cầu về phát triển sản phẩm mới, đồng thời để đáp ứng nhu cầu của thực tế công nghiệp và
đời sống đặt ra, việc nghiên cứu tổng hợp các polyme sinh học với nhiều tính chất ưu việt
là vô cùng cần thiết [2-6].
Để điều trị chữa bỏng và xử lý vết thương người ta có thể sử dụng màng sinh học
thay thế gạc bỏng từ polyme sinh học như: collagen, chitin và chitosan [9,20], chúng là
các polyme phân hủy thông qua enzym [21]. Tuy các loại màng trên cơ sở các collagen
khác nhau đã được chế tạo nhưng chúng vẫn còn mang những tính chất không cần thiết
của collagen gốc như tạo ra dạng que, gia tăng sự biểu hiện gen collagen trong nguyên bào
sợi. Chế tạo màng sinh học dạng lai tạo cũng là một hướng quan trọng khác trong công
nghệ sinh y học, do màng polyme sinh học có ưu điểm là khi được cấy lên vết thương, nó

có khả năng thấm nước, thấm khí, chống nhiễm khuẩn và làm khô da, giúp da tái tạo nhanh
và phục hồi mà không làm bệnh nhân đau, không để lại sẹo [65, 88, 89].
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp polyme cấu trúc mạng lưới ứng
dụng làm polyme sinh học sử dụng trong lĩnh vực y sinh . Ngoài các loại polyme sinh học
thuộc họ polysaccharit (như tinh bột [3], cellulose chitin, chitosan [31,44, 69, 81], alginat
[55]…) hoặc là các protein (như collagen [11], gelatin [16,83, 84],…) còn có các polyme
tổng hợp có khả năng phân huỷ sinh học và tương thích sinh học (như polyvinyl
ancol(PVA)[62]; polylactic axit (PLA) [14]; polyglycolit (PGA)[15]; poly(lactic-coglycolic axit) (PLGA) [14]; copolyme(glycolit và ɛ-caprolacton) [15], polyhydroxyl
axit(PHA),

polycaprolacton

(PCL)

[67];

polyethylen

glycol

(PEG)

[63],

polyvinylpyrolidon(PVP) [75]; v.v…). Ứng dụng của của các loại vật liệu này là rất đa
dạng: cho hệ giải phóng thuốc, cấy ghép mô, tế bào; cấy ghép da, chất keo dán y sinh; vải
đệm y sinh; chỉ khâu tự tiêu…đặc biệt tạo điều kiện tốt cho quá trình chữa trị vết thương,
rút ngắn thời gian chữa bệnh.
Trong số polyme tổng hợp đó thì PVA là một loại đã được nhiều nhà khoa học tập
trung nghiên cứu hướng tới những ứng dụng trong lĩnh vực y học. Nguyên nhân là do:

PVA là nguyên liệu tan tốt trong nước, có tính tương hợp sinh học cao, cả hai đều không
độc và khi đã được khâu mạch, màng mỏng từ chúng có những tính chất cơ học tuyệt vời
như: có tính năng cơ, lý tốt, có độ thấm nước và khí oxy cao[59, 96, 97].

Đặc biệt hiện

nay, nhiều công trình tập trung nghiên cứu vật liệu polyme trên cơ sở PVA biến tính tinh
bột để chế tạo thành băng gạc, làm màng sinh học dùng để chữa trị các vết thương bỏng do
lửa, nhiệt, xăng, bom, thuốc nổ, nước nóng….. Ngoài ra, màng sinh học chế tạo từ vật liệu
polyme PVA biến tính tinh bột còn được sử dụng để xử lý và điều trị các vết thương bị gây
ra bởi các nguyên nhân khác như: mất da do chấn thương, dập da do tai nạn giao thông, tai
1


nạn lao động, hay hoại tử da do bị các vết loét lâu ngày mà không được điều trị đúng
cách, hoặc các vết loét khó lành do hệ quả của bệnh tiểu đường, sau xạ trị ung thư, do các
vết mổ nhiễm trùng, vv….
Vì vậy,

mục tiêu là nghiên cứu nhằm tổng hợp vật liệu polyme trên cơ sở

polyvinyl ancol (PVA) biến tính với tinh bột, ứng dụng làm màng sinh học sử dụng trong
việc điều trị và xử lý vết thương.
Trên cơ sở mục tiêu của đề tài, những nội dung chính của luận án gồm:

[1] Nghiên cứu tổng hợp polyme PVA biến tính tinh bột: Khảo sát ảnh hưởng của
các điều kiện phản ứng đến tính chất của polyme ( tỷ lệ thành phần tham gia, tỷ lệ
phụ gia liên kết, chất khâu mạch, chất hóa dẻo, hàm lượng xúc tác, nhiệt độ, thời
gian, tốc độ khuấy, vv…). Xác định điều kiện tổng hợp và đơn phối liệu tối ưu.

[2] Xác định đặc trưng cấu trúc của polyme PVA biến tính tinh bột: phân tích phổ
hồng ngoại (IR), phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), sắc ký khí (GC),
X-ray xác định độ kết tinh, …

[3] Phân tích tính chất cơ lý của polyme tổng hợp: Xác định độ bền cơ học của
polyme (độ bền kéo đứt, độ dãn dài, hàm lượng phần gel,.....). Xác định độ nhớt,
khối lượng phân tử. Xác định tính chất nhiệt: bằng TGA, DTA, DSC…

[4] Chế thử mẫu màng polyme : Nghiên cứu các điều kiện công nghệ tới quá trình tạo
màng (ảnh hưởng nồng độ dung dịch, các loại phụ gia, phương pháp tạo màng:
cán láng, đổ khuôn, chế độ sấy …)

[5] Phân tích tính chất sản phẩm màng polyme sinh học tổng hợp như:
+ Tính chất bền cơ ( độ bền kéo đứt, độ dãn dài,....).
+ Xác định nhiệt độ chuyển pha của màng ( Tg, Tm).
+ Xác định tính chất vật lý (độ trương nở, độ hấp thụ nước, tỷ trọng, độ thấm khí,
thấm nước…).
+ Xác đinh hệ số khuyếch tán axit salysilic.
+ Xác định độ bền kháng thủng của màng.
+ Xác định cấu trúc hình thái bề mặt bằng chụp ảnh SEM.
+ Xác định các chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng (As, Zn, Hg, Cd, Pb, Sn).
+ Xác định các chỉ tiêu vô trùng ( theo quy định Bộ Y tế ).
[6] Xây dựng quy trình tổng hợp và chế tạo màng polyme sinh học trên cơ sở PVA
biến tính với tinh bột.
[7] Tiến hành ứng dụng thử màng polyme tổng hợp được trên động vật (đánh giá khả
năng phục hồi vết thương, có so sánh đối chứng).

2

Ý nghĩa khoa học và những đóng góp mới của luận án
- Lần đầu tiên tại Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu sử dụng tinh bột sắn biến tính
(TBbt) và polyvinyl ancol (PVA) để chế tạo màng polyme sinh học PVA/TBbt, với việc sử
dụng glutaraldehyt (GA) làm tác nhân khâu mạch. Đã tìm ra các điều kiện tối ưu (phối liệu
các thành phần); điều kiện phản ứng,...) để chế tạo màng. Sản phẩm có tính chất cơ lý tốt,
có khả năng trương nở, có các chỉ tiêu sinh hóa phù hợp có thể dùng làm màng da trong kỹ
thuật chữa trị vết thương.
- Ảnh hưởng và vai trò của chất tạo lưới glutaraldehyt đến mật độ phân bố lưới (n);
khối lượng phân tử (KLPT) trung bình giữa hai nút lưới (Mc), kích thước giữa các mắt lưới
(ξ), khả năng thẩm thấu hơi nước và độ trương của màng PVA biến tính với tinh bột đã
được xác định. Với hàm lượng chất tạo lưới là 0,3% mật độ phân bố lưới đạt 3,258 x 10
3

o

-4

-4

2

mol/cm , Mc đạt 1950 g/mol, và ξ đạt 227A , độ thẩm thấu hơi nước đạt 3,15.10 g/cm .h.
- Đã xây dựng được mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của polyme lưới trên cơ
sở nhựa PVA với tinh bột biến tính sử dụng GA làm chất khâu mạch, góp phần củng cố lý
thuyết về các polyme cấu trúc mạng lưới. Hệ số khuếch tán salicylic (SA) của màng
-6

2

PVA/TB đã được nghiên cứu và xác định với giá trị là 4,15.10 cm /s. Kết quả này cho

thấy màng PVA thích hợp được dùng làm màng da nhân tạo để xử lý và điều trị hồi phục
vết thương.
- Đã xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo màng PVA/TB có tính chất ổn
định cao; đã đánh giá khả năng ứng dụng màng PVA biến tính tinh bột trong việc chữa trị
vết thương thông qua xác định các chỉ tiêu sinh hóa của màng PVA/TB và thử nghiệm
màng PVA/TB trên động vật, vv....

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME SINH HỌC TRÊN THẾ
GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1.1 Tình hình nghiên cứu polyme sinh học trên thế giới
Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polyme sinh học
trên trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Các loại polyme sinh học có thể chế tạo trên cơ
sở polyme blend giữa các loại nhựa nhiệt dẻo với tinh bột [62,71] hay được tổng hợp từ các
polyme có khả năng tương thích sinh học cao như: polyvinylancol (PVA) [66, 72, 73],
polylactic axit (PLA) [39, 56], polyglycolic axit (PGA) [36], polycaprolacton (PCL) [47,
68], polyetylenglycol (PEG)…, hoặc polyme blend giữa các polyme phân hủy sinh học với
các loại polyme khác [29-35, 78, 93]. Đặc biệt, những công trình nghiên cứu để chế tạo ra
các loại màng sinh học phục vụ chữa bệnh, chăm sóc sức khoẻ cho con người được đặc
biệt ưu tiên và phát triển rất mạnh mẽ trên thế giới.
Trước tiên phải kể đến là polyme trên cơ sở PVA với tinh bột, đây là loại polyme ở
dạng màng mỏng có khả năng thấm nước tốt, giúp cho vết thương được xử lý nhanh chóng,
giúp bệnh nhân không đau đớn khi bị bỏng, bị thương mất da hoặc bị dập da. Polyme được
tạo ra ở dạng màng mỏng trên cơ sở PVA với tinh bột, có tác nhân glutaraldehyt làm chất
khâu mạch., màng sinh học này được sử dụng như màng da thay thế [88]. Kết quả nghiên
cứu cho thấy: màng mỏng có độ bền cơ lý tốt, không còn tồn tại nhóm gây độc, màng có hệ
số khuyếch tán axit salisilic rất thấp, hoàn toàn thích hợp cho quá trình xử lý vết thương

trên da. Xu thế tổng hợp polyme dạng màng mỏng sử dụng trong y học được PAL và cộng
sự [59, 82, 83], cũng như được nhóm tác giả Young.CD, Wu.J.R[134] đặc biệt tập trung
nghiên cứu sâu và đã có nhiều ứng dụng thực tiễn.
Tương tự như trên, một loạt công trình nghiên cứu tổng hợp PVA với tinh bột để tạo ra
sản phẩm dạng màng mỏng ứng dụng trong y sinh [51, 116] . Các tác giả đã este hoá nhóm
–OH của PVA với nhóm (-COOH) của gelatin [95]. Chế phẩm này rất thích hợp dùng làm
da nhân tạo, ngoài ra còn dùng vào hệ giải phóng thuốc và xử lý vết thương ướt [84]. Một
số màng mỏng polyme trên cơ sở hydroxyl apatit [87] ; carboxymethyl xenlulo acrylat [85]
và chitosan cũng được tập trung nghiên cứu. Kết quả mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi
như:chế tạo băng gạc vết thương có khả năng phân phối thuốc như: tải minocycline lên
màng PVA/chitosan[58], tải nitrofurazon lên PVA/sodium alginate [55] nhằm tăng cường
tốc độ chữa lành vết thương. Loại gạc này bao gồm lớp hỗn hợp xốp collagen biến tính
bằng chitosan, tạo tấm mỏng. Đánh giá kết quả thử nghiệm invitro cho thấy loại băng gạc
4


này có khả năng triệt tiêu vi khuẩn phát triển, giảm thiểu tế bào hư hỏng, duy trì môi
trường ẩm xung quanh vết thương, hấp thụ các dịch tiết từ vết thương, ...
Hiện tại có 3 phương pháp chế tạo polyme cấu trúc mạng lưới: một là phương pháp
tạo lưới bằng phản ứng trùng hợp theo cơ chế gốc hoặc sử dụng các tác nhân khâu mạch
(như glutaraldehyt; epiclorhydrin…) [98]; hai là phương pháp khâu mạch bằng bức xạ (bức
xạ tử ngoại (UV) hoặc bức xạ gama ()[45, 60, 90]. Khi chiếu xạ dung dịch polyvinyl
ancol
hoặc các dung dịch chất hữu cơ khác bằng phương pháp chiếu xạ electron nhanh hoặc
gamma, sản phẩm tạo ra có thể dùng để băng bó vết thương đặc biệt là các vết bỏng. Có
thể bổ sung các chất kháng sinh hoặc chất điện giải vào dung dịch trước hoặc sau khi chiếu
xạ để tăng hiệu quả điều trị. Ưu điểm của loại băng vết thương dạng gel nước là làm cho
vết thương chóng lành, hạn chế tối đa quá trình mất nước từ vết thương, giảm đau, dễ thay
băng và do nó trong suốt nên thầy thuốc có thể theo dõi trực tiếp vết thương trong quá trình
điều trị [88]. Thứ ba là phương pháp đóng băng/tan chảy (Freezing/Thawing) [22,23].

Mỗi một phương pháp đều có những điểm ưu việt và hạn chế của nó. Tuỳ vào từng yêu
cầu cụ thể mà người ta có thể lựa chọn phương pháp thích hợp và phù hợp nhất cho mục
tiêu của
mình.
Sản phẩm PVA biến tính gelatin ở dạng màng mỏng cũng có tác dụng xử lý vết
thương được dùng làm thành phần tham gia trong hệ giải phóng thuốc. Khả năng kháng
khuẩn của màng PVA cũng đã được khẳng định. Người ta có thể sử dụng polyme PVA để
biến tính rất đa dạng với các polyme thiên nhiên và cùng với các polyme tổng hợp để tạo
sản phẩm cấu trúc mạng lưới có nhiều tính chất ưu việt về cơ, lý, hoá. Có thể vì vậy mà
chúng ngày càng được ứng dụng rất nhiều trong y sinh, đặc biệt là xử lý chữa trị vết
thương[88, 100].
1.1.2 Tình hình nghiên cứu polyme sinh học ở Việt Nam
Nghiên cứu những loại polyme mới công nghệ cao nói chung và polyme ứng dụng
trong ngành y sinh nói riêng là vấn đề đang được các nhà khoa học thế giới quan tâm và
tập trung nghiên cứu, đặc biệt là việc nghiên cứu sử dụng các polyme từ các hợp chất
polyme sinh học ứng dụng trong ngành dược phẩm và y tế. Đây là một lĩnh vực khoa học
mới ở nước ta. Tuy nhiên trong những năm qua, được sự quan tâm và đầu tư của Nhà
nước, hiện nay trong nước có nhiều tác giả tại các cơ sở (trường, viện) đã nghiên cứu về
lĩnh vực này dưới dạng thực hiện nhiệm vụ, đề tài các cấp.

5


- Nhóm tác giả Nguyễn Thị Ngọc Tú và cộng sự (Viện Hóa học – Trung tâm
KHTN&CNQG) đã tiến hành nghiên cứu chế tạo màng băng polyme sinh học từ polyme
compozit trên cơ sở chitin/chitosan dùng trong y tế [2].

6

- Học viện Quân Y đã nuôi cấy thành công tế bào sừng và nguyên bào sợi, góp
phần quan trọng cho việc xây dựng công nghệ chế tạo da nhân tạo. Kết quả được báo cáo
tại Hội thảo quốc tế "Bỏng - điều trị và phẫu thuật" do Viện Bỏng Quốc Gia tổ chức tại Hà
Nội [1].
- Công trình của nhóm các nhà khoa học Viện Hóa học - Trung tâm Khoa học Tự
nhiên và Công nghệ Quốc gia, các bác sĩ Trường Đại học Y Hà Nội thực hiện chế tạo
màng da nhân tạo chitin để chữa các tổn thương về da.
- GS.TS Nguyễn Văn Thanh, TS.DS Huỳnh Thị Ngọc Lan và nhóm cộng sự ở
trường ĐH Y Dược TPHCM nghiên cứu thành công màng sinh học chữa bỏng (màng
Acetul), vật liệu này là nguồn nguyên liệu để nuôi cấy vi khuẩn Acetobacter xylinum, mở
ra một hướng điều trị bỏng mới tại Việt Nam.
- Nhóm nghiên cứu do PGS.TS. Phạm Ngọc Lân chủ trì đã nghiên cứu về quá trình
trộn hợp LDPE với tinh bột trong phòng thí nghiệm để chế tạo màng mỏng tự hủy [5] .
-Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Phạm Thế Trinh (Viện Hóa học Công nghiệp Việt
Nam) chủ trì, đã bắt đầu nghiên cứu vật liệu tự hủy từ những năm 2000. Giai đoạn 20012003 đã chế tạo màng mỏng tự hủy trên cơ sở LDPE với tinh bột sắn, có sự tham gia của
các chất trợ phân tán, trợ tương hợp, các loại phụ gia quang hóa, oxy hóa, phụ gia phân
hủy…[6].
- Nhóm nghiên cứu do Nguyễn Thị Thu Thảo đã tổng hợp màng polyme có khả năng phân
hủy sinh học từ polyvinyl ancol và các polysaccarit tự nhiên (tinh bột sắn, cacboxymetyl
xenlulo, chitosan) với ure và glyxerol đóng vai trò hỗn hợp chất hóa dẻo, ứng dụng của
màng polyme phân hủy sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp như làm màng bảo quản trái
cây, làm bầu ươm cấy giống, kiểm soát khả năng nhả chậm của phân bón [4].
- Nhóm nghiên cứu do GS.TS Nguyễn Văn Khôi và cộng sự ( Viện Hóa Học – Viện Hàn
lâm KH&CNVN) đã nghiên cứu các loại polyme ưa nước như : polyacrylic axit, polyacryl
amit, polyvinyl pyrolidon, polyvinyl ancol, tinh bột biến tính ....và ứng dụng của chúng [4].
Nhìn chung các công trình nghiên cứu đã đạt được những kết quả tốt, tập trung chủ
yếu vào hướng tổng hợp polyme ứng dụng trong ngành dược phẩm và y tế, một số kết quả
đã được ứng dụng thử nghiệm thực tế.
Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu tổng hợp polyme trên cơ sở PVA biến tính
tinh bột sắn, ứng dụng dùng làm màng sinh học sử dụng trong xử lý và điều trị vết thương

cho đến thời điểm hiện nay ở nước ta là chưa có. Vì vậy, việc đặt ra vấn đề nghiên cứu
những nội dung trên để tạo ra sản phẩm ứng dụng trong ngành y học là rất cần thiết, có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn.
7


1.2 BIẾN TÍNH POLYME VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH POLYME
1.2.1 Khái niệm chung về biến tính polyme
Sự biến tính các hợp chất cao phân tử có nguồn gốc tự nhiên cũng như tổng hợp là
một phương pháp quan trọng để tổng hợp các vật liệu polyme. Có thể biến tính bằng
phương pháp hóa học và bằng các phương pháp vật lý.
Biến tính polyme là phương pháp tổng hợp polyme có thành phần, cấu trúc, tính
chất không có sẵn khi trùng hợp trực tiếp monome. Sản phẩm polyme biến tính có thể ở
dạng thương mại, tạo điều kiện để phát triển loại vật liệu mới cho các ứng dụng đặc biệt
bằng các sử dụng phương pháp hóa học trên mạch polyme.
+ Biến tính hóa học: là phản ứng trên các mạch chính của hợp chất cao phân tủ nhưng
không có sự phân hủy. Biến tính hóa học có thể bằng cách sử dụng chất biến tính hoặc
bằng cách ghép mạch polyme. Trong đó ghép mạch là một trong những phương pháp biến
tính hứa hẹn nhiều triển vọng. Ghép mạch đồng trùng hợp (graft co-polymerization) có thể
bằng kỹ thuật xử lý hóa học, bức xạ quang....
Ví dụ khi lưu hóa cao su, lưu huỳnh đóng vai trò như chất khâu mạch cao su tự nhiên, khi
cao su được lưu hóa sẽ có tính đàn hồi tuyệt với

Khi biến tính cellulose thành xanthat

Khi biến tính polyeste không no bằng xúc tác BPO

8

+ Biến tính vật lý bao gồm sự bổ sung của chất ổn định cũng như các chất gia cuờng
(vô cơ) và sự trộn lẫn của các polyme khác nhau (polyme blend).
1.2.2

Các phương pháp biến tính polyme
Biến tính polyme gồm các phương pháp chính được trình bày trong sơ đồ sau:

Các phương pháp biến tính polyme

Hình 1.1 Các phương pháp biến tính polyme [8]

9


1.2.1.1 Biến tính polyme bằng phương pháp biến đổi hóa học
Để thay đổi tính chất của polyme tổng hợp cũng như polyme thiên nhiên có thể
dùng phương pháp hóa học để chuyển hóa polyme này thành polyme khác có tính chất
khác nhau. Các nhóm chức có trong phân tử polyme có đầy đủ tính chất hóa học hay phản
ứng hóa học như những nhóm chức ở hợp chất thấp phân tử. Độ đa phân tán của phân tử
và sự phân bố của chúng trong mạch thường đưa tới các phản ứng phụ như tạo liên kết
ngắn, vòng hóa, tạo liên kết ngang,... do đó đã làm thay đổi cấu trúc.
Sự biến đổi hóa học có 2 loại chính:
+ Phản ứng biến đổi không làm thay đổi mạch chính hay cấu trúc mạch polyme gọi
là biến đổi hóa học đồng dạng.
+ Phản ứng biến đổi hóa học có sự thay đổi cấu trúc và độ trùng hợp, phản ứng
phân hủy, tạo liên kết cầu, tạo polyme khối hay ghép.
Biến đổi hóa học đồng dạng trong đó các nhóm chức của polyme có phản ứng
tương tự chất thấp phân tử như: clo hóa, nitro axetyl hóa...Mặt khác, phản ứng biến đổi
hóa học cũng có thể tạo nên những nhóm chức mới do quá trình phân hủy hay oxi hóa làm
thay đổi cấu trúc trong các mắt xích của mạch hoặc do phản ứng thủy phân khi tiến hành

phản ứng trong dung dịch [8].
1.2.2.2 Biến tính polyme bằng phương pháp khâu mạch
Phản ứng tạo thành các liên kết hóa học, gọi là các liên kết ngang hay liên kết giữa
các mạch phân tử polyme là phản ứng khâu mạch. Phản ứng cho polyme mạng lưới không
gian [8].
Các phản ứng này có thể xảy ra trong quá trình tiến hành phản ứng trùng hợp hay
trùng ngưng cũng như khi gia công những polyme mạch thẳng. Phản ứng khâu mạch trong
công nghệ cao su gọi là sự lưu hóa, trong công nghệ chất dẻo gọi là sự hóa rắn hay đóng
rắn chất dẻo. Hai quá trình đều là quá trình tạo liên kết ngang giữa các mạch hay polyme 3
chiều. Phản ứng khâu mạch polyme có thể thực hiện bằng các nhóm chức có trong mạch
chính polyme hay nối đôi theo các phản ứng hóa học thông thường. Có nhiều phương pháp
để khâu mạch các hợp chất cao phân tử như:
+ Khâu mạch bằng các nhóm chức có trong mạch chính polyme.
+ Khâu mạch bằng quang hóa.
+ Khâu mạch bằng gốc tự do.
+ Khâu mạch bằng oxi hóa.
+ Khâu mạch bằng cách dùng các hợp chất có nhóm chức có khả năng phản ứng với nhóm
chức của mạch polyme.
1
0


+ Khâu mạch bằng hai nhóm chức khác nhau ở hai mạch polyme khác nhau.
1.2.2.3 Biến tính polyme bằng phương pháp cắt mạch phân tử
1.2.2.3.1 Đặc điểm của phương pháp cắt mạch phân tử
Quá trình cắt mạch polyme xảy ra sự phân cắt các liên kết hóa học trong mạch chính nên
làm giảm khối lượng phân tử (KLPT) mà không làm thay đổi thành phần hóa học. Quá
trình này phụ thuộc vào số lượng liên kết bị phân cắt và được so sánh theo tỷ lệ: p = a/n
(Với a: số lượng liên kết bị phân cắt, n: tổng số liên kết trong mạch phân tử và p: là xác
xuất phân cách liên kết).

+ Trường hợp quan trọng là cắt mạch để cho hỗn hợp đồng đẳng có khối lượng phân tử
thấp hơn. Quá trình này có sự phân cắt ngẫu nhiên các liên kết nên thường được gọi là cắt
mạch ngẫu nhiên với sự giảm khối lượ ng phân tử rất nhanh là phản ứng phụ không mong
muốn khi trùng hợp nhưng được ứng dụng trong gia công.
+ Trường hợp cắt mạch hoàn toàn đến cùng thành monome gọi là phản ứng depolyme hóa.
Quá trình này chủ yếu dùng trong phân tích xác định cấu trúc polyme với sự phân cách
monome liên tiếp từ đầu mạch như là phản ứng ngược với phản ứng trùng hợp nên khối
lượng phân tử giảm chậm.
Quá trình cắt mạch xảy ra theo cơ chế gốc, ion hay ion gốc, phụ thuộc vào bản
chất của liên kết hóa học: cộng hóa trị hay ion. Thường liên kết trong polyme là cộng hóa
trị nên cơ chế phân hủy thông thường của polyme là cắt mạch gốc tự do. Các gốc tự do
trong quá trình cắt mạch có khả năng kích thích cho phản ứng cắt mạch tiếp theo và phản
ứng ngừng lại khi các gốc này được tổ hợp thành phân tử trung hòa có khối lượng phân tử
thấp hơn. Do đó trong quá trình phân hủy có thể thêm các tác nhân kích thích gốc hoặc ion.
Mặt khác, các gốc polyme tạo thành có thể tham gia vào những phản ứng khác nhau nên
cuối cùng sản phẩm thu được là một hỗn hợp có cấu trúc mạch thẳng không nhánh, có
mạch nhánh khác nhau và có cấu trúc không gian.
Phản ứng cắt mạch đặc trưng cho các polyme dị mạch, trong đó sự phân cách
thường xảy ra ở liên kết cacbon dị tố, chủ yếu của mạch phân tử và thường tạo sản phẩm
có nhóm chức.
+ Tác nhân cắt mạch có thể là tác nhân hóa học hay vật lý. Trong sản xuất khi gia công, tốc
độ phân hủy luôn có tác động đồng thời của nhiều yếu tố như: cơ học, nhiệt, ánh sáng và
nhiều tác dụng khác, do đó cần nghiên cứu cơ chế và định luật các quá trình phân hủy khác
nhau để điều chỉnh và sử dụng chúng trong gia công polyme.
+ Bản chất quá trình phân hủy polyme phụ thuộc vào yếu tố nhiệt động học, yếu tố động
học và cơ chế phân hủy. Polyme không bền về nhiệt động học có Tth phân hủy chậm hơn
10