NGHIÊN cứu TỔNG hợp PENTABLOCK COPOLYMER OS PLA PEG PLA OS NHẠY NHIỆT độ ph TRÊN cơ sở BIẾN TÍNH TRIBLOCK COPOLYMER PLA PEG PLA BẰNG OLIGOMER SERINE

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

SVTH: Cao Nguyễn Đoan Trang

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PENTABLOCK
COPOLYMER OS-PLA-PEG-PLA-OS
NHẠY NHIỆT ĐỘ/pH TRÊN CƠ SỞ BIẾN
TÍNH TRIBLOCK COPOLYMER PLA-PEGPLA BẰNG OLIGOMER SERINE

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

SVTH: Cao Nguyễn Đoan Trang

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AIBN

2,2’ – Azobis(isobutyronitrile)

CL

ε-caprolactone

DCC

Dicyclohexyl carbodiimide

DMAP

4-(dimethyl amino)

OS

Oligomer Serine

OSM

Sulfamethazine oligomer

PAE

Poly β-amino ester

PBS

Phosphate Buffered Saline

PCGA

Poly D,L – lactide acid – co – glycolic acid

PCLA

Poly ε-caprolactone – co – lactide

PEG

Poly(ethylene glycol)

PLA

Poly lactide

SM

Sulfamethazine

PTX

Paclitaxel

CDCl3

Deuterochloroform

GPC

Gel Permeation Chromatoraphy

NMR

Nuclear Magnetic Resosnance

SEM

Scanning Electron Microscope

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

4

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

1.1. Đặt vấn đề
Vật liệu Hydrogel ngày càng được ứng dụng nhiều và nghiên cứ rộng rãi trong
ngành vật liệu Y sinh bởi những tính năng đặc biệt của chúng. Nhờ có khả năng hấp
thụ nước đáng kể và sự tương đồng về cấu trúc với các tế bào trong cơ thể vật liệu
Hydrogel trở thành ứng cử viên sáng giá cho việc dẫn truyền thuốc và tiêm vào cơ
thể thay vì can thiệp phẫu thuật. Hơn nữa, độ xốp và tính tương thích sinh học cao
giúp Hydrogel dễ dàng mang các tác nhân trị liệu và hạn chế các kích ứng cơ học
cũng như những tổn thương mô trong quá trình sử dụng. Tiềm năng phát triển của
loại vật liệu mới này vượt ngoài sức mong đợi của các nhà khoa học khi chúng khắc
phục được nhược điểm của phương pháp tiêm truyền thống là duy trì nồng độ thuốc
ổn định trong vùng cho phép nhờ khả năng nhả thuốc và tự phân hủy sinh học sau
thời gian trị liệu.
Trong vài thập kỷ qua, Hydrogel nhạy cảm với tác động của môi trường đã thu
hút sự chú ý đáng kể trong lĩnh vực dẫn truyền thuốc nhờ khả năng phân phối và
duy trì thuốc một cách ổn định của chúng. Một số loại Hydrogel nhạy cảm với tác
động của môi trường như Hydrogel nhạy nhiệt độ, Hydrogel nhạy pH, Hydrogel
nhạy cảm với Glucose, Hydrogel nhạy điện tích, Hydrogel nhạy cảm với ánh
sáng,...[4] Trong đó Hydrogel nhạy nhiệt độ đã được nghiên cứu phổ biến trong lĩnh
vực dẫn truyền thuốc. Cụ thể như poly (ethylene oxide)-b-poly (provpylene oxide)b-poly (ethylene oxide) (Pluronic, Tetronics, poloxamer) [4], poly (ethylene glycol)poly-(D,L lactic acid-co-glycolic acid)-poly(ethylen glycol) (PEG-PLGA- PEG) [5]
hay PLGA-PEG-PLGA [6],... Tuy nhiên những Hydrogel nhạy nhiệt này lại có một

nhược điểm lớn làm hạn chế phạm vi ứng dụng của chúng trong lĩnh vực dẫn truyền
thuốc bằng phương pháp tiêm. Đó là khi được tiêm vào cơ thể bằng ống tiêm thì
hydrogel nhạy nhiệt có xu hướng chuyển thành dạng gel do nhiệt độ trong ống tiêm
bị nóng lên, gây khó khăn trong việc tiêm vào cơ thể. Để khắc phục vấn đề này, các
nhà khoa học đã kết hợp yếu tố nhạy pH vào Hydrogel nhạy nhiệt độ tạo thành
Hydrogel nhạy nhiệt độ và pH, đáp ứng nhiều yêu cầu mà một Hydrogel nhạy nhiệt

SVTH: Cao Nguyễn Đoan Trang


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

6

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

đơn lẻ còn thiếu sót. Một số hệ hydrogel nhạy nhiệt độ và pH đã được nghiên cứu
thành công và có khả năng dẫn truyền thuốc như OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM
[7], PAE-PCL-PEG-PCL-PAE [8], OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM [9], OS-PCLPEG-PCL-OS [10],...
Qua một thời gian tìm hiểu, em nhận thấy Hydrogel nhạy nhiệt PLA-PEG-PLA
đã được tổng hợp thành công và có nhiều đặc tính ứng dụng được trong lĩnh vực
dẫn truyền thuốc bằng phương pháp tiêm [11]. Tuy nhiên đến nay vẫn chưa có
nghiên cứu nào về tổng hợp Hydrogel nhạy nhiệt độ và pH từ loại Triblock
copolymer này. Vậy nên đề tài luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu tổng hợp
Pentablock copolymer OS-PLA-PEG-PLA-OS từ Triblock copolymer PLA-PEGPLA kết hợp tác nhân nhạy pH là Oligomer Serine ứng dụng làm hydrogel nhạy
nhiệt độ và pH có thể tiêm được.
Bảng 1.1: Một số công trình nghiên cứu về Hydrogel trên thế giới
ST
T

Công trình nghiên cứu

Tác giả

1

Nghiên cứu Hydrogel
nhạy nhiệt độ và pH trên
cơ sở kết hợp Triblock
copolymer nhạy nhiệt
PCLA-PEG-PCLA với
Oligomer Sulfamethazine
(OSM) nhạy pH
[7,12,13,14].

Woo Sun Shim, Sung
Wan Kim và Doo Sung
Lee (Trường Đại học
Sungkyungwan, Hàn
Quốc).

Khả năng mang thuốc
Paclitaxel chữa trị ung thư
của Pentablock copolymer
OSM-PLCA-PEG-PCLAOSM đã được thử nghiệm
thành công trên chuột
trong vòng 2 tuần.

Nghiên cứu Hydrogel có
khả năng tiêm PAE-PCLPEG-PCL-PAE, ứng dụng

vận chuyển insulin
[15,16].

Huỳnh Đại Phú, Doo
Sung Lee và các cộng
sự (Trường Đại học
Sungkyungwan, Hàn
Quốc).

Tổng hợp thành công
Hydrogel có khả năng
mang insulin, giúp duy trì
nồng độ insulin không đổi
trong 15 ngày thử nghiệm
trên chuột.

Nghiên cứu tổng hợp
hydrogel nhạy nhiệt/pH
dạng sao poly(ethylene
glycol)-poly(β-amino
ester) PAE-(PEG)4 [17].

Công Trúc Huỳnh,
Minh Khánh Nguyễn,
Đại Phú Huỳnh và Doo
Sung Lee (Trường Đại
học Sungkyungwan,

Tổng hợp thành công
hydrogel có khả năng

tiêm vào cơ thể và gel
nhanh chóng ở điều kiện
cơ thể (37oC, pH 7,4).

2

3

SVTH: Cao Nguyễn Đoan Trang

Thành tựu


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

4

5

8

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Hàn Quốc).

Hơn nữa trạng thái gel
của hydrogel có thể duy
trì trong một thời gian dài
là tiền đề cho việc nghiên
cứu vận chuyển thuốc.

Nghiên cứu tổng hợp
Pentablock copolymer
nhạy nhiệt độ và pH OSPCL-PEG-PCL-OS dựa
trên D,L-Serine [10].

Nguyễn Trí Đăng,
Huỳnh Đại Phú (Đại
Học Bách Khoa
Tp.HCM).

Tổng hợp thành công
Hydrogel có sự chuyển
pha sol-gel phù hợp với
điều kiện sinh lý cơ thể
người, làm tiền đề cho
việc nghiên cứu ứng dụng
vận chuyển thuốc.

Ảnh hưởng của nhiệt độ,
tỉ lệ tác chất và thời gian
phản ứng đến tính chất
của PLA-PEG-PLA
copolymer [11].

Nguyễn Vũ Việt Linh,
Phạm Mai Anh, Huỳnh
Đại Phú (Phòng Thí
Nghiệm Trọng Điểm
Vật liệu Polymer và

Composite).

Tổng hợp thành công
Hydrogel nhạy nhiệt và
tiêm thử lên chuột cho
thấy sản phẩm có khả
năng gel ở nhiệt độ sinh
lý, làm tiền đề cho việc
nghiên cứu tổng hợp
Pentablock copolymer từ
loại Triblock copolymer
này.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và nội dung nghiên cứu
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
− Tổng hợp Pentablock copolymer nhạy nhiệt/pH trên cơ sở biến tính PLA –
PEG – PLA bằng Oligomer Serine.
− Đánh giá tính chất sản phẩm Pentablock tạo thành.
1.2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính là Pentablock copolymer OS-PLA-PEG-PLA-OS,
được tổng hợp từ phản ứng ghép đôi giữa mSerine với Triblock copolymer PLAPEG-PLA.
1.2.3. Nội dung nghiên cứu
−Nghiên cứu, khảo sát tính chất nguyên liệu: mSerine, Triblock copolymer

PLA-PEG-PLA.

SVTH: Cao Nguyễn Đoan Trang


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

10

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

−Xây dựng quy trình thí nghiệm dựa trên các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm

Pentablock Copolymer như: lượng xúc tác, thời gian, tỷ lệ cấu tử, loại
Poly(Ethylene Glycol).
−Khảo sát quá trình chuyển pha sol-gel của Hydrogel Copolymer OS-PLA-

PEG-PLA-OS và đánh giá tính chất sản phẩm Pentablock Copolymer
bằng phương pháp đo GPC và 1HNMR.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3.1. Tính mới của đề tài
Tiềm năng của vật liệu Hydrogel hiện đang được khai thác phổ biến và rộng rãi
trên thế giới tuy nhiên đối với Việt Nam thì đây vẫn còn là một loại vật liệu khá
mới. Với điều kiện phát triển khoa học kỹ thuật ở nước ta hiện nay việc nghiên cứu
và đưa vật liệu này vào ứng dụng đang gặp rất nhiều khó khăn. Mặc dù hiện nay
nền khoa học và y tế Việt Nam đã có những bước tiến đáng kể song vẫn còn những
hạn chế trong việc trang bị máy móc, điều kiện cơ sở vật chất, kinh tế nên sự ra đời
của các công trình nghiên cứu về vật liệu Hydrogel trong nước là rất hiếm hoi. Ở
Việt Nam, các nghiên cứu về vật liệu Hydrogel đang có những bước tiến đầu tiên.
Các đề tài nghiên cứu về Hydrogel nhạy nhiệt/pH chủ yếu là tổng hợp Pentablock
copolymer bằng cách kết hợp Triblock copolymer – được tạo thành từ các loại
nguyên liệu có tính tương thích sinh học phổ biến như PEG, PCL, PCLA, PCGA,...
với gốc polymer nhạy pH như PAE, OSM,...
Trên cơ sở đó, luận văn này tập trung nghiên cứu tổng hợp hydrogel nhạy
nhiệt/pH trên cơ sở biến tính Triblock copolymer PLA-PEG-PLA bằng Oligomer
Serine. Đây là một loại hydrogel nhạy nhiệt/pH hoàn toàn mới trong lĩnh vực vận

chuyển thuốc.
1.3.2. Tính khoa học của đề tài
Tổng hợp thành công hydrogel nhạy nhiệt/pH OS-PLA-PEG-PLA-OS từ đó tiến
hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc sản phẩm như: tỷ lệ tác chất tham

SVTH: Cao Nguyễn Đoan Trang


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

12

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

gia phản ứng, tỷ lệ xúc tác, thời gian phản ứng, loại PEG tham gia phản ứng. Tạo
tiền đề cho việc khảo sát quá trình chuyển pha sol-gel của sản phẩm, thử nghiệm
mức độ phân hủy của hydrogel trong môi trường in vitro và khả năng tương thích
sinh học ứng dụng trong vận chuyển thuốc.
1.3.3. Ý nghĩa thực tiễn
Xã hội ngày một phát triển kéo theo đó là những căn bệnh ngày càng nguy hiểm,
các phương thức dẫn thuốc truyền thống cần phải được cải tiến để đạt được hiệu quả
chữa trị cao. Việt Nam là một trong những nước đang phát triển, còn nhiều hạn chế
trong việc nghiên cứu vật liệu polymer y sinh, luận văn góp phần mở ra hướng
nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới cho nước nhà, làm bước đệm cho việc thử
nghiệm mức độ phân hủy sinh học của hydrogel và khả năng tương thích sinh học
trước khi đưa vào ứng dụng dẫn truyền thuốc chữa bệnh cho con người.

SVTH: Cao Nguyễn Đoan Trang

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

13

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

SVTH: Cao Nguyễn Đoan Trang


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

14

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

2.1. Giới thiệu chung
2.1.1. Khái quát về Copolymer Hydrogels
Hydrogels là mạng lưới không gian ba chiều, gồm cách mạch polymer ưa nước
liên kết chéo với nhau bằng các liên kết vật lý hoặc hóa học. Nhờ các polymer ưa
nước trong cấu trúc mà Hydrogel có tính ưa nước cao và khả năng tương thích tốt
với các loại protein, thuốc, tế bào nên chúng được ứng dụng rộng rãi trong cái lĩnh
vực y sinh, vận chuyển thuốc/tế bào hay kỹ thuật mô [18].
Có rất nhiều cách phân loại Hydrogels, tùy thuộc vào các đặc trưng về nguồn
gốc, phương pháp tổng hợp hay các phương thức liên kết,... mà người ta phân chia
Hydrogel thành nhiều nhóm. [19]
Bảng 2.2: Phân loại Hydrogel [19].
STT

Yếu tố phân loại

Các loại Hydrogel
Tự nhiên

1

Nguồn gốc

Tổng hợp
Hỗn hợp
Đồng nhất

2

Phương pháp tổng hợp

Không đồng nhất
Xen kẽ

3

Phương thức liên kết

Liên kết vật lý
Liên kết hóa học
Điện tích âm

4

Điện tích

Điện tích dương
Không mang điện tích

5

Khả năng phân hủy

6

Khả năng đáp ứng các yếu tố kích thích

Phân hủy sinh học
Không phân hủy sinh học
Các yếu tố hóa học: pH, Glucose,
chất oxi hóa.
Các yêu tố sinh học: enzyme, kháng
nguyên, phối tử.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

15

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Các yếu tố vật lý: ánh sáng, nhiệt độ,

áp suất, điện tích, từ trường.
Hiện nay, phân loại Hydrogel theo phương thức liên kết là phổ biến nhất.
Hydrogel có liên kết hóa học thường được tạo ra từ phản ứng Schiff base, phản ứng
của các enzyme, phản ứng Michael hoặc một số phản ứng hóa học khác. Các
hydrogel có liên kết hóa học thường biểu hiện tính chất cơ lý mạnh, tuy nhiên chính
các liên kết này có thể làm hỏng các tế bào cũng như làm biến tính các phân tử sinh
học gây hạn chế các ứng dụng của chúng. Trong khi đó, các Hydrogel có liên kết
vật lý thường được tạo thành bằng sự tự lắp ghép các khối polymer lại với nhau,
giúp cho việc tổng hợp chúng dễ dàng hơn. Các khối polymer này có khả năng đáp
ứng lại các kích thích bên ngoài, ví dụ như Hydrogel nhạy nhiệt độ, Hydrogel nhạy
nhiệt độ/pH, Hydrogel nhạy cảm với ánh sáng, Hydrogel nhạy cảm với glucose,...
Hơn nữa, các Hydrogel có liên kết vật lý thể hiện quá trình chuyển pha sol-gel mà
không có bất cứ sự thay đổi nào về thể tích – Điều mà các Hydrogel có liên kết hóa
học không thể làm được [20].
2.1.2. Hydrogel nhạy nhiệt
Các hydrogel nhạy nhiệt (copolymer lưỡng cực) thường được tạo thành bằng sự
kết hợp giữa các khối polymer ưa nước và kị nước. Các polymer ưa nước phổ biến
là poly(ethylene glycol) (PEG), poly(ethylene oxide) (PPO), ... Các polymer kị
nước thường gặp là polylactide (PLA), poly(ε-caprolactone) (PCL), polyglycolide
(PGA),... Khi nhiệt độ tăng từ nhiệt độ phòng lên đến nhiệt độ sinh lý (37 oC),
Hydrogel nhạy nhiệt sẽ chuyển sang quá trình chuyển pha sol-gel nhờ vào các gốc
kị nước: hydrogel ở trạng thái sol khi nhiệt độ thấp và ở trạng thái gel khi nhiệt độ
tăng cao [18].

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

16

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

A.
Nhiệt độ tăng

B.

Nhiệt độ tăng

Hình 2.1: Cơ chế chuyển pha sol-gel của hydrogel nhạy nhiệt độ [23].
Hình 2.1 mô tả cơ chế chuyển pha sol-gel của hydrogel nhạy nhiệt độ. Trong đó,
màu đỏ là polymer ưa nước: PEG và màu xanh là polymer kị nước: PCL, PCLA,
PCGA. Hình 2.1A mô tả quá trình chuyển pha của hydrogel dạng A-B-A. Khi nhiệt
độ tăng, các gốc ưa nước giảm, các gốc kị nước tăng tạo thành quả cầu micell với
tâm là các gốc kị nước và bao bọc bên ngoài là gốc ưa nước. Trong khi đó, hình
2.1B mô tả quá trình chuyển pha của hydrogel dạng B-A-B. Khi nhiệt độ tăng cũng
hình thành các quả cầu micell, tuy nhiên lúc này một đầu kị nước sẽ tạo thành tâm
quả cầu, đầu kị nước còn lại sẽ tương tác với tâm quả cầu khác để tạo thành mạng
lưới cầu nối không gian ba chiều giúp duy trì trạng thái gel ổn định [21].

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

17

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Hydrogel nhạy nhiệt đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi ngay cả bên
trong lẫn bên ngoài cơ thể sống, vì nó có thể được kiểm soát một cách dễ dàng bằng
nhiệt độ [1]. Một số loại Hydrogel nhạy nhiệt đã được nghiên cứu là PCL-PEGPCL, PCLA-PEG-PCLA, PEO-PPO-PEO,... Trong đó PEO-PPO-PEO hay còn gọi
là Pluronic (lutrol, monolan, poloxamer) gồm Pluronic F68 và F127 đã được nghiên
cứu và ứng dụng rộng rãi. Các Pluronic này thường được sử dụng như chất làm ướt
và bôi trơn trong điều trị táo bón, thường được kết hợp với các thuốc nhuận tràng.
Ngoài ra còn được sử dụng làm thuốc nhỏ mắt, gel chứa chất kháng khuẩn và điều
trị bỏng [1].
2.1.3. Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH
Các nghiên cứu phát triển Hydrogel nhạy nhiệt độ đã cho thấy khả năng ứng
dụng của chúng vào lĩnh vực vận chuyển thuốc. Tuy nhiên vẫn có một số hạn chế
trong quá trình sử dụng Hydrogel nhạy nhiệt như sự tắc nghẽn có thể diễn ra ngay
trong ống tiêm hoặc đầu kim khi tiêm, khó hòa tan và lưu trữ,... Điều này dẫn đến
sự ra đời và phát triển của hydrogel nhạy nhiệt độ và pH. Đây là một loại Hydrogel
“thông minh”, có khả năng phản ứng lại với tác nhân kích thích là cả nhiệt độ và
pH. Loại hydrogel này có thể giúp tránh được tình trạng gel hóa trong ống tiêm
hoặc đầu kim, dễ hòa tan trong nước và có sự tương tác ion tốt hơn với
protein/thuốc/gen [22].

Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH thường được tạo thành bằng cách kết hợp một
copolymer nhạy nhiệt độ với một polymer nhạy pH. Chính vì vậy nó thường được
chia làm 2 loại là Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH dạng anion và Hydrogel nhạy nhiệt độ
dạng cation [24].
− Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH dạng anion thường có tác nhân nhạy pH là các
polymer của acid yếu có khả năng ion hóa trong môi trường base.
Ví dụ: Poly(acrylic acid) (PAA) [25], Poly(l-glutamic acid) (PLG) [26], các
copolymer có chứa nhóm Sulfonamide [7],...

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

18

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

− Hydrogel nhạy pH dạng cation thường có tác nhân nhạy pH là các polymer
của base yếu có khả năng ion hóa trong môi trường acid.
Ví dụ: poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) (PDMAEMA) và poly(2(diethylamino) ethyl methacrylate) (PDEAEMA) [27], poly(bamino ester)
(PAE) [15],...

Hình 2.2: Đồ thị chuyển pha sol-gel của Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH [22].
Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH dạng cation
Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH dạng anion

Hình 2.2 biểu diễn 2 đồ thị sol-gel trái ngược của 2 loại Hydrogel nhạy nhiệt
độ/pH dạng cation và anion. Cụ thể đối với Hydrogel nhạy nhiệt/pH dạng anion, khi
pH tăng lên vùng nhiệt độ gel có xu hướng thu hẹp lại trong khi Hydrogel nhạy
nhiệt/pH dạng cation lại mở rộng ra. Cơ chế của quá trình chuyển pha sol-gel của
hydrogel nhạy nhiệt/pH dạng anion sẽ được giải thích thông qua quá trình chuyển
pha sol-gel của OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM Pentablock Hydrogel.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

19

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Hình 2.2: Cơ chế quá trình chuyển pha sol-gel của hydrogel nhạy nhiệt/pH
OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM [17].
-

Ở trạng thái D (15oC, pH 8.0) copolymer ở dạng sol có độ nhớt thấp do phần
lớn các khối OSM bị ion hóa (OSM là nhóm polymer loại anion) trở nên ưa
nước. Mặt khác khi ở nhiệt độ thấp, các tương tác ưa nước giữa khối PEG và
nước chiếm ưu thế hơn các tương tác kị nước gây ra bởi khối PCLA nên

-

copolymer ở trạng thái sol.
Ở trạng thái C (15oC, pH 7.4) copolymer ở dạng sol có độ nhớt cao hơn (so
với trạng thái D). Tại pH này các khối OSM bị deion hóa trở nên kị nước tạo
thành các cấu trúc micell. Tuy nhiên dung dịch copolymer vẫn ở dạng sol do
cấu trúc micell này ko đủ mạnh để thắng các tương tác ưa nước giữa khối
PEG và nước khi ở nhiệt độ thấp.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

-

20

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Ở trạng thái B (37oC, pH 8.0) copolymer ở dạng sol có độ nhớt cao hơn (so
với trạng thái D). Nhiệt độ tăng làm cho các tương tác kị nước gây ra bởi
khối PCLA tăng, tương tác ưa nước giữa khối PEG với nước giảm nhưng
phần lớn OSM vẫn bị ion hóa, không hình thành các khối cầu micell nên

-

dung dịch copolymer vẫn ở trạng thái sol.
Ở trạng thái A (37oC, pH 7.4) copolymer ở trạng thái gel. Các khối OSM bị
deion hóa tạo thành các cầu nối micell giữa giữa OSM-PCLA. Các tương tác
kị nước gây ra bởi PCLA chiếm ưu thế. Dung dịch copolymer ở dạng gel.

2.2. Tính chất chung
2.2.1. Tính chất trương
Khả năng trương của hydrogel phụ thuộc vào khoảng trống trong cấu trúc mạng
của chúng. Mỗi hydrogel có khả năng hấp thụ một lượng nước lớn từ 20% đến hơn
1000% khối lượng khô của chúng. Quá trình trương của hydrogel cũng tương tự
như quá trình pha loãng dung dịch polymer nhưng lại bị giới hạn bởi cấu trúc mạng
không gian [3].
Sự hình thành cấu trúc gel của hydrogel nhờ vào ba yếu tố: lực tương tác giữa
polymer và nước, lực tĩnh điện và áp suất thẩm thấu. Lực tương tác giữa polymer và
nước càng mạnh khi cấu trúc mạch polymer càng ưa nước. Nếu trong cấu trúc mạch
hydrogel có chứa các nhóm ion thì sẽ tạo ra sự chênh lệch nồng độ ion bên trong gel
và dung dịch, gây nên áp suất thẩm thấu và nước sẽ khuếch tán vào bên trong gel.
Độ chênh lệch nồng độ ion càng cao thì áp suất thẩm thấu sẽ càng lớn. Ngoài ra, khi
trong mạch polymer có chứa các điện tích ion thì chúng sẽ đẩy nhau và tạo ra các
khoảng trống trong cấu trúc giúp hấp thụ nước đáng kể [23].

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

21

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Hình 2.4: Các lực tác động lên quá trình trương trong hydrogel [23].

Tính chất trương của hydrogel phụ thuộc vào nhiều yếu tố như các thông số
mạng, tính chất của dung dịch, cấu trúc của hydrogel (xốp hoặc không xốp), mật độ
liên kết ngang. Trong đó quan trọng nhất là mật độ liên kết ngang (crosslink
density). Ban đầu, khi mật độ liên kết ngang thấp, quá trình trương được xem như
quá trình tự khuếch tán của nước vào trong cấu trúc hydrogel. Quá trình này chủ
yếu phụ thuộc vào khối lượng phân tử của dung môi, nhiệt độ dung dịch và cấu trúc
xốp của hydrogel. Sau đó, mật độ liên kết ngang bắt đầu dày lên, quá trình trương
lúc này được xác định bằng tốc độ mở rộng cấu trúc mạng của hydrogel, quá trình
hấp thu lúc này cũng chậm hơn [23].

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

22

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

2.2.2. Tính chất cơ lý

Hình 2.5: Cơ chế quá trình trương của hydrogel [23].

Việc đánh giá tính chất cơ lý của hydrogel là rất cần thiết trong việc lựa chọn
các vật liệu phù hợp với các ứng dụng dược phẩm và y sinh. Đối với hầu hết các
ứng dụng, yêu cầu quan trọng nhất là hydrogel phải duy trì hình dạng của nó ở trạng
thái trương một cách ổn định nhất. Độ bền cơ học của hydrogel có thể cải thiện
bằng cách thay đổi mức độ khâu mạng của hydrogel. Khi gia tăng mật độ khâu
mạng, tính chất cơ học của hydrogel sẽ tăng. Tuy nhiên khi mật độ khâu mạng quá
cao thì sẽ làm giảm độ đàn hồi dẫn đến cấu trúc hydrogel sẽ bị giòn, khó vận
chuyển các tác nhân hóa sinh. Do đó cần phải chú ý đến việc cân bằng giữa độ mềm
dẻo và tính chất cơ học của hydrogel khi thiết kế [3,24].
2.2.3. Tính tương thích sinh học
Tính tương thích sinh học có thể định nghĩa là khả năng hydrogel hỗ trợ sự phát
triển và tăng sinh tế bào mà không gây ra bất kỳ độc tính nào. Hay nói cách khác,
tính tương thích sinh học là khả năng của một vật liệu có thể thực hiện những đáp
ứng thích hợp với cơ thể vật chủ trong những ứng dụng cụ thể. Khả năng tương
thích sinh học đáp ứng hai yếu tố cơ bản là an toàn sinh học và chức năng sinh học.
Vật liệu polymer dùng trong y học phải có khả năng tương thích với tế bào nơi vật
liệu tiếp xúc, phải thực hiện được chức năng của nó trong môi trường cơ thể. Đối

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

23

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

với vật liệu polymer có tính tương thích sinh học cao , khi cấy ghép vào cơ thể sẽ
không gây viêm sưng kéo dài, cơ thể sẽ không có những phản ứng tự vệ đào thải vật
liệu [24].
Hầu hết các polymer sử dụng cho mục đích y sinh phải được kiểm tra trước độ
độc tính cho tế bào và cho cơ thể. Vật liệu polymer phải được đảm bảo là không có
biểu hiện độc tính hay gây biến dị trong suốt quá trình sử dụng. Các độc tính có
trong hydrogel đa phần là do trong quá trình tổng hợp các nguyên liệu chưa chuyển
hóa 100% (các monomer chưa phản ứng hết, chất xúc tác, dung môi,... chưa được
loại bỏ hết). Một trong những cách giúp hạn chế độc tính của hydrogel là hạn chế
việc sử dụng chất khơi mào trong quá trình tổng hợp hydrogel hoặc dùng bức xạ để
loại bỏ những vấn đề về chất khơi mào hay monomer chưa phản ứng [24].
2.2.4. Tính phân hủy sinh học
Phân hủy sinh học là một trong những tính chất quan trọng trong ứng dụng vận
chuyển thuốc của hydrogel. Tùy vào nguyên liệu tổng hợp mà hydrogel có thời gian
phân hủy sinh học cũng như khả năng mang thuốc là khác nhau. Một số loại nguyên
liệu thường được dùng để tổng hợp hydrogel có khả năng phân hủy sinh học là
PCL, PEG, PCLA, PLLA, PEU,... [23].
Nhờ vào quá trình phân hủy sinh học này mà thuốc sẽ được giải phóng ra từ từ
theo sự giảm cấp của hydrogel. Chính vì vậy điều khiển quá trình phân hủy sinh học
này thì sẽ điều khiển được quá trình giải phóng thuốc.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

24

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

2.3. Ưu nhược điểm của hydrogel

Hình 2.9: Ưu nhược điểm của hydrogel [3].

2.4. Một số công trình nghiên cứu
2.4.1. Nghiên cứu tổng hợp hydrogel nhạy pH/nhiệt độ trên cơ sở Oligomer
nhạy pH là Oligomer Sulfamethazine (OSM) và Triblock copolymer
PCLA-PEG-PCLA.
Tác giả: Woo Sun Shim, Doo Sung Lee cùng các cộng sự [8,20,21].
Nguyên liệu: PEG (Mn = 1500; 1750; 2000), D,L Lactide (LA), ε - caprolactone
(CL), Sn(Oct)2, DMF, DCM, DMAP, DCC, AIBN, MPA, Paclitaxel (PTX).

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

25

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Phương pháp tổng hợp:
− Tổng hợp Triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA bằng phản ứng mở
vòng của CL và LA sử dụng PEG như chất khơi mào với chất xúc tác là
Sn(Oct)2.
− Tổng hợp Sulfamethazine oligomer (OSM) từ Sulfamethazine monomer,
AIBN và MPA.
− Tổng hợp Pentablock copolymer OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM bằng
cách ghép đôi tác nhân nhạy pH OSM và block copolymer nhạy nhiệt
PCLA-PEG-PCLA.

Hình 2.10: Phương trình tổng hợp OSM-PCLA-PEG-PCLA-PEG [8].

Phương pháp phân tích:
− Phương pháp phân tích sắc ký Gel GPC: Theo dõi sự tăng khối lượng
phân tử giữa Triblock copolymer và Pentablock copolymer. Đánh giá
mức độ đồng đều của mạch phân tử qua độ đa phân tán (PDI).
− Phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR: Phân tích cấu
trúc mạch phân tử polymer.
− Khảo sát quá trình chuyển pha sol-gel: Xây dựng đồ thị sol-gel, đánh giá
sự ảnh hưởng của trọng lượng phân tử và tỷ lệ các thành phần tạo nên
mạch polymer đến trạng thái sol-gel của hydrogel.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

26

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

− Tiêm thử nghiệm trong môi trường giả định.
− Khảo sát khả năng phân hủy sinh học in vitro trong khoảng 1 tháng:
Đánh giá mức độ giảm cấp và sự thay đổi pH của hydrogel.
− Thử nghiệm độc tố đối với tế bào.
− Thử nghiệm phân hủy in vivo.
− Thử nghiệm mang thuốc chữa ung thư PTX.
Thành tựu đã đạt được:
− Tổng hợp thành công Pentablock copolymer OSM-PCL-PEG-PCLAOSM nhạy nhiệt độ/pH.

− Đồ thị sol-gel của hydrogels cho thấy sự nhạy pH và nhiệt độ của
hydrogel trong vùng pH nhỏ (pH 7,2 – 8,0) với sự thay đổi nhiệt độ từ
10 – 50oC. Có thể điều chỉnh vùng gel để phù hợp với điều kiện cơ thể
người bằng cách điều chỉnh các tỷ lệ gốc ưa nước/kỵ nước trong mạch
copolymer, chiều dài gốc PEG hoặc là chiều dài gốc nhạy pH OSM.
− Trọng lượng phân tử của hydrogel nhạy nhiệt độ/pH giảm theo thời
gian tuy nhiên giá trị pH gần như không đổi.
− Tiêm khoảng 200µl dung dịch copolymer ( nồng độ 20%, pH 8,0) vào
chuột bạch. 10 phút sau phẫu thuật chuột, dung dịch copolymer hình
thành khối gel tại chỗ tiêm, điều này cho thấy khối copolymer nhanh
chóng gel do pH giảm và nhiệt độ tăng trong cơ thể chuột.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

27

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Hình 2.11: Giản đồ biểu diễn sự thay đổi trọng lượng phân tử trong thời gian phân hủy của OSM-P
Kết quả ghép phổ từ máy GPC.
Sự thay đổi Mp của hydrogels theo kết quả đo. GPC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

28

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Hình 2.12: Thử nghiệm tiêm dung dịch copolymer lên chuột [8].
Dung dịch copolymer được tiêm lên chuột.
Phẫu thuật gắp lấy khối gel ra sau 10 phút tiêm.

− Khi mang thuốc PTX vùng gel của hydrogel nhạy nhiệt độ/pH thấp hơn
hydrogel không mang thuốc. Điều này là do ảnh hưởng hiệu ứng
salting-out của PTX đến dung dịch copolymer.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

29

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

Hình 2.13: Giản đồ chuyển pha sol-gel của dung dịch copolymer có mang thuốc PTX và không ma

() Dung dịch copolymer không mang thuốc;
() Dung dịch copolymer có mang 2,5mg/mL PTX;
() 5mg/mL PTX; () 10mg/mL PTX. [20]

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

30

GVHD: ThS. Nguyễn Vũ Việt Linh

− Khảo sát quá trình nhả thuốc PTX của hệ dẫn thuốc hydrogel OSMPCLA-PEG-PCLA-OSM trong môi trường in vitro cho thấy hydrogel
này có tiềm năng tốt cho việc dẫn truyền thuốc.

Hình 2.14: Giản đồ biểu diễn quá trình nhả thuốc của dung dịch copolymer mang thuốc PTX [21].

2.4.2. Nghiên cứu tổng hợp hydrogels nhạy nhiệt độ/pH dựa trên sự phân hủy
sinh học của poly(ethylene glycol).
Tác giả: Huỳnh Đại Phú, Woo Sun Shim, Ji Heung Kim, Doo Sung Lee. [9]
Nguyên liệu: PEG (Mn = 1000; 1500; 1750; 2000), Glycolide (GA), CL,
Sn(Oct)2, DMAP, DCC, DMF, AIBN, CDCl3, MC, PTX.
Phương pháp tổng hợp:
− Tổng hợp Triblock copolymer nhạy nhiệt độ PCGA-PEG-PCGA bằng
phản ứng trùng hợp mở vòng của GA và CL với chất khơi mào PEG và
chất xúc tác là Sn(Oct)2.
− Tổng hợp Sulfamethazine oligomer (OSM) từ Sulfamethazine monomer,
AIBN và MPA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP