Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Phân tích, đánh giá hiệu quả mang curcumin lên hạt nano chitosan từ tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

LÊ THỊ THÚY HẰNG

PHÂN TÍCH , ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ MANG CURCUMIN LÊN HẠT
NANO CHITOSAN TỪ TÍNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

LÊ THỊ THÚY HẰNG

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ MANG CURCUMIN LÊN HẠT NANO
CHITOSAN TỪ TÍNH

Chun ngành: Hóa Phân tích
Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ NGỌC ANH

Hà Nội – 2016

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên cho em gửi lời cám ơn sâu sắc tới TS. Lê Ngọc Anh đã tận tình hướng
dẫn và tạo mọi điều kiện cho em trong quá trình thực hiện đề tài và viết luận văn.
Em xin gửi lời cám ơn tới các thầy cô giáo đang giảng dạy tại Khoa Hóa học
trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt các thầy cô trong bộ môn Hóa học
Phân tích đã cho em những kiến thức q báu trong q trình học tập và thực hiện
luận văn.
Tơi xin gửi lời các ơn tới Ban lãnh đạo Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa
học và Cơng nghệ Việt Nam, các anh chị em cơng tác tại phịng Polyme thiên nhiên
đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong q trình thực hiện luận văn.
Tơi xin cảm ơn các anh, chị, em, bạn bè của tập thể lớp cao học khóa K24,
đặc biệt các bạn trong nhóm Hóa Phân tích đã giúp đỡ, chia sẻ trong suốt quá trình
học tập và thực hiện luận văn này.
Đặc biệt, nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ phát triển khoa học và công nghệ
quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 104.04-2012.08, xin cám ơn tất cả các anh
chị em trong nhóm thực hiện đề tài đã giúp đỡ tơi trong q trình thực nghiệm.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cám ơn tới gia đình và bạn bè đã ln động viên,
giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và thực hiện luận văn.

Hà Nội, tháng 02 năm 2016
Học viên

Lê Thị Thúy Hằng


MỤC LỤC
Trang
Mở đầu ....................................................................................................................... 1

Chương 1- Tổng quan ................................................................................................. 3
1.1. Hệ dẫn truyền thuốc trong điều trị ung thƣ ................................................... 3
1.2. Giới thiệu về curcumin ..................................................................................... 6
1.2.1. Tình hình nghiên cứu curcumin trên thế giới và Việt Nam ................. 6
1.2.2. Một số tính chất hóa lý của curcumin ................................................... 8
1.2.3. Hoạt tính sinh học và tính khả dụng sinh học của curcumin .............. 9
1.2.4. Phương pháp tách chiết curcumin ...................................................... 11
1.3. Chitosan.............................................................................................................. 13
1.3.1. Cấu trúc và tính chất của chitosan ...................................................... 13
1.3.2. Phương pháp điều chế β-chitosan từ chitin ........................................ 15
1.3.3. Các ứng dụng của chitosan .................................................................. 16
1.4. Nano ôxit sắt từ ................................................................................................ 18
1.4.1. Tính chất vật lý ...................................................................................... 18
1.4.2. Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 ................................................................. 20
1.4.3. Phương pháp tổng hợp ........................................................................ 21
1.5. Một số phƣơng pháp xác định hàm lƣợng curcumin .................................. 23
1.5.1. Các phương pháp quang phổ ............................................................... 23
1.5.2. Phương pháp phân tích dịng chảy (FIA) ........................................... 24
1.5.3. Phương pháp sắc ký .............................................................................. 25
1.5.4. Điện di mao quản .................................................................................. 27
Chương 2- Thực nghiệm ......................................................................................... 29
2.1. Hóa chất và dụng cụ ........................................................................................ 29
2.1.1. Hóa chất ................................................................................................ 29
2.1.2. Dụng cụ ................................................................................................. 29
2.2. Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano Fe3O4/β-chitosan/curcumin ................. 29
2.2.1. Tổng hợp oxit sắt từ Fe3O4 ................................................................... 29
2.2.2. Tổng hợp hạt nano chitosan từ tính .................................................... 30
2.2.3. Tổng hợp mẫu nano chitosan từ tính mang curcumin ....................... 30

2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................... 31
2.3.1. Đông khô ............................................................................................... 31
2.3.2. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ....................................................... 31
2.3.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) .................................................... 32
2.3.4. Phổ hồng ngoại (IR) ............................................................................. 32
2.3.5. Phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) ............................................................. 33
2.4. Phƣơng pháp xây dựng đƣờng chuẩn của curcumin ................................... 34
2.5. Phƣơng pháp xây dựng đƣờng chuẩn của Fe3O4 – CS – Cur ...................... 34
2.6. Đánh giá phƣơng pháp phân tích ................................................................... 34
2.6.1. Đánh giá độ lặp của phương pháp ..................................................... 34
2.6.2. Đánh giá độ đúng của phương pháp ................................................... 35
Chương 3- Kết quả và thảo luận ............................................................................... 36
3.1. Tổng hợp hạt nano chitosan từ tính mang curcumin ................................... 36
3.2. Nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp định lƣợng curcumin ......................... 38
3.2.1. Khảo sát điều kiện tối ưu định lượng curcumin bằng phương
pháp đo quang ..................................................................................... 38
3.2.1.1. Phổ hấp thụ phân tử ............................................................... 38
3.2.1.2. Ảnh hƣởng của các yếu tố ...................................................... 39
3.2.1.3. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo nồng độ
curcumin ................................................................................. 43
3.2.2. Nghiên cứu tách chiết curcumin trong mẫu nano chitosan từ
tính mang curcumin ............................................................................. 44
3.2.2.1. Ảnh hƣởng của nồng độ nano chitosan từ tính mang
curcumin đến độ hấp thụ quang........................................... 44
3.2.2.2. Ảnh hƣởng của dung môi chiết.............................................. 46
3.2.2.3. Ảnh hƣởng của thời gian hòa tan .......................................... 47
3.2.2.4. Ảnh hƣởng của nền mẫu ........................................................ 48
3.2.3. Đánh giá phương pháp phân tích ....................................... ………….49
3.2.3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn .......................................................... 49
3.2.3.2. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng .............................. 51

3.2.3.3. Đánh giá phƣơng trình đƣờng chuẩn ................................... 53
3.2.3.4. Đánh giá độ lặp của phƣơng pháp ........................................ 53
3.2.3.5. Đánh giá độ đúng của phƣơng pháp ..................................... 55


3.3. Ứng dụng phân tích curcumin trong mẫu và đánh giá hiệu quả mang
curcumin lên mẫu ........................................................................................... 57
3.3.1. Ứng dụng phân tích curcumin trong mẫu nano chitosan từ tính
mang curcumin được tổng hợp ............................................................ 57
3.3.2. Đánh giá hiệu quả mang curcumin trên hạt nano chitosan từ
tính ................................................................................................................. 57
3.3.2.1. Đánh giá sơ bộ ......................................................................... 57
3.3.2.2. Đánh giá trên sự phân tích một số mẫu thực tế ................... 59
Kết luận ..................................................................................................................................... 63
Tài liệu tham khảo .................................................................................................................. 64


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1: Tỷ lệ % các nguyên tố trong nano chitosan từ tính và nano
chitosan từ tính mang curcumin ........................................................... 38
Bảng 3.2 Kết quả đo độ hấp thụ của curcumin ở các tỷ lệ dung môi khác
nhau với các nồng độ khác nhau ........................................................... 40
Bảng 3.3: Kết quả độ hấp thụ quang của curcumin theo thời gian hòa tan
........................................................................................................................ 42
Bảng 3.4: Mối tương quan giữa nồng độ Cur và độ hấp thụ quang .........................43
Bảng 3.5: Kết quả đo độ hấp thụ quang của Fe3O4 – CS – Cur theo nồng độ..........45
Bảng 3.6: Kết quả đo độ hấp thụ quang của Fe3O4 – CS – Cur ở các tỷ lệ
dung môi khác nhau với các nồng độ khác nhau ................................ 46
Bảng 3.7: Kết quả độ hấp phụ quang của Fe3O4-CS-Cur theo thời gian hòa

tan .................................................................................................................. 47
Bảng 3.8: Mối tƣơng quan giữa nồng độ Cur và độ hấp thụ quang .................. 50
Bảng 3.9: Kết quả đo UV-Vis của Fe3O4 – CS – Cur trong dung môi etanol ..........51


Bảng 3.10: Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng của các chất .................. 53
Bảng 3.11: Kết quả so sánh giữa giá trị a và giá trị 0 .......................................... 53
Bảng 3.12: Kết quả so sánh giữa b và b’ trong phƣơng trình đƣờng
chuẩn của Curcumin và Fe3O4 – CS – Cur .......................................... 54
Bảng 3.13: Kết quả so sánh giữa giá trị b và giá trị b’ ........................................ 54
Bảng 3.14: Độ lặp lại của phép đo phổ UV - Vis .................................................. 55
Bảng 3.15: Kết quả đo phổ hấp thụ UV-Vis của Fe3O4-CS-Cur trong
phƣơng pháp thêm chuẩn ...................................................................... 56
Bảng 3.16: Kết quả xác định nồng độ Fe3O4 – CS – Cur trong phƣơng pháp
thêm chuẩn ............................................................................................... 56
Bảng 3.17: Kết quả đo độ hấp thụ quang của các mẫu Fe3O4 – CS – Cur ........ 59
Bảng 3.18: Điều kiện tổng hợp mẫu Fe3O4 – CS – Cur ....................................... 60
Bảng 3.19: Hàm lƣợng curcumin trong các mẫu Fe3O4 – CS – Cur .................. 61
Bảng 3.20: Hiệu suất mang curcumin lên hạt nano chitosan từ tính ................. 62


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Minh họa mơ tả việc bao phủ polyme lên bề mặt hạt nano từ
tính ................................................................................................................... 5
Hình 1.2: Cơng thức cấu tạo của curcumin ............................................................ 8
Hình 1.3: Cơng thức cấu tạo của demetoxy – curcumin........................................ 8
Hình 1.4: Cơng thức cấu tạo của bis-demetoxy-curcumin .................................... 8
Hình 1.5: Cơng thức cấu tạo của xiclocurcumin .................................................... 9
Hình 1.6: Cơng thức cấu tạo của chitosan ............................................................ 13

Hình 1.7: Sơ đồ mô tả sự tạo phức giữa Ni(II) với chitin, chitosan .................... 15
Hình 1.8: Sơ đồ điều chế

-chitosan ..................................................................... 16

Hình 1.9: Đƣờng cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ ..................................... 19
Hình 1.10: Cấu trúc tinh thể Ferit thƣờng gặp .................................................... 20
Hình 1.11: Sự sắp xếp các spin trong một phân tử sắt từ Fe3O4......................... 21
Hình 3.1: Phổ IR của nano chitosan từ tính ......................................................... 36
Hình 3.2: Phổ IR của nano chitosan từ tính mang curcumin ............................. 36
Hình 3.3: Hình ảnh TEM của hạt nano chitosan từ tính (a) và hạt nano
chitosan từ tính mang curcumin (b) . ................................................... 37
Hình 3.4: Độ hấp thụ của curcumin trong dải sóng 200 nm đến 800 nm . ........ 39
Hình 3.5: Độ hấp thụ quang của curcumin theo tỷ lệ dung môi
etanol:nƣớc khác nhau ........................................................................... 41
Hình 3.6: Ảnh hƣởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của Cur .................. 42
Hình 3.7: Ảnh hƣởng của nồng độ đến độ hấp thụ quang của Cur ................... 44
Hình 3.8: Ảnh hƣởng của nồng độ Fe3O4-CS-Cur đến độ hấp thụ quang ........ 45
Hình 3.9 : Độ hấp thụ quang của Fe3O4-CS-Cur theo thời gian hòa tan ........... 48
Hình 3.10: Phổ hấp thụ của Cur, Fe3O4-CS và Fe3O4-CS-Cur ........................... 49


Hình 3.11: Đƣờng chuẩn của Curcumin ............................................................... 50
Hình 3.11: Đƣờng chuẩn của Fe3O4-CS-Cur ........................................................ 51


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BDMC :

Bis-demetoxy-curcumin

CE :

Điện di mao quản

CS :

Chitosan

Cur :

Curcumin

CZE :

Điện di mao quản vùng

DMC :

Demetoxy-curcumin

EDX :

Phổ phân tán năng lượng tia X

Fe3O4 :

Ôxit sắt từ

Fe3O4-CS :

Nano chitosan từ tính

Fe3O4-CS-Cur :

Nano chitosan từ tính mang curcumin

FESEM :

Hiển vi điện tử quét trường phát xạ

FIA :

Phương pháp phân tích dịng chảy

HPLC:

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

IR :

Phổ hồng ngoại

MEKC:

Sắc ký điện động học mixen

MeOH :

Metanol

LOD:

Giới hạn phát hiện

LOQ:

Giới hạn định lượng

SD:

Độ lệch chuẩn

SE :

Độ sai chuẩn

TEM :

Hiển vi điện tử truyền qua

TPP :

Triphenyl photphat

UV-Vis:

Phổ hấp thụ phân tử

MỞ ĐẦU
Hiện nay bệnh ung thư đang là căn bệnh nan y và khá phổ biến. Đây là vấn
đề mang tính tồn cầu, gây ra những hậu quả đặc biệt nghiêm trọng cho sức khỏe
con người. Các nhà nghiên cứu trong nước cũng như trên thế giới đã và đang nghiên
cứu tìm ra các loại thuốc có thể điều trị dứt điểm các căn bệnh ung thư [58]. Tuy
nhiên vấn đề quan trọng là sự hấp thụ các loại thuốc này đối với mỗi cơ thể là khác
nhau. Vì vậy làm thế nào để nâng cao hiệu quả hấp thụ thuốc là vấn đề quan tâm
nhiều trong nghiên cứu y học hiện nay.
Chitosan, một polyme thiên nhiên không độc hại, dễ phân hủy và tương thích
sinh học, đang được nghiên cứu rộng rãi cho mục đích dược phẩm. Một vài ứng
dụng của chitosan như phân phối thuốc, chuyển gen, phủ ngồi vết thương và cơng
nghệ mơ [66,67].
Ngồi ra, các hạt nano chitosan là chủ đề nghiên cứu nhiều của các nhà khoa
học, chủ yếu do các tính chất vật lý và hóa học độc đáo của chúng so với các hạt kích
thước lớn. Trường hợp hạt nano từ tính được đặc biệt quan tâm khơng những chỉ về
kích thước hạt nano mà cịn là hiện tượng từ tính bất thường gọi là siêu thuận từ.
Trong đó sắt từ oxit (Fe3O4) là một loại vật liệu từ quan trọng đã thu hút sự chú ý
ngày càng nhiều của các nhà nghiên cứu, do được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực nhờ tính chất từ tính của nó, đặc biệt trong lĩnh vực y học [25]. Đối với các ứng
dụng y sinh, hạt nano Fe3O4 thường được xử lý biến tính bề mặt. Một mặt biến đổi có
thể làm tăng sự ổn định hóa học của hạt nano Fe3O4, mặt khác nó có thể cải thiện
tương thích sinh học của hạt nano. Nhiều nghiên cứu về chitosan biến tính hạt nano
sắt từ được sử dụng cho các ứng dụng y sinh học đã được báo cáo [28,36,43,75].
Liang và Zhang đã chế tạo hạt nano Fe3O4 siêu thuận từ được biến tính bằng
cacboxymetyl chitosan qua liên kết cộng hóa trị của papain (enzym nước đu đủ) [39].
Các công ty dược phẩm đang ngày càng quan tâm đến các sản phẩm từ thiên
nhiên rẻ tiền và an toàn so với vật liệu tổng hợp. Curcumin là một trong các sản
phẩm đó. Curcumin là một polyphenol kỵ nước có nguồn gốc từ củ nghệ, thân rễ
của các loại thảo dược (Curcuma longa). Curcumin có nhiều ứng dụng, chẳng hạn
1

như có khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn và trị ung thư. Đã có nhiều nghiên
cứu sử dụng hạt nano chitosan từ tính đã gắn curcumin để tăng cường ứng dụng
trong y học. Chính vì các lí do trên, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài “Phân
tích, đánh giá hiệu quả mang curcumin lên hạt nano chitosan từ tính” trong đó sử
dụng các phương pháp phân tích hiện đại để đánh giá hiệu quả hấp thụ thuốc trong
việc điều trị căn bệnh ung thư hiện nay.

2


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Hệ dẫn truyền thuốc trong điều trị ung thƣ
Dạng thuốc là sản phẩm cuối cùng (thành phẩm) của quá trình bào chế, đạt
các tiêu chuẩn chất lượng quy định, được dùng để đưa dược chất vào cơ thể nhằm
mục đích phịng hay chữa bệnh. Trong bào chế hiện đại, dạng thuốc được coi là các
“hệ đưa thuốc” vào cơ thể (Drug Delivery Systems) hoặc “hệ trị liệu” (Therapeutic
Systems) hay “thiết bị” mang thuốc (Devices). Nói cách khác, dạng thuốc là giá
mang dược chất, là sản phẩm của ngành dược đưa đến người bệnh, là cầu nối giữa
dược sĩ và người bệnh. Dạng thuốc phải được bào chế sao cho tiện bảo quản, vận
chuyển, sử dụng an toàn, hiệu quả và kinh tế. Với cùng một dược chất, khi bào chế
dưới các dạng thuốc khác nhau, dùng theo các đường dùng khác nhau có thể dẫn
đến tác dụng lâm sàng khác nhau. Một chế phẩm thuốc được bào chế tốt nhưng
hướng dẫn sử dụng không tốt cũng sẽ khơng mang lại hiệu quả, thậm chí cịn có thể
gây nguy hiểm cho người bệnh.
Thuốc truyền thống dựa trên đặc tính hấp thụ của thuốc đối với cơ thể, do đó
sinh khả dụng phụ thuộc nhiều yếu tố như độ tan, pKa, khối lượng phân tử,
số lượng liên kết của phân tử, độ bền hóa học. Tất cả những yếu tố đó tác động
khơng nhỏ đến khả năng điều trị bệnh. Thơng thường bản chất thuốc truyền thống là

có khối lượng phân tử nhỏ, khả năng vượt qua màng ngăn của cơ thể và dễ thâm
nhập vào các bào quan cũng như các tế bào. Tuy nhiên hạn chế về phân bố thuốc
dẫn đến hiệu ứng phụ không mong muốn khi phải sử dụng thuốc với liều lượng cao
để thuốc có thể đáp ứng tốt khả năng chữa bệnh. Bên cạnh đó do khối lượng phân
tử nhỏ, thuốc dễ bị đào thải ra khỏi cơ thể qua đường thận, có nghĩa là phải sử dụng
một liều lượng cao để chữa trị.
Hiện nay, trong y học đang tạo ra các hệ dẫn thuốc nhắm đích để đưa thuốc
đến đúng vị trí cần tới, giảm các tác dụng phụ cũng như giảm việc phân phối thuốc
đến các vị trí khơng mong muốn. Một số hệ dẫn thuốc đã được điều chế thành cơng
và có tính sinh khả dụng lớn trong y học. Chẳng hạn như hệ dẫn thuốc để giải
3


phóng thuốc theo thời gian, thơng qua điều khiển thời gian, cho phép thuốc đạt
nồng độ điều trị trong tế bào. Ban đầu nồng độ thuốc tăng nhanh sau đó do q trình
đào thải qua thận và sự chuyển hóa, trao đổi chất (thực bào, enzyme,..) nồng
độ thuốc giảm nhanh, do đó cần phải chú ý đến vấn đề đào thải thuốc. Nồng độ hiệu
quả là nồng độ nhỏ nhất để thuốc đạt hiệu quả điều trị. Trong khi đó, nồng
độ giới hạn an toàn là giá trị nồng độ mà khi vượt qua nó sẽ gây độc và tác
dụng phụ không mong muốn cho cơ thể. Do việc thuốc bị đào thải, ta phải sử dụng
nhiều liều để đảm bảo thuốc luôn đạt nồng độ trị liệu. Tuy nhiên nếu sử dụng khơng
đúng liều lượng, gây ra sự tích lũy vượt quá nồng độ giới hạn an toàn sẽ gây tác
dụng phụ. Hay hệ dẫn truyền thuốc để kiểm sốt vị trí giải phóng thuốc theo cơ chế
chủ động, nhắm mục đích giải phóng thuốc tại đúng vị trí mong muốn đồng thời
thuốc đưa vào phải vượt qua các lớp rào cản khác trong cơ thể để đến được vị trí
mong muốn [1].
Hệ dẫn thuốc từ tính là ứng cử viên tiềm năng để phân phối thuốc do độc
tính thấp và khả năng nhắm đích, hạt từ tính thường được bao phủ để ổn định chống
lại sự kết tủa, đảm bảo khả năng ít gây độc và mang thuốc trên bề mặt. Trong cơ thể
sống, các ứng dụng hạt nano từ tính cần được bảo phủ nhằm ngăn chặn việc kết tụ

của phân tử thuốc và hạn chế tương tác với các tế bào không phải mục tiêu, đồng
thời ngăn ngừa sự kết tụ hạt nano và tăng cường khả năng mang và giải phóng
thuốc. Để tăng độ hịa tan và khả dụng sinh học, các nỗ lực đã được thực hiện để
bao bọc thuốc trong các hạt nano gắn polyme [10,18,26,71], cyclodextrin [61],
liposome [41] và lipid hạt nano [62].
Phương pháp tiếp cận khác nhau của sự bao phủ hạt nano từ tính bằng
polyme khác nhau được tóm tắt trong hình 1. Đối với bao phủ bằng polysacarit và
polyme, các hạt thu được cho thấy ở dạng lõi bao bọc đồng nhất. Với cách tiếp cận
bao phủ khác, các phân tử polyme neo đậu vào bề mặt các hạt từ tính dẫn đến cấu
trúc giống như một bàn chải. Các liposome và phân tử mixen hình thành tạo nên
một cấu trúc vỏ lõi với lõi là hạt nano sắt từ [70].

4


Hình 1: Minh họa mơ tả việc bao phủ polyme lên bề mặt hạt nano từ tính
Chitosan, một polyme khơng độc hại, phân hủy và tương thích sinh học,
đang được nghiên cứu rộng rãi cho mục đích dược phẩm, chẳng hạn như phân phối
thuốc [15,51,52], chuyển gen [21,32,37], bao bọc vết thương và công nghệ mô
[34,69,78]. Chitosan tan trong dung dịch của các dung mơi có pH < 6,5 và độ tan
hạn chế của chitosan là một nhược điểm cho nhiều ứng dụng tiềm năng của nó.
Ngồi ra, các nhóm amin trên chitosan có thể có các chức năng sinh hóa hơn khi nó
được gắn với các thành phần khác ở các vị trí khác nhau, chẳng hạn như các loại
thuốc khác nhau, gắn kết vị trí đặc biệt, hoặc các nhóm chức khác. Do vậy, phải
dùng loại polyme thích hợp để biến đổi các hạt nano Fe3O4. Nhiều nghiên cứu về
chitosan biến tính hạt nano từ được sử dụng cho các ứng dụng y sinh học đã được
báo cáo. Liang và Zhang đã chế tạo hạt nano Fe3O4 siêu thuận từ được biến tính
bằng chitosan carboxymethylat qua liên kết cộng hóa trị của papain (enzym nước đu
đủ). Feng và công sự đã tổng hợp đơn phân tán chitosan/polyacrylic axit/hạt nano
Fe3O4 bằng MRI. Donadel và công sự đã chế tạo các hạt oxit sắt từ phủ một lớp

chitosan sử dụng cho căn bệnh sốt cao. Tuy nhiên, các độ bão hịa từ tính của hạt
nano compozit là thấp (22 emu/g) và hiệu ứng nhiệt là không mong muốn. Park J.-H
5


và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo và đặc tính hạt nano chitosan từ tính làm hệ dẫn

thuốc, kết quả cho thấy hệ này thể hiện tính gây độc tế bào tương đối thấp do nano
từ tính được bao phủ hoàn toàn bởi chitosan [45]. Trong nghiên cứu nhắm đích trên
cơ thể người để điều trị khối u bằng trị liệu quang động, các hạt nano chitosan từ
tính được dùng làm hệ dẫn thuốc nhắm đích. Kết quả khối u được trị liệu và cho
thấy hệ dẫn thuốc nano chitosan từ tính tích tụ rất thấp ở mơ da và gan [60]. Như
vậy việc tạo ra các hệ dẫn thuốc là yếu tố rất quan trọng trong quá trình phát huy
các đặc tính sinh học của thuốc.
1.2. Giới thiệu về curcumin
1.2.1. Tình hình nghiên cứu curcumin trên thế giới và Việt Nam
Curcumin là một hỗn hợp của ba curcuminnoit có tên là curcumin,
demetoxy-curcumin và bisdemetoxycurcumin, được chiết ra từ củ nghệ vàng (tên
khoa học là Curcuma longa L., thuộc họ gừng) rất phổ biến ở Ấn Độ và Đông Nam
Á. Hoạt chất curcumin đã được nghiên cứu nhiều và được chứng minh là có hoạt
tính sinh học đặc biệt, có tác dụng sinh học rất q, có khả năng chữa các bệnh nan
y như: chống oxi hóa [33], phịng và chống ung thư [9], chống viêm [74], chữa bệnh
tim mạch [44], bệnh đái tháo đường [65] và bảo vệ tế bào thần kinh [57].
Bằng sáng chế đầu tiên về curcumin dạng nano được 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 được cơng bố vào năm 2005. Từ đó 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 được phân tích, cho thấy 24% bằng
liên quan đến điều trị ung thư, sau đó là các bệnh tim mạch 13%, các chứng viêm

12%, bệnh tiểu đường 11%, bệnh khớp 10% và bệnh tiêu hóa 9%,… [40].
Các công ty dược phẩm đang ngày càng quan tâm đến các sản phẩm có nguồn
gốc thiên nhiên, rẻ tiền và an toàn so với các dược phẩm tổng hợp. Curcumin là một
polyphenol kỵ nước có nguồn gốc từ củ nghệ [10]. Curcumin có đặc tính sinh học
6


rất rộng, chẳng hạn như chất chống oxy hóa, hoạt động kháng khuẩn và chống ung
thư,… đó là cần thiết cho việc điều trị hầu hết các bệnh, và nó là khơng tốn kém và
đã được tìm thấy là an toàn trong các thử nghiệm lâm sàng của con người [56,62].
Mặc dù có những tính năng đầy hứa hẹn, một vấn đề lớn với curcumin là khả năng
hòa tan rất thấp của nó trong dung dịch nước, làm hạn chế khả năng sinh học của nó
và lâm sàng. Các nghiên cứu khác nhau đã cho thấy curcumin kém hấp thụ, chuyển
hóa và thải trừ của curcumin nhanh chóng của nó là những lý do chính cho khả
dụng sinh học kém của hợp chất polyphenolic này là cực kỳ lợi ích [38].
Ở 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 như
Viện hóa học-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Viêt Nam, Trung tâm nghiên cứu
triển khai Khu công nghệ cao TP.HCM, Đại học Dược Hà Nội. Tác giả Trần Đại Lâm
và công sự đã đã chế tạo hạt nano sắt từ - curcumin, đây là một vật liệu thú vị có thể
quan sát q trình hấp thu, tích lũy vận chuyển các hạt nano này của đại thực bào đến tế
bào ung thư do tính phát quang dưới kính hiển vi huỳnh quang [35]. Tác giả Hà
Phương Thư và các cộng sự đã tổng hợp thành công hệ dẫn thuốc nano
Fe3O4/OCMCs/Cur bằng phương pháp ghép ex situ. Hệ dẫn thuốc này không chỉ được
sử dụng như một công cụ để giám sát thuốc lưu thông bằng kỹ thuật huỳnh quang mà
còn trong điều trị ung thư. Hệ này đã được chứng minh là thành công khi dẫn curcumin
vào các tế bào HT29, và ảnh hưởng của nó lên lớp tế bào ung thư này mạnh hơn nhiều
so với curcumin tinh khiết. Nó hứa hẹn để phát triển hệ phức này làm vật liệu nano
thông minh mới để phân phối thuốc [64]. Trong đó Nano Curcumin của Viện Hóa học
là đề tài đầu tiên được ứng dụng cơng nghệ nano vào bào chế các dược phẩm và thực

phẩm chức năng, giúp phòng ngừa và điều trị hiệu quả các bệnh mạn tính, nan y. Tác
giả Phạm Hữu Lý cùng các cộng sự thuộc Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt
Nam đã sản xuất thành công quy mô pilot NanoCurcumin. Sản phẩm này được thương
mại hóa với tên đăng ký là Curmanano - có kích thước dưới 100 nm, tan tốt trong
nước, hấp thụ nhanh qua màng tế bào, sinh khả dụng lên tới 80-95%, giúp mang lại
hiệu quả điều trị gấp 40 lần curcumin thường [2].
7


1.2.2. Một số tính chất hóa lý của curcumin
Năm 1815, Vogel & Pelletier đã phân lập được hoạt chất trong củ nghệ và
đặt tên là Curcumin, chiếm 2-5% trong nghệ. Gần 100 năm sau, năm 1910,
Milobedzka và cộng sự mới xác định được curcumin là polyphenol kỵ nước có cấu
trúc diferuloylmetan [1].
- Tên IUPAC: (1E, 6E) -1,7-bis (4-hydroxy-3-metoxyphenyl) -1,6-heptadien3,5-dion.
- Công thức phân tử: C21H20O6
- Phân tử khối: 368,38 g / mol.

- Nhiệt độ nóng chảy: 183°C (361 K).

- Curcumin là tinh thể màu nâu đỏ, là hoạt chất được chiết ra từ của nghệ
vàng thuộc họ gừng. Hiện tại người ta tìm thấy curcumin tồn tại ở 4 dạng hợp chất:
+ Curcumin là hợp chất chính chiếm 60%:

Hình 1.2: Cơng thức cấu tạo của Curcumin
+ Demetoxy-curcumin chiếm 24% có cơng thức cấu tạo sau:

Hình 1.3: Cơng thức cấu tạo của Demetoxy – curcumin
+ Bis-demetoxy-curcumin chiếm 14%:

Hình 1.4: Cơng thức cấu tạo của Bis-demetoxy-curcumin
8


+ Và một hợp chất mới phát hiện là xiclocurcumin chiếm khoảng 1%:

Hình 1.5: Cơng thức cấu tạo của Xiclocurcumin
- Curcumin là một polyphenol và là sắc tố tạo nên màu vàng đặc trưng của
củ nghệ.
- Curcumin có thể phản ứng được với axit boric tạo nên hợp chất có màu đỏ
cam nên được ứng dụng dùng để nhận biết muối của ngun tố bo.
- Chính vì curcumin là sắc tố tạo nên màu vàng sáng nên curcumin được
dùng làm chất phụ gia thực phẩm. Trong chất phụ gia thực phẩm curcumin được kí
hiệu là E100.
1.2.3. Hoạt tính sinh học và tính khả dụng sinh học của curcumin [1]
Curcumin là một hợp chất được chiết xuất từ cây nghệ có đặc tính sinh học
rất cao. Nó có rất nhiều ứng dụng trong y học như:
+ Curcumin là chất hủy diệt ung thư vào loại mạnh nhất theo cơ chế hủy diệt
từng bước các tế bào ác tính. Chúng làm vơ hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn
khơng cho hình thành các tế bào ung thư mới. Trong khi đó, các tế bào lành tính
khơng bị ảnh hưởng. Curcumin được coi là chất tiêu biểu nhất cho thế hệ mới các
chất chống ung thư vừa rất hiệu lực, vừa an tồn, khơng gây tác dụng phụ.
Curcumin có khả năng loại bỏ các loại men gây ung thư như COX-1, COX-2 có
trong thức ăn, nước uống, vơ hiệu hóa các gốc tự do hình thành trong quá trình tự
vệ của cơ thể, do bức xạ độc hại cũng như do các loại sốc thần kinh, thể lực,… các
độc tố hóa học (dioxin, furan,…).
+ 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

9


tóc, làm cho da dẻ hồng hào, tăng cường sắc đẹp, sức lực và cả tuổi thọ,…
+ Curcumin là một trong những chất chống viêm, chống ơxi hóa điển hình.
Nó không chỉ điều trị đắc lực cho các bệnh ung thư, loét dạ dày, hành tá tràng, đại
tràng, yếu gan mật, viêm gan B, C, xơ gan cổ chướng,… mà còn điều trị vừa nhẹ
nhàng vừa hiệu quả cao các bệnh rối loạn hệ miễn dịch như viêm toàn thân, viêm đa
khớp, viêm lõi cầu khớp, bệnh đa xơ cứng, bệnh cứng bì, lỗng xương, 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.
+ Curcumin có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn như virút HP, viêm gan B,
C,… rất cao.
Nhiều nước trên thế giới coi curcumin vừa là thuốc vừa là thực phẩm điều trị
gần 20 loại ung thư khác nhau. Riêng đối với ung thư máu các nhà khoa học cho
biết curcumin có tác dụng tăng hồng cầu, chống suy kiệt sức lực,…
Với các đặc tính sinh học cao thì tính sinh khả dụng của curcumin rất được
quan tâm. Curcumin ở dạng nguyên chất hoặc thô đều được coi là có lợi và tác dụng
hiệu quả chống lại bệnh tật. Khi một hợp chất như chất curcumin nhanh chóng bị
phá vỡ, hoặc chuyển hóa, khơng có nhiều các hình thức mẫu làm cho nó đi vào máu
và các mơ. Nghiên cứu cho thấy rằng, curcumin được sử dụng bằng cách uống, các
hợp chất của nó được phá vỡ một cách nhanh chóng và chuyển hóa thành các chất
glucuronide. Những kết quả này cho thấy rằng curcumin khơng có thời gian tồn tại
lâu để làm cho nó có khả năng đến các cơ quan bên ngồi đường tiêu hóa. Nếu
curcumin khơng đến được với các cơ quan bên ngoài dạ dày và ruột, nó khơng thể
hoạt động để ngăn ngừa bệnh hoặc điều trị.
Hiện nay, curcumin được sử dụng như một phương thuốc hữu hiệu trong
việc chữa trị các bệnh về ung thư. Rất nhiều loại ung thư khác nhau đều đã được thử
nghiệm thành công với curcumin. Tuy nhiên, việc dùng curcumin thơng thường cho
thấy tính khả dụng sinh học của nó chưa cao như thời gian sử dụng cịn dài, liều

lượng cần nhiều. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã làm nhiều thực nghiệm khác nhau
để tìm ra phương thức làm tăng tính khả dụng sinh học của curcumin.
10


Năm 2014, GS.TS JanFrank viện nghiên cứu hóa sinh và dinh dưỡng trường
Đại học Hohenhein Stuttgart, Đức đã nghiên cứu lâm sàng cho thấy, với kích thước
nano 30 nm có màng bao sinh học, độ ổn định cao, không kết dính, tan hồn tồn
trong nước hoặc trong dầu, dễ dàng hấp thu vào máu, tác dụng của novasol
curcumin gấp 185 lần so với curcumin thường.
Năm 2012, một nhóm các chuyên gia của trường Đại học Dược, bang Ohio,
Hoa Kỳ đã nghiên cứu thành công và thu được kết quả, độ hấp thụ của Nano
Curcumin đạt tới 80%, hiệu quả vượt trội so với curcumin thông thường [79]. Theo
các nhà nghiên cứu cho thấy, curcumin có sinh khả dụng rất thấp, mặc dù việc sử
dụng curcumin với liều 12g/ngày trong 3-4 tháng cũng giúp tạo được các tác dụng
trên lâm sàng. Thử nghiệm trên 25 bệnh nhân với các biểu hiện tiền ung thư khác
nhau cho thấy khi dùng curcumin với liều lần lượt 4, 6, 8g trong 3 tháng thì nồng độ
thuốc trong máu đạt 0,19; 0,20 và 0,60 μg/ml (0,51; 0,54 và 1,6μM). Trong một số
thử nghiệm lâm sàng thì nồng độ curcumin trong máu của các tình nguyện viên
cũng rất thấp (<130 nM) kể cả khi đã dùng tới 12g/ngày. Chính sinh khả dụng thấp
là trở ngại lớn nhất để curcumin phát huy dược tính của mình. Nhưng trong nghiên
cứu này, các chuyên gia của Đại học Ohio, Hoa Kỳ cho thấy, khi sử dụng curcumin
đường uống dưới dạng nano trong 24 giờ nồng độ thuốc trong máu đã tăng gấp 10
lần, đồng thời nồng độ curcumin trong máu tăng lên hơn 40 lần. Như vậy cho thấy
việc sử dụng curcumin ở dạng nano đã làm tăng gấp rất nhiều lần tính khả dụng
sinh học của curcumin.
1.2.4. Phương pháp tách chiết curcumin
Việc nghiên cứu phương pháp tách chiết curcumin với hiệu suất và chất
lượng cao từ củ nghệ là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng cả về mặt
khoa học lẫn ứng dụng thực tiễn. Cho tới nay, đã có rất nhiều các nghiên cứu áp

dụng cả cơng nghệ truyền thống là trích ly rắn - lỏng thơng thường (có hoặc khơng
có khuấy trộn), trích ly soxhlet [8], lẫn cơng nghệ hiện đại là trích ly CO2 siêu tới
hạn [14,17] để tách hàm lượng curcumin. Tuy nhiên, do hàm lượng curcumin trong

11


củ nghệ nhỏ và khả năng hoà tan trong các dung mơi thơng dụng (etanol,
metanol,…) thấp nên q trình trích ly truyền thống thường cần một lượng thời gian
dài nhưng hiệu suất cũng không cao. Kết quả khảo sát tại một số cơ sở sản xuất
trong nước cho thấy quá trình trích ly curcumin theo phương pháp truyền thống
phải kéo dài từ 8 đến 24 giờ, lượng curcumin trích ly được nhỏ hơn 1% với dung
môi etanol và nhỏ hơn 2% với dung mơi metanol. Việc trích ly curcumin theo
phương pháp CO2 siêu tới hạn cho kết quả khá tốt, hiệu suất trích ly và độ tinh khiết
cao [17]. Tuy nhiên chi phí cho phương pháp này q đắt, khơng phù hợp với thực
tế sản xuất ở Việt Nam. Trên thực tế cũng đã có nhiều phương pháp để khắc phục
những hạn chế trên [27,49]
- Tăng nhiệt độ trích ly dẫn đến tăng hiệu suất trích ly, rút ngắn thời gian
nhưng lại khiến curcumin phân huỷ mạnh: lượng curcumin phân huỷ ở 50oC là 2%
và ở 70oC là 4%.
-Tiến hành trích ly nhiều bậc có thể thu triệt để lượng curcumin, tăng hiệu
suất trích ly nhưng cũng tăng thời gian và hàm lượng tạp chất lên nhiều lần.
-Tiến hành trích ly curcumin với các dung mơi khác nhau, trong đó một số
dung môi như natri butyl monoglycolsulfat, natri salixylat cho phép trích ly
curcumin khá triệt để với độ chọn lọc cao.
Tuy nhiên q trình trích ly vẫn mất nhiều thời gian, các loại dung mơi trên
khơng phổ biến, chi phí cao và có tính độc, khơng thật sự phù hợp với q trình
trích ly các chất phục vụ cơng nghiệp dược và thực phẩm.
Hiện nay, phương pháp được xem là cải tiến hơn cả là phương pháp siêu âm.
Dung môi sử dụng cho phương pháp này là etanol 90o, dung dịch đệm phosphat

0,02 M pha theo Dược Điển Việt Nam III tập 1, metanol (HPLC), axeto nitril
(HPLC). Phương pháp này sử dụng sóng siêu âm có tác dụng khuấy trộn mạnh, làm
di chuyển các lớp chất lỏng tạo ra sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt phân cách các
pha do hiệu ứng chảy âm và hiệu ứng tạo lỗ hổng, tăng cường độ khuếch tán đối
lưu. Quá trình siêu âm được thực hiện trong thời gian 15 phút, ít hơn nhiều so với
12


các phương pháp khác. Hơn nữa, phương pháp này không sử dụng nhiệt nên tránh
được sự phân hủy của curcumin do tác động của nhiệt độ. Kết quả cho thấy nghệ
chưa tách tinh dầu có độ tinh khiết 55,0%, mẫu nguyên liệu đã tách tinh dầu có độ
tinh khiết 72,9%. Như vậy, phương pháp siêu âm hiện nay là một phương pháp trích
ly curcumin rất hiệu quả.
1.3. Chitosan
1.3.1. Cấu trúc và tính chất của chitosan
Chitosan (CS) là dẫn xuất của chitin, thu được từ q trình tách nhóm
axetyl (-COCH3) ra khỏi chitin. Thực tế q trình tách này thường khơng được hoàn
toàn nên người ta quy ước theo tỉ lệ tách nhóm axetyl như sau:
- Tỉ lệ tách nhóm axetyl < 50%, được gọi là chitin.
Tên hóa học của chitin là poly- β-(1-4) N axetyl-D glucosamin. Chitosan là
dẫn xuất deaxetyl của chitin có cơng thức cấu tạo như sau:

Hình 1.6: Công thức cấu tạo của chitosan
Hay công thức phân tử là (C6H11O4N)n.
 Tính chất vật lý
Chitosan là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích
cỡ khác nhau, có mầu trắng hay vàng nhạt, tồn tại dưới 2 dạng: dạng tinh thể và
dạng vô định hình, khơng mùi, khơng vị. Chitosan khơng tan trong nước, kiềm đặc
và lỗng, khơng tan trong cồn, axeton và các dung mơi hữu cơ khác. Chitosan có
khả năng tan trong dung dịch axit loãng tạo thành dung dịch keo trong suốt, khả

năng tạo màng tốt. Độ nhớt của chitosan trong dung dịch axit lỗng liên quan tới
kích thước và khối lượng phân tử trung bình (đây cũng là tính chất chung của tất cả

13


các dung dịch polyme). Do có khả năng tan tốt hơn chitin nên các ứng dụng của
chitosan cũng đa dạng hơn rất nhiều. Nhiều tính chất của chitosan phụ thuộc vào
các thơng số của nó như khối lượng phân tử trung bình và độ deaxetyl, nên ta
thường phải xác định các thông số này.
Chitosan không tan trong nước, trong dung dịch kiềm và trong phần lớn
dung môi hữu cơ nhưng lại tan trong dung dich loãng của axit HCl, HI, HBr, HNO 3
và HClO4, tan rất tốt trong dung dịch axit CH3COOH.
Chitosan có thể tan trong dung dịch axit lỗng bằng cách nhận thêm proton
vào nhóm amin tự do. Hằng số phân ly Kb của nhóm amin được xác định qua
phương trình :
-NH2 + H2O

-NH3+ + OH-

[OH  ].[  NH 3 ]
Kb 
[  NH 2 ]

và pKb= - log Kb

(1.1)
(1.2)

Cũng như các dung dịch điện ly khác, hằng số phân ly của chitosan thực tế

phụ thuộc vào % phân ly tại thời điểm đó. Sự biến đổi của giá trị pKa có thể xác
định qua phương trình Katchalsy sau :
pKa = pH + log [(1-α)/α]= pKo –εΔΨ(α)/kT
Ở đây :

(1.3)

ΔΨ : Hiệu số điện thế giữa bề mặt polymer và thế của điện cực so sánh.
α

: độ phân ly

kT : hằng số Boltzman

ε : số điện tử trao đổi

 Tính chất hố học của chitin/chitosan [1]
Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3
trong các mắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các
mắt xích D-glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol, vừa là amin và vừa là amit.
Phản ứng hố học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O–, dẫn xuất
thế N–, hoặc dẫn xuất thế O–N.
Mặt khác chitin/chitosan là những polyme mà các monome được nối với
nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi: axit,
bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân.

14