1

LuËn v¨n cao häc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
……***……

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO POLIME TƯƠNG THÍCH
SINH HỌC CHITOSAN CẤU TRÚC NANÔ ỨNG
DỤNG LÀM CHẤT MANG THUỐC CÓ TÁC
DỤNG PHÂN GIẢI CHẬM

CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ-CƠ BẢN
MÃ SỐ:

NGUYỄN THỊ THÚY NGA

Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN ĐẠI LÂM

Hà Nội 2005

NguyÔn ThÞ Thuý Nga


2

Luận văn cao học

LI CM N

1.1. Giới thiệu chung về Chitin (CT)/Chitosan (CS) ........................................ 10
1.1.1. Nguồn gốc CT/CS ................................................................................. 10
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của CT/CS ........................................................ 11
1.1.3. Một số phương pháp xác định độ deaxetyl hóa (DD) của CT/CS ..... 15
1.1.4. Xác định khối lượng phân tử trung bình của CT/CS ........................ 16
1.1.5. Một số dẫn xuất chủ yếu của CT/CS ................................................... 17
1.1.6. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của CT/CS trong Y Dược............... 19
1.2. Một số phương pháp sản xuất CT/CS và chế tạo nanô CS ...................... 21
1.2.1. Một số phương pháp sản xuất CT/CS ................................................. 21
1.2.2. Phương pháp chế tạo CS có cấu trúc nano ......................................... 23
1.3. Ứng dụng CS làm chất mang polime để gắn thuốc................................... 25
1.4. Sơ lược một số thuốc gắn lên chất mang CS ............................................. 28
1.4.1. Axit salixylic (Sa) .................................................................................. 28
1.4.2. Artesunat (ART) .................................................................................... 28
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ......................................................................... 31
2.1. Các phương pháp vật lý ............................................................................... 31
2.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại ( IR) ..................................................... 31
2.1.2. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ............................................. 32
2.1.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và hiển vi điện tử
quét (SEM)............................................................................................ 33
2.1.4. Phương pháp phân tích nhiệt (TA) ...................................................... 35
2.1.5. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) .............................. 36

NguyÔn ThÞ Thuý Nga


4

LuËn v¨n cao häc
2.1.6. Phương pháp quang phổ hấp thụ tử ngoại- khả kiến ( UV-vis) ........ 39


LuËn v¨n cao häc
3.4.2. Khảo sát khả năng phân giải ART từ CS-ART trong các môi
trường giả dịch ruột và dịch dạ dày bằng HPLC ............................... 81
3.4.3. Khảo sát khả năng phân giải ART từ CS-ART trong các môi
trường giả dịch ruột và dịch dạ dày bằng UV-vis ............................... 83
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 89

NguyÔn ThÞ Thuý Nga


6

LuËn v¨n cao häc

MỘT SỐ KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN
ART – Artesunat
CS – Chitosan
CS-ART – Sản phẩm Artesunat gắn lên chất mang Chitosan
CS-TPP - Phức hợp Chitosan và Tripolyphotphat (nanô Chitosan)
CS-TPP-ART - Sản phẩm gắn Artesunat lên chất mang nanô Chitosan
DD - Độ deaxetyl hoá
Sa – Axit Salixylic
CS-Sa – Sản phẩm Salixylic gắn lên chất mang Chitosan
TPP - Tripolyphotphat

NguyÔn ThÞ Thuý Nga




Nguyễn Thị Thuý Nga


8

Luận văn cao học
Trờn th gii hin nay, hng nghiờn cu ỏp dng cụng ngh nanụ vo
lnh vc Y hc, Sinh hc, Dc phm nh chn oỏn bnh, cha tr bnh, bo
ch thuc v sn xut cỏc sn phm Y Dc khỏc l mt trong nhng hng
nghiờn cu mi nhn, thu hỳt s quan tõm ln ca cỏc nh khoa hc. Trờn
thc t, hõự ht cỏc dc phm ngoi tỏc dng dc lý cũn cú nhng tỏc dng
ph khụng mong mun. Chớnh vỡ vy, cỏc h thng c hiu v dn chuyn
dc phm trờn c s cụng ngh nanụ ngy cng thu hỳt c nhiu s quan
tõm nghiờn cu v trin khai. Cỏc h thng ny bao gm cỏc ht nanụ, vect
iu khin dc phm tỏc dng trc tip ti t bo ớch m khụng gõy nh
hng n cỏc t bo xung quanh.
nc ta, nh cú v trớ a lý v khớ hu thun li nờn hng nm sn
lng ỏnh bt thu, hi sn rt ln. õy l ngun nguyờn liu phong phỳ cho
vic iu ch CT/CS.Vic iu ch CT/CS t nguyờn liu v tụm, cua, mai
mccũn cú mt mc ớch na l tn dng nhng ph thi t cỏc nh mỏy
ch bin thu, hi sn (v tụm, cua, mai mc) lm sch v bo v mụi
trng mt vn cng ang c ton th gii quan tõm hng u.
Vi mc ớch tn dng ngun nguyờn liu r tin, sn cú, bo v mụi
trng v nõng cao ng dng ca CT/CS trong Y, Dc hc v úng gúp mt
phn vo vic phỏt trin cụng ngh nanụ ng dng trong Y Sinh hc v
cụng ngh Dc phm, trong phm vi lun vn ny chỳng tụi ó t ra nhng
nhim v sau:
Chit xut CT/CS t v tụm
Xỏc nh cỏc thụng s c trng ca CS nguyờn liu


Gii thiu chung v Chitin (CT)/Chitosan (CS)

1.1.1. Ngun gc CT/CS
CT/CS cú ch yu trong v cng ca cỏc loi ng vt giỏp xỏc nh:
tụm, cua, mai mc, to bin, v ca b cỏnh cng [12]vỡ vy trong s cỏc
polime ngun gc t nhiờn sn lng ca CT/CS rt ln (ch ng th hai sau
xenlulo).
Trong mi loi nguyờn liu ta thu c nhng dn xut khỏc nhau.
Bng phng phỏp nhiu x tia X, ngi ta ó chng minh c CT tn ti
ba dng cu trỳc , v , c ba dng ny u cú cu trỳc tinh th rt cht ch
v u n ch khỏc nhau s sp xp cỏc mch phõn t trong tinh th (hỡnh
1.1). T v tụm, cua ta thng thu c - CT, - CT cú cu trỳc mch
ngc chiu nhau u n nờn ngoi liờn kt hiro trong mt lp v h chui,
nú cũn cú lc liờn kt hiro gia cỏc lp, do cỏc chui thuc lp k nhau nờn
rt bn vng. Loi CT ny l loi ph bin nht trong t nhiờn. - CT thng
c tỏch ra t mai mc ng, loi ny trong t nhiờn ớt hn rt nhiu so vi
- CT. - CT c tỏch ra t si kộn ca b cỏnh cng, mai mc nang, - CT
cú tr lng rt ớt. - CT cú th chuyn v - CT nh quỏ trỡnh axetyl hoỏ
cho cu trỳc tinh th bn vng hn.

- CT

- CT

- CT

Nguyễn Thị Thuý Nga




Nguyễn Thị Thuý Nga


12

Luận văn cao học
cu trỳc ca CT, cũn khi thay bng nhúm NH2 ta c cu trỳc ca CS (cụng
thc1.1)

ch2oh
o
h
h
o
oh h

ch2oh
o
h
h
oh h

h

h
h

o



ch2oh
o
h
h
o
oh h

ch2oh
o
h
h
oh h
h
h

nhcoch3 h

o

h
nhcoch3
n

(ct1.2)

Cụng thc lý thuyt ca CT

Nguyễn Thị Thuý Nga



Phn ng este hoỏ: CT tỏc dng vi axit nitric m c cho sn phm

CT nitrat; tỏc dng vi anhiric sunfuric trong pyriin, ioxan v N, Ndimetyl anilin cho sn phm CT sunfonat.; tỏc dng vi axit cloaxetic to ra
cacboxymetylCT.
1.1.2.2. Cu trỳc v tớnh cht ca CS

ch2oh
o
h
h
oh h
h

h
nh2

ch2oh
o
h
h
o
oh h
h

o

h
nh2
n

h
h
oh h
h
h

nh2

h
n

o

h
nhcoch3
m

(ct1.4)

Cụng thc chớnh xỏc ca CT/CS
CS c Rouget phỏt hin ln u tiờn vo nm 1859, khi ụng un sụi
CT trong dung dch KOH c.
Do CS cú nhúm amin nờn tớnh cht ca nú khỏc rt nhiu so vi CT.
CS tan c trong xớt loóng, õy cng chớnh l c im d nht ta phõn
bit CT v CS.
Tớnh cht vt lý ca CS
CS th rn tn ti di hai dng: dng tinh th v dng vụ nh hỡnh.
CS khụng tan trong nc, kim c v loóng, khụng tan trong cn, axeton v

Nguyễn Thị Thuý Nga


Nhúm amin trong phõn t cú th b kh do mt s tỏc nhõn oxy hoỏ

nh Ba(BrO)2, AgNO3, N2O3, HNO2, [12]
1.1.3. Mt s phng phỏp xỏc nh deaxetyl hoỏ (DD) ca CT/CS
1.1.3.1. Phng phỏp da vo ph cng hng t ht nhõn proton (H 1NMR)
õy l phng phỏp cho chớnh xỏc cao nht. Da vo giỏ tr tớch
phõn ph H1- NMR cỏc tớn hiu pic ca nhúm CH3 v H v trớ 2,3,4,5,6 v
6 (v trớ C th 6 ca nhõn th hai) ta cú th xỏc nh c deaxetyl hoỏ
CT/CS [19].
1.1.3.2. Phng phỏp da vo ph hng ngoi (IR)
T ph IR ngi ta xỏc nh hp th A ca cỏc nh ti s súng xỏc
nh.Vi mu CT /CS cú DD cao khong 90% tr lờn ngi ta xỏc nh A1655

Nguyễn Thị Thuý Nga


16

Luận văn cao học
(amit 1) v A2867 (CH) theo ph IR. Tớnh t l A1655 / A2867 v theo th
tng quan chun xỏc inh DD trong mu CT /CS .
Vi mu CT /CS cú DD thp ngi ta cú th xỏc nh DD da
trờn di hp th 1550 cm-1 (amit II).Tớnh t l A1550/A2867 v theo th
tng quan chun xỏc nh deaxetyl hoỏ ca mu CT/CS [12].
1.1.3.3. Phng phỏp chng ct CT/CS vi axit phosphoric
Tỏch gc axetyl trong CT/CS ra di dng axit axetic bng axit
phosphoric nhit cao. Sau ú nh lng axit axetic bng phng phỏp
chun th tớch [25].
1.1.3.4. Phng phỏp da vo phn ng ca CT/CS vi ninhyrin.

Khi lng phõn t trung bỡnh ca CT/CS ( M ) ch mang ý ngha l
mt i lng thng kờ. Khụng ging nh nhng hp cht cú khi lng phõn
t thp nú l hng s, CT/CS phi ly khi lng phõn t trung bỡnh do cỏc
nguyờn nhõn nh: s deaxetyl hoỏ luụn xy ra khụng hon ton nờn trong
phõn t cú ln c nhúm axetyl v nhúm amin; cỏc mch i phõn t cú kớch
thc di ngn khỏc nhau; cỏc liờn kt ngang to thnh gia cỏc mch i
phõn t
Theo cỏc ti liu thỡ cú mt s cỏch xỏc nh khi lng phõn t trung
bỡnh nh sau:


Phng phỏp o khi lng phõn t trung bỡnh trc tip nh:
-

Phng phỏp tỏn x ỏnh sỏng (light scattering)

-

Phng phỏp xỏc nh khi lng phõn t theo tng im sụi
(ebulioscopy).

-

Phng phỏp xỏc nh khi lng phõn t trung bỡnh theo h
nhit ụng c (cryoscopy).

-

Phng phỏp xỏc nh khi lng phõn t trung bỡnh theo ỏp
sut thm thu (osmometry).

Khi tham gia các phản ứng thế CT/CS hay xảy ra đồng thời ở cả hai
nhóm chức – OH và - NH2. Kết quả của phản ứng là hỗn hợp của nhiều loại
sản phẩm thế ở vị trí – O hay – N hoặc cả hai – O và - N. Ví dụ: CS phản ứng
với hỗn hợp NaOH và ClCH2COONa thu được sản phẩm có chứa N,O –
Cacboxylmetyl CT/CS theo phương trình:
Ch2oh
h

Ch2och2cooh
O

O
h

h

h

o
oh

h

h

nh2

o
och2coohh



- N=C-

(CH2)2COOH
CH3
Ketimin

NguyÔn ThÞ Thuý Nga


19

Luận văn cao học
- CH2OH
CS - OH
NaBH4

- NH-CH-(CH2)2COOH
CH3 N[(4-metyl) cacboxybutyl] CS

Sn phm CS vi axit levulinic to thnh dn xut ca CS tan trong
nc v cú tỏc dng khỏng khun, cha lin vt thng [12].
1.1.5.4. Dn xut CS th bc bn
Vớ d:
- CH2OH
CS - OH

- CH2OH
CH3I/NaOH


Năm 1983 cơ quan quản lý thuốc và thực phẩm của Mỹ (United States
Food and Drug Administration – FDA) đã chấp nhận dùng CS làm chất phụ
gia trong thực phẩm và dược phẩm.
CS chính thức được WHO cho phép sử dụng trong Y, dược [13].
Trong thuốc – thực phẩm CT/CS có thể dùng cho bổ dưỡng sức khoẻ,
giảm cân nặng, giảm cholesterol xấu trong máu, bảo quản thực phẩm.
Ngoài ra nhờ tính chất này CT/CS còn được sử dụng làm tá dược trong
bào chế thuốc, làm vật liệu y sinh…
1.1.6.2. Một số hoạt tính sinh học và ứng dụng của CT/CS trong Y-Dược.
a. Khả năng kháng nấm, kháng khuẩn của CT/CS và ứng dụng trong Y Dược
Qua khảo sát khả năng kháng nấm, kháng khuẩn của CT/CS người ta
thấy nó có tính chất kháng nấm, kháng khuẩn. Với nhiều mức độ khối lượng
phân tử trung bình khác nhau các nhà khoa học đi đến kết luận: CS có khối
lượng phân tử trung bình khoảng 100.000 –300.000 có tác dụng kháng khuẩn
cao nhất [26]. Cơ chế kháng này của CT/CS được đưa ra bởi nhiều giả thiết
khác nhau như: Sự tương tác giữa các điện tích dương của phân tử CS với
điện tích âm của màng tế bào vi khuẩn gây thẩm thấu protein và các thành
phần nội bào khác làm tiêu diệt vi khuẩn. CS mang điện tích dương trên
cacbon ở vị trí số 2 ở pH

Mt s phng phỏp sn xut CT/CS v ch to nanụ CS.

1.2.1. Mt s phng phỏp sn xut CT/CS.

Nguyễn Thị Thuý Nga


22

Luận văn cao học
Tu tng nguyờn liu m hm lng CT/CS khỏc nhau [12].
Hm lng CT trong v mt s loi ng vt giỏp xỏc
TT

Phõn loi

Hm lng CT (hm lng khụ) (%)

1

u tụm

11

2

V tụm

27


8

a bin

34 - 49

CT tn ti trong t nhiờn thng cú DD < 10%, chỳng thng dng
kt hp vi protein (tht cỏc ng vt m ta ly v) v mt s mui vụ c
(chng hn mui cacbonat). Vỡ vy phng phỏp sn xut CS da trờn nguyờn
tc loi protein, cỏc mui vụ c v cỏc tp chtra khi CT, ri deaxetyl hoỏ
thu c CS .
1.2.1.1. Phng phỏp thu nhit
Phng phỏp ny giỳp ta iu ch c trc tip CS t nguyờn liu ban
u khụng qua giai on iu ch CT. u im ca phng phỏp ny l thi
gian thc hin ngn, s dng cỏc hoỏ cht thụng dng v phự hp khi mun
thu c CS trong thi gian ngn. Tuy nhiờn phng phỏp ny cú nhc im
l tiờu tn nhiu nng lng cho cỏc giai on sn xut.
1.2.1.2. Phng phỏp s dng enzim thu phõn protein

Nguyễn Thị Thuý Nga


23

Luận văn cao học
Mt s enzim thng c s dng thu phõn protein nh: proteaza,
proteolytic, papain, trypsin,Ngi ta s dng cỏc enzim ny tỏch CT,
sau ú dựng NaOH c deaxetyl hoỏ CT thnh CS [12].
Ban u nguyờn liu cha CT c ra sch, xay nh, nu sụi. Sau ú


phn ng

ng (0C)

H (%)

(%mol)

(gi)
1:0,5

2

80

12,25

18,72

1:0,75

2

80

19,23

14,4


Nguyễn Thị Thuý Nga


73

LuËn v¨n cao häc
Hiệu suất gắn (H) được tính theo công thức 2.10, khả năng gắn (C)
được tính theo công thức 2.11.
Từ kết quả bảng 2.6 chúng tôi thấy tỉ lệ CS:ART 1:0,5 và 1:0,75 cho
hiệu suất gắn thấp. Tỉ lệ CS:ART từ 1:1 trở lên cho khả năng gắn cao hơn.
Mục đích của nghiên cứu là tìm điều kiện để có được khả năng gắn cao. Tỉ lệ
1:2 và 1:3 có khả năng gắn cao tương đương với tỉ lệ 1:1. Chúng tôi chọn tỉ lệ
1:1 là tỉ lệ tốt nhất vì với tỉ lệ 1:2 và 1:3 cũng có khả năng gắn như vậy nhưng
tốn nhiều ART (lượng ART dư nhiều)
Như vậy điều kiện tốt nhất để gắn ART lên chất mang CS là nhiệt đô
800C, thời gian 2 giờ và tỉ lệ CS:ART là 1:1.

3.3.2.2. Nghiên cứu CS-ART bằng phổ IR

NguyÔn ThÞ Thuý Nga


74

Luận văn cao học

Độ hấp thụ (đơn vị tùy ý)

1.0


-0.1
4000

3000

2000

1000

0

-1

Số sóng (cm )

Hỡnh 3.12: Ph IR ca CS v CS-ART
Hỡnh 3.12 so sỏnh ph hng ngoi ca CS v CS-ART ta thy: trờn ph
IR ca CS-ART cú pic vi s súng 1652 cm-1 ng vi tn s c trng ca
nhúm amit (-NH-CO-), iu ny chng minh ó cú s gn ca ART lờn cht
mang CS.
3.3.2.3. C ch liờn kt gia CS-ART
T kt qu nghiờn cu chỳng tụi d kin phn ng ca ART v CS nh
sau:

Nguyễn Thị Thuý Nga