Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực khoa học vật liệu cao phân tử, các polymer chức năng có khả năng đáp ứng kích thích từ môi trường bên ngoài (thường gọi là polymer thông minh - smart polymers) đang trở thành hướng nghiên cứu trọng điểm nhằm phục vụ các ứng dụng trong y sinh, nông nghiệp và môi trường. Trong số các polymer nhạy nhiệt, poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) được nghiên cứu rộng rãi do sở hữu nhiệt độ dung dịch tới hạn dưới (LCST) ở khoảng 32 °C, rất gần với nhiệt độ cơ thể người. Tuy nhiên, pNIPAM tồn tại hạn chế về khả năng tương thích sinh học và giá thành tương đối cao, tạo rào cản cho các ứng dụng thực tế.

Nhằm khắc phục nhược điểm của pNIPAM, poly(N,N'-diethylacrylamide) (pDEA) được đưa vào nghiên cứu như một vật liệu thay thế tiềm năng nhờ đặc tính tương thích sinh học tốt hơn và nhiệt độ LCST tương đương (~31 °C). Dù vậy, pDEA lại thể hiện độ nhạy nhiệt kém hơn pNIPAM do cấu trúc nhóm amine bậc ba không hình thành được liên kết hydro nội phân tử. Để giải quyết mâu thuẫn này, việc phối hợp hai monomer DEA và NIPAM kết hợp comonomer acid acrylic (AAc) nhạy pH cho phép tạo ra hệ vật liệu tích hợp khả năng đáp ứng đồng thời cả nhiệt độ và pH.

Bên cạnh đó, các hydrogel thông thường gặp trở ngại lớn trong việc kiểm soát động học hấp thu và giải phóng hoạt chất. Hệ mạng polymer bán xen kẽ (Semi-IPN - Semi-Interpenetrating Polymer Networks), được hình thành bằng cách phân bố các chuỗi copolymer mạch thẳng vào trong mạng lưới không gian ba chiều, mang lại giải pháp cải thiện độ ổn định cơ học, tăng diện tích bề mặt và đẩy nhanh tốc độ đáp ứng kích thích. Trên cơ sở đó, paracetamol được lựa chọn làm dược chất mô hình để đánh giá tiềm năng dẫn truyền thuốc của hệ vật liệu này.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể gồm:

  1. Tổng hợp và nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng polymer mạch thẳng (linear polymer) đến tính chất, cấu trúc của vật liệu Semi-IPN p(NIPAM – co – AAc)/pDEA.
  2. Tổng hợp và nghiên cứu mẫu Semi-IPN pDEA đóng vai trò mẫu đối chứng.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành ba nội dung chính:

  1. Tìm hiểu tổng quan lý thuyết về polymer, hydrogel và tiến hành tổng hợp các mẫu Semi-IPN hydrogel.
  2. Nghiên cứu khả năng nhạy kép nhiệt độ – pH của hydrogel trên cơ sở N,N'-diethylacrylamide.
  3. Nghiên cứu và đánh giá khả năng mang thuốc và giải phóng thuốc của bộ mẫu Semi-IPN hydrogel đối với dược chất mô hình Paracetamol.

Đối tượng nghiên cứu là hệ vật liệu hydrogel bán xen kẽ Semi-IPN p(NIPAM – co – AAc)/pDEA với các tỷ lệ copolymer mạch thẳng khác nhau, cùng mẫu đối chứng Semi-IPN pDEA và mô hình hấp thu - giải phóng hoạt chất paracetamol.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, trong mốc thời gian từ ngày 15/02/2022 đến ngày 05/08/2022.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên cơ sở lý thuyết về mạng lưới polymer bán xen kẽ (Semi-IPN) theo định nghĩa của IUPAC: hệ bao gồm một hoặc nhiều mạng polymer không gian và một hoặc nhiều chuỗi polymer mạch thẳng hoặc phân nhánh, thâm nhập ở quy mô phân tử mà không có liên kết cộng hóa trị giữa hai thành phần.

Về cơ chế đáp ứng kích thích:

  • Cơ chế nhạy nhiệt: Dựa trên hiện tượng chuyển pha ở nhiệt độ dung dịch tới hạn dưới (LCST). Ở nhiệt độ dưới LCST, liên kết hydro giữa các nhóm amide trên mạch polymer và các phân tử nước chiếm ưu thế, giữ cho mạng hydrogel ở trạng thái trương nở ngậm nước. Khi nhiệt độ vượt quá LCST, tương tác kỵ nước giữa các nhóm alkyl tăng mạnh, phá vỡ liên kết hydro và làm chuỗi polymer co cụm lại, dẫn đến quá trình nhả nước và co ngót mạng lưới (deswelling).
  • Cơ chế nhạy pH: Nhờ sự hiện diện của comonomer acid acrylic (AAc) với nhóm chức carboxylic (-COOH, $pK_a \approx 4,25$). Ở môi trường pH kiềm, các nhóm -COOH bị khử proton thành anion carboxylate ($-COO^-$), làm xuất hiện lực đẩy tĩnh điện giữa các điện tích cùng dấu dọc mạch phân tử, tạo ra không gian tự do lớn hơn và làm tăng độ trương nở. Ngược lại, ở môi trường pH axit, các nhóm chức bị proton hóa về dạng trung hòa, làm giảm lực đẩy tĩnh điện và giảm độ trương.

Quá trình chế tạo vật liệu sử dụng phản ứng trùng hợp gốc tự do trong dung dịch nước, sử dụng cặp chất khơi mào - xúc tiến oxy hóa khử Ammonium persulfate (APS) và Tetramethylethylenediamine (TEMED), kết hợp với chất tạo liên kết ngang cộng hóa trị N,N'-methylenebisacrylamide (MBA).

Hóa chất / Nguyên liệu Vai trò trong hệ Nhà cung cấp Xử lý ban đầu
N-isopropylacrylamide (NIPAM) Monomer nhạy nhiệt cho copolymer thẳng Aldrich Chemical Corp (USA) Tái kết tinh 2 lần trong n-hexane (4-7 ngày)
Acid Acrylic (AAc) Comonomer nhạy pH Shanghai Aladdin Biochemical (Trung Quốc) Sử dụng nguyên gốc
N,N'-diethylacrylamide (DEA) Monomer nhạy nhiệt tạo mạng nền Tokyo Chemical Industry - TCI (Nhật Bản) Sử dụng nguyên gốc
N,N'-methylenebisacrylamide (MBA) Chất tạo liên kết ngang (crosslinker) Alfa Aesar Co. (USA) Sử dụng nguyên gốc
Ammonium persulfate (APS) Chất khơi mào gốc tự do Aecore Chemical Pty. (Australia) Pha dung dịch nước (0,4720 g / 25 mL)
Tetramethylethylenediamine (TEMED) Chất xúc tiến phản ứng EMD Millipore Corp (USA) Pha dung dịch nước (4,0 mL / 25 mL)
Paracetamol (Acetaminophen) Dược chất mô hình khảo sát mang/nhả Chuẩn hóa chất thực nghiệm Bột trắng, CAS: 103-90-2

Hệ thống thiết bị phân tích thực nghiệm bao gồm:

Thiết bị phân tích Model - Hãng sản xuất Chỉ tiêu khảo sát
Máy đo kích thước hạt nano (DLS) Malvern (Anh) Kích thước hạt copolymer p(NIPAM-co-AAc) tại 25 °C và 45 °C
Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR FT/IR-4700 / PerkinElmer Spectrum 10.2 Phân tích nhóm chức hóa học của monomer và vật liệu gel
Máy phân tích cấu trúc cơ tính Brookfield CT3 (USA) Ứng suất nén và phần trăm biến dạng của mẫu hydrogel
Máy đo lưu biến HAAKE RheoStress 1 (Thermo Fisher Scientific, USA) Mô đun lưu trữ ($G'$), mô đun tổn hao ($G''$) và xác định LCST
Kính hiển vi điện tử quét SEM S-4700 (Hitachi, Nhật Bản) Vi cấu trúc bề mặt và kích thước lỗ xốp mạng lưới
Máy quang phổ tử ngoại - khả kiến UV-Vis 2 chùm tia UH5300 (Hitachi, Nhật Bản) Xây dựng đường chuẩn và đo nồng độ Paracetamol hấp thu/nhả

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về polymer, từ các định nghĩa cơ bản, phân loại polymer theo cấu trúc mạch (mạch thẳng, mạch nhánh, mạch không gian ba chiều) và phân loại copolymer (ngẫu nhiên, xen kẽ, khối, ghép). Tác giả đi sâu vào định nghĩa hydrogel như một mạng lưới polymer ba chiều có khả năng ngậm lượng nước lớn mà không bị hòa tan nhờ các liên kết chéo. Phân loại hydrogel được trình bày toàn diện theo nguồn gốc (tự nhiên, tổng hợp, bán tổng hợp), theo cơ chế liên kết ngang (khâu mạng vật lý qua liên kết hydro, xử lý nhiệt, chu trình đông lạnh - rã đông, tương tác điện tích; và khâu mạng hóa học qua đồng trùng hợp, enzyme, liên kết polymer - polymer), cũng như phân loại theo khả năng đáp ứng môi trường (hydrogel thông thường và hydrogel thông minh).

Các dòng hydrogel nhạy nhiệt, nhạy pH, nhạy điện và nhạy kích thích kép nhiệt-pH được phân tích chi tiết về cơ chế hoạt động. Phần tiếp theo làm rõ khái niệm mạng IPN và Semi-IPN theo tiêu chuẩn IUPAC, nhấn mạnh ưu thế vượt trội của Semi-IPN về độ xốp, diện tích bề mặt riêng và tốc độ đáp ứng động học khi các chuỗi polymer mạch thẳng được lồng ghép vật lý vào mạng không gian. Cuối chương, tác giả tổng hợp dữ liệu lý hóa, độc tính và ứng dụng của paracetamol, cùng các thông số kỹ thuật (nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, tỷ trọng, chiết suất, độc tính và cơ chế phản ứng) của hệ monomer và hóa chất thực nghiệm: NIPAM, DEA, AAc, MBA, APS và TEMED.

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết quy trình thực nghiệm được chia thành 4 giai đoạn logic. Quy trình tổng hợp copolymer mạch thẳng p(NIPAM-co-AAc) được thực hiện với tỷ lệ monomer AAc chiếm 1% mol:

  • Bước 1: Nạp 2,0 g NIPAM đã tái kết tinh, 12,2 µL AAc và 6,2 mL nước cất vào bình cầu 100 mL; hút chân không liên tục, khuấy đồng nhất và hạ nhiệt độ hệ phản ứng xuống dưới 5 °C trong 60 phút.
  • Bước 2: Tiêm 4,6 mL dung dịch APS (0,4720 g/25 mL nước) vào hệ, khuấy phản ứng từ 3 đến 5 phút.
  • Bước 3: Bơm 9,2 mL dung dịch TEMED (4,0 mL/25 mL nước) và tiếp tục duy trì khuấy trong 2 giờ. Dung dịch sau phản ứng được ổn định 24 giờ trong tủ lạnh.
  • Bước 4: Copolymer được cho vào màng lọc thẩm tách (cắt khối lượng phân tử 10.000 g/mol) để rửa loại monomer dư trong 7 ngày, sau đó đem sấy đông khô ở -40 °C.

Tiếp theo, bộ mẫu Semi-IPN p(NIPAM-co-AAc)/pDEA được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp gốc tự do của DEA với chất tạo lưới MBA khi có mặt copolymer p(NIPAM-co-AAc) với các tỷ lệ thể tích khảo sát lần lượt là: 0% (mẫu pDEA đối chứng), 12,5%, 25%, 37,5% và 50% so với tổng thể tích mẫu. Các phương pháp đánh giá đặc tính bao gồm: đo DLS ở 25 °C và 45 °C; phổ FTIR; phân tích cơ tính nén mẫu hình trụ trên máy Brookfield CT3; đo lưu biến dao động ($G', G''$) trên máy HAAKE RheoStress 1 quét từ 20 °C đến 50 °C; khảo sát tỷ lệ trương nở cân bằng ($SR$) và tốc độ nhả nước ($WR$); khảo sát sự biến đổi độ trương trong dãy pH từ 2 đến 12; xây dựng đường chuẩn UV-Vis của dung dịch paracetamol tại bước sóng cực đại trong nước cất, môi trường pH 2 và pH 7,4; và thiết lập quy trình đánh giá dung lượng hấp thu thuốc cũng như động học giải phóng thuốc ở 37 °C và 40 °C.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 tập trung phân tích các dữ liệu thực nghiệm thu được từ hệ vật liệu:

  • Phân tích DLS và FTIR: Phổ DLS của dung dịch copolymer p(NIPAM-co-AAc) cho thấy sự thu hẹp rõ rệt kích thước hạt khi nâng nhiệt độ từ 25 °C lên 45 °C, chứng minh sự co cum mạch do tương tác kỵ nước trên điểm LCST. Phổ FTIR của các mẫu Semi-IPN xác nhận sự hình thành cấu trúc mạng với sự hiện diện đồng thời của dải hấp thụ nhóm amide I (C=O kéo dãn ở ~1640–1650 cm⁻¹), biến dạng N-H ở ~1540 cm⁻¹, dải dao động của nhóm carboxylat từ AAc và các dải dao động alkyl đặc trưng của nhóm ethyl (trong DEA) và isopropyl (trong NIPAM).
  • Cơ tính và hình thái học SEM: Kết quả thử nghiệm cơ tính nén cho thấy khi tăng hàm lượng linear copolymer từ 0% đến 50%, ứng suất nén của vật liệu có xu hướng giảm dần (xuống mức ~0,004 N/mm²), trong khi độ biến dạng tương đối lại tăng dần (đạt mức ~57%). Ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM chứng minh kích thước lỗ xốp trung bình tăng từ 131 nm (ở mẫu chứa ít copolymer) lên các giá trị lớn hơn khi tỷ lệ linear copolymer đạt 50%, do sự xen kẽ của các chuỗi polymer mạch thẳng cản trở mật độ liên kết ngang chặt chẽ, tạo cấu trúc xốp mở.
  • Đặc tính lưu biến và độ trương nở: Phép đo lưu biến theo nhiệt độ xác nhận điểm LCST của hệ Semi-IPN nằm trong khoảng 34 °C (nơi đường biểu diễn $G'$ và $G''$ có sự biến đổi đột ngột). Tỷ lệ trương nở cân bằng ($SR$) và tốc độ trương nở tăng thuận theo hàm lượng linear copolymer. Khảo sát theo pH cho thấy hydrogel có độ trương thấp nhất ở môi trường trung tính pH 7 và đạt độ trương nở cực đại ở môi trường kiềm mạnh pH 12 do sự ion hóa hoàn toàn của nhóm -COOH thành $-COO^-$.
  • Khả năng mang và giải phóng Paracetamol: Khả năng hấp thu paracetamol tăng dần theo tỷ lệ linear copolymer, từ mốc ban đầu lên trên 12 mg hoạt chất/g gel khô. Về động học giải phóng: ở 40 °C (vượt quá LCST), tốc độ giải phóng paracetamol diễn ra chậm hơn đáng kể so với ở 37 °C (dưới LCST) do mạng lưới hydrogel co thắt kẹp giữ hoạt chất. Môi trường pH 7,4 cho khả năng giải phóng thuốc nhanh và thuận lợi hơn nhiều so với môi trường pH 2.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Tác giả tổng kết lại các mục tiêu đã hoàn thành: chế tạo thành công hệ vật liệu Semi-IPN nhạy kép nhiệt độ - pH với 5 tỷ lệ linear copolymer khác nhau; xác lập quy luật ảnh hưởng của hàm lượng copolymer thẳng đến vi cấu trúc, độ xốp, cơ tính và động học trương nở/nhả nước của hydrogel; chứng minh khả năng nạp và nhả paracetamol có kiểm soát theo nhiệt độ và pH sinh lý. Phần kiến nghị định hướng nghiên cứu sâu hơn về tính tương thích sinh học in vitro/in vivo và thử nghiệm trên các hoạt chất trị liệu chuyên biệt.


Kết quả và đóng góp nghiên cứu

Khóa luận đã định lượng hóa mối quan hệ giữa hàm lượng linear copolymer p(NIPAM-co-AAc) và các tính chất hóa lý của mạng lưới Semi-IPN p(NIPAM-co-AAc)/pDEA:

Thông số / Đặc tính khảo sát Xu hướng khi tăng hàm lượng Linear Copolymer (0% → 50% thể tích) Giá trị / Biểu hiện thực nghiệm ghi nhận
Ứng suất nén cực đại (Compressive stress) Giảm dần Giảm về mức ~0,004 N/mm²
Độ biến dạng (Deformation percentage) Tăng dần Đạt giá trị ~57%
Kích thước lỗ xốp trung bình (SEM) Tăng dần Tăng từ mốc 131 nm lên kích thước lớn hơn
Tỷ lệ trương nở cân bằng ($SR$) Tăng dần Tăng tỷ lệ thuận theo hàm lượng chuỗi thẳng
Nhiệt độ chuyển pha (LCST từ lưu biến) Ổn định quanh vùng nhiệt độ sinh lý Xác định ở khoảng 34 °C
Độ trương nở theo pH môi trường Phụ thuộc mạnh vào trạng thái ion hóa Trương nở thấp nhất ở pH 7; cực đại ở pH 12
Đương lượng hấp thu Paracetamol tối đa Tăng dần Tăng từ mốc cơ sở lên trên 12 mg/g
Động học giải phóng Paracetamol theo nhiệt độ Nhiệt độ cao giải phóng chậm hơn nhiệt độ thấp Tốc độ nhả tại 37 °C nhanh hơn tốc độ tại 40 °C
Động học giải phóng Paracetamol theo pH Môi trường kiềm nhẹ giải phóng thuận lợi hơn Tỷ lệ nhả thuốc tại pH 7,4 vượt trội so với pH 2

Đóng góp khoa học của đề tài:

  • Khắc phục thành công điểm yếu về độ nhạy nhiệt kém của pDEA đơn thuần bằng cách kết hợp chuỗi copolymer p(NIPAM-co-AAc) trong cấu trúc Semi-IPN, tạo ra hệ vật liệu vừa có tính tương thích sinh học cao của pDEA, vừa giữ được độ nhạy nhiệt nhạy bén của pNIPAM.
  • Tích hợp thành công tính năng nhạy kép nhiệt - pH vào một hệ gel thông qua lượng comonomer acid acrylic phân bố đều trên mạch thẳng.
  • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm về cơ chế kiểm soát tốc độ giải phóng paracetamol: cấu trúc co ngót ở nhiệt độ cao (40 °C) tạo rào cản khuếch tán làm chậm quá trình nhả thuốc, trong khi môi trường đệm pH 7,4 kích thích giải phóng dược chất nhanh chóng, mở ra tiềm năng ứng dụng làm hệ dẫn thuốc hướng đích đường tiêu hóa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo nội dung trình bày của tác giả trong văn bản, nghiên cứu còn một số giới hạn:

  • Các đánh giá khả năng mang và phóng thích thuốc mới dừng lại ở quy mô thử nghiệm in vitro trong các hệ dung dịch đệm tĩnh (nước cất, dung dịch đệm pH 2 và pH 7,4), chưa mô phỏng đầy đủ điều kiện enzyme và nhu động sinh học phức tạp của đường tiêu hóa.
  • Đề tài chưa tiến hành các thử nghiệm độc tính tế bào (cell viability/cytotoxicity assays) trực tiếp trên các dòng tế bào sống đối với vật liệu sau tổng hợp để kiểm chứng định lượng mức độ tương thích sinh học so với pNIPAM nguyên bản.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất bao gồm:

  • Mở rộng thử nghiệm mang và phóng thích với các nhóm dược chất điều trị khác (như thuốc chống viêm, thuốc kháng sinh, thuốc ung thư).
  • Thực hiện các đánh giá chuyên sâu về tính tương thích sinh học in vitro và in vivo.
  • Khảo sát tối ưu hóa thêm tỷ lệ % mol của AAc trong copolymer để tinh chỉnh điểm LCST và độ nhạy pH phù hợp chính xác với từng mô đích điều trị cụ thể trong cơ thể người.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận là tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Hóa Polymer, Khoa học Vật liệu và Công nghệ Dược phẩm / Y sinh.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao:

  • Quy trình thực nghiệm tổng hợp copolymer mạch thẳng p(NIPAM-co-AAc) bằng hệ oxy hóa khử APS/TEMED ở nhiệt độ thấp (< 5 °C), kèm phương pháp tinh chế bằng màng thẩm tách 10 kDa trong 7 ngày và sấy đông khô tại -40 °C.
  • Phương pháp phối trộn và tạo mạng Semi-IPN trực tiếp giữa monomer DEA và copolymer thẳng p(NIPAM-co-AAc) theo các tỷ lệ thể tích chuẩn xác.
  • Quy trình phân tích lưu biến dao động xác định nhiệt độ chuyển pha LCST thông qua giao điểm hoặc điểm uốn của các đường mô đun $G'$ và $G''$.
  • Phương pháp thực nghiệm xây dựng đường chuẩn UV-Vis đa môi trường (nước, pH 2, pH 7,4) để định lượng nồng độ paracetamol phục vụ tính toán dung lượng mang và tốc độ giải phóng hoạt chất.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao tác giả phải thực hiện tái kết tinh NIPAM hai lần trong n-hexane kéo dài từ 4 đến 7 ngày trước khi tổng hợp?
NIPAM thương mại thường chứa một lượng nhỏ chất ức chế phản ứng và dễ bị tự trùng hợp một phần khi bảo quản ở nhiệt độ thường. Quá trình tái kết tinh 2 lần trong n-hexane giúp loại bỏ tạp chất và chất ức chế, sắp xếp lại cấu trúc tinh thể đồng đều nhằm đảm bảo phản ứng trùng hợp gốc tự do diễn ra ổn định và sản phẩm polymer đạt tính chất đồng nhất.

Hàm lượng linear copolymer ảnh hưởng như thế nào đến ứng suất nén và biến dạng của vật liệu Semi-IPN?
Khi tăng hàm lượng linear copolymer từ 0% đến 50% thể tích, ứng suất nén của hydrogel giảm dần xuống mức khoảng 0,004 N/mm², trong khi phần trăm biến dạng tăng lên đến khoảng 57%. Sự thâm nhập của các chuỗi polymer mạch thẳng làm giảm mật độ khâu mạng không gian, nới rộng khoảng trống bên trong và làm tăng kích thước lỗ xốp (từ 131 nm trở lên), khiến vật liệu trở nên mềm dẻo hơn và chịu biến dạng lớn hơn trước khi bị phá hủy.

Vì sao tốc độ giải phóng Paracetamol của hydrogel ở 40 °C lại chậm hơn so với ở 37 °C?
Nhiệt độ chuyển pha LCST của hệ vật liệu Semi-IPN được xác định ở khoảng 34 °C. Ở 37 °C và đặc biệt là 40 °C, nhiệt độ môi trường đã vượt qua điểm LCST, khiến các chuỗi polymer trải qua quá trình chuyển pha từ ưa nước sang kỵ nước và co cụm lại (deswelling). Mạng lưới hydrogel bị co rút chặt chẽ, thu hẹp kích thước các kênh mao quản, tạo rào cản cản trở sự khuếch tán của các phân tử paracetamol ra ngoài dung dịch, dẫn đến tốc độ nhả thuốc ở 40 °C chậm hơn ở 37 °C.

Tại sao hydrogel lại thể hiện độ trương nở kém nhất ở pH 7 nhưng lại trương nở cực đại ở pH 12?
Trong cấu trúc của vật liệu có chứa các nhóm carboxylic (-COOH) từ monomer AAc với $pK_a \approx 4,25$. Ở môi trường pH 7, mức độ ion hóa chưa đạt cực đại so với môi trường kiềm mạnh. Khi chuyển sang môi trường kiềm pH 12, toàn bộ các nhóm -COOH bị ion hóa hoàn toàn thành các ion âm carboxylate ($-COO^-$). Lực đẩy tĩnh điện cực mạnh giữa các điện tích cùng dấu trên mạch polymer làm mạng lưới dãn nở tối đa, cho phép nước thẩm thấu vào nhiều nhất.


Kết luận

Khóa luận của tác giả Lâm Thanh Huy đã chế tạo và đánh giá thành công hệ vật liệu Semi-IPN hydrogel nhạy kép nhiệt độ - pH trên cơ sở phối hợp mạng lưới pDEA và chuỗi copolymer mạch thẳng p(NIPAM-co-AAc). Kết quả thực nghiệm đã làm sáng tỏ quy luật ảnh hưởng của hàm lượng copolymer thẳng: làm tăng kích thước lỗ xốp, tăng tỷ lệ trương nở cân bằng và nâng cao dung lượng hấp thu paracetamol lên trên 12 mg/g, đồng thời cải thiện độ dẻo dai cơ học của gel. Hệ vật liệu thể hiện cơ chế đáp ứng kép rõ rệt với nhiệt độ (LCST ~34 °C) và pH môi trường, cung cấp cơ sở thực nghiệm tin cậy cho định hướng phát triển các hệ mang dẫn dược chất có kiểm soát trong y sinh.