Khảo sát đặc tính của hydrogel từ chitosan kết hợp với vanillin

Khảo sát đặc tính hydrogel từ chitosan kết hợp vanillin, ứng dụng trong y học và công nghệ sinh học, mang lại tiềm năng lớn cho nghiên cứu.

• Tác giả: Lê Thị Huỳnh Như
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Vinh Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Khảo Sát Tính Chất Hydrogel Từ Chitosan Kết Hợp Với Vanillin
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Định nghĩa và phân loại
• 1.2. Các tính chất của hydrogel
• 1.3. Ứng dụng của hydrogel
• 1.4. Hydrogel từ vanillin và chitosan
• 1.4.1. Tổng quan về chitosan
• 1.4.2. Tính chất của chitosan
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH
• 2.1. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Sơ đồ quá trình thực hiện
• 2.2.2. Thuyết minh quy trình
• 2.3. KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHẤT CỦA HYDROGEL
• 2.3.1. Thời gian gel
• 2.3.2. Độ trương của hydrogel trong các môi trường khác nhau
• 2.3.3. Độ tan của hydrogel trong nước (Water solubility, WS)
• 2.3.4. Độ truyền quang và động học giải phóng vanillin từ hydrogel
• 2.3.5. FTIR - Fourier Transform Infrared Spectroscopy
• 2.3.6. Quan sát tự lành
• 2.3.7. Tính kháng khuẩn
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Thời gian gel
• 3.2. Độ trương hydrogel trong các môi trường
• 3.2.1. Độ trương của hydrogel trong nước
• 3.2.2. Độ trương theo pH
• 3.2.3. Độ trương trong ethanol
• 3.3. Độ tan của hydrogel trong nước
• 3.4. Phổ hấp thụ UV-Vis và độ truyền quang
• 3.5. Động học giải phóng vanillin từ hydrogel
• 3.6. FTIR - Fourier Transform Infrared Spectroscopy
• 3.6.1. Phổ FTIR của bột chitosan và vanillin khi chưa kết hợp
• 3.6.2. Phổ FTIR của hydrogel được làm từ chitosan kết hợp với vanillin
• 3.7. Quan sát tự lành
• 3.7.1. Quan sát tự lành bằng kính hiển vi
• 3.7.2. Quan sát tự lành bằng mắt thường
• 3.8. Kháng khuẩn
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hydrogel từ chitosan và vanillin

Hydrogel là một loại vật liệu đặc biệt, có khả năng giữ nước và tương thích sinh học cao. Việc kết hợp chitosan và vanillin để tạo ra hydrogel mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng kháng khuẩn và tự phục hồi. Nghiên cứu này sẽ khảo sát các tính chất của hydrogel từ chitosan và vanillin, nhằm đánh giá tiềm năng ứng dụng trong y tế.

1.1. Định nghĩa và phân loại hydrogel

Hydrogel được phân loại dựa trên cấu trúc và tính chất hóa học. Chúng có thể là homopolymer hoặc copolymer, với khả năng trương nở và giữ nước. Việc hiểu rõ về phân loại này giúp tối ưu hóa ứng dụng của hydrogel trong các lĩnh vực khác nhau.

1.2. Tính chất của hydrogel từ chitosan và vanillin

Hydrogel từ chitosan và vanillin có nhiều tính chất nổi bật như khả năng hấp thụ nước, độ đàn hồi và khả năng kháng khuẩn. Những tính chất này làm cho hydrogel trở thành vật liệu lý tưởng cho ứng dụng trong y tế và chăm sóc sức khỏe.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hydrogel

Mặc dù hydrogel từ chitosan và vanillin có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc phát triển và ứng dụng. Các vấn đề như độ ổn định, khả năng kháng khuẩn và chi phí sản xuất cần được giải quyết để tối ưu hóa hiệu quả của hydrogel.

2.1. Độ ổn định của hydrogel

Độ ổn định của hydrogel phụ thuộc vào tỷ lệ chitosan và vanillin. Việc điều chỉnh tỷ lệ này có thể giúp cải thiện tính chất cơ học và độ bền của hydrogel trong môi trường sử dụng.

2.2. Chi phí sản xuất hydrogel

Chi phí sản xuất hydrogel từ chitosan và vanillin cần được xem xét để đảm bảo tính khả thi trong ứng dụng thương mại. Việc sử dụng nguyên liệu sẵn có và quy trình sản xuất hiệu quả sẽ giúp giảm chi phí.

III. Phương pháp nghiên cứu hydrogel từ chitosan và vanillin

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hóa học và vật lý để khảo sát tính chất của hydrogel. Các phương pháp như FTIR, SEM và kiểm tra độ trương sẽ được áp dụng để đánh giá sự tương tác giữa chitosan và vanillin.

3.1. Phương pháp tổng hợp hydrogel

Hydrogel được tổng hợp thông qua phản ứng giữa nhóm aldehyde của vanillin và nhóm amine của chitosan. Quá trình này tạo ra các liên kết Schiff base, ảnh hưởng đến tính chất của hydrogel.

3.2. Phương pháp khảo sát tính chất

Các tính chất như độ trương, độ tan và khả năng kháng khuẩn sẽ được khảo sát thông qua các thí nghiệm trong môi trường khác nhau. Điều này giúp đánh giá hiệu quả của hydrogel trong ứng dụng thực tiễn.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của hydrogel

Kết quả nghiên cứu cho thấy hydrogel từ chitosan và vanillin có khả năng kháng khuẩn tốt và độ trương cao. Những tính chất này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong y tế, đặc biệt là trong việc phát triển băng vết thương thông minh.

4.1. Tính kháng khuẩn của hydrogel

Hydrogel từ chitosan và vanillin cho thấy khả năng kháng khuẩn vượt trội, giúp ngăn ngừa nhiễm trùng trong quá trình điều trị vết thương. Điều này làm tăng giá trị ứng dụng của hydrogel trong y tế.

4.2. Ứng dụng trong y tế

Hydrogel có thể được sử dụng trong các ứng dụng như băng vết thương, vật liệu tái tạo mô và hệ thống giải phóng thuốc. Những ứng dụng này không chỉ cải thiện hiệu quả điều trị mà còn giảm thiểu tác dụng phụ.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của hydrogel

Nghiên cứu về hydrogel từ chitosan và vanillin mở ra nhiều triển vọng trong lĩnh vực y tế. Việc tối ưu hóa các tính chất của hydrogel sẽ giúp phát triển các sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong chăm sóc sức khỏe.

5.1. Triển vọng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện tính chất cơ học và khả năng kháng khuẩn của hydrogel. Điều này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của hydrogel trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

5.2. Tương lai của hydrogel trong y tế

Hydrogel có tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm y tế mới, từ băng vết thương đến vật liệu tái tạo mô. Sự phát triển này sẽ góp phần nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe cho cộng đồng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực điều trị y tế và chăm sóc vết thương, các loại băng gạc truyền thống chế tạo từ sợi bông hoặc vải bộc lộ nhiều điểm hạn chế khi ứng dụng trên các vết thương có diện tích tổn thương lớn hoặc tiết nhiều dịch. Băng truyền thống không hấp thụ triệt để lượng dịch tiết, đòi hỏi phải thay băng liên tục nhằm phòng tránh nguy cơ nhiễm khuẩn. Khi dịch khô, các sợi vải có xu hướng bám dính trực tiếp vào bề mặt mô hạt và mô biểu bì mới hình thành, dẫn đến tổn thương thứ cấp và đau đớn cho người bệnh trong quá trình tháo bỏ. Trước thực trạng đó, các nghiên cứu vật liệu y sinh hướng đến việc phát triển băng vết thương thế hệ mới đáp ứng các tiêu chuẩn: hấp thụ dịch tiết, duy trì độ ẩm tối ưu, cho phép trao đổi khí, cách nhiệt, tương thích sinh học, kháng khuẩn và không bám dính vào mô tổn thương.

Vật liệu hydrogel sở hữu cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều có khả năng giữ lượng nước lớn mà không bị hòa tan, mô phỏng cấu trúc chất nền ngoại bào (ECM) của mô sống. Việc kết hợp hai hợp chất có nguồn gốc tự nhiên gồm polymer sinh học chitosan và hợp chất aldehyde phenolic vanillin mở ra hướng phát triển hydrogel tự lành, phân hủy sinh học và có hoạt tính kháng khuẩn với giá thành thấp nhờ tận dụng nguồn phụ phẩm tự nhiên. Trước thời điểm nghiên cứu này, các công bố quốc tế về hydrogel chitosan - vanillin còn rất hạn chế (chỉ có một số nhóm tác giả như Manuela-Maria Iftime và cộng sự, Chuanhui Xu và cộng sự, Georgia Michailidou và cộng sự ghi nhận), còn tại Việt Nam, các nghiên cứu về hydrogel chitosan chủ yếu phối trộn với poly(vinyl alcohol) hoặc dầu dừa mà chưa từng có công bố về hệ chitosan kết hợp vanillin.

Đề tài "Khảo sát đặc tính của hydrogel từ chitosan kết hợp với vanillin" của tác giả Lê Thị Huỳnh Như, thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Vinh Tiến tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 8/2023), được triển khai nhằm thực hiện các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể sau:

1. Tạo ra hydrogel với các tỉ lệ nồng độ chitosan và vanillin khác nhau thông qua phản ứng tạo liên kết chéo.
2. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn giữa chitosan và vanillin đến toàn bộ cấu trúc hóa học cùng các tính chất hóa lý, cơ lý và sinh học của hydrogel, bao gồm: phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), hình thái vi cấu trúc bề mặt qua kính hiển vi điện tử quét (SEM), thời gian hóa gel, đặc tính lưu biến, độ ẩm, độ trương và độ tan trong nước, độ trương trong các môi trường pH và nồng độ ethanol khác nhau, độ truyền quang UV-Vis, động học giải phóng vanillin trong môi trường mô phỏng ethanol 50%, cơ tính đâm xuyên, khả năng tự lành và hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn Staphylococcus aureus.

• Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu hydrogel được tạo thành từ phản ứng liên kết chéo giữa polymer sinh học chitosan và hợp chất phenolic vanillin.
• Phạm vi nghiên cứu: Toàn bộ quy trình tổng hợp, tạo màng gel và các phép đo khảo sát tính chất vật liệu được tiến hành trong phạm vi quy mô phòng thí nghiệm tại Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Khoa Công nghệ Hóa và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên cơ chế hóa học tạo mạng liên kết ngang tự nhiên giữa polymer sinh học chitosan và vanillin:

• Cơ chế phản ứng Schiff base: Nhóm amine sơ cấp ($-NH_2$) gắn trên các mắt xích glucosamine của mạch chitosan đóng vai trò tác nhân nucleophile tấn công vào nhóm carbonyl aldehyde ($-CHO$) của phân tử vanillin, hình thành liên kết imine thuận nghịch ($-CH=N-$) hay liên kết Schiff base.
• Liên kết hydro liên phân tử: Các nhóm hydroxyl ($-OH$) tự do trên vòng thơm của vanillin tạo liên kết hydro bổ trợ với các nhóm hydroxyl hoặc amine còn lại trên mạch chitosan, từ đó kết nối các mạch polymer mạch thẳng thành mạng lưới không gian ba chiều có khả năng ngậm nước.

Hệ thống nguyên liệu và trang thiết bị thực nghiệm được sử dụng gồm:

• Hóa chất: Chitosan dạng bột màu trắng độ tinh khiết 90% (Công ty Cổ phần Đầu tư Thương mại Dịch vụ Tin Cậy, Việt Nam); Vanillin bột độ tinh khiết $\ge 99%$ (Việt Nam); Acid acetic nồng độ $\ge 99,5%$ (Xilong, Trung Quốc); Ethanol độ tinh khiết $\ge 99,7%$ (Chemsol, Việt Nam); Nước cất.
• Thiết bị đo đạc: Máy quang phổ UV-Vis hai chùm tia Hitachi UH5300 (Nhật Bản); Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR-4700 Jasco (Nhật Bản); Kính hiển vi điện tử quét SEM Hitachi TM4000Plus; Máy phân tích kết cấu Brookfield CT3 (Brookfield Ametek, Mỹ); Máy đo lưu biến Thermo Scientific HAAKE RotoVisco 1; Máy ly tâm Hermle Z326 (Đức); Tủ sấy Memmert (Đức); Máy khuấy từ gia nhiệt IKA (Đức); Cân phân tích 4 số (Đức) và cân kỹ thuật 2 số OHAUS (Mỹ).

Quy trình tổng hợp và các phương pháp phân tích thực nghiệm bao gồm:

1. Điều chế dung dịch nền chitosan 5% (g/mL): Hòa tan 5 g bột chitosan trong 100 mL dung dịch acid acetic 1%, khuấy từ kết hợp gia nhiệt cho đến khi tan hoàn toàn, sau đó ly tâm lắng lọc cặn không tan.
2. Tổng hợp hydrogel: Cân vanillin theo các tỷ lệ khối lượng vanillin/chitosan từ 0,06 đến 1,4 (g/g) (tương ứng từ 0,03 g đến 0,7 g vanillin trên 10 g dung dịch chitosan 5%), hòa tan trong 2 mL ethanol 99%. Nhỏ từ từ dung dịch vanillin vào 10 g dung dịch chitosan 5% dưới lực khuấy từ đều đặn, đổ khuôn và để ổn định ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ.
3. Xác định thời gian gel: Bấm giờ từ khi phối trộn hỗn hợp, đảo lắc nhẹ mỗi 30 giây; thời điểm dừng là khi nghiêng hũ chứa mà khối dung dịch cố định hoàn toàn, không còn chảy lỏng.
4. Đo độ trương nở (SR%) và độ tan (WS%): Mẫu hydrogel được ngâm trong 30 mL dung dịch nước cất hoặc các hệ đệm pH khác nhau (pH 5,5 đệm acetate; pH 7,4 và pH 9,0 đệm phosphate) hoặc ethanol (50% và 99%) ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Xác định khối lượng ướt ($M_1$) sau khi thấm ráo mặt, sấy khô mẫu ở 60°C đến khối lượng không đổi ($M_2$) và sấy khô dịch ngâm để thu khối lượng chất rắn hòa tan ($M_3$). Các công thức tính toán: $$SR (%) = \frac{M_1 - M_2}{M_2} \times 100$$ $$WS (%) = \frac{M_3}{M_2} \times 100$$
5. Đo phổ UV-Vis và giải phóng vanillin: Đo độ truyền quang trong dải bước sóng 400–1100 nm trên máy Hitachi UH5300. Thử nghiệm giải phóng vanillin bằng cách ngâm 1 g gel vào 30 mL dung dịch ethanol 50% (chất mô phỏng thực phẩm chứa chất béo theo Tiêu chuẩn Châu Âu EC 10/2011), định kỳ mỗi 30 phút rút mẫu, pha loãng và đo quang tại bước sóng hấp thụ cực đại 280 nm, tính toán nồng độ dựa trên đường chuẩn vanillin (100–6000 ppm).
6. Phân tích FTIR, SEM, Lưu biến và Cơ tính: Phổ FTIR ghi nhận từ 400–4000 cm⁻¹ (độ phân giải 2 cm⁻¹) trên đầu đo suy giảm phản xạ toàn phần (ATR) sau khi mẫu được rửa sạch vanillin tự do bằng ethanol và sấy khô. Vi cấu trúc bề mặt được quan sát bằng SEM tại điện thế gia tốc 5 kV trên mẫu sấy đông khô. Phép đo lưu biến ghi nhận mô đun đàn hồi $G'$ ở tần số quét góc $\omega$ từ 10 đến 100 rad/s ở 30°C. Phép thử cơ tính sử dụng đầu dò hình trụ đường kính cố định xuyên sâu 8 mm vào khối hydrogel với vận tốc 1 mm/s trên máy Brookfield CT3.
7. Đánh giá khả năng tự phục hồi và hoạt tính kháng khuẩn: Tính tự lành được ghi nhận bằng cách cắt đôi khối hydrogel, ghép sát hai bề mặt phân cách và theo dõi quá trình liền sẹo dưới kính hiển vi quang học và mắt thường sau 24 và 48 giờ. Hoạt tính kháng khuẩn được thử nghiệm bằng phương pháp khuếch tán đĩa thạch Kirby-Bauer trên chủng vi khuẩn Gram dương Staphylococcus aureus ủ ở 37°C trong 24 giờ trên môi trường thạch giá đậu đường bổ sung 2,2% agar, đo đường kính vòng ức chế xung quanh các đĩa hydrogel đường kính 6 mm, dày 0,1 mm.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về vật liệu hydrogel và hai tiền chất cấu thành. Hydrogel được định nghĩa là mạng lưới polymer ba chiều có khả năng giữ nước lớn mà không bị hòa tan, có tính tương thích sinh học cao do cấu trúc tương đồng với chất nền ngoại bào tự nhiên (ECM). Tác giả phân tích các tính chất quan trọng gồm: cơ tính đàn hồi, phản ứng trương nở - co lại, cơ chế tự phục hồi dựa trên liên kết cộng hóa trị động hoặc liên kết thứ cấp (liên kết hydro), cùng các hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn và kháng viêm.

Về vật liệu thành phần, chitosan là polymer sinh học mạch thẳng poly[$\beta$-(1,4)-2-amino-2-deoxy-D-glucose] thu nhận từ quá trình deacetyl hóa chitin trong vỏ tôm cua bằng dung dịch kiềm mạnh ở nhiệt độ cao. Độ deacetyl hóa (DDA) và khối lượng phân tử quyết định trực tiếp đến độ tan trong dung dịch acid loãng, độ nhớt, hoạt tính kháng khuẩn và độ bền cơ học. Vanillin (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) là aldehyde phenolic có nguồn gốc tự nhiên hoặc bán tổng hợp từ guaiacol/lignin, sở hữu nhóm $-CHO$ và $-OH$ có khả năng tạo liên kết ngang Schiff base với nhóm $-NH_2$ của chitosan, hỗ trợ ức chế vi sinh vật và chống oxy hóa. Chương 1 khẳng định tiềm năng ứng dụng của hydrogel chitosan - vanillin trong phân phối thuốc kiểm soát giải phóng, kỹ thuật mô (nuôi cấy tế bào sụn khớp, mô mỡ), nông nghiệp giữ ẩm đất và làm băng vết thương thông minh.

Chương 2: Vật liệu và phương pháp tiến hành

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục hóa chất, nguồn gốc xuất xứ, hệ thống thiết bị phân tích hiện đại và quy trình thực nghiệm tạo gel gồm 4 bước chuẩn hóa. Tác giả xây dựng chi tiết quy trình khảo sát 10 chỉ tiêu hóa lý:

• Thời gian gel hóa qua phương pháp đảo ngược ống nghiệm;
• Độ trương nở trong nước cất, trong 3 dung dịch đệm pH (5,5; 7,4; 9,0) và 2 mức nồng độ ethanol (50% và 99%);
• Độ tan trong nước (WS);
• Khảo sát độ truyền quang qua phổ UV-Vis và thiết lập đường chuẩn xác định động học khuếch tán giải phóng vanillin trong môi trường mô phỏng EC 10/2011;
• Nhận diện liên kết hóa học qua phổ FTIR-ATR;
• Đánh giá hình thái xốp trên ảnh SEM sau sấy đông khô;
• Đo lưu biến biến dạng góc và cơ tính đâm xuyên qua đầu dò máy Brookfield CT3;
• Đánh giá định tính - định lượng khả năng tự liền sẹo sau khi cắt đứt và hoạt tính kháng khuẩn đối với Staphylococcus aureus qua phương pháp đĩa giấy khuếch tán.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày toàn bộ các phát hiện thực nghiệm khi thay đổi tỷ lệ vanillin/chitosan từ 0,06 đến 1,4 (w/w). Dung dịch chitosan 5% tinh khiết khi để ở nhiệt độ phòng sau 24 giờ vẫn ở trạng thái lỏng, chứng minh sự có mặt của vanillin là yếu tố bắt buộc để tạo mạng lưới gel ba chiều thông qua phản ứng Schiff base.

Ở nồng độ vanillin thấp (tỷ lệ 0,06 đến 0,24 w/w, tương đương 0,03 g đến 0,12 g vanillin trong 10 g dung dịch chitosan), dung dịch chỉ chuyển từ màu vàng trong sang vàng đục do mật độ liên kết ngang hình thành chưa đủ để khóa các mạch polymer thành thể gel; sau 3 tháng theo dõi, các mẫu này hoàn toàn không tạo gel. Khi tăng lượng vanillin lên 0,15 g (tỷ lệ 0,3 w/w), quá trình hóa gel bắt đầu xuất hiện với thời gian 513 phút (khoảng 8 giờ 33 phút). Khi tiếp tục tăng hàm lượng vanillin, thời gian tạo gel giảm rõ rệt và phản ứng diễn ra nhanh chóng: ở tỷ lệ 0,78 w/w (0,39 g vanillin), gel hình thành chỉ sau khoảng 3 phút (3,093 phút) và giảm xuống còn 1,17 phút khi tỷ lệ đạt 1,4 w/w (0,7 g vanillin).

Tỉ lệ khối lượng vanillin/chitosan (w/w)	Khối lượng vanillin bổ sung vào 10 g dung dịch chitosan 5% (g)	Thời gian gel hóa (phút)	Trạng thái tạo gel thực tế
0,06	0,03	Không tạo gel (X)	Dung dịch chuyển vàng đục, không gel hóa sau 3 tháng
0,18	0,09	Không tạo gel (X)	Dung dịch chuyển vàng đục, không gel hóa sau 3 tháng
0,24	0,12	Không tạo gel (X)	Dung dịch chuyển vàng đục, không gel hóa sau 3 tháng
0,30	0,15	513,00	Bắt đầu tạo khối hydrogel sau 8 giờ 33 phút
0,36	0,18	281,00	Tạo gel hoàn chỉnh
0,42	0,21	78,00	Tốc độ tạo gel tăng nhanh
0,48	0,24	39,00	Tạo gel ổn định
0,54	0,27	20,50	Tạo gel nhanh
0,78	0,39	3,09	Hóa gel nhanh trong khoảng 3 phút
1,00	0,50	2,73	Hóa gel nhanh
1,20	0,60	1,72	Hóa gel gần như tức thời
1,40	0,70	1,17	Hóa gel nhanh nhất (khoảng 70 giây)

Về đặc tính trương nở và hòa tan, khả năng hút nước của hydrogel biến thiên nghịch với hàm lượng vanillin bổ sung. Ở mẫu chứa 0,15 g vanillin, độ trương trong nước cất đạt giá trị cực đại là 10.830%, nhưng khi tăng hàm lượng vanillin lên 0,7 g, độ trương sụt giảm xuống còn 2.069%. Nguyên nhân được giải thích là do mật độ liên kết ngang Schiff base tăng cao cùng sự xuất hiện của các vòng thơm kỵ nước từ vanillin gây hiệu ứng cản trở không gian, khiến các mạch polymer liên kết chặt khít, làm giảm thể tích tự do và dung lượng hấp phụ phân tử nước vào cấu trúc gel.

Các tính chất khác được ghi nhận trong Chương 3:

• Độ trương theo pH và dung môi: Độ trương của gel thay đổi theo pH môi trường (pH 5,5; pH 7,4; pH 9,0) và giảm khi ngâm trong dung môi ethanol (50% và 99%).
• Độ tan trong nước (WS%): Tỷ lệ chất rắn hòa tan giảm dần khi tăng hàm lượng vanillin do mạng lưới liên kết ngang bền vững hơn.
• Quang phổ học (FTIR và UV-Vis): Phổ FTIR xác nhận sự hình thành liên kết imine (Schiff base) và liên kết hydro liên phân tử. Độ truyền quang trong vùng ánh sáng khả kiến (400–700 nm) giảm dần khi tăng nồng độ vanillin, làm hydrogel chuyển từ trạng thái trong mờ sang vàng đậm và đục hơn.
• Động học giải phóng vanillin: Khảo sát trong môi trường ethanol 50% ở bước sóng 280 nm ghi nhận nồng độ vanillin khuếch tán ra môi trường tăng dần theo thời gian trong khoảng khảo sát 150 phút.
• Vi cấu trúc (SEM): Ảnh SEM mẫu đông khô cho thấy khi nồng độ vanillin thấp, hydrogel có cấu trúc xốp rỗng với nhiều lỗ xốp liên thông; khi tăng vanillin, cấu trúc chuyển biến sang dạng phiến đặc khít, các lớp vật liệu xếp chồng sát nhau.
• Cơ tính và lưu biến: Khảo sát lưu biến cho thấy mô đun đàn hồi $G'$ tăng theo hàm lượng vanillin và tần số quét (10–100 rad/s). Thử nghiệm đâm xuyên trên máy Brookfield CT3 khẳng định độ cứng và khả năng chống biến dạng cơ học tăng khi tăng tỷ lệ liên kết chéo.
• Khả năng tự phục hồi và hoạt tính kháng khuẩn: Các mẫu hydrogel có hàm lượng vanillin thấp đến trung bình (như mẫu 0,24 g đến 0,39 g) thể hiện khả năng tự lành tốt hơn sau 24 và 48 giờ quan sát. Thử nghiệm vi sinh trên đĩa thạch với chủng Staphylococcus aureus sau 24 giờ ủ ở 37°C ghi nhận các mẫu hydrogel tạo ra vòng ức chế rõ rệt, chứng minh hoạt tính kháng khuẩn tăng theo hàm lượng vanillin giải phóng.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Chương 4 đúc kết các phát hiện thực nghiệm chính của đề tài: khẳng định quy trình điều chế thành công hydrogel chitosan - vanillin liên kết chéo tự nhiên mà không cần chất khơi mào hóa học độc hại. Tác giả kiến nghị việc kiểm soát tỷ lệ vanillin là yếu tố then chốt để định hình các thông số mong muốn: hàm lượng vanillin thấp thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ trương nở cao và khả năng tự phục hồi nhanh; trong khi hàm lượng vanillin cao mang lại cơ tính bền vững, thời gian đông gel nhanh và hoạt tính kháng khuẩn mạnh hơn cho các ứng dụng băng vết thương và cấy ghép y sinh.

---

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả định lượng cụ thể:

• Xác định được ngưỡng tạo gel tối thiểu của hệ vật liệu: hỗn hợp chỉ hóa gel khi tỷ lệ vanillin/chitosan đạt từ 0,3 w/w trở lên (tương đương $\ge 0,15$ g vanillin trên 10 g dung dịch chitosan 5%). Dưới ngưỡng này (0,03–0,12 g vanillin), hệ không thể tạo gel dù theo dõi trong thời gian 3 tháng.
• Xác lập dải biến thiên rộng của thời gian tạo gel: rút ngắn từ 513 phút (ở tỷ lệ 0,3 w/w) xuống còn 1,17 phút (ở tỷ lệ 1,4 w/w), cho phép chủ động điều chỉnh tốc độ đóng rắn phù hợp với từng mục đích thao tác thực tế.
• Định lượng khả năng hấp phụ nước: độ trương trong nước cất đạt mức cao 10.830% tại lượng vanillin 0,15 g và giảm xuống 2.069% tại lượng vanillin 0,7 g.
• Chứng minh mối tương quan trực tiếp giữa thành phần và cấu trúc: tăng hàm lượng vanillin làm tăng mật độ liên kết Schiff base, dẫn đến việc tăng độ cứng cơ học, tăng khả năng chống biến dạng, tăng hoạt tính kháng khuẩn đối với Staphylococcus aureus và làm đặc khít vi cấu trúc màng gel (ghi nhận qua ảnh SEM); đồng thời làm giảm độ trương nở trong các môi trường, giảm độ tan trong nước, giảm độ truyền quang và giảm tốc độ tự liền sẹo.

Về mặt đóng góp khoa học, đề tài bổ sung bộ số liệu thực nghiệm hệ thống đầu tiên tại Việt Nam về các đặc tính lý - hóa - sinh của hệ hydrogel chitosan kết hợp vanillin. So với các công bố quốc tế trước đó (như nghiên cứu của Chuanhui Xu và cộng sự chỉ ra gel hình thành tại tỷ lệ khối lượng 0,2), nghiên cứu này đã mở rộng dải khảo sát hàm lượng vanillin từ 0,06 đến 1,4 (w/w), làm rõ quy luật biến thiên liên tục của động học gel hóa, tính chất lưu biến và cơ tính tương ứng với sự gia tăng mật độ liên kết Schiff base.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được thực hiện hoàn toàn trong phạm vi quy mô phòng thí nghiệm, do đó các điều kiện tổng hợp và khảo sát mang tính chất thăm dò ban đầu. Do hạn chế về mặt thời gian và kinh nghiệm nghiên cứu như tác giả tự nhìn nhận trong văn bản, đề tài tập trung vào việc mô tả đặc tính hóa lý cơ bản mà chưa tiến hành thử nghiệm độc tính tế bào in vitro, thử nghiệm tương thích sinh học trên động vật sống (in vivo) hoặc khảo sát khả năng làm lành vết thương trên mô sống thực tế.

Các hướng mở rộng nghiên cứu tiếp theo bao gồm:

• Mở rộng đánh giá hoạt tính kháng khuẩn trên các chủng vi khuẩn Gram âm (như Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli) và nấm men gây nhiễm trùng vết thương.
• Khảo sát chi tiết động học giải phóng hoạt chất trong môi trường dịch sinh lý nhân tạo (PBS) ở các mức nhiệt độ cơ thể (37°C).
• Thử nghiệm nuôi cấy tế bào da hoặc tế bào gốc trên giá thể hydrogel để kiểm chứng thực tế khả năng ứng dụng trong kỹ thuật mô và điều trị vết thương hở.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Vật liệu Polymer, Hóa Dược và Kỹ thuật Y sinh đang định hướng đề tài về vật liệu tự phục hồi hoặc hydrogel tương thích sinh học.
• Các nhóm nghiên cứu phát triển sản phẩm băng vết thương tiên tiến, màng phủ bảo quản nông sản - thực phẩm tự tiêu, hoặc hệ chất mang dẫn truyền thuốc tại chỗ.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao trong văn bản bao gồm:

• Quy trình thực nghiệm chi tiết điều chế dung dịch chitosan nồng độ 5% và kỹ thuật tạo liên kết ngang Schiff base với vanillin ở điều kiện nhiệt độ phòng.
• Bảng số liệu đối chiếu tỷ lệ phối trộn với thời gian hóa gel (Bảng 3.1), hỗ trợ việc lựa chọn tỷ lệ tối ưu cho các nghiên cứu ứng dụng cần thời gian gel hóa cụ thể.
• Phương pháp luận chuẩn hóa về các quy trình phân tích: đo độ trương trong các hệ đệm pH sinh lý mô phỏng và ethanol, đo độ tan, khảo sát lưu biến góc và phương pháp kiểm tra vi sinh Kirby-Bauer trên nền môi trường dinh dưỡng giá đậu đường.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao dung dịch chitosan 5% không thể tự tạo gel mà bắt buộc phải có sự tham gia của vanillin?

Dung dịch chitosan hòa tan trong acid acetic loãng tồn tại ở dạng chuỗi polymer cation tự do do các nhóm amine bị proton hóa. Để chuyển sang thể gel ba chiều, các mạch polymer cần các điểm nút liên kết ngang. Phân tử vanillin cung cấp nhóm aldehyde ($-CHO$) phản ứng với nhóm amine sơ cấp ($-NH_2$) của chitosan hình thành liên kết cộng hóa trị động Schiff base ($-CH=N-$), kết hợp với liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl, giúp gắn kết các chuỗi polymer lại thành mạng lưới không gian giữ nước. Nếu không có vanillin, dung dịch chitosan để sau 24 giờ ở nhiệt độ phòng vẫn duy trì trạng thái lỏng.

2. Tỷ lệ vanillin tối thiểu để hệ chitosan - vanillin bắt đầu hình thành hydrogel là bao nhiêu?

Hệ chỉ bắt đầu gel hóa khi khối lượng vanillin đạt 0,15 g trên 10 g dung dịch chitosan 5% (tỷ lệ vanillin/chitosan là 0,3 w/w). Tại tỷ lệ này, thời gian tạo gel mất 513 phút (khoảng 8 giờ 33 phút). Ở các mức tỷ lệ thấp hơn (từ 0,06 đến 0,24 w/w, tức 0,03 g đến 0,12 g vanillin), dung dịch chỉ chuyển từ màu vàng trong sang vàng đục và hoàn toàn không thể đông gel ngay cả sau 3 tháng bảo quản.

3. Vì sao khi tăng hàm lượng vanillin thì độ trương trong nước của hydrogel lại giảm mạnh từ 10.830% xuống còn 2.069%?

Sự sụt giảm độ trương nở xuất phát từ hai nguyên nhân cấu trúc: thứ nhất, hàm lượng vanillin cao làm tăng mật độ các vòng thơm benzen kỵ nước, gây án ngữ không gian và làm giảm khả năng hydrat hóa tương tác giữa nước và mạch chitosan; thứ hai, mật độ liên kết ngang Schiff base dày đặc kéo các mạch polymer xếp lại gần nhau, làm vi cấu trúc mạng gel trở nên đặc khít (như quan sát được trên ảnh SEM), thu hẹp các khoảng trống liên kết tự do khiến phân tử nước khó thâm nhập vào sâu bên trong khối hydrogel.

4. Khả năng giải phóng vanillin từ hydrogel được khảo sát trong môi trường nào và nhằm mục đích gì?

Thử nghiệm giải phóng vanillin được tiến hành bằng cách ngâm hydrogel trong dung dịch ethanol 50% theo Tiêu chuẩn Châu Âu EC 10/2011 (dung môi mô phỏng thực phẩm có chứa chất béo), theo dõi nồng độ giải phóng tại bước sóng cực đại 280 nm trong 150 phút. Mục đích của phép đo là đánh giá khả năng khuếch tán hoạt chất kháng khuẩn phenolic ra ngoài môi trường tiếp xúc theo thời gian, làm cơ sở khoa học cho ứng dụng kiểm soát giải phóng dược chất hoặc bảo quản thực phẩm.

5. Phương pháp vi sinh nào đã được sử dụng để kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn của hydrogel và kết quả đạt được ra sao?

Nghiên cứu sử dụng phương pháp khuếch tán đĩa thạch Kirby-Bauer trên chủng vi khuẩn Gram dương Staphylococcus aureus. Các đĩa hydrogel đường kính 6 mm, độ dày 0,1 mm được đặt lên bề mặt đĩa petri chứa thạch dinh dưỡng giá đậu đường bổ sung 2,2% agar đã cấy sẵn huyền phù vi khuẩn, sau đó ủ ở 37°C trong 24 giờ. Kết quả cho thấy xung quanh các mẫu hydrogel xuất hiện vòng ức chế trong suốt không có vi khuẩn phát triển, và kích thước vòng kháng khuẩn gia tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng vanillin phối trộn trong mẫu gel.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Thị Huỳnh Như đã chế tạo thành công vật liệu hydrogel tự phục hồi từ nguồn polymer sinh học chitosan và aldehyde phenolic vanillin thông qua phản ứng tạo liên kết chéo Schiff base ở điều kiện nhiệt độ phòng. Nghiên cứu đã làm sáng tỏ quy luật tương quan giữa tỷ lệ khối lượng phối trộn với cấu trúc không gian và toàn bộ các đặc tính lý - hóa - sinh, nổi bật là khả năng rút ngắn thời gian gel hóa từ 513 phút xuống 1,17 phút và điều chỉnh độ trương nở trong dải 10.830% – 2.069%. Các kết quả phân tích FTIR, SEM, lưu biến, cơ tính và thử nghiệm ức chế vi khuẩn Staphylococcus aureus đã cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng, khẳng định tiềm năng ứng dụng của hydrogel chitosan - vanillin trong lĩnh vực sản xuất băng vết thương hiện đại và y sinh học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Định nghĩa và phân loại Hydrogel là một loại polymer có thể trương nở và lưu trữ nước, với mạng lưới ba chiều chứa các liên kết chéo làm cho hydrogel có thể giữ nước mà không hòa tan trong nước. Chuỗi polymer tạo hydrogel được hình thành từ các monomer giống nhau (homopolymer) hoặc khác nhau (copolymer), các monome này chứa các nhóm chức ưa nước hoặc kỵ nước, việc lựa chọn thành phần của chuỗi polymer rất quan trọng, bởi nó sẽ ảnh hưởng đến tính ưa nước, độ trương nở của hydrogel sau này [17, 18]. Cơ thể con người được xem là một khối hydrogel sinh học, có thể biến dạng và chứa 60-90% nước vì thế có thể xem hydrogel là một loại mô tự nhiên, có khả năng tương thích sinh học cao với con người. Vào năm 1960, lần đầu tiên hydrogel được tổng hợp và sử dụng làm kính áp tròng, ngoài ra chúng còn được dùng trong cảm biến, thiết bị truyền động, lớp phủ, quang học,… Sự phát triển của hydrogel với các ứng dụng mới đã thu hút các nhà nghiên cứu từ nhiều lĩnh vực như hóa học, vật lý, kỹ thuật và y học [19].

Có thể phân loại hydrogel theo các phương pháp được trình bày ở Hình 1 [17, 20].1: Phân loại hydrogel 1 1.2 Các tính chất của hydrogel Do chitosan, vật liệu để tạo thành hydrogel trong bài nghiên cứu này là polymer tự nhiên, nên các tính chất của hydrogel được trình bày dưới đây là tính chất của hydrogel dựa trên polymer tự nhiên 1.1 Tính chất cơ học Tính chất cơ học là một trong những tính chất quan trọng khi lựa chọn vật liệu. Hydrogel là một loại vật liệu mềm có tính đàn hồi. Tùy thuộc vào polymer ban đầu, cụ thể là dựa vào sự có mặt của các nhóm ưa nước gắn với chuỗi polymer (OH, CONH, COOH, CONH2, SO3H), và số lượng các nhóm phản ứng trong chuỗi, các hydrogel sẽ có các tính chất cơ học khác nhau. Ví dụ, với các hydrogel chứa nhiều nhóm ưa nước, chúng sẽ có khả năng hấp thụ nước tốt và tăng cường độ cứng.

Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, có thể chọn các loại polymer thích hợp. Độ đàn hồi là một trong những tính chất cơ học quan trọng bởi nó ảnh hưởng đến khả năng tự lành của hydrogel, một trong những khả năng đáng chú ý của hydrogel trong y học. Ngoài ra các tính chất cơ học của hydrogel còn bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường chẳng hạn như pH, nhiệt độ, cường độ ion [21].2 Khả năng tương thích sinh học của hydrogel Tương thích sinh học là khả năng vật liệu thể hiện sự lành tính khi tương tác với các chủ thể sinh học. Mục đích của việc xác định khả năng tương thích sinh học là để đánh giá mức độ ảnh hưởng của vật liệu với cơ thể của con người.

Đây là đặc tính quan trọng bắt buộc phải có của hydrogel khi muốn trở thành vật liệu y sinh. Hydrogel có cấu trúc giống với cấu trúc nền ECM hay ma trận ngoại bào tự nhiên, đây là cấu trúc nền thường nằm bên ngoài màng plasma của tế bào như collagen, elastin, glycosaminoglycans, vì vậy hydrogel sở hữu những đặc tính gần giống với các cấu trúc nền này, từ đó dễ dàng tương thích với cơ thể người. Hydrogel là loại polymer đầu tiên được sử dụng trong cơ thể người. Hydrogel có cấu trúc tuyệt vời giúp chúng có thể giữ nước và che giấu thuốc mà không làm thay đổi các tính chất của chúng.

Tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu tạo ra hydrogel mà các vậy liệu này có ứng dụng khác nhau trong y học nhưng nhìn chung khi sử dụng các vật liệu này trên cơ thể người cần chú ý đến viêm nhiễm, chữa lành vết thương hay phản ứng miễn dịch của cơ thể [22].3 Tính chất trương nở Khả năng thay đổi thể tích để đáp ứng với những kích thích bên ngoài là một trong những tính chất cơ bản của hydrogel. Do chứa mạng lưới polymer ưa nước liên kết ngang, nên thay vì hòa tan vào nước, hydrogel sẽ trương nở trong nước. Ngoài một số hydrogel sẽ trương nở khi ngâm nước, có một số loại hydrogel sẽ chuyển đổi giữa pha gel và pha sol. Khi mất nước, hydrogel ở trạng thái thủy tinh, nhưng khi ngâm vào nước, bên ngoài hydrogel sẽ phồng lên, chuyển từ pha thủy tinh sang pha cao su cho nước chảy vào, trong khi bên trong vẫn là pha thủy tinh.

Các chất khuếch tán chậm trong pha thủy tinh nhưng dễ dàng khuếch tán trong pha cao su. Hydrogel có thể hấp thụ và giữ một lượng nước lớn nên vật liệu này khá giống với tế bào sống của con người. Việc trương nở khi gặp kích thích từ môi trường là một trong những đặc tính kiến hydrogel trở thành vật liệu tiềm năng trong vận chuyển thuốc, điều trị vết thương trong y học [18].2: Hydrogel ở trạng thái mất nước (a), trương nở (b) và co lại (c) 1.4 Đặc tính tự phục hồi của hydrogel Tính chất tự phục hồi giúp hydrogel chống lại các hư hỏng hay khiếm khuyết khi được sử dụng trong điều kiện sinh lý của con người, tính chất này cũng là tính chất của của các mô trong cơ thể. Việc tự phục hồi giúp làm tăng tuổi thọ của vật liệu, ít tốn kém và hạn chế sử dụng các tài nguyên thiên nhiên.

Hydrogel có khả năng tự phục hồi là nhờ 3 vào các liên kết cộng hóa trị hoặc không cộng hóa trị, các liên kết mới sẽ được hình thành khi các liên kết trước đó không còn do hydrogel bị phá hủy, khiến cho hydrogel có khả năng khôi phục lại như ban đầu. Có hai cơ chế được giải thích cho đặc tính tự lành của hydrogel, một là sự khuếch tán các chuỗi polymer tại vùng bị phân các, hai là sự tái tạo các liên kết thuận nghịch của các chuỗi polymer để phục hồi lại bề mặt bị phá hủy [23].3: Quá trình tự phục hồi của hydrogel 1.5 Các tính chất sinh học khác của hydrogel Ngoài những tính chất đã nêu trên, hydrogel còn thể hiện các đặc tính sinh học khác. Một số hydrogel có khả năng chống oxi hóa, tính năng này giúp cho hydrogel ức chế các phản ứng tạo gốc tự do, gây độc cho tế bào, hydrogel từ chitosan kết hợp với acid galic, chitosan kết hợp với methacrylamine hay hydrogel poly(tannic acid) là một số hydrogel có khả năng chống oxi hóa sinh học. Tính kháng khuẩn cũng là một trong những tính chất được chú ý của hydrogel khi nghiên cứu chúng để làm vật liệu y sinh.

Hydrogel dựa trên những vật liệu có khả năng kháng khuẩn vốn có như các chất kháng sinh, polymer tự nhiên, các ion lưỡng tính, chiết xuất sinh học được phát triển, giúp chúng trở thành những loại vật liệu kháng khuẩn có hiệu quả cao mà lại ít hoặc không có tác dụng phụ. Bên cạnh tính kháng khuẩn, kháng viêm cũng là một trong những tính chất của hydrogel được các nhà khoa học quan tâm. Viêm là phản ứng miễn dịch của cơ thể khi gặp phải các kích thích có hại như các vết thương hay mầm bệnh. Các loại thuốc chống viêm có thể làm giảm các triệu chứng như sưng hoặc viêm tuy nhiên những loại thuốc này thường có tác dụng phụ gây ảnh hưởng đến thận khi sử dụng lâu ngày.

Hydrogel sinh học dựa trên polymer được tạo ra dưới dạng một tiền chất của thuốc chống viêm có khả năng lưu 4 trữ và giải phóng thuốc một cách hiệu quả, điều này giúp quản lý được lượng thuốc, đồng thời hạn chế các độc tính cho cơ thể [24].3 Ứng dụng của hydrogel Tùy thuộc vào các đặc tính, cấu trúc và tính chất hóa học mà hydrogel đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, được thể hiện ở Hình 1.4: Ứng dụng của hydrogel 1.1 Ứng dụng trong y học Với khả năng tương tích sinh học, kháng khuẩn, trương nở tốt và những đặc tính khác, việc sử dụng hydrogel trong phân phối thuốc, kỹ thuật mô, băng vết thương đang được các nhà khoa học chú ý. a) Phân phối thuốc 5 Một số loại thuốc khi sử dụng không chỉ tác động vào vị trí bệnh trong cơ thể mà còn ảnh hưởng đến nhiều vị trí khác, gây nên tình trạng nơi cần điều trị phải cung cấp thêm nhiều thuốc, điều này yêu cầu bệnh nhân phải liên tục sử dụng thuốc và đúng liều lượng, trong khi một số bộ phận trong cơ thể khỏe mạnh lại bị ảnh hưởng bởi thuốc, gây độc cho các bộ phận đó, vì vậy việc nghiên cứu một chất vận chuyển thuốc có thể kiểm soát và phân phối thuốc tại chỗ đang được nghiên cứu, một trong những loại vật liệu đang được chú ý đó là hydrogel. Với tính chất và cấu trúc có thể dễ dàng được thay đổi bằng cách điều chỉnh thành phần các nguyên liệu ban đầu cùng với việc thay đổi các liên kết chéo, hydrogel tối ưu hóa các đặc tính hỗ trợ cho việc vận chuyển thuốc. Tùy thuộc vào số nhóm ưa nước trong thành phần của polymer ban đầu, hydrogel có thể mang và bảo vệ được nhiều loại thuốc, làm chậm hoặc ngăn chặn sự phân hủy thuốc, kéo dài thời gian tồn tại của thuốc giúp hạn chế sử dụng nhiều thuốc, đồng thời cung cấp khả năng giải phóng, có thể được điều chỉnh bằng quá trình khuếch tán, hoặc được điều khiển từ xa bởi các yếu tố kích thích từ môi trường [26].

Thuốc được vận chuyển bằng hydrogel có thể được đưa vào cơ thể bằng nhiều đường khác nhau. Ví dụ hydrogel dựa trên chitosan có thể được uống trực tiếp để điều trị các bệnh ở miệng, dạ dày, ruột non hay ruột già; hoặc có thể tạo thành dạng màng hydrogel để hấp thụ thuốc qua da điều trị các bệnh về da, hydrogel hỗ trợ hấp thụ các chất qua da cũng có thể được ứng dụng trong ngành mỹ phẩm như sản xuất mặt nạ, kem dưỡng da, dưỡng tóc; hay thậm chí có thể chế tạo thành thuốc nhỏ mắt, mũi để điều trị bệnh về giác mạc mắt hay niêm mạc mũi [27]. b) Kỹ thuật mô Kỹ thuật mô (TE) là một trong những biện pháp giúp điều trị cho những bệnh nhân mất hoặc hư hỏng các mô hay cơ quan trên cơ thể. Theo Jueying Yang và cộng sự, kỹ thuật mô có thể được chia thành 4 quy trình: (1) Lấy và phân tách các tế bào cụ thể từ các mô sống của bệnh nhân; (2) Các tế bào phát triển trong khung ba chiều và mở rộng để hình thành các mô hoặc cấu trúc mới; (3) các tế bào và cấu trúc khung được cấy vào vị trí của cơ thể, dẫn đến sự hình thành mô mới trong khung; (4) khung dần dần xuống cấp, mô phát triển và cơ quan hoặc mô bị hư hỏng được xây dựng lại [28].