Chương 1: Tổng quan lý thuyết về hydrogel, GM, graphen và GO, vật liệu hydrogel GM/GO và lý thuyết về hắp phụ cóliên quan đến nội dung nghiên cứu. Chương 2: Xác định các nội dung nghiên cứu; trình bày các hóa chất, thiết bị và các phương pháp thực nghiệm để thực hiện nội dung nghiên cứu. Chương 3: Trình bày các kết quả nghiên cứu và thảo luận. TONG QUAN LY THUYET 1.
Tổng quan vé hydrogel 1. Khái niệm Hydrogel được định nghĩa là các polyme ưa nước có cấu trúc không gian ba chiều, có khả năng trương trong nước mà không tan. Trên quan điểm về tính chất lưu biến, hydrogel được định nghĩa là polyme khâu mạch có tính chất nhớt đàn hồi hoặc đàn hỏi thuần túy. Khả năng trương của hydrogel rất lớn, chúng có thể hắp thụ lượng nước lớn gấp hàng nghìn lần khối lượng khô của chúng.
Tính chất hấp thụ nước của hydrogel khiến chúng trở nên có ích trong những lĩnh vực [2 chuyển thuốc, tách protein, công nghệ tế bảo và xúc tác [7]. Phân loại hydrogel Quá trình khâu mạch đặc biệt quan trọng để duy trì cấu trúc mạng lưới của hydrogel, ngăn cản quá trình hòa tan các mạch ưa nước. Dựa trên các kiểu khâu mạch thì có 2 cách phân loại hydrogel: hydrogel khâu mạch vật lý, hydrogel khâu mạch hóa học [7; 41]. Hydrogel khâu mạch vật lý: Quá trình khâu mạch trong loại hydrogel nay là do lực hấp dẫn phi hóa trị giữa các mạch polyme.
Những lực này thường là tương, tác ion hoặc ky nước. Hydrogel khdu mach héa hoc: hydrogel loại này bền hon so với hydrogel khâu mạch vật lí bởi liên kết ngang được tạo thành là liên kết cộng hóa trị [51]. Hydrogel được tạo thành bởi cách khâu mạch này thường có cấu trúc ổn định trừ khi các yếu. tố không bền được đưa vào một cách có chủ ý trong mạng lưới.
Gel khâu mạch hóa. học chủ yếu được tạo thành bởi quá trình trùng hợp các monomer có mặt tác nhân khâu mạch. Hydrogel cũng có thể được tạo thành bởi quá trình khâu mạch bằng các nhóm. chức khác nhau trên mạch chính polyme.
Các polyme chứa nhóm hydroxyl, amin hay hydrazit đều có thể được khâu mạch khi sử dụng tác nhân tạo liên kết thích hop. Dựa trên kích thước của chúng là gel lớn (macrogel) và microgel. Macrogel la gel lớn trong đó kích thước có thể từ mm đến lớn hơn. Trong khi microgel là 10 hydrogel ổn định dạng keo và kích thước của chúng có thể thay đổi từ nm đến um.
5] Dựa trên khả năng đáp ứng kích thích là gel đáp ứng kích thích hoặc gel không ứng đáp. Gel không ứng đáp cũng như tên gọi của chúng là những vật liệu trương khi hắp thụ nước. Mặt khác gel ứng đáp kích thích được coi là các vật liệu "thông minh" bởi chúng ứng đáp lại những thay đổi đột ngột trong môi trường. Các hydrogel này có thể ứng đáp với nhiệt độ, pH, lực ion, ánh sáng, điện trường và các phân tir sinh học.
Tính chất "thông minh” của hydrogel được thừa hưởng từ các polyme sử dụng để cấu thành nên các gel này [7] Dựa trên thanh phin monomer trong phương pháp điều chế, hydrogel có thể được phân loại thành: hydrogel trùng hợp từ duy nhất một loại monomer, hydrogel đồng trùng hợp được tổng hợp từ hai loại monomer trở lên [57; 91] Dựa trên cấu trúc người ta phân loại thành: Hydrogel vô định hình là hydrogel có mạch được sắp xếp một cách ngẫu nhiên. Hydrogel nia kết tỉnh là hydrogel có những. vùng tập trung các phân tử lớn có cấu trúc. Hydrogel có các liên kết hydro [63].
Tính chất của hydrogeL Hydrogel là nền polyme trương nước với xu hướng hắp thụ nước khi đặt trong. môi trường nước. Khả năng trương này dưới những điều kiện sinh học khiến hydrogel trở thành vật liệu lí tưởng sử dụng trong dược phẩm, làm vật liệu sinh học [48]. Các mạng lưới cấu trúc ba chiều của hydrogel được khâu mạch bằng các liên kết vật lý hoặc hóa học.
Cấu trúc khâu mạch không tan cho phép cố định các tác. nhân hoạt động hay các phân tử sinh học một cách hiệu quả và cho phép giải phóng chúng theo một cách riêng, 'Hydrogel biểu hiện thuộc tính để hấp thụ nước dẫn đến làm trương nở về thể tích nhưng không hòa tan trong môi trường nước [4; 6; 36]. Do hydrogel chứa nhiều nhóm chức trong mạng lưới nên nó có khả năng hắp phụ nhiều loại vật liệu như ion kim loại vô cơ, chất hữu cơ, polyme, các phân tử sinh học [70; 83; 88]. Do tính độc đáo của cấu trúc vả đặc tính nên hydrogel được nghiên cứu rộng rãi trong việc hấp.
phụ chất gây ô nhiễm môi trường, phân phối thuốc trong dược phẩm, phân tách vật liệu. Tong quan về GM 1. Cấu trúc hóa học của GM. GM là một polysaccarit phần lớn có cấu tạo mạch thẳng, được tạo nên từ các đơn vị cấu trúc là D-glucozơ và D-mannozơ, liên kết với nhau bởi liên kết B-1,4- glycosit.
Tủy thuộc vào nguồn gốc GM mà tỷ lệ giữa D-glueozơ và D-mannozơ trong phân tử khác nhau. GM chiết xuất từ 4morphophallus konjac có tỷ lệ D- mannozơ:D-glueozơ là 1,6:1 [16; 23; 26; 46], từ cây Phong đỏ (Acer rubrum L.) là 2:1, từ Salvia offeinalis L. Tai vi ti C-3 và C-6 có thêm liên kết ƒ-1,3- glycosit và B-1,6-glycosit với một số don vi cau trúc khác. Ngoài ra, đối với một số loại GM, nhóm hydroxyl ở nguyên tử C-6 của một số mắt xích được axetyl hóa với độ thế từ 5-10%, phân tử lượng trung bình trong khoảng 500.
Dưới đây là công thức cấu tạo ứng với thành phần G-G-M-M (G = glucozơ; M= mannozơ) của GM, trong đó đơn vị glucozơ thứ 2 chứa nhóm axetat. Sjocoow, quen an " on H Kon wo A, Kon Ho, Hinh 1. u trúc mạch thẳng của GM, với thành phần lặp lại -M Người ta đã xác định được khối lượng phân tử trung bình của GM được chiết xuất từ Amorphophallus konjac từ 200. Tính chất vật lý' 1.
Tinh tan Tính tan là một trong những tính chất quan trọng của vật liệu polyme nói chung và polysaccarit nói riêng bởi vì nó ảnh hưởng đến phạm vi và khả năng ứng dụng của loại vật liệu này. Tùy thuộc vào cấu trúc và nguồn gí „ độ tan của GM khác nhau. Yếu tố có tính quyết định tới tính tan của GM là độ axetyl hóa. Đối với loại GM có đô axetyl hóa thấp, liên kết hydro nội phân tử là tương đối mạnh nên GM kém tan trong nước.
Trong khi đó đối với loại GM có độ axetyl hóa cao (khoảng 19 mắt xích có một 12 nhóm axetyl) thì sự hình thành liên kết hydro nội phân tử giảm đáng kế do đó làm tăngđộ tan [17; 18; 42] 1. Khả năng tạo gel [10] Một trong những tính chất quan trọng của GM là khả năng hình thành gel Tính chất này ảnh hưởng đáng kế vào khả năng ứng dụng của loại vật liệu này trong. nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm và lĩnh vực y dược. Tủy thuộc vào cấu trúc phân tử và nguồn gốc của GM mà khả năng hình thành gel khác nhau.
Đối với loại GM có độ axetyl hóa thắp, gel hình thành khi cho GM phân tắn trong nước nóng. Trong khi đối với loại GM có độ axetyl hóa cao, gel GM hình. thành khi đun nóng GM trong môi trường kiểm hoặc trong dung địch muối vô cơ: trung hòa. Sự có mặt của nhóm axetyl làm tăng tính tan do làm giảm liên kết hydro giữa các phân tử GM.
Độ axetyl hóa cảng cao, khả năng hình thành gel cảng giảm. Trong môi trường kiểm, quá trình hình thành gel xảy ra do sự đề axetyl hóa nhóm. axetyl trên phân tử GM. Sự thay đổi cấu trúc này tạo điều kiện cho việc thiết lập các.
liên kết hydro giữa các mạch phân tử. Kết quả của quá trình này là hình thành cấu. trúc mạng lưới của GM hay cấu trac gel. Một số các thông số ảnh hưởng đến khả năng tạo gel GM quyết định chất lượng của gel KGM như mức độ axetyl, trọng lượng phân tử, nhiệt đô, nồng độ, độ kiềm.
Mức độ axetyl cao làm chậm lại quá trình tạo gel GM chi tạo gel GM nhanh trong môi trường kiềm hoặc trong môi trường muối trung tinh. Ở nồng độ thấp, khả. năng hình thành gel GM bị suy giảm bởi khoảng cách giữa các phân tử. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tạo gel Yeu to Co chế hình thành gel Giảm độ axetyl hóa.
‘Tang khả năng hình thành liên kết hydro. "Tăng khôi lượng phân từ _ | Tăng số lượng điểm nội và chiêu dài của mạch liên kết “Tăng nông độ GM “Tăng số lượng phân tử GM, làm tăng khả năng tiếp xúc giữa các phân tử. Tính chất hóa hoc Do có đặc điểm cấu tạo chung của một polysaccarit nên GM có thể tham gia phản ứng hóa học khác nhau đề tạo thành các dẫn xuất. Các phản ứng xảy.
ra chủ yếu vào nhóm hydroxyl (-OH), nhóm axetyl va liên kết B-1,4-glycosit. Phản ứng thủy phan Dưới tác dụng của các tác nhân cắt mạch là axit, bazơ hoặc enzym, GM bị đề polyme hóa với sự cắt đứt các liên kết B-I4-glycosit trong phân tử tạo ra các oligoglueomannan và cuối cùng là D-mannozơ và D-glucozơ [23] 1. Phản ứng đề axetyl hóa Trong môi trường acid hoặc kiềm, nhóm axetyl của GM có thể tham gia phản ứng thủy phân tạo thành GM đề axetyl hóa (dang gel hoặc không tan) và axit axetic hoặc muối axetat [13] 1. Phản ứng este hóa Các nhóm hidroxyl (-OH) của phân tử GM có thể tham gia phản ứng với anhydrit axit hoặc clorua axit tạo ra các este của GM [14] 1.
Phản ứng ete hóa Nhóm hydroxyl (-OH) của phân tử GM có thể tham gia phản ứng với các tác nhân như ankyl halogenua tạo các sản phẩm dạng ete của GM [11]. Ngoài ra, GM còn có khả năng tạo phức với nhiều kim loại khác nhau Cu°*, Ni, Mn?*, 1. Ung dung GM và dẫn xuất GM là một polysaccarit có nhiều tính chất ưu việt như có khả năng phân hủy. sinh vật, hòa hợp sinh học, không độc.
Các nghiên cứu đã cho thấy khả năng ứng dụng đa dạng của GM trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: y dược, công nghệ, thực phẩm, hóa học. Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm [26] Từ lâu loài 4Amorphophallus đã được trồng và sử dụng như một phần quan trọng trong khâu phần ăn của những người ăn kiêng vì nó là một polysaccarit ít sinh. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu cho thấy GM có nhiễu tinh chất quý như: tạo dung dịch có độ nhớt cao, tạo gel ôn định và không độc. 14 1996, Konjac glucomannan (KGM) được tổ chite FDA (Food and Drug Administration) da céng nhận và cho phép ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và được phẩm.
