CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CHITOSAN, ALGINAT VÀ LOVASTATIN 1. Giới thiệu về chitosan 1. Nguồn gốc, cấu trúc Chitosan là dẫn xuất N-deacetylated của chitin.
Chitin là các polyme có nhiều trong vỏ các loài giáp xác như: tôm, cua, ghẹ, mực, …. Chitin là một polysaccarit tuyến tính gồm các đơn vị N-axetyl-D-glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-glucozit (hình 1. Khi thực hiện phản ứng đề axetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (-COCH3) ở vị trí C số 2 ta thu được chitosan. Cấu trúc của chitin và chitosan 1.
Tính chất vật lí Chitosan có màu trắng ngà hoặc màu vàng nhạt, tồn tại dạng bột hoặc dạng vảy, không mùi, không vị, nhiệt độ nóng chảy 309 - 311°C [11]. Chitosan có tính kiềm nhẹ, không tan trong nước, trong kiềm nhưng hoà tan được trong dung dịch axit hữu cơ loãng như: axit axetic, axit fomic, axit lactic…, tạo thành dung dịch keo nhớt trong suốt. Độ tan của chitosan phụ thuộc vào loại axit và nồng độ axit trong dung dịch. Chitosan hoà tan dễ trong dung dịch axit axetic 1–1,5% [12].
Độ nhớt của chitosan trong dung dịch axit loãng liên quan đến kích thước và khối lượng phân tử trung bình của chitosan. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Tính chất hóa học Tính chất hóa học của chitosan được quyết định bởi cấu trúc, bản chất và số lượng nhóm định chức trong phân tử của chúng. Chitosan có thể tham gia các phản ứng hóa học đặc trưng cho các nhóm định chức như –OH, -NH2, … Các loại phản ứng này tuân theo các quy luật của hóa học hữu cơ nói chung, ngoài ra nó còn chịu ảnh hưởng của khối lượng phân tử và sự tồn tại của các nhóm định chức khác nhau có trong phân tử của chitosan.
Ứng dụng của Chitosan Chitosan là loại polysaccarit có nhiều nhóm chức (hydroxyl, amino, …) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn sinh thái và môi trường sống, đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: dược phẩm, mỹ phẩm, công nghiệp thực phẩm, xử lý môi trường, nông nghiệp [13]. Ứng dụng của chitosan trong các lĩnh vực Lĩnh vực Ứng dụng của chitosan Vật liệu y sinh Điều trị vết thương, vết loét, vết bỏng nặng do tính chất cầm máu và dược phẩm của nó và hiệu ứng chữa lành vết thương; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 5 Lĩnh vực Ứng dụng của chitosan Chế tạo da nhân tạo, chỉ khâu phẫu thuật, kính áp tròng, màng lọc máu và mạch máu nhân tạo; Thuốc chống khối u, chống đông máu, chống viêm, đại tràng, trong các hệ thống phân phối thuốc và gen, và trong trị liệu nha khoa. Mỹ phẩm Các sản phẩm chăm sóc tóc và da. Kỹ thuật mô Tăng trưởng tế bào và tăng sụn khí quản, dây thần kinh; Sửa chữa mô xương và tái sinh vật liệu để sửa chữa sụn; Lồng ghép bằng nhựa xốp của vật liệu tổng hợp chitosan-canxi photphat để tái sinh xương; Chitosan-chondroitin sunfat bọt biển trong tái tạo xương; Viên nang Chitosan-canxi alginat với mục đích phát triển tuyến tụy nhân tạo cho điều trị đái tháo đường [18, 19, 20].
Nông nghiệp Kiểm soát tuyến trùng ký sinh trong đất; Các đặc tính kháng khuẩn của chitosan và khả năng tạo màng tuyệt vời của nó đã được khai thác trong việc bảo quản trái cây và rau quả sau thu hoạch, tăng cường vi sinh vật có lợi tương tác cộng sinh thực vật. Tạo ra những thay đổi thuận lợi trong sự trao đổi chất của thực vật và hoa quả; Phân bón và thuốc diệt nấm cho hạt giống và trái cây. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 6 Lĩnh vực Ứng dụng của chitosan Phương tiện Cố định enzym, như một ma trận trong sắc ký ái lực và thẩm thấu sắc ký và gel và là chất nền enzyme [14, 17, 24]. phân tích Thức ăn và Khử axit của các loại trái cây và đồ uống, ổn định màu, giảm hấp phụ gia thực phụ lipit, tạo hương vị tự nhiên; phẩm Kiểm soát các tác nhân, chất bảo quản thực phẩm và chất chống oxy hóa, nhũ hóa, làm dày và chất ổn định, phụ gia chăn nuôi và thức ăn cho cá, và chế tạo các loại sợi dinh dưỡng [25].
Kỹ thuật xử Xử lý nước thải, thu hồi các ion kim loại và thuốc trừ sâu, loại bỏ lý nước phenol, protein, chất phóng xạ, PCB và thuốc nhuộm, thu hồi vật liệu rắn trong chế biến thực phẩm, chất thải; Loại bỏ dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ từ nước thải như chất hấp phụ để loại bỏ màu sắc từ nước thải của các nhà máy nhuộm, lấy kim loại từ nước thải, loại bỏ màu khỏi nước thải của nhà máy dệt [ 26, 27, 28]. Giới thiệu về alginat 1. Nguồn gốc, cầu tạo Alginat là polyme sinh học biển phong phú nhất và là polyme nhiều thứ 2 trên thế giới (sau xenlulozo), là một loại polysaccarit có nhiều trong thành tế bào của các loại tảo nâu. Alginat tồn tại ở 2 dạng là axit alginic và muối của nó với Na+, Ca2+, … Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.
Rong nâu Công thức phân tử của acid Alginic: (C6H8O6)n hay [(C5H7O4COOH)]n Khi axit alginic tạo muối với các ion kim loại khác nhau sẽ tạo nên các muối alginat khác nhau. Một số dạng muối alginat hay gặp như: natri alginat [(C5H7O4COONa)]n, kali alginat [(C5H7O4COOK)]n, canxi alginat {[(C5H7O4COO)2Ca]n}, amoni alginat [(C5H7O4COONH4)]n,. Công thức cấu tạo của axit alginic Cấu tạo của alginat là các chuỗi phân tử axit β-D-Mannuronic (M) và axit α- L-Guluronic (G) (hình 1.4) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozit. Có 3 loại liên kết có thể gặp trong 1 phân tử alginat: (M-M-M), (G-G-G), (M-M-G) tạo thành các khối liên kết ngẫu nhiên trong mạch (hình1.
Công thức cấu tạo của 2 monome alginat Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Cấu tạo của các khối liên kết trong phân tử alginat 1. Tính chất vật lý Là polyme không màu, không mùi, không tan trong các dung môi hữu cơ và nước. Alginat có tính chất hút nước trương nở khi ngâm trong nước.
Tính chất của muối alginat với kim loại hóa trị I, tan được trong nước tạo dung dịch có độ nhớt cao, dễ bị cắt mạch bởi yếu tố axit, kiềm mạnh, nhiệt độ cao, enzym, khi tương tác với axit vô cơ thì tách alginic tự do, ứng dụng trong công nghiệp. Tính chất của alginat với kim loại hóa trị II, Có độ chắc cao, có khả năng tạo màu tùy theo kim loại, không hòa tan trong nước, khi ẩm thì dẻo, khi khô có độ cứng cao và khó thấm nước, tỉ trọng thấp. Thành phần (tỉ lệ M/G), trình tự, chiều dài khối G và trọng lượng phân tử là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các đặc tính vật lý của alginat và dung dịch hydrogel của nó [29]; Các tính chất cơ học của gel alginat thường được tăng cường bằng cách tăng chiều dài của khối G và trọng lượng phân tử. Ví dụ như alginat được sản xuất từ Azotobacter có tỉ lệ G cao và gel của nó có độ cứng tương đối cao [30].
Các đặc tính vật lý của mỗi loại alginat kiểm soát sự ổn định của gel, tỷ lệ giải phóng thuốc từ gel, hình thái và tương tác của các chất được mang bởi gel alginat. Trọng lượng phân tử của các natri alginat nằm trong khoảng từ 32. Độ nhớt của dung dịch alginat tăng khi pH giảm và đạt tối đa khoảng 3-3,5, khi các nhóm carboxylat trong chuỗi mạch alginat được proton hóa và tạo các liên kết hidro. Tăng trọng lượng phân tử của alginat có thể cải thiện các tính chất vật lý của dung dịch gel.
Tuy nhiên, dung dịch alginat được hình thành từ polyme trọng lượng phân tử cao thường rất nhớt,và đây là yếu tố không mong muốn trong quá trình sản xuất [31]. Đặc biệt, alginat có khả năng tương thích sinh học cao, khả năng này phụ thuộc vào mức độ tinh khiết alginat. Ví dụ, Otterlei báo cáo rằng những alginat có hàm lượng M cao có khả năng miễn dịch và mạnh hơn khoảng 10 lần so với alginat có G cao trong việc sản xuất cytokin [32]. Ngược lại, Zimmermann tìm thấy ít hoặc không Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 9 có phản ứng miễn dịch xung quanh việc cấy ghép alginat [33].
Phản ứng miễn dịch tại các vị trí tiêm hoặc cấy có thể là do các tạp chất còn lại trong alginat. Đặc biệt, alginat được tinh chế qua nhiều công đoạn với độ tinh khiết rất cao đã không gây ra bất kỳ phản ứng lạ nào cho cơ thể khi cấy ghép vào động vật [34]. Tương tự như vậy, không có phản ứng đáng kể nào xảy ra khi alginat có độ tinh khiết cao được tiêm vào chuột [35]. Vi ảnh của các phần mô sau ba tuần tiêm với (a) PBS và (b) hydrogel alginat 1.
Ứng dụng của alginat Alginat có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như trong thực phẩm, màng bao gói, công nghệ giấy, ….đặc biệt nó được ứng dụng y học và dược học. Ngành công nghiệp dược phẩm sử dụng alginat tinh khiết làm chất ổn định trong dung dịch và phân tán các chất rắn. Trong lĩnh vực y sinh học, alginat được sử dụng để hỗ trợ giải phóng thuốc [36], đóng gói tế bào [37], làm bộ khung dây chằng và kỹ thuật mô gân hoặc chuẩn bị khuôn mẫu trong nha khoa [38, 39]. Trong y học, alginat được dùng làm chất trị bệnh nhiễm phóng xạ, tăng hiệu quả chữa bệnh của penicillin.
Trong công nghệ bào chế thuốc, alginat natri được sử dụng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc, làm chất phụ gia chế các loại thức ăn kiêng. Trong nha khoa, dùng axit alginic để thay thạch cao làm khuôn răng, giúp tạo hình răng chính xác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Ứng dụng của alginat trong y học Trong vật liệu cầm máu và băng bó vết thương: Dệt may y tế công nghệ mới là một lĩnh vực phát triển quan trọng, cho thấy sự mở rộng tuyệt vời trong các sản phẩm băng bó vết thương [40].
Chất lượng chính của sợi và băng cũng như các sản phẩm chăm sóc vết thương nổi bật là chống vi khuẩn, chống virus, nấm, không độc, hấp thụ cao, không dị ứng, thoáng khí, cầm máu, sinh học với tính chất cơ học tốt. Cấu trúc dệt được sử dụng cho băng vết thương hiện đại có nhiều loại lớn: mảnh, sợi, dệt thoi, không dệt, dệt kim, móc, bện, vật liệu compozit.
