Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực y sinh và dược phẩm hiện đại, sự phát triển của các vật liệu sinh học đa chức năng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả điều trị và chăm sóc sức khỏe. Trong số các vật liệu sinh học, hydrogel được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi nhờ sở hữu mạng lưới polymer ba chiều ngậm một lượng nước lớn, có cấu trúc tương tự mô mềm sinh học, khả năng tương thích sinh học cao và không gây ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình trao đổi chất của cơ thể khi tiếp xúc với máu và dịch mô.

Phương pháp phân phối thuốc qua da (Transdermal Drug Delivery - TDD) là một giải pháp đưa thuốc vào cơ thể nhằm thay thế cho các đường dùng truyền thống như đường uống hoặc đường tiêm. Việc sử dụng hệ phân phối thuốc qua da giúp thuốc hấp thụ trực tiếp vào hệ tuần hoàn mà không phải trải qua quá trình chuyển hóa bước đầu qua gan hoặc bị phân hủy trong môi trường acid của dạ dày, từ đó giảm thiểu các tác dụng phụ không mong muốn đối với bệnh nhân. Ngoài ra, hình thức này không gây đau đớn và thuận tiện cho người bệnh. Tuy nhiên, phương pháp TDD gặp phải rào cản kỹ thuật lớn là giới hạn về lượng thuốc vận chuyển do tốc độ giải phóng thuốc từ chất nền polymer thấp cùng độ thẩm thấu qua biểu bì da còn hạn chế. Do đó, việc nghiên cứu kiểm soát chính xác hàm lượng và tốc độ giải phóng thuốc từ nền polymer hydrogel là yêu cầu cấp thiết.

Khóa luận tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học với đề tài "Nghiên cứu giải phóng Sodium salicylate trong nền Polyvinyl alcohol hydrogel" do sinh viên Bùi Thái Khánh Ngân thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Giang Ngọc Hà tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (thực hiện từ tháng 01/2024 đến tháng 08/2024) tập trung giải quyết bài toán trên.

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

  1. Tổng hợp màng hydrogel từ Poly(vinyl alcohol) (PVA) và hệ polymer kết hợp Poly(vinyl alcohol)/Poly(ethylene glycol) (PVA/PEG) bằng phương pháp khâu mạng vật lý.
  2. Nghiên cứu, đánh giá các tính chất lý hóa và cấu trúc của vật liệu hydrogel dựa trên nền PVA và PEG.
  3. Thử nghiệm và đánh giá động học quá trình giải phóng Sodium salicylate (SS) được nạp trong nền hydrogel dưới các điều kiện môi trường khác nhau.

Nhiệm vụ nghiên cứu được triển khai qua 4 giai đoạn:

  1. Giai đoạn 1: Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hydrogel, các phương pháp khâu mạng và lý thuyết thực nghiệm liên quan đến hệ phân phối thuốc.
  2. Giai đoạn 2: Tổng hợp hệ màng PVA và PVA/PEG hydrogel khâu mạng vật lý bằng chu trình đông lạnh – rã đông (Freeze – Thaw).
  3. Giai đoạn 3: Khảo sát quá trình giải phóng dược phẩm Sodium salicylate từ các màng hydrogel với các biến số về nồng độ polymer, số chu trình đông lạnh – rã đông và môi trường pH (nước cất và dung dịch đệm PBS).
  4. Giai đoạn 4: Khảo sát, phân tích các tính chất lý hóa của vật liệu bằng các phép đo chuyên dụng gồm: cơ tính (kéo đứt), kính hiển vi quang học, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), nhiệt lượng quét vi sai (DSC), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và độ hấp thụ nước (WUT).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Màng hydrogel khâu mạng vật lý tổng hợp từ Poly(vinyl alcohol) mã PVA 1788 (xuất xứ Trung Quốc), Poly(ethylene glycol) (PEG 4000) đóng vai trò chất hóa dẻo/tạo lỗ xốp (porogen), Sodium salicylate (SS) làm dược phẩm mô hình, cùng các hóa chất phụ trợ gồm Sodium hydroxide (NaOH), Acid Citric và Acid Lactic.
  • Phạm vi không gian: Các thí nghiệm tổng hợp và phân tích đánh giá được tiến hành tại Trung tâm nghiên cứu, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Toàn bộ quá trình thực nghiệm và phân tích dữ liệu được tiến hành từ tháng 01/2024 đến tháng 08/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết dựa trên các nguyên lý khoa học vật liệu polymer và hóa dược:

  • Khái niệm và phân loại Hydrogel: Tổng quan cấu trúc mạng không gian ba chiều của polymer ưa nước; phân loại theo nguồn gốc (đồng nhất, đồng trùng hợp, semi-IPN), theo cấu trúc (vô định hình, bán tinh thể, tinh thể), theo kiểu liên kết ngang (liên kết ngang hóa học và liên kết ngang vật lý), và theo điện tích mạng lưới (không ion, ion, lưỡng tính, zwitterionic).
  • Cơ chế khâu mạng vật lý bằng chu trình đông lạnh – rã đông (Freeze – Thaw, F–T): Khâu mạng vật lý được lựa chọn nhằm khắc phục nhược điểm độc tính tế bào của các chất liên kết ngang hóa học (như glutaraldehyde, formaldehyde). Quá trình đóng băng dung dịch PVA dưới 0 °C thúc đẩy sự hình thành và phát triển của các vi tinh thể đóng vai trò như các nút liên kết ngang vật lý thông qua mạng lưới liên kết hydro bền vững giữa các nhóm hydroxyl (–OH) của chuỗi polymer; quá trình rã đông giúp giải phóng dung môi và hoàn thiện cấu trúc mạng 3D.
  • Đặc tính nguyên vật liệu sử dụng:
    • Poly(vinyl alcohol) (PVA 1788): Dạng rắn màu trắng, độ thủy phân một phần đạt 87~89%, khối lượng phân tử trung bình $M_w = 5{,}95 \times 10^4\text{ g/mol}$, khối lượng riêng $1{,}31\text{ g/cm}^3$, nhiệt độ phân hủy $200\text{ }^\circ\text{C}$, nhiệt độ chuyển thủy tinh $T_g = 40\text{ – }50\text{ }^\circ\text{C}$.
    • Sodium salicylate (SS): Muối hữu cơ $M_w = 160{,}1\text{ g/mol}$, nhiệt độ nóng chảy $269{,}5\text{ }^\circ\text{C}$, độ tan trong nước cao ($1000\text{ g/L}$), có hoạt tính giảm đau, hạ sốt, kháng viêm không steroid (NSAID).
    • Poly(ethylene glycol) (PEG 4000): Polymer tan trong nước, tương thích sinh học cao, sử dụng làm chất hóa dẻo và chất tạo lỗ xốp (porogen) nhằm điều chỉnh độ xốp và khả năng trương nở của màng hydrogel.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và các kỹ thuật phân tích được áp dụng gồm:

  • Phương pháp tổng hợp mẫu: Tạo màng hydrogel PVA và PVA/PEG chứa SS bằng cách thủy phân gốc acetate còn dư của PVA 1788 bằng dung dịch NaOH, trung hòa kiềm dư bằng Acid Lactic hoặc Acid Citric, sau đó tiến hành tạo liên kết ngang vật lý qua 1 hoặc 2 chu trình đông lạnh – rã đông (F–T). Ký hiệu mẫu quy ước theo cấu trúc: $\text{PVA}a/\text{PEG}b/\text{FT}c$ (trong đó $a = 10, 12, 14\text{ w/w}%$ là nồng độ PVA; $b = 0, 1, 5\text{ w/w}%$ là nồng độ PEG; $c = 1, 2$ là số chu trình F–T; ngoài ra có mẫu đối chứng $\text{PVA10KTH}$ không qua bước trung hòa kiềm dư).
  • Phương pháp kiểm tra cơ tính: Đo độ bền kéo đứt và độ giãn dài của màng hydrogel trên thiết bị đo cơ tính chuyên dụng.
  • Kính hiển vi quang học: Đánh giá hình thái bề mặt và độ đồng nhất của màng trước và sau khi trung hòa kiềm.
  • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Xác định sự biến đổi nhóm chức, kiểm tra hiệu quả thủy phân gốc acetate bằng NaOH và các tương tác liên kết hydro giữa PVA, PEG và SS.
  • Phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC): Xác định nhiệt độ nóng chảy ($T_m$) và nhiệt lượng nóng chảy ($\Delta H_m$) để đánh giá mức độ kết tinh của hydrogel.
  • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA): Khảo sát độ bền nhiệt và phần trăm khối lượng còn lại trong dải nhiệt độ từ $30\text{ }^\circ\text{C}$ đến $600\text{ }^\circ\text{C}$.
  • Khảo sát độ hấp thụ nước (Water Uptake - WUT): Xác định khả năng trương nở và giữ nước của các mẫu hydrogel sau thời gian ngâm 24 giờ.
  • Khảo sát tốc độ và động học giải phóng Sodium salicylate: Sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ khả kiến UV–Vis (thông qua phản ứng tạo phức màu giữa SS và ion $\text{Fe}^{3+}$ hoặc đo trực tiếp theo bước sóng hấp thụ cực đại) để xác định hàm lượng thuốc giải phóng theo thời gian trong môi trường nước cất ở $30\text{ }^\circ\text{C}$ và trong dung dịch đệm phosphat (PBS) ở các giá trị pH khác nhau.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu hoàn toàn là dữ liệu sơ cấp được thu thập từ các chuỗi thí nghiệm thực nghiệm độc lập tại phòng thí nghiệm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày hệ thống cơ sở lý luận và tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về hydrogel và ứng dụng trong y sinh:

  • Khái quát về định nghĩa, phân loại hydrogel theo nguồn gốc, cấu trúc tinh thể, bản chất liên kết ngang và điện tích khung mạng.
  • Phân tích cơ chế tác động của hydrogel trong điều trị vết thương hở và vai trò làm chất mang phân phối thuốc qua da (TDD). Hydrogel duy trì độ ẩm tối ưu cho mô tổn thương, hấp thụ dịch tiết, bảo vệ vết thương khỏi sự xâm nhập của vi khuẩn, đồng thời cho phép kiểm soát tốc độ khuếch tán của các phân tử hoạt tính sinh học ra ngoài.
  • Điểm luận các công trình nghiên cứu tiêu biểu trên thế giới: nghiên cứu nền tảng của Peppas (1975) về chu trình đông lạnh – rã đông cho PVA; Millon (2005) về tạo tính dị hướng cơ học cho PVA; Taepaiboon (2007) về màng PVA mang Sodium salicylate tạo liên kết ngang bằng hơi glutaraldehyde/glyoxal; Shan Jiang (2011) về mô phỏng mô mềm; Samiullah Khan (2014) về giải phóng thuốc từ nền chitosan/PVA; Ahmed El Nemra (2019) về nanocomposite PVA/PEG nhạy pH mang salicylic acid; và Edikresnha (2021) về giải phóng hoạt chất từ PVA qua 6 chu trình F–T.
  • Trình bày chi tiết nguyên lý tạo liên kết ngang vật lý của chu trình F–T và các yếu tố công nghệ quyết định tính chất hydrogel gồm: trọng lượng phân tử polymer ($M_w$), nồng độ dung dịch, nhiệt độ đông lạnh, thời gian đóng băng và số chu kỳ F–T lặp lại.
  • Giới thiệu cấu trúc hóa học, tính chất vật lý và vai trò của từng nguyên liệu: PVA 1788, Sodium salicylate và PEG 4000.

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm, hóa chất, thiết bị và các phương pháp kiểm tra đánh giá:

  • Danh mục hóa chất: PVA 1788, PEG 4000, Sodium salicylate, dung dịch $\text{NaOH}$, Acid Citric, Acid Lactic, $\text{FeCl}_3$, muối đệm PBS.
  • Quy trình tổng hợp màng hydrogel: Hòa tan PVA trong nước cất ở nhiệt độ cao, bổ sung $\text{NaOH}$ để thủy phân hoàn toàn các nhóm acetate còn lại trên mạch polymer, tiến hành trung hòa lượng $\text{NaOH}$ dư bằng acid hữu cơ (Acid Lactic/Acid Citric), phối trộn PEG và nạp dược phẩm Sodium salicylate, sau đó rót khuôn và tiến hành khâu mạng vật lý bằng chu trình đông lạnh (ở $-20\text{ }^\circ\text{C}$) và rã đông tại nhiệt độ phòng theo số chu trình định sẵn (1 hoặc 2 chu trình).
  • Quy trình phân tích cấu trúc và tính chất: Thiết lập các thông số đo cơ tính kéo đứt; chụp ảnh hiển vi quang học bề mặt; ghi phổ FTIR để kiểm tra nhóm chức; chạy đường cong DSC và giản đồ TGA; cân đo độ hấp thụ nước WUT sau các mốc thời gian; xây dựng đường chuẩn UV–Vis và theo dõi nồng độ SS giải phóng trong môi trường nước cất và đệm PBS.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các phát hiện thực nghiệm, số liệu phân tích và biện luận khoa học về mối tương quan giữa điều kiện tổng hợp với cấu trúc và tính chất của vật liệu:

  • Ngoại quan và hình thái học: Màng hydrogel sau khi tổng hợp có độ dẻo dai, đồng nhất. Ảnh kính hiển vi quang học chứng minh mẫu được trung hòa kiềm bằng Acid Lactic ($\text{PVATHLT}$) có bề mặt đồng nhất và mịn hơn rõ rệt so với mẫu không trung hòa ($\text{PVAKTP}$).
  • Khảo sát cơ tính kéo đứt:
    • Nồng độ PVA tăng làm tăng mật độ liên kết ngang và độ bền cơ học: Mẫu $\text{PVA14/PEG0/FT1}$ đạt độ bền kéo $661{,}83 \pm 11\text{ kPa}$, cao hơn mẫu $\text{PVA12/PEG0/FT1}$ ($618\text{ kPa}$) và mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT1}$ ($403{,}35\text{ kPa}$).
    • Tăng số chu trình F–T giúp tăng cường cấu trúc mạng lưới tinh thể: Mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT2}$ trải qua 2 chu trình đạt độ bền kéo $612\text{ kPa}$, vượt trội so với mẫu 1 chu trình $\text{PVA10/PEG0/FT1}$ ($403{,}35\text{ kPa}$).
    • Bổ sung chất hóa dẻo PEG làm giảm độ bền kéo của màng do các chuỗi PEG xen kẽ và khóa bớt các nhóm –OH của PVA, ức chế quá trình tạo tinh thể liên kết ngang.
  • Phân tích phổ hồng ngoại FTIR: Xác nhận quá trình thủy phân nhóm acetate bằng $\text{NaOH}$ thành công qua sự suy giảm pic đặc trưng của nhóm ester và sự gia tăng cường độ liên kết hydro tại vùng dao động của nhóm –OH; đồng thời khẳng định sự phân tán tốt của SS và PEG trong chất nền PVA.
  • Phân tích nhiệt DSC và TGA:
    • Kết quả DSC cho thấy mẫu chưa trung hòa kiềm $\text{PVA10KTH}$ có nhiệt độ nóng chảy $T_m$ thấp nhất là $215\text{ }^\circ\text{C}$. Sau khi trung hòa kiềm dư, $T_m$ tăng lên $220\text{ }^\circ\text{C}$ với nhiệt lượng nóng chảy đạt $40{,}22\text{ mW}$ ở mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT1}$ và $219{,}51\text{ mW}$ ở mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT2}$.
    • Kết quả TGA trong dải nhiệt độ $30\text{ – }600\text{ }^\circ\text{C}$ chỉ ra rằng mẫu trải qua 2 chu trình F–T có độ bền nhiệt cao hơn mẫu 1 chu trình; khối lượng tro còn lại tại $600\text{ }^\circ\text{C}$ của $\text{PVA10/PEG0/FT1}$ là $5{,}35%$, phản ánh sự phân hủy nhiệt của khung polymer.
  • Kết quả độ hấp thụ nước (WUT): Mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT2}$ có độ hấp thụ nước thấp nhất đạt $171{,}17%$ sau 24 giờ do mạng lưới tinh thể nén chặt hạn chế sự xâm nhập của phân tử nước. Ngược lại, các mẫu tích hợp PEG có độ hấp thụ nước gia tăng nhờ tính ưa nước mạnh và hiệu ứng tạo kênh mao dẫn của PEG.
  • Hành vi giải phóng Sodium salicylate:
    • Tăng nồng độ PVA làm giảm tốc độ và tổng lượng SS giải phóng do mạng lưới polymer dày đặc cản trở sự khuếch tán của thuốc.
    • Tăng số chu trình F–T từ 1 lên 2 làm giảm tổng lượng SS giải phóng từ $86%$ (ở mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT1}$) xuống còn $72%$ (ở mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT2}$).
    • Trong các môi trường đệm PBS có độ pH khác nhau, hàm lượng SS giải phóng từ màng hydrogel hầu như không có sự khác biệt, chứng minh hệ màng PVA thuần không bị ảnh hưởng bởi độ pH môi trường.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã thu được các kết quả thực nghiệm định lượng rõ ràng, phản ánh đầy đủ tác động của các biến số công nghệ đến tính chất vật liệu và khả năng mang/nhả thuốc:

Mẫu thử nghiệm Nồng độ PVA (w/w%) Nồng độ PEG (w/w%) Số chu trình F–T Độ bền kéo (kPa) Nhiệt độ nóng chảy $T_m$ ($^\circ\text{C}$) Độ hấp thụ nước WUT sau 24h (%) Tổng lượng SS giải phóng (%)
PVA10KTH 10 0 1 — 215 — —
PVA10/PEG0/FT1 10 0 1 403,35 220 Cao hơn FT2 86%
PVA10/PEG0/FT2 10 0 2 612,00 — 171,17% 72%
PVA12/PEG0/FT1 12 0 1 618,00 — — Trung bình
PVA14/PEG0/FT1 14 0 1 661,83 ± 11 — — Thấp nhất
PVA/PEG hệ tích hợp 10 – 14 1 – 5 1 Giảm so với PEG0 — Tăng so với PEG0 Phụ thuộc nồng độ

Các giải pháp kỹ thuật và đóng góp chính của đề tài:

  1. Hoàn thiện quy trình khâu mạng vật lý sạch: Tổng hợp thành công màng hydrogel PVA và PVA/PEG chứa Sodium salicylate hoàn toàn bằng phương pháp vật lý đông lạnh – rã đông kết hợp xử lý thủy phân kiềm và trung hòa bằng acid hữu cơ, loại bỏ triệt để nguy cơ tồn dư hóa chất liên kết ngang độc hại như aldehyde trong vật liệu y sinh.
  2. Làm rõ cơ chế điều hòa giải phóng dược phẩm: Xác lập mối quan hệ định lượng giữa các thông số công nghệ (nồng độ polymer, tỷ lệ chất hóa dẻo PEG, số chu kỳ F–T) với độ bền cơ học, độ bền nhiệt, mức độ kết tinh, khả năng trương nở và tốc độ khuếch tán của dược phẩm.
  3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Khóa luận bổ sung dữ liệu thực nghiệm có giá trị về polymer y sinh cho các nghiên cứu trong nước, đồng thời mở ra triển vọng ứng dụng hydrogel PVA/PEG làm chất mang thuốc giải phóng có kiểm soát ứng dụng cho băng gạc vết thương và miếng dán qua da.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận một số giới hạn thực nghiệm và đề xuất các hướng phát triển tiếp theo:

  • Hạn chế của nghiên cứu:
    • Các thử nghiệm giải phóng thuốc mới chỉ dừng lại ở quy mô in vitro trong môi trường nước cất và dung dịch đệm PBS, chưa khảo sát mô hình thẩm thấu qua da nhân tạo hoặc mô da sinh học (ex vivo / in vivo).
    • Nền màng PVA hydrogel thuần không có khả năng đáp ứng với sự thay đổi pH sinh học, hạn chế khả năng giải phóng thuốc theo cơ chế kích thích môi trường.
    • Khóa luận mới khảo sát tối đa 2 chu trình F–T và tập trung chủ yếu vào dược phẩm mô hình là Sodium salicylate.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Mở rộng ứng dụng nền hydrogel PVA/PEG cho các hoạt chất y dược khác có cấu trúc và tính chất đa dạng như paracetamol, caffeine, hoặc sodium hyaluronate.
    • Nghiên cứu phối trộn thêm các polymer tự nhiên hoặc polymer có tính nhạy pH/nhiệt độ (như chitosan, alginate, polyacrylic acid) để chế tạo vật liệu hydrogel thông minh có khả năng nhả thuốc hướng đích.
    • Tiến hành các đánh giá chuyên sâu về tính tương thích tế bào, khả năng kháng khuẩn và thử nghiệm thẩm thấu qua da thực tế nhằm hoàn thiện sản phẩm băng dán y tế.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn đối với các đối tượng và định hướng nghiên cứu sau:

  • Sinh viên và học viên cao học: Thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Kỹ thuật Hóa dược, Khoa học và Công nghệ Vật liệu Polymer, Kỹ thuật Y sinh đang thực hiện đề tài tốt nghiệp hoặc đề tài nghiên cứu khoa học liên quan đến vật liệu hydrogel và hệ phân phối thuốc có kiểm soát.
  • Nội dung tham khảo giá trị:
    • Quy trình chi tiết tổng hợp hydrogel khâu mạng vật lý bằng phương pháp đông lạnh – rã đông và kỹ thuật xử lý thủy phân kiềm trung hòa bằng acid hữu cơ tại Chương 2.
    • Phương pháp xây dựng quy trình phân tích và đo quang phổ UV–Vis khảo sát động học nhả thuốc của hoạt chất Sodium salicylate.
    • Hệ thống số liệu thực nghiệm so sánh đa biến (nồng độ polymer, chu kỳ F–T, hàm lượng PEG) về cơ tính kéo đứt, phân tích nhiệt DSC/TGA và độ trương nở WUT tại Chương 3.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lựa chọn phương pháp khâu mạng vật lý đông lạnh – rã đông (Freeze – Thaw) thay vì khâu mạng hóa học?
Trả lời: Các phương pháp khâu mạng hóa học truyền thống thường sử dụng các tác nhân liên kết ngang có khối lượng phân tử thấp như glutaraldehyde, formaldehyde hoặc hexamethylenediamine. Lượng tác nhân liên kết ngang dư thừa không phản ứng hết có thể gây độc cho tế bào và mô sống của cơ thể, đồng thời quy trình tinh chế loại bỏ tạp chất làm tăng chi phí sản xuất. Phương pháp đông lạnh – rã đông tạo liên kết ngang vật lý dựa trên các vi tinh thể và liên kết hydro nội/liên phân tử, hoàn toàn không sử dụng hóa chất độc hại, đảm bảo độ an toàn sinh học cao cho vật liệu y tế.

2. Ký hiệu mẫu $\text{PVA}a/\text{PEG}b/\text{FT}c$ trong khóa luận thể hiện những thông số nào?
Trả lời: Ký hiệu mẫu được quy ước với 3 thông số công nghệ chính: $a$ là nồng độ phần trăm khối lượng của PVA ($a = 10, 12, 14\text{ w/w}%$); $b$ là nồng độ phần trăm khối lượng của chất hóa dẻo PEG ($b = 0, 1, 5\text{ w/w}%$); và $c$ là số chu trình đông lạnh – rã đông mà mẫu trải qua ($c = 1, 2\text{ chu trình}$). Ví dụ, mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT2}$ là hydrogel có $10%$ PVA, không chứa PEG và trải qua 2 chu trình F–T.

3. Số chu trình đông lạnh – rã đông (F–T) ảnh hưởng như thế nào đến độ bền cơ học và độ hấp thụ nước của hydrogel?
Trả lời: Khi tăng số chu trình F–T từ 1 lên 2, số lượng vùng tinh thể và mật độ liên kết ngang vật lý giữa các chuỗi PVA tăng lên đáng kể. Điều này giúp độ bền kéo của màng tăng từ $403{,}35\text{ kPa}$ (mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT1}$) lên $612\text{ kPa}$ (mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT2}$). Đồng thời, cấu trúc mạng lưới ba chiều trở nên nén chặt hơn, làm giảm độ hấp thụ nước (WUT) sau 24 giờ của mẫu $\text{PVA10/PEG0/FT2}$ xuống mức thấp nhất là $171{,}17%$.

4. Vai trò của Poly(ethylene glycol) (PEG) trong hệ vật liệu hydrogel PVA là gì?
Trả lời: PEG được sử dụng với vai trò là chất hóa dẻo và chất tạo lỗ xốp (porogen). Nhờ tính linh động của mạch và tính ưa nước cao, PEG làm tăng độ xốp và tăng khả năng hấp thụ nước của màng hydrogel. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các phân tử PEG làm cản trở và khóa bớt các nhóm –OH trên chuỗi PVA, làm giảm khả năng tạo vùng kết tinh liên kết ngang, dẫn đến độ bền kéo của màng hydrogel chứa PEG có xu hướng giảm so với màng PVA thuần.

5. Tốc độ giải phóng Sodium salicylate từ màng hydrogel PVA có thay đổi theo độ pH của môi trường không?
Trả lời: Kết quả khảo sát trong dung dịch đệm PBS ở các giá trị pH khác nhau cho thấy hàm lượng Sodium salicylate giải phóng từ màng hydrogel hầu như không thay đổi theo pH. Nguyên nhân là do PVA là polymer không ion (trung tính), không chứa các nhóm chức phân ly nhạy cảm với ion $\text{H}^+$ hay $\text{OH}^-$, do đó cấu trúc mạng lưới gel không bị trương nở hay co rút theo sự biến đổi pH của môi trường xung quanh.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Bùi Thái Khánh Ngân đã tổng hợp thành công màng hydrogel PVA và PVA/PEG chứa Sodium salicylate bằng phương pháp khâu mạng vật lý đông lạnh – rã đông an toàn, thân thiện với môi trường y sinh. Các kết quả phân tích lý hóa và cơ tính đã làm sáng tỏ quy luật ảnh hưởng của nồng độ polymer, hàm lượng chất hóa dẻo PEG và số chu trình nhiệt đến cấu trúc tinh thể, độ bền nhiệt và khả năng trương nở của vật liệu. Nghiên cứu thực nghiệm chứng minh khả năng kiểm soát tốc độ giải phóng dược phẩm Sodium salicylate thông qua điều chỉnh mật độ liên kết mạng lưới hydrogel, đóng góp cơ sở khoa học thiết thực cho hướng phát triển màng dán vết thương và hệ phân phối thuốc qua da.