Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu tổng hợp semi IPN hydrogel thông minh từ n,n-diethylacrylamide

• Tác giả: Võ Minh Quân
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp semi-IPN hydrogel thông minh trên cơ sở N,N'-Diethylacrylamide
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Polymer thông minh
• 1.2. Polymer nhạy nhiệt
• 1.3. Polymer nhạy pH
• 1.4. Polymer nhạy nhiệt-pH
• 1.5. Semi-IPN hydrogel thông minh
• 1.5.1. Hydrogel thông minh
• 1.5.2. Các hydrogel thông minh khác
• 1.5.3. Semi-IPN hydrogel
• 1.5.4. Các tính chất nổi bật của semi-IPN hydrogel
• 1.6. Các polymer nhạy nhiệt điển hình
• 1.6.1. Các polymer nhạy nhiệt khác
• 1.6.2. Cấu trúc HEMA
• 1.6.3. Tổng hợp HEMA
• 1.6.4. HEMA trong smart polymer
• 1.7. Giới thiệu về tổng hợp hydrogel
• 1.7.1. Nguyên tắc chung
• 1.7.2. Các phương pháp trùng hợp
• 1.8. Các phương pháp thực nghiệm thường sử dụng cho semi-IPN hydrogel
• 1.8.1. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 1.8.2. Phân tích nhiệt vi sai (DSC)
• 1.8.3. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.9. Các công bố khoa học về semi-IPN hydrogel và định hướng nghiên cứu
• 1.9.1. Thực tiễn nghiên cứu ứng dụng của pDEA so với pNIPAM
• 1.9.2. Tổng hợp hydrogel thông minh trên cơ sở pDEA
• 1.9.3. Định hướng nghiên cứu
• 1.10. Lý do chọn đề tài
• 1.11. Đối tượng nghiên cứu
• 1.12. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
• 1.13. Nội dung nghiên cứu
• 1.14. Phương pháp nghiên cứu
• 1.15. Phương pháp đánh giá
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
• 2.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
• 2.3. Quy trình tổng hợp
• 2.3.1. Tổng hợp linear polymer pDEA
• 2.3.2. Tổng hợp linear copolymer p(DEA-co-HEMA)
• 2.3.3. Tổng hợp semi-IPN hydrogel
• 2.4. Các phương pháp phân tích và đánh giá
• 2.4.1. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 2.4.2. Phân tích nhiệt vi sai (DSC)
• 2.4.3. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.4.4. Phương pháp đo cơ tính
• 2.4.5. Phương pháp swelling ratio
• 2.4.6. Phương pháp swelling rate
• 2.4.7. Phương pháp deswelling rate
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Tổng hợp polymer thông minh
• 3.1.1. Tổng hợp linear polymer pDEA
• 3.1.2. Tổng hợp linear copolymer p(DEA-co-HEMA)
• 3.2. Tổng hợp semi-IPN hydrogel
• 3.3. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 3.4. Nhiệt độ dung dịch tới hạn dưới (LCST)
• 3.5. Hình thái học (SEM)
• 3.6. Phương pháp đo cơ tính
• 3.7. Ứng xử của hydrogel tại trên và dưới LCST
• 3.8. Các quá trình trương và nhả trương
• 3.8.1. Động học trương swelling tại 25 oC
• 3.8.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỷ lệ trương cân bằng
• 3.8.3. Động học nhả trương deswelling tại 45 oC
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Semi IPN hydrogel

Semi IPN hydrogel là một loại vật liệu polymer thông minh, có khả năng phản ứng với các kích thích bên ngoài như nhiệt độ và pH. Đặc điểm nổi bật của semi IPN hydrogel là cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều, cho phép nó hấp thụ nước mà không bị hòa tan. N,N-diethylacrylamide (DEA) là một monomer quan trọng trong việc tổng hợp loại hydrogel này, nhờ vào tính nhạy nhiệt của nó. Việc kết hợp DEA với các monomer khác như HEMA tạo ra các cấu trúc semi-IPN hydrogel với tính chất ưu việt hơn so với hydrogel thông thường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh tỉ lệ giữa các thành phần trong quá trình tổng hợp có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ học và khả năng hấp thụ nước của hydrogel.

1.1 Đặc tính của Semi IPN hydrogel

Semi IPN hydrogel có khả năng thay đổi kích thước và hình dạng khi tiếp xúc với các tác nhân kích thích. Tính chất này được thể hiện rõ ràng qua các thí nghiệm về tỷ lệ trương nở và tốc độ nhả nước. Các kết quả cho thấy rằng, khi nhiệt độ tăng, tỷ lệ trương nở của hydrogel giảm, điều này cho thấy sự chuyển pha của polymer từ trạng thái trương sang trạng thái co rút. Đặc biệt, các mẫu semi-IPN hydrogel có cấu trúc lỗ xốp lớn hơn, cho phép chúng hoạt động hiệu quả hơn trong các ứng dụng y sinh, như hệ thống mang thuốc. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa cấu trúc của hydrogel có thể dẫn đến những cải tiến đáng kể trong khả năng nhả thuốc và tính chất cơ học.

II. Tổng hợp và phương pháp nghiên cứu

Quá trình tổng hợp semi IPN hydrogel được thực hiện thông qua phản ứng trùng hợp gốc tự do của DEA và HEMA. Các chất khơi mào như APS và TEMED được sử dụng để khởi động phản ứng, trong khi MBA được sử dụng như một tác nhân nối mạng. Phương pháp này cho phép tạo ra các cấu trúc hydrogel với tính chất cơ học và khả năng hấp thụ nước tốt hơn. Các phương pháp phân tích như FTIR và DSC được áp dụng để xác định thành phần và tính chất nhiệt của hydrogel. Kết quả từ các phương pháp này cho thấy rằng, hydrogel được tổng hợp thành công với các đặc tính mong muốn, mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu thông minh trong lĩnh vực y sinh.

2.1 Phân tích tính chất của hydrogel

Các tính chất của semi IPN hydrogel được đánh giá thông qua các phương pháp phân tích hiện đại. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) cho phép xác định sự hình thành liên kết hóa học trong hydrogel, trong khi phân tích nhiệt vi sai (DSC) giúp xác định nhiệt độ dung dịch tới hạn. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để quan sát hình thái học của hydrogel, cho thấy cấu trúc lỗ xốp và kích thước lỗ của chúng. Kết quả cho thấy rằng, các mẫu semi-IPN hydrogel có cấu trúc lỗ xốp lớn hơn so với hydrogel thông thường, điều này có thể cải thiện khả năng hấp thụ nước và tính chất cơ học của chúng.

III. Ứng dụng thực tiễn của Semi IPN hydrogel

Semi IPN hydrogel có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong y sinh. Với khả năng nhạy nhiệt và pH, hydrogel này có thể được sử dụng trong các hệ thống mang thuốc, cho phép kiểm soát việc giải phóng thuốc theo thời gian và địa điểm. Ngoài ra, tính chất hấp thụ nước tốt của hydrogel cũng làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp và môi trường, như xử lý nước thải và cung cấp nước cho cây trồng. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc và tính chất của hydrogel để nâng cao hiệu quả ứng dụng của chúng trong thực tiễn.

3.1 Tiềm năng trong lĩnh vực y sinh

Trong lĩnh vực y sinh, semi IPN hydrogel có thể được sử dụng để phát triển các hệ thống mang thuốc thông minh, cho phép thuốc được giải phóng một cách có kiểm soát. Điều này không chỉ giúp tăng hiệu quả điều trị mà còn giảm thiểu tác dụng phụ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hydrogel nhạy nhiệt có thể được sử dụng để vận chuyển các loại thuốc nhạy cảm với nhiệt độ, đảm bảo rằng chúng được giải phóng đúng thời điểm và đúng liều lượng. Hơn nữa, khả năng tương thích sinh học của hydrogel cũng làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong cấy ghép và tái tạo mô.