Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
5 Tính chất của hydrogel

5 Tính chất của hydrogel

Tải bản đầy đủ - 0trang

23



-



Độ hấp thụ đạt mức cao nhất khi tải.



-



Ổn định ánh sáng, hàm lượng hòa tan và lượng monomer còn lại thấp,

giá thành rẻ.



-



Hydrogel phải có khả năng ngậm lại dung dịch hoặc duy trì trạng thái

(nếu cần).



-



Phải có khả năng phân hủy sinh học tối đa mà khơng hình thành các

nhóm độc hại.



2.5.2 Tính chất cơ học

Tính chất cơ học là yếu tố cơ bản để lựa chọn nguyên liệu. Tính chất cơ học

có thể thay đổi phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu. Tính chất cần thiết của

hydrogel phục vụ cho vận chuyển thuốc là độ cứng, bền và độ mềm dẻo (elasticity).

Có thể tăng độ cứng của hydrogel bằng cách tăng mật độ liên kết ngang. Liên kết

ngang có thể là liên kết ngang đồng nhất (bulk crosslinking) hoặc liên kết ngang

không đồng nhất (surface crosslinking). Thông thường, liên kết ngang đồng nhất rất

dễ bị phá vỡ, trong khi liên kết ngang không đồng nhất bền hơn. Một trong hai cách

liên kết này giúp cải thiện tính ổn định của hydrogel. Tuy nhiên khi hydrogel quá

cứng sẽ gây khó khăn cho việc ứng dụng để vận chuyển thuốc. Gel càng cứng thì độ

mềm dẻo càng giảm. Vì vậy cần có sự cân bằng giữa độ cứng vào độ mềm dẻo để

đảm bảo tính chất cơ học của hydrogel [3], [14].

Ngồi ra, q trình nhả trương (deswelling) cũng ảnh hưởng đến tính chất cơ

học của hydrogel. Nước hấp thụ vào một hydrogel yếu sẽ bị nhả hấp thụ đến mức

cao hơn. Một hydrogel yếu ở trạng thái trương hồn tồn cũng có thể bị vỡ thành

các hạt trương nhỏ hơn dưới tác dụng của áp lực nhỏ. Sự xuất hiện của các hạt

trương nhỏ làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hydrogel trương với mơi trường khơ

xung quanh khiến cho quá trình nhả hấp thụ diễn ra nhanh hơn [14].



24



Hình 2.5.2.1.1.1: Mạch polymer trước và sau khi nối mạng.

2.5.3 Tính chất trương



Hình 2.5.3.1.1.1: Sự trương nở của hydrogel.

Hydrogel là chất lỏng nhưng lại có tính chất của chất rắn. Hydrogel có khả

năng hấp thu một lượng nước lớn. Lượng nước hấp thu từ 20% đến hơn 1000% khối

lượng gel khô [3].

Các hydrogel thường được xác định bởi mức độ trương của nó. Trương là

q trình cấu trúc hydrogel được mở rộng nhờ vào sự hấp thu nước vào khoảng

trống bên trong hydrogel. Bản chất của quá trình trương nở là sự tương tác giữa

polymer và nước. Nhờ tính ưa nước trong cấu trúc polymer mà liên kết polymer –

nước càng bền hơn. Nếu trong cấu trúc hydrogel có chứa các nhóm ion thì q trình

thẩm thấu sẽ xảy ra do sự khác biệt nồng độ ion giữa mơi trường bên trong và bên

ngồi hydrogel. Sự thẩm thấu càng lớn thì độ trương nở càng cao [14].

Độ hòa tan vô hạn của hydrogel được ngăn chặn bởi lực đàn hồi ở cấu trúc

mạng, do các monome kết mạng với nhau tạo nên bởi các chất tạo nối ngang đa



25



chức. Quá trình trương của hydrogel tương tự quá trình pha loãng dung dịch

polymer nhưng bị giới hạn bởi cấu trúc mạng của gel [3].

Ngoài khả năng trương, hydrogel cũng có khả năng co rút. Q trình trương

có nhiệt động học cân bằng với lực co rút của cấu trúc mạng. Sự trương phụ thuốc

chủ yếu vào mật độ nối ngang giữa các mạch polymer và thay đổi theo các yếu tố

môi trường như: pH, nhiệt độ, lực ion, chất gây trương, enzym, điện trường, từ

trường,…[3].

2.5.4 Tính tương thích sinh học

Điều bắt buộc đối với hydrogel y sinh khi sử dụng là phải tương thích sinh

học và khơng gây độc cho tế bào vật chủ. Tính tương thích sinh học được hiểu là

khả năng polymer hoạt động phù hợp với khả năng đáp ứng của cơ thể vật chủ. Các

polymer sử dụng cho lĩnh vực này đều phải kiểm tra độc tính trên tế bào và trong cơ

thể trước để đảm bảo không gây phản ứng nguy hiểm cho mô chủ.

Tính tương thích sinh học được xác định qua hai thơng số [8]:

-



An tồn sinh học: có nghĩa là polymer đáp ứng được với tế bào vật

chủ không chỉ trên khắp cơ thể mà còn tại các điểm cục bộ (vị trí xung

quanh tế bào viêm), đảm bảo khơng độc hại, không gây đột biến hay

gây ung thư.



-



Chức năng sinh học: phụ thuộc vào nguyên liệu, nhằm để thực hiện

các nhiệm vụ đã được định sẵn.



Tính khơng độc hại của polymer phải được duy trì trong suốt quá trình sử

dụng. Tuy nhiên một số yếu tố như: chất khơi màu, chất ổn định, dung mơi hữu cơ,

các chất nhũ hóa, các chất nối mạng hay các monomer không phản ứng hết trong

q trình tổng hợp khơng được loại bỏ hết sẽ dẫn đến việc tăng độc tính cho tế bào

vật chủ. Vì thế cần loại bỏ các chất độc hại, có thể dùng phương pháp lọc, rửa hay

sấy hút chân khơng để đuổi dung mơi trước khi sử dụng [8].



26



Hình 2.5.4.1.1.1:



Hình vẽ thể hiện sự tương thích sinh học trên cơ thể người.



2.5.5 Tính phân hủy sinh học

Vật liệu sử dụng trong lĩnh vực y sinh hay y học thường đòi hỏi phải có khả

năng phân hủy sinh học. Phân hủy sinh học là quá trình vật liệu khi đưa vào bên

trong cơ thể bị phân rã theo thời gian. Sản phẩm của quá trình phân rã sẽ tự tiêu

biến hoặc bị đào thải ra ngồi mà khơng gây hại cho cơ thể vật chủ.

Ứng dụng tính phân hủy sinh học trong y sinh, sử dụng hydrogel là quá trình

dẫn thuốc và nhả thuốc. Tùy thuộc vào tính chất của nguyên liệu mà thời gian phân

hủy cũng khác nhau. Sau khi nghiên cứu mức độ phân hủy của hydrogel, thuốc sẽ

gắn vào hydrogel mang đến các nơi cần thiết.

Quá trình phân hủy của hydrogel mang thuốc diễn ra theo hai bước. Đầu tiên

cấu trúc của hydrogel bị phân hủy trước, sau đó thuốc ở bên trong sẽ từ từ được nhả

ra. Muốn kiểm sốt q trình nhả thuốc, trước hết phải kiểm soát được thời gian và

mức độ phân hủy hydrogel. Người ta sẽ tiến hành khảo sát trong môi trường in vitro

và in vivo (trên chuột) trước khi đưa vào ứng dụng rộng rãi [3].



27



Hình 2.5.5.1.1.1: Quá trình phân hủy sinh học của hydrogel.

2.5.6 Ưu và nhược điểm của hydrogel

Bảng 2.5.6.1.1: So sánh ưu nhược điểm của hydrogel [3], [26]

- Hydrogel có tính tương thích sinh học, tính phân hủy sinh

-



học khi tiêm vào cơ thể.

Có khả năng linh hoạt tương tự như các mơ tự nhiên.

Có chức năng vận chuyển tốt các chất đến tế bào trong cơ



-



thể sống và đồng thời vận chuyển chất thải ra khỏi cơ thể.

Các hydrogel nhạy với điều kiện mơi trường có khả năng



Ưu điểm



nhạy đáp ứng sự thay đổi của môi trường như pH, nhiệt



Nhược điểm



-



độ, ánh sáng hay nồng độ chất trao đổi.

Hydrogel có tính chất cơ lý thấp nên khó xử lý.

Hydrogel có giá thành cao.

Khi nối mạng sẽ gây khó khăn cho việc đưa thuốc vào cơ



thể.

2.6 Ứng dụng của hydrogel

Ứng dụng điển hình của polymer hydrogel được dùng trong y sinh là vận

chuyển thuốc, giải phóng thuốc hoặc trong kĩ thuật mô nhờ khả năng thay đổi cấu

trúc đáp ứng việc thay đổi nhiệt hay pH của môi trường xung quanh. Khi tiêm vào

cơ thể, thuốc sẽ được bao bọc nhờ cấu trúc polymer ba chiều của hydrogel được

hình thành trong điều kiện cơ thể sinh lý. Sau khoảng thời gian, thuốc được nhả từ

từ nhờ vào tính tự phân hủy sinh học của hydrogel.



28



Bảng 2.6.1.1.1: Một số ứng dụng của hydrogel trong vận chuyển thuốc [4], [7]



Hydrogel nhạy nhiệt



Thành phần polymer



Ứng dụng vận chuyển thuốc



PEG-PLLA-PEG



FITC-labeled dextran



MPEG-PCL

PLGA-g-PEG/PEG-gPLGA

β acid -cyclodextrin-comethacrylic

Arcylic acid kết hợp với



Hydrogel nhạy pH



Hydrogel nhạy

nhiệt/pH



chitosan

Acrylic acid kết hợp với



rBMSC, dexamethasone

FITC-BSA, BSA

Insulin

Chondrocyte

Atorvastatin

Insulin

Rutin



tinh bột

OSM-PCLA-PEG-PCLA-



Paclitaxel



OSM

PAE-PCL-PEG-PCL-PAE

(PCL-PEG-PCL-PAU)n



hMSCs

Insulin

Paclitaxel



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

5 Tính chất của hydrogel

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×