Tài liệu Chế tạo sợi chitosan ứng dụng cho dẫn truyền curcumin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- VI NHÃ TRÂN CHẾ TẠO SỢI CHITOSAN ỨNG DỤNG CHO DẪN TRUYỀN CURCUMIN Chuyên ngành: Công nghệ hóa học Mã số: 605275 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS Lê Thị Hồng Nhan TS. Đoàn Văn Hồng Thiện Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS. TS Phạm Thành Quân Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Trương Chí Thành Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Cần Thơ ngày 27 tháng 12 năm 2014. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS. TS Nguyễn Ngọc Hạnh. 2. PGS. TS Phạm Thành Quân 3. TS. Trương Chí Thành 4. TS. Nguyễn Quang Long 5. TS. Văn Phạm Đan Thủy Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VI NHÃ TRÂN MSHV:12880190 Ngày, tháng, năm sinh: 02/10/1986 Nơi sinh: Cần Thơ Chuyên ngành: Công nghệ hóa học Mã số: 605275 I. TÊN ĐỀ TÀI: Chế tạo sợi chitosan ứng dụng cho dẫn truyền curcumin. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Đánh giá đặc tính của nguyên liệu chitosan, curcumin.  Thử nghiệm tạo sợi chitosan bằng các phương pháp khác nhau.  Đánh giá kích thước và tính chất sợi chitosan.  Khảo sát khả năng hấp thu và phóng thích curcumin của sợi. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/11/2014 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Lê Thị Hồng Nhan TS. Đoàn Văn Hồng Thiện Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20.... CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA….……… LỜI CÁM ƠN Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ và hỗ trợ quý báu của nhiều người. Tôi chân thành cảm ơn đến: PGS TS. Lê Thị Hồng Nhan và TS. Đoàn Văn Hồng Thiện đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành đề tài luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và biết ơn sự chỉ dẫn tận tình và sự giúp đỡ của Thầy Cô trong suốt thời gian qua. Đặc biệt cảm ơn ThS. Trần Hoài Tâm, Khoa Điện - Điện tử Viễn thông, trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần Thơ đã nhiệt tình hỗ trợ, thiết kế thiết bị tạo điện áp cao cho tôi để hoàn thành đề tài này. Chân thành cảm ơn Thầy Cô Bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa Công nghệ, trường Đại học Cần Thơ và Thầy Cô Khoa Công nghệ thực phẩm và Công nghệ sinh học, trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần Thơ đã hỗ trợ tôi thiết bị và dụng cụ thí nghiệm trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Ngoài ra tôi cũng cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên, giúp đỡ và chia sẻ những khó khăn mà tôi đã gặp phải trong thời gian thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô trong Hội đồng chấm Luận văn đã dành thời gian quý báu để xem xét và đóng góp ý kiến cho luận văn hoàn thiện hơn. Một lần nữa tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả Thầy Cô, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong thời gian qua. Chân thành cảm ơn. Vi Nhã Trân i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Để tạo được sợi nanochitosan, chitosan được làm thử nghiệm với nhiều phương pháp tạo sợi như phương pháp kéo sợi ướt và phương pháp kéo sợi trong điện trường. Hỗn hợp gồm dung dịch chitosan có nồng độ 2-3% và dung dịch PVA có nồng độ 89% với tỷ lệ 1:4 theo thể tích, được sử dụng để tạo sợi bằng hệ thống kéo sợi trong điện trường có cường độ điện trường 5 kV/cm, khoảng cách giữa hai điện cực là 9 cm và tốc độ bơm là 0,2 mL/h. Với hình ảnh được chụp dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM), đường kính sợi trong màng thay đổi từ 100 nm đến 200 nm và đường kính này thay đổi khi nồng độ của chitosan và PVA trong hỗn hợp dung dịch ban đầu thay đổi. Lượng curcumin bị hấp thu trên các màng sợi cũng bị ảnh hưởng bởi nồng độ chitosan và PVA và mẫu C3P9 có tỷ lệ hấp thu curcumin cao nhất là 0,2483 g/g. Tỷ lệ phóng thích curcumin của các màng sợi chitosan/PVA phụ thuộc vào nồng độ chitosan/PVA của các mẫu, kết quả thu được là 0,22 ÷ 2,63%. Đề tài đã chứng tỏ sợi nano chitosan/PVA là chất mang curcumin có tiềm năng và hứa hẹn tạo ra một hệ dẫn truyền mới trong công nghiệp dược. ii ABSTRACT For preparing nano chitosan fibers, various methods such as wet and electro spinning were examined. The mixture of 2-3% chitosan and 8-9% PVA solutions with ratio of 1:4 (v/v) was used to form fibers by using a electro spinning system with electro intensity of 5 kV/cm, electrod gap of 9 cm and pump rate of 0,2 mL/h. By SEM analysis, the diameter of fibers in the membranes was about 100-200 nm and affected by chitosan and PVA concentration. The curcumin absorptive capacity of chitosan/PVA membranes was also influenced by chitosan and PVA concentration and the C3P9 sample had the highest curcumin absorptive capacity of 0,2483 g/g. The curcumin release capacity of chitosan/PVA membranes was about 0,22÷2,63% depending on the chitosan/PVA concentrations. The research demonstrated that the nano chitosan/PVA fibers are potential curcumin carriers and promising to open a new material for drug delivery in pharmaceutical industry. iii LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Vi Nhã Trân, học viên cao học lớp Công nghệ hóa học (CT) khóa 2012. Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Chế tạo sợi Chitosan ứng dụng cho dẫn truyền Curcumin” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, số liệu nghiên cứu được từ thực nghiệm và không sao chép. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014 Học Viên Vi Nhã Trân iv MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN ..............................................................................................................i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ............................................................................ ii LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................iv MỤC LỤC ................................................................................................................... v DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ viii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... x MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................... 2 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CHITOSAN .............................................................................. 3 1.1.1 Nguồn gốc ........................................................................................................ 3 1.1.2 Công thức hóa học ............................................................................................ 3 1.1.3 Tính chất cơ bản của chitosan .......................................................................... 3 1.1.3.1 Tính chất vật lý .............................................................................................. 3 1.1.3.2 Tính chất sinh học .......................................................................................... 3 1.1.3.3 Độc tính .......................................................................................................... 4 1.1.4 Các ứng dụng của chitosan............................................................................... 4 1.2 GIỚI THIỆU VỀ CURCUMINOID ..................................................................... 5 1.2.1 Cấu trúc hóa học của curcuminoid ................................................................... 6 1.2.2 Ứng dụng của nghệ .......................................................................................... 8 1.2.2.1 Trong thực phẩm ............................................................................................ 8 1.2.2.2 Trong dược phẩm ........................................................................................... 8 1.2.2.3 Trong mỹ phẩm .............................................................................................. 8 1.3 HỆ DẪN TRUYỀN NANO CHITOSAN-CURCUMIN VÀ ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH PHÓNG THÍCH CURCUMIN ............................................................. 8 1.3.1 Hệ dẫn truyền nano chitosan-curcumin ............................................................ 8 1.3.2 Động học của quá trình phóng thích curcumin .............................................. 10 1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ NANO CHITOSAN ............................ 11 1.5 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN .............................. 15 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................. 19 v 2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................... 20 2.2 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ .................................................................. 20 2.2.1 Hóa chất .......................................................................................................... 20 2.2.2 Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................... 20 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 21 2.3.1 Xác định hàm lượng curcumin trong dung dịch............................................. 21 2.3.2 Xác định kích thước và hình thái sợi chitosan ............................................... 21 2.3.3 Tạo sợi bằng phương pháp kéo sợi ướt .......................................................... 22 2.3.4 Tạo sợi bằng phương pháp kéo sợi trong điện trường ................................... 22 2.4 NỘI DUNGTHỰC HIỆN ................................................................................... 23 2.4.1 Đánh giá nguyên liệu...................................................................................... 23 2.4.2 Thử nghiệm tạo sợi chitosan .......................................................................... 23 2.4.2.1 Tạo sợi bằng phương pháp kéo sợi ướt ........................................................ 23 2.4.2.2 Tạo sợi bằng phương pháp kéo sợi trong điện trường ................................. 24 2.4.3 Tạo màng sợi bằng phương pháp kéo sợi trong điện trường ......................... 24 2.4.4 Khả năng hấp thu curcumin của màng sợi ..................................................... 24 2.4.5 Khả năng phóng thích curcumin của màng sợi .............................................. 25 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - BÀN LUẬN ................................................................. 27 3.1 ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU ....................................................... 28 3.1.1 Chitosan .......................................................................................................... 28 3.1.2 Curcumin ........................................................................................................ 29 3.2 THỬ NGHIỆM TẠO SỢI CHITOSAN.............................................................. 31 3.2.1 Tạo sợi bằng phương pháp kéo sợi ướt .......................................................... 31 3.2.1.1 Ảnh hưởng lưu lượng dòng bơm.................................................................. 31 3.2.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan................................................................. 31 3.2.2 Tạo sợi bằng phương pháp kéo sợi trong điện trường ................................... 35 3.3 TẠO MÀNG SỢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÉO SỢI TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ............................................................................................................................ 38 3.3.1 Đánh giá khả năng tạo sợi CS/PVA ............................................................... 38 3.3.2 Đánh giá màng sợi CS/PVA ........................................................................... 40 vi 3.3.3 Xử lý màng sợi CS/PVA ................................................................................ 43 3.4 KHẢ NĂNG HẤP THU CURCUMIN CỦA MÀNG SỢI CHITOSAN/PVA ... 44 3.4.1 Định lượng curcumin theo phương pháp lập đường chuẩn............................ 44 3.4.2 Khảo sát quá trình hấp thu curcumin theo thời gian ...................................... 45 3.4.3 Đánh giá tính chất màng sợi tẩm curcumin.................................................... 48 3.5 KHẢ NĂNG PHÓNG THÍCH CURCUMIN CỦA MÀNG SỢI CHITOSAN/PVA SAU KHI ĐÃ HẤP THU CURCUMIN ...................................... 50 3.5.1 Chuẩn bị dung dịch đệm pH 7.4 ..................................................................... 50 3.5.2 Khảo sát quá trình giải phóng curcumin theo thời gian ................................. 50 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ ................................................................. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 58 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 63 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 Công thức của chitosan ................................................................................ 3 Hình 1-2 Cấu trúc của các curcuminoid – thành phần chính trong thân rễ nghệ ........ 6 Hình 1-3 Công thức cấu tạo của hợp chất curcuminoid.............................................. 7 Hình 1-4 Các nhóm chức có hoạt tính sinh học trong curcumin ................................ 7 Hình 1-5 Một số phương pháp spinning ................................................................... 13 Hình 1-6 Tổng hợp chitosan bằng phương pháp electrospinning ............................. 15 Hình 2-1 Hệ thống tạo sợi theo phương pháp kéo sợi ướt ....................................... 22 Hình 2-2 Mô hình tạo sợi bằng phương pháp kéo sợi trong điện trường ................ 23 Hình 3-1 Nguyên liệu chitosan ................................................................................. 28 Hình 3-2 Curcumin tinh ............................................................................................ 29 Hình 3-3 Ngoại quan của các mẫu tạo bằng phương pháp kéo sợi ướt khi sử dụng các nồng độ chitosan khác nhau ...................................................................................... 33 Hình 3-4 Ảnh ngoại quan của các mẫu tạo bằng phương pháp kéo sợi ướt khi sử dụng các nồng độ chitosan khác nhau sau khi sấy khô ...................................................... 34 Hình 3-5 Ảnh qua kính hiển vi của các mẫu tạo bằng phương pháp kéo sợi ướt khi sử dụng các nồng độ chitosan khác nhau (độ phóng đại 10x) ....................................... 34 Hình 3-6 Hệ thống tạo sợi chitosan bằng phương pháp keo sợi trong điện trường .. 35 Hình 3-7 Hình chụp SEM của một mẫu chitosan có pha trộn thêm PVA ................ 37 Hình 3-8 Hình tạo sợi theo phương pháp kéo sợi trong điện trường ........................ 38 Hình 3-9 Đường kính sợi nhỏ nhất và lớn nhất của các mẫu chitosan/PVA cùng nồng độ PVA 7% ............................................................................................................... 40 Hình 3-10 Hình chụp SEM a) C0P7, b) C2P7, c) C2,5P7, d) C3P7. ........................ 41 Hình 3-11 Hình chụp SEM a) C2P7, b) C2,5P7, c) C3P7, d) C2P8, e) C2,5P8, f) C3P8, g) C2P9, h) C2,5P9, k) C3P9. ........................................................................ 42 Hình 3-12 Đường kính sợi nhỏ nhất và lớn nhất của các mẫu chitosan/PVA .......... 43 Hình 3-13 Đồ thị đường chuẩn dung dịch Curcuninoid ........................................... 45 Hình 3-14 Kết quả tỷ lệ hấp thu crucumin của các mẫu chitosan/PVA ................... 46 Hình 3-15 Kết quả hấp thu curcumin của mẫu C3P8 ............................................... 47 Hình 3-16 Kết quả hấp thu curcumin của mẫu C2P9 ............................................... 47 viii Hình 3-17 Kết quả hấp thu curcumin của mẫu C2,5P9 ............................................ 47 Hình 3-18 Kết quả hấp thu curcumin của mẫu C3P9 ............................................... 47 Hình 3-19 Ảnh qua kính hiển vi và SEM của các mẫu màng chitosan/PVA sau khi hấp thu curcumin ....................................................................................................... 49 Hình 3-20 Tỷ lệ phóng thích curcumin của C3P8-Cur ............................................. 51 Hình 3-21 Tỷ lệ phóng thích curcumincủa C2P9-Cur .............................................. 51 Hình 3-22 Tỷ lệ phóng thích curcumin của C2,5P9-Cur .......................................... 52 Hình 3-23 Tỷ lệ phóng thích curcumincủa C3P9-Cur .............................................. 52 Hình 3-24 Kết quả tỷ lệ phóng thích curcumintrong dung dịch pH 7.4 của các mẫu chitosan/PVA-Curcumin ........................................................................................... 53 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 3-1 Nhóm chức và bước sóng tương ứng của phổ FT-IR của chitosan nguyên liệu ............................................................................................................................. 29 Bảng 3-2 Kết quả diện tích peak, phần trăm diện tích peak của curcumin I, DMC và BDMC ....................................................................................................................... 30 Bảng 3-3 Ảnh hưởng lưu lượng dòng đến khả năng tạo sợi khi sử dụng phương pháp kéo sợi ướt ................................................................................................................. 31 Bảng 3-4 Ảnh hưởng nồng độ chitosan đến khả năng tạo sợi khi sử dụng phương pháp kéo sợi ướt ................................................................................................................. 32 Bảng 3-5 Ảnh hưởng của dung dịch polymer đến khả năng tạo sợi khi sử dụng phương pháp kéo sợi trong điện trường ................................................................................. 36 Bảng 3-6 Đường kính sợi PVA 7% và sợi CS/PVA khi thay đổi nồng độ Chitosan40 Bảng 3-7 Đường kính sợi CS/PVA khi thay đổi nồng độ chitosan và PVA ............ 42 Bảng 3-8 Kết quả đo độ hấp thu A của dung dịch chuẩn.......................................... 44 Bảng 3-9 Tỷ lệ hấp thu curcumin của các mẫu chitosan/PVA ................................. 45 Bảng 3-10Tỷ lệ phóng thích curcumin của các mẫu chitosan/PVA sau khi hấp thu curcumin .................................................................................................................... 50 x 1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây việc nghiên cứu về ứng dụng của những polymer sinh học trong y sinh rất được quan tâm bởi những tính chất đặc biệt và thú vị của nó. Trong số đó, ứng dụng của chitosan đã gây được sự chú ý đặc biệt bởi những tính chất vượt trội như nó có nguồn gốc tự nhiên, có khả năng hòa hợp và tự phân hủy sinh học, độc tính thấp, hoạt tính sinh học cao và ngoài ra nó còn có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, tăng sinh tế bào, tăng cường miễn dịch của cơ thể với các tác dụng kích thích sản sinh bạch cầu, giảm cholesterol trong máu, hạn chế sự phát triển của khối u, có tác dụng tốt trên các vết thương, vết bỏng. Chitosan được sử dụng như một vật liệu mang những chất có hoạt tính sinh học ở dạng tan trong nước và dạng khó tan trong nước như curcumin. Curcumin là một hoạt chất có trong củ nghệ vàng, nó có tác dụng kháng nấm, diệt khuẩn, diệt ký sinh trùng, chống viêm nhiễm và bảo vệ da. Ngoài ra nó còn là chất chống oxi hóa mạnh, ngăn chặn sự sản sinh các gốc tự do gây hại cho da. Tuy nhiên curcumin là chất có hoạt tính sinh học cao nhưng lại khó tan trong nước cho nên thông qua quá trình gắn kết các hạt curcumin trên sợi chitosan có thể làm tăng khả năng phân tán của curcumin, do đó cũng tăng khả năng hấp thu curcumin vào cơ thể. Vật liệu tạo ra có ý nghĩa lớn trong y học, nó được sử dụng như màng băng sinh học không những giúp cầm máu mà còn làm liền sẹo vết thương, hay nó có thể sử dụng trong những miếng cao dán, có tác dụng làm giảm đau, sưng đỏ. Đồng thời nó còn thân thiện và không gây độc cho người sử dụng. Ngoài ra, đề tài nghiên cứu theo hướng tạo chitosan dạng sợi vì sợi chitosan có diện tích bề mặt lớn và cơ tính ổn định hơn nên khả năng chứa đựng những hợp chất có hoạt tính sinh học sẽ tốt hơn [1]. Đây cũng là một đặc tính mới của đề tài và có ý nghĩa trong lĩnh vực y sinh, đặc biệt là ứng dụng cho dẫn truyền thuốc. Do đó, với mục đích kết hợp được những ưu điểm của chitosan và curcumin, đề tài luận văn Thạc sĩ “Chế tạo sợi Chitosan ứng dụng cho dẫn truyền Curcumin” nhằm nghiên cứu, khảo sát các điều kiện để tạo ra một hệ dẫn truyền thuốc có kích thước sợi nano, quy trình đơn giản, sử dụng ít hóa chất độc hại và khả năng hấp thu Curcumin cao. Chế tạo sợi chitosan ứng dụng cho dẫn truyền curcumin 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Chế tạo sợi chitosan ứng dụng cho dẫn truyền curcumin 3 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CHITOSAN 1.1.1 Nguồn gốc Chitosan là một polysaccharide nguồn gốc thiên nhiên, được tách chiết và biến tính từ vỏ loài giáp xác (tôm, cua , hến, trai, sò, mai mực, đỉa biển…), màng tế bào nấm họ Zygemycetes, các sinh khối nấm mốc, một số loài tảo…[2]. 1.1.2 Công thức hóa học Cấu tạo của chitosan rất giống của cellulose, chỉ khác một nhóm chức ở vị trí C2 của mỗi đơn vị D-glucose, nhưng tính chất của chúng lại khác nhau. Tên hóa học của chitosan là Poly β-(1,4)-D-glucosamine hay Poly β-(1,4)-2amino-2-deoxy-D-glucose. Trên thực tế thường vẫn có những mắc xích chitin đan xen trong mạch cao phân tử chitosan (khoảng 10%). Vì vậy, công thức hóa học chính xác của chitosan được thể hiện ở hình 1.1 [2]. Hình 1-1 Công thức của chitosan [2] 1.1.3 Tính chất cơ bản của chitosan 1.1.3.1 Tính chất vật lý Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, màu trắng ngà, không mùi, không vị, hòa tan dễ dàng trong các dung dịch acid loãng. Trọng lượng phân tử và độ deacetyl hóa là hai chỉ số đặc trưng quan trọng nhất của chitosan [2]. 1.1.3.2 Tính chất sinh học Vật liệu chitosan không độc, dùng an toàn cho người, có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học và có nhiều tác dụng sinh học đa dạng khác nhau như: tính kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u, làm giảm cholesterol Chế tạo sợi chitosan ứng dụng cho dẫn truyền curcumin 4 và lipid máu, làm to vi động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết [2]. 1.1.3.3 Độc tính Để dùng trong y tế và thực phẩm, đã có nhiều công trình nghiên cứu về độc tính của chitosan. Ngay từ năm 1968, K.Arai và cộng sự đã xác định chitosan hầu như không độc (almost non-toxic), chỉ số LD50 = 16 g/kg cân nặng cơ thể, không gây độc trên súc vật và người, không gây độc tính trường diễn. Nhiều tác giả đã chỉ rõ những lợi điểm của chitosan: tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh học, hòa hợp sinh học không những đối với động vật mà còn đối với các mô thực vật, là vật liệu y sinh tốt làm mau liền vết thương [3, 4]. 1.1.4 Các ứng dụng của chitosan Chitosan có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như trong mỹ phẩm, công nghiệp, nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, công nghệ sinh học, y tế,…[2, 5, 6]. - Trong mỹ phẩm: Dùng làm phụ gia để tăng độ bám dính, tăng độ hòa hợp sinh học với da, chống tia cực tím, làm mềm da, làm kem lột mặt… - Trong công nghiệp: Các kỹ nghệ làm giấy, chế biến gỗ, điện tử, mực in, phim ảnh: Chitosan dùng làm phụ gia để tăng cường sản phẩm. - Trong xử lý nước: Chitosan dùng để xử lý nước thải công nghiệp (tạo phức với các kim loại nặng độc hại), để lọc trong nước sạch tiêu dùng. - Trong nông nghiệp: Chitosan chống lại các nấm và vi khuẩn gây bệnh của môi trường xung quanh, để bảo vệ thực vật, cò dùng làm chất kích thích sinh trưởng cây trồng, thuốc chống bệnh đạo ôn, khô vằn cho lúa. - Trong công nghiệp thực phẩm: Để bảo quản đóng gói thức ăn, bảo quản thực phẩm, hoa quả, rau tươi… vì nó tạo màng sinh học không độc. Người ta đã tạo màng chitosan trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa chuột, ớt chuông, dâu tây, cà chua, quả vải, xoài, nho…dùng để lọc trong các loại nước quả ép, bia, rượu vang, nước giải khát… Vỏ bọc thực phẩm bằng màng chitosan đã được phép sử dụng ở Canada và Mỹ từ lâu. Là một polymer dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính sinh học đa dạng, chitosan được đưa vào thực phẩm, thức ăn, bánh kẹo, nước giải khát. Chế tạo sợi chitosan ứng dụng cho dẫn truyền curcumin 5 Cơ quản bảo vệ môi trường của Mỹ (USEPA) đã cho phép chitosan không những được dùng làm thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nước uống. Còn ngay từ năm 1983 Bộ Thuốc và Thực phẩm Mỹ (USFDA) đã chấp nhận chitosan được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm và dược phẩm. Nhiều cuộc hội nghị quốc tế về chitosan đã khẳng định tác dụng điều trị và tính an toàn của chitosan. Chitosan đã được đánh giá cao, gọi là “Yếu tố thứ sáu của sự sống con người” (cùng với protein, lipid, gluxit, nước, muối khoáng) và đã chính thức được Tổ chức Y tế Thế giới cho phép dùng trong y học và thực phẩm. Nhiều tác giả đã gọi chitosan là vật liệu của thế kỷ 21 [2]. - Trong công nghệ sinh học: Dùng để cố định enzym và các tế bào vi sinh - vật, làm chất mang sử dụng trong sắc ký chọn lọc. Trong y tế: Đây là ứng dụng quan trọng nhất, mang lại hiệu quả kinh tế cao của chitosan: Dùng làm phụ gia trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm: tá dược độn, tá dược dính, tá dược dẫn thuốc, màng bao phim, viêm nang mềm, nang cứng… Dùng làm chất mang sinh học để gắn thuốc, tạo ra thuốc polymer tác dụng chậm, kéo dài. Chitosan dùng làm hoạt chất chính để chữa bệnh như: Thuốc điều trị liền vết thương, vết bỏng, vết mổ vô trùng; thuốc bổ dưỡng cơ thể: Hạ lipid và cholesterol máu; thuốc chữa đau dạ dày, tiểu đường, xưng khớp, viêm khớp, viêm xương, loãng xương, chống đông tụ máu, kháng nấm, kháng khuẩn, điều trị suy giảm miễn dịch, có khả năng hạn chế sự phát triển của tế bào u, tế bào ung thư và chống HIV [2, 5, 6]. Dùng làm vật liệu y sinh: Con người nhân tạo, màng sinh học, chất nền cho da nhân tạo, chỉ khâu phẫu thuật, mô cấy ghép… 1.2 GIỚI THIỆU VỀ CURCUMINOID Nghệ chứa nhiều thành phần khác nhau (curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin, zingiberence, curcumenol, curcumol, turmerin…). Trong đó, đáng chú ý là ba hoạt chất chính curcumin, demethoxycurcumin và bisdemethoxycurcumin là ba hợp chất chính trong nghệ có nhiều hoạt chất quý, được Chế tạo sợi chitosan ứng dụng cho dẫn truyền curcumin 6 ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và gọi chung là curcuminoid. Thành phần curcuminoid tạo ra màu vàng của nghệ [7, 8]. R1 = R2 = OCH3 R1 = OCH3 , R2 = H R1 = R2 = H Hình 1-2 Cấu trúc của các curcuminoid – thành phần chính trong thân rễ nghệ [7] Trong đó, curcumin chiếm 50 – 60%, demethoxycurcumin chiếm 20 – 30%, còn bisdemethoxycurcumin chiếm khoảng 7 – 20%, tùy loại nguyên liệu nghệ và điều kiện chiết tách. Để chỉ hỗn hợp của ba dẫn xuất trên người ta dùng chung thuật ngữ “curcuminoid”. Tuy nhiên, do dẫn xuất curcumin chiếm tỷ lệ lớn nên các dẫn xuất trên có thể được gọi chung là curcumin [7, 8]. Curcuminoid là tinh thể dạng bột màu vàng cam, điểm nóng chảy ở 183 oC. Pigment màu curcuminoid tan trong dầu, không tan trong nước ở pH acid và pH trung hòa (độ tan < 10 µg/mL ở 25 oC), tan trong kiềm, acetone, dichloromethane, dichloroethylene, dimethylsulfoxide, benzene, acid acetic và trong dung dịch có tính cồn như ethanol, methanol... Dung dịch curcumin trong dung môi hữu cơ có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng khoảng từ 420- 430 mm [8-10]. 1.2.1 Cấu trúc hóa học của curcuminoid Ngoài ba thành phần chính trên, ba thành phần thứ yếu cũng được phân tách, được xem là đồng phân hình học của hợp chất curcuminoid trên. Một trong số đó là đồng phân hình học cis – trans của curcumin (dạng trans – trans) dựa trên phổ UV, điểm nóng chảy thấp hơn và kém bền trong dung dịch và dưới ánh sáng hơn khi so sánh với curcumin. Chế tạo sợi chitosan ứng dụng cho dẫn truyền curcumin 7 Hình 1-3 Công thức cấu tạo của hợp chất curcuminoid [7] Curcumin có giá trị hoạt tính sinh học cao là do trong công thức cấu tạo của curcumin có các nhóm hoạt tính sau: Hình 1-4 Các nhóm chức có hoạt tính sinh học trong curcumin [11] Nhóm parahydroxyl: hoạt tính chống oxi hóa. Nhóm keto: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào. Nhóm liên kết đôi: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào. Chế tạo sợi chitosan ứng dụng cho dẫn truyền curcumin