MỤC LỤC

TIÊU ĐỀ 

Trang

I/ Tổng quan về vật liệu polymer y sinh

1

II/ Phân loại vật liệu polymer y sinh

3

III/ Ứ ng dụng của vật liệu polymer y sinh

10

 NHẬ N XÉT

22

TÀI LIỆU THAM KHẢO

23


 

I/ Tổng quan về vật liệu polymer y sinh:
1/ Khái niệm:

Polymer y sinh là vật liệu polymer (có nguồn gốc thiên nhiên, nhân tạo, hoặc
tổng hợp) đượ c sử dụng trong y học vớ i mục đích điều tr ị, thay thế  cơ quan hay
chức năng, hoặc tăng cườ ng chức năng nào đó trong cơ thể người và động vật[1].
Mặc dù polymer y sinh đượ c ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực y h ọc, nhưng
nó củng có thể đượ c sử dụng r ộng rãi trong các lĩnh vực khác như: công nghệ  sinh
học, môi trườ ng, nông-lâm-ngư nghiệ p.
2/ Các yêu cầu đố i vớ i vật liệu polymer y sinh:

Tất cả các vật liệu polymer y sinh ph ải đáp ứng đầy đủ 4 yêu cầu cơ bản sau đây[13]:


Tính tương hợ  p sinh học và khơng độc hại:

Vật liệu polymer phải thích ứng vớ i các mơ, tế bào  –   nơi vật liệu tiế p xúc; có
khả năng kích thích sự hịa hợ  p vớ i các mơ này. Khơng gây sốc phản vệ với cơ thể 
sau khi cấy ghép các vật li ệu này trong thờ i gian dài. Sự xu ất hi ện ph ản ứng viêm
khi đưa vật ghép vào cơ thể  là hiện tượ ng t ự nhiên khi có vật l ạ vào cơ thể, trong
trườ ng hợ  p vật liệu có tính tương thích s inh học cao thì hiện tượ ng viêm do phản
vệ s ẽ h ết thúc trong vài ngày; trong trườ ng h ợ  p v ật liệu khơng có tính tương thích
sinh học vớ i mô tiế p xúc, hiện tượng viêm kéo dài do cơ thể thực hiện phản ứng
 phản vệ để đào thải vật ghép ra ngồi cơ thể .
Vật liệu polymer phải thể  hiện tính không độc hại khi thực hiện chức năng
trong suốt quá trình sử dụng trong cơ thể  để bảo đảm tính an tồn trong q trình
sử dụng.



Tính có thể khử trùng:

Tất c ả các vật li ệu c ấy ghép phải đượ c khử  trùng trướ c khi thực hi ện cấy ghép.
Các phương pháp khử  trùng thông thường đượ c s ử dụng là: Tia gama, plasma, tia
cực tím; cồn, và nhiệt độ. Các vật liệu này phải không bị  thay đổi tính chất, hình
dạng và cấu trúc khi sử dụng một trong những phương pháp khử  trùng trướ c khi
đưa vào cơ thể để bảo đảm tính năng của chúng.
Vật liệu polymer y sinh

Page 1


 



Tính chức năng: 

Mỗi một loại vật liệu polymer y học đượ c dùng để thay thế, chữa tr ị phải có
một chức năng đặc biệt phù hợ  p vớ i mục đích sử  dụng của nó. Đơi khi các nhà
khoa học có thể k ết hợ  p nhiều loại vật liệu khác nhau để đáp ứng chức năng, nhiệm
vụ của bộ phận cần thay thế.


Tính có thể chế tạo:

Vật liệu polymer phải có khả  năng đượ c chế tạo theo hình dạng và kích thướ c
u cầu. Nhiều trườ ng hợ  p v ật liệu polymer đáp ứng đượ c các u cầu trên nhưng
khơng thể chế tạo nên khơng có khả năng ứng dụng trong y sinh.
* Ngoài những yêu cầu cơ bản trên, cịn có một số u cầu cụ thể khác tùy theo

từng trườ ng hợ  p sử dụng và mục đích sử dụng cụ thể như: 
- Tính khơng phân hủy và bền trong môi trườ ng sinh học: đối vớ i một số 
trườ ng h ợ  p yêu cầu đáp ứng chức năng trong thời gian dài như: các ố ng d ẫn lưu,
xương, khớ  p.
- Tính phân hủy sinh học: đối với các trườ ng hợ  p vật liệu đáp ứng chức
năng trong thờ i gian có hạn như: vật liệu khung (scaffold) dùng để ni cấy phát
triển một tế bào nào đó; vật liệu truyền dẫn dượ c phẩm trong cơ thể.
3/ Tình hình ứ ng d ụng và nghiên cứ u vật liệu polymer y sinh t ại Việt nam:

Trong những năm gần đây, nền khoa học về y t ế của Việt Nam đã có những
 bướ c tiến r ất đáng kể. Nhiều thiết bị và công nghệ khám chữa bệnh hiện đại ngang
tầm thế giới đã đượ c nhậ p khẩu về Việt nam. Đặc biệt, đội ngũ y bác sỹ trong nướ c
cũng dần được đào tạo ở  nhiều nướ c tiên tiến trên thế giớ i và dần khẳng định vị trí
khoa học của mình trên bản đồ thế giớ i.
Từ nh ững sự tiến bộ trên, việc sử dụng các sản phẩm y t ế t ừ polymer y sinh
tại Việt nam r ất phát triển. Hầu như mọi sản ph ẩm tiên tiến nhất về mặt khoa học
đều có tại Vi ệt nam. Trong những năm gần đây, rất nhiều s ản ph ẩm y t ế xu ất phát
từ polymer y sinh đượ c sử dụng[14]:
- Hàng ngàn người được đặt stent độ ng mạch vành.
- Hàng ngàn ngườ i thay khớ  p háng ở  trong nước và nướ c ngoài.
Vật liệu polymer y sinh

Page 2


 

- Hàng triệu ống đỡ   động mạch các loại đượ c sử  dụng mỗi ngày, trong đó có
khơng ít các loại stent đặt trong cơ thể.
- Các ca chấn thương, chỉnh hình nghiệm tr ọng cần sử  dụng các vật tư y tế  từ 

 polymer y sinh diễn ra hàng giờ  trên khắ p cả nướ c.
- Hàng trăm ngàn ngườ i mắc bệnh hiểm nghèo cần điều tr ị bằng phương pháp vận
chuyển và truyền dẫn thuốc hiện đại.
Tuy nhiên, một điều c ần lưu ý là đa số tất cả các sản ph ẩm vật tư, thiết b ị y
tế k ể trên đều đượ c nhậ p khẩu từ nướ c ngoài.

II/ Phân loại vật liệu polymer y sinh:
Đến thời điểm hiện tại, đã có r ất nhiều loại sản phẩm từ polymer y sinh đượ c
nghiên cứu và ứng d ụng góp phần khơng nhỏ vào việc chữa bện và phục vụ cuộc
sống con người, và đượ c hệ thống dướ i dây:
1/ H ệ vật liệu polymer y sinh thay thế  cho xương, khớ 
 p, gân:

Hiện có r ất nhiều hệ vật liệu đi từ  polymer y sinh đượ c sử dụng trong việc
thay thế và điều tr ị vớ i mục đích này như đượ c trình bày như dưới đây[4-5]:

- Các loại sợ i: CF (carbone fiber), C (carbone), GF (Graphite fiber); UHMWPE
(ultra hight molecular weight Polyethylene); PGA (Polyglicolide); KF (Kevlar
fiber),… 
- Các loại polymer: UHMWPE (ultra hight molecular weight Polyethylene); PGA
(Polyglicolide); PLLA (Poly L- lactide); PCLA (poly-caprolactone co-L-Lactide);
PCL (poly caprolactone); PET (polyethylene terephthalate); PTFE (polytetra floro
ethylene); epoxy, PMMA (polymethyl methacrylate),… 

Vật liệu polymer y sinh

Page 3


 


Các vật liệu từ polymer y sinh được để chữa tr ị và thay thế cho hệ xương, khớ  p,
gân
Các loại vật liệu cho hệ xương, gân, khớ  p:
Vật liệu polymer y sinh

Page 4


 

Các loại sản phẩm sử dụng:
- Các loại định vị: ốc vít định vị , thanh định vị.
- Các loại thay thế: khớp háng, xương dầu gối, đĩa đệm, xương sống,… 
- Các loại bổ xung: răng, polymer tram răng, …  

2/ H ệ vật liệu polymer y sinh sử  d ụng làm hệ d ẫn lưu[4-6]:

Đối vớ i các sản phẩm dẫn lưu thì có thể  chia làm hai loại theo thờ i gian sử dụng:


Sử dụng ngắn hạn:

Các loại ống dẫn lưu này thườ ng chỉ  đượ c sử d ụng trong thờ i gian r ất ng ắn,
sau đó bỏ  đi như: ống truyền và dẫn dịch, nướ c, máu, các loại ống thông,… Các
loại ống này thườ ng không tiế p xúc hoặc tiế p xúc hạn chế với cơ thể  và đa số là
nằm ngồi cơ thể. Vì vậy, các loại ống này thườ ng sử d ụng vật liệu t ừ PE, PVC là
chủ yếu.



Sử dụng dài hạn:

Các loại ống dẫn lưu này thường đượ c sử dụng trong thờ i gian càng dài càng
tốt như: ống thông mật, các stent động mạch, Stent bang quang, …Các loạ i ống
này thườ ng tiế p xúc v ới các mô trong cơ thể  và đa số là nằm trong cơ thể . Vì vậy,
các loại ống này thườ ng sử d ụng v ật li ệu có chất lượ ng về  độ bền ho ặc tính tương
thích sinh học cao như PTFE, UHMWPE, PCLA, PLLA.

3/ H ệ vật liệu polymer y sinh sử  d ụng làm khung xương (scaffold)[5-7]:

Hiện nay, hệ vật liệu scaffold từ polymer y sinh phân hủy sinh học đượ c s ử dụng
r ất nhiều trong việc nuôi cấy và phát triển tế bào gốc có chức năng chuyên biệt.
Scaffold từ polymer y sinh này sẽ làm gía thể để các tế bào phát triển trên đó, khi
hình dạng của bộ phận c ần ni cấy đã hình thành đầy đủ   thì polymer y sinh cũng
đượ c phân hủy hết. K ết quả lả sự phát triển của các tế bào này sẽ  hình thành và

Vật liệu polymer y sinh

Page 5


 

thay thế  đầy đủ các bộ phận của cơ thể bị khiếm khuyết (đặc biệt là các bộ phận
này là hình thành từ tế bào sống chứ khơng phải là một vật liệu chết).
Các loại polymer y sinh phân h ủy sinh học đượ c sử dụng làm scaffold là: PCLA,
PLLA, PLA, PGA, PCLA,… 
Các tế bào gốc và các bộ phận có thể thay thế là: Răng, xương, sụn, da, …. 

4/ H ệ vật liệu polymer y sinh phục vụ chuẩn đoán[3-5]:


Một trong những lãnh vực cực k ỳ quan tr ọng trong ngàn y học là chuẩn đoán và
xét nghiệm, hiện có r ất nhiều polymer có tính năng đặ c biệt như polymer dẫn điện,
 polymer nhạy cảm vớ i các yếu tố  môi trường như: nồng độ  protein, đườ ng, pH,
điện, từ trường, .. đượ c k ết hợ  p vớ i các loại vật liệu khác như CNT, kim loại nano
như Vàng, Bạc, oxite sắt t ừ,… để chế t ạo các hệ thiết b ị, sensor và dụng c ụ chuẩn
đốn bệnh bằng hình ảnh, điện số, màu sắc, … với độ chính xác r ất cao và tiện lợ i.
các hệ thi ết bị này giúp cho việc chuẩn đoán và chữa tr ị  đượ c thực hiện một cách
nhanh chóng và tiết kiệm.

5/ H ệ vật liệu polymer y sinh cho việc vận chuyể n và truyề n d ẫn
  thuố c[8-13]:


Lĩnh vực tá dượ c mang thuốc:

Hiện nay, lãnh vực t ổng hợ  p polymer y sinh dạng tá dượ c ph ục v ụ cho việc
chế t ạo các loại viên nang nén, viên nang con nh ộng trên thê giới đang tạo ra một
nguồn thu cực lớ n. Mặc dù công nghệ tổng hợ  p các loại polymer này đã đượ c triển
khai đại trà trên thế  giới, nhưng tại Việt nam, các công ty dượ c phẩm chỉ  nhậ p
 polymer về  để  chế  tạo sản phẩm mà chưa chú trọng tớ i việc tổng hợ  p ra loại
 polymer.


Lĩnh vực truyền dẫn thuốc điều tr ị trúng đích: 

Trong những năm gần đây sự phát triển của các căn bệnh hiểm nghèo như HIVAIDS, ung thư, viêm gan, đặ c biệt là bệnh đái tháo đường đang trở  thành một mối
nguy hiểm đối vớ i s ức khỏe loài người. Và chúng đã trở  thành một mối lo ngại vô
cùng lớ n của các tổ  chức y tế  thế  giớ i. Việc kiểm sốt q trình phân phối
Vật liệu polymer y sinh


Page 6


 

thuốc/protein để điều tr ị những căn bệnh nghiêm tr ọng trên là một trong những thử 
thách trong lĩnh vực Y dượ c. Hiện có nhiều loại dượ c phẩm (thuốc /protein) chứng
tỏ  đượ c khả  năng chữa bệnh tốt, tuy nhiên các phương pháp sử dụng dượ c phẩm
truyền thồng như uống, tiêm, xạ tr ị, hóa tr ị thể hiện sự giớ i hạn nhất định trong quá
trình sử dụng. Tuy nhiên, các phương pháp sử dụng dượ c phẩm truyền thống để 
điều tr ị các loại bệnh này có những nhược điểm lớn như: sự tập trung đột ngột của
thuốc/protein tại một điểm, lúc đó thuố c/protein tr ở  thành chất độc hại cho cơ thể 
 bở i vì sự  tập trung đó làm cho liều lượ ng thuốc/protein tại đó cao hơn bình
thường; Vì dượ c phẩm dượ c d ẫn truyền theo đườ ng máu, chỉ khi gặ p tế bào mầm
 bệnh (ung thư) thì mớ i thể  hiện chức năng chữa tr ị, nhưng trong quá trình vận
chuyển dượ c ph ẩm này còn tác dụng lên tất c ả các tế bào khác mà nó gặp. Do đó
chỉ có một lượ ng nhỏ  dượ c phẩm có tác dụng hữu hiệu cho việc điều tr ị, còn phần
lớn dượ c phẩm lại tạo ra các phản ứng phụ khác trong q trình điều tr ị; Thêm vào
đó, sự suy giảm hình thức (profile) của thuốc/protein đến dướ i khoảng liều dùng
trong q trình điều tr ị  địi hỏi một liều thuốc/protein mới. Phương pháp sử dụng
 polyme y sinh có cấu trúc nano particle nhạy cảm vớ i nhiệt độ và pH, hoặc nhạy
cảm vớ i nhiệt độ hoặc pH hiện đượ c các nhà nghiên cứu trên thế giớ i nhận định là
 phương pháp phân phối thuốc một cách tự nhiên và có triển vọng nhất bở i vì nó
cho phép phân phối các phần t ử hoạt động của thuốc một cách đầy đủ và hiệu qu ả 
vì nó mang những ưu điểm nổi tr ội sau:
Sử dụng polyme y sinh có th ể mang và phân phối dượ c phẩm vào cơ thể con
ngườ i theo những chương trình đượ c vạch sẵn. Như vậy, nồng độ dượ c phẩm trong
máu và thờ i gian tác dụng của thuốc có thể  điều khiển một cách dễ  dàng nhằm
trách hiện tượ ng cục b ộ nhất th ời (hàm lượng dượ c ph ẩm trong máu cao nhất thờ i

gây tác dụng phụ) và có thể kéo dài thời gian điều tr ị cho một lần sử dụng thuốc.
So sánh về  hiệu năng sử  dụng để  điều tr ị  của phươ ng pháp mớ i này so v ớ i các
 phương pháp truyền thống đượ c thể hiện trên hình sau:

Vật liệu polymer y sinh

Page 7


 

Hình thức kiểm sốt thuốc/protein
- Đường đứt khúc: Hình thức nhả thuốc/protein theo phương pháp truyề n thống,
 phải sử dung lặ p lại nhiều lần.
- Đườ ng liền nét : Hình thức nhả thuốc liên tục từ hydrogel y sinh. Chỉ sử dụng
một lần.

Cấu trúc mạng lưới polyme hydrogel đượ c sắ p xế p vớ i các tính chất hố lý
dễ  dàng tương tác với dượ c phẩm. H ệ  polyme y sinh, đặc biệt là hydrogel y sinh
đang đượ c chú tr ọng trong việc ứng d ụng vào phương thức chữa b ệnh mớ i, b ở i vì
chúng có nhiều ưu điểm như khả  năng tương thích sinh họ c tốt, tính tương tác vớ i
dượ c phẩm có thể kiểm sốt . Một ưu điểm quan tr ọng của phương thức phân phối
thuốc từ hydrogel là chúng có thể kiểm sốt đượ c bở i một vài yếu tố, ví dụ  như :
Kích thướ c l ỗ tr ống c ủa hydrogel, tính k ỵ  nướ c, s ự có mặt của một số nhóm chức
đặc bi ệt, chúng tạo ra một tương tác đặc trưng giữ a chất mang (matrix) vớ i thuốc
và sự kiểm soát phân huỷ của các hydrogel y sinh.

Vật liệu polymer y sinh

Page 8



 

Cơ chế hình thành hydrogel từ polyme y sinh có cấu trúc nano
 particle nhạy cảm vớ i nhiệt độ và pH khi tiêm vào cơ thể sống

Mặc dù ý tưởng đưa ra có những bước đột phá trong khoa học, và các nhà
khoa học trên thế  giới đang tậ p trung nghiên cứu theo hướng đi này, tuy nhiên
cũng chỉ là những bước đầu nghiên cứu và chưa có một ứng dụng cụ thể nào do
những nguyên nhân sau: Vấn đề tổng hợ  p ra loại polymer phải có cấu trúc thích
hợ  p vớ i những điều kiện thay đổi về pH và nhiệt độ trong cơ thể cịn gặp khó khăn; 
Loại polymer phải có khả  năng khơng độc hại, tính tương đương sinh họ c cao
(khơng bị phải ứng đào thải khi đưa vào cơ thể  ngườ i) và có khả  năng phân hủy
sinh học. Vì những lý do trên, hiện thế giớ i vẫn đang nổ lực nghiên cứu và ngườ i ta
dự  đoán khả  năng áp dụng các nghiên cứu này sẽ bắt đầu có thể triển khai trong
tương lai 5 năm sau. 

Vật liệu polymer y sinh

Page 9


 

III/ Ứ ng dụng của vật liệu polymer y sinh:
1/ Ứ ng d ụng vật liệu nano chitosan trong truyề n d ẫ n thuố c:


Tổng quan về chitosan:


Chitosan là một loại polymer carbohydrate tự  nhiên có thể  tạo ra bằng cách
deacetyl hố chitin. Chitosan có thể tìm thấy trong tự nhiên từ  động vật giáp xác
như tôm, cua. Chitosan cịn có thể  đượ c tìm thấy từ  những lồi vi sinh vật như
nấm, men.
Chitosan là dẫn xuất deacetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–  NH2) thay thế 
nhóm (-NHCOCH3) ở   vị  trí C2. Chitosan đượ c cấu tạo từ  các mắc xích
D-glucosamine liên k ết vớ i nhau bở i liên k ết α-(1-4)-glycoside[15][16].

Công thức cấu tạo của chitosan

Chitosan có những tính chất sau:
- Khơng độc, tính tương ứng sinh học cao và có khả  năng phân huỷ sinh học
nên không gây dị  ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến
môi trườ ng.
- Cấu trúc ổn định.
- Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH < 6,3) và k ết t ủa ở  nh ững giá tr ị pH
cao hơn, hóa tím trong dung dị ch iod.
- Có tính kháng khuẩn tốt.
Vật liệu polymer y sinh

Page 10


 

- Là hợ  p ch ất cao phân tử nên tr ọng lượ ng phân tử của nó giảm dần theo thờ i
gian do phản ứng tự cắt mạch. Nhưng khi trọng lượ ng phân tử giảm thì hoạt
tính kháng khuẩn và kháng nấm khơng bị giảm đi. 
- Có khả năng hấ p phụ cao đối vớ i các kim loại nặng.

- Ở pH < 6,3, chitosan có tính điện dương cao.  
- Trong phân tử chitosan có chứa nhóm – OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích
 N-acetyl-D-glucosamine có nghĩa chúng vừ a là alcol vừa là amine, vừa là
amide. Phản ứng hố học có thể xảy ra ở  vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế 
O-, dẫn xuất thế N-.
- Mặt khác chitosan là những polymer mà các monomer đượ c nối vớ i nhau
 bở i các liên k ết α-(1-4)-glycoside; các liên k ết này r ất dễ bị cắt đứt bở i các
chất như: acid, baz, tác nhân oxy hoá và các enzyme thuỷ phân[15][16].
 Tổng quan về nano chitosan:

Chitosan đượ c sử  dụng làm nguyên liệu điều chế  hạt nano chitosan trong
những năm gần đây vì nhữ ng tính chất ưu việt của nó ở  kích thướ c nano. Chitosan
là dạng deacetyl hóa từ  chitin, có cấu trúc polysaccharide, đượ c tìm thấy ở   lồi
động vật giáp xác, cơn trùng và một vài loại nấm. Vớ i nhiều tính năng như tính
tương thích sinh họ c, phân hủy sinh học, bám dính màng và khơng độ c h ại, nó tr ở 
thành ngun liệu cho nhiều ứng dụng dượ c sinh học. Do đó, hạt nano chitosan tr ở 
thành hệ thống phân phối thuốc có tiềm năng lớ n[17].
 Nano chitosan do có kích thướ c siêu nhỏ (từ  10 đến 1000nm) nên dễ  dàng đi 
qua màng tế  bào, có thể  đưa vào cơ thể  qua nhiều đường khác nhau như dùng
ngoài da, dùng qua đườ ng miệng, qua mũi…. Nano chitosan có diện tích và điện
tích bề mặt cực lớn nên đượ c ứng dụng nhiều trong sinh y học như mang thuốc,
vaccine, vectơ chuyển gen, chống khuẩn, thuốc điều tr ị  ung thư…. Khi sử dụng
nano chitosan làm chất dẫn thuốc, thuốc điều tr ị  đượ c bảo vệ bở i những hạt nano
chitosan khỏi sự phân huỷ sinh học. Do kích thướ c r ất nhỏ, những hạt này có tác
dụng thấm sâu vào cơ thể, đưa thuốc đến đúng mụ c tiêu, nâng cao hiệu quả  điều
tr ị[18].


Các phương pháp chế tạo nano chitosan:


Hiện nay có nhiều phương pháp tạo nano chitosan. Phương pháp đượ c sử dụng
nhiều nh ất là tạo gel ion, ưu điểm của phương pháp này là quá trình chuẩ n b ị  đơn
Vật liệu polymer y sinh

Page 11


 

giản và không cần ph ải s ử d ụng dung môi hữu cơ hay sử dụng l ực nén lớ n, do đó
 phương pháp này đượ c nghiên cứu r ộng rãi trong tổng hợ  p ch ất d ẫn thuốc và thực
 phẩm chức năng[18].
 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất hạt nano chitosan như kích thướ c hạt và
sự  tích điện bề mặt là khối lượ ng phân tử  và độ deacetyl hoá của chitosan. Hiệu
quả thu giữ thuốc của hạt nano chitosan phụ thuộc vào giá tr ị  pKa và độ hoà tan
của thuốc. Thuốc k ết hợ  p với chitosan qua tương tác tĩnh điện, liên k ết hidro,
…[18]. Sự lựa chọn phương pháp tổng hợ  p nano chitosan còn phụ thuộc vào bản
chất của những phân tử hoạt động cũng như những yêu cầu dẫn truyền khác nhau.
1.1: Phương pháp khâu mạch nhũ tương:
Hỗn hợp nhũ tương nướ c trong dầu (w/v) đượ c tạo ra bằng cách phân tán dung
dịch chitosan trong dầu. Những giọt lỏng đượ c làm bền bở i chất hoạt động bề mặt.
Dung dịch nhũ tương sau đó đượ c khâu mạch bằng tác nhân tạo nối thích hợ  p như
glutaraldehyde. Hai nhóm  – CHO của glutaraldehyde sẽ  phản ứng vớ i nhóm  – 
 NH2 của chitosan để khâu mạch tạo hạt nano chitosan[19].

Vật liệu polymer y sinh

Page 12



 

1.2: Phương pháp giọt tụ/k ết tủa:

Phương pháp này sử  dụng tính chất của chitosan là khơng tan trong dung
dịch kiềm. Bở i vậy, chitosan sẽ bị k ết tủa, tạo giọt ngay khi dung dịch chitosan tiế p
xúc vớ i dung dịch kiềm. Dung dịch kiềm có thể là NaOH, NaOH-metanol hoặc
ethandiamine. Dung dịch chitosan sẽ  đượ c một thiết bị nén phun vào dung dịch
kiềm để tạo hạt nano[19].

1.3: Phương pháp hợ  p nhất giọt nhũ tương:

Phương pháp này lần đầu đượ c sử dụng vào năm 1999. Phương pháp này sử 
dụng nguyên tắc của cả hai phương pháp: tạo nối ngang nhũ tương và kết tủa. Thay
vì sử dụng tác nhân tạo nối ngang, k ết tủa tạo ra bằng cách cho các giọt chitosan
k ết hợ  p vớ i các giọt NaOH. Một hệ  nhũ tương bền chứa dung dịch chitosan cùng
vớ i thuốc tạo ra trong paraffin lỏng. Đồng thờ i, một hệ  nhũ tương bền khác chứa
dung dịch chitosan và NaOH cũng đượ c tạo ra theo cách như trên. Khi cả   hai hệ 
nhũ tương này đượ c tr ộn l ại vớ i t ốc độ khu ấy cao, các giọt t ừ mỗi h ệ s ẽ va chạm
một cách ngẫu nhiên, hợ  p lại và k ết tủa thành những hạt nhỏ[19].
Vật liệu polymer y sinh

Page 13


 

1.4: Phương pháp tạo gel ion:

Cơ chế của phương pháp này dựa trên tương tác tĩnh điệ n giữa chitosan tích

điện dương và  một polyanion như tripolyphosphate. Kỹ  thuật này có ưu điểm là
giai đoạn chuẩn bị đơn giản và thực hiện trong mơi trường nước. Đầ u tiên chitosan
đượ c hịa tan vào dung dịch acid acetic. Sau đó chitosan đượ c tr ộn lẫn vớ i
 polyanion để  tạo hạt nano chitosan dưới điều kiện khuấy từ liên tục tại nhiệt độ 
 phịng. Kích thước và điện tích bề mặt có thể ki ểm sốt bằng cách sử d ụng những
tỷ lệ chitosan và polyanion khác nhau[19].

Vật liệu polymer y sinh

Page 14


 

1.5: Phương pháp mixen đảo:

Trong phương pháp này, ngườ i ta hịa tan chất hoạt động bề mặt vào dung
mơi hữu cơ để tạo ra những hạt mixen đảo. Dung dịch lỏng chứa chitosan và thuốc
đượ c thêm từ từ  vớ i tốc độ khuấy không đổi để tránh làm đục dung dịch. Pha lỏng
đượ c giữ sao cho hỗn hợ  p tr ở thành pha vi nhũ trong suốt. Sau đó tác nhân tạ o nối
ngang dượ c thêm vào và khuấy qua đêm. Cơ quay loại dung mơi. Phần cịn lại
 phân tán lại trong nướ c. Dung dịch muối thích hợp được thêm vào để k ết t ủa ch ất
hoạt động bề  mặt. Hỗn hợp đượ c ly tâm. Phần dung dịch ở   trên chứa hạt nano
mang thuốc đượ c chiết ra, cho qua màng thẩm tách 1 giờ. Đông cô chất lỏng thu
đượ c cho ta bột thuốc[19].

Vật liệu polymer y sinh

Page 15



 



Ứ ng dụng trong truyền dẫn thuốc của hạt nano chitosan:

Hạt nano chitosan có kích thướ c nhỏ nên nó thích hợ  p cho nhiều con đườ ng sử 
dụng thuốc khác nhau nên đượ c phân loại theo con đườ ng sử dụng:
- Sử dụng bên ngoài đườ ng tiêu hóa:
Các hạt nano có thể được dùng trong tĩnh mạch bởi vì đườ ng kính của các mao
mạch máu nhỏ nhất là khoảng 4µm. Sự phân bố sinh học của các hạt nano có thể 
thay đổi tùy thuộc vào kích cỡ, điện tích bề mặt và tính k ỵ nướ c của chúng. Các hạt
có bán kính lớn hơn 100nm sẽ bị hấ p thu nhanh chóng bở i hệ  lướ i-nội mơ trong
gan, lá lách, phổi và tủy xương. Ngượ c lại, những hạt nhỏ hơn có xu hướ ng có thờ i
gian luân chuyển kéo dài[18].
Các loại thuốc hứa hẹn nhất đã đượ c nghiên cứu r ộng rãi để  dẫn truyền theo
cách này là những tác nhân kháng ung thư. Sau khi tiêm vào tĩnh mạ ch, nhiều hệ 
thống hạt nano bao gồm nano chitosan có xu hướng tích lũy lạ i trong một số khối u
Vật liệu polymer y sinh

Page 16


 

(Brasseur, 1980; Kreuter, 1994). Những hạt nano chitosan mang doxorubicin làm
chậm sự tăng trưở ng của khối u và nâng cao tỷ lệ sống sót của những con chuột bị 
cấy khối u. Ngồi ra, những hạt nano chitosan có kích thướ c nhỏ hơn 100nm đượ c
tạo ra cho thấy đã tránh khỏi hệ  lướ i-nội mô và luân chuyển trong máu đượ c lâu

hơn[18].
- Sử dụng qua đườ ng uống:

Ý tưở ng hạt nano có thể bảo vệ thuốc khơng bị enzyme phân hủy trong bộ máy
tiêu hóa dẫn đến sự phát triển các hạt nano thành những hệ thống dẫn truyền những
 phân tử lớn, protein và polynucleotide. Phương pháp này đượ c nghiên cứu r ộng rãi
sau một báo cáo r ằng lượng đườ ng trong máu của nh ững con chuột mắc b ệnh tiểu
đườ ng giảm sau khi uống những hạt nano insulin (Damge,1990). Kích thướ c hạt
nhỏ  hơn 500nm là mộ t yếu tố then chốt cho phép vận chuyển qua niêm mạc ruột
theo cơ chế endocytotic. Bên cạnh enzyme, màng nhầy ngăn cản sự khuyếch tán
của thuốc và hạt nano, những rào cản hấ p thụ biểu mơ là chướ ng ngại chính chống
lại sự hấ p thụ thuốc protein qua thành ruột. Do đó, hoạt tính của thuốc có thể đượ c
cải thiện bằng cách kiểm sốt kích thướ c hạt cùng vớ i kéo dài thời gian lưu giữ 
thuốc trong bộ máy tiêu hóa. Trong số những h ạt nano polymer, hạt nano chitosan
là chất dẫn thuốc lý tưởng vì chúng làm tăng mứ c hấ p thu thuốc[18].
Khả  năng cải thiện mức hấ p thu của chitosan đã đượ c nghiên cứu r ộng rãi. Đặc
tính bám dính của chitosan là do tương tác giữa chitosan tích điện dương và niêm
mạc tích điện âm. Điều này làm kéo dài thời gian tương tác của thuốc và bề mặt
hấ p thụ[18].
- Sử dụng qua đườ ng mắt:
Các hạt nano đượ c nhận thấy là chất mang tiềm năng để dẫn truyền qua đườ ng
mắt. Nhiều thí nghiệm cho thấy hạt nano có khuynh hướ ng bám chặt vào bề mặt
 biểu mô mắt. K ết quả kéo dài thời gian lưu giữ, tốc độ đào thải thuốc chậm hơn so
vớ i những phương pháp điều tr ị mắt truyền thống, do đó cải thiện dượ c tính của
thuốc. Vì vậy, những hạt nano đã được dùng để dẫn thuốc kháng viêm, kháng dị 
ứng cho những mục tiêu điều tr ị viêm mắt[18].
Chitosan đã đượ c sử dụng như là chất mang dẫn thuốc điều tr ị chứng viêm mắt
 bởi vì tác động thúc đẩy mức hấ p thu thuốc. Chitosan không chỉ gia tăng thờ i gian
Vật liệu polymer y sinh


Page 17


 

tương tác vớ i giác mạc qua tương tác tĩnh điệ n giữa điện tích dương của nó và
niêm mạc tích điện âm, nó cịn có khả  năng xun qua lớ  p niêm mạc, nâng cao
dượ c tính của thuốc. Nhóm của Felt (1999) tìm th ấy dung dịch chitosan kéo dài
thời gian lưu giữ thuốc kháng sinh trên giác mạc của thỏ. Những tác động tương tự 
cũng đượ c quan sát thấy khi sử dụng những hạt nano chitosan. Những hạt này đượ c
giữ trên giác mạc và k ết mạc c ủa thỏ ít nhất 24 giờ . Nhóm của De Campos (2001)
 phát hiện thấy sau khi sử  dụng những hạt nano chitosan trên thỏ, hầu hết thuốc
đượ c tìm thấy trong những mơ ngồi mắt, giác mạc và k ết mạc trong khi chỉ một
lượ ng thuốc nhỏ đượ c tìm thấy trong những mô trong mắt, mống mắt và chất dịch
lỏng[18].

2/ V ật liệu sinh học t ạo khung (Scaffold) trong k 
 ỹ  nghệ mô:

K ỹ nghệ mô (Tissue engineering) là một lĩnh vực liên quan đế n “ứng dụng
các nguyên tắc và các phương pháp kỹ nghệ và khoa học sự sống hướ ng tớ i hiểu
 biết cơ bản các mối quan hệ cấu trúc  –  chức năng của các mơ độ ng vật có vú bình
thườ ng và bệnh lý để phát triển các vật thay thế sinh học mà khơi phục, duy trì
hoặc cải thiện chức năng của mô’. Mục tiêu của k ỹ nghệ mô là khắc phục những
hạn chế của các phương pháp điều tr ị truyền thống d ựa trên cấy ghép cơ quan và
vật liệu sinh học[20].





-

Các đặc tính lý tưở ng của scaffold:
Có cấu trúc lỗ  xốp bên trong (đườ ng kính lỗ  ít nhất 60 - 100m): tăng
trưở ng mơ, phân bố mạch, cung cấp dưỡ ng chất.
Đượ c ch ế t ạo t ừ v ật li ệu có khả  năng phân hủy sinh học ho ặc kh ả  năng hấ p
thu sinh học đượ c kiểm sóat để mơ sẽ thay thế scaffold.
Có hóa học bề mặt thích hợp để giúp các tế bào bám, biệt hóa và tăng sinh.
Có các đặc tính cơ học thích hợp để tương xứng vớ i vùng ghép.
Khơng kích thích bất k ỳ phản ứng có hại nào.
Dễ tạo theo hình dáng và kích thướ c mong muốn.
Các vật liệu scaffold:
Các polymer tổng hợ  p:

Vật liệu polymer y sinh

Page 18


 

Các nghiên cứu sử  dụng vật liệu gốm vô cơ   tự  nhiên và tổng hợ  p (như 
hydroxyapatite và tricalcium phosphate) để  chế  tạo scaffold trong k ỹ  nghệ  mô
xươ ng do các vật liệu này giống vớ i thành phần vô cơ   tự nhiên của xươ ng và có
các đặc tính dẫn xươ ng. Tuy nhiên, các gốm này có tính giịn (d ễ gãy) và khơng
 phù h ợ  p vớ i các đặc tính cơ   học của x ươ ng. Xươ ng là một composite gồm khuôn
nền polymer đượ c tăng cườ ng vớ i các phần tử  gốm. Polymer là collagen và
hydroxyapatite. Hơ n nữa, scaffold gốm khơng thích hợ  p cho sự  tăng tr ưở ng của
mơ x ố p (như mơ c ơ   tim) vì các mơ này có các receptor t ế bào và các các yêu cầu
đặc tính cơ   học khác. Các polymer tự nhiên và tổng hợ  p là lựa chọn hấ p dẫn và

linh họat về ứng dụng cho sự tăng tr ưở ng phần lớ n mô[20].
Các polyester như  polyglycolic acid (PGA), polylactic acid (PLLA), các
copolymer (như PLGA) và polycaprolactone (PCL) thườ ng đượ c sử dụng để thi ết
k ế các scaffold. Sản phẩm phân hủy của các polymer này (glycolic acid và lactic
acid) hiện di ện trong cơ  th ể ng ườ i và đượ c th ải l ọai thông qua con đườ ng trao đổi
chất tự nhiên[20].
- Các polymer tự nhiên:
Các polymer là protein hoặc carbohydrate có nguồn gốc t ự nhiên đượ c sử dụng
làm scaffold cho sự tăng tr ưở ng của vài lọai mô. Polymer tự nhiên phổ biến nhất
đượ c sử dụng tạo scaffold k ỹ nghệ mô là collagen[20].


Các phương pháp chế tạo scaffold:

2.1: Lọc gián đoạn qua khuôn dung môi (solvent-casting particulate-leaching):
K ỹ thuật này bao gồm tạo ra một dung dịch PLLA trong chloroform và thêm
các hạt muối có đườ ng kính đặc biệt để tạo ra một dịch huyền phù đồng nhất. Cho
dung mơi bay hơ i để cịn lại khn nền polymer vớ i các hạt muối ở  khắ p bên trong.
Sau đó, ngâm composite trong nướ c để lọai muối ra và còn lại cấu trúc lỗ xố p.
2.2: Bọt khí (Gas foaming):
Một polymer có khả năng phân hủy sinh học như là PLGA đượ c bão hòa vớ i
CO2  ở   áp suất cao. Sau đó, làm giảm nhanh khả  năng hịa tan của khí trong
 polymer bằng cách đưa áp suất CO2 tr ở về áp suất khí quyển. Điều này dẫn đến sự 
tạo nhân và khuếch tr ươ ng bọt khí vớ i kích thướ c 100 –  500 µm trong polymer.
Vật liệu polymer y sinh

Page 19


 


2.3: Mạng lướ i sợ i (Fibre meshes/fibre bonding) :
Các sợ i từ  công nghiệ p dệt đượ c sử  dụng để  chế  tạo scaffold từ  PGA và
PLLA. Tuy nhiên, các scaffold này không ổn định về cấu trúc nên thườ ng gây ra
sự biến dạng nghiêm tr ọng do các lực co rút của tế bào đượ c nuôi trên scaffold.
Điều này đã dẫn đến việc phát triển k ỹ thuật liên k ết sợ i để tăng cườ ng các đặc tính
cơ  học của scaffold. Quy trình như sau: hịa tan PLLA trong methylene chloride và
đổ khn qua lướ i PGA. Cho dung mơi bay hơ i và sau đó làm nóng khn vớ i
nhiệt độ trên điểm nóng chảy c ủa PGA. Khi khn PGA-PLLA nguội, l ọai PLLA
 bằng cách hịa tan trong methylene chloride một lần nữa. K ết quả  là tạo ra một
mạng lướ i các sợ i PGA đượ c nối mạch.
2.4: Tách pha (Phase separation):
Hịa tan một polymer tổng hợ  p có khả n ăng phân hủy sinh học trong phenol
hoặc naphthalene và bổ sung thêm các phân tử có họat tính sinh học nh ư alkaline
 phosphatase vào dung dịch. Sau đó hạ nhiệt độ th ấ p h ơ n để t ạo ra một s ự tách pha
lỏng - lỏng và làm nguội để t ạo th ể r ắn hai pha. Lọai dung mơi bằng sự th ăng hoa
để có một scaffold xố p vớ i các phân tử họat động sinh học bên trong cấu trúc.
2.5: Làm khuôn tan chảy (Melt moulding):
Dùng bột PLGA và các vi cầu gelatin có đườ ng kính đặc biệt lấ p đầy một
khn Teflon. Sau đó làm nóng khn ở   nhiệt độ trên nhiệt độ chuyển tiế p thủy
tinh của PLGA cùng vớ i dùng sức ép lên hỗn hợ  p. Phươ ng pháp này làm cho các
hạt PLGA gắn k ết l ại v ớ i nhau. Khi lọai b ỏ khuôn, thành phần gelatin đượ c l ọc ra
 bằng cách ngâm trong nướ c và sau đó làm khơ scaffold. Scaffold đượ c t ạo ra theo
cách này có hình dạng của khn.
Quy trình làm tan ch ảy khn đượ c biết đổi để k ết hợ  p các sợ i HA ngắn. Sự 
 phân bố  đều c ủa các sợ i HA trong khắ p scaffold PLGA chỉ có thể  đượ c th ực hi ện
 bằng k ỹ thuật khuôn dung môi để chuẩn bị vật liệu sợ i HA, khuôn nền PLGA và
gelatin hoặc tạo lỗ bằng muối, sau đó ứng dụng quy trình làm khn tan chảy.
2.6: Làm khơ lạnh:
Hịa tan các polymer tổng h ợ  p nh ư PLGA trong acid acetic l ạnh hoặc benzen. Sau

đó làm đơng lạnh dung dịch và làm khơ lạnh để tạo ra khuôn nền lỗ xố p.
Vật liệu polymer y sinh

Page 20


 

Tươ ng tự, các scaffold collagen cũng đượ c chế  tạo bằng cách làm đơng
lạnh dung dịch collagen và sau đó làm khơ lạnh. Sự  đơng lạnh dung dịch sẽ làm
hình thành các tinh thể  đá mà sẽ  ép và tậ p trung các phân tử  collagen vào các
khỏang khe. Sau đó, lọai các tinh thể đá bằng cách làm khơ lạnh. Có thể kiểm sóat
kích thướ c lỗ theo tốc độ  đông lạnh và pH, tốc độ  đông lạnh nhanh tạo ra các lỗ 
nhỏ hơ n. Dùng ethanol để khử nướ c của collagen đông lạnh và làm khô tại điểm
tớ i hạn để tạo scaffold collagen. Sau đó, các scaffold này đượ c khâu mạch bằng tác
nhân vật lý hay hóa học để giảm khả năng hịa tan, tính kháng ngun và tốc độ 
 phân hủy.
Các phươ ng pháp khâu mạch v ật lý gồm chiếu tia UV, chiếu xạ tia gamma
hoặc phươ ng pháp nhiệt lọai hydro.
Các phươ ng pháp khâu mạch hóa học liên quan đến việc sử dụng các tác
nhân hai chức năng như  glutaraldehyde (GTA) và hexamethylene diisocyanate
hoặc bằng phươ ng pháp họat hóa nhóm carboxyl vớ i carbodiimide. Các polymer tự 
nhiên khác như  chitin và alginat cũng đượ c dùng để ch ế tạo scaffold bằng phươ ng
 pháp làm khô lạnh.
2.7: Đúc khuôn dung dịch (Solution Casting):
Hịa tan PLGA trong chloroform, sau đó tủa bằng cách thêm methanol vào.
Xươ ng làm khô lạnh đã đượ c khử khóang có thể k ết hợ  p v ớ i PLGA, và sau đó vật
liệu composite đượ c ép vào khn, làm nóng đến 45  –   48oC trong 24 giờ   để tạo
scaffold.


Vật liệu polymer y sinh

Page 21


 

NHẬN XÉT
Qua bài tiểu luận ta thấy được ưu thế  vượ t tr ột của vật liệu polymer y sinh
và tiềm tăng to lớ n của vật liệu này khi ứng dụng vào y học.
 Ngồi ra, có thể  dễ  dàng nhận thấy r ằng: lĩnh vực nghiên cứu vật liệu
 polymer y sinh tại Việt nam vẫn cịn r ất mớ i. Đó là một thách thức đối vớ i nền
khoa học nướ c nhà. Mặc dù vậy, tiềm năng về cả tài chính và nhân lực sẽ tham gia
vào lãnh vực này cực k ỳ lớ n.

Vật liệu polymer y sinh

Page 22


 

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Craig Halberstadt, Dwaine Emerich (2007) Cellular Transplantation from
 Laboratory to Clinic. Elsevier Inc.
[2] Teoh Swee Hin (2004) Biomaterials Engineering and Processing Series  –   Vol.
1,  Engineering materials for biomedical applications. World Scientific Publishing
Co.
[3] Kay C Dee, David A. Puleo, Rena Bizios (2002)  An Introduction to
TissueBiomaterial Interactions. John Wiley & Sons, Inc.

[4] Pathiraja A.Gunatillake and Raju Adhikari (2003)  Biodegradable synthetic
Materials.

 polymers for tissue engineering . European Cells and

[5] Doris

Klee,

Hartwig

Höcker

(2000)

 Polymers for Biomedical
 Applications: Improvement of the Interface Compatibility. Springer-Verlag Berlin

Heidelberg.
[6] W. Mark Saltzman (2004) Tissue Engineering: Engineering Principles for
the Design of Replacement Organs and Tissues . Oxford University Press, Inc.
[7] U.Kneser, P. M. Kauf mann, H. C. Fiegel, (1999) J. Biomed. Mater. Res. 47,
494.
[8] D. P. Huynh, W. S. Shim, J. H. Kim and D. S. Lee (2006) “pH/temperature sensitive poly(ethylene glycol)-based biodegradable polyester block copolyme

hydrogels”, Polyme, 47, 7918-7926.
[9] D. P. Huynh, M. K. Nguyen, B. S. Pi, M.S. Kim, S. Y. Chae, K. C. Lee, B. S.
Kim, S. W. Kim and D. S. Lee (2007) “A new functionalized injectable h ydrogel
 for controlled insulin delivery”. Addvance Materials, 57,1243.
[10] D. P. Huynh, B. S. Kim and D. S. Lee (2009) “Controlled release of insulin

by a new functionalized injectable hydrogel”, Journal of controll release, 67, 1357.
[11] W. S. Shim, Doo Sung Lee (2003) "Micelle Formation of the pH-sensitive
 Biodegradable Copolyme Hydrogels" , Advanced Polymeic Materials and
Technology (APMT-2003), P-3-38, August 4-7, Gyeongju, Korea.
Vật liệu polymer y sinh

Page 23


 

[12] W. S. Shim, M. S. Kim, D. S. Lee (2004) "Temperature and pH sensitive
 Micellization and Gelation of Biodegradable Block Copolyme Hydrogels" , The 8th
World Conference on Biodegradable Polymes and Plastics, June 1-4, Seoul, Korea.
[13] M. S. Kim, W. S. Shim, D. S. Lee (2004) "A study of polymeic micelle:
micellization-demicellization behavior of new pH-sensitive block copolyme" , 6th
Japan-Korea Symposium on Material & Interfaces, October 21-24, Beppu, Japan.
[14] Phạm Ng ọc Tuấn (2013)  Đề   xuấ t nghiên cứu ưng dụng chương trình vật tư
thiế t bị y t ế,  Hội thảo KH, ĐHQG. HCM.
[15] M.N.V.R. Kumar (2000) “A review of chitin and chitosan application” ,
Reactive & Functional Polymers,46, pp. 1-27.
[16] M. Rinaudo (2006) “Chitin and chitosan: Properties and applications” ,
Progress in Polymer Science, 31, pp. 603-632.
[17] H. Zhang, S. Wu, Y. Tao, L. Zang, Z. Su (2010) “Preparation and
Characterization of Water-Soluble Chitosan Nanoparticles as Protein Delivery

System”, Journal of Nanometerials, 2010, pp. 1-5.
[18] W. Tiyaboonchai (2003) “Chitosan Nanoparticles: A Promi sing System for
 Drug Delivery”, Naresuan University Journal, 11(3), pp. 51-66.
[19] S.A. Agnihotri, N. Mallikarjuna, T.M. Amineabhavi (2004) “Recent

advances on chitosan-based micro and nanoparticles in drug delivery” , Journal of
Controlled Release, 100, pp. 5-28.
[20] Doris Klee, Hartwig Höcker (2000) “ Polymers for Biomedical Applications:
 Improvement of the Interface Compatibility”. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Vật liệu polymer y sinh

Page 24