- NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SCAFFOLD POLYLACTIC ACID BẰNG PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA DUNG MÔI. - Cấu trúc khung xốp, kỹ thuật mô, polylactic acid, scaffold, tách pha dung môi. - Phương pháp tách pha dung môi được sử dụng và các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành scaffold như loại dung môi, nồng độ polymer, nhiệt độ trao đổi, tỉ lệ ethanol/nước của hệ dung môi trao đổi, tỉ lệ dung dịch và dung môi trao đổi được tiến hành khảo sát. - Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng nồng độ polymer và lượng nước của dung môi trao đổi làm giảm kích thước lỗ xốp. - Ngược lại, khi tăng nhiệt độ trao đổi và tỉ lệ dung môi hòa tan/dung môi trao đổi làm tăng kích thước lỗ xốp. - Scaffold có kích thước lỗ xốp 42,4 m có thể được chế tạo ở nồng độ PLA là 150 g/L, nhiệt độ trao đổi là 40ºC, dung môi trao đổi có tỉ lệ ethanol/nước là 96/4, tỉ lệ thể tích dung môi hòa tan/dung môi trao đổi là 1/20. - Ngoài ra, kết quả thử nghiệm cơ học cho thấy độ bền kéo của scaffold giảm khi tăng kích thước lỗ xốp. - Nghiên cứu chế tạo scaffold polylactic acid bằng phương pháp tách pha dung môi. - Trong đó, tách pha dung môi là một phương pháp đơn giản, dễ sử dụng trong việc chế tạo vật liệu polymer có cấu trúc xốp (Guillen, Pan et al., 2011).. - Tách pha dung môi hay còn được gọi là tách pha bằng bể đông tụ, là phương pháp làm tách pha giữa dung môi và polymer để tạo thành cấu trúc polymer xốp. - Polymer được hòa tan trong dung môi thích hợp (solvent) để tạo thành dung dịch polymer đồng nhất. - Dung dịch polymer sau đó trao đổi với chất lỏng không hòa tan polymer (nonsolvent). - Quá trình trao đổi giữa dung môi của polymer và dung môi không hòa tan diễn ra, dẫn đến quá trình tách pha nhằm hình thành nên cấu trúc xốp. - Đặc tính quan trọng của phương pháp là sự trao đổi giữa dung môi hòa tan polymer (solvent) và chất lỏng trao đổi (nonsolvent). - Như vậy, sự hình thành cấu trúc polymer xốp phụ thuộc nhiều vào các yếu tố khác nhau như loại dung môi hòa tan (solvent), dung môi trao đổi (nonsolvent), nhiệt độ quá trình trao đổi và tỉ lệ thể tích solvent/nonsolvent.. - Các dung môi chloroform (CHCl 3. - 2.2 Phương pháp chế tạo. - Hình 1: Sơ đồ chế tạo scaffold bằng phương pháp tách pha dung môi. - Scaffold Hòa tan trong môi. - Trao đổi ethanol/nước trong bể đông tụ. - Polylactic acid (PLA) được hòa tan trong dung môi ở nhiệt độ phòng để tạo thành dung dịch đồng nhất với nồng độ xác định. - Khuôn chứa dung dịch polymer được loại bỏ hoàn toàn bọt khí, sau đó được cho vào bể đông tụ chứa hệ chất lỏng trao đổi là ethanol/nước. - Sự trao đổi của hệ chất lỏng trao đổi. - ethanol/nước với dung môi dẫn đến sự hình thành nên polymer cấu trúc khung xốp. - Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành scaffold cấu trúc xốp được khảo sát theo phương pháp luân phiên từng biến cho các yếu tố như loại dung môi, nồng độ polymer, nhiệt độ trao đổi, tỉ lệ ethanol/nước và tỉ lệ dung môi hòa tan/chất lỏng trao đổi. - Loại dung môi Dioxane Chloroform THF DM. - Tỉ lệ ethanol/nước, v/v . - Tỉ lệ dung môi/chất lỏng trao đổi, v/v . - Hình thái và kích thước lỗ xốp của scaffold được xác định bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hitachi Tabletop Microscope TM-1000. - Kích thước lỗ xốp trên hình được xác định bằng phần mềm phân tích ảnh ImageJ.. - 3.1 Ảnh hưởng của hệ dung môi/dung môi trao đổi đến tính chất scaffold. - Các nghiên cứu cho thấy các loại dung môi thường được sử dụng để hòa tan PLA là chloroform (Mikos, Thorsen et al., 1994, Zoppi, Contant et al., 1999, Ghorbani, Nojehdehian et al., 2016), tetrahydrofuran (THF) (Wei and Ma dioxane (Yamaguchi, Shinbo et al., 2004, Ellis and Chaudhuri, 2007, Niu, Feng et al., 2009) và dichloromethane (Liu, Lee et al., 2004). - Vì thế, ảnh hưởng của dung môi hòa tan đến cấu trúc của PLA scaffold được khảo sát. - Các loại dung môi hòa tan khác nhau như dichloromethane, 1,4-dioxane, THF,. - Mẫu scaffold được tiến hành với điều kiện thí nghiệm cố định nồng độ PLA 150 g/L, nhiệt độ phòng và hệ dung môi trao đổi ethanol/nước = 95/5 và tỉ lệ dung môi hòa tan/dung môi trao đổi là 1/20. - Kết quả khảo sát cho thấy scaffold không hình thành từ dung môi dichloromethane. - Scaffold được chế tạo từ dung môi hòa tan là THF có bọt khí xuất hiện rất nhiều trên bề mặt (Hình 2b). - Scaffold được tạo thành từ dung môi chloroform có dạng tấm và bề mặt phẳng đẹp (Hình 2c).. - Như vậy, có thể nói dung môi đóng vai trò rất quan trọng trong sự hình thành scaffold. - Dung môi hòa tan được lựa chọn phải có khả năng hòa tan tốt PLA và có khả năng trộn lẫn với dung môi trao đổi.. - Theo Hansen, sự hòa tan của polymer vào dung môi sẽ phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng tương đối RED (relative energy difference) của polymer và dung môi hòa tan. - Ra là tham số khoảng cách hòa tan được phát triển bởi Skaarup (Hansen, 1967) và được tính bằng công thức sau:. - Chỉ số 1 và 2 được kí hiệu tương ứng cho polymer và dung môi. - Trong đó, giá trị RED tiến về 0 thì khả năng hòa tan polymer càng tốt.. - sử dụng để xác định khả năng hòa tan của polymer vào dung môi (Flory and Krigbaum, 1950, Koningsveld, Kleintjens et al., 1974. - Tương tự như RED, khả năng hòa tan của PLA vào dung môi sẽ tăng khi giá trị giảm. - Kết quả từ Bảng 2 cho thấy độ hòa tan của PLA vào 4 dung môi giảm dần theo thứ tự sau dichloromethane >. - Hình 2: Hình scaffold được chế tạo từ các loại dung môi hòa tan khác nhau: (a) 1,4-dioxane, (b) THF, (c) chloroform. - dung môi trao đổi ethanol/nước = 95/5 và tỉ lệ dung môi hòa tan/dung môi trao đổi là 1/20.. - Bảng 2: Giá trị RED và 𝟏𝟐 tương tác giữa PLA và một số dung môi. - Polymer/Dung môi PLA 1,4-dioxane Chloroform THF Dichloromethane. - Nhiệt độ sôi, °C . - Tuy nhiên, bên cạnh sự hòa tan tốt của PLA vào dung môi hòa tan thì sự trộn lẫn giữa dung môi hòa tan vào dung môi trao đổi cũng quan trọng không kém. - Dung môi hòa tan và dung môi trao đổi phải trộn lẫn tốt vào nhau. - Trong nghiên cứu này, ethanol được chọn làm dung môi trao đổi. - Khả năng trộn lẫn của dung môi hòa tan vào ethanol được xác định bởi enthalpy tự do của hỗn hợp theo công thức:. - chỉ số 1 và dung môi hòa tan kí hiệu là chỉ số 2. - là tham số tương tác Flory giữa ethanol và dung môi.. - Khi tăng thì khả năng trộn lẫn của 2 dung môi vào nhau giảm. - tiến về 0 thì khả năng trộn lẫn của 2 dung môi là lý tưởng. - Khi thể tích riêng phần của ethanol tăng thì của 4 loại dung môi hòa tan đều giảm. - Hình 3: Sự tương quan giữa tham số tương tác Flory giữa dung môi hòa tan và thể tích riêng phần của ethanol. - Như vậy, dung môi 1,4-dioxane có khả năng trộn lẫn với ethanol tốt nhất nhưng lại hòa tan PLA kém nhất nên scaffold được chế tạo từ 1,4-dioxane rất mỏng và khó hình thành. - Dichloromethane có khả năng hòa tan PLA tốt nhất nhưng khả năng trộn lẫn với ethanol lại không lý tưởng, hơn nữa nhiệt độ sôi của dichloromethane quá thấp, chỉ khoảng 40 ºC nên không phù hợp với điều kiện khảo sát. - Scaffold tạo thành từ dung môi chloroform có bề mặt và cấu trúc liền khối (Hình 2c) nên phù hợp làm dung môi hòa tan PLA.. - tỉ lệ dung môi hòa tan/dung môi trao đổi là 1/20. - Kết quả ảnh SEM cho thấy kích thước lỗ xốp hay độ xốp giảm khi tăng nồng độ polymer. - Điều kiện cố định: nhiệt độ 25 ºC, tỉ lệ. - tỉ lệ dung môi hòa tan/dung môi trao đổi là 1/20.. - Điều này có thể được thấy, khi nồng độ của PLA tăng thì thời gian trao đổi hay tách pha giảm xuống từ đó dẫn đến giảm kích thước lỗ xốp. - Hơn nữa, ở nồng độ cao thì lượng phân tử PLA trên bề mặt lớp dung dịch polymer cũng tăng, những phân tử PLA trên bề mặt sẽ ngăn cản sự di chuyển, làm tốc độ di chuyển của chloroform vào chất lỏng trao đổi giảm đi, đồng nghĩa dẫn đến kích thước lỗ xốp cũng nhỏ lại, vách ngăn lại trở nên dày hơn. - Đối với scaffold dùng cho kỹ thuật mô, kích thước lỗ xốp là một trong những yếu tố quan trọng. - Sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi tốc độ trao đổi giữa hai dung môi, vì thế nhiệt độ là một trong. - tỉ lệ ethanol/nước 96/4 và tỉ lệ dung môi hòa tan/dung môi trao đổi 1/20. - Kích thước lỗ xốp là 15,5 μm, 18,6 μm, 24,7 μm, và 42,4 μm tương ứng với nhiệt độ trao đổi là 10 ºC, 20 ºC, 30 ºC và 40 ºC. - Do nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt của dung dịch, khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt của dung dịch giảm, các phân tử chloroform dễ dàng di chuyển vào hệ dung môi hòa tan làm tăng tốc độ trao đổi. - Khi tốc độ trao đổi dung môi tăng sẽ dẫn đến kích thước lỗ xốp tăng và ngăn giữa các lỗ xốp cũng mỏng dần. - dung môi hòa tan/dung môi trao đổi 1/20 3.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ ethanol/nước đến. - Tính chất của hệ dung môi trao đổi ảnh hưởng đến cấu trúc scaffold được tiến hành khảo sát.. - Scaffold được chế tạo sử dụng hệ dung môi trao đổi ethanol/nước có tỉ lệ khác nhau. - tỉ lệ dung môi hòa tan/dung môi trao đổi 1/20. - nhiệt độ chế tạo 40 ºC. - vậy, khi lượng nước tăng lên thì kích thước lỗ xốp giảm đáng kể. - Kết quả tính toán thể hiện sự tương thích giữa hai dung môi (Hình 3) và số liệu do moment lưỡng cực của chloroform là 1,04 D, của ethanol là 1,69 D và của nước là 1,85 D. - Như vậy, việc sử dụng một lượng vừa phải nước để kiềm chế tốc độ trao đổi và dung lượng trao đổi để tạo và kiểm soát kích thước lỗ xốp. - Tuy nhiên, nếu lượng nước quá lớn ở các tỉ lệ 70/30 hay 60/40 thì sự trao đổi khó diễn ra nên khó hình thành lỗ xốp.. - Hình 6: Hình thái mặt cắt ngang của scaffold được chế tạo sử dụng hệ dung môi trao đổi ethanol/nước có tỉ lệ thể tích: (a) 90/10, (b) 80/20, (c) 70/30 và (d) 60/40. - lệ dung môi hòa tan/dung môi trao đổi 1/20. - nhiệt độ chế tạo 40 ºC 3.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ (v/v) dung môi hòa. - tan và dung môi trao đổi đến hình thái scaffold Theo như đồ thị thể hiện mối tương quan giữa thể tích riêng phần của ethanol. - Ở thí nghiệm này, lượng dung môi hòa tan và dung môi trao đổi sẽ được khảo sát tại các tỉ lệ thể tích khác nhau. - Kết quả ảnh SEM cho thấy lỗ xốp của scaffold có xu hướng tăng lên khi tăng lượng dung môi trao đổi (Hình 7). - Kích thước lỗ xốp của scaffold là 7,7 μm, 11,5 μm, 13,5 μm và 15,4 μm, tương ứng với tỉ lệ dung môi hòa tan/dung môi trao đổi và 1/25. - Tuy nhiên, sử dụng lượng lớn dung môi trao đổi sẽ tốn nhiều chi phí vì thế sử dụng lượng dung môi như thế nào cho phù hợp còn tùy kích thước lỗ xốp mong muốn.. - Hình 7: Hình thái mặt cắt ngang của scaffold được chế tạo ở các tỉ lệ thể tích dung dịch/dung môi trao đổi: (a) 1/10, (b) 1/15, (c) 1/20 và (d)1/25 (d). - Điều kiện cố định: nhiệt độ 40 ºC, tỉ lệ ethanol/nước là. - 90/10, nồng độ PLA là 150 mg/L 3.6 Ảnh hưởng kích thước lỗ xốp đến cơ. - Hình 8: Quan hệ giữa cơ tính và kích thước lỗ xốp của của vật liệu scaffold. - Như vậy, cơ tính của mẫu giảm khi tăng kích thước lỗ xốp. - Nghiên cứu đã chế tạo thành công scaffold từ polylactic acid bằng phương pháp tách pha dung môi sử dụng dung môi hòa tan chloroform và hệ dung môi trao đổi là hỗn hợp ethanol/nước. - Có thể chế tạo được scaffold có kích thước lỗ xốp 42,4 m, độ bền kéo là 65,5 Mpa và diện tích bề mặt riêng là 25,7 m 2 /g