Ứng dụng hydrogel trong y sinh

Hiện nay, hydrogel được sử dụng để sản xuất kính áp tròng, băng vết thương, kỹ thuật mô, hệ thống phân phối thuốc và sản phẩm vệ sinh. Bài báo này cung cấp các đặc điểm chính và ứng dụng y sinh của chúng. Từ công trình tiên phong của Wich-terle đến những phát minh, nghiên cứu và sản phẩm ứng dụng dựa trên hydrogel trên thị trường hiện nay.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng hydrogel trong y sinh ỨNG DỤNG HYDROGEL TRONG Y SINH Nguyễn Thị Bích Trâm1 1. Trường Đại học Thủ Dầu MộtTÓM TẮT Hydrogel đã trở nên rất phổ biến do các đặc tính độc đáo của chúng như hàm lượng nướccao, độ mềm, tính linh hoạt và khả năng tương thích sinh học. Các hydrogel này được tạo ra từcác polymer ưa nước tự nhiên hoặc tổng hợp có thể tạo được liên kết ngang về mặt vật lý hoặchóa học. Chính sự giống nhau của chúng với các mô sống trên cơ thể mở ra nhiều cơ hội ứngdụng trong lĩnh vực y sinh. Hiện nay, hydrogel được sử dụng để sản xuất kính áp tròng, băng vếtthương, kỹ thuật mô, hệ thống phân phối thuốc và sản phẩm vệ sinh. Bài báo này cung cấp cácđặc điểm chính và ứng dụng y sinh của chúng. Từ công trình tiên phong của Wich-terle đến nhữngphát minh, nghiên cứu và sản phẩm ứng dụng dựa trên hydrogel trên thị trường hiện nay. Từ khóa: băng dán vết thương, Hydrogel, kính áp tròng, vận chuyển thuốc, vật liệu y sinh1. GIỚI THIỆU Hydrogel là mạng lưới polymer ba chiều, ưa nước, có khả năng hấp thụ một lượng lớnnước hoặc chất lỏng sinh học. Do hàm lượng nước cao, độ xốp và tính nhất quán mềm mại,chúng mô phỏng giống mô sống hơn bất kỳ loại vật liệu sinh học tổng hợp nào khác.Hydrogel có thể ổn định về mặt hóa học hoặc chúng có thể bị phân hủy và cuối cùng là tanrã và hòa tan (Peppas và nnk., 2000). Hydrogel có thể được phân loại thành hai nhóm riêng biệt, hydrogel vật lý hay hydrogelhóa học, tùy thuộc vào phương pháp liên kết tương ứng của chúng. Phần lớn hydrogel vật lý cóthể trở lại trạng thái ban đầu khi tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc chịu tác động bởi các tác nhânbên ngoài khác. Ngược lại, hydrogel hóa học thường thể hiện tính ổn định cao hơn nhờ sự hiệndiện của mạng lưới liên kết cộng hóa trị trong cấu trúc của chúng. Hình 1. Cấu trúc minh họa của hydrogel (Kesharwani và nnk., 2021) 190 Hyrogel vật lý thường có tính thuận nghịch và có thể hòa tan bằng cách thay đổi các điềukiện môi trường, chẳng hạn như độ pH và cường độ ion của dung dịch hoặc nhiệt độ. Trong khiđó, hydrogel hóa học với mạng lưới liên kết cộng hóa trị nối các chuỗi phân tử khác nhau có thểđạt được bằng cách liên kết ngang giữa các polymer ở trạng thái khô hoặc trong dung dịch(Hoffman, 2021). Các hydrogel này có thể tích điện hoặc không tích điện tùy thuộc vào bản chấtcủa các nhóm chức có trong cấu trúc của chúng. Hydrogel tích điện thường biểu hiện sự thay đổiđộ phồng khi thay đổi độ pH và chúng có thể thay đổi hình dạng khi tiếp xúc với điện trường.Nói chung, tốc độ trương nở của hydrogel phụ thuộc vào mật độ liên kết ngang và nồng độ củacác polymer, khi mật độ liên kết ngang cao, dẫn đến giảm tỷ lệ trương nở, từ đó dẫn đến tăng độgiòn của hydrogel. Hydrogel cũng có thể được phân thành hai loại chính, đó là tự nhiên hoặc tổnghợp, tùy thuộc vào nguồn thành phần của chúng. Polysaccharide, peptide và hydrogel dựa trên cơsở protein đã thu hút được sự chú ý đáng kể của giới khoa học trong lĩnh vực hydrogel tự nhiên.Cấu trúc của hydrogel được minh họa trong hình 1 (Kesharwani và nnk., 2021). Hydrogel hóa học được điều chế theo hai cách khác nhau. Trùng hợp ba chiều trong đómonomer ưa nước được polymer hóa với sự có mặt của chất liên kết ngang đa chức năng hoặctrùng hợp trực tiếp thông qua liên kết ngang giữa các polymer tan trong nước. Quá trình trùnghợp thường được bắt đầu bằng các hợp chất tạo gốc tự do như benzoyl peroxide, 2,2-azo-isobutyronitrile (AIBN) và ammonium peroxodisulphate hoặc bằng cách sử dụng bức xạ tiaUV, gamma hoặc electron. Tuy nhiên, quá trình trùng hợp ba chiều có thể tạo ra các vật liệuchứa hàm lượng monomer dư đáng kể và do đó việc tinh chế các vật liệu này phải được thựchiện kỹ lưỡng vì các monomer không phản ứng thường độc hại và có thể liên tục thoát ra khỏihydrogel. Quá trình tinh chế hydrogel chứa các monomer còn sót lại được thực hiện bằngphương pháp chiết, bằng cách cho vào một lượng nước dư thừa và có thể mất đến vài tuần đểhoàn thành (Ahmed, 2015). Có rất nhiều cách tiếp cận có thể được sử dụng để cải thiện hoặc tránh quá trình tinh chế.Một khả năng là việc sử dụng các quy trình bổ sung dẫn đến mức độ chuyển đổi monomer caonhất có thể. Bằng cách tiến hành trùng hợp ba chiều, sau đó là xử lý sau trùng hợp bằng cáchxử lý nhiệt hoặc chiếu xạ các sản phẩm thu được, ... Ngoài ra, việc lựa chọn các monomerkhông độc hại sử dụng cho phản ứng trùng hợp ba chiều, chẳng hạn như oligomer hoặcmacromonomer (ví dụ polyethylen glycol dimethacrylate) có thể là một giải pháp. Cũng có thểtránh được nhu cầu tinh chế hydrogel sau khi tổng hợp bằng cách tạo liên kết ngang các polymerhòa tan trong nước. Các polymer tan trong nước như poly(acrylic acid), poly(vinyl alcohol),poly(vinylpyrrolidone), poly(ethylene glycol), polyacrylamide và một số polysaccharide lànhững hệ chất phổ biến nhất được sử dụng để tạo thành hydrogel. Các polymer hòa tan trongnước này không độc hại và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y sinh và dược phẩmkhác nhau, chúng không cần loại bỏ khỏi hệ thống, do đó không cần thực hiện các bước tinhchế tiếp theo. Liên kết ngang do bức xạ gamma tạo ra cho phép hình thành hydrogel và đồngthời khử trùng nó. Rosiak và cộng sự đã sử dụng các polymer tự nhiên (như gelatine hoặc agar)và các polymer tổng hợp (như poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) hoặc poly(vinyl alcohol) (PVA)được liên kết ngang bằng bức xạ gamma để sản xuất hydrogel vô trùng dùng trong chăm sócvết thương. Hiện nay, hydrogel được sản xuất và bán trên thị trường dưới dạng băng vết thươngKikgel và Aqua-gel. Nhóm nghiên cứu của Khutoryanskiy (Cook và nnk., 2012) đã báo cáo một phương phápthay thế để tổng hợp hydrogel từ các polymer hòa tan trong nước được chuẩn bị bằng cách sửdụng phương pháp xử lý nhiệt hoặc chiếu xạ vi sóng. Trong ph ...