ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
ĐẶNG XUÂN DỰ
NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN
BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H2O2/BỨC XẠ
GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO
OLIGOCHITOSAN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
HUẾ - NĂM 2015
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CHITOSAN
BẰNG HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN H2O2/BỨC XẠ
GAMMA COBAN – 60 ĐỂ CHẾ TẠO
OLIGOCHITOSAN
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62 44 01 19
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
HUẾ - NĂM 2015
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới những người Thầy của
mình PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến, PGS.TS Võ Quang Mai đã dành nhiều thời
gian và công sức hướng dẫn tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Phòng thí nghiệm Hóa lý – Khoa Hóa,
Trường Đại học Khoa học Huế, nơi đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị
và hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian làm thực nghiệm.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong
Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển Khai Công nghệ Bức xạ
– Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, Phòng Công nghệ Bức xạ –Viện
Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Phòng phân tích Hóa lý – Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên – ĐHQG Tp. HCM đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về máy móc,
thiết bị trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến GS.TS Trần Thái Hòa trưởng Bộ
môn Hóa lý, Ban chủ nhiệm, cán bộ giảng viên và anh chị em NCS của Khoa
Hóa – Trường Đại học Khoa học Huế, các Thầy cô trong Ngành Hóa – Khoa
Sư phạm Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Sài Gòn đã động viên giúp đỡ
tôi trong suốt thời gian nghiên cứu.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 3 năm 2015
Tác giả
ĐẶNG XUÂN DỰ
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu
và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả
cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào
khác.
Tác giả
ĐẶNG XUÂN DỰ
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ANOVA Phân tích phương sai (Analysis of Variance)
ABTS 2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)
CFU/ml Số đơn vị khuẩn lạc trong 1 ml (Colony Forming Unit per
milliter)
CNBX Công nghệ bức xạ
COS Oligochitosan
COSM5 Oligochitosan, Mw ~ 5 kDa
COSM10 Oligochitosan, Mw ~ 10 kDa
CTS Chitosan
CTS-91 Chitosan có độ đề axetyl~91%, Mw ~49 kDa
CTS-80 Chitosan có độ đề axetyl~80%, Mw ~50 kDa
CTS-72 Chitosan có độ đề axetyl~72%, Mw ~48,2 kDa
CTSM15 Chitosan Mw ~15 kDa
CTSM23 Chitosan Mw ~23kDa
CTSM30 Chitosan Mw ~30 kDa
CTSM45 Chitosan Mw ~45 kDa
CTSM60 Chitosan Mw ~60 kDa
CTSM91 Chitosan Mw ~91 kDa
C90 Chitosan có độ đề axetyl 91%, Mw ~166 kDa
C80 Chitosan có độ đề axetyl 83%, Mw ~176 kDa
C70 Chitosan có độ đề axetyl 72%, Mw ~183 kDa
D Hiệu ứng đồng vận
E. coli Vi khuẩn Escherichia coli
ĐA Độ axetyl
ĐĐA Độ đề axetyl
ĐSGKLPT Độ suy giảm khối lượng phân tử
ĐTNBH Độ trương nước bão hòa
EB Chùm electron (Electron beam)
FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc
(Food and Agriculture Organization of the United Nations)
FT-IR Phương pháp Phổ hồng ngoại(Fourier transform infrared)
GPC Phương pháp Sắc kí gel thấm qua(Gel Permeation
Chromatography)
Gs Kí hiệu hiệu suất cắt mạch bức xạ
1H-NMR Phương pháp phổ cộng hưởng từ proton (Proton Nuclear
Magnetic Resonance)
HSCMBX Hiệu suất cắt mạch bức xạ
HSTĐPƯ Hằng số tốc độ phản ứng
IAEA Cơ quan Năng lượng Nguyên tử quốc tế (International
Atomic Energy Agency)
k Kí hiệu của HSTĐPƯ
KLPT Khối lượng phân tử trung bình khối lượng
k91d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 trong dung dịch
k80d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 trong dung dịch
k72d HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 trong dung dịch
k91t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 ở dạng trương
k80t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 ở dạng trương
k72t HSTĐPƯ cắt mạch CTS-72 ở dạng trương
LSD Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa (Least Significant
Difference)
m0 Kí hiệu khối lượng phân tử đơn vị monome
mesh Số lỗ trên một inch chiều dài
Mn Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình số lượng
Mv Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình độ nhớt
Mw Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình khối lượng
N Cỡ mẫu
OD Mật độ quang (Optical Density)
PI Độ đa phân tán của polyme (Polydispersity Index)
S. aureus Vi khuẩn Staphylococcos aureus
SD Độ lệch chuẩn (Standard Deviation)
t Kí hiệu thời gian
UV Phương pháp phổ tử ngoại (Ultraviolet spectroscopy)
v/v Thể tích /thể tích
XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X–ray diffraction)
WHO Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization)
w/v Khối lượng/thể tích
α Mức ý nghĩa
Co60
Bức xạ/tia gamma Co - 60
[] Độ nhớt đặc trưng
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS 12
Bảng 1.2. Hằng số k và α đối với CTS và một số hệ dung môi 15
Bảng 1.3. Khối lượng phân tử trung bình Mv, Mn và Mw của các
mẫu CTS có ĐĐA khác nhau
17
Bảng 1.4. Các loại cột Ultrahydrogel của hãng Waters và khoảng
đo KLPT hiệu dụng
19
Bảng 1.5. Suy giảm KLPT khi cắt mạch β - CTS bằng hydro
peroxit, tia Co60
và hiệu ứng đồng vận hydro peroxit và
tia Co60
29
Bảng 2.1. Thông tin về các mẫu chuẩn Pullulan 41
Bảng 2.2. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối
với cột Ultrahydrogel 250
41
Bảng 2.3. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối
với cột Ultrahydrogel Linear
43
Bảng 2.4. Kết quả Mw, Mn và PI của CTS đo bằng GPC 45
Bảng 3.1. Sự thay đổi ĐĐA của CTS theo thời gian phản ứng 55
Bảng 3.2. Sự thay đổi KLPT, ĐĐA và PI của CTS nguồn cắt mạch
bằng hydro peroxit
58
Bảng 3.3. Kết quả cắt mạch dung dịch 5% CTS-91 chế tạo COS 60
Bảng 3.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 trong dung dịch
5% bằng tia γCo60
và H2O2 0,5%
62
Bảng 3.5. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-91 5% trong
trường hợp có và không có H2O2 0,5%
63
Bảng 3.6. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch
CTS-91 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ
68
Bảng 3.7. Kết quả cắt mạch dung dịch CTS-80 nồng độ 5% chế tạo
COS
69
Bảng 3.8. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 trong dung dịch
5% bằng tia γCo60
và H2O2 0,5%
71
Bảng 3.9. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-80 5% trong
trường hợp có và không có H2O2 0,5%
72
Bảng 3.10. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch
CTS-80 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ
75
Bảng 3.11. Kết quả cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% chế tạo
COS
76
Bảng 3.12. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 trong dung dịch
5% bằng tia γCo60
và H2O2 0,5%
78
Bảng 3.13. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-72 5% trong
trường hợp có và không có H2O2 0,5%
80
Bảng 3.14. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch
CTS-72 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ
84
Bảng 3.15. Độ ẩm và ĐTNBH các mẫu CTS 88
Bảng 3.16. KLPT của CTS cắt mạch theo liều xạ với nồng độ H2O2
khác nhau
91
Bảng 3.17. HSCMBX Gs theo liều xạ ở những nồng độ H2O2 khác
nhau
93
Bảng 3.18. ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy với nồng độ H2O2 khác
nhau
95
Bảng 3.19. KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trương trong H2O2
5% ở liều xạ 10 kGy với suất liều khác nhau
98
Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến KLPT và ĐĐA
của CTS ở liều xạ 10,5 kGy
99
Bảng 3.21. Kết quả cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung dịch
H2O2 5%
101
Bảng 3.22. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 bằng tia γCo60
và
H2O2 5%
105
Bảng 3.23. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-91 ở dạng trương trong
nước và trong dung dịch H2O2 5%
106
Bảng 3.24. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương
trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ
108
Bảng 3.25. Kết quả cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong nước và
trong dung dịch H2O2 5%
111
Bảng 3.26. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 bằng tia γCo60
và
H2O2 5% ở dạng trương
113
Bảng 3.27. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-80 ở dạng trương trong
nước và trong dung dịch H2O2 5%
114
Bảng 3.28. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương
trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ
117
Bảng 3.29. Kết quả cắt mạch CTS-72 ở dạng trương trong nước và
trong dung dịch H2O2 5%
118
Bảng 3.30. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 bằng tia γCo60
và
H2O2 5% ở dạng trương trong nước và trong dung dịch
H2O2 5%
119
Bảng 3.31. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-72 ở dạng trương trong
nước và trong dung dịch H2O2 5%
120
Bảng 3.32. Sự phụ thuộc của HSCMBX và HSTĐPƯ theo ĐĐA khi
cắt mạch ở trạng thái rắn
121
Bảng 3.33. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trương
trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ
124
Bảng 3.34. KLPT, PI và ĐĐA của CTS được cắt mạch với các thời
gian khác nhau theo phương pháp 1
129
Bảng 3.35. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự
nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian
(power) theo phương pháp 1
130
Bảng 3.36. KLPT và ĐĐA phụ thuộc thời gian cắt mạch theo
phương pháp 2
131
Bảng 3.37. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự
nhiên (exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian
(power) theo phương pháp 2
132
Bảng 3.38. Kí hiệu các mẫu CTS cho nghiên cứu hiệu ứng chống oxi
hóa
134
Bảng 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của CTS có KLPT Mw (kDa)
khác nhau đối với E.coli
136
Bảng 3.40. Hiệu suất diệt khuẩn E. coli của CTS KLPT thấp và COS 137
Bảng 3.41. Hiệu quả diệt khuẩn E. coli của CTSM15 có nồng độ
khác nhau
137
Bảng 3.42. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có KLPT khác
nhau
138
Bảng 3.43. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có nồng độ khác
nhau
138
Bảng 3.44. Ảnh hưởng của CTS có MwKLPT khác nhau
140
Bảng 3.45. Trọng lượng (kg) của gà 72 ngày tuổi ở các lô khác nhau
141
Bảng 3.46. Ảnh hưởng của CTSM15 có nồng độ khác nhau
142
Bảng 3.47. Trọng lượng (kg) của gà 63 ngày tuổi ở các lô khác nhau 143
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chitin 4
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của CTS 5
Hình 1.3. Công thức cấu tạo chính xác của CTS 5
Hình 1.4. Công thức cấu tạo của COS 5
Hình 1.5. Phổ UV dẫn xuất thứ nhất của dung dịch axit axetic 0,01;
0,02; 0,03M và dung dịch N-axetyl glucosamin với các
nồng độ khác nhau (mg/l) trong axit axetic 0,01M
9
Hình 1.6. Phổ IR của mẫu chitin/CTS có ĐĐA khác nhau 5% (a);
50% (b) và 90% (c)
12
Hình 1.7. Tương quan giữa độ nhớt rút gọn và nồng độ CTS 14
Hình 1.8. Sự tạo thành liên kết hydro (I) và (II) 16
Hình 1.9. Sự phụ thuộc giá trị k và α vào ĐĐA của CTS 16
Hình 1.10. Sơ đồ cơ chế bắt hydro của gốc tự do hydroxyl cắt mạch
CTS
27
Hình 1.11. Sự suy giảm KLPT của β - CTS xử lý với H2O2, tia Co60
và H2O2/tia Co60
theo thời gian và liều xạ (suất liều:
1,33 kGy/h)
29
Hình 2.1. Sắc kí đồ GPC của mẫu chuẩn Pullulan ghi trên cột
Ultrahydrogel 250 với KLPT 100000 (a), 40000 (b),
23700 ( c), 12200 (d) và 738 Da (e)
42
Hình 2.2. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu
của Pullulan đối với cột Ultrahydrogel 250
43
Hình 2.3. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu
của Pullulan đối với cột Ultrahydrogel Linear
44
Hình 2.4. Sắc kí đồ của mẫu COS (a), CTS KLPT thấp (b) và CTS
KLPT cao (c)
45
Hình 2.5. (I) – Sơ đồ nguồn SVST Co – 60/B; (II) – Liều kế:
(a) - chưa sử dụng, (b) - đã sử dụng
48
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đề axetyl đến ĐĐA của CTS 55
Hình 3.2. CTS có ĐĐA ~ 78% (a); 84% (b); 95,5% (c) chế tạo từ
chitin
57
Hình 3.3. CTS nguồn ĐĐA ~ 72% (a); 80,3% (b) và 91,0 % (c) 58
Hình 3.4. Sơ đồ chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch 59
Hình 3.5. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-91 trong dung dịch 5%
theo liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian,
giờ = kGy/1,33)
61
Hình 3.6. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 trong dung
dịch 5% theo liều xạ
64
Hình 3.7. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung
dịch CTS-91 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian,
giờ = kGy/1,33)
66
Hình 3.8. Phổ FT-IR của CTS-91 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng
chiếu xạ dung dịch CTS-91 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ
2,2 kGy (b); 7,6 kGy (c); 15,1 kGy (d) và 19,8 kGy (e)
67
Hình 3.9. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-80 cắt mạch trong dung
dịch 5% theo liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian,
giờ = kGy/1,33)
70
Hình 3.10. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch trong
dung dịch 5% theo liều xạ
72
Hình 3.11. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung
dịch CTS-80 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian,
giờ = kGy/1,33)
73
Hình 3.12. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng
chiếu xạ dung dịch CTS-80 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ
2,6 kGy (b); 5,8 kGy (c); 10,7 kGy (d) và 21,2 kGy (e)
74
Hình 3.13. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-72 trong dung dịch 5%
theo liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian,
giờ = kGy/1,33)
77
Hình 3.14. Hiệu ứng đồng vận của các loại CTS trong dung dịch
5%/0,5% H2O2 theo liều xạ
79
Hình 3.15. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 trong dung
dịch 5% theo liều xạ
79
Hình 3.16. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung
dịch CTS-72 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian,
giờ = kGy/1,33)
81
Hình 3.17. Phổ FT-IR của CTS-72 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng
chiếu xạ dung dịch CTS-72 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ
8,2 kGy (b); 12,3 kGy (c); 16,5 kGy (d) và 21,4 kGy (e)
82
Hình 3.18. Dung dịch 5% CTS-91 trước khi chiếu xạ (a) và sau
chiếu xạ (b)
84
Hình 3.19. CTS -91 (a), CTS-91 cắt mạch (b), COS thu được từ
CTS-91 (c), CTS-80 (d) và CTS-72 (e)
85
Hình 3.20. Phổ UV – vis của CTS-91 (a), sản phẩm cắt mạch CTS-
91 (b), COS thu được từ CTS-72 (c), CTS-80 (d) và
CTS-91 (e) nồng độ 0,1 % (w/v) trong dung dịch axit
axetic 0,05%
86
Hình 3.21. Liên kết hydro trong phân tử của CTS 89
Hình 3.22. Sự suy giảm KLPT của CTS trương trong nước và trong
dung dịch H2O2 theo liều xạ
92
Hình 3.23. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS ( ĐĐA ~ 91,3%)
cắt mạch dạng trương nước theo liều xạ
94
Hình 3.24. Phổ FT-IR của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch
CTS ở dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c),
5% (d) tại liều xạ 10 kGy
95
Hình 3.25. Giản đồ XRD của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch
CTS ở dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c), 5% (d)
tại liều xạ 10 kGy
96
Hình 3.26. Phổ UV-vis của dung dịch CTS 0,1% có KLPT khác
nhau trong dung dịch axit axetic 0,05%
97
Hình 3.27. CTS ban đầu – dạng bột (a), CTS trương trong dung dịch
H2O2 5% (b) và CTS cắt mạch bằng hiệu ứng đồng vận (c)
98
Hình 3.28. Phổ FT-IR của sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương
với H2O2 nồng độ 0% (5ml H2O/1g CTS, a); 5% (b);
7,5% (c); 10% (d) tại liều xạ 10,5 kGy
99
Hình 3.29. Sơ đồ cắt mạch CTS ở dạng trương 101
Hình 3.30. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-91 cắt mạch ở
dạng trương trong nước và dung dịch H2O2 5% (thời gian,
giờ = kGy/1,33)
102
Hình 3.31. Mô hình đề nghị cho cơ chế cắt mạch đồng vận ở trạng
thái trương
104
Hình 3.32. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 cắt mạch theo
liều xạ ở trạng thái trương trong nước
106
Hình 3.33. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương
theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
107
Hình 3.34. Phổ FT-IR của CTS-91(a) và sản phẩm cắt mạch CTS-91
ở dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 8,2 kGy (b);
12,0 kGy (c);15,9 kGy (d) và 22,7 kGy (e)
108
Hình 3.35. CTS-91 ban đầu - 49 kDa (a); CTS-91 KLPT thấp - 14
kDa (b)
109
Hình 3.36. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-80 cắt mạch
ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5%
(thời gian, giờ = kGy/1,33)
112
Hình 3.37. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch theo
liều xạ ở trạng thái trương trong nước
114
Hình 3.38. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương
theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
115
Hình 3.39. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch CTS-80
ở dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 7,1 kGy (b);
15,5 kGy (c); 20,1 kGy (d) và 22,6 kGy (e)
116
Hình 3.40. CTS-80 ban đầu - 50 kDa (a); CTS-80 KLPT thấp – 11,7
kDa (b)
117
Hình 3.41. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-72 cắt mạch
ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5%
(thời gian, giờ = kGy/1,33)
119
Hình 3.42. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 cắt mạch theo
liều xạ ở trạng thái trương trong nước
120
Hình 3.43. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trương
theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
122
Hình 3.44. Phổ FT-IR của CTS-72 ban đầu (a) và sản phẩm cắt
mạch CTS ở dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ
7,5 kGy (b); 14,0 kGy (c); 20,1 kGy (d) và 22,4 kGy (e)
123
Hình 3.45. CTS-72 ban đầu - 47,8 kDa (a); CTS-72 KLPT
thấp - 13,3 kDa (b)
124
Hình 3.46. CTS sau khi cắt mạch bức xạ ở dạng trương 125
Hình 3.47. CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch từ CTS-72 (b);
CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo từ CTS-80 (e)
125
Hình 3.48. Phổ UV –vis của CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch
từ CTS-72 (b); CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo
từ CTS-80 (e) nồng độ 0,1 % (w/v) trong dung dịch axit
axetic 0,05%
126
Hình 3.49. CTS có KLPT 31 (a), 15(b), 10(c) và 5 kDa (d) 128
Hình 3.50. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch theo
phương pháp 1
130
Hình 3.51. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch theo
phương pháp 2
132
Hình 3.52. Hiệu suất bắt gốc tự do của CTS và COS 135
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 4
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN, OLIGOCHITOSAN ................ 4
1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan, oligochitosan ................................................ 4
1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan, oligochitosan .................................................... 4
1.1.3. Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan ................................................. 6
1.1.4. Một số thông số quan trọng của chitin, chitosan ...................................... 6
1.1.5. Cơ chế kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp và
oligochitosan ....................................................................................................... 8
1.2. SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐỀ AXETYL VÀ
KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CỦA CHITOSAN .................................................. 8
1.2.1. Phương pháp xác định độ đề axetyl .......................................................... 8
1.2.2. Phương pháp xác định khối lượng phân tử của chitosan ........................ 13
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN VÀ CÔNG
NGHỆ BỨC XẠ BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN ............................... 20
1.3.1. Giới thiệu sơ lược về Công nghệ bức xạ và Hóa học bức xạ ................. 20
1.3.2. Một số khái niệm và định nghĩa .............................................................. 21
1.3.3. Nguồn bức xạ .......................................................................................... 23
1.3.4. Tình hình sử dụng bức xạ trong và ngoài nước ...................................... 23
1.3.5. Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước ......................................... 24
1.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN .......................................................................... 28
1.4.1. Định nghĩa ............................................................................................... 28
1.4.2. Áp dụng hiệu ứng đồng vận trong hóa học ............................................. 30
1.5. TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH
CHITOSAN ....................................................................................................... 31
1.6. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN .................................................................... 36
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
THỰC NGHIỆM ............................................................................................. 38
2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT ............................................................ 38
2.2. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ ......................................................................... 38
2.3. PHƯƠNG PHÁP ........................................................................................ 39
2.3.1. Đo các thông số của chitosan và oligochitosan ...................................... 39
2.3.2. Đặc trưng cấu trúc vật liệu chitosan và oligochitosan ............................ 46
2.3.3. Các phương pháp chế tạo và biến tính vật liệu chitosan ......................... 47
2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu ứng dụng vật liệu chitosan cắt mạch ....... 51
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 55
3.1. CHẾ TẠO CHITOSAN NGUỒN TỪ CHITIN ......................................... 55
3.2. CẮT MẠCH CHITOSAN NGUỒN BẰNG HYDROPEROXIT ............. 57
3.3. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG
CHIẾU XẠ DUNG DỊCH ................................................................................ 59
3.3.1. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề
axetyl ~ 91% ...................................................................................................... 59
3.3.2. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề
axetyl ~ 80,3% ................................................................................................... 69
3.3.3. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề
axetyl ~ 72% ...................................................................................................... 76
3.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CHITOSAN Ở DẠNG
TRƯƠNG.. ....................................................................................................... 88
3.4.1. Xác định một số thông số ban đầu của chitosan cắt mạch ở dạng
trương…………………………………………………………………………88
3.4.2. Cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận của H2O2/tia γCo60
ở dạng
trương và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, suất liều ....................................... 91
3.4.3. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 91% ở dạng
trương .............................................................................................................. 101
3.4.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 80,3 ở dạng
trương .............................................................................................................. 111
3.4.5. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 72 ở dạng
trương .............................................................................................................. 118
3.5. KHẢ NĂNG CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG H2O2 TRONG
DUNG DỊCH ................................................................................................... 128
3.6. ỨNG DỤNG SẢN PHẨM CHITOSAN CẮT MẠCH ........................... 134
3.6.1. Hiệu ứng chống oxi hóa ........................................................................ 134
3.6.2. Hiệu ứng kháng khuẩn .......................................................................... 135
3.6.3. Hiệu ứng kích thích tăng trưởng và kháng bệnh trên gà ....................... 139
KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN......................................................... 144
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
PHỤ LỤC
1
MỞ ĐẦU
Chitosan và oligochitosan là những polyme có nguồn gốc thiên nhiên
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống. Chúng được
dùng làm chất kháng khuẩn [29], [51], [61], [70], [74], [117], chất chống oxi
hóa [36], [52], [85], [96], chất kháng khối u [75], chất gây hiệu ứng tăng
cường miễn dịch [20], [21], chất kích kháng bệnh và thúc đẩy tăng trưởng cho
cây trồng [34], [78], [116], chất mang dược phẩm [58], [101]… Đặc biệt
oligochitosan có độ polyme hóa từ 7 – 10 có hiệu ứng chống xâm nhiễm của
nhiều loại nấm gây bệnh thực vật thông qua cơ chế tự tạo kháng sinh
(phytoalexin) [5]. Hàng năm, có khoảng 10 tỉ tấn chitin được sản xuất ra trên
thế giới [76], là nguồn nguyên liệu dồi dào để chế tạo chitosan. Chitosan
thông thường có khối lượng phân tử rất cao, chỉ tan trong một số dung môi
nhất định. Điều này đã hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong nhiều trường
hợp [89]. Vì vậy, vấn đề biến tính cắt mạch chitosan nhằm mở rộng khả năng
ứng dụng của loại polyme này là rất cần thiết.
Nhiều phương pháp cắt mạch chitosan khác nhau đã được nghiên cứu và
áp dụng. Trong đó, phương pháp hóa học sử dụng H2O2 và phương pháp
chiếu xạ sử dụng bức xạ gamma cắt mạch chitosan để chế tạo oligochitosan
gần đây được tập trung nghiên cứu áp dụng vì cho hiệu suất cao, thân thiện
với môi trường [38], [76] và có khả năng áp dụng với quy mô lớn [32]. Tuy
nhiên, nghiên cứu sử dụng kết hợp hai tác nhân này cho đến nay vẫn còn rất ít
[9], [32], [34], [45] và chưa thật sự có hệ thống.
Trên thế giới, việc ứng dụng công nghệ bức xạ đã trở nên phổ biến. Các
sản phẩm của công nghệ bức xạ đã mang lại sự thay đổi mới mẻ trong nhiều
lĩnh vực của đời sống và đã được các tổ chức quốc tế IAEA, FAO, WHO ủng
hộ, phối hợp chuyển giao công nghệ. Công nghệ bức xạ ứng dụng trong các
lĩnh vực biến tính vật liệu, khử trùng nước, chế tạo chế phẩm dùng trong y tế,
2
các chất điều hòa tăng trưởng, chất bảo vệ và tăng năng suất cây trồng… là
những hướng nghiên cứu và ứng dụng đầy triển vọng.
Ở Việt Nam, nghiên cứu và triển khai ứng dụng công nghệ bức xạ chỉ
được bắt đầu từ những năm 1980 và chủ yếu được tiến hành ở Viện nghiên
cứu hạt nhân Đà Lạt trên cơ sở sử dụng lò phản ứng hạt nhân và nguồn chiếu
xạ gamma Co – 60. Đến nay, nhiều trung tâm chiếu xạ thực phẩm và chiếu xạ
khử trùng được xây dựng tại Hà Nội và Tp. HCM đã mở rộng hơn phạm vi
nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ bức xạ. Ở các trung tâm này, với
nguồn bức xạ gamma Co – 60 được trang bị, nhiều nghiên cứu biến tính vật
liệu đã được triển khai và ứng dụng có hiệu quả. Một trong các hướng nghiên
cứu đó là biến tính cắt mạch chitosan chế tạo chitosan khối lượng phân tử
thấp và oligome của nó bằng phương pháp chiếu xạ. Tại trung tâm
VINAGAMMA, Tp. HCM, nghiên cứu theo hướng này đã thu được những
kết quả bước đầu rất có triển vọng. Một số sản phẩm đã được đưa vào ứng
dụng như chế phẩm oligochitosan, tên thương mại là RIZASA 3SL, SĐKVN:
1796/11RR do Cục Bảo vệ Thực vật, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông
thôn cấp phép dùng làm chất kích kháng bệnh cho cây lúa và cho các loại cây
khác. Một số công trình liên quan đến vấn đề này cũng đã được công bố trong
các tạp chí chuyên ngành trong và ngoài nước [1], [4], [3], [5], [6], [9], [11],
[10], [32], [40]. Tuy nhiên, nghiên cứu các quy trình công nghệ nhằm tăng
tính hiệu quả và tiết kiệm năng lượng bức xạ vẫn đang là vấn đề hấp dẫn cần
được mở rộng nghiên cứu.
Từ những thông tin trên, với mong muốn tìm hiểu khả năng kết hợp của
hai tác nhân H2O2 và bức xạ gamma Co-60 trong việc cắt mạch chitosan chế
tạo oligochitosan, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu cắt mạch
chitosan bằng hiệu ứng đồng vận H2O2/bức xạ gamma Coban– 60 để chế
tạo oligochitosan”.
3
Đề tài được tiến hành dựa vào phương pháp nghiên cứu hiệu ứng đồng
vận áp dụng cho hai tác nhân là H2O2 và bức xạ gamma Co-60 trên cơ sở
tham khảo một số công trình đã được công bố [45], [32], [91].
Bằng phương pháp tiếp cận có hệ thống, chúng tôi tiến hành chế tạo
oligochitosan và tính hiệu ứng đồng vận dựa trên phương pháp chiếu xạ
gamma Co-60 sử dụng H2O2 nhằm làm gia tăng hiệu suất cắt mạch bức xạ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ suy giảm khối lượng phân tử của chitosan như
nồng độ, liều xạ, thời gian phản ứng đều được khảo sát. Từ kết quả nghiên
cứu, chúng tôi tìm điều kiện thích hợp cho việc sử dụng hiệu ứng đồng vận để
chế tạo hiệu quả oligochitosan.
Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:
- Nghiên cứu điều kiện chế tạo hiệu quả chitosan nguồn
- Nghiên cứu giảm khối lượng phân tử chitosan
- Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận để chế tạo chitosan khối lượng phân tử
thấp và oligochitosan
- Nghiên cứu ảnh hưởng của suất liều bức xạ đến hiệu suất cắt mạch
chitosan
- Nghiên cứu một số ứng dụng của sản phẩm oligochitosan và chitosan
khối lượng phân tử thấp chế tạo được
Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho việc áp dụng
hiệu ứng đồng vận của các tác nhân tương tự trong việc chế tạo chitosan khối
lượng phân tử thấp. Từ kết quả của luận án cho phép xây dựng quy trình công
nghệ sản xuất hiệu quả oligochitosan áp dụng hiệu ứng đồng vận với quy mô
lớn, mở rộng khả năng áp dụng hiệu ứng này lên các loại polysaccarit có cấu
trúc tương tự, nhằm phát triển khả năng ứng dụng của các loại polyme có
nguồn gốc tự nhiên.
4
O
OH
OH
OO
OH
NHCOCH3
O
OHNHCOCH3
OOH
NHCOCH3
O
OH
OOH
NHCOCH3
O
OH
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN, OLIGOCHITOSAN
1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan, oligochitosan
Chitin có tên khoa học là poly-(2,4)-2-acetamido-2-desoxy- -D-glucose,
thuộc về nhóm hợp chất polysaccarit. Trong thiên nhiên, trữ lượng của chitin
chỉ đứng thứ hai sau cellulose. Chitin là thành phần chủ yếu trong vỏ của các
loại động vật “xương ngoài” như: cua, tôm, nhện, bọ cạp, vỏ của các loại giáp
xác… Chitin cũng được tìm thấy trong vách tế bào của một vài loài nấm hay
của một số loài sinh vật khác [12].
Chitosan (CTS) là dẫn xuất của chitin, được chế tạo phổ biến bằng cách
đề axetyl hóa một phần từ chitin trong môi trường kiềm đặc [13].
Oligochitosan còn gọi là chitosan oligosaccarit (COS) là sản phẩm giảm
cấp của CTS, được chế tạo bằng biến tính cắt mạch CTS sử dụng các tác nhân
cắt mạch như enzym [63], hóa học [76] và bức xạ [27], [38]…
1.1.2. Cấu trúc chitin, chitosan, oligochitosan
Chitin là polysaccarit thiên nhiên không nhánh, giống cellulose, có cấu
trúc như mô tả trên hình 1.1.
Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chitin
Cấu trúc hóa học của chitin rất giống của cellulose, chỉ khác là nhóm -OH
ở vị trí C2 của mỗi đơn vị D-Glucose của cellulose được thay bằng nhóm
-NHCOCH3 ở chitin. Một cách đơn giản, chúng ta có thể xem chitin là sản
phẩm trùng ngưng của nhiều phân tử N-acetyl-D-glucosamine [12].
5
CTS có cấu tạo gồm các đơn vị D-glucosamin và N-acetyl-D-glucosamin.
Đơn vị cấu tạo trong phân tử CTS là D-glucosamin, các mắt xích được liên
kết với nhau như trên hình 1.2.
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của CTS
Hình 1.2 mô tả cấu trúc CTS trên lý thuyết. Thực tế, mạch phân tử CTS
vẫn tồn tại nhóm axetyl đan xen do sự đề axetyl hóa chưa hoàn toàn. Do vậy,
công thức cấu tạo chính xác của mạch CTS có thể biểu diễn như ở hình 1.3.
Hình 1.3. Công thức cấu tạo chính xác của CTS
COS có cấu trúc phân tử được mô tả như trên hình 1.4.
Hình 1.4. Công thức cấu tạo của COS
COS là sản phẩm của quá trình cắt mạch CTS nên về cấu trúc như CTS
nhưng có mạch phân tử ngắn hơn, khối lượng phân tử (KLPT) trung bình khối
nhỏ hơn 10 kDa.
6
1.1.3. Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan
Chitin là nguồn nguyên liệu quan trọng để chế tạo ra các dẫn xuất như
carboxymethyl chitin, CTS, COS…
Chitin/CTS cùng với dẫn xuất của nó có những tính chất quan trọng như:
khả năng tương hợp và phân hủy sinh học, chống oxi hóa, khả năng kháng
khuẩn, kháng khối u và khả năng hấp phụ kim loại nặng… Do vậy, các
polyme này đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như: nông nghiệp, dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm chức năng,
công nghệ sinh học và xử lý môi trường... [3], [8], [79], [86]. Đặc biệt,
nghiên cứu gần đây cho thấy CTS tan trong nước là một dạng cấu trúc mới,
đó không phải là những oligome mà là CTS có KLPT tương đối cao,
Mw ~ 1 - 5105 Da, độ đề axetyl khoảng 45 - 55%, được chế tạo theo phương
pháp axetyl hóa CTS bằng anhydrit axetic và kết tủa bằng etanol [35]. CTS
tan trong nước được đánh giá là rất có triển vọng để ứng dụng trong nghiên
cứu in vivo [39], đặc biệt là làm chất ổn định, chất bắt gốc tự do để chế tạo hạt
nano kim loại (Au, Ag...).
COS được xem là chất kích thích kháng bệnh thực vật hiệu quả (vắc xin
thực vật) vì có những hoạt tính sinh học đặc biệt khác với CTS thông thường
– có KLPT cao. Ngoài các tính chất tương tự như CTS, COS đặc biệt hiệu quả
đối với khả năng kích thích sự miễn dịch trên động vật và cây trồng [53],
[110].
1.1.4. Một số thông số quan trọng của chitin, chitosan
Độ đề axetyl hóa (ĐĐA) hoặc độ axetyl hóa (ĐA), ĐA = 100 – ĐĐA là
một thông số rất quan trọng của chitin và CTS. Về mặt định lượng thì ĐĐA là
tỉ số giữa số nhóm -NH2 so với tổng số nhóm -NH2 và nhóm -NHCOCH3
trong phân tử chitin/CTS. ĐĐA là thông số cơ bản dùng để phân biệt chitin
với CTS. CTS thường có ĐĐA > 50%, nghĩa là số nhóm NH2 > số nhóm
7
-NHCOCH3 [7], [12]. Sự khác biệt về số lượng của các nhóm trên dẫn tới sự
khác biệt rõ rệt về tính chất của hai loại polyme này. CTS có ĐĐA khác nhau
dẫn tới sự khác nhau về KLPT, độ nhớt, khả năng hòa tan trong axit... Khi
chitin được đề axetyl hóa, do điều kiện khắt khe của sự đề axetyl hóa như
nồng độ NaOH, nhiệt độ, thời gian... dẫn đến sự cắt mạch làm cho CTS tạo
thành có độ dài mạch ngắn hơn so với chitin gốc. ĐĐA càng cao thì KLPT và
độ nhớt càng giảm. Độ nhớt của CTS trong axit axetic bị ảnh hưởng bởi nhiều
yếu tố như ĐĐA, KLPT, pH, nhiệt độ... Các hằng số về độ nhớt trong phương
trình Mark – Houwink ([η] = k×Mvα) là k và α phụ thuộc vào sự thay đổi của
ĐĐA. Khi ĐĐA tăng, k tăng và α giảm.
Khối lượng phân tử trung bình khối – Mw cũng là một thông số quan
trọng của chitin/CTS. Chitin có Mw vào khoảng 3×105
- 5×105 Da trong khi
CTS có Mw vào khoảng 1×105
- 3×105 Da. KLPT ảnh hưởng đến độ tan và độ
nhớt của chitin/CTS. Và do đó, nó cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng ứng
dụng của các loại polyme này.
Độ tan là thông số kỹ thuật quan trọng quyết định đến khả năng ứng dụng
của chitin/CTS và dẫn xuất của chúng trong nhiều trường hợp. Chitin không
tan trong nước, kiềm, axit loãng, ancol và hầu hết các dung môi hữu cơ, chỉ
tan trong axit vô cơ đặc như HCl, H2SO4, H3PO4 và thường kèm theo sự giảm
cấp. Chitin tan trong một số dung môi hữu cơ có chứa clorua liti như:
N,N-dimetylacetamid (DMAc) chứa 5% LiCl và N-etyl pyrrolydon-LiCl. Khả
năng hòa tan của chitin trong DMAc-LiCl phụ thuộc vào ĐĐA của nó, khả
năng này giảm khi ĐĐA tăng lên. Khác với chitin - khó hòa tan trong các
dung môi thông thường, CTS do có nhóm -NH2 tự do nên tan dễ dàng trong
các dung môi axit như axit formic, adipic, axetic... Trong trường hợp này,
nhóm amin tự do bắt đầu hình thành nhóm -NH3+ [17]. Nhờ đặc tính này mà
CTS có giá trị ứng dụng cao hơn chitin và do đó có giá trị thương mại cao hơn
vì dễ chế tạo thành nhiều dạng khác nhau như màng mỏng, sợi, bột...
8
Ngoài ra, độ ẩm, độ tro, hàm lượng protein và độ trương nước bão hòa
cũng là những thông số quan trọng có ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của
chitin/CTS.
1.1.5. Cơ chế kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp và
oligochitosan
Không giống như chitin, CTS KLPT thấp và COS sở hữu các nhóm
amino tự do trong cấu trúc của nó. Số nhóm amino này đã thể hiện vai trò
quan trọng trong hoạt tính kháng khuẩn và một số cơ chế đã được đề nghị để
mô tả hoạt tính này [26]. Cơ chế được cho là phù hợp nhất giải thích rằng
CTS KLPT thấp/COS có thể làm thay đổi các đặc tính thấm của màng tế bào
vi khuẩn và ngăn cản sự tiếp nhận khoáng chất hoặc gây rò rỉ các thành phần
tế bào mà cuối cùng dẫn đến cái chết của vi khuẩn [72]. Một cơ chế khác
được đề nghị để giải thích về hoạt tính kháng khuẩn của COS là sự ngăn chặn
việc sao chép RNA do sự hấp phụ của COS thâm nhập vào DNA của vi khuẩn
[50]. Để thỏa mãn cơ chế này, KLPT của CTS phải nhỏ hơn một giá trị giới
hạn, cho phép các phân tử xâm nhập vào trong tế bào vi khuẩn. Tuy nhiên,
các chứng cứ thu thập được chưa đủ cập nhật củng cố giả thuyết này. Ngoài
ra, hoạt tính tạo chelat của COS cũng đã tước đoạt các kim loại, yếu tố vi
lượng hoặc các chất dinh dưỡng cần thiết cũng được đề xuất như một yếu tố
giới hạn sự tăng trưởng của vi khuẩn [112].
1.2. SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐỀ AXETYL VÀ
KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CỦA CHITOSAN
1.2.1. Phương pháp xác định độ đề axetyl
Có nhiều phương pháp xác định ĐĐA của CTS như: phân tích nguyên tố,
dùng phổ UV (Ultraviolet spectroscopy), IR (infrared spectra) và NMR
(Nuclear Magnetic Resonance)… Tuy nhiên, các phương pháp phổ biến hiện
nay là sử dụng UV, NMR và IR.
9
Phương pháp xác định ĐĐA bằng phổ UV dẫn xuất thứ nhất
Phương pháp đo phổ tử ngoại (UV) dẫn xuất thứ nhất để xác định ĐĐA
của CTS được đề nghị bởi Muzzarelli và Rocchetti năm 1985 [67]. Sau đó,
Tan và cộng sự (1998) đã xác nhận tính chính xác của phương pháp và đề
nghị dùng như là phương pháp chuẩn để xác định thường nhật ĐĐA của CTS
do phương pháp có độ nhạy cao, giảm thiểu gây nhiễu từ tạp chất và dễ thao
tác [67]. Để xác định ĐĐA theo phương pháp này cần tiến hành theo thứ tự
sau:
Xác định điểm nền:
Chuẩn bị 3 dung dịch axit axetic nồng độ 0,01; 0,02 và 0,03M. Đo phổ
UV ba dung dịch này trong vùng bước sóng 190 - 220 nm dùng nước làm
mẫu đối chứng. Điểm chồng lên nhau phổ UV của ba dung dịch này tại bước
sóng 202 - 203 nm (hình 1.5) [67], [90] và điểm này là điểm nền (H = 0) dùng
để tính ĐĐA của CTS.
Hình 1.5. Phổ UV dẫn xuất thứ nhất của dung dịch axit axetic 0,01;
0,02; 0,03M và dung dịch N-axetyl glucosamin với các nồng độ khác nhau
(mg/l) trong axit axetic 0,01M
10
Lập đường chuẩn dùng N-axetyl glucosamine:
Chuẩn bị 5 dung dịch chuẩn N-axetyl glucosamin nồng độ trong khoảng
0,5 đến 3,5 mg trong 100 ml axit axetic 0,01M. Ghi phổ UV của các dung
dịch này trong khoảng bước sóng 190 - 220 nm. Đo chiều cao H (mm) của
các pic hấp thụ tính từ điểm nền như đã mô tả ở trên lên đỉnh pic (hình 1.5).
Lập đường chuẩn mối tương quan giữa chiều cao H (mm) trục tung và nồng
độ N-axetyl glucosamin trục hoành, H = f (C). Phương trình đường chuẩn đã
được xác định là: H = 32,7×C hoặc là C = H1/32,7 [67].
Chuẩn bị dung dịch CTS:
Hòa 500 mg CTS đã được sấy khô đến khối lượng không đổi trong 50
ml dung dịch axit axetic 0,1M sau đó định mức bằng nước thành 500 ml.
Nồng độ CTS là 1 mg/ml.
Đo phổ UV dung dịch CTS và xác định ĐĐA của CTS:
Đo phổ UV dung dịch CTS trong khoảng bước sóng 190 - 220 nm. Đo 5
lần lấy giá trị trung bình chiều cao H (mm) tại max ~ 199 nm. Tính nồng độ
N-axetyl glucosamin từ giá trị H đo được, ví dụ H = 66 mm thì nồng độ
N-axetyl glucosamin sẽ là C = 66(1/32,7) = 19,2 mg/l. Kết quả này cũng có
nghĩa độ axetyl của mẫu CTS là 19,2% và ĐĐA là 100 – 19,2 = 80,8%. Đối
với mẫu CTS có ĐĐA lớn hơn 90% thì phải dùng đường chuẩn N-axetyl
glucosamin được hiệu chỉnh với glucosamin [67], [90].
Xác định ĐĐA của CTS bằng phương pháp đo phổ UV dẫn xuất thứ
nhất là khá đơn giản, tiện lợi và nhanh chóng với độ chính xác và tin cậy cao.
Phương pháp có một số ưu điểm như: i) không cần thiết phải biết chính xác
nồng độ axit axetic do điểm nền được xác định trong khoảng rộng nồng độ
axit axetic, ii) đo phổ UV của dung dịch CTS dùng dung dịch so sánh là nước,
giảm thiểu các tín hiệu nhiễu trong quá trình đo và iii) một lượng mẫu CTS
nên dùng là 0,5 g để tránh sai số do cân.
11
Phương pháp xác định ĐĐA bằng phổ NMR
Phương pháp xác định ĐĐA sử dụng phổ NMR được tiến hành như sau
[55]:
Đo phổ 1H-NMR của CTS ở điều kiện ghi phổ: nhiệt độ 353 K, số lần
quét phổ 128, dung môi D2O.CF3COOD. Từ phổ 1H-NMR, ĐĐA được tính
theo công thức sau:
H1D H1D HAc§§ A(%) / / 3 100 (1.1)I I I
Trong đó IH1D và IHAc lần lượt là tích phân tương ứng tại các đỉnh proton H1D
và 3 proton HAc.
Phương pháp xác định ĐĐA sử dụng phổ IR
Phương pháp đo phổ IR để xác định ĐĐA của CTS lần đầu tiên được đề
nghị bởi Moore và Roberts năm 1977 [63]. Cho đến nay, có nhiều nghiên cứu
quan tâm đến phương pháp IR để xác định ĐĐA của CTS [82], [15], [18],
[46] do tính thuận lợi, đơn giản và nhanh chóng so với các phương pháp khác
như chuẩn độ, phổ cộng hưởng từ (1H-NMR,
13C NMR) và phổ tử ngoại [67],
[41], [57], [24], [47], [48], [49],.. Phương pháp IR xác định ĐĐA của CTS
sau đó được Baxter [15] và cộng sự tiếp tục cải tiến và phát triển với công
thức tính ĐĐA như sau:
ĐĐA, % = 100 – [(A1655/A3450) 115] (1.2)
Với A1655 và A3450 là độ hấp thụ tại số sóng 1655 và 3450 cm-1
tương ứng.
Công thức tính ĐĐA của CTS dựa trên cơ sở so sánh độ hấp thụ của một
pic chuẩn (A3450) với độ hấp thụ của một pic đo (A1655), sau đó dùng phương
trình kinh nghiệm để tính ĐĐA do nhóm nghiên cứu của Baxter đề nghị ở
trên được ghi nhận là có độ chính xác cao hơn.
Năm 2001, Brugnerotto và cộng sự [18] đã đề nghị cách tính ĐĐA của
chitin/CTS bằng phương pháp IR sử dụng pic đặc trưng của sự axetyl hóa
12
(characteristic band of the N-acetylation) 1320 cm-1
và pic so sánh (reference
band) 1420 cm-1
(hình 1.6 và bảng 1.1) như sau:
ĐA,% = [31,92 (A1320/A1420)] 12,20 (1.3)
ĐĐA, % = 100 ([31,92 (A1320/A1420)] 12,20) (1.4)
Hình 1.6. Phổ IR của mẫu chitin/CTS có ĐĐA khác nhau 5% (a);
50% (b) và 90% (c)
Bảng 1.1. Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS
Số sóng, cm-1
Liên kết Tài liệu
859 và 1153 C-O-C (β(1→4) glycosit) [95], [102]
1254 δO–H [95]
1373 υC–H (nhóm metyl) [45]
1420 υC–H (nhóm –CH2) [95]
1598-1590 δN–H (nhóm –NH2) [52], [62]
1655 Amit I [15]
1634-1650 υC=O (nhóm axetyl) [62], [83]
2870-2880 υC–H (–CH2 của vòng glucopyranose) [102]
3360-3450 υO–H, υN–H [52], [62]
13
Ưu điểm của phương pháp sử dụng pic 1320 cm-1
và 1420 cm-1
để tính
ĐA và ĐĐA là tránh được sai số do ảnh hưởng của độ ẩm trong quá trình sấy
mẫu chitin/CTS so với dùng pic A3450 như là pic so sánh theo Baxter và cộng
sự [15].
Nhìn chung, phương pháp phổ 1H-NMR được cho là rất chính xác trong
việc tính ĐĐA của CTS [56]. Tuy nhiên, phương pháp dùng phổ IR tính ĐĐA
lại được sử dụng khá phổ biến hiện nay trong các nghiên cứu trên thế giới. Ưu
điểm của phương pháp này là đơn giản, nhanh, cho kết quả khá chính xác và
chi phí thấp hơn so với phương pháp phổ 1H-NMR [18].
Trong luận án này, chúng tôi sử dụng phương pháp phổ IR và phương
trình kinh nghiệm (1.4) để tính ĐĐA cho các mẫu CTS.
1.2.2. Phương pháp xác định khối lượng phân tử của chitosan
Khối lượng phân tử của CTS thường được xác định bằng phương pháp
đo độ nhớt và phương pháp sắc kí gel thấm qua (Gel Permeation
Chromatography - GPC).
Xác định KLPT của CTS bằng phương pháp đo độ nhớt
Phương pháp đo độ nhớt là một trong những phương pháp nhanh chóng
và đơn giản nhất để xác định KLPT của CTS nói riêng và polyme nói chung
[80]. Theo phương pháp này, KLPT trung bình nhớt Mv quan hệ với độ nhớt
[] theo phương trình Mark – Houwink:
[] = k×Mvα (1.5)
Trong đó:
[] là độ nhớt đặc trưng
Mv là KLPT trung bình nhớt
k và α là hằng số
14
Đây là phương pháp so sánh tương đối nên cần phải xác định hằng số k
và α trong phương trình Mark – Houwink.
Hằng số k và α không phụ thuộc vào KLPT trung bình của polyme trong
một khoảng rộng và được xác định đối với từng hệ: polyme – dung môi.
Để xác định KLPT trung bình nhớt Mv bằng phương pháp đo độ nhớt cần
xác định thời gian chảy (t) qua đoạn ống mao quản của nhớt kế của một thể
tích dung dịch polyme và so sánh với thời gian chảy của dung môi (t0). Từ các
giá trị t0, t và nồng độ dung dịch polyme (C) các đại lượng và tên gọi được
đưa ra như sau [92]:
Độ nhớt tương đối: tđ = /0 = t/t0
Độ nhớt riêng: r = tđ -1 = (tđ -0)/0 = (t - t0)/t0
Độ nhớt rút gọn: rg = r/C
Độ nhớt đặc trưng: 0
[ ] lim( / ) (1.6)rC
C
Nồng độ polyme thường dùng là g/100 ml (g/dl), thứ nguyên của [] sẽ là
100 ml/g (dl/g) và giá trị này sẽ được nhân với 100 khi dùng thứ nguyên là
ml/g.
Hình 1.7. Tương quan giữa độ nhớt rút gọn và nồng độ CTS
15
Từ các đường thẳng trên hình 1.7 ngoại suy cho đến C = 0 ta nhận được
độ nhớt đặc trưng []. Knaul và cộng sự (1998) đưa ra bảng thống kê hệ số k
và α trong phương trình Mark – Houwink để tính Mv của CTS sử dụng nhiều
hệ dung môi khác nhau [54]. Bảng 1.2 đưa ra các giá trị k và α điển hình
thường được dùng để đo Mv của CTS.
Bảng 1.2. Hằng số k và α đối với CTS và một số hệ dung môi
Hệ dung
môi
Nhiệt độ
đo, °C
ĐĐA,
%
k (ml/g) α Mv
( 103)
Tài liệu
0,1 M
CH3COOH
0,2 M NaCl
25 ~80 1,81 103 0,93 630-4,8 Robert
(1982)
[80]
0,2 M
CH3COOH
0,1 M
CH3COONa
30 69
84
91
100
0,104 10-3
1,424 10-3
6,589 10-3
16,80 10-3
1,12
0,96
0,88
0,81
251-
19,4
Wang
(1991)
[103]
0,25 M
CH3COOH
0,25 M
CH3COONa
25 65-95 1,4 10-2
0,83 - Knaul
(1998)
[54]
Kết quả nghiên cứu xác định k và α của Wang và cộng sự (1991) [103]
cho thấy k tăng dần từ 0,104 10-3
đến 16,80 10-3
và α giảm dần từ 1,12
đến 0,81 tương ứng đối với ĐĐA của CTS từ 69 đến 100%. Điều này chứng
tỏ độ cứng của mạch phân tử CTS trong dung dịch giảm theo sự tăng của
ĐĐA do các liên kết hydro giữa các mạch trong cấu trúc chitin (hình 1.8).
Hai loại liên kết hydro nội phân tử (I) và (II) làm hạn chế độ linh động
của nhóm acetamid (NHCOCH3), hydroxylmethyl (HOCH2) và β 1,4
vòng glucopyranose trong mạch CTS. Sau quá trình đề axetyl bằng kiềm đặc,
16
nhóm acetamid chuyển thành nhóm amin (NH2) từng phần hoặc là hoàn
toàn. Nguyên tử nitơ không có khả năng tạo liên kết hydro (I) do quá trình
proton hóa với H+, vì vậy độ linh động của phân tử CTS được tăng lên.
Hình 1.8. Sự tạo thành liên kết hydro (I) và (II)
Từ kết quả hình 1.9, phương trình tính k và α theo ĐĐA được Wang và
cộng sự (1991) [103] đưa ra như sau:
k = 1,64 10-30
× (ĐĐA)14
(r = 0,996) (1.7)
α = 1,02 10-2
× (ĐĐA) + 1,82 (r = 0,998) (1.8)
Hình 1.9. Sự phụ thuộc giá trị k và α vào ĐĐA của CTS
17
Như vậy để đo KLPT trung bình nhớt Mv của CTS được chính xác hơn,
trước hết phải xác định ĐĐA của CTS và tính ra hệ số k và α đối với mẫu
CTS nghiên cứu. Ngoài ra, có thể sử dụng hệ dung môi
CH3COOH 0,1M/NaCl 0,2M và CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M để
xác định KLPT trung bình nhớt Mv của CTS khi chưa biết giá trị ĐĐA.
Bảng 1.3. Khối lượng phân tử trung bình Mv, Mn và Mw của các mẫu CTS có
ĐĐA khác nhau
ĐĐA,% [] (dl/g) Mv 103 Mn 10
3 Mw 10
3 Mw/Mn
90,1 8,58 586 247 457 1,85
87,7 8,57 585 260 502 1,93
87,3 11,22 809 427 842 1,97
79,2 7,90 531 270 550 2,04
64,3 7,52 500 335 699 2,09
Bảng 1.3 ghi ra các giá trị KLPT trung bình nhớt Mv, KLPT trung bình
khối Mw và KLPT trung bình số Mn của CTS. Theo công thức tính KLPT
trung bình nhớt Mv của CTS do Knaul và cộng sự (1998) [54] đề nghị:
[] = 1,40 10-2
Mv0,83
thì Mv của CTS khá gần với giá trị Mw khi đo bằng
phương pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) đối với các mẫu CTS có ĐĐA trong
khoảng từ 65 đến 90%.
Xác định KLPT của CTS bằng phương pháp sắc ký gel thấm qua
Phương pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) xác định KLPT trung bình khối
Mw và KLPT trung bình số Mn là phương pháp so sánh tương đối thường
được dùng để xác định KLPT trung bình và chỉ số đa phân tán PI
(Polydispersity Index, PI = Mw/Mn) của polyme nói chung bao gồm cả CTS
và dẫn xuất của nó. Wu và cộng sự (1976) [109] lần đầu tiên nghiên cứu đo
KLPT của CTS bằng phương pháp GPC sử dụng dung môi axit axetic 2% và
18
chất chuẩn là dextran. Sau đó, nhiều tác giả nghiên cứu đã xác nhận do tính
chất thủy động không tương đồng của dextran và CTS nên kết quả xác định
KLPT của CTS bị sai lệch nhiều. Terbojevich và cộng sự (1993) [93] đo
KLPT của CTS dùng dung môi (pha động) là CH3COOH 0,5M/CH3COONa
0,2M với cột được sử dụng là Bio-gel TSK, ToyoSoda, Tokyo, Nhật. Nhiều
tác giả đã đưa ra nhận xét là kích thước của các phân tử đa điện tích
(polyelectrolyte) phụ thuộc vào lực ion, nồng độ của chúng trong dung dịch
và sự có mặt của các ion khác. Hơn nữa, hiệu ứng hút ion thể vùi (ion-
inclusion) luôn luôn hiện diện khó có thể loại trừ hoặc làm hạn chế hiệu ứng
này thì ngược lại hiệu ứng ngăn cản ion (ion – exclusion) có thể loại trừ bằng
việc thêm chất điện ly KLPT thấp vào pha động [93]. Mặt khác, mật độ điện
tích của chất nhồi cột có thể gây ra tương tác ion. Hiện tượng này đã được xác
nhận đối với các cation, bởi vì các nhóm tích điện âm có mặt trong nhiều loại
gel nhồi cột sắc ký. Độ pH của dung dịch cũng đóng vai trò quan trọng trong
việc điều biến mức độ ion hóa của polyme và nhóm chức trên bề mặt của gel
nhồi cột. Do vậy, dung dịch CTS trong axit axetic (ví dụ 0,25M) làm giảm
quá trình ion hóa của các nhóm cacboxyl trên bề mặt gel, hạn chế sự hấp phụ
CTS trên gel nhồi cột. Sử dụng muối CH3COONa 0,25M trong pha động cùng
với axit axetic 0,25M nhằm tạo ra lực ion đủ để vượt qua hiệu ứng ngăn cản
ion [54]. Terbojevich và cộng sự (1993) xác nhận rằng nồng độ CH3COONa
nhỏ hơn 0,2M thì CTS tách ra khỏi cột không đạt độ lặp lại và đôi khi không
tách ra được do tương tác tĩnh điện giữa polycation và chất nhồi cột [93].
Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật sắc ký nhiều loại cột khác nhau
với độ phân giải cao đã được sản xuất và thương mại hóa, ví dụ loại cột
Ultrahydrogel của hãng Waters, USA (bảng 1.4). Các loại cột Ultrahydrogel
(7,8300 mm) mô tả trong bảng 1.4 thích hợp dùng để đo các mẫu tan trong
19
dung dịch nước như oligome, oligosaccarit, polysaccarit, các polyme cationic,
anionic và lưỡng tính trong khoảng pH rộng 2-12 với độ phân giải cao.
Bảng 1.4. Các loại cột Ultrahydrogel của hãng Waters và khoảng đo
KLPT hiệu dụng
Ký hiệu cột Kích thước
lỗ trống, Å
Khoảng đo KLPT
hiệu dụng, Da
Ultrahydrogel 120 120 2102 – 510
3
Ultrahydrogel 250 250 103 – 810
4
Ultrahydrogel 500 500 5103 – 410
5
Ultrahydrogel 1000 1000 104 – 110
6
Ultrahydrogel 2000 2000 5105 – 710
6
Ultrahydrogel Linear Hỗn hợp 103 – 710
6
Gần đây một số tác giả đề nghị sử dụng phương pháp tuyệt đối sắc ký gel
tán xạ laser xác định KLPT của CTS để làm mẫu chuẩn thay cho các loại mẫu
chuẩn đang được sử dụng hiện nay như pullulan, polyethylen glycol,.. nhằm
xác định KLPT của CTS được chính xác hơn.
Nhìn chung, xác định KLPT của CTS bằng phương pháp đo độ nhớt là
nhanh chóng và đơn giản nhất. Tuy nhiên, để xác định được KLPT của CTS
theo phương pháp này cần phải tính các giá trị k và α trong phương trình
Mark – Houwink. Các giá trị này thường phụ thuộc vào ĐĐA trong một
khoảng rộng nên việc xác định nó thường gặp phải sai số làm giảm tính chính
xác của phép đo. Hiện nay, xác định KLPT của CTS bằng GPC được sử dụng
tại nhiều trung tâm nghiên cứu về vật liệu polysaccarit tự nhiên trong khu vực
châu Á và trên thế giới. Trong luận án này KLPT của CTS và dẫn xuất được đo
bằng GPC.
20
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN VÀ
CÔNG NGHỆ BỨC XẠ BIẾN TÍNH CẮT MẠCH CHITOSAN
CTS là polyme có tầm ứng dụng khá rộng. Khả năng ứng dụng của CTS
ngày càng được mở rộng dựa vào việc biến tính cắt mạch vật liệu. Cho đến
nay nhiều phương pháp biến tính cắt mạch CTS đã được áp dụng bao gồm:
- Phương pháp sử dụng tác nhân hóa học như HCl, HCl-H3PO4, HNO2,
H2O2...
- Phương pháp dùng tác nhân sinh học sử dụng các enzym như: cellulase,
lysosyme, lipase.
- Phương pháp siêu âm
- Phương pháp vi sóng
- Phương pháp chiếu xạ (γCo60
, electron beam)
Phương pháp cắt mạch hóa học được cho là phương pháp đơn giản nhất.
Tuy nhiên, phương pháp này thường gặp bất lợi do quá trình cắt mạch thường
kèm theo sự thay đổi cấu trúc của CTS, thường là bị đề amin hóa và thậm chí
là phá vỡ vòng glucopyranose [76]. Ngoài ra, phương pháp cắt mạch hóa học
còn có những hạn chế nữa là hiệu suất thấp và nguy cơ gây ô nhiễm môi
trường là khá cao [53]. Phương pháp sinh học sử dụng các enzym cắt mạch
cho hiệu suất khá cao nhưng giá thành đắt hơn so với phương pháp hóa học
[63]. Phương pháp chiếu xạ hiện được xem là kỹ thuật hữu hiệu để cắt mạch
CTS trên quan điểm thân thiện với môi trường [38] và ít gây ra sự thay đổi
trong cấu trúc chính của phân tử CTS [27]. Đây cũng là phương pháp chủ yếu
của luận án. Vì vậy trong phần tổng quan này chúng tôi chủ yếu giới thiệu về
công nghệ bức xạ biến tính cắt mạch CTS.
1.3.1. Giới thiệu sơ lược về Công nghệ bức xạ và Hóa học bức xạ
Công nghệ bức xạ (CNBX) là công nghệ sử dụng bức xạ làm nguồn năng
lượng trong công nghiệp. CNBX nghiên cứu các hiệu ứng vật lý, hóa học và
21
sinh học khi bức xạ truyền năng lượng cho vật chất, nhằm xây dựng các quy
trình chế tạo sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu con người [81].
Hóa học bức xạ là một lĩnh vực nghiên cứu về tương tác của bức xạ ion
hóa (γ, X, dòng điện gia tốc...) lên các hệ hóa học. Do có năng lượng cao nên
khi đi qua môi trường vật chất bức xạ làm cho nhiều hạt bị ion hóa và kích
thích phát sinh ra gốc tự do, từ đó xảy ra các phản ứng hóa học theo những
phương hướng khác nhau [108].
1.3.2. Một số khái niệm và định nghĩa
- Bức xạ: là những dạng năng lượng phát ra trong quá trình vận động và
biến đổi của vật chất dưới dạng sóng, hạt hoặc sóng hạt. Mối quan hệ giữa
năng lượng ε và bước sóng λ của bức xạ được mô tả thông qua phương trình:
(1.9)hc
h
Trong đó, h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong chân không.
- Bức xạ ion hóa: là những bức xạ đi qua môi trường vật chất gây ra quá
trình ion hóa.
- Đơn vị năng lượng: electron volt (eV) là năng lượng của một electron
chuyển động dưới điện thế 1V.
- Hệ số truyền năng lượng tuyến tính (Linear Energy Transfer, LET) biểu
thị tốc độ mất năng lượng khi bức xạ đi qua môi trường, được xác định bằng
biểu thức:
(1.10)dE
LETdx
dE là tổn hao năng lượng trung bình của hạt mang điện trên quãng đường
dx.
LET có đơn vị thường dùng là eV/Å
- Liều chiếu xạ (X): là khả năng ion hóa của tia X hoặc tia gamma trong
một đơn vị khối lượng không khí.
22
(1.11)dQ
Xdm
Đơn vị của X là C/kg: liều lượng tia X hoặc tia gamma trong 1 kg không
khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn (0°C, 760 mmHg).
- Suất liều chiếu xạ (P): là liều chiếu xạ trong một đơn vị thời gian.
(1.12)dX
Pdt
Đơn vị của P là: R/s, R/m hoặc R/h...
- Liều hấp thụ (D): là năng lượng bức xạ hấp thụ bởi một đơn vị khối
lượng vật chất.
(1.13)dE
Ddm
Đơn vị của D là: Gray (Gy), 1 Gy = 1 J/kg
hoặc rad, 1rad = 100 ergs/g = 10-2
Gy
- Suất liều hấp thụ (Pht): là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian.
(1.14)ht
dDP
dt
Đơn vị của Pht là Gy/s, kGy/h, rad/s...
- Hiệu suất hóa học bức xạ (G): là số phân tử, ion, nguyên tử được tạo
thành hay phân hủy khi hệ hấp thụ 100 eV năng lượng bức xạ.
100 (1.15)N
GD
N là số phân tử sản phẩm biến đổi (tạo thành hay phân hủy) trong một thể
tích xác định còn D là liều hấp thụ trong thể tích đó.
Đối với phản ứng hóa học bức xạ thông thường, giá trị G khoảng 10-15
phân tử/100eV. Đối với phản ứng dây chuyền G có giá trị rất lớn cỡ hàng
triệu.
- Hoạt độ phóng xạ (A): là số nguyên tử đồng vị phóng xạ phân rã trong
một đơn vị thời gian. Quy luật phân rã phóng xạ tuân theo hàm mũ:
23
0 (1.16)ktA A e
A và A0 là hoạt độ phóng xạ tương ứng tại thời điểm t và tại thời điểm
t = 0, k là hằng số đặc trưng cho tốc độ phân rã.
Đơn vị của A là: Curie (Ci), 1Ci = 3,7×1010
phân rã/s.
hoặc Bequerel (Bq), 1Bq = 1 phân rã/s.
- Chu kì bán hủy (t1/2): là thời gian hoạt độ phóng xạ giảm đi một nửa.
1/2
ln2(1.17)t
k
1.3.3. Nguồn bức xạ
Nguồn bức xạ được dùng phổ biến hiện nay là nguồn gamma phát ra từ
đồng vị phóng xạ Cobalt-60 và đồng vị phóng xạ Cesium-137. Ngoài ra, ở
Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM, nguồn bức xạ không hạt nhân là dòng
điện tử gia tốc (Electron Beam, EB) phát ra từ máy gia tốc điện tử cũng đã
được sử dụng.
Trong luận án này, chúng tôi sử dụng nguồn bức xạ γCo60
có các thông số
kỹ thuật như sau:
- Chu kì bán hủy: 5,26 năm
- Năng lượng bức xạ: gồm hai tia bức xạ gamma có năng lượng tương
ứng là E1 = 1,17 MeV và E2 = 1,33 MeV. Năng lượng tổng cộng khi chiếu
đồng thời hai tia là E = E1 + E2 = 2,5 MeV.
- Công suất bức xạ là P = 0,0148 W/Ci hay P’ = 67,567 kCi/kW.
1.3.4.Tình hình sử dụng bức xạ trong và ngoài nước
Trên thế giới, CNBX đã được ứng dụng mạnh mẽ ở nhiều nước, nhiều
thiết bị công nghệ chiếu xạ đã được thương mại hóa. Tổng giá trị sản phẩm
chiếu xạ khoảng 2 tỷ USD/năm và hàng năm gia tăng khoảng 15 - 20%. Hiện
nay, có khoảng hơn 200 nguồn chiếu xạ γCo60
và khoảng 750 máy phát chùm
electron (EB) đang vận hành [8].
24
Ở Việt Nam, nghiên cứu và triển khai CNBX được bắt đầu vào năm 1983
với thiết bị chiếu xạ Gamma Cell được lắp đặt tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân
Đà Lạt. Hiện nay, tại Hà Nội máy chiếu xạ γCo60
bán công nghiệp đã được
đưa vào sử dụng và dần được nâng cấp. Tại Tp. HCM máy chiếu xạ công
nghiệp đa chức năng phục vụ khử trùng dụng cụ y tế và thanh trùng thực
phẩm đã được vận hành. Gần đây, máy phát EB cũng đã được đầu tư trang bị
cho Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ
(VINAGAMMA) Tp. HCM nhằm đẩy nhanh ứng dụng CNBX tại Việt Nam.
1.3.5. Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước
Vài nét về lịch sử phát triển
Vào những năm 1930, cùng với sự ra đời của các máy phát tia X có công
suất cao và độ đâm xuyên lớn, Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước
theo đó cũng được tập trung nghiên cứu.
Fricke và cộng sự (1996) [37] đã đưa ra giả thiết về nước kích hoạt. Theo
đó, dưới tác dụng của bức xạ, nước sẽ tạo ra H•, OH
•, phân hủy tạo thành
hydro và hydro peroxit theo phương trình tóm tắt:
2 2 2 2, , , (1.18)hH O H OH H H O
Hóa học bức xạ của nước và dung dịch nước chỉ phát triển mạnh mẽ từ
sau chiến tranh thế giới thứ 2. Các nghiên cứu về hiệu ứng của mật độ ion hóa
và suất liều lên hiệu suất phản ứng hóa học bức xạ trong dung dịch nước, hiệu
ứng của sự tác dụng trực tiếp bức xạ lên chất tan… đã được thực hiện. Tất cả
những nghiên cứu này đều dựa trên cơ sở thuyết gốc tự do phân ly bức xạ của
nước.
Thuyết gốc tự do về phân ly bức xạ nước
Weiss (1944) đã đưa ra thuyết gốc tự do về sự phân ly bức xạ nước [107].
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu xác định sản phẩm trung gian và sản phẩm bền
tạo thành trong quá trình phân ly phóng xạ của nước và nhiều công trình
25
nghiên cứu khác, Tabata (1991) [87] đã mô tả tóm tắt quá trình phân ly phóng
xạ nước như sau:
- Kích hoạt và ion hóa:
2 2
+
2 2
H O H O* (1.19)
H O H O + e (1.20)
- Phản ứng ion phân tử:
+ +
2 2 3H O + H O H O OH (1.21)
- Phân tử kích hoạt phân ly:
2
2 2
H O* (1.22)
H O* (1.23)
H OH
H O
- Solvat hóa:
2
2
3
e e (1.24)
H O H (1.25)
H O
aq
H O
aq
- Các phản ứng tái kết hợp:
2
2 2
2
H + H H (1.26)
OH OH H O (1.27)
H OH H O (1.28)
- Khi trong nước chứa oxy, gốc HO2• cũng được hình thành:
2 2
H + O HO (1.29)
- Có thể viết tóm tắt quá trình phân ly bức xạ nước như sau:
2 2 2 2 3 2H O H , H O , H , OH, e ,H O ,HO (1.30)
ray
aq
Các sản phẩm phân ly bức xạ nước và ứng dụng của chúng
Ngoại trừ H2, các sản phẩm còn lại của quá trình phân ly bức xạ nước
theo phương trình (1.30) rất hoạt động, đặc biệt là H,
OH và e
-aq.
26
- Electron hydrat (e-aq) là tác nhân khử mạnh, thời gian sống của nó phụ
thuộc vào môi trường. Trong môi trường nước (pH = 7) thời gian sống của nó
là 2,1×10-4
s. Còn trong dung dịch bazơ, thời gian này là 6,6×10-4
s.
Trong dung dịch axit, electron hydrat chuyển H3O+ thành nguyên tử
hydro:
7 3 1 1
3 2e H O H + H O 2,3.10 (1.31)aq
k m mol s
Phản ứng của electron hydrat với nước:
2e H O H + OH (1.32)aq
- Hydro nguyên tử (H) thể hiện tính chất khử hoặc tính oxi hóa phụ
thuộc vào tính chất của chất tan và điều kiện môi trường. Khi pH tăng hoạt
tính khử của nó tăng lên. Trong dung dịch axit, H kết hợp với H
+ tạo thành
H2+
và biểu hiện tính oxy hóa :
• +
2H + H H (1.33)
Các ion này có khả năng oxi hóa sắt (II), iodua và một số hợp chất hữu
cơ. Giá trị pKa của phản ứng bằng hoặc thấp hơn 2,7.
- Gốc tự do hydroxyl (OH) có tính oxi hoá. Đôi khi, gốc
OH cũng tác
dụng như là tác nhân khử, ví dụ như trong trường hợp có mặt KMnO4.
Khi pH > 9 gốc OH có thể phân ly:
•
OH H + O (1.34)
- Hydro phân tử (H2) không phản ứng trực tiếp với chất tan, nhưng nó có
thể phản ứng trực tiếp với gốc OH:
•
2 2H + OH H + H O (1.35)
- Hydro peroxit (H2O2) và gốc hydro peroxit HO2 có thể là tác nhân oxi
hóa hoặc khử phụ thuộc vào điều kiện môi trường và tính chất của chất tan.
Gốc HO2 có thể phân ly thành ion:
27
2 2
HO H + O (1.36)
Giá trị pKa của phản ứng này khoảng 2-3. Rõ ràng là trong môi trường axit
mạnh, gốc HO2 tồn tại ở trạng thái không phân ly và trong môi trường kiềm thì
tồn tại ở dạng ion oxi. Gốc HO2 là tác nhân oxi hoá mạnh, và là tác nhân khử
yếu. Ngược lại ion O2- là tác nhân khử hữu hiệu đối với nhiều loại ion.
- Hydro peroxit H2O2 phân ly theo phương trình:
2 2 2
H O HO H (1.37)
Giá trị pKa của phản ứng này là 11,75.
Cơ chế và hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS
Hình 1.10. Sơ đồ cơ chế bắt hydro của gốc tự do hydroxyl [100] cắt mạch CTS
Cơ chế cắt mạch bức xạ đã được Ulanski nghiên cứu khá chi tiết [100].
Theo đó, gốc hydroxyl tạo ra trong quá trình phân ly bức xạ là tác nhân chính
gây ra sự cắt mạch CTS thông qua cơ chế bắt hydro tạo thành gốc tự do R•
(hình 1.10). Các gốc R• sau quá trình chuyển vị và tái kết hợp tạo thành CTS
KLPT thấp.
Hiệu suất cắt mạch bức xạ (HSCMBX), Gs, đối với CTS chiếu xạ ở dạng
khan (dried chitosan) được tính theo phương trình sau [24]:
Gs (liên kết/100 eV) = NA(1/Mn – 1/Mn0)/6,241016D (1.38)
28
Gs (liên kết/100 eV) = 2NA(1/Mw – 1/Mw0)/6,241016D (1.39)
Trong đó Mn0 và Mn là KLPT trung bình số và Mw0 và Mw là KLPT trung
bình khối của polyme (CTS) trước và sau chiếu xạ; D là liều hấp thụ, kGy; và
NA là số Avogadro.
Hiện nay, theo qui định mới giá trị Gs phải được tính với thứ nguyên là
“mol/J” hoặc là “mol/J” [108]. Từ giá trị Gs (liên kết/100 eV) có thể chuyển
sang Gs (mol/J) bằng cách nhân với 0,10364. Ví dụ Gs của alginat là
1,9 (liên kết/100eV) chuyển sang giá trị Gs (mol/J) = 1,9 0,10364 = 0,197.
Đối với quá trình cắt mạch bức xạ xảy ra trong dung dịch, Gs được tính
theo phương trình sau [108]:
Gs (mol/J) = CNA(1/Mn – 1/Mn0)/6,24 1019D (1.40)
Gs (mol/J) = 2 CNA(1/Mw – 1/Mw0)/6,24 1019D (1.41)
Trong đó C là nồng độ polyme (CTS) trong dung dịch (g/l), thứ nguyên
Gs là mol/J, các thông số khác tương tự như phương trình (1.38) và (1.39).
Trong luận án này, CTS được chiếu xạ ở trạng thái dung dịch và trạng
thái trương cũng được xem như là dung dịch CTS, vì vậy Gs được tính theo
phương trình (1.41).
1.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN
1.4.1. Định nghĩa
Hiệu ứng đồng vận (synergistic effect) được định nghĩa là sự tương tác
đồng thời của hai tác nhân phản ứng lớn hơn tổng tương tác của các thành
phần riêng rẽ [32].
Ví dụ: Hiệu ứng đồng vận của H2O2 (A: tác nhân 1) và bức xạ gamma
(B: tác nhân 2) để cắt mạch dung dịch β - CTS 5% đã được Hien và các cộng
sự nghiên cứu (hình 1.11 và bảng 1.5) [40].
29
Hình 1.11. Sự suy giảm KLPT của β - CTS xử lý với H2O2, tia Co60
và
H2O2/tia Co60
theo thời gian và liều xạ (suất liều: 1,33 kGy/h)
Bảng 1.5. Suy giảm KLPT khi cắt mạch β - CTS bằng hydro peroxit, tia Co60
và hiệu ứng đồng vận hydro peroxit và tia Co60
Ký hiệu Suy giảm KLPT, % = 100 × (Mw0 – Mw)/Mw0
4 kGy 8 kGy 12 kGy 16 kGy
A (1% H2O2) * 10,4 14,5 21,3 23,5
B (tia γCo60
) ** 21,7 44,8 61,9 73,4
C (A & B) 90,5 93,8 96,2 97,1
Hiệu ứng đồng vận D, %
D = C – (A+B) 58,4 34,5 13,0 0,2
* Thời gian (giờ) xử lý với H2O2
** Thời gian (giờ) hoặc là liều xạ (kGy) xử lý với bức xạ tia γCo60
Kết quả tính hiệu ứng đồng vận là 58,4; 34,5; 13,0 và 0,2% tương ứng
với liều xạ 4; 8; 12 và 16 kGy.
30
1.4.2. Áp dụng hiệu ứng đồng vận trong hóa học
Hiệu ứng đồng vận được ứng dụng khá rộng rãi trong hóa học khi nghiên
cứu khả năng kết hợp của các tác nhân lên cùng đối tượng phản ứng nhằm thu
được hiệu suất tổng cộng cao hơn khi thực hiện sự tác động riêng rẽ từng tác
nhân lên đối tượng phản ứng.
Trong lĩnh vực quang xúc tác, Srinivasan và cộng sự (2006) [84] đã cải
thiện hoạt tính xúc tác trong vùng khả kiến của vật liệu nano TiO2 vận dụng
hiệu ứng đồng vận của sự sunfat hóa và đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp
Fe3+
/Zn2+
lên TiO2 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel. Kết quả cho thấy ở tỉ
lệ mol pha tạp Fe3+
/Zn2+
là 2:1 và TiO2 : Fe bằng 1: 0,24 vật liệu tẩm ion
SO42-
có hoạt tính phân hủy phenol khá hiệu quả với nguồn sáng khả kiến,
hiệu suất phân hủy thấp hơn chỉ khoảng 5% so với dùng đèn UV.
Trong lĩnh vực nghiên cứu biến tính vật liệu polyme, Wang và cộng sự
(2005) [102] đã sử dụng hiệu ứng đồng vận của tia tử ngoại và H2O2 để biến
tính cắt mạch CTS thông qua đo độ nhớt nội. Kết quả cho thấy độ nhớt nội
của dung dịch CTS giảm 84,3% sau 30 phút chiếu tia UV (254 nm) lên 50 ml
dung dịch chứa 2% CTS, 2% H2O2. Khi không sử dụng tia UV, độ nhớt nội
giảm 20,6% dưới tác dụng của H2O2 2%. Khi không sử dụng H2O2 2% phần
trăm giảm độ nhớt nội là 17,2%. Như vậy, hiệu ứng đồng vận thu được sau 30
phút giảm cấp là 84,3 – (20,6 + 17,2) = 46,5%. Như vậy, áp dụng hiệu ứng
đồng vận của tử ngoại và H2O2 làm giảm độ nhớt của dung dịch CTS khá hiệu
quả.
Yen và cộng sự (2012) [115] đã nghiên cứu hiệu ứng đồng vận của
hidroxyt kim loại và sét nano để tăng khả năng chống cháy cho EVA (etilen-
vinyl axetat) composit. Kết quả cho thấy 1-2% khối lượng sét nano thay cho
nhôm hay magie hidroxyt trong quá trình phối trộn EVA composit làm gia
tăng hiệu quả khả năng chống cháy của vật liệu. Chỉ số oxy giới hạn LOI
(limitting oxygen index) tăng đáng kể phụ thuộc vào thành phần phối trộn.
31
Nhìn chung, hiệu ứng đồng vận được sử dụng đa dạng trong nhiều lĩnh
vực nghiên cứu của hóa học. Sự kết hợp đồng thời hai tác nhân có cùng tính
năng đôi khi có hiệu quả ngoài mong đợi so với khi sử dụng chúng một cách
riêng rẽ.
1.5. TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH
CHITOSAN
CTS KLPT thấp và COS được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
nên việc nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu này vẫn là hướng nghiên cứu hấp
dẫn trong những năm gần đây. Nhiều phương pháp cắt mạch CTS khác nhau
đã được nghiên cứu và áp dụng, phương pháp dùng các tác nhân hóa học: HCl
[16], [20], HCl-H3PO4 [57], HNO2 [97], H2O2 [23], [76], [95], phương pháp
dùng tác nhân sinh học enzym: cellulase, lysosyme, lipase [20], [31], [43],
[53], [75], [85], phương pháp siêu âm [60], [88], [98], [106], phương pháp vi
sóng [58], [83], [111], phương pháp chiếu xạ gamma [32], [34], [36], [45],
[91], [99], [106]... Trong đó, những nghiên cứu tiêu biểu gần với luận án được
tóm tắt như sau:
Trong nước, Lê Thị Hải Yến và cộng sự (2003) [13] đã nghiên cứu động
học của phản ứng đề axetyl hóa chitin ở nhiệt độ thường sử dụng NaOH
40 - 60% trên hai loại chitin có xử lý kỹ thuật và không xử lý kỹ thuật. Kết
quả cho thấy nồng độ NaOH càng cao tốc độ đề axetyl càng mạnh và KLPT
càng giảm do phản ứng cắt mạch kèm theo phản ứng đề axetyl. Khi sử dụng
nồng độ NaOH 60%, sau 48 giờ phản ứng, ĐĐA của CTS qua xử lý kỹ thuật
và không qua xử lý kỹ thuật lần lượt là 83 và 68%. Nếu sử dụng nồng độ
NaOH 40% để có được ĐĐA 71% đối với CTS không qua xử lý kỹ thuật và
ĐĐA 97% đối với CTS qua xử lý kỹ thuật phải mất đến 144 giờ. Như vậy, để
có CTS với ĐĐA cao cần xử lý kỹ thuật nhiều lần và kéo dài thời gian phản
ứng.
32
Nguyễn Quốc Hiến và cộng sự (2000) [5] đã nghiên cứu chế tạo COS
bằng chiếu xạ dung dịch CTS có Mw0 ban đầu là 60 kDa. Kết quả cho thấy
COS tạo thành có độ polyme hóa dp < 8 chiếm khoảng 50% ở liều xạ khoảng
45 kGy. Điều này cho thấy triển vọng chế tạo COS bằng kỹ thuật chiếu xạ là
rất khả quan. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này cấu trúc của COS và ĐĐA của
nó chưa được đề cập. Hơn nữa, để thu được COS với dp < 8 cần chiếu xạ
dung dịch với liều khá cao ~ 45 kGy. Điều này có nguy cơ thay đổi cấu trúc
của COS làm giảm ĐĐA của sản phẩm.
Bùi Phước Phúc và cộng sự (2006) [9] đã nghiên cứu giảm cấp CTS bằng
bức xạ γCo60
kết hợp với H2O2. Phương pháp này được thực hiện bằng cách
oxi hóa cắt mạch bằng H2O2 sau đó chiếu xạ trên nguồn bức xạ γCo60
. Kết
quả cho thấy CTS được oxi hóa bằng H2O2 1,5% giảm cấp đáng kể dưới tác
dụng của bức xạ. Cấu trúc của CTS chiếu xạ và oxi hóa không thay đổi đáng
kể so với CTS ban đầu. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này sản phẩm CTS cắt
mạch có KLPT vẫn còn ở mức cao (> 40 kDa) điều này ít cho thấy sự thay đổi
về mặt cấu trúc [76]. Vì vậy cần phải có những nghiên cứu cắt mạch sâu hơn
để đánh giá hiệu quả của phương pháp.
Nguyễn Quốc Hiến và cộng sự (2011) [6] đã nghiên cứu hiệu ứng đồng
vận bức xạ γCo60
và H2O2 cắt mạch CTS có ĐĐA ~ 70% trong dung dịch
chứa 1% H2O2. Những kết quả bước đầu cho thấy COS có thể chế tạo hiệu
quả bằng sự kết hợp đồng thời của γCo60
và H2O2. Tuy nhiên, nghiên cứu này
được thực hiện trên β-CTS, loại CTS được cho là dễ bị đề polyme hóa hơn so
với α-CTS [12]. Hơn nữa, hiệu ứng đồng vận cắt mạch của tia γCo60
và H2O2
cần được nghiên cứu mở rộng hơn một cách có hệ thống cho các loại CTS có
ĐĐA khác nhau để có thể áp dụng hiệu quả nhằm nâng cao khả năng ứng
dụng của các loại polysaccarit trong tự nhiên.
Ngoài những công trình đề cập trên, về nghiên cứu sản xuất CTS và ứng
dụng ở trong nước nổi bật với hai tác giả Trần Thị Luyến và Trang Sĩ Trung
33
với dự án thử nghiệm cấp bộ sản xuất chitin - CTS từ phế thải thủy sản (2004)
và một số nghiên cứu ứng dụng CTS trong bảo quản thực phẩm và thức ăn gia
súc. Nhìn chung, những nghiên cứu này hướng đến sản xuất và ứng dụng ít
liên quan đến vấn đề giảm cấp CTS hướng đến chế tạo CTS KLPT thấp và
COS [12].
Trên thế giới, Tahtat và cộng sự (2012) [89] đã nghiên cứu ảnh hưởng
của KLPT ban đầu đến hiệu suất và tốc độ cắt mạch bức xạ đối với CTS ở
dạng rắn và dạng dung dịch. Kết quả cho thấy CTS có KLPT ban đầu thấp dễ
cắt mạch bức xạ hơn so với CTS có KLPT cao. Hằng số tốc độ cắt mạch bức
xạ thu được tương ứng đối với ba loại CTS có KLPT ban đầu 471, 207 và 100
kDa lần lượt là 13 × 10-5
, 51 × 10-5
và 68 × 10-5
kGy-1
. Tuy nhiên, trong
nghiên cứu này, sự thay đổi ĐĐA theo liều xạ đã không được đề cập trong khi
thông số này ảnh hưởng khá lớn đến khả năng ứng dụng của CTS.
Taşkin và cộng sự (2014) [91] đã nghiên cứu ảnh hưởng của ĐĐA đến
khả năng giảm cấp bức xạ γCo60
của CTS có cùng KLPT (Mw ~ 330 kDa) ở
trạng thái rắn. Khoảng liều áp dụng là từ 5 – 35 kGy. Kết quả cho thấy CTS
có ĐĐA càng cao thì càng dễ bị cắt mạch bằng bức xạ. Hiệu suất cắt mạch
bức xạ Gs đạt được lần lượt là 1,36; 1,37; 1,62 và 2,07 μmol/J tương ứng với
ĐĐA của CTS ban đầu lần lượt là 78; 80; 89 và 97%. Nguyên nhân của sự
thay đổi Gs được Taşkin và cộng sự cho là do sự thay đổi trong cấu trúc tinh
thể của CTS. Theo đó, CTS có ĐĐA càng cao thì độ kết tinh càng bé và càng
dễ bị cắt mạch. Nghiên cứu của nhóm Taşkin đã cung cấp những thông tin
khá quan trọng cho việc kiểm soát KLPT của CTS bằng cắt mạch bức xạ khi
biết ĐĐA ban đầu của CTS. Tuy nhiên, diễn biến sự thay đổi cấu trúc của
CTS cắt mạch theo liều xạ chưa được Taşkin và cộng sự đề cập đến để có thể
so sánh với các phương pháp cắt mạch khác về mặt hiệu quả ứng dụng của
34
sản phẩm, vì khả năng ứng dụng của CTS cắt mạch phụ thuộc khá nhiều vào
cấu trúc hay cụ thể hơn là ĐĐA của chúng.
Qin và cộng sự (2002) [76] đã nghiên cứu hiệu quả cắt mạch của H2O2
đến sự giảm cấp và thay đổi cấu trúc của CTS trong môi trường axit. Kết quả
cho thấy ở nhiệt độ thường (< 40°C), pH = 5,5 là thuận lợi cho quá trình cắt
mạch. Ở pH cao khả năng hòa tan CTS kém trong khi pH < 5,5 lại kìm hãm
sự giảm cấp do quá trình proton hóa nhóm amin. Ở nhiệt độ cao (> 40°C) sự
deproton hóa của nhóm -NH3+ tăng, đồng thời nồng độ chất oxi hóa cũng tăng
lên nên tốc độ cắt mạnh ở pH thấp tỏ ra hiệu quả. Tuy nhiên, nếu tỉ lệ mol của
HCl/-NH3+ > 1 sự cắt mạch vẫn bị ức chế ngay cả ở nhiệt độ cao (< 70°C).
Theo Qin và cộng sự (2011) nồng độ cắt mạch hiệu quả của H2O2 là từ
1,2 – 2,5%. Cũng theo Qin và cộng sự thì cắt mạch bằng H2O2 luôn đi kèm
với sự đề amin hóa, oxy hóa mở vòng – hình thành nhóm -COOH làm thay
đổi cấu trúc CTS đặc biệt là khi cắt mạch sâu để chế tạo CTS KLPT thấp và
COS. CTS cắt mạch Mw ~ 50 kDa có cấu trúc chính gần như không đổi so với
CTS ban đầu trong khi đó COS có Mw ~ 1,2 kDa có 2,86 mmol -COOH hình
thành/1g COS và mất hơn 40% nhóm amin [76].
Kabal’nova và cộng sự (2000) [44] đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ
và nồng độ H2O2 đến khả năng cắt mạch CTS. Kết quả cho thấy ở 30°C,
pH = 7, nồng độ H2O2 cắt mạch hiệu quả CTS là 0,6M (~ 2%). Tuy nhiên,
thành phần nhóm amin giảm khoảng 7% sau 6 giờ cắt mạch. Khi cắt mạch với
nồng độ H2O2 thấp hơn 0,3M (~ 1%) ở 70°C, thành phần của nitơ trong COS
thu được giảm khoảng 9% và thành phần nhóm cacboxyl hình thành khoảng
1,5 -COOH/100 đơn vị CTS. Nghiên cứu của Kabal’nova và cộng sự [44] cho
thấy khả năng cắt mạch CTS chế tạo COS bằng H2O2 1% là khá hiệu quả. Tuy
nhiên, nồng độ CTS phản ứng 6,2.10-2
M (~ 1%) là khá thấp.
35
Vấn đề áp dụng hiệu ứng đồng vận của H2O2 và bức xạ γCo60
để giảm cấp
CTS được công bố trên thế giới là rất ít. Theo sự hiểu biết của chúng tôi đến
thời điểm thực hiện luận án có ba công trình đáng chú ý như sau:
Thứ nhất là công trình của Duy và cộng sự (2011) [32], nghiên cứu hiệu
ứng đồng vận cắt mạch CTS để chế tạo COS bằng phương pháp chiếu xạ
dung dịch 3% CTS sử dụng nồng độ H2O2 từ 0,25 – 1%. Kết quả cho thấy
COS được chế tạo khá hiệu quả bằng phương pháp chiếu xạ dung dịch. Tuy
nhiên, nghiên cứu này chỉ áp dụng cho CTS có ĐĐA là 84% nên cần được
nghiên cứu mở rộng hơn để có thể áp dụng cho CTS có ĐĐA thấp hơn hoặc
cao hơn. Hơn nữa, nồng độ của CTS trong dung dịch chiếu xạ là 3% cần được
nâng lên nhằm sử dụng hiệu quả hơn năng lượng bức xạ. Phương pháp cắt
mạch trong dung dịch còn gặp bất lợi do quá trình thu hồi sản phẩm khá phức
tạp vì phải kết tủa dung dịch chiếu xạ bằng etanol.
Thứ hai là công trình của Kang và cộng sự (2007) [45], nghiên cứu chế
tạo CTS KLPT thấp bằng phương pháp chiếu xạ huyền phù (suspension) CTS
trong dung môi axit axetic với nồng độ H2O2 là 2; 10 và 30%. Kết quả cho
thấy ở nồng độ 10% H2O2 sử dụng cho hỗn hợp chiếu xạ, sản phẩm CTS
chiếu xạ có sự xuất hiện của nhóm cacboxyl là sản phẩm của phản ứng mở
vòng glucopyranose, làm thay đổi cấu trúc của CTS. Kết quả phân tích
nguyên tố cũng cho thấy có sự thay đổi lớn về cấu trúc của CTS chiếu xạ với
nồng độ H2O2 sử dụng là 30%. Hơn nữa, việc thu hồi sản phẩm CTS bột sau
chiếu xạ khá phức tạp vì CTS tạo gel với axit axetic. Ngoài ra, hiệu suất cắt
mạch bức xạ không được công bố trong nghiên cứu của Kang và cộng sự vì
vậy chưa có cơ sở để so sánh hiệu quả sử dụng năng lượng chiếu xạ trong
nghiên cứu này so với phương pháp chiếu xạ trong dung dịch.
Thứ ba là công trình của El – Sawy và cộng sự (2010) [34], nghiên cứu
chiếu xạ CTS dạng hồ (paste form), CTS trương trong H2O2 10% khoảng liều
36
hấp thụ là 20 – 200 kGy. Ưu điểm của phương pháp này là dễ thu hồi CTS
KLPT thấp dạng bột bằng cách để khô trong không khí. Tuy nhiên, trong
nghiên cứu của El-Sawy và cộng sự, độ trương nước của CTS chưa được
công bố để có thể áp dụng cho những nghiên cứu tương tự. Ngoài ra, Gs cũng
không được tính để có thể so sánh với chiếu xạ dạng bột hay dạng dung dịch.
Qua phân tích các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, chúng tôi
nhận thấy những vấn đề sau đây cần được tiếp tục nghiên cứu:
1. Nghiên cứu giảm thời gian đề axetyl hóa chitin để thu được CTS có
ĐĐA cao hơn nhằm tiết kiệm năng lượng,
2. Nghiên cứu độ trương nước bão hòa của CTS nhằm mở rộng khả năng
cắt mạch CTS ở dạng trương (swollen state) – CTS trương trong dung
dịch H2O2,
3. Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận của bức xạ γCo60
và H2O2 cắt mạch CTS
ở dạng trương và dạng dung dịch,
4. Nghiên cứu bảo vệ nhóm amin và hạn chế sự oxi hóa mở vòng trong
quá trình cắt mạch,
5. Nghiên cứu tăng nồng độ CTS phản ứng trong dung dịch chế tạo CTS
KLPT thấp và COS,
6. Nghiên cứu ảnh hưởng của suất liều đến tốc độ cắt mạch của CTS,
7. Nghiên cứu độ ổn định của sản phẩm cắt mạch sau quá trình chiếu xạ.
1.6. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN
Bằng cách tiếp cận có hệ thống như trên, mục tiêu của luận án là chế tạo
CTS KLPT thấp và COS áp dụng hiệu ứng đồng vận của bức xạ γCo60
và
H2O2 ở dạng dung dịch và dạng trương. Nội dung luận án hướng đến giải
quyết những vấn đề chưa được nghiên cứu trong các công trình có liên quan
đến chiếu xạ giảm cấp CTS và cắt mạch bằng H2O2. Trong đó, có những nội
dung chính sau:
37
- Nghiên cứu chế tạo CTS nguồn cho quá trình chiếu xạ với mục tiêu
giảm thời gian đề axetyl hóa, tiết kiệm hóa chất,
- Tăng nồng độ CTS trong dung dịch chiếu xạ, nghiên cứu hiệu ứng
đồng vận bức xạ γCo60
và H2O2 cắt mạch CTS có ĐĐA ~ 70% và 90% chưa
được công bố, tính Gs của quá trình nhằm đánh giá hiệu quả sử dụng năng
lượng bức xạ,
- Nghiên cứu độ trương nước bão hòa của CTS để áp dụng cho quá trình
chiếu xạ CTS ở dạng trương,
- Nghiên cứu chế tạo CTS KLPT thấp bằng tác dụng đồng vận của bức
xạ γCo60
/H2O2 và khảo sát một số yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình cắt mạch
như nồng độ H2O2, suất liều bức xạ, nhằm lựa chọn các thông số ban đầu cho
quá trình cắt mạch CTS ở dạng trương dễ thu hồi sản phẩm,
- Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận bức xạ γCo60
và H2O2 cắt mạch CTS ở
dạng trương trong dung dịch H2O2 đối với CTS có ĐĐA ~ 70%, 80% và 90%
chưa được công bố,
- Nghiên cứu chế tạo CTS KLPT thấp và COS bằng H2O2 sử dụng
phương pháp trực tiếp và gián đoạn nhằm bảo vệ nhóm amin và hạn chế khả
năng oxi hóa mở vòng glucopyranose,
- Nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn, chống oxi hóa và gia tăng khả năng
kích kháng bệnh trên động vật của sản phẩm CTS cắt mạch.
38
CHƯƠNG 2
VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
THỰC NGHIỆM
2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT
- Vỏ tôm được thu mua một lần, khối lượng 100 kg, từ nhà máy chế biến
thủy sản tại Tp. Vũng Tàu, được bảo quản và chế biến theo quy trình tại
Trung tâm VINAGAMMA
- H2O2 dạng tinh khiết của Merck, Đức
- NaOH dạng tinh khiết của Trung Quốc
- NH3 dạng tinh khiết của Trung Quốc
- HCl dạng tinh khiết của Trung Quốc
- Axit lactic dạng tinh khiết của Trung Quốc
- CH3COOH dạng tinh khiết của Trung Quốc
- CH3COONa dạng tinh khiết của Trung Quốc
- Etanol tuyệt đối của công ty Trường Thịnh, Việt Nam
- Nước cất tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM
2.2. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ
- Nguồn chiếu xạ γCo60
, SVST Co-60, Hungary, suất liều ~1,33 kGy/h
tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM
- Thiết bị chiếu xạ Gamma Chamber 5000, BRIT, Ấn Độ, tại Viện hạt
nhân Đà Lạt
- Máy đo quang phổ hồng ngoại FT- IR 8400s, Shimadzu, Nhật, tại
Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM
- Máy đo quang phổ UV-Vis, Jasco V630, Nhật, tại Trung tâm
VINAGAMMA, Tp. HCM
39
- Máy sắc ký gel thấm qua (GPC) LC-20AB Shimadzu, Nhật, sử dụng
detector RID - 10A và cột Ultrahydrogel 250, 500 của hãng Waters,
Mỹ, tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM và Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Tp. HCM
- Máy nghiền bi Fritsch, Đức, tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM
- Tủ sấy quạt gió, DNF 410, Yamaro, Nhật, tại Trung tâm
VINAGAMMA, Tp. HCM
- Tủ sấy Memmert, Đức, tại Trung tâm VINAGAMMA, Tp. HCM.
- Máy đo nhiễu xạ XRD Siemens D5000, Đức, tại Phòng phân tích Hóa
lý, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Tp. HCM
- Một số trang thiết bị khác dùng cho thí nghiệm như: máy li tâm, cân
phân tích,.. tại Phòng thí nghiệm Hóa học, Trường Đại học Sài Gòn
2.3. PHƯƠNG PHÁP
2.3.1. Đo các thông số của chitosan và oligochitosan
Xác định độ ẩm của CTS
Độ ẩm của CTS được xác định bằng phương pháp phân tích khối lượng
như sau [14]:
Đĩa thủy tinh sấy khô ở nhiệt độ 105°C đến khối lượng không đổi, sau đó
đặt trong bình hút ẩm để làm nguội. Cân đĩa thủy tinh xác định khối lượng
W1, cho mẫu CTS vào đĩa và cân được khối lượng W2. Sấy đĩa thủy tinh chứa
mẫu ở 105°C trong 24 giờ, cân được khối lượng W3. Độ ẩm được tính theo
công thức:
2 3
2 1
W -W § é Èm (%) = 100 (2.1)
W -W
Thí nghiệm được lặp lại 5 lần và đánh giá kết quả ở mức ý nghĩa
α = 0,05.
40
Xác định độ trương nước bão hòa
Độ trương nước bão hòa (ĐTNBH) của CTS được xác định như sau [69],
[71]:
Cân ống ly tâm có chứa một lượng xác định CTS (0,5 g) thu được khối
lượng m01. Thêm 10g nước cất, lắc đều hỗn hợp, để trương 2 giờ ở nhiệt độ
phòng, sau đó ly tâm với tốc độ 3200 vòng/phút, trong 25 phút, gạn bỏ nước,
cân ống ly tâm thu được khối lượng m1. ĐTNBH được tính theo công thức
sau:
1 01§ TNBH(%) 100 (2.2)mois
s mois
m m m
m m
Trong đó ms là khối lượng của mẫu CTS, mmois là khối lượng nước gây
ẩm được tính từ khối lượng mẫu và phần trăm độ ẩm của mẫu.
Thí nghiệm được lặp lại 4 lần và đánh giá kết quả ở mức ý nghĩa
α = 0,05.
Xác định ĐĐA
ĐĐA của CTS được xác định bằng phương pháp phổ IR, trên máy FT-IR
8400S, Shimadzu, Nhật, và được tính theo phương trình (2.3) [18]:
1320
1420
A§ § A(%) = 100 (31,92 12,20) (2.3)
A
Với A1320, A1420 là độ hấp thụ tương ứng tại các số sóng 1320, 1420 cm-1
.
Thí nghiệm được lặp lại 3 lần (N = 3) và đánh giá kết quả ở mức ý nghĩa
α = 0,05.
Xác định KLPT của CTS
KLPT của CTS được xác định bằng phương pháp sắc kí gel thấm qua
(GPC) trên máy LC – 20AB Shimadzu, Nhật, sử dụng detector RID –10A và
41
cột Ultrahydrogel 250, 500 của hãng Waters, kích thước cột 7,8300 mm.
Chất chuẩn là Pullulan (Mw ~ 730 - 38 000 Da), các bước tiến hành như sau:
Bước 1: Lập đường chuẩn thời gian lưu và Mw của mẫu chuẩn Pullulan
Hòa tan 0,01 gam các mẫu chuẩn Pullulan có Mw là 738 - 380 000 Da
(bảng 2.1) vào trong 2 ml dung môi CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M.
Bảng 2.1. Thông tin về các mẫu chuẩn Pullulan
STT Mw, Da PI POLYMER LABORATORIES Batch No
1 738 1 STACHYOSE TETRAHYDRAT 20910 – 1
2 12 200 1,06 POLYSACCHARIDE 20902 – 1
3 23 700 1,07 POLYSACCHARIDE 20903 – 1
4 48 000 1,09 POLYSACCHARIDE 20904 – 1
5 100 000 1,1 POLYSACCHARIDE 20905 – 1
6 380 000 1,12 POLYSACCHARIDE 20907 – 1
Xác định thời gian lưu của các mẫu dung dịch chuẩn pullulan ở điều
kiện nhiệt độ cột là 40°C, pha động là dung môi
CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M với tốc độ chảy là 1 ml/phút [54].
Thể tích mẫu tiêm vào cột khoảng 50 μl. Xác định thời gian lưu từ sắc kí
đồ GPC trên hình 2.1 thu được kết quả cho ở bảng 2.2.
Bảng 2.2. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối với
cột Ultrahydrogel 250
Số thứ tự mẫu 1 2 3 4 5
Thời gian lưu, Phút 7,00 7,50 8,12 8,64 10,52
KLPT 103, Da 100 48 23,7 12,2 0,738
42
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-5
0
5
10
15
20
uRIUDetector B Ch1
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-5
0
5
10
15
20uRIU
Detector B Ch1
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
-5
0
5
10
15
20
uRIUDetector B
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
0
5
10
15
20
uRIUDetector B
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
0
10
20
30
40
uRIUDetector B
Hình 2.1. Sắc kí đồ GPC của mẫu chuẩn Pullulan ghi trên cột Ultrahydrogel
250 với KLPT 100000 (a), 40000 (b), 23700 ( c), 12200 (d) và 738 Da (e)
e
a
b
c
d
43
Từ bảng 2.2, thiết lập đường chuẩn trên máy mối tương quan KLPT và thời
gian lưu (hình 2.2).
Linear : ax+b
a = -0.6024559 b = 9.236203
R^2 = 0.9975414 R = 0.9987699 Dispersion = 0.0363634
Hình 2.2. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu của
Pullulan đối với cột Ultrahydrogel 250
Tiến hành tương tự như trên, dựa vào bảng 2.3 ta cũng thiết lập được đường
chuẩn trên máy mối tương quan giữa KLPT và thời gian lưu đối với cột
Ultrahydrogel Linear (hình 2.3).
Bảng 2.3. KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan đối với cột
Ultrahydrogel Linear
Số thứ tự mẫu 1 2 3 4 5 6
Thời gian lưu, Phút 9,739 10,780 11,222 11,695 12,091 13,315
KLPT 103, Da 380 100 48 23,7 12,2 0,738
44
Chuan pulullan, Sigma USA COT VINAGAMMA
Linear : ax+b
a = -0.7531064 b = 13.07259
R^2 = 0.9792989 R = 0.9895953 Dispersion = 0.1213883
Hình 2.3. Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu của
Pullulan đối với cột Ultrahydrogel Linear
Bước 2: Xác định KLPT của mẫu CTS
Hòa tan 0,2 g CTS vào 20 ml đệm CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M
cho đến khi tan hoàn toàn, lọc dung dịch qua màng lọc 0,45 m (Millipore
filters). Lấy 5 ml dung dịch vừa pha, thêm vào 5 ml dung dịch đệm với nồng
độ như trên khuấy đều thu được dung dịch đo [76]. Tiến hành tiêm mẫu dung
dịch CTS với thể tích khoảng 50 μl vào cột sắc ký. Các điều kiện khác tương
tự như đã mô tả đối với mẫu chuẩn Pullulan. Xác định thời gian lưu và so
sánh với đường chuẩn để xác định KLPT của mẫu CTS cần đo.
Ví dụ như trên bảng 2.4 là kết quả điển hình xác định KLPT và PI đối với các
mẫu là COS, CTS KLPT thấp và cao (sắc kí đồ trên hình 2.4). Thông thường
COS và CTS KLPT thấp có phân bố KLPT hẹp hơn (PI nhỏ hơn) so với CTS
KLPT cao (PI lớn hơn).
45
Hình 2.4. Sắc kí đồ GPC của mẫu COS (a), CTS KLPT thấp (b) và CTS
KLPT cao (c)
Bảng 2.4. Kết quả Mw, Mn và PI của CTS đo bằng GPC
Mẫu Thời gian lưu, Phút Mw Mn PI = Mw/Mn
COS 8,470 5 200 2 600 2,00
CTS KLPT thấp 6,957 32 900 14 100 2,34
CTS KLPT cao 6,068 189 800 72 400 2,62
a
c
b
46
Xác định hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS
Đối với dung dịch CTS có khối lượng riêng cụ thể, phương trình (1.41)
được viết lại như sau [32], [40], [105]:
(1/Mw – 1/Mw0) = Gs×D×d×1000/2×C (2.4)
Trong đó, Mw0, Mw lần lượt là KLPT của CTS ban đầu và CTS cắt mạch,
D là liều xạ (kGy), d là khối lượng riêng dung dịch CTS (g/ml), C là nồng độ
dung dịch CTS (g/l) và Gs (mol/J) là hiệu suất cắt mạch bức xạ.
Xác định hằng số tốc độ phản ứng cắt mạch
Phản ứng cắt mạch bức xạ CTS bằng tia γCo60
tuân theo quy luật động
học bậc 1. Hằng số tốc độ phản ứng cắt mạch CTS được xác định dựa vào
phương trình [65], [106]:
0 0
1 1- (2.5)
w w
kD
M M m
Trong đó Mw0 và Mw là KLPT của CTS tương ứng tại thời điểm ban đầu
và thời điểm t, k (kGy-1
) là hằng số tốc độ phản ứng, D (kGy) là liều xạ, m0 là
KLPT của một đơn vị monome:
0m = §§A 161 + 203 100 - §§A /100 (2.6)
2.3.2. Đặc trưng cấu trúc vật liệu chitosan và oligochitosan
CTS và dẫn xuất của nó được đặc trưng phổ biến bằng phương pháp phổ
IR, UV-vis và nhiễu xạ tia X (XRD) [45]. Trước khi ghi phổ, CTS được tinh
chế theo quy trình sau:
1(g) mẫu CTS được ngâm trương trong nước 2 giờ, thêm axit lactic 3% tỉ
lệ 20/1 (ml/g), khuấy tan trong 5 giờ. Tủa dung dịch bằng etanol tuyệt đối với
tỉ lệ 1/5 (20 ml dung dịch/100ml etanol tuyệt đối), trợ kết tủa bằng NH4OH
47
2,5%. Lọc và rửa kết tủa 3 lần bằng etanol tuyệt đối cùng tỉ lệ trên [9]. Mẫu
được sấy khô ở 60°C trong tủ sấy quạt gió DNF 410, Yamaro, Nhật, sau đó
được nghiền mịn bằng máy nghiền bi Fritsch, Đức. Mẫu sau khi tinh chế ở
dạng bột mịn được bảo quản trong túi PE để ghi phổ.
Đo IR
Phổ IR được ghi trên máy FT-IR 8400S, Shimadzu, Nhật. Bước sóng ghi
phổ tử 400 - 4000 cm-1
. Thứ tự tiến hành như sau:
Mẫu CTS được nghiền nhỏ bằng cối nghiền bi Fritsch, Đức, rây qua rây
200 mesh. Cân khoảng 3 - 5 mg mẫu bột CTS trộn cùng với 100 mg KBr
trong cối mã não, ép viên trên máy ép chuyên dụng trong thời gian khoảng
10 phút, sau đó tiến hành đo phổ IR.
Đo UV-vis
Phổ UV-vis được đo trên máy UV-vis V630, Jasco, Nhật. Bước sóng hấp
thụ từ 200 - 600 nm, nồng độ dung dịch đo là CTS 0,1%, dung dịch so sánh là
axit axetic 0,05% [105].
Đo XRD
Giản đồ XRD của các mẫu CTS được đo trên máy XRD Siemens D5000,
Đức, sử dụng ống phát tia CuKα (1,54 Å), điện áp 40 kV, cường độ dòng ống
phát 40 mA, góc quét 2θ thay đổi từ 0-70 độ, tốc độ quét 0,2 độ/phút.
2.3.3. Các phương pháp chế tạo và biến tính vật liệu chitosan
Chế tạo CTS nguồn từ chitin
Cân 100g chitin đưa vào cốc thủy tinh loại 2 lít thêm vào 1 lít dung dịch
kiềm 50%. Đun cách thủy ở nhiệt độ 90°C, lấy mẫu theo thời gian 30, 90,
120, 180 và 240 phút [89]. Mẫu rửa sạch bằng nước cất đến pH =7 và sấy khô
trong tủ quạt gió ở nhiệt độ 60°C trong 2 giờ. Nghiền mịn các mẫu để xác
định ĐĐA và KLPT.
48
Cắt mạch CTS nguồn bằng hydro peroxit
Cân một lượng xác định CTS, thêm dung dịch H2O2 2% [76] theo tỉ lệ
1/10 (w/v), điều chỉnh pH = 9. Sau thời gian phản ứng, mẫu được rửa sạch
đến pH = 7 rồi sấy khô bằng tủ sấy quạt gió trong 2 giờ.
Hiệu ứng đồng vận chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch
Chuẩn bị dung dịch chiếu xạ: Hòa tan 5 g CTS trong dung dịch axit
lactic 3% đến tan, thêm một lượng H2O2 30% vào và định mức đến 100 ml
thu được dung dịch chiếu xạ chứa 5% CTS và 0,5% H2O2. Tiến hành chiếu xạ
trên nguồn SVST Co – 60/B tại Trung tâm VINAGAMMA (hình 2.5.I), với
suất liều 1,33 kGy/h. Liều xạ được kiểm soát bằng liều kế (hình 2.5.II). Một
dung dịch chứa 5% CTS tan trong axit lactic 3% cũng được chiếu xạ đồng
thời để so sánh.
Hình 2.5. (I) – Sơ đồ nguồn SVST Co – 60/B; (II) – Liều kế: (a) - chưa
sử dụng, (b) - đã sử dụng
Ngoài ra, để tính hiệu ứng đồng vận, một dung dịch chứa 5% CTS và
0,5% H2O2 được cho phản ứng theo thời gian mà không chiếu xạ.
Xử lí mẫu sau chiếu xạ: Dung dịch sau khi chiếu xạ được kết tủa
bằng NH4OH 5% [76], thêm một lượng cồn bằng thể tích mẫu khuấy đều, sau
49
đó lọc kết tủa và rửa sạch bằng cồn với thể tích gấp 5 lần thể tích mẫu. Mẫu
sau khi rửa sạch, để khô tự nhiên sau đó sấy ở nhiệt độ 60°C trong 2 giờ.
Các thí nghiệm được tiến hành với ba loại CTS có ĐĐA khác nhau lần
lượt là 72; 80,3 và 91%.
Cắt mạch CTS bằng hiệu ứng đồng vận của H2O2/tia γCo60
ở dạng
trương và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, suất liều
Cho 2 g CTS dạng bột (Mw0 = 91,7 kDa; ĐĐA ~ 91,3%; PI = 2,26)
trương trong 10 ml dung dịch H2O2 với các nồng độ khác nhau là 0% (trương
trong 10 ml nước), 1%, 3% và 5% (w/v) trong 30 phút. Các mẫu sau đó được
chiếu xạ γCo60
trên thiết bị Gamma Chamber 500, khoảng liều từ 0 - 20 kGy
ở nhiệt độ phòng. Các mẫu sau khi chiếu xạ được sấy ở nhiệt độ 60°C bằng tủ
sấy quạt gió trong 2 giờ sau đó được nghiền thành bột mịn để đo GPC, FT-IR,
XRD và UV-Vis.
Mẫu chiếu xạ H2O2 5% ở 10 kGy được chúng tôi tiến hành với các suất
liều khác nhau từ 0,45 – 3,6 kGy/h để khảo sát ảnh hưởng của suất liều đến độ
suy giảm KLPT.
Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS ở dạng trương
Chuẩn bị mẫu và chiếu xạ: Cân 5 g CTS vào bình chiếu xạ, thêm vào
25 ml dung dịch H2O2 5%, trộn trong 30 phút để CTS trương đều. Mẫu được
chiếu xạ bằng nguồn SVST Co – 60/B đến liều tối đa là 25 kGy, suất liều
1,33 kGy/h, tại Trung tâm VINAGAMMA. Một mẫu khác chứa 5 g CTS
trương trong 25 ml nước cũng được chiếu xạ đồng thời để so sánh.
Ngoài ra, để tính hiệu ứng đồng vận, một hỗn hợp khác gồm 5 g CTS
trương trong 25 ml H2O2 5% cũng được chuẩn bị tương tự và cho phản ứng
theo thời gian mà không chiếu xạ.
50
Xử lí mẫu và chiếu xạ: Sau khi chiếu xạ, mẫu được rửa sạch bằng
nước cất, sau đó được sấy khô ở nhiệt độ 60°C trong 2 giờ.
Các thí nghiệm được tiến hành với ba loại CTS có ĐĐA khác nhau lần
lượt là 72; 80,3 và 91%.
Khả năng chế tạo COS bằng H2O2 trong dung dịch
Trong thí nghiệm này COS được chế tạo bằng phương pháp cắt mạch hóa
học mà không sử dụng năng lượng bức xạ, nguyên liệu sử dụng là CTS đã
được cắt mạch có thông số ban đầu như sau: Mw = 31,3 kDa, PI = 3,4 và
ĐĐA ~ 91%. Để tìm hiểu khả năng bảo vệ nhóm amin và hạn chế sự thay đổi
cấu trúc, CTS được cắt mạch theo hai phương pháp:
Phương pháp 1:
Cắt mạch CTS bằng H2O2 5% theo kiểu bổ sung gián đoạn
(1% H2O2/1 giờ) theo thời gian ở nhiệt độ cố định 55°C.
Chuẩn bị dung dịch CTS 5% trong dung dịch axit lactic 2,5%. Đun cách
thủy dung dịch để duy trì nhiệt độ ở 55°C. Cho vào dung dịch một lượng
H2O2 1%. Sau 1 giờ cắt mạch, lấy mẫu để phân tích GPC và FT-IR đồng thời
bổ sung thêm một lượng H2O2 1% để cắt mạch tiếp.
Phương pháp 2:
Cắt mạch CTS bằng H2O2 5%, đưa vào một lần ngay từ đầu lấy mẫu theo
thời gian phản ứng. Nhiệt độ phản ứng được cố định ở 55°C.
Mẫu thu được sau phản ứng được xử lý như phần cắt mạch CTS dạng
dung dịch.
51
2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu ứng dụng vật liệu chitosan cắt mạch
Khảo sát hoạt tính chống oxi hóa
Hòa tan 2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS)
nồng độ 7,4 mM trong nước. Dùng 2 ml dung dịch 7,4 mM ABTS trộn với
2 ml dung dịch 2,6 mM K2S2O8 để tạo gốc tự do cation ABTS•+
. Dung dịch
ABTS•+
được để yên trong tối qua đêm, sau đó pha loãng bằng nước để nhận
được giá trị mật độ quang ~1,0 ± 0,1 tại bước sóng 734 nm. Các mẫu dung
dịch CTS và COS 0,2% (w/v) được pha trong axit axetic 0,1% dùng để
nghiên cứu hoạt tính chống oxi hóa. Dùng 0,6 ml dung dịch mẫu đưa vào
cuvet chứa 1 ml dung dịch ABTS•+
(mẫu đối chứng dùng 0,6 ml nước). Đo
mật độ quang (OD) của các mẫu theo thời gian trên máy quang phổ tại bước
sóng λ = 734 nm. Hiệu suất bắt gốc tự do được tính như sau:
Hiệu suất (%) = 100 × (ODAC - ODAS)/ODAC (2.7)
Trong đó ODAC là mật độ quang của mẫu đối chứng (nước và ABTS•+
) và
ODAS là mật độ quang của mẫu khảo sát (CTS/COS và ABTS•+
) [77], [94].
Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của CTS KLPT thấp
0,1 ml dung dịch CTS có Mw khác nhau 30, 45, 60, và 91,7 kDa được
thêm nước tiệt trùng đến 10 ml có nồng độ của CTS là 100 mg/l. Một thể tích
tương tự chứa axit axetic 0,5% được sử dụng làm mẫu đối chứng. Các mẫu
này được cấy 1 ml huyền phù E. coli 108
CFU/ml lắc và khuấy trộn trong
5 phút. Những tế bào E. coli còn sống trong mỗi mẫu được xác định tại Trung
tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3 – Tp. HCM theo phương
pháp ISO 16649-2:2001. Hiệu suất kháng khuẩn được tính theo công thức:
, % = 100 × (N0 – Ni)/N0 (2.8)
Với N0 và Ni là đơn vị hình thành tế bào trên 1 ml (CFU/ml) của E. coli
trong mẫu đối chứng và mẫu CTS.
52
Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của CTS cắt mạch bằng phương pháp
hóa học
CTS KLPT thấp và COS chế tạo bằng phương pháp hóa học được xác
định hoạt tính diệt khuẩn Escherichia coli (E. coli) và Staphylococcos aureus
(S. aureus) bằng phương pháp như sau:
Bước 1: Chuẩn bị dung dịch mẫu CTS/COS
- Pha dung dịch axit axetic 0,5% (v/v)
- Hòa tan mẫu CTS hoặc COS vào dung dịch axit axetic 0,5% để đạt nồng độ
là 2 % (w/v).
Bước 2: Chuẩn bị giống E. coli/S. aureus
- Giống E. coli/S. aureus được hoạt hóa trong môi trường Luria Bertani, tăng
sinh ở 37°C, 20 giờ.
- Mật độ E. coli/S. aureus sau khi hoạt hóa đạt khoảng 107
CFU/ml, được
dùng cho thử nghiệm tiếp theo.
Bước 3: Đánh giá hoạt tính diệt khuẩn của dung dịch CTS và COS
- Hút 0,5 ml dung dịch mẫu CTS hoặc COS 2 %, hòa vào 8,5 ml nước cất.
- Dung dịch này được hấp vô trùng ở điều kiện 1 atm, 121°C, 15 phút.
- Sau khi làm nguội, bổ sung 1 ml dịch huyền phù E. coli vào dung dịch mẫu
đã hấp khử trùng (tổng thể tích cuối cùng của hỗn hợp là 10 ml).
- Lắc hỗn hợp ở tốc độ 150 vòng/phút, trong thời gian 60 phút.
- Mật độ tế bào E. coli/S. aureus trong hỗn hợp sau khi lắc được xác định theo
phương pháp ISO 16649 - 2: 2001.
-Thí nghiệm được tiến hành tương tự với mẫu đối chứng là dung dịch axit
axetic 0,5 %.
53
-Xác định hiệu quả diệt khuẩn của dung dịch CTS và COS theo công thức
(2.8).
- Số liệu phân tích thống kê được xử lý trên phần mềm SPSS-19.
Thử nghiệm khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng của CTS
cắt mạch trên gà
Thí nghiệm khảo sát khả năng kháng bệnh của các sản phẩm CTS cắt
mạch trên gà được chúng tôi tiến hành tại trại gà của anh Huỳnh Văn Tuấn,
Phường An Đông, Tp. Huế. Quy mô trang trại khoảng 2000 con. Thí nghiệm
áp dụng trên giống gà Lương Phượng được mua từ Công ty gà giống Lương
Mỹ - Quảng Nam. Gà được nuôi trong điều kiện bình thường. Đối các với lô
thí nghiệm thức ăn của gà được bổ sung thêm CTS cắt mạch. Trong thí
nghiệm này, chúng tôi chỉ khảo sát ảnh hưởng của KLPT và nồng độ CTS lên
khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng đối với gà.
Khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng theo KLPT của CTS
Khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng trên gà của CTS cắt mạch
có Mw khác nhau 5, 10 và 15 kDa kí hiệu tương ứng là COSM5, COSM10 và
CTSM15 được khảo sát bằng cách bổ sung vào thức ăn của gà với nồng độ
300 ppm trong quá trình nuôi để tìm KLPT phù hợp thông qua bố trí 4 lô thí
nghiệm như sau:
+ 03 lô có bổ sung COSM5, COSM10 và CTSM15: 50×3 = 150 con
+ 01 lô nuôi gà đối chứng: 50 con
Từ việc theo dõi tỷ lệ sống, tỷ lệ nhiễm bệnh, hình thái phân, hình thái
lông, hình thái chân, hình thái mào, độ linh hoạt, lượng thức ăn và tỉ lệ tăng
trưởng giữa các lô sử dụng COSM5, COSM10 và CTSM15 và lô đối chứng,
chúng tôi đưa ra kết luận và lựa chọn loại CTS cắt mạch phù hợp cho nghiên
cứu tiếp theo.
54
Khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng theo nồng độ của CTS
Khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng của CTS có Mw ~ 15 kDa
(CTSM15) trên gà được khảo sát ở 3 nồng độ là 100 ppm, 200 ppm và 400
ppm. CTSM15 được bổ sung vào quá trình nuôi để tìm nồng độ tối ưu thông
qua bố trí 4 lô thí nghiệm như sau:
+ 03 lô có bổ sung COS ở nồng độ khác nhau: 50×3 = 150 con
+ 01 lô nuôi gà đối chứng: 50 con
Từ việc theo dõi tỷ lệ sống, tỷ lệ nhiễm bệnh, hình thái phân, hình thái
lông, hình thái chân, hình thái mào, độ linh hoạt, lượng thức ăn và tỉ lệ tăng
trưởng giữa các lô sử dụng CTSM15 và lô đối chứng, chúng tôi đưa ra kết
luận về giá trị tối ưu của nồng độ CTSM15.
55
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. CHẾ TẠO CHITOSAN NGUỒN TỪ CHITIN
CTS nguồn chế tạo theo quy trình ở mục 2.3.3 được ghi phổ FT- IR trong
khoảng số sóng từ 400 đến 4000 cm-1
. Dựa trên phổ FT - IR (Phụ lục 1),
ĐĐA của CTS được tính theo phương trình (2.3) cho kết quả ở bảng 3.1
(với N = 3, α = 0,05). Mối quan hệ giữa ĐĐA và thời gian đề axetyl được
trình bày trên hình 3.1. Kết quả cho thấy CTS có ĐĐA khá cao, khoảng 83%,
dễ dàng thu được sau ba giờ phản ứng trong điều kiện 90°C, NaOH 50%,
CTS: NaOH 50% = 1:10 (w/v).
Bảng 3.1. Sự thay đổi ĐĐA của CTS theo thời gian phản ứng
t, phút 30 60 90 120 180 240
ĐĐA,% 63,9 ± 0,6 69,9 ± 0,7 72,8 ± 0,9 78,7 ± 0,8 83,0 ± 1,0 84,7 ± 0,5
ĐĐAChitin = 8,9 ± 0,3%
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đề axetyl đến ĐĐA của CTS
Quá trình đề axetyl luôn đi kèm với sự cắt mạch CTS [89]. Ở nhiệt độ
không đổi, ĐĐA và KLPT CTS phụ thuộc vào thời gian đề axetyl hóa.
56
Hình 3.1 cho thấy tốc độ đề axetyl xảy ra khá nhanh ở khoảng 30 phút đầu
của phản ứng. Sau 2 giờ, tốc độ đề axetyl xảy ra chậm. Sau 3 giờ, ĐĐA của
CTS thay đổi hầu như không đáng kể. Nguyên nhân là do nồng độ NaOH
giảm sau giai đoạn đầu của quá trình đề axetyl hóa. Một nguyên nhân khác là
giai đoạn đầu quá trình đề axetyl xảy ra đối với các nhóm axetyl trên bề mặt
của chitin ở dạng vảy, tiếp xúc trực tiếp với NaOH nên tốc độ đề axetyl xảy ra
khá nhanh. Sau đó, phản ứng đề axetyl xảy ra đối với các nhóm axetyl bên
trong vảy chitin rất khó tiếp xúc, đòi hỏi thời gian khuếch tán lâu hơn của
NaOH vào lớp bên trong. Vì vậy, tốc độ phản ứng đề axetyl hóa xảy ra rất
chậm. Ngoài ra, do chitin có mạch polyme dài, đan xen, cuộn xoắn che lấp
các nhóm chức nên rất khó loại bỏ hoàn toàn nhóm axetyl chỉ sau một lần đề
axetyl hóa. Tác giả Lê Thị Hải Yến và cộng sự (2003) [13] đã nghiên cứu
động học của quá trình đề axetyl chitin. Kết quả cho thấy ở nồng độ NaOH
60%, với CTS đã qua xử lý kỹ thuật, phải mất 48 giờ phản ứng ở nhiệt độ
phòng mới thu được CTS có ĐĐA ~ 83%. Nếu sử dụng NaOH 40% cho phản
ứng đề axetyl hóa thì phải lặp lại quá trình xử lý kỹ thuật nhiều lần và kéo dài
thời gian phản ứng lên đến 144 giờ mới thu được CTS có ĐĐA ~ 97%.
Trong nghiên cứu của chúng tôi, để rút ngắn thời gian phản ứng chúng tôi sử
dụng NaOH 50% đun nóng ở 90°C sau khoảng 3 giờ phản ứng đã thu được
CTS có ĐĐA ~ 83%.
Để thu được CTS có ĐĐA ≥ 90% cho nghiên cứu, qua tham khảo các tài
liệu [13], [89] và tiến hành các phản ứng thử nghiệm chúng tôi thu được hai
quy trình sau đây để gia tăng ĐĐA:
3.1.1. Cách 1
Sau 180 phút phản ứng ở 90°C như trên (lần 1), ngừng đun và để hỗn hợp
phản ứng nguội dần đến 12 giờ (ngâm qua đêm), CTS thu được có ĐĐA ~
95%.
57
3.1.2. Cách 2
Thực hiện phản ứng đề axetyl hóa lần 2 với CTS có ĐĐA ~ 83% ở điều
kiện phản ứng như lần 1, thời gian phản ứng là 30 phút. CTS thu được có
ĐĐA ~ 96%.
Trong luận án này CTS có ĐĐA ~ 79%, 84%, và 95,5% (hình 3.2) được
chúng tôi tiến hành chế tạo theo cách 1 nhằm tiết kiệm thời gian và hóa chất.
Hình 3.2. CTS có ĐĐA ~ 79% (a); 84% (b); 95,5% (c) chế tạo từ chitin
3.2. CẮT MẠCH CHITOSAN NGUỒN BẰNG HYDRO PEROXIT
Để nghiên cứu hiệu ứng đồng vận với mục tiêu chế tạo được COS, chúng
tôi tiến hành cắt mạch CTS nguồn bằng H2O2 nhằm giảm độ nhớt của CTS để
gia tăng nồng độ CTS trong dung dịch chiếu xạ. Theo Qin và cộng sự (2002)
[76], H2O2 là tác nhân cắt mạch CTS hiệu quả và ít làm thay đổi cấu trúc sản
phẩm nếu tiến hành ở nồng độ thấp và cắt mạch không quá sâu
(Mw > 50 kDa). Trong thí nghiệm này chúng tôi cắt mạch ở nhiệt độ phòng,
pH = 9, CTS/H2O2 2% = 1/10 (w/v), thời gian phản ứng lần lượt là 22, 35 và
40 giờ tương ứng với các loại CTS có ĐĐA là 95,5%; 84% và 79%. Thời gian
được lựa chọn sao cho KLPT của CTS cắt mạch thu được có giá trị gần bằng
nhau [7]. Kết quả thu được cho ở bảng 3.2.
Bảng 3.2 cho thấy CTS bị cắt mạch chậm theo thời gian kèm theo quá
trình giảm ĐĐA. Thời gian cắt mạch càng dài độ giảm ĐĐA càng tăng. Độ
giảm ĐĐA lần lượt là 4,2%; 4,4% và 8,8% tương ứng với thời gian cắt mạch
58
là 22, 35 và 40 giờ. Sau 22, 35 và 40 giờ cắt mạch, độ giảm KLPT tương ứng
chỉ là 65%, 69% và 73%. Nguyên nhân cắt mạch chậm được chúng tôi giải
thích là do ở pH ≥ 9 gốc hydroxyl có thể phân ly: • -OH H + O
đã làm
giảm tốc độ cắt mạch CTS.
Bảng 3.2. Sự thay đổi KLPT, ĐĐA và PI của CTS nguồn cắt mạch bằng
hydro peroxit
CTS ban đầu Thời gian CTS cắt mạch
ĐĐA, % Mw, kDa PI (giờ) ĐĐA, % Mw, kDa PI
79,0 183 4,35 40 72,0 48,7 4,21
84,0 163 3,77 35 80,3 50,0 3,72
95,5 138 3,62 22 91,0 49,0 3,64
Trong thí nghiệm này CTS nguồn được cắt mạch chậm nhằm hạn chế sự
thay đổi cấu trúc và giảm ĐĐA. Nghiên cứu của Qin và cộng sự (2002) [76]
cho thấy nếu cắt mạch sâu hơn bằng H2O2 sẽ làm thay đổi đáng kể cấu trúc
CTS với sự xuất hiện của nhóm cacboxyl và ĐĐA giảm khá mạnh. Vì vậy,
CTS nguồn với KLPT thấp sẽ được nghiên cứu cắt mạch sâu hơn bằng hiệu
ứng đồng vận của tia γCo60
và H2O2 ở nồng độ thấp.
Hình 3.3. CTS nguồn ĐĐA ~ 72% (a); 80,3% (b) và 91,0 % (c)
CTS nguồn sau khi chế tạo được nghiền mịn (hình 3.3) để đo các thông
số ban đầu, phần còn lại được bảo quản trong túi PE đặt trong bình hút ẩm để
thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.
59
3.3. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG
CHIẾU XẠ DUNG DỊCH
3.3.1. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề
axetyl ~ 91%
Hình 3.4. Sơ đồ chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch
Hiệu ứng đồng vận của bức xạ γCo60
và hydro peroxit cắt mạch CTS có
ĐĐA ~ 91% (Mw0 = 49 kDa; PI = 3,64) được nghiên cứu bằng chiếu xạ cùng
lúc dung dịch 5% CTS và dung dịch có thành phần là 5% CTS + 0,5% H2O2
với liều chiếu xạ đến khoảng 25 kGy, suất liều 1,33 kGy/h. Sơ đồ tóm tắt quy
trình trên hình 3.4. Ngoài ra, một dung dịch CTS ĐĐA ~ 91% (CTS-91) cũng
với thành phần là 5% CTS + 0,5% H2O2 được cho phản ứng theo thời gian
đồng thời với quá trình chiếu xạ. Trong thí nghiệm này chúng tôi đã gia tăng
nồng độ CTS trong dung dịch chiếu xạ lên 5% so với nồng độ 3% CTS trong
nghiên cứu của Duy và cộng sự (2011) [32], đồng thời chọn nồng độ H2O2
0,5% nhằm hạn chế sự thay đổi cấu trúc và suy giảm ĐĐA của sản phẩm [32],
[76]. Các mẫu CTS sau quá trình cắt mạch được xử lý theo quy trình xử lý
mẫu (mục 2.3.3), sau đó xác định KLPT bằng GPC và ĐĐA bằng FT-IR
(sắc kí đồ GPC và phổ FT-IR ở phần phụ lục 2). Từ sắc kí đồ xác định được
thời gian lưu và tính được KLPT Mw dựa vào đường chuẩn như đã trình bày ở
mục 2.3.1. Số liệu thu được thể hiện trên bảng 3.3. Kết quả cho thấy CTS-91
cắt mạch bằng H2O2 0,5% có KLPT giảm xuống còn khoảng 23 kDa sau
18 giờ phản ứng. Khi cắt mạch bằng tia γCo60
(1,33 kGy/h) KLPT thu được là
60
19,4 kDa tương ứng với liều xạ 23,9 kGy. Nếu kết hợp đồng vận tia γCo60
và
H2O2 0,5% thì KLPT thu được sau 18 giờ cắt mạch tương ứng với liều xạ
23,9 kGy là 4,3 kDa. Sự suy giảm KLPT của CTS theo liều chiếu xạ tương
ứng với thời gian cắt mạch được thể hiện trên hình 3.5.
Bảng 3.3. Kết quả cắt mạch dung dịch 5% CTS-91 chế tạo COS
Liều xạ t A (H2O2 0,5%)* B (tia γCo60
) ** C (A & B) **
(kGy) ( giờ) Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI
2,2 1,7 45,2 3,71 41,9 3,40 22,5 3,03
7,6 5,7 36,7 3,56 32,7 3,39 9,9 2,15
15,1 11,4 32,3 3,47 25,5 2,94 5,8 1,32
19,8 14,9 24,9 3,34 19,9 2,83 4,7 1,25
23,9 18,0 23,2 2,99 19,4 2,69 4,3 1,22
Mw0 = 49 kDa , PI0 =3,64; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời
gian, giờ = kGy/1,33)
Hình 3.5 cho thấy tốc độ cắt mạch bức xạ của tia γCo60
(suất liều
1,33 kGy/h) đối với CTS-91 là nhanh hơn so với H2O2 0,5%. Điều này phù
hợp với kết quả của Duy và cộng sự (2011) [32] khi nghiên cứu cắt mạch
CTS có ĐĐA ~ 84%. Theo đó, tốc độ cắt mạch CTS của tia γCo60
(1,14 kGy/h) cũng nhanh hơn so với H2O2 0,5%. Ngoài ra, tốc độ cắt mạch
thu được bằng H2O2 0,5% trong nghiên cứu của chúng tôi lớn hơn trong
nghiên cứu của Duy và cộng sự. Độ suy giảm KLPT (ĐSGKLPT) của
CTS-91 trong dung dịch 5% sau 18 giờ phản ứng khoảng 52,4%, giá trị này
trong nghiên cứu của Duy và cộng sự là khoảng 10%. Điều này có thể là do
KLPT của CTS-91 (Mw0 = 49 kDa) trong nghiên cứu của chúng tôi thấp hơn
so với KLPT ban đầu (Mw0 = 110 kDa) trong nghiên cứu của Duy và cộng sự.
KLPT thấp của CTS tương ứng với mạch polyme ngắn, độ xoắn của phân tử
61
polyme ít hơn vì thế gốc •OH dễ dàng tương tác lên mạch phân tử polysaccarit
làm cho tốc độ cắt mạch xảy ra nhanh hơn.
Hình 3.5 cũng cho thấy khi cắt mạch đồng vận bằng tia γCo60
và H2O2 ở
liều xạ lớn hơn 7 kGy (~ 5 giờ phản ứng), KLPT CTS-91 suy giảm hầu như
không đáng kể. Nguyên nhân theo chúng tôi có thể là do dưới tác dụng của tia
γCo60
, H2O2 đã bị phân li bức xạ rất nhanh ngay ở liều thấp nên khi tăng liều
xạ nồng độ H2O2 còn lại giảm dần vì vậy tốc độ cắt mạch xảy ra hầu như
không đáng kể. Trong khi đó, cắt mạch bằng H2O2 0,5% không sử dụng tia
γCo60
, KLPT CTS-91 suy giảm không đáng kể sau khoảng 15 giờ phản ứng.
Điều này chứng tỏ tia γCo60
là tác nhân gây phân hủy H2O2 nhanh ở liều xạ
thấp, ngay ở thời gian đầu chiếu xạ.
Hình 3.5. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-91 trong dung dịch 5% theo liều xạ
và thời gian phản ứng (thời gian, giờ = kGy/1,33)
Hình 3.5 cho thấy đối với quá trình chiếu xạ dung dịch 5% CTS-91
không sử dụng H2O2 0,5% và quá trình cắt mạch trong dung dịch 5% CTS-91
bằng H2O2 0,5% mà không chiếu xạ chỉ thu được CTS KLPT thấp, khoảng
20 - 25 kDa (bảng 3.3). Đối với trường hợp cắt mạch bằng H2O2 0,5%, theo
62
chúng tôi, nguyên nhân có thể là do sau khoảng 18 giờ phản ứng nồng độ
H2O2 còn lại rất thấp nên tốc độ cắt mạch xảy ra không đáng kể. Đối với quá
trình cắt mạch CTS-91 bằng bức xạ γCo60
, độ suy giảm KLPT cũng không
đáng kể ở liều xạ > 20 kGy. Xu hướng này đã được Tahtat và cộng sự (2012)
[89] đề cập khi cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS. Theo đó KLPT của
CTS giảm mạnh ở giai đoạn đầu của quá trình chiếu xạ, sau đó mức độ cắt
mạch giảm dần khi tăng liều xạ. Cơ chế của vấn đề này hiện vẫn chưa được
làm rõ. Tuy nhiên, theo quan điểm của chúng tôi vấn đề này có thể là do CTS
sau khi chiếu xạ có KLPT thấp tương ứng với cấu trúc nhỏ gọn, nếu tiếp tục
chiếu xạ sẽ tạo thành các gốc R• nhỏ gọn tương đối linh động hơn so với gốc
R• của CTS có KLPT cao vì vậy khả năng tái kết hợp giữa chúng cũng lớn
hơn. Do đó, KLPT polyme khi cắt mạch ở liều cao gần như không thay đổi.
Cũng có giả thiết cho rằng [68], [76], tốc độ cắt mạch CTS ban đầu xảy ra
nhanh trong vùng vô định hình và sau đó giảm mạnh ở theo thời gian khi phản
ứng cắt mạch xảy ra trong vùng tinh thể.
Bảng 3.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 trong dung dịch 5% bằng tia
γCo60
và H2O2 0,5%
Mẫu CTS
ĐSGKLPT, % = (Mw0 - Mw)×100/ Mw0
2,2 kGy
(1,7 giờ)
7,6 kGy
(5,7 giờ)
15,1 kGy
(11,4 giờ)
19,8 kGy
(14,9 giờ)
A (H2O2 0,5%)* 7,8 25,1 34,1 49,2
B (tia γCo60
) ** 14,5 33,3 48,0 59,4
C (A & B) ** 54,1 79,8 88,2 90,4
Hiệu ứng đồng vận D (%)
D = [C-(A+B)] 31,8 21,4 6,1 -
* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33)
63
Hiệu ứng đồng vận được định nghĩa là sự tương tác đồng thời của hai tác
nhân phản ứng lớn hơn tổng tương tác của các thành phần riêng rẽ [32].
Hình 3.5 cho thấy phương pháp kết hợp đồng thời tia γCo60
và H2O2 cho hiệu
quả cắt mạch tốt hơn so với khi sử dụng riêng rẽ từng tác nhân cắt mạch. Kết
quả tính toán cụ thể cho hiệu ứng đồng vận được ghi ra ở bảng 3.4. Cơ chế cắt
mạch CTS hiệu quả bằng kết hợp đồng vận (tia γCo60
và H2O2) có thể được giải
thích là do có sự phân li bức xạ của nước và H2O2 dưới tác dụng của tia γCo60
hình thành gốc tự do hydroxyl (•OH)
có tính oxy hóa mạnh làm tăng hiệu quả
cắt mạch CTS. Cơ chế phân li bức xạ của H2O2 và nước tạo ra electron solvat
(e-aq) và gốc hydroxyl
•OH được Ulanski và cộng sự (2000) đề xuất [100]:
γ ray - • • +
2 aq 2 2 2 3
γ ray •
2 2
H O e , H , OH, H O , H , H O (3.1)
H O 2 OH (3.2)
Trong quá trình chiếu xạ e-aq và H
• có thể phản ứng với H2O2 để tiếp tục
tạo ra gốc hydroxyl •OH:
- • -
aq 2 2
• •
2 2 2
e + H O OH + OH (3.3)
H + H O OH + H O (3.4)
Cũng theo Ulanski và cộng sự [100], gốc •OH bắt hydro, làm đứt liên kết
C – H hình thành gốc cacbohydrat R• dẫn đến liên kết glycosit bị cắt, tạo thành
phân tử CTS có KLPT thấp hơn. Bảng 3.4. cho thấy hiệu ứng đồng vận giảm
dần theo thời gian chiếu xạ. Điều này có thể là do theo thời gian phản ứng
nồng độ H2O2 giảm nên hiệu ứng đồng vận cũng giảm dần theo liều xạ.
Bảng 3.5. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-91 5% trong trường hợp
có và không có H2O2 0,5%
Liều xạ (kGy) 2,2 7,6 15,1 19,8 23,9
Gs γCo60
(μmol/J) 0,15 0,13 0,12 0,15 0,13
Gs γCo60
+ 0,5% H2O2 (μmol/J) 1,09 1,06 1,01 0,97 0,89
64
Hiệu suất cắt mạch bức xạ (HSCMBX) CTS-91 trong dung dịch bằng tia
γCo60
và tia γCo60
kết hợp đồng thời với H2O2 0,5% tính theo công thức (2.4)
thu được kết quả trên bảng 3.5. Xử lý thống kê với α = 0,05, giá trị trung bình
của HSCMBX thu được khi chiếu xạ γCo60
dung dịch CTS-91 là:
Gs = 0,14 ± 0,02 μmol/J. Dựa vào công thức tính HSCMBX:
(1/Mw – 1/Mw0) = Gs×D×d×1000/2C (2.4) ta nhận thấy sự phụ thuộc của
(1/Mw – 1/Mw0) theo liều xạ D là đường thẳng đi qua gốc tọa độ, đồ thị của
đường thẳng này được mô tả trên hình 3.6. Giá trị Gs trong trường hợp này là
hằng số không phụ thuộc vào liều xạ. Từ hệ số góc của đường thẳng trên
hình 3.6, giá trị của HSCMBX tính được bằng phương pháp đồ thị là:
Gs = 0,136 μmol/J. Kết quả này phù hợp với phương pháp xác định Gs theo
giá trị trung bình dựa vào bảng 3.5.
Hình 3.6. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 trong dung dịch 5%
theo liều xạ
Bảng 3.5 cho thấy khi có mặt H2O2 0,5% HSCMBX tia γCo60
được gia
tăng đáng kể. Giá trị Gs > 0,8 μmol/J và giảm dần theo liều xạ. Ở liều xạ 2,2
kGy, Gs thu được khi có mặt H2O2 0,5% cao hơn so với khi không có mặt
65
H2O2 0,5% là 1,09/0,136 ≈ 8 lần. Giá trị này thu được ở liều xạ 23,9 kGy là
0,89/0,136 ≈ 6,5 lần. Như vậy, trong khoảng liều xạ thấp (< 25 kGy), sự có
mặt của H2O2 0,5% đã giảm năng lượng chiếu xạ cần thiết ít nhất là 6 lần.
Mức độ gia tăng HSCMBX của H2O2 giảm dần theo liều xạ do nồng độ H2O2
giảm dần theo thời gian phản ứng. Lu và cộng sự (2004) [62] khi nghiên cứu
cắt mạch CTS bằng bức xạ cũng cho rằng H2O2 đóng vai trò như là chất nhạy
hóa hiệu quả (effective sensitizer) cho sự giảm cấp bức xạ CTS.
Đối với quá trình cắt mạch CTS bằng chiếu xạ không sử dụng H2O2, hằng
số tốc độ của phản ứng (k) tuân theo quy luật động học bậc nhất và được tính
dựa vào phương trình (2.5):
w w0 0
1 1 k- = D (2.5)
M M m
Phương trình (2.5) cho thấy sự phụ thuộc của (1/Mw – 1/Mw0) theo liều xạ
D cũng là đường thẳng đi qua gốc tọa độ và đồ thị của đường thẳng này được
đã được mô tả như trên hình 3.6. Từ phương trình (2.6) giá trị KLPT của một
đơn vị monome tính được đối với CTS-91 là m0 = 165,2 Da. Thay giá trị này
vào phương trình (2.5) và dựa vào hệ số góc của phương trình đường thẳng
trên hình 3.6, giá trị hằng số tốc độ phản ứng (HSTĐPƯ) tính được đối với
quá trình cắt mạch CTS-91 trong dung dịch bằng bức xạ γCo60
là:
k91d = 22,5×10-5
kGy-1
hay k91d = 30×10-5
giờ-1
(suất liều 1,33 kGy/h). Giá trị
này thấp hơn so với công bố của Tahtat và cộng sự (2012) [89], theo đó
HSTĐPƯ cắt mạch CTS có ĐĐA ~ 90% vào khoảng k = 68×10-5
kGy-1
.
Nguyên nhân có thể là do CTS-91 trong nghiên cứu của chúng tôi có KLPT
nhỏ hơn so với trong nghiên cứu Tahtat và cộng sự.
Hình 3.7. cho thấy khi cắt mạch CTS-91 trong dung dịch, độ đa phân tán,
PI, có xu hướng giảm dần theo liều xạ hay thời gian phản ứng. Giá trị PI thu
66
được khi cắt mạch CTS-91 bằng tia γCo60
thấp hơn so với cắt mạch bằng
H2O2 0,5%. Khi cắt mạch bằng hiệu ứng đồng vận tia γCo60
và H2O2, giá trị PI
giảm rõ rệt, COS thu được có độ phân tán đồng nhất hơn, PI ~ 1,3. Xu hướng
giảm PI của CTS cắt mạch dưới tác dụng của tia γCo60
và H2O2 cũng được
Duy và cộng sự (2011) [32] xác nhận khi chiếu xạ dung dịch 3% CTS
(PI0 = 2,26); 0,5% H2O2. Theo đó COS, Mw ~ 5,4 kDa, thu được ở liều xạ
20 kGy có PI = 1,42. Kết quả này gần với kết quả của chúng tôi thu được
trong luận án.
Hình 3.7. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch
CTS-91 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) được áp dụng rộng rãi để đặc trưng
cấu trúc và xác định ĐĐA của CTS [17], [52], [62]. Hình 3.8 mô tả phổ
FT-IR của CTS-91 và sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch
CTS-91 5%, H2O2 0,5% ở những liều xạ khác nhau. Các pic xuất hiện ở 2350,
1650, 1375 và 1020 cm-1
đặc trưng tương ứng cho các nhóm cacbonyl hoặc
cacboxyl, metyl và C – O – C [45], [95]. Kết quả cho thấy FT-IR của CTS
KLPT thấp (hình 3.8 b) và COS (hình 3.8 c, d, e) xuất hiện hầu hết các pic
đặc trưng của CTS ban đầu (hình 3.8 a). Điều này chứng tỏ sản phẩm cắt
67
mạch thu được có những nhóm chức tương ứng với cấu tạo của CTS ban đầu
hầu như không thay đổi. Cường độ pic 1650 cm-1
tăng theo liều xạ thể hiện sự
hình thành nhóm cacbonyl hoặc cacboxyl sau khi giảm cấp. Sự tăng cường độ
của pic 1375 cm-1
thường đặc trưng cho sự hình thành của nhóm metyl sau
phản ứng mở vòng [45]. Hình 3.8 cho thấy chiều cao của các pic 1375 cm-1
của CTS cắt mạch gần như không thay đổi theo liều xạ chứng tỏ hầu như
không có phản ứng mở vòng khi cắt mạch CTS-91 bằng hiệu ứng đồng vận
tia γCo60
và H2O2 0,5%.
Hình 3.8. Phổ FT-IR của CTS-91 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ
dung dịch CTS-91 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ 2,2 kGy (b); 7,6 kGy (c);
15,1 kGy (d) và 19,8 kGy (e)
68
Sự khác nhau về cường độ của các pic ở 1320 và 1420 cm-1
đặc trưng
tương ứng cho các nhóm N – acetylglucosamine và nhóm so sánh – CH2 cho
thấy sự thay đổi ĐĐA của sản phẩm cắt mạch [55]. ĐĐA tính theo phương
trình (2.3) cho kết quả ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-91 5%,
H2O2 0,5% theo liều xạ
Liều xạ, kGy 2,2 7,6 15,1 19,8
ĐĐA, % 90,2 ± 0,1 88,4 ± 0,3 85,6 ± 0,1 83,2 ± 0,2
Bảng 3.6 và bảng 3.3 cho thấy COS có Mw = 10 kDa thu được ở liều xạ
khoảng 7,6 kDa có ĐĐA thay đổi không đáng kể (khoảng 2%) so với CTS-91
ban đầu. COS có Mw = 5,8 kDa và Mw = 4,7 kDa thu được ở các liều xạ tương
ứng 15,1 và 19,8 kGy có ĐĐA giảm lần lượt là 5,9 và 8,6% so với CTS-91
ban đầu. Cơ chế của sự đề amin hóa làm giảm ĐĐA đến nay vẫn chưa được
làm rõ. Tuy nhiên, theo Duy và cộng sự (2011) thì cắt mạch CTS sử dụng
H2O2 nồng độ thấp và liều xạ < 30 kGy có thể hạn chế sự mất nhóm amin
[32].
Quá trình nghiên cứu cắt mạch CTS-91 cho thấy COS với Mw < 10 kDa
có thể chế tạo hiệu quả bằng hiệu ứng đồng vận (tia γCo60
và H2O2 0,5%) ở
liều thấp sau khoảng 7 kGy chiếu xạ. COS thu được có độ phân tán PI ≈ 1,3;
có cấu tạo hầu như không khác biệt so với CTS ban đầu. ĐĐA của COS thu
được ở 7 kGy giảm không đáng kể. HSCMBX được gia tăng đáng kể (ít nhất
6,5 lần) khi có mặt H2O2 0,5% trong dung dịch chiếu xạ.
69
3.3.2. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề
axetyl ~ 80,3%
Hiệu ứng đồng vận chế tạo COS từ CTS ban đầu có ĐĐA ~ 80,3%
(CTS-80) trong dung dịch được khảo sát tương tự như CTS-91. CTS-80 sau
khi cắt mạch được xử lý mẫu theo quy trình như ở mục 2.3.3 và đo GPC để
xác định KLPT. Số liệu thu được ghi ở bảng 3.7. Kết quả cho thấy khi cắt
mạch bằng H2O2 0,5% không sử dụng bức xạ, KLPT của CTS-80 cắt mạch
suy giảm còn 34,5 kDa sau 16 giờ phản ứng. Tương ứng với thời gian này nếu
chiếu tia γCo60
(1,33 kGy/h) vào dung dịch CTS không có H2O2, KLPT của
CTS-80 cắt mạch thu được là 30,5 kDa. Khi kết hợp đồng thời cả tia γCo60
và
H2O2 0,5%, KLPT thu được là 6,0 kDa sau 21,6 kGy (16 giờ) chiếu xạ. Như
vậy, COS có thể chế tạo từ CTS-80 bằng hiệu ứng đồng vận tia γCo60
và H2O2
0,5% ở khoảng liều xạ > 6 kGy.
Bảng 3.7. Kết quả cắt mạch dung dịch CTS-80 nồng độ 5% chế tạo COS
Liều xạ t A (H2O2 0,5%)* B (tia γCo60
) ** C (A & B) **
(kGy) ( giờ) Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI
2,6 2,0 47,6 3,68 45,6 3,41 23,3 3,63
5,8 4,4 42,5 3,69 40,0 3,42 14,1 2,45
10,7 8,0 39,0 3,67 34,9 2,91 8,8 1,72
15,3 11,5 36,5 3,38 32,6 2,93 7,7 1,55
21,2 16,0 34,5 3,19 30,5 2,87 6,0 1,52
Mw0 = 50 kDa, PI0 =3,72; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời
gian, giờ = kGy/1,33)
Độ suy giảm KLPT của CTS-80 theo liều xạ và thời gian phản ứng với
H2O2 được mô tả trên hình 3.9. Kết quả cho thấy tia γCo60
(1,33 kGy/h) cắt
mạch hiệu quả hơn so với H2O2 0,5% trong cùng thời gian cắt mạch. Sự kết
hợp đồng thời giữa tia γCo60
và H2O2 để cắt mạch CTS là rất hiệu quả ở liều
70
xạ thấp hơn 10 kGy. Hình 3.9 cho thấy khi không có H2O2 tia γCo60
cắt mạch
ở liều xạ D2 = 10,7 kGy cho KLPT bằng với KLPT thu được khi cắt mạch có
sử dụng H2O2 ở liều xạ D1 = 2,1 kGy. Như vậy, sự có mặt của H2O2 0,5%
cùng với tia γCo60
đã gây ra hiệu ứng đồng vận, làm giảm liều xạ cắt mạch
xuống khoảng 5 lần (D2/D1). Khi tăng liều xạ, hiệu quả cắt mạch kết hợp giảm
đi. Nguyên nhân là do hiệu ứng đồng vận giữa tia γCo60
và H2O2 giảm vì nồng
độ H2O2 giảm dần theo thời gian phản ứng.
Hình 3.9. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-80 cắt mạch trong dung dịch 5% theo
liều xạ và thời gian phản ứng (thời gian, giờ = kGy/1,33)
Cơ chế của hiệu ứng đồng vận (tia γCo60
và H2O2) cắt mạch CTS tương tự
như đã trình bày ở mục 3.3.1. Theo cơ chế này, sự hình thành gốc tự do •OH
từ quá trình phân ly bức xạ nước và H2O2 kèm theo sự hình thành -
aqe và •H .
Đây là hai tác nhân làm phân hủy nhanh H2O2. Hằng số tốc độ của phản ứng
(3.3) và (3.4) lần lượt là k33= 1,1×1010
l.mol-1
.s-1
và k34= 9×107 l.mol
-1.s
-1 [19].
H2O2 phân hủy nhanh nên vai trò của nó trong tác dụng đồng vận giảm dần
theo liều xạ. Điều này giải thích tại sao khi tăng liều xạ hiệu ứng đồng vận
giảm từ 39,8% ở 2,6 kGy xuống còn 18,0% ở 21,2 kGy (bảng 3.8). Hiệu ứng
đồng vận giảm khi tăng thời gian chiếu xạ cũng được Duy và cộng sự (2011)
71
[32] đề cập khi nghiên cứu cắt mạch CTS với ĐĐA ~ 84%. Theo nhóm tác
giả này, hiệu ứng đồng vận đạt 42,2% ở 3,5 kGy giảm xuống 9,4% ở 12 kGy,
và COS thu được ở liều xạ < 10 kGy với dung dịch chiếu xạ ban đầu là CTS
3%, thấp hơn so với nồng độ CTS trong nghiên cứu của chúng tôi (5%).
Bảng 3.8. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 trong dung dịch 5% bằng tia
γCo60
và H2O2 0,5%
Mẫu CTS
ĐSGKLPT, % = (Mw0 - Mw) ×100/ Mw0
2,6 kGy
(2,0 giờ)
5,8 kGy
(4,4 giờ)
10,7 kGy
(8,0 giờ)
15,3 kGy
(11,5 giờ)
21,2 kGy
(16,0 giờ)
A (H2O2 0,5%)* 4,8 15,0 22,0 27,0 31,0
B (tia γCo60
) ** 8,8 20,0 30,2 34,8 39,0
C (A & B) ** 53,4 71,8 82,4 84,6 88,0
Hiệu ứng đồng vận D (%)
D = [C-(A+B)] 39,8 36,8 30,2 22,8 18,0
* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33)
Khi không có H2O2, giá trị trung bình HSCMBX tính được từ bảng 3.9 là
Gs ≈ 0,07 ± 0,01 μmol/J (α = 0,05). Từ hệ số góc phương trình biểu diễn sự
phụ thuộc của (1/Mw – 1/Mw0) theo liều xạ D (2.4), đồ thị trên hình 3.10, giá
trị của Gs tính được là 0,067 μmol/J. Như vậy, giá trị Gs thu được bằng
phương pháp đồ thị khá phù hợp với giá trị tính theo phương pháp trung bình
số học. HSCMBX CTS-80 thu được thấp hơn không đáng kể so với công bố
của Duy và cộng sự (2011) khi chiếu xạ dung dịch CTS có ĐĐA ~ 84% (Gs
= 0,079 μmol/J) [32]. Nguyên nhân của sự chênh lệch này có thể là do sự
khác nhau về ĐĐA và KLPT của CTS ban đầu. CTS có ĐĐA cao thường dễ
bị cắt mạch bức xạ hơn so với CTS có ĐĐA thấp [89], [91]. Bảng 3.9 cũng
cho thấy khi cắt mạch CTS-80 trong dung dịch chứa H2O2 0,5%, giá trị Gs gia
72
tăng khoảng 10 lần so với khi không sử dụng H2O2. Như vậy, chỉ cần dùng
H2O2 ở nồng độ 0,5% có thể tiết kiệm được khoảng 90% năng lượng bức xạ.
Bảng 3.9. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-80 5% trong trường hợp
có và không có H2O2 0,5%
Liều xạ (kGy) 2,6 5,8 10,7 15,3 21,2
Gs γCo60
(μmol/J) 0,074 0,086 0,081 0,070 0,060
Gs γCo60
+ 0,5 H2O2 (μmol/J) 0,881 0,878 0,875 0,718 0,692
Giá trị m0 tính từ phương trình (2.6) và HSTĐPƯ tính theo phương trình
(2.5) cho kết quả lần lượt là: m0 = 169,3 Da; k80d = 11,34×10-5
kGy-1
hay
15,12×10-5
giờ-1
. Như vậy, HSTĐPƯ cắt mạch bức xạ thu được nhỏ hơn so
với khi cắt mạch CTS-91 (k91d = 22,5×10-5
kGy-1
). Điều này chứng tỏ CTS có
ĐĐA càng cao tốc độ cắt mạch bức xạ càng lớn.
Hình 3.10. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch trong
dung dịch 5% theo liều xạ
Độ đa phân tán của sản phẩm cắt mạch CTS-80 có xu thế giảm theo liều
xạ và thời gian phản ứng (hình 3.11). Tương tự như khi cắt mạch CTS-91,
CTS-80 cắt mạch đồng thời bằng H2O2 và tia γCo60
có giá trị PI thấp hơn so
với khi cắt mạch riêng rẽ bằng H2O2 hay tia γCo60
. Hình 3.11 cũng cho thấy
73
cắt mạch bằng tia γCo60
cho phân bố KLPT của polyme tương đối đồng đều
hơn (PI thấp hơn) so với cắt mạch bằng H2O2. Ở giai đoạn đầu của quá trình
chiếu xạ dung dịch CTS-80 chứa H2O2, giá trị PI thu được cao hơn so với khi
chiếu xạ dung dịch không chứa H2O2 (hình 3.11). Nguyên nhân của vấn đề
này theo chúng tôi là do ở giai đoạn đầu của quá trình chiếu xạ (khoảng
2,5 kGy), nồng độ gốc •OH sinh ra do sự phân hủy H2O2 là rất lớn, gốc tự do
hydroxyl phản ứng với cacbohydrat ở tốc độ cao tạo thành gốc tự do R• (phản
ứng 3.5). Các gốc tự do này trải qua các phản ứng sâu hơn trước khi tái kết
hợp tạo thành sản phẩm [76].
•
2RH + OH R + H O (3.5)
Do phản ứng của gốc tự do ở tốc độ cao thường không có tính chọn lọc
[76] vì vậy khi chiếu xạ ở liều thấp dung dịch chứa H2O2 , tốc độ tạo thành
gốc R lớn, dẫn đến giá trị PI thu được cao hơn so với khi không sử dụng
H2O2. Ở những liều xạ cao hơn, khi nồng độ H2O2 giảm dần, nồng độ gốc tự
do •OH cũng giảm dần, tốc độ phản ứng giảm, sự tương tác của gốc tự do R
•
đồng đều hơn, và do đó giá trị PI thu được có xu thế thấp hơn.
Hình 3.11. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch
CTS-80 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
74
Phổ FT-IR trên hình 3.12 cho thấy cấu trúc chính của CTS KLPT thấp
(hình 3.12 b, c) và COS (hình 3.12 d, e) không thay đổi so với CTS-80 ban
đầu (hình 3.12 a). Các pic ở 1254 cm-1
đặc trưng cho dao động biến dạng của
nhóm O-H, 1028 cm-1
đặc trưng cho dao động biến dạng của nhóm C–O–C
trong vòng glucopyranose, 1153 cm-1
và 895 cm-1
đặc trưng của liên kết
β(1→4) glycosit [95] đều xuất hiện trên FT-IR của CTS-80 ban đầu và CTS-
80 cắt mạch. Sự phá vỡ vòng glucopyranose dẫn đến sự hình thành nhóm
–OH được biểu hiện thông qua sự tăng cường độ hấp thụ của pic –OH
(3445 cm-1
, 1254 cm-1
), đồng thời giảm cường độ của pic C-O-C (1028 cm-1
)
[106]. Hình 3.12 cho thấy cường độ các pic này hầu như không thay đổi,
chứng tỏ vòng glucopyranose không bị phá vỡ trong quá trình cắt mạch
CTS-80. Kết quả xác định ĐĐA của CTS-80 cắt mạch dựa vào các pic ở
1320 cm-1
, 1420 cm-1
và tính theo phương trình (2.3) cho các giá trị ở bảng
3.10. Kết quả cho thấy ĐĐA của COS được chế tạo ở liều xạ 10 kGy giảm
khoảng 10% so với ĐĐA của CTS ban đầu.
Hình 3.12. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ
dung dịch CTS-80 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ 2,6 kGy (b); 5,8 kGy (c);
10,7 kGy (d) và 21,2 kGy (e)
75
Bảng 3.10. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch
CTS-80 5%, H2O2 0,5% theo liều xạ
Mẫu CTS 0 kGy 2,6 kGy 5,8 kGy 10,7 kGy 21,2 kGy
ĐĐA,% 80,3 ± 0,02 77,5 ± 0,04 76,2 ± 0,03 71,7 ± 0,01 68,5 ± 0,02
Qua nghiên cứu cắt mạch CTS-80 trong dung dịch bằng hiệu ứng đồng
vận tia γCo60
và H2O2 chúng tôi nhận thấy: Sự kết hợp H2O2 ở nồng độ thấp
(0,5%) với chiếu xạ tia γCo60
đã làm giảm liều xạ khoảng 5 lần so với phương
pháp cắt mạch chỉ bằng chiếu xạ tia γCo60
. COS có KLPT Mw < 10 kDa có
thể chế tạo hiệu quả bằng phương pháp kết hợp tia γCo60
và H2O2 cắt mạch
CTS trong khoảng liều xạ thấp < 10 kGy. Các nhóm chức chính cấu tạo nên
sản phẩm cắt mạch CTS-80 phân tích bằng FT-IR cho kết quả hầu như không
thay đổi so với CTS-80 ban đầu. ĐĐA của COS thu được tại 10,7 kGy giảm
khoảng 10%. Hiệu ứng đồng vận (tia γCo60
và H2O2) giảm dần theo liều xạ.
Tại liều xạ 9 kGy hiệu ứng đồng vận đạt được là khoảng 33% tương ứng với
Mw và ĐĐA của COS thu được lần lượt là 10 kDa và 73% (tính nội suy dựa
vào bảng 3.7; 3.8 và 3.10). Liều xạ này (tương ứng với ĐĐA giảm khoảng
8%) nên được lựa chọn để chế tạo COS nhằm hạn chế sự đề amin hóa giảm
ĐĐA của sản phẩm.
76
3.3.3. Hiệu ứng đồng vận chế tạo oligochitosan đối với chitosan có độ đề
axetyl ~ 72%
Hiệu ứng đồng vận chế tạo COS từ CTS ban đầu có ĐĐA 72% (CTS-72)
được khảo sát tương tự như CTS-91 và CTS-80. Số liệu thu được ở bảng 3.11.
Bảng 3.11. Kết quả cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5% chế tạo COS
Liều xạ t A (H2O2 0,5%)* B (tia γCo60
) ** C (A & B) **
(kGy) (giờ) Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI
3,0 2,3 47,3 3,73 44,2 3,51 25,3 3,12
8,2 6,2 44,5 3,77 38,9 3,52 17,9 2,24
12,3 9,2 41,0 3,72 35,0 3,14 14,4 2,10
16,5 12,4 37,0 3,44 32,1 2,93 11,8 1,72
21,4 16,1 35,7 3,06 30,6 2,79 9,8 1,44
Mw0 = 48,7 kDa; PI0 =4,21; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ
(thời gian, giờ = kGy/1,33)
Kết quả từ bảng 3.11 cho thấy khi cắt mạch bằng H2O2 0,5%, sau khoảng
16 giờ, chỉ thu được CTS KLPT thấp khoảng 36 kDa, tương ứng với độ suy
giảm KLPT khoảng 27%. Khi cắt mạch bằng chiếu tia γCo60
với suất liều
1,33 kGy/h, sau 16 giờ chiếu xạ KLPT của CTS thu được khoảng 30 kDa
tương ứng với độ suy giảm KLPT là 38 %. Khi chiếu tia γCo60
vào dung dịch
CTS chứa H2O2 0,5%, sau 16 giờ chiếu xạ đã thu được COS KLPT khoảng
10 kDa tương ứng với độ suy giảm KLPT là 80%. Điều này cho thấy đối với
cắt mạch CTS trong dung dịch, tác nhân tia γCo60
(1,33 kGy/h) tỏ ra hiệu quả
hơn so với H2O2 0,5%. Nếu sử dụng hai tác nhân này một cách riêng rẽ thì chỉ
thu được CTS KLPT thấp khoảng 30-35 kDa tương ứng với thời gian phản
ứng khoảng 16 giờ. Khi tăng thời gian cắt mạch KLPT của CTS suy giảm
theo thời gian hay liều xạ là không đáng kể. Nguyên nhân có thể là do các gốc
77
R• tạo ra từ CTS KLPT thấp có cấu trúc nhỏ gọn dễ dàng di động và tái kết
hợp nên mức độ suy giảm KLPT của CTS ở liều xạ cao là không đáng kể như
chúng tôi đã trình bày ở phần cắt mạch CTS-91. Hơn nữa, H2O2 sau 16 giờ
phản ứng hầu như đã phân hủy hết nên hiệu quả cắt mạch CTS sau 16 giờ gần
như là không đáng kể.
Sự phụ thuộc KLPT của CTS-72 cắt mạch vào liều xạ được thể hiện trên
hình 3.13. Kết quả cho thấy để chế tạo được COS từ CTS-72 cần liều xạ lớn
hơn 17 kGy, cao hơn so với liều xạ cần thiết để chế tạo COS từ CTS-91
(7 kGy) và CTS-80 (9 kGy). Điều này chứng tỏ CTS có ĐĐA thấp khó bị cắt
mạch hơn CTS có ĐĐA cao [89]. Nguyên nhân là do CTS có ĐĐA thấp bền
hơn so với CTS có ĐĐA cao, chitin bền hơn CTS. Taşkin và cộng sự (2014)
[91], khi nghiên cứu ảnh hưởng của ĐĐA đến khả năng giảm cấp bức xạ của
CTS có cùng KLPT cũng đã kết luận CTS có ĐĐA càng cao thì khả năng cắt
mạch bức xạ càng thuận lợi.
Hình 3.13. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-72 trong dung dịch 5% theo liều xạ
và thời gian phản ứng (thời gian, giờ = kGy/1,33)
78
Hiệu ứng đồng vận của tia γCo60
và H2O2 0,5% cắt mạch CTS-72 được
tính dựa trên mức độ suy giảm KLPT của CTS khi cắt mạch bằng H2O2 0,5%,
cắt mạch bằng tia γCo60
và cắt mạch sử dụng đồng thời tia γCo60
và
H2O2 0,5%. Kết quả tính toán trên bảng 3.12 cho thấy cũng giống như
CTS-91 và CTS-80, hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 giảm dần theo thời
gian tương ứng với liều xạ.
Bảng 3.12. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 trong dung dịch 5%
bằng tia γCo60
và H2O2 0,5%
Mẫu CTS
ĐSGKLPT, % = (Mw0 - Mw) ×100/ Mw0
3,0 kGy
(2,3 giờ)
8,2 kGy
(6,2 giờ)
12,3 kGy
(9,2 giờ)
16,5 kGy
(12,4 giờ)
21,4 kGy
(16,1 giờ)
A (H2O2 0,5%)* 2,9 8,6 15,6 24,0 26,7
B (tia γCo60
) ** 9,2 20,1 28,1 34,1 37,2
C (A & B) ** 48,0 63,2 70,4 75,8 79,9
Hiệu ứng đồng vận D (%)
D = [C-(A+B)] 35,9 34,5 26,7 17,7 16,0
* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33)
Hiệu ứng đồng vận (D) của tia γCo60
và H2O2 0,5% tác dụng lên các loại
CTS có ĐĐA khác nhau được mô tả trên hình 3.14. Độ dốc của các đường
biểu diễn sự phụ thuộc D vào liều xạ cho thấy tốc độ suy giảm hiệu ứng đồng
vận theo liều xạ. Kết quả cho thấy hiệu ứng đồng vận D của CTS-91 suy giảm
nhanh theo liều xạ. Trong khi đó, hiệu ứng đồng vận D của CTS-80 và
CTS-72 suy giảm với tốc độ tương đối chậm hơn. Nguyên nhân theo quan
điểm của chúng tôi là do sự khác nhau về cấu trúc của CTS hay cụ thể hơn là
sự khác nhau về giá trị ĐĐA ban đầu. CTS có ĐĐA thấp trong phân tử vẫn
tồn tại lượng tương đối lớn nhóm -COCH3. Nhóm này gây hiệu ứng không
79
gian cản trở sự tác kích của gốc •OH lên chuỗi CTS do đó tốc độ suy giảm
nồng độ gốc •OH chậm hơn, hiệu ứng đồng vận do vậy cũng suy giảm chậm
hơn so với CTS có ĐĐA cao.
Hình 3.14. Hiệu ứng đồng vận của các loại CTS trong dung dịch 5%/0,5%
H2O2 theo liều xạ
Hình 3.15. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 trong dung dịch 5%
theo liều xạ
80
Bảng 3.13. Hiệu suất cắt mạch bức xạ dung dịch CTS-72 5% trong
trường hợp có và không có H2O2 0,5%
Liều xạ (kGy) 3,0 8,2 12,3 16,5 21,4
Gs γCo60
(μmol/J) 0,070 0,063 0,065 0,064 0,057
Gs γCo60
+ 0,5 H2O2 (μmol/J) 0,633 0,431 0,398 0,389 0,381
Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-72 trong dung dịch 5% khi có H2O2 0,5%
và không có H2O2 0,5% tính theo phương trình (2.4) được trình bày trên
bảng 3.13. Kết quả cho thấy khi có H2O2 0,5%, HSCMBX tăng lên ít nhất 6
lần so với khi không sử dụng H2O2 0,5%. Giá trị Gs khi sử dụng H2O2 0,5%
giảm dần theo liều xạ cùng với sự giảm hiệu ứng đồng vận do nồng độ của
H2O2 giảm dần theo thời gian phản ứng. Trong khi đó, giá trị Gs của CTS-72
trong dung dịch 5% cắt mạch bằng tia γCo60
gần như là hằng số theo liều xạ.
Nguyên nhân là sự giảm cấp CTS bằng bức xạ γCo60
tuân theo quy luật động
học bậc nhất [32], [89], [106]. Do vậy, giá trị Gs có thể tính dựa vào độ dốc
của đường thẳng mô tả sự phụ thuộc của (1/Mw –1/Mw0) theo liều xạ được mô
tả trên hình 3.15. Dựa vào hệ số góc của đường thẳng này kết hợp với phương
trình (2.4), giá trị Gs tính được theo phương pháp đồ thị thu được đối với
CTS-72 là 0,060 μmol/J. Gs này tính trung bình theo số liệu ở bảng 3.13 cho
kết quả là: 0,064 ± 0,006 μmol/J (ở mức ý nghĩa α = 0,05). Giá trị Gs thu được
nhỏ hơn không đáng kể so với Gs khi cắt mạch CTS-80 (Gs = 0,067 μmol/J)
nhưng chỉ bằng một nửa giá trị Gs thu được khi cắt mạch CTS-91 (Gs = 0,136
μmol/J). Nguyên nhân Gs tăng đột biến đối với CTS-91 hiện chúng tôi vẫn
chưa có mô hình giải thích phù hợp. Tuy nhiên, một kết quả tương tự đã được
Tahtat và cộng sự (2012) [89] xác nhận trong nghiên cứu cắt mạch CTS có
ĐĐA khác nhau bằng chiếu xạ dung dịch CTS 1%. Theo đó Gs của CTS có
ĐĐA 90% và 70% tương ứng là 0,0382 μmol/J và 0,00740 μmol/J. Như vậy,
Gs của CTS có ĐĐA 90% cao gấp 5 lần so với Gs của CTS có ĐĐA 70%. So
81
với kết quả của Tahtat và cộng sự, giá trị Gs trong nghiên cứu của chúng tôi
thu được là cao hơn. Nguyên nhân là do nồng độ CTS trong nghiên cứu của
chúng tôi cao gấp 5 lần so với nghiên cứu của Tahtat và cộng sự. Nồng độ
polyme càng cao thì hiệu suất hấp thụ năng lượng càng lớn [32] dẫn đến
HSCMBX thu được tương đối lớn hơn.
Hằng số tốc độ phản ứng cắt mạch của CTS-72 trong dung dịch 5% thu
được bằng tính toán dựa vào độ dốc của đường thẳng trên
hình 3.15 và phương trình (2.5) với m0 = 172,8 Da thu được kết quả
là: k72d = 10,5×10-5
kGy-1
(14 giờ-1
). Giá trị này nhỏ hơn so với
k80d = 11,3 ×10-5
kGy-1
và k91d = 22,5×10-5
kGy-1
tương ứng với HSTĐPƯ
cắt mạch của CTS-80 và CTS-91. Nguyên nhân theo chúng tôi là do CTS có
ĐĐA cao tương ứng độ nhớt thấp [91]. Trong dung dịch có độ nhớt thấp mức
độ di động của gốc •OH tăng lên và chúng dễ dàng tương tác với chuỗi phân
tử polyme, làm tăng tốc độ phản ứng. Ngoài ra, trong dung dịch có độ nhớt
thấp, khoảng cách giữa hai gốc tự do R• cạnh nhau trở nên xa hơn điều này
làm giảm đáng kể khả năng tái kết hợp của chúng [89]. Do đó, HSTĐPƯ cắt
mạch và giá trị Gs của chúng cao hơn so với CTS có độ nhớt cao - ĐĐA thấp.
Hình 3.16. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch
CTS-72 5% theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
82
Hình 3.16 mô tả sự thay đổi giá trị PI của CTS-72 khi cắt mạch. Kết quả
cho thấy phân bố của CTS-72 trong dung dịch 5% cắt mạch đồng thời bằng
tia γCo60
và H2O2 0,5% đồng đều hơn so với khi cắt mạch bằng các tác nhân
riêng rẽ. Tác nhân cắt mạch tia γCo60
vẫn chiếm ưu thế về khả năng giảm độ
đa phân tán so với H2O2 0,5%. Hình 3.16 cũng cho thấy không có hiện tượng
tăng PI ở giai đoạn đầu của quá trình chiếu xạ như trường hợp cắt mạch
CTS-80 (hình 3.11). Nguyên nhân có thể là do tốc độ tương tác của các tác
nhân cắt mạch lên CTS-72 trong dung dịch 5% tương đối chậm hơn vì hiệu
ứng không gian của nhóm –COCH3. Do đó ở giai đoạn đầu của quá trình
chiếu xạ tốc độ xảy ra tương đối chậm hơn, giá trị PI thay đổi có tính trật tự
hơn.
Hình 3.17. Phổ FT-IR của CTS-72 (a) và sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ
dung dịch CTS-72 5%, H2O2 0,5% ở liều xạ 8,2 kGy (b); 12,3 kGy (c);
16,5 kGy (d) và 21,4 kGy (e)
83
Cấu trúc phân tử của CTS-72 cắt mạch trong dung dịch 5% được nghiên
cứu bằng phổ FT-IR và được trình bày trên hình 3.17. FT-IR của CTS cắt
mạch xuất hiện hầu hết các pic đặc trưng của CTS-72 ban đầu. Dao động biến
dạng của các nhóm N-H và O-H đặc trưng bởi pic mạnh và rộng ở 3500 cm-1
.
Pic ở 1627 và 600 cm-1
đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm amido, pic ở
khoảng 1158-892 đặc trưng cho cấu trúc của polysaccarit, pic ở 2881 và
2920 cm-1
đặc trưng cho dao động biến dạng của nhóm C-H [102]. Nhìn
chung phổ IR của CTS cắt mạch không thay đổi so với CTS-72 ban đầu trong
khoảng liều xạ áp dụng. Điểm đặc biệt trên hình 3.17 đáng chú ý là sự dịch
chuyển về số sóng ở vùng 3500 cm-1
tương ứng với dao động biến dạng của
nhóm N-H và O-H. Đối với CTS cắt mạch ở liều xạ 8,2 kGy (hình 3.17 b) và
12,3 kGy (hình 3.17 c) sự dịch chuyển về số sóng cao hơn. Trong khi đó CTS
cắt mạch ở liều xạ lớn hơn 16,5 kGy (hình 3.17 d) và 21,4 kGy (hình 3.17 e)
lại dịch chuyển về phía số sóng thấp. Điều này có thể được giải thích như sau:
Đối với CTS cắt mạch ở liều xạ cao (hình 3.17 c và d) sự dịch chuyển số sóng
ở vùng 3500 cm-1
về phía thấp hơn cho thấy liên kết hydro nội phân tử và
ngoại phân tử trong cấu trúc CTS cắt mạch yếu hơn [102], nghĩa là độ kết tinh
của CTS cắt mạch bé hơn, hay CTS cắt mạch ở liều xạ cao có cấu trúc vô
định hình. Điều này phù hợp với kết quả thu được trên giản đồ XRD của CTS
cắt mạch do Duy và cộng sự (2011) công bố. Theo đó COS thu được từ CTS
cắt mạch ở liều cao cũng có cấu trúc vô định hình [32]. CTS chiếu xạ ở liều
thấp (hình 3.17 b và c) có sự dịch chuyển của pic tương ứng với nhóm –OH ở
3500 cm-1
về phía số sóng cao hơn tương ứng với sự gia tăng độ kết tinh ở
giai đoạn đầu của quá trình chiếu xạ. Cơ chế của vấn đề này hiện vẫn chưa
được làm rõ. Tuy nhiên, các nghiên cứu của Qin (2002) [76], Kang (2007)
[45] và cộng sự cũng ghi nhận được kết quả tương tự, CTS giảm cấp có sự gia
tăng về độ kết tinh ở giai đoạn đầu của quá trình cắt mạch, sau đó độ kết tinh
giảm khi cắt mạch sâu hơn và CTS chuyển thành dạng vô định hình.
84
Bảng 3.14. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch CTS-72
5%, H2O2 0,5% theo liều xạ
Mẫu CTS 0 kGy 8,2 kGy 12,3 kGy 16,5 kGy 21,4 kGy
ĐĐA,% 72,0 ± 0,3 69,5 ± 0,2 67,2 ± 0,1 66,3 ± 0,5 63,0 ± 1
Dựa vào sự thay đổi cường độ các pic 1320 cm-1
và 1420 cm-1
và tính
theo phương trình (2.3), các giá trị ĐĐA của CTS-72 cắt mạch trong dung
dịch 5% được trình bày ở bảng 3.14. Kết quả cho thấy ĐĐA của COS tạo
thành ở liều xạ 21 kGy giảm khoảng 12% so với CTS-72 ban đầu. Nhìn
chung, độ suy giảm ĐĐA của CTS-72 tương đối thấp hơn so với CTS-80 và
CTS-91. Nguyên nhân có thể là do CTS-72 tương đối bền hơn nên tốc độ cắt
mạch thấp hơn vì vậy sự thay đổi về mặt cấu trúc nói chung và ĐĐA nói riêng
ít hơn so với CTS-80 và CTS-91.
Qua quá trình nghiên cứu hiệu ứng đồng vận của H2O2 0,5% và tia γCo60
đối với CTS-72 ở dạng dung dịch chúng tôi thu được một số kết luận sau:
- Để chế tạo được COS từ CTS-72 trong dung dịch H2O2 0,5% cần liều
xạ khá cao khoảng 17 kGy. COS tạo thành có ĐĐA giảm khoảng 12% so với
CTS-72 ban đầu.
- Hiệu ứng đồng vận giảm dần theo liều xạ từ 35,9% tương ứng với liều
xạ 3 kGy xuống 16% tương ứng với liều xạ 21,4 kGy.
- Cấu trúc chính của COS không thay đổi so với CTS-72 ban đầu.
CTS-72 cắt mạch có độ kết tinh giảm ở liều xạ lớn hơn 16,5 kGy.
Hình 3.18. Dung dịch 5% CTS-91 trước khi chiếu xạ (a) và sau chiếu xạ (b)
85
Hình 3.19. CTS -91 (a), CTS-91 cắt mạch (b), COS thu được từ CTS-91 (c),
CTS-80 (d) và CTS-72 (e)
Sự khác biệt về màu sắc của dung dịch 5% CTS trước và sau khi chiếu xạ
được thể hiện trên hình 3.18. Các sản phẩm CTS nguồn, CTS cắt mạch và
COS chế tạo bằng chiếu xạ dung dịch thể hiện trên hình 3.19. CTS sau khi cắt
mạch chuyển sang màu vàng đậm hoặc màu nâu, liều xạ càng cao màu sắc
càng đậm. Sự thay đổi màu đặc trưng cho sự tạo thành cấu trúc vòng
glucopyranose chưa bão hòa (chứa nhóm cacbonyl hay nhóm cacboxyl) khi
các gốc tự do tái kết hợp với nhau [105]. Phổ UV-vis của CTS trên hình 3.20
cho thấy pic hấp thụ đặc trưng của nhóm cacbonyl ở bước sóng 290 nm.
Nhóm cacbonyl hình thành ở cuối mạch như là sản phẩm của quá trình giảm
cấp [95], [102]. CTS cắt mạch càng sâu cường độ hấp thụ ở pic 290 nm càng
mạnh. Hình 3.20 cho thấy cường độ hấp thụ ở pic 290 nm của COS tạo thành
từ CTS-91 là lớn nhất tương ứng với CTS được cắt mạch sâu nhất
KLPT ~ 4,7 kDa. Ngoài ra, phổ UV-vis cũng cho thấy pic hấp thụ mạnh ở
260 nm tương ứng với sự chuyển dịch điện tử n→σ* trong nhóm amido của
phân tử CTS cắt mạch. Đối với CTS ban đầu chưa cắt mạch, sự chuyển dịch
n→σ* này ghi nhận được ở bước sóng khoảng 200 nm [102]. Ngoài ra, cũng
có giả thiết cho rằng sự thay đổi màu sắc của CTS cắt mạch còn do sự hình
thành liên kết đôi N=C từ phản ứng Maillard giữa nhóm –CHO (nhóm cuối
của 2,5-anhydro-D-mannose) và nhóm – NH2 của CTS [100].
86
Hình 3.20. Phổ UV – vis của CTS-91 (a), sản phẩm cắt mạch CTS-91 (b),
COS thu được từ CTS-72 (c), CTS-80 (d) và CTS-91 (e) nồng độ 0,1 % (w/v)
trong dung dịch axit axetic 0,05%
Từ kết quả cắt mạch CTS trong dung dịch chúng tôi thu được một số
nhận xét quan trọng sau:
- Bằng giải pháp cắt mạch CTS nguồn sử dụng H2O2 để giảm KLPT của
CTS ban đầu xuống khoảng 50 kDa, độ nhớt của dung dịch CTS chiếu xạ
giảm. Kết quả là lần đầu tiên, chúng tôi đã chế tạo được dung dịch COS ở
nồng độ 5% cao hơn hẳn so với các nghiên cứu trước đây chỉ từ 1-3%.
- COS có thể chế tạo hiệu quả bằng hiệu ứng đồng vận của tia γCo60
và
H2O2 0,5% ở liều xạ tương đối thấp dưới 20 kGy. Liều xạ cần thiết để chế tạo
COS từ CTS-91, CTS-80 và CTS-72 ban đầu tương ứng là 7, 9 và 17 kGy.
- Hiệu ứng đồng vận của tia γCo60
và H2O2 0,5% giảm dần theo liều xạ.
CTS-91 có hiệu ứng đồng vận giảm nhanh hơn khi tăng liều xạ so với CTS-80
và CTS-72.
87
- Trong dung dịch, tác nhân tia γCo60
(1,33 kGy/h) cắt mạch hiệu quả
hơn so với H2O2 0,5% trong cùng thời gian phản ứng.
- Hiệu suất cắt mạch bức xạ được gia tăng đáng kể khi có mặt
H2O2 0,5% trong dung dịch chiếu xạ, Gs của CTS giảm dần theo thứ tự
CTS-91 > CTS-80 > CTS-72.
- CTS-91 có HSTĐPƯ cắt mạch bức xạ lớn so với CTS-80 và CTS-72:
k91d > k80d ~ k72d
- Độ đa phân tán PI giảm sau quá trình cắt mạch trong dung dịch. Cắt
mạch bằng tia γCo60
cho độ phân tán KLPT của polyme tương đối thấp hơn so
với khi cắt mạch bằng H2O2 0,5%.
88
3.4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CHITOSAN Ở DẠNG
TRƯƠNG
3.4.1. Xác định một số thông số ban đầu của chitosan cắt mạch ở
dạng trương
Để thuận lợi cho quá trình cắt mạch CTS bằng hiệu ứng đồng vận ở dạng
trương (swollen state), một số thông số ban đầu của CTS như độ ẩm, độ
trương nước bão hòa (ĐTNBH), khối lượng riêng của một số loại CTS có
ĐĐA khác nhau 70 – 90% đã được chúng tôi nghiên cứu xác định (các số liệu
tính toán được trình bày ở phần phụ lục 5). Độ ẩm được xác định bằng
phương pháp phân tích khối lượng [14] và được tính theo phương trình (2.1).
ĐTNBH được xác định dựa theo phương pháp của No (2000) [69], Ocloo
(2011) [71] và được tính theo phương trình (2.2) mục 2.2.1. Kết quả xác định
độ ẩm và ĐTNBH cho ở bảng 3.15.
Bảng 3.15. Độ ẩm và ĐTNBH các mẫu CTS
Kí hiệu mẫu CTS ĐĐA (%) Mw (kDa) Độ ẩm (%) ĐTNBH (%)
C90 91 166 13,9 ± 0,3 600 ± 40
C80 83 176 14,0 ± 0,3 1170 ± 50
C70 72 183 19,2 ± 0,4 1060 ± 60
Bảng 3.15 cho thấy độ ẩm của các mẫu CTS giảm dần theo chiều tăng
ĐĐA, C70 (Độ ẩm = 19,2 %; SD = 0,32; N = 5) > C80 (Độ ẩm = 13,99 %;
SD = 0,12; N = 5) > C90 (Độ ẩm = 13,90 %; SD = 0,09; N = 5). Tuy nhiên, ở
mức ý nghĩa α = 0,05, kết quả phân tích ANOVA một chiều và LSD cho thấy
độ ẩm của C70 lớn hơn có ý nghĩa thống kê so với C90 và C80 (p = 0,000).
Trong khi đó độ ẩm của C80 và C90 xấp xỉ nhau (p = 0,569).
Điều này có thể là do trong quá trình đề axetyl – sự thay thế nhóm
-NHCOCH3 bằng nhóm -NH2 đã làm giảm liên kết hydro nội phân tử I và
89
tăng liên kết liên hydro liên phân tử (III) (hình 3.21) làm cho mạch CTS sít lại
dẫn đến khả năng hút ẩm giảm. Các tác giả Cho (1999) [28] và Murugadoss
(2008) [66] đã chế tạo CTS tan trong nước (Water soluble chitosan) sử dụng
như chất ổn định để chế tạo bạc nano làm xúc tác dị thể và làm màng chữa vết
thương cũng xác nhận CTS liên kết với nước tốt và có khả năng tan trong
nước ở ĐĐA tương đối thấp, khoảng 50 – 60%. Tuy nhiên, CTS tan trong các
nghiên cứu trên được chế tạo bằng phương pháp axetyl hóa CTS có ĐĐA cao,
khác với CTS thông thường được chế tạo bằng phương pháp đề axetyl chitin.
Kết quả đo của mẫu C80 và C90 thu được độ ẩm tương đối khoảng 13,9%,
khá phù hợp với nghiên cứu của Ocloo và cộng sự (2011) [71] khi xác nhận
độ ẩm của CTS có ĐĐA = 82% là 13,65%.
Hình 3.21. Liên kết hydro trong phân tử của CTS
Bảng 3.15 cũng cho thấy ĐTNBH của mẫu C70 và C80 lần lượt là
1060% và 1170%, lớn hơn rất nhiều so với mẫu C90 (ĐTNBH = 600%).
Điều này cho thấy ĐĐA có ảnh hưởng nhiều đến ĐTNBH. Phân tích
ANOVA một chiều kết hợp với test LSD cho kết quả: ĐTNBH của C80
90
(ĐTNBH = 1170,69; SD = 28,33; N = 4) lớn hơn có ý nghĩa thống kê so với
ĐTNBH của C70 (ĐTNBH = 1057,92; SD = 41,99; N = 4). ĐTNBH C70 lớn
hơn có ý nghĩa thống kê so với ĐTNBH của C90 (ĐTNBH = 602,38; SD =
26,22; N = 4). Điều này cho thấy xu thế trương nước giảm của CTS khi được
đề axetyl đến hoàn toàn (ĐĐA trên 90%). Xu hướng giảm độ trương nước đối
với CTS có ĐĐA > 90% cũng được Trang Sĩ Trung và cộng sự (2010) [12]
xác nhận khi đo ĐTNBH của các mẫu CTS có ĐĐA 75%, 87%, 96% với các
kết quả ĐTNBH thu được lần lượt là 660, 470, 490%. Giá trị ĐTNBH trong
nghiên cứu của Trang Sĩ Trung và cộng sự (2010) tương đối nhỏ hơn so với
những số liệu của chúng tôi thu được. Nguyên nhân là do trong tính toán độ
ĐTNBH của Trang Sĩ Trung và cộng sự (2010) đã chấp nhận độ ẩm tương đối
của các mẫu CTS có ĐĐA khác nhau là như nhau. Hơn nữa, công bố này
cũng không nêu rõ kết quả nghiên cứu dành cho CTS được chế tạo từ loại
nguyên liệu ban đầu nào, để có thể xác định cấu trúc tinh thể dạng α, β, hay γ
[12] của CTS, nên việc so sánh kết quả chỉ mang tính chất tương đối. Nhìn
chung, ngoài ĐĐA, độ ẩm và ĐTNBH của CTS còn phụ thuộc khá phức tạp
vào nhiều yếu tố khác cần được nghiên cứu thêm như: nguồn gốc chitin chiết
tách – dạng tồn tại (α, β, hay γ), liên kết hydro trong phân tử và đặc biệt là
KLPT Mw. Một kết quả nghiên cứu của Ocloo và cộng sự (2011) [71] đã cho
thấy CTS ĐĐA khoảng 82% có ĐTNBH chỉ là 599%. Tuy nhiên, trong
nghiên cứu của Ocloo và cộng sự, các mẫu CTS có KLPT Mw ~ 463 kDa, lớn
hơn gấp đôi so với Mw của chúng tôi nên chưa đủ cơ sở để so sánh.
Trên cơ sở nghiên cứu ĐTNBH của các mẫu CTS có ĐĐA khác nhau từ
70 – 90 % chúng tôi nhận thấy: CTS với ĐĐA từ 70 - 90% có ĐTNBH thấp
nhất là 600%, tương ứng với tỉ lệ CTS/H2O = 1/6. Để quá trình vận hành thiết
bị được thuận lợi, CTS không bị tách nước trước khi chiếu xạ, chúng tôi chọn
tỉ lệ CTS/H2O = 1/5 cho tất cả các thí nghiệm.
91
3.4.2. Cắt mạch chitosan bằng hiệu ứng đồng vận của H2O2/tia γCo60
ở
dạng trương và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, suất liều
Trong thí nghiệm này, chúng tôi nghiên cứu tác dụng đồng thời của H2O2
và tia γCo60
để cắt mạch CTS chế tạo CTS có KLPT thấp ở dạng trương và
khảo sát một số yếu tố có liên quan đến quá trình cắt mạch như nồng độ H2O2
và suất liều bức xạ.
Mẫu CTS ban đầu có Mw0 = 91,7 kDa; ĐĐA ~ 91,3%; PI = 2,26 được
chúng tôi chế tạo theo quy trình ở mục 3.1, sau khi thu được CTS
ĐĐA ~ 83% chúng tôi tiến hành đề axetyl lần 2 với thời gian là 15 phút.
FT-IR và sắc kí đồ GPC của CTS ban đầu trình bày ở phụ lục 6.
Mẫu CTS (2 g) dạng bột sau khi để trương 30 phút trong 10 ml dung dịch
H2O2 với các nồng độ khác nhau là 0% (trương trong 10 ml nước), 1%, 3% và
5% (w/v) được chiếu xạ γCo60
trên thiết bị Gamma Chamber 500, tại Viện
Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, khoảng liều từ 0 - 20 kGy (3,6 kGy/giờ) ở nhiệt
độ phòng. Các mẫu sau chiếu xạ được sấy ở nhiệt độ 60°C bằng tủ sấy quạt
gió trong 2 giờ, sau đó được phân tích bằng các phương pháp FT-IR, XRD,
GPC và UV-vis để xác định KLPT, ĐĐA, cấu trúc và độ kết tinh của CTS cắt
mạch.
Bảng 3.16. KLPT của CTS cắt mạch theo liều xạ với nồng độ H2O2 khác nhau
Liều xạ
(kGy)
KLPT, kDa
γCo60
/H2O γCo60
/H2O2 1% γCo60
/H2O2 3% γCo60
/H2O2 5%
5 88 59 49 45
10 86 45 39 35
15 84 39 36 32
20 83 38 36 30
92
Hình 3.22. Sự suy giảm KLPT của CTS trương trong nước
và trong dung dịch H2O2 theo liều xạ
KLPT của CTS cắt mạch suy giảm theo thời gian được trình bày trên
bảng 3.16. Sự phụ thuộc KLPT theo liều xạ được thể hiện trên hình 3.22. Kết
quả cho thấy KLPT của CTS giảm khi tăng liều xạ và nồng độ H2O2.
Hình 3.22 cho thấy KLPT CTS giảm mạnh trong khoảng liều xạ từ 0 đến
7 kGy cho cả ba nồng độ H2O2 sử dụng. Sau đó sự suy giảm KLPT chậm dần
đến 20 kGy. Trong khi đó, KLPT của mẫu CTS chiếu xạ ở dạng trương trong
nước giảm không đáng kể. Điều ngạc nhiên là CTS trương trong nước bị giảm
cấp bằng chiếu xạ ở mức độ thấp hơn so với CTS ở dạng bột, HSCMBX
khoảng 0,021 μmol/J (bảng 3.17). Giá trị này nhỏ hơn khoảng 60 lần so với
HSCMBX của CTS ở dạng bột (Gs = 1,36 μmol/J) [99], [93]. Nguyên nhân có
thể là do đối với CTS trương trong nước quá trình cắt mạch bức xạ xảy ra
đồng thời với quá trình khâu mạch bức xạ [108] nhưng với mức độ khác nhau
dẫn đến sự suy giảm KLPT trong trường hợp này không thật sự chiếm ưu thế.
93
Vì vậy, nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của nước lên sự giảm cấp bức xạ
nên được tiến hành trong thời gian tới.
Hình 3.22 cũng cho thấy nồng độ H2O2 càng cao mức độ cắt mạch xảy ra
càng mạnh. Điều này có thể giải thích là do hiệu ứng giảm cấp đồng vận xảy
ra khi chiếu xạ CTS có mặt H2O2 [34], [45], [32]. Cơ chế hiệu ứng đồng vận
giảm cấp CTS gây ra bởi tia γCo60
và H2O2 được mô tả chi tiết trong nghiên
cứu của Kang [45], Duy [32] và các cộng sự. Cơ chế này được chúng tôi trình
bày cụ thể ở mục 3.3.1. Tóm lại, gốc •OH sinh ra do sự phân ly của nước và
H2O2 là tác nhân chính gây ra quá trình cắt mạch của CTS trong dung dịch
cũng như ở dạng trương.
Bảng 3.17. HSCMBX Gs theo liều xạ ở những nồng độ H2O2 khác nhau
Liều xạ, kGy Gs, (μmol/J)
γCo60
/H2O γCo60
/H2O2 1% γCo60
/H2O2 3% γCo60
/H2O2 5%
5 0,031 0,405 0,636 0,741
10 0,024 0,379 0,493 0,591
15 0,022 0,329 0,377 0,454
20 0,019 0,258 0,296 0,375
Giả sử CTS trương trong H2O2 như là một dung dịch thì Gs có thể tính
theo phương trình (2.4). Giá trị tính Gs được trình bày trên bảng 3.17. Kết quả
cho thấy Gs của CTS ở trạng thái trương trong nước từ 0,02 – 0,03 μmol/J, giá
trị trung bình trong khoảng liều từ 0 – 20 kGy là Gs = 0,024 ± 0,008 μmol/J.
Giá trị này nếu tính theo phương pháp đồ thị dựa vào độ dốc của đường thẳng
trên hình 3.23 theo phương trình (2.4) là 0,0211 μmol/J. Trong khi đó
HSCMBX Gs ở trạng thái trương trong H2O2 có giá trị cao hơn rất nhiều từ
0,26 – 0,74 μmol/J. Điều này chứng tỏ khi có mặt H2O2 đã làm gia tăng
HSCMBX lên ít nhất 10 lần. Hằng số tốc độ cắt mạch k = 1,07×10-5
kGy-1
.
Giá trị này thấp hơn so với HSTĐPƯ cắt mạch ở dạng rắn do Tahtat và cộng
94
sự công bố (k = 2,1×10-5
kGy-1
) [89]. Điều này chứng tỏ nước liên kết trong
CTS có ảnh hưởng đến quá trình cắt mạch bức xạ như chúng tôi đã đề cập ở
phần trên.
Hình 3.23. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS ( ĐĐA ~ 91,3%) cắt mạch
ở dạng trương nước theo liều xạ
Kết quả trong bảng 3.17 cũng cho thấy ở cùng một liều xạ, nồng độ H2O2
càng cao HSCMBX càng lớn. Ở cùng một nồng độ H2O2 HSCMBX càng
giảm khi tăng liều xạ. Duy và cộng sự (2011) [32] nghiên cứu sự giảm cấp
đồng vận của CTS bằng chiếu xạ dung dịch CTS 3% chứa H2O2 ở các nồng
độ khác nhau là 0; 0,25; 0,5; và 1%. Kết quả cũng cho thấy nồng độ H2O2
càng cao HSCMBX thu được càng lớn. Cụ thể, ở cùng liều xạ 12 kGy, Gs thu
được là 0,08; 0,55; 0,70 và 1,04 μmol/J tương ứng với nồng độ H2O2 lần lượt
là 0; 0,25; 0,5 và 1%. Duy và cộng sự cũng ghi nhận được giá trị Gs giảm dần
khi tăng liều xạ. Nguyên nhân theo chúng tôi là do hầu hết H2O2 bị phân hủy
ở liều thấp hơn 10 kGy nên lượng gốc tự do sinh ra từ sự phân ly bức xạ H2O2
cũng giảm đi khi tăng liều xạ. Do đó, liều xạ càng cao Gs thu được càng giảm.
Vì vậy, phương trình (2.4) có thể chỉ phù hợp để tính Gs một cách biểu kiến
95
cho quá trình cắt mạch bức xạ CTS có chứa H2O2 vì phản ứng cắt mạch bức
xạ trong trường hợp này xảy ra theo bậc hỗn hợp giữa bậc 1 và bậc 2 [100].
Như vậy, sự có mặt của H2O2 trong quá trình chiếu xạ có thể làm gia tăng
đáng kể HSCMBX, tiêu biểu là ở trạng thái trương. Vì vậy, giảm cấp CTS ở
trạng thái trương với dung dịch H2O2 bằng chiếu xạ ở liều thấp là rất có triển
vọng để áp dụng với quy mô lớn.
Bảng 3.18. ĐĐA của CTS chiếu xạ ở 10 kGy với nồng độ H2O2 khác nhau
Mẫu CTS ban đầu CTS cắt mạch
γCo60
/H2O2 1% γCo60
/H2O2 3% γCo60
/H2O2 5%
ĐĐA 91,3 ± 0,3 90,0 ± 0,4 91,0 ± 0,3 91,2 ± 0,3
Hình 3.24. Phổ FT-IR của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch CTS ở
dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c), 5% (d) tại liều xạ 10 kGy
Phổ FT-IR của CTS ban đầu và sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương
với H2O2 có nồng độ khác nhau tại liều xạ 10 kGy được thể hiện trên
hình 3.24, ĐĐA cho ở bảng 3.18. Kết quả cho thấy CTS cắt mạch xuất hiện
hầu hết các nhóm đặc trưng như CTS ban đầu. Nhóm ở khoảng 1158 – 890
96
cm-1
là nhóm đặc trưng của cấu trúc polysaccarit. Pic ở 3450, 1650 và 1250
cm-1
lần lượt đặc trưng tương ứng cho các nhóm hydroxyl, cacbonyl hoặc
cacboxyl, metyl và nhóm C – O – C [73]. Như vậy, FT-IR cho thấy không có
sự thay đổi về cấu tạo của các nhóm chính trong CTS cắt mạch so với CTS
ban đầu. Pic ở 2290, 2872, 1423 và 1265 cm-1
, thể hiện dao động đối xứng và
bất đối xứng của nhóm -CH2 trong vòng D-glucopyranose [105], không thay
đổi cho thấy không có phản ứng mở vòng. Hơn nữa, nhóm cacboxyl hình
thành như sản phẩm chuyển hóa của phản ứng oxi hóa mở vòng
glucopyranose ở pic 1730 cm-1
[76] không xuất hiện. Điều này một lần nữa
xác nhận sự oxi hóa mở vòng glucopyranose để hình thành nhóm axit là
không xảy ra.
Hình 3.25. Giản đồ XRD của CTS ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch CTS ở
dạng trương với H2O2 nồng độ 1% (b), 3% (c), 5% (d) tại liều xạ 10 kGy
Giản đồ XRD của CTS ban đầu và sản phẩm cắt mạch CTS được thể hiện
trên hình 3.25. Kết quả cho thấy các sản phẩm cắt mạch CTS cũng có 2 pic ở
2θ = 10,3° và 19,8° tương tự như các pic đặc trưng của CTS ban đầu [34],
[45], [32]. Điều này cho thấy cấu trúc tinh thể của CTS cắt mạch hầu như
không thay đổi so với CTS ban đầu ở liều xạ 10 kGy.
97
Phổ UV-vis của CTS với KLPT khác nhau chế tạo bằng tác dụng đồng
vận của H2O2 và tia γCo60
được thể hiện trên hình 3.26. Kết quả cho thấy CTS
ban đầu Mw ~ 91,7 kDa hầu như không hấp thụ trong khoảng bước sóng từ
240 – 320 nm. Trong khi đó, CTS chiếu xạ có pic ở 299 nm mô tả sự dịch
chuyển n → π* của liên kết đôi cacbon – oxi [34], đó là bằng chứng cho thấy
sự có mặt của nhóm cacbonyl (C=O) trong cấu trúc của CTS chiếu xạ [30],
[33]. Nhóm cacbonyl như là sản phẩm cuối mạch tại các vị trí C1 và C4 khi
CTS bị cắt mạch [89].
Hình 3.26. Phổ UV-vis của dung dịch CTS 0,1% có KLPT khác nhau trong
dung dịch axit axetic 0,05%
Ảnh hưởng của suất liều đến sự suy giảm KLPT được chúng tôi khảo sát
ở liều xạ 10 kGy với các suất liều khác nhau từ 0,45 – 3,6 kGy/h, kết quả
được trình bày trên bảng 3.19. Bảng 3.19 cho thấy suất liều càng thấp hiệu
quả cắt mạch bức xạ càng cao và giá trị PI có xu hướng giảm khi giảm suất
liều. Tuy nhiên, theo chúng tôi suất liều > 1 kGy/h nên được lựa chọn để áp
98
dụng cho quy mô lớn nhằm tiết kiệm thời gian và khả năng vận dụng thiết bị
chiếu xạ. Hơn nữa, ở suất liều nhỏ hơn 1 kGy/h, mức độ giảm cấp của CTS
thay đổi không đáng kể (bảng 3.19).
Bảng 3.19. KLPT và PI của CTS cắt mạch dạng trương trong H2O2 5%
ở liều xạ 10 kGy với suất liều khác nhau
Suất liều, kGy/h 3,6 1,8 0,9 0,45
Mw, kDa 35,2 28,3 26,9 26,3
PI 2,51 2,41 2,40 2,41
Hình 3.27. CTS ban đầu – dạng bột (a), CTS trương trong dung dịch H2O2
5% (b) và CTS cắt mạch bằng hiệu ứng đồng vận (c)
Từ kết quả cắt mạch CTS chế tạo CTS KLPT thấp ở dạng trương chúng
tôi nhận thấy khi áp dụng nồng độ H2O2 5% ở liều xạ thấp không làm thay đổi
cấu trúc chính của CTS. Một nghiên cứu khác của chúng tôi khi cắt mạch
CTS ở cùng điều kiện về tỉ lệ trương (CTS/H2O2 =1/5) với nồng độ H2O2 lần
lượt là 2,5; 5; 7,5 và 10% ở liều xạ 10,5 kGy cũng cho thấy ở nồng độ H2O2
5%, ĐSGKLPT đạt 82%, ĐĐA thay đổi không đáng kể. Tuy nhiên, khi tăng
nồng độ H2O2 > 5% chúng tôi nhận thấy ĐĐA của sản phẩm cắt mạch giảm
mạnh (bảng 3.20) đồng thời FT – IR (hình 3.28) của sản phẩm xuất hiện pic ở
1730 cm-1
tương ứng với liên kết C=O trong nhóm cacboxyl, điều này cho
thấy có thể đã có phản ứng mở vòng làm thay đổi cấu trúc chính của sản
phẩm cắt mạch [76]. Ngoài ra, Kang và cộng sự (2007) [45] khi chế tạo CTS
KLPT thấp bằng phương pháp chiếu xạ CTS dạng huyền phù (suspension)
99
trong dung môi axit axetic với nồng độ H2O2 là 2; 10 và 30% cũng xác nhận
ở nồng độ H2O2 10% sử dụng cho hỗn hợp chiếu xạ, sản phẩm CTS thu được
có sự xuất hiện của nhóm cacboxyl là sản phẩm của phản ứng mở vòng
glucopyranose, thay đổi cấu trúc của CTS. Như vậy, các kết quả thí nghiệm
đã dẫn ra việc sử dụng nồng độ H2O2 > 5% trong quá trình chiếu xạ là không
thuận lợi để chế tạo CTS KLPT thấp trên phương diện duy trì cấu trúc của
CTS và hạn chế sự suy giảm ĐĐA.
Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến KLPT và ĐĐA
của CTS ở liều xạ 10,5 kGy
H2O2 (%) Mw (kDa) PI ĐĐA (%)
0*
105 2,9 91,1
2,5 37,5 3,4 90,2
5 29,1 3,4 88,3
7,5 28,5 3,6 85,7
10 25,6 3,8 72,5
*5ml H2O/1g CTS
Hình 3.28. Phổ FT-IR của sản phẩm cắt mạch CTS ở dạng trương với H2O2 nồng
độ 0% (5ml H2O/1g CTS, a); 5% (b); 7,5% (c); 10% (d) tại liều xạ 10,5 kGy
100
Từ phân tích kết quả thí nghiệm và so sánh với các tài liệu tham khảo
[45], [76] chúng tôi nhận thấy nồng độ H2O2 5% là phù hợp cho quá trình cắt
mạch CTS ở dạng trương. Suất liều bức xạ 1,33 kGy/h cũng được lựa chọn
cho những thí nghiệm tiếp theo vì suất liều này được sử dụng phổ biến để
chiếu xạ khử trùng thực phẩm thường xuyên tại Trung tâm chiếu xạ
VINAGAMMA, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam.
101
3.4.3. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 91% ở
dạng trương
Hình 3.29. Sơ đồ cắt mạch CTS ở dạng trương
Trong thí nghiệm này, mỗi mẫu CTS được để trương trong nước/dung
dịch H2O2 theo tỉ lệ 1/5 (w/v). Thời gian trương là 30 phút [71]. Mẫu sau đó
được chiếu xạ đến 25 kGy, suất liều 1,33 kGy/h. Sơ đồ cắt mạch chiếu xạ
CTS ở dạng trương được tóm tắt trên hình 3.29. Sản phẩm thu được sau chiếu
xạ được xử lý theo quy trình ở mục 2.3.3 rồi xác định KLPT bằng GPC và
kiểm tra cấu trúc phân tử bằng phương pháp IR. Kết quả xác định KLPT và PI
được trình bày ở bảng 3.21.
Bảng 3.21. Kết quả cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung dịch
H2O2 5%
Liều xạ t A (H2O2 5%)* B ( tia γCo60
)** i C (A & B)**
(kGy) ( giờ) Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI
3,7 2,8 46,5 3,57 48,4 3,54 23,4 3,15
8,2 6,2 41,3 3,48 47,5 3,42 16,8 2,93
12,0 9,0 37,4 3,49 46,9 3,07 14,1 2,94
15,9 12,0 35,7 3,32 46,3 2,38 12,5 2,12
22,7 17,1 34,2 3,09 44,9 2,86 11,2 1,96
Mw0 = 49 kDa; PI0 =3,64; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ
(thời gian, giờ = kGy/1,33); i 1g CTS/5ml H2O
102
Bảng 3.21 cho thấy CTS-91 cắt mạch bằng H2O2 5% có ĐSGKLPT
khoảng 30% sau 17 giờ phản ứng. Tương ứng với thời gian này, nếu cắt mạch
bằng tia γCo60
thì ĐSGKLPT đạt được chỉ là 8,5% ứng với liều xạ 22,7 kGy.
Nếu kết hợp đồng vận tia γCo60
và H2O2 5% thì sau 17,1 giờ chiếu xạ
(22,7 kGy) ĐSGKLPT thu được là 77%. Giá trị này lớn hơn tổng ĐSGKLPT
thu được khi sử dụng γCo60
và H2O2 5% một cách riêng rẽ. Nguyên nhân là do
hiệu ứng đồng vận của tia γCo60
và H2O2 5% đã làm gia tăng tốc độ cắt mạch.
Giá trị tính toán cụ thể cho hiệu ứng đồng vận ở các liều xạ khác nhau được
trình bày trên bảng 3.22. Sự phụ thuộc KLPT của CTS-91 cắt mạch ở dạng
trương theo liều xạ được thể hiện trên hình 3.30.
Hình 3.30. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-91 cắt mạch ở dạng
trương trong nước và dung dịch H2O2 5% (thời gian, giờ = kGy/1,33)
Hình 3.30 cho thấy sự khác biệt về hiệu quả cắt mạch CTS của tia γCo60
và H2O2 5% ở dạng trương so với dạng dung dịch. Theo đó, H2O2 5% cắt
mạch hiệu quả hơn so với tia γCo60
(1,33 kGy/h). Nguyên nhân là do nồng độ
H2O2 5% áp dụng ở trạng thái trương lớn hơn 10 lần so với nồng độ H2O2
0,5% trong dung dịch. Đối với dạng trương, tỉ lệ khối lượng giữa H2O2 và
CTS là 0,25 g H2O2/1 g CTS. Trong khi đó, tỉ lệ này khi cắt mạch CTS trong
103
dung dịch là 0,1 g H2O2/1 g CTS. Điều đáng chú ý là CTS trương trong nước
có ĐSGKLPT theo liều xạ là rất thấp so với ĐSGKLPT khi chiếu xạ trong
dung dịch. Nguyên nhân có thể là do cơ chế cắt mạch của CTS ở trạng thái
trương bị thay đổi do thiếu nước. Ngoài sự phân li bức xạ của nước theo
phương trình (3.1) tạo ra gốc •OH đóng vai trò là tác nhân cắt mạch, phản ứng
giảm cấp còn xảy ra do sự tiếp xúc trực tiếp của bức xạ lên chuỗi phân tử CTS
[62], [45].
1 2
R R (3.6)
R R +R (3.7)
hv
Ở trạng thái trương, khoảng cách giữa các gốc tự do gần nhau hơn so với
khoảng cách của chúng trong dung dịch, vì vậy sự tái kết hợp giữa các gốc tự
do tăng lên và do đó mức độ suy giảm KLPT không đáng kể.
Hình 3.30 cũng cho thấy khi cắt mạch bằng H2O2 5%, ĐSGKLPT là đáng
kể so với cắt mạch bằng tia γCo60
, nguyên nhân có thể là do đối với quá trình
cắt mạch bằng H2O2 gốc •OH đóng vai trò là tác nhân chính trong quá trình
cắt mạch. Cơ chế của quá trình cắt mạch bằng H2O2 đã được Qin và cộng sự
(2002) [76] đề cập, theo đó cơ chế cắt mạch gồm các bước sau:
+ -
2 2
- -
- •-
2 2 2 2
• •
2
• •
1 2
H O H + HOO (3.8)
HOO OH + (O) (3.9)
HOO + H O OH + O +H O (3.10)
R-H + OH R + H O (3.11)
R R + R (3.12)
(R-H: CTS)
Theo cơ chế này gốc •OH là tác nhân cắt mạch được tạo ra từ phản ứng
phân hủy H2O2 và do đó quá trình cắt mạch dưới tác dụng của gốc •OH – tác
nhân có tính oxi hóa mạnh là khá hiệu quả.
104
Hiệu quả của sự kết hợp đồng thời hai tác nhân cắt mạch γCo60
và H2O2
thể hiện rõ trên hình 3.30. Theo đó sự kết hợp hai tác nhân này cho hiệu quả
suy giảm KLPT của CTS-91 là rất đáng kể. Nguyên nhân của hiện tượng này
đã được một số tác giả đề cập thông qua hiệu ứng đồng vận [32], [45] của
γCo60
và H2O2 làm gia tăng gốc •OH là tác nhân oxy hóa mạnh gây ra quá
trình cắt mạch.
Hình 3.31. Mô hình đề nghị cho cơ chế cắt mạch đồng vận ở trạng thái trương
105
Cơ chế của quá trình này cũng được Ulanski và cộng sự đề cập chi tiết
như chúng tôi đã trình bày ở mục 3.3.1 phần cắt mạch CTS-91 trong dung
dịch. Tuy nhiên, theo chúng tôi hiệu quả cắt mạch còn có thể được gia tăng do
nước và H2O2 ở trạng thái liên kết (binding) với CTS ở dạng trương [71] nên
gốc •OH mới sinh (in-situ) do phân ly bức xạ nước và H2O2 dễ dàng bắt hydro
trên phân tử CTS tạo thành các gốc tự do R• trước khi chúng tái kết hợp. Các
gốc tự do R• trải qua các quá trình chuyển vị và tái kết hợp với H
• hoặc các
gốc tự do khác tạo thành CTS KLPT thấp hơn. Mô hình chi tiết đề nghị cơ
chế cắt mạch đồng vận ở trạng thái trương được chúng tôi trình bày trên hình
3.31.
Bảng 3.22. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-91 bằng tia γCo60
và H2O2 5%
Mẫu CTS
ĐSGKLPT, % = (Mw0 - Mw)×100/ Mw0
3,7 kGy
(2,8 giờ)
8,2 kGy
(6,2 giờ)
12,0 kGy
(9,0 giờ)
15,9 kGy
(12,0 giờ)
22,7 kGy
(17,1 giờ)
A (H2O2 5%)* 5,1 15,7 23,7 27,4 30,2
B (tia γCo60
)** i 1,2 3,1 4,3 5,5 8,4
C (A & B) ** 52,2 65,7 71,2 74,5 77,1
Hiệu ứng đồng vận D (%)
D = [C-(A+B)] 45,9 46,9 43,2 41,9 38,5
* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33);
i 1g CTS/5ml H2O
Khác với kết quả chiếu xạ CTS dạng dung dịch – có hiệu ứng đồng vận
giảm nhanh theo liều xạ, CTS-91 cắt mạch ở dạng trương có hiệu ứng đồng
vận ban đầu thấp, sau đó đó tăng dần đến liều xạ khoảng 9 kGy rồi giảm dần
khi tăng liều xạ (bảng 3.22). Nguyên nhân theo chúng tôi là do ở giai đoạn
đầu của quá trình chiếu xạ ở dạng trương mạch phân tử CTS vẫn còn khá lớn,
106
khả năng xâm nhập của gốc •OH bị hạn chế ở trạng thái trương do độ nhớt
cao. Vì vậy, hiệu ứng đồng vận đạt được ở giai đoạn đầu chiếu xạ tương đối
thấp. Khi tăng liều xạ, KLPT CTS giảm dần, độ nhớt vì vậy cũng giảm, khả
năng di động của gốc •OH tăng lên, hiệu ứng đồng vận tăng. Sau đó, hiệu ứng
đồng vận giảm dần vì nồng độ H2O2 giảm dần trong hỗn hợp phản ứng khi
tăng liều xạ.
Hình 3.32. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-91 cắt mạch theo liều xạ ở
trạng thái trương trong nước
Bảng 3.23. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-91 ở dạng trương trong nước và
trong dung dịch H2O2 5%
Liều xạ (kGy) 3,7 8,2 12,0 15,9 22,7
Gs γCo60
(μmol/J)i
0,023 0,026 0,025 0,026 0,027
Gs γCo60
+ 5% H2O2 (μmol/J) 2,020 1,597 1,409 1,304 1,016
i 1g CTS/5ml H2O
HSCMBX của CTS-91 ở dạng trương tính theo phương trình (2.4) cho
kết quả ở bảng 3.23. HSCMBX trung bình khi không sử dụng H2O2 là
0,025 ± 0,002 μmol/J (mức ý nghĩa α = 0,05). Tính theo phương pháp đồ thị
107
(hình 3.32) giá trị này thu được là 0,0267 μmol/J. Bảng 3.23 cũng cho thấy
HSCMBX khi có mặt H2O2 lớn hơn ít nhất 37 lần so với khi không sử dụng
H2O2. Gs thu được khi cắt mạch chiếu xạ có sử dụng H2O2 giảm dần theo liều
xạ. Nguyên nhân là do nồng độ H2O2 giảm dần khi tăng thời gian phản ứng.
Hằng số tốc độ phản ứng cắt mạch bằng tia γCo60
thu được tính theo độ
dốc của đường thẳng ứng với phương trình (2.5), có đồ thị trên hình 3.32 cho
kết quả là k91t = 1,32×10-5
kGy-1
. HSTĐPƯ cắt mạch thu được nhỏ hơn so với
kết quả của Tahtat và cộng sự (2012) [89] công bố khi cắt mạch CTS có
ĐĐA ~ 90%, Mw ~ 100 kDa ở dạng rắn (k = 2,1×10-5
kGy-1
). Nguyên nhân có
thể là do sự khác nhau về KLPT ban đầu cũng như trạng thái cắt mạch.
Hình 3.33. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương theo liều
xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
Hình 3.33 mô tả sự thay đổi giá trị PI của CTS cắt mạch trong các điều
kiện khác nhau của quá trình cắt mạch theo liều xạ. Kết quả cho thấy giá trị PI
khi cắt mạch bằng tia γCo60
hay H2O2 5% ở liều thấp < 10 kGy gần như
không thay đổi so với PI của CTS ban đầu. Sự cắt mạch đồng vận cho kết quả
PI giảm đáng kể ở liều xạ thấp. Nhìn chung, quy luật thay đổi PI đối với chiếu
108
xạ CTS ở dạng trương không thật sự rõ ràng. Giá trị PI thay đổi bất thường ở
một số điểm tương ứng với liều xạ 12,0 và 15,9 kGy. Nguyên nhân theo
chúng tôi là do hỗn hợp CTS cắt mạch ở dạng trương có sự thay đổi không
đồng đều về độ nhớt khi KLPT giảm, dẫn đến khả năng di động của gốc •OH
trong các hỗn hợp phản ứng khác nhau. Vì vậy, giá trị PI thay đổi khá phức
tạp khi tăng liều xạ.
Hình 3.34. Phổ FT-IR của CTS-91(a) và sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng
trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 8,2 kGy (b); 12,0 kGy (c);15,9 kGy (d)
và 22,7 kGy (e)
Bảng 3.24. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-91 ở dạng trương trong dung
dịch H2O2 5% theo liều xạ
Liều xạ, kGy 0 8,2 12,0 15,9 22,7
ĐĐA, % 91 ± 0,3 89,7 ± 0,1 87,5 ± 0,2 84,7 ± 0,3 79,1 ± 0,1
109
Hình 3.34 mô tả FT – IR của CTS-91 ban đầu và sản phẩm cắt mạch
CTS-91 ở dạng trương trong H2O2 5% theo liều xạ. Kết quả cho thấy hầu hết
các nhóm đặc trưng của CTS-91 đều xuất hiện trong FT – IR của sản phẩm
cắt mạch. Điều này cho thấy cấu trúc chính của CTS cắt mạch hầu như không
thay đổi so với CTS ban đầu ở liều xạ thấp. Tuy nhiên, khi liều xạ lớn hơn
12 kGy chúng tôi nhận thấy có dấu hiệu xuất hiện nhóm cacboxyl – pic ở
1730 cm-1
đồng thời cường độ pic ở 1320 cm-1
đặc trưng cho nhóm
N-acetylglucosamine giảm mạnh. Điều này chứng tỏ CTS-91 chiếu xạ ở trạng
thái trương trong H2O2 5% với liều xạ lớn hơn 12 kGy có khả năng xảy ra
phản ứng phá vỡ vòng glucopyranose [76] và cắt nhóm amin. Kết quả tính
ĐĐA ở bảng 3.24 cho thấy CTS cắt mạch ở liều xạ 15,9 kGy có ĐĐA giảm
6,9% so với CTS ban đầu. Khi tăng liều xạ lên 22,7 kGy, độ suy giảm ĐĐA là
13%. Kết quả này cho thấy mức độ suy giảm ĐĐA cũng không khác biệt
nhiều so với khi cắt mạch CTS-91 dạng dung dịch.
Hình 3.35. CTS-91 ban đầu - 49 kDa (a); CTS-91 KLPT thấp - 14 kDa (b)
Tương tự như khi cắt mạch trong dung dịch, CTS-91 sau khi cắt mạch ở
trạng thái trương (hình 3.35 b) cũng có màu vàng đậm khác với CTS-91 ban
đầu (hình 3.35 a) có màu trắng sáng.
Từ kết quả cắt mạch CTS-91 ở dạng trương chúng tôi rút ra một số nhận
xét sau:
110
- Ở trạng thái trương, H2O2 5% cắt mạch CTS-91 hiệu quả hơn so với tia
γCo60
(1,33 kGy/h).
- ĐSGKLPT CTS-91 khi cắt mạch bằng tia γCo60
ở dạng trương thấp
hơn đáng kể so với khi cắt mạch bằng chiếu xạ trong dung dịch.
- Khác với cắt mạch bằng chiếu xạ trong dung dịch – hiệu ứng đồng vận
giảm theo liều xạ, CTS-91 cắt mạch ở dạng trương có hiệu ứng đồng vận đạt
cực đại ở liều xạ khoảng 9 kGy rồi giảm dần khi tăng liều xạ.
- HSCMBX được gia tăng đáng kể (ít nhất 37 lần) khi có mặt H2O2. Mức
độ gia tăng Gs giảm khi tăng liều xạ.
- CTS KLPT thấp có thể chế tạo hiệu quả bằng kết hợp đồng vận tia
γCo60
và H2O2 5%. ĐĐA của CTS KLPT thấp (Mw ~ 14 kDa) thu được ở liều
xạ 12 kGy (hình 3.35 b) giảm khoảng 3,8 % so với CTS-91 ban đầu
(hình 3.35 a).
- Khi tăng liều xạ > 12 kGy, CTS KLPT thấp chế tạo được có khả năng
bị phá vỡ vòng glucopyranose và cắt nhóm amin.
111
3.4.4. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 80,3% ở
dạng trương
Hiệu ứng đồng vận của tia γCo60
và H2O2 5% cắt mạch CTS-80 được
nghiên cứu tương tự như CTS-91. CTS-80 cắt mạch được xử lý theo quy trình
ở mục 2.3.3 và xác định KLPT ghi ở bảng 3.25. Kết quả thu được cho thấy
khi cắt mạch CTS-80 bằng H2O2 5% chỉ thu được CTS KLPT thấp khoảng
20 kDa tương ứng với thời gian cắt mạch khoảng 17 giờ. KLPT của CTS-80
cắt mạch bằng tia γCo60
ở trạng thái trương thay đổi hầu như không đáng kể.
Sự kết hợp đồng vận tia γCo60
và H2O2 5% cho hiệu quả suy giảm KLPT là
đáng kể, COS có thể chế tạo được ở liều xạ 16 kGy. Giá trị PI nhìn chung có
xu hướng giảm khi tăng liều xạ hay thời gian phản ứng.
Bảng 3.25. Kết quả cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong nước và trong
dung dịch H2O2 5%
Liều xạ t A (H2O2 5%)* B (tia γCo60
)** i C (A & B) **
(kGy) ( giờ) Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI
3,5 2,6 31,2 3,63 49,5 3,54 28,6 3,25
7,1 5,3 23,9 3,48 49,0 3,57 19,9 3,02
15,5 11,7 20,4 3,51 48,0 3,38 11,7 2,98
20,1 15,1 20,3 3,32 47,6 2,72 9,6 2,19
22,6 17,0 20,2 3,01 47,2 2,64 9,2 2,01
Mw0 = 50 kDa; PI0 =3,72; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ
(thời gian, giờ = kGy/1,33); i 1g CTS/5ml H2O
Hình 3.36 mô tả sự suy giảm KLPT của CTS-80 theo liều xạ và thời gian
phản ứng với H2O2. Kết quả cho thấy H2O2 5% cắt mạch CTS-80 hiệu quả
hơn so với bức xạ γCo60
(1,33 kGy/h) trong cùng thời gian cắt mạch. Khác
với công bố của Duy [32], Hien [40] và cộng sự khi cắt mạch CTS trong dung
112
dịch, hiệu quả cắt mạch của tia γCo60
(1,33 kGy/h) có xu hướng lớn hơn so
với cắt mạch bằng H2O2. Nguyên nhân là do nồng độ H2O2 của chúng tôi sử
dụng là 5%, cao hơn so với nghiên cứu của các tác giả trên (< 1%). Hơn nữa,
sự khác biệt về trạng thái – trương trong nước và dung dịch cũng có thể gây
ảnh hưởng đến hiệu quả cắt mạch. Một kết quả đáng chú ý – tương tự như
CTS-91 là CTS-80 trương trong nước theo tỉ lệ 1 g CTS/5 ml nước gần như
không bị suy giảm KLPT khi tăng liều xạ hay nói cách khác là không bị cắt
mạch bức xạ (hình 3.36). Nguyên nhân của hiện tượng này vẫn chưa được
biết cần được nghiên cứu thêm.
Hình 3.36. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-80 cắt mạch ở dạng
trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% (thời gian, giờ = kGy/1,33)
Hình 3.36 cũng cho thấy phương pháp kết hợp đồng thời tia γCo60
và
H2O2 cho hiệu quả cắt mạch tốt hơn khi sử dụng kết hợp riêng rẽ từng tác
nhân cắt mạch. Kết quả tính toán cụ thể cho hiệu ứng đồng vận được ghi ra ở
bảng 3.26. Cơ chế cắt mạch CTS hiệu quả bằng kết hợp đồng vận (tia γCo60
và H2O2) có thể được giải thích là do có sự phân li bức xạ của nước và H2O2
dưới tác dụng của tia γCo60
hình thành gốc tự do hydroxyl (•OH)
có tính oxy
113
hóa mạnh làm tăng hiệu quả cắt mạch CTS như chúng tôi đã trình bày ở
mục 3.3.1.
Bảng 3.26 cho thấy hiệu ứng đồng vận của γCo60
và H2O2 tăng dần từ liều
xạ thấp đến khoảng 20 kGy, sau đó giảm dần theo liều xạ. Kết quả này cũng
khác với những nghiên cứu cắt mạch CTS trong dung dịch. Theo đó, hiệu ứng
đồng vận giảm dần theo thời gian chiếu xạ [6], [32], [40]. Nguyên nhân có thể
là do trong nghiên cứu của chúng tôi CTS được chiếu xạ ở trạng thái trương
nước đã làm hạn chế tính linh động của gốc •OH vì vậy hiệu ứng đồng vận ở
liều xạ thấp có giá trị nhỏ. Khi tăng liều xạ, KLPT polyme càng giảm, khả
năng trương nước của CTS cắt mạch càng thuận lợi đã làm tăng tính linh
động của gốc •OH do đó hiệu ứng đồng vận tăng và đạt giá trị cao nhất ~ 17%
ở liều xạ khoảng 20 kGy. Khi tiếp tục tăng liều xạ, hiệu ứng đồng vận có xu
hướng giảm dần do nồng độ H2O2 suy giảm vì đã bị phân hủy theo các phản
ứng (3.2), (3.3), (3.4).
Bảng 3.26. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 bằng tia γCo60
và H2O2 5%
ở dạng trương
Mẫu CTS
ĐSGKLPT, % = (Mw0 - Mw)×100/ Mw0
3,5 kGy
(2,6 giờ)
7,1 kGy
(5,3 giờ)
15,5 kGy
(11,7 giờ)
20,1 kGy
(15,1 giờ)
22,6 kGy
(17,0 giờ)
A (H2O2 5%)* 37,6 52,2 59,2 59,4 59,6
B (tia γCo60
)**i 1,0 2,0 4,0 4,8 5,6
C (A & B)** 48,2 60,7 76,6 80,8 81,6
Hiệu ứng đồng vận D (%)
D = [C-(A+B)] 4,2 6,0 13,4 16,6 16,4
* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33);
i 1g CTS/5ml H2O
114
HSCMBX của CTS-80 được tính theo phương trình (2.4) cho các giá trị
trên bảng 3.27. Kết quả cho thấy HSCMBX khi có H2O2 5% giảm dần theo
liều xạ do sự suy giảm nồng độ H2O2 theo thời gian phản ứng. Trong khi đó,
Gs thu được khi chiếu xạ CTS-80 trương nước có giá trị gần như không đổi
0,018 ± 0,001 μmol/J (α = 0,05). Nếu tính theo phương pháp đồ thị tương tự
như CTS-91 giá trị Gs thu được là 0,0175 μmol/J. Bảng 3.27 cho thấy
HSCMBX gia tăng ít nhất 75 lần khi có mặt H2O2 5% trong hỗn hợp chiếu xạ.
Như vậy, H2O2 là tác nhân cần thiết và hiệu quả trong việc gia tăng HSCMBX
nhằm tiết kiệm năng lượng bức xạ khi cắt mạch CTS.
Bảng 3.27. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-80 ở dạng trương trong nước và
trong dung dịch H2O2 5%
Liều xạ (kGy) 3,5 7,1 15,5 20,1 22,7
Gs γCo60
i (μmol/J) 0,019 0,019 0,018 0,017 0,018
Gs γCo60
+ H2O2 5% (μmol/J) 1,431 1,426 1,414 1,402 1,314
i 1gCTS/5ml H2O
Hình 3.37. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-80 cắt mạch theo liều xạ
ở trạng thái trương trong nước
115
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-80 trương trong nước tính theo độ dốc của
đường thẳng trên hình 3.37 có giá trị là k80t = 0,88×10-5
kGy-1
, thấp hơn so với
HSTĐPƯ cắt mạch CTS-91 (1,32×10-5
kGy-1
). Nguyên nhân theo chúng tôi là
do CTS-80 có độ kết tinh cao hơn so với CTS-91. CTS có độ kết tinh cao
tương ứng với cấu trúc phân tử được sắp xếp chặt chẽ hơn vì vậy khả năng
tiếp xúc với tác nhân cắt mạch •OH khó khăn hơn do vậy tốc độ phản ứng cắt
mạch diễn ra chậm hơn. Taşkin và cộng sự (2014) [91] cũng thu được kết quả
tương tự khi cắt mạch CTS ở dạng rắn, theo đó ĐĐA càng cao HSTĐPƯ thu
được càng cao.
Sự thay đổi độ đa phân tán PI của CTS-80 cắt mạch được thể hiện trên
hình 3.38. Kết quả cho thấy PI có xu hướng giảm dần khi cắt mạch trong cả
ba trường hợp: cắt mạch bằng H2O2 5%, cắt mạch tia γCo60
và cắt mạch đồng
thời bằng tia γCo60
và H2O2 5%. Hình 3.38 cũng cho thấy khi cắt mạch ở liều
thấp, mức độ giảm PI của quá trình cắt mạch bằng tia γCo60
không khác nhiều
so với cắt mạch bằng H2O2 5%. Ở liều xạ lớn hơn 12 kGy phương pháp cắt
mạch bằng tia γCo60
cho giá trị PI tương đối thấp hơn.
Hình 3.38. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương theo
liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
116
Hình 3.39. Phổ FT-IR của CTS-80 (a) và sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng
trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 7,1 kGy (b); 15,5 kGy (c); 20,1 kGy (d) và
22,6 kGy (e)
Phổ FT-IR trên hình 3.39 cho thấy sản phẩm cắt mạch CTS-80 – KLPT
thấp (hình 3.39 b, c) và COS (hình 3.39 d, e) có cấu trúc chính không thay đổi
so với CTS-80 ban đầu (hình 3.39 a). Sự khác nhau về cường độ của các pic ở
1320 và 1420 cm-1
đặc trưng tương ứng cho nhóm N – acetylglucosamine và
nhóm so sánh – CH2 thể hiện sự thay đổi ĐĐA của CTS [55]. Hình 3.36 và
bảng 3.25 cho thấy CTS KLPT thấp, Mw < 30 kDa có thể được chế tạo ở liều
xạ rất thấp < 5 kGy bằng phương pháp kết hợp γCo60
/H2O2 chiếu xạ CTS-80 ở
dạng trương. CTS KLPT thấp thu được có ĐĐA thay đổi không đáng kể so
với CTS ban đầu, khoảng 5%. Để chế tạo COS KLPT < 10 kDa bằng phương
pháp như trên cần liều xạ > 15 kGy, ĐĐA của CTS cắt mạch giảm khoảng
16% ở liều xạ 15,5 kGy. Nếu gia tăng liều xạ > 20 kGy, ĐĐA của COS giảm
117
mạnh (bảng 3.28). Cơ chế của sự đề amin hóa, làm giảm ĐĐA đến nay vẫn
chưa được nghiên cứu. Tuy nhiên, từ kết quả nhận được chúng tôi thấy rằng
để chế tạo CTS KLPT thấp và COS theo phương pháp chiếu xạ γCo60
CTS
trương trong dung dịch H2O2 thì nên sử dụng nồng độ H2O2 < 5% để hạn chế
sự suy giảm ĐĐA của sản phẩm.
Bảng 3.28. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-80 ở dạng trương trong dung
dịch H2O2 5% theo liều xạ
Liều xạ, kGy 3,5 7,1 15,5 20,1 22,6
ĐĐA, % 76,2 ± 0,4 75,4 ± 0,1 66,9 ± 0,2 64,2 ± 0,3 47,9 ± 0,1
Qua nghiên cứu hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-80 ở trạng thái trương
chúng tôi có nhận xét như sau: CTS KLPT thấp và COS đã được chế tạo bằng
phương pháp kết hợp đồng vận tia γCo60
và H2O2 cắt mạch CTS-80 ở trạng
thái trương, trong khoảng liều xạ thấp < 20 kGy. ĐĐA của CTS KLPT thấp
thay đổi không đáng kể so với CTS ban đầu. Hiệu ứng đồng vận (tia γCo60
và
H2O2) làm gia tăng hiệu quả cắt mạch và đạt giá trị cực đại là ~17% ở liều xạ
20 kGy. Sự kết hợp H2O2 và chiếu xạ tia γCo60
cho phép chế tạo hiệu quả CTS
KLPT thấp (hình 3.40 b) và COS từ CTS ban đầu (hình 3.40 a) ở dạng trương
trong nước.
Hình 3.40. CTS-80 ban đầu - 50 kDa (a); CTS-80 KLPT thấp – 11,7 kDa (b)
118
3.4.5. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan có độ đề axetyl ~ 72% ở
dạng trương
Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 ở dạng trương được tiến hành tương
tự như CTS-80. Sản phẩm cắt mạch của CTS-72 được xác định KLPT bằng
GPC cho số liệu trên bảng 3.29. Kết quả cho thấy khi cắt mạch bằng
H2O2 5%, CTS thu được có KLPT thấp khoảng 20,5 kDa sau 16,8 giờ phản
ứng. Nếu cắt mạch bằng tia γCo60
thì KLPT của CTS-72 cắt mạch đạt được ở
22,4 kGy - tương ứng với 16,8 giờ phản ứng là 47 kDa. Trong khi đó, KLPT
của CTS cắt mạch thu được khi áp dụng đồng thời tia γCo60
và H2O2 5% là
13,3 kDa ở cùng liều xạ 22,4 kGy. Điều này cho thấy cắt mạch đồng vận
CTS-72 bằng tia γCo60
và H2O2 là khá hiệu quả.
Bảng 3.29. Kết quả cắt mạch CTS-72 ở dạng trương trong nước và trong
dung dịch H2O2 5%
Liều xạ t A (H2O2 5%)* B (tia γCo60
)**i
C** (A & B)
(kGy) ( giờ) Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI Mw (kDa) PI
3,5 2,6 32,3 4,17 48,4 3,56 30,2 3,19
7,5 5,6 24,3 4,01 48,1 3,59 21,1 2,33
14 10,5 21,7 3,91 47,6 3,12 14,7 2,36
20,1 15,1 20,7 3,42 47,1 3,01 13,6 1,98
22,4 16,8 20,5 3,12 47,0 2,92 13,3 1,62
Mw0 = 48,7 kDa ; PI0 =4,21; * Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ
(thời gian, giờ = kGy/1,33); i 1g CTS/5ml H2O
Sự thay đổi KLPT theo liều xạ tương ứng với thời gian phản ứng được
mô tả trên hình 3.41. Kết quả cho thấy H2O2 5% cắt mạch CTS-72 khá hiệu
quả. Trong khi đó ĐSGKLPT của CTS-72 cắt mạch bằng tia γCo60
là khá
thấp. Sự kết hợp đồng vận tia γCo60
và H2O2 5% cho kết quả không thật sự
119
vượt trội so với cắt mạch bằng H2O2 5%. Kết quả tính hiệu ứng đồng vận trên
bảng 3.30 cũng cho thấy hiệu ứng đồng vận tối đa đạt được khoảng 12% ở 14
kGy. Giá trị này nhìn chung thấp hơn so với hiệu ứng đồng vận cắt mạch
CTS-91 và CTS-80. Sự khác biệt này theo chúng tôi là do sự khác nhau về độ
kết tinh của CTS. CTS có ĐĐA càng thấp, độ kết tinh càng cao nên khả năng
cắt mạch càng thấp.
Hình 3.41. Quan hệ giữa KLPT và liều xạ đối với CTS-72 cắt mạch ở dạng
trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5% (thời gian, giờ = kGy/1,33)
Bảng 3.30. Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 bằng tia γCo60
và H2O2 5%
ở dạng trương trong nước và trong dung dịch H2O2 5%
Mẫu CTS
ĐSGKLPT, % = (Mw0 - Mw)×100/ Mw0
3,5 kGy
(2,6 giờ)
7,5 kGy
(5,6 giờ)
14,0 kGy
(10,5 giờ)
20,1 kGy
(15,1 giờ)
22,4 kGy
(16,8 giờ)
A (5% H2O2)* 33,7 50,1 55,4 57,5 57,9
B (tia γCo60
)**i
0,6 1,2 2,3 3,3 3,5
C (A & B)** 38,0 56,7 69,8 72,1 72,7
Hiệu ứng đồng vận D (%)
D = [C-(A+B)] 3,7 5,4 12,1 11,3 11,3
* Mẫu không chiếu xạ; ** Mẫu chiếu xạ (thời gian, giờ = kGy/1,33); i 1 g CTS/5 ml H2O
120
Bảng 3.30 cũng cho thấy hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 tương đối
nhỏ ở liều xạ thấp, sau đó tăng dần đến 12% ở liều xạ 14 kGy rồi giảm dần
khi tăng liều xạ. Nguyên nhân của vấn đề này như đã được trình bày ở phần
cắt mạch CTS-80. Theo đó, hiệu ứng đồng vận ban đầu tương đối thấp là do
khả năng di động của gốc •OH tương đối khó khăn ở trạng thái trương khi
KLPT CTS còn lớn. Khi tăng liều xạ KLPT CTS giảm dần theo đó độ nhớt
giảm dẫn đến khả năng linh động của •OH tăng lên, tương tác của
•OH với
chuỗi CTS trở nên thuận lợi hơn dẫn đến hiệu ứng đồng vận tăng. Ở liều xạ
cao hơn 14 kGy hiệu ứng đồng vận giảm là do nồng độ H2O2 giảm dần theo
thời gian phản ứng.
Hình 3.42. Sự phụ thuộc (1/Mw –1/Mw0) của CTS-72 cắt mạch theo liều xạ ở
trạng thái trương trong nước
Bảng 3.31. Hiệu suất cắt mạch bức xạ CTS-72 ở dạng trương trong nước và
trong dung dịch H2O2 5%
Liều xạ (kGy) 3,5 7,5 14,0 20,1 22,4
Gs γCo60
i (μmol/J) 0,012 0,013 0,012 0,012 0,011
Gs γCo60
+ H2O2 5% (μmol/J) 1,203 1,199 1,136 0,883 0,817
i 1 g CTS/5 ml H2O
121
HSCMBX tính theo phương trình (2.4) cho các giá trị trên bảng 3.31. Kết
quả cho thấy tương tự như cắt mạch CTS-80. HSCMBX khi có H2O2 giảm
dần theo liều xạ. Trong khi đó, giá trị HSCMBX của CTS trương nước gần
như không đổi và có giá trị trung bình tính theo các số liệu trên bảng 3.31 là
0,012 ± 0,001 μmol/J. Giá trị này tính bằng phương pháp đồ thị (hình 3.42)
cho kết quả là 0,0116 μmol/J. Như vậy, Gs khi cắt mạch CTS-72 trương trong
nước thấp hơn Gs khi cắt mạch CTS-72 trương trong H2O2 5% ít nhất là 74
lần.
HSTĐPƯ cắt mạch tính được dựa vào hệ số góc của đường thẳng (2.5)
trên hình 3.42 là k72t = 0,6×10-5
kGy-1
. Giá trị này nhỏ hơn so với HSTĐPƯ
cắt mạch của CTS-91 (k917 = 1,32×10-5
kGy-1
) và CTS-80 (k80t = 0,88×10-5
kGy-1
). Taşkin và cộng sự (2014) cho rằng ĐĐA càng thấp tương ứng với độ
kết tinh càng cao cấu trúc càng nhỏ gọn hơn làm gia tăng sự tái kết hợp của
các gốc R• trong chuỗi CTS, do đó tốc độ cắt mạch thấp hơn, giá trị Gs giảm
(bảng 3.32) [91].
Bảng 3.32. Sự phụ thuộc của HSCMBX và HSTĐPƯ theo ĐĐA khi cắt mạch
ở trạng thái rắn [91]
CTS-ĐĐA 78 80 89 97
Gs (μmol/J) 1,36 1,37 1,62 2,07
k (kGy-1
) 2,58×10-7
2,59×10-7
2,99×10-7
3,75×10-7
Bảng 3.32 cũng cho thấy HSTĐPƯ ở trạng thái rắn theo công bố của
Taşkin và cộng sự tương đối thấp hơn so với giá trị mà chúng tôi nhận được
khi cắt mạch ở trạng thái trương. Nguyên nhân có thể là do sự khác nhau về
suất liều bức xạ, KLPT và hàm lượng nước liên kết CTS ban đầu sử dụng.
Tahtat và cộng sự (2012) cũng cắt mạch CTS có ĐĐA ~ 90% ở dạng rắn, kết
quả cho thấy HSTĐPƯ thu được là k = 2,1×10-5
kGy-1
[89]. Giá trị này lớn
hơn so với HSTĐPƯ cắt mạch ở trạng thái rắn do Taşkin và cộng sự công bố
122
(bảng 3.32). Nhìn chung, HSTĐPƯ cắt mạch bức xạ phụ thuộc khá phức tạp
vào KLPT, ĐĐA và điều kiện cắt mạch CTS như: dạng dung dịch, dạng rắn,
hay dạng trương… Nghĩa là hàm lượng nước liên kết với CTS cũng ảnh
hưởng đáng kể đến tốc độ và hiệu suất cắt mạch. Vì vậy, yếu tố này nên được
quan tâm nghiên cứu trong thời gian tới.
Sự thay đổi độ phân tán PI được thể hiện trên hình 3.43. Kết quả cho thấy
PI có xu hướng giảm dần khi tăng liều xạ hay thời gian cắt mạch. Sự kết hợp
đồng vận của tia γCo60
và H2O2 cắt mạch cho phân bố KLPT của CTS đồng
đều hơn. PI của CTS KLPT thấp đạt được < 2 ở liều xạ lớn hơn 20 kGy. Hình
3.43 cũng cho thấy cắt mạch bằng tia γCo60
cho CTS có độ phân tán thấp hơn
so với cắt mạch bằng H2O2 5%. Nguyên nhân có thể là do tác dụng của tia
γCo60
lên CTS đồng đều hơn ở các vị trí của mẫu so với H2O2 5% ở trạng thái
trương, vì vậy cắt mạch bằng tia γCo60
cho độ phân tán KLPT của CTS tương
đối thấp hơn.
Hình 3.43. Giá trị PI của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trương
theo liều xạ và thời gian (thời gian, giờ = kGy/1,33)
123
Hình 3.44. Phổ FT-IR của CTS-72 ban đầu (a) và sản phẩm cắt mạch CTS ở
dạng trương trong H2O2 5% tại các liều xạ 7,5 kGy (b); 14,0 kGy (c);
20,1 kGy (d) và 22,4 kGy (e)
Sự thay đổi cấu trúc của sản phẩm cắt mạch CTS-72 so với CTS-72 ban
đầu được phân tích bằng phổ FT-IR thể hiện trên hình 3.44. Dễ dàng nhận
thấy sản phẩm cắt mạch CTS-72 có các nhóm cấu tạo chính hầu như không
thay đổi so với CTS-72 ban đầu. Kết quả tính ĐĐA theo phương trình (2.3)
dựa vào cường độ pic 1320 và 1420 cm-1
cho kết quả ở bảng 3.33. CTS-72 cắt
mạch – KLPT thấp ở liều xạ 20 kGy có ĐĐA giảm so với CTS-72 ban đầu
khoảng 12%. Độ suy giảm ĐĐA tương đối thấp hơn so với CTS-91 và
CTS-80. Nguyên nhân theo chúng tôi là do CTS-72 khó cắt mạch hơn so với
CTS-91 và CTS-80, mức độ suy giảm KLPT thấp hơn nên sự cắt nhóm amin
cũng ít hơn, độ suy giảm ĐĐA bé hơn.
124
Bảng 3.33. ĐĐA của sản phẩm cắt mạch CTS-72 ở dạng trương
trong dung dịch H2O2 5% theo liều xạ
Liều xạ, kGy 0 7,5 14,0 20,1 22,4
ĐĐA, % 72 ± 0,3 70,5 ± 0,3 66,1 ± 0,2 63,2 ± 0,5 63,3 ± 0,3
Hình 3.45. CTS-72 ban đầu - 47,8 kDa (a); CTS-72 KLPT thấp - 13,3 kDa (b)
Hình 3.45 mô tả sự khác nhau về màu sắc của CTS-72 sau khi cắt mạch
so với CTS-72 ban đầu. Kết quả cho thấy tương tự như CTS-91 và CTS-80,
sản phẩm CTS-72 cắt mạch (hình 3.45 b) ở dạng trương cũng có màu vàng
đậm khác hẳn so với CTS-72 ban đầu (hình 3.45 a) có màu trắng sáng.
Qua thí nghiệm nghiên cứu hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 chúng
tôi có một số nhận xét sau:
- Áp dụng hiệu ứng đồng vận tia γCo60
và H2O2 5% cắt mạch CTS-72 có thể
chế tạo được CTS KLPT thấp khoảng 13 kDa (hình 3.45 b) ở liều xạ khoảng
22 kGy. CTS cắt mạch có các nhóm cấu tạo chính hầu như không thay đổi so
với CTS-72 ban đầu (hình 3.45 a).
- Tác nhân H2O2 5% cắt mạch khá hiệu quả CTS-72, độ suy giảm KLPT
CTS-72 không đáng kể khi cắt mạch bằng tia γCo60
.
125
- Hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 cực đại đạt được tương đối thấp
khoảng 12%.
- Áp dụng hiệu ứng đồng vận cắt mạch CTS-72 ở trạng thái trương cho hiệu
quả cắt mạch không thật sự vượt trội so với cắt mạch bằng H2O2 5% về mức
độ suy giảm KLPT. Tuy nhiên, phương pháp cắt mạch đồng vận có ưu điểm
trong việc giảm độ đa phân tán của polyme cắt mạch.
Hình 3.46. CTS sau khi cắt mạch bức xạ ở dạng trương
Hình 3.47. CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch từ CTS-72 (b); CTS-80 (c);
CTS-91(d) và COS chế tạo từ CTS-80 (e)
Hình 3.46 mô tả hỗn hợp sản phẩm sau khi chiếu xạ cắt mạch CTS ở
dạng trương. CTS-91 cắt mạch có màu sắc tương đối đậm hơn so với CTS-80
và CTS-72 cắt mạch. Sau khi chiếu xạ CTS-91 ở dạng vảy tương đối khô
trong khi CTS-80 và CTS-72 cắt mạch ở dạng khối nhão. Nguyên nhân có thể
là do CTS có ĐĐA thấp có khả năng liên kết với nước tốt nên dễ tạo thành
khối nhão. Điều này phù hợp với kết quả nghiên cứu ĐTNBH khi CTS có
ĐĐA 70 – 80% có ĐTHBH vượt trội so với CTS có ĐĐA 90%.
126
Hình 3.47 mô tả một số sản phẩm CTS cắt mạch ở dạng trương sau khi
đã xử lý theo quy trình. Kết quả cho thấy CTS cắt mạch càng sâu cho màu
càng đậm. CTS KLPT thấp (hình 3.47 b, c, d) có màu vàng đậm hơn so với
màu trắng ngà của CTS-80 ban đầu (hình 3.47 a). Trong khi đó màu của COS
(hình 3.47 e) chuyển hẳn sang màu nâu. Nguyên nhân sự thay đổi màu của
CTS cắt mạch là do sự hình thành cấu trúc vòng glucopyranose chưa bão hòa
như chúng tôi trình bày ở phần cắt mạch dung dịch.
Hình 3.48. Phổ UV –vis của CTS-80 (a); CTS KLPT thấp cắt mạch từ
CTS-72 (b); CTS-80 (c); CTS-91(d) và COS chế tạo từ CTS-80 (e) nồng độ
0,1 % (w/v) trong dung dịch axit axetic 0,05%
Phổ Uv-vis cho thấy CTS cắt mạch (hình 3.48 b, c, d, e) xuất hiện pic
293 nm và cường độ của pic này tăng dần theo chiều giảm KLPT.
Wasikiewicz [105] và Tahtat [89] cũng đưa ra kết quả tương tự về xuất hiện
pic 293 nm của CTS cắt mạch bằng bức xạ γCo60
cũng như bức xạ vi sóng
(microwave). Pic 293 nm biểu thị cho sự xuất hiện của nhóm cacbonyl (C=O)
127
cuối mạch tại các vị trí cacbon C1 và C4 khi CTS bị cắt mạch [89]. Ngoài ra,
Phổ UV-vis của CTS còn cho thấy pic hấp thụ ở 230 nm tương ứng với
sự chuyển dịch n→σ* của nhóm amido trong phân tử CTS. Wang và cộng sự
[102] cho rằng đối với CTS ban đầu chưa cắt mạch, sự chuyển dịch n→σ*
này có thể quan sát được ở bước sóng ngắn hơn khoảng 200 nm [102].
Qua nghiên cứu hiệu ứng đồng vận tia γCo60
và H2O2 5% cắt mạch CTS ở
dạng trương chúng tôi thu được một số kết luận quan trọng sau:
- H2O2 5% cắt mạch CTS ở dạng trương hiệu quả hơn so với tia γCo60
(1,33 kGy/h).
- ĐSGKLPT CTS khi cắt mạch bằng tia γCo60
ở dạng trương thấp hơn đáng
kể so với khi cắt mạch bằng chiếu xạ dung dịch.
- Khác với cắt mạch bằng chiếu xạ trong dung dịch – hiệu ứng đồng vận giảm
theo liều xạ, CTS cắt mạch ở dạng trương cho hiệu ứng đồng vận đạt cực đại
ở liều xạ khoảng 9, 20 và 14 kGy tương ứng với CTS-91; CTS-80 và CTS-72
ban đầu.
- HSCMBX được gia tăng đáng kể khi có mặt H2O2. Mức độ gia tăng
HSCMBX giảm khi tăng liều xạ.
- CTS KLPT thấp có thể chế tạo hiệu quả bằng kết hợp đồng vận tia γCo60
và
H2O2 5%. Cấu trúc và ĐĐA của CTS KLPT thấp thay đổi không đáng kể so
với CTS ban đầu ở liều xạ < 12 kGy.
- Đây là lần đầu tiên quá trình nghiên cứu cắt mạch CTS ở dạng trương được
tiến hành. Sản phẩm CTS KLPT thấp và COS sau chiếu xạ được thu hồi dễ
dàng hơn so với chiếu xạ dung dịch vì vậy rất có triển vọng áp dụng ở quy mô
công nghiệp. Ngoài ra CTS KLPT thấp có thể được ứng dụng trực tiếp hoặc
làm nguyên liệu để chế tạo COS trong dung dịch với liều xạ thấp.
128
3.5. KHẢ NĂNG CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BẰNG H2O2 TRONG
DUNG DỊCH
Các kết quả cắt mạch sử dụng H2O2 [76], [44], [45] đều cho thấy song
song với quá trình cắt mạch luôn kèm theo sự đề amin hóa. Mức độ đề amin
hóa càng mạnh khi cắt mạch càng sâu và tăng nồng độ H2O2 [45]. Qin và cộng
sự trong nghiên cứu cắt mạch CTS bằng H2O2 đã thông báo COS chế tạo
được có Mw ~ 1,2 kDa mất đến 40% nhóm amin [76].
Trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành cắt mạch hóa học sử dụng
H2O2 theo hai phương pháp khác nhau nhằm nghiên cứu khả năng bảo vệ
nhóm amin và hạn chế sự thay đổi cấu trúc của CTS cắt mạch. Phương pháp 1
là phương pháp cắt mạch theo bậc – đưa H2O2 vào phản ứng theo kiểu gián
đoạn 1% H2O2/1 giờ. Phương pháp 2 là phương pháp cắt mạch trực tiếp – đưa
H2O2 vào hệ phản ứng một lúc ngay từ đầu. Kết quả của nghiên cứu này được
dùng để so sánh với phương pháp chế tạo COS bằng hiệu ứng đồng vận
(tia γCo60
và H2O2) trên phương diện hiệu quả cắt mạch và hạn chế sự suy
giảm ĐĐA.
Hình 3.49. CTS có KLPT 31 (a), 15(b), 10(c) và 5 kDa (d)
Hình ảnh của CTS cắt mạch bằng phương pháp hóa học theo bậc (phương
pháp 1) so với CTS ban đầu thể hiện trên hình 3.49. Kết quả cắt mạch theo
phương pháp này cho số liệu trên bảng 3.34.
129
Bảng 3.34. KLPT, PI và ĐĐA của CTS được cắt mạch với các thời
gian khác nhau theo phương pháp 1
Stt Thời gian cắt mạch Mw (kDa) PI ĐĐA (%)
0 0 31,3 3,40 91,0
1 Cho vào 1% H2O2, phản ứng 1 giờ 25,5 3,10 -
2 Thêm 1% H2O2, phản ứng tiếp 1 giờ 18,6 2,60 -
3 Thêm 1% H2O2, phản ứng tiếp 1 giờ 15,6 2,40 76,9
4 Thêm 1% H2O2, phản ứng tiếp 1 giờ 10,0 2,07 73,9
5 Thêm 1% H2O2, phản ứng tiếp 1 giờ 5,7 1,90 73,6
6 Không thêm H2O2, phản ứng tiếp 1 giờ 5,1 2,12 -
(-) không xác định
Sự phụ thuộc giữa KLPT CTS vào thời gian cắt mạch được trình bày
trên hình 3.50. Kết quả cho thấy KLPT của CTS giảm khi gia tăng thời gian
cắt mạch. Kết quả trên bảng 3.34 cũng cho thấy thời gian phản ứng 1 giờ là
phù hợp để 1% H2O2 phản ứng hết. Sau 1 giờ phản ứng khi không thêm H2O2
KLPT của CTS thay đổi không đáng kể. Điều đáng chú ý là ĐĐA giảm từ
91% xuống 73,6 % chứng tỏ rằng song song với quá trình cắt mạch có sự đề
amin hóa. COS thu được sau 5 giờ phản ứng có ĐĐA giảm khoảng 18% so
với CTS ban đầu. Mức độ suy giảm ĐĐA này là lớn hơn đáng kể so với
phương pháp chế tạo COS bằng chiếu xạ dung dịch áp dụng hiệu ứng đồng
vận của tia γCo60
và H2O2 (có độ suy giảm ĐĐA <12%).
Hồi qui phi tuyến theo hai mô hình hàm luỹ thừa với biến số thời gian và
hàm mũ cơ số tự nhiên về sự phụ thuộc của Mw theo thời gian cắt mạch t (giờ)
trong dung dịch CTS 5% ở nhiệt độ 55oC bằng tác nhân H2O2 5% theo
phương pháp thêm H2O2 gián đoạn (H2O21%/1giờ), chúng tôi nhận thấy mối
liên hệ này có thể diễn tả bằng hàm số:
Mw = 34,665×e-0,324×t
(3.13)
130
Hình 3.50. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch theo phương pháp 1
Bảng 3.35. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự nhiên
(exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian (power)
theo phương pháp 1
Mô hình Hệ số ANOVA
R2
Hằng số Thời gian F P
Exponential 34,665 -0,324 184,776 0,000 0,974
Power 31,352 -0,926 30,164 0,005 0,883
Kết quả phân tích thống kê cho thấy ở mức kiểm định nghiêm ngặt
α = 0,001 mô hình hàm mũ (3.13) mô tả tốt số liệu thực nghiệm
(F(6) = 184,766; p = 0,000) với R2 = 0,974 (bảng 3.35) có nghĩa là 97,4 %
của phương sai có thể giải thích bằng mô hình. Như vậy mô hình này thích
hợp mô tả mối tương quan giữa thời gian cắt mạch và KLPT.
Từ kết quả trên có thể dự đoán phản ứng cắt mạch tuân theo mô hình
động học bậc nhất theo đó tốc độ cắt mạch không phụ thuộc vào nồng độ
131
H2O2 có thể do được bổ sung liên tục nên duy trì giá trị không đổi. Giả thiết
tốc độ giảm khối lượng phân tử r, chỉ tỉ lệ bậc nhất với KLPT ta có:
[ ] (3.14)ww
dMr k M
dt
Tách biến và lấy tích phân hai vế với điều kiện biên là tại thời điểm t = 0,
KLPT có giá trị M0
w
[Mw] = [M0
w]e-kt
(3.15)
Mô hình động học bậc nhất này cũng phù hợp với kết quả hồi qui phi
tuyến ta có M0
w = 34,99 kDa và k = 0,329 giờ-1
. Giá trị M0
w = 34,99 kDa cũng
gần với giá trị ban đầu là 31,2 kDa.
Theo phương pháp 2, H2O2 5% được đưa vào một lần. Sau 1 giờ cắt
mạch, lấy mẫu để phân tích GPC và FT-IR. Kết quả thu được trên bảng 3.36.
Sự phụ thuộc KLPT của CTS cắt mạch vào thời gian phản ứng được trình bày
trên hình 3.51.
Bảng 3.36. KLPT và ĐĐA phụ thuộc thời gian cắt mạch theo phương pháp 2
Stt Thời gian cắt mạch (giờ) Mw (kDa) PI ĐĐA (%)
0 0 31,3 3,40 91,0
1 0,5 21,3 2,82 -
2 1 16,9 2,49 -
3 2 14,0 2,31 -
4 3 13,8 2,37 -
5 4 12,1 2,16 -
6 5 10,6 2,09 71,5
(-) không xác định
Tương tự như phương pháp 1, chúng tôi cũng nhận thấy có sự đề amin
hóa khi quá trình cắt mạch xảy ra nhưng ở mức độ mạnh hơn. CTS KLPT
132
thấp thu được sau 5 giờ phản ứng có ĐĐA khoảng 71,5%, giảm 21% so với
CTS ban đầu. Trong cả hai trường hợp độ đa phân tán PI có khuynh hướng
giảm nhẹ từ 3,4 đến 2,0. Phân tích thống kê cho thấy độ đa phân tán của
phương pháp 1 (PItrung bình = 2,51; SD = 0,56; N = 7) không khác với độ phân
tán phương pháp 2 (PItrung bình = 2,52; SD = 0,46; N = 7) với t(12) = -0,026,
p = 0,98; trong đó SD là độ lệch chuẩn và N là cỡ mẫu.
Hình 3.51. Sự phụ thuộc của KLPT vào thời gian cắt mạch
theo phương pháp 2
Bảng 3.37. Kết quả hồi qui phi tuyến theo mô hình hàm mũ cơ số tự nhiên
(exponential) và hàm luỹ thừa với biến số thời gian (power)
theo phương pháp 2
Mô hình Hệ số ANOVA
R2
Hằng số Thời gian F P
Exponential 26,288 -0,164 51,769 0,001 0,912
Power 21,566 -0,368 150 0,000 0,987
133
Hồi qui phi tuyến mối quan hệ KLPT và thời gian cắt mạch theo hàm lũy
thừa với biến số thời gian và hàm mũ cơ số tự nhiên chúng tôi thu được kết
quả trình bày ở bảng 3.37. Với mức kiểm định nghiêm ngặt α = 0,001 chỉ có
hàm mũ cơ số thời gian phù hợp với số liệu thực nghiệm (p < 0,001). Hệ số
tương quan cao R2 = 0,987 cho thấy có đến 98,7% của phương sai có thể giải
thích bằng mô hình.
Mw = 21,566×t-0,368
(3.16)
Như vậy, mô hình này thích hợp cho số liệu thực nghiệm. Trong trường
hợp này rõ ràng động học phản ứng xảy ra khác với trường hợp trên. Chúng
tôi vẫn chưa lý giải được cơ chế xảy ra mô hình.
Qua quá trình nghiên cứu cắt mạch CTS bằng H2O2 trong dung dịch
chúng tôi thu được một số nhận xét sau: Với phương pháp 1 – H2O2 được đưa
vào từng giai đoạn khác nhau, động học cắt mạch tuân theo mô hình động học
bậc nhất. Khi H2O2 được đưa vào cùng một lúc (theo phương pháp 2) phản
ứng không tuân theo mô hình bậc nhất, mô hình cụ thể của nó cần nghiên cứu
thêm. Phương pháp 1 có ưu thế hơn so với phương pháp 2 về phương diện
bảo vệ nhóm amin và ít làm thay đổi cấu trúc của sản phẩm. Tuy nhiên, so với
phương pháp chiếu xạ áp dụng hiệu ứng đồng vận của H2O2 và tia γCo60
thì
chế tạo COS bằng phương pháp hóa học có độ suy giảm ĐĐA lớn hơn.
134
3.6. ỨNG DỤNG SẢN PHẨM CHITOSAN CẮT MẠCH
3.6.1. Hiệu ứng chống oxi hóa
Trong thí nghiệm này, chúng tôi lựa chọn một số mẫu CTS có Mw khác
nhau được chế tạo bằng hiệu ứng đồng vận tia γCo60
và H2O2 để khảo sát khả
năng chống oxi hóa. Kí hiệu mẫu và điều kiện chế tạo mẫu được trình bày ở
bảng 3.38.
Bảng 3.38: Kí hiệu các mẫu CTS cho nghiên cứu hiệu ứng chống oxi hóa
Kí hiệu mẫu Mw, kDa ĐĐA,% Mục chế tạo
CTSM45T 45,0 91 3.4.2
CTSM23T 23,4 90 3.4.3
COSM10D 9,9 88 3.3.1
COSM5D 4,7 83 3.3.1
T chế tạo ở dạng trương,
D mẫu chế tạo trong dung dịch
Kết quả đo OD, tính hiệu suất bắt gốc tự do dựa vào công thức (2.7) theo
thời gian được trình bày ở hình 3.52. Kết quả cho thấy CTS và COS có Mw
càng nhỏ hiệu suất bắt gốc tự do càng cao. Tại thời gian phản ứng 90 phút,
hiệu suất bắt gốc tự do là 69,9; 84,5; 89,2 và 99,3% tương ứng đối với Mw
CTS và COS là 45,0; 23,4; 9,9 và 4,7 kDa. Tomida và cộng sự [96] cũng xác
nhận xu hướng này khi nghiên cứu hiệu suất chống oxi hóa của CTS và COS
có Mw từ 2,8 đến 931 kDa. Kết quả của Feng và cộng sự [36] nghiên cứu hoạt
tính chống oxi hóa của CTS cắt mạch bằng phương pháp chiếu xạ tia γCo60
trong khoảng liều cho đến 20 kGy cũng cho thấy mẫu CTS chiếu xạ tại liều
20 kGy có hoạt tính chống oxi hóa là cao nhất 63,8% so với 16,6; 41,1 và
47,1% tương ứng với liều xạ 0, 2 và 10 kGy. Yang và cộng sự [113] cho rằng
nhóm amin (–NH2) và hydroxyl (–OH) của CTS và COS đóng vai trò quyết
định hoạt tính chống oxi hóa. So sánh với CTS thì các nhóm –NH2 và –OH
135
của COS linh động hơn. Các nhóm này trong phân tử của CTS kém linh động
vì liên kết hydro nội phân tử và ngoại phân tử do đó làm giảm hoạt tính chống
oxi hóa của CTS.
Hình 3.52. Hiệu suất bắt gốc tự do của CTS và COS
3.6.2. Hiệu ứng kháng khuẩn
Hiệu ứng kháng khuẩn của CTS KLPT thấp chế tạo bằng chiếu xạ
Từ kết quả chế tạo CTS KLPT thấp bằng phương pháp chiếu xạ γCo60
CTS trương trong dung dịch H2O2 5% ở mục 3.4.2, các mẫu CTS ban đầu
91,7 kDa và một số mẫu CTS có Mw khác nhau: 60; 45; 30 kDa được chúng
tôi lựa chọn để khảo sát hiệu ứng kháng khuẩn theo phương pháp đã trình bày
trong mục 2.3.4. Kết quả khảo sát được trình bày trên bảng 3.39.
136
Bảng 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của CTS có KLPT Mw (kDa)
khác nhau đối với E. coli
Mẫu Đối chứng CTSM91 CTSM60 CTSM45 CTSM30
E. coli, CFU/ml 2,9×108 1,6×10
8 7,0×10
2 7,8×10
3 9,7×10
2
, % - 44,8276 99,9998 99,9973 99,9997
Kết quả trên bảng 3.39 cho thấy các mẫu CTS Mw 30 – 60 kDa được chế
tạo bằng phương pháp chiếu xạ γCo60
CTS trương trong dung dịch H2O2 5%
có hiệu ứng kháng khuẩn tốt với η ~ 100%. Trong đó, mẫu CTSM60 tương
ứng với KLPT 60 kDa được chế tạo bằng chiếu xạ ở liều thấp 2,5 kGy thể
hiện hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn các mẫu còn lại. Qin và cộng sự (2006)
[74] cũng cho rằng hoạt tính kháng khuẩn tối ưu đạt được đối với CTS
khoảng 50 đến 60 kDa. Vì vậy, CTS KLPT thấp chế tạo được bằng hiệu ứng
đồng vận γCo60
và H2O2 ở liều thấp trong nghiên cứu của luận án có thể sử
dụng để làm chất bảo quản thực phẩm và cho nhiều mục đích kháng khuẩn
khác.
Hiệu ứng kháng khuẩn của CTS KLPT thấp và COS chế tạo bằng
phương pháp hóa học
CTS KLPT thấp chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ cho hiệu ứng kháng
khuẩn tốt và có thể áp dụng sản xuất với quy mô lớn nhưng đòi hỏi phải có
nguồn bức xạ. Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng CTS KLPT thấp và COS bằng
phương pháp hóa học hiện vẫn còn phù hợp trong điều kiện nguồn xạ chưa
phổ biến đối với nước ta hiện nay. Trong thí nghiệm này chúng tôi nghiên cứu
khả năng kháng khuẩn của CTS cắt mạch bằng phương pháp hóa học nhằm
mục đích ứng dụng vào chăn nuôi ở các địa phương chưa có nguồn xạ.
Từ kết quả chế tạo COS bằng phương pháp hóa học ở mục 3.5, các mẫu
CTS có Mw khác nhau gồm 5, 10, 15 kDa được chúng tôi lựa chọn để khảo sát
137
hiệu ứng kháng khuẩn với kí hiệu tương ứng là COSM5, COSM10 và
CTSM15. Đối tượng vi khuẩn được lựa chọn để khảo sát là E. coli (gram âm)
và S. aureus (gram dương).
Hiệu ứng kháng khuẩn E. coli
Kết quả khảo sát hiệu ứng kháng E. coli của mẫu CTS và COS được trình
bày trên bảng 3.40.
Bảng 3.40. Hiệu suất diệt khuẩn E. coli của CTS KLPT thấp và COS
Mẫu Đối chứng COSM5 COSM10 CTSM15
E. coli, CFU/ml 5,3×102 2,9×10
1 2,1×10
1 < 1
, % 0 94,53 96,04 100
* Nồng độ CTS/COS 400 ppm
Bảng 3.40 cho thấy các mẫu CTS cắt mạch có hoạt tính kháng khuẩn cao.
Đặc biệt mẫu CTSM15 tương ứng với CTS có Mw ~ 15 kDa cho hiệu quả
kháng khuẩn tốt hơn so với COS, hiệu suất kháng khuẩn đạt ~100%. Mẫu này
được lựa chọn để khảo sát hiệu quả kháng khuẩn theo nồng độ. Kết quả cho ở
bảng 3.41.
Bảng 3.41. Hiệu quả diệt khuẩn E. coli của CTSM15 có nồng độ khác nhau
Mẫu Đối chứng 200 ppm 300 ppm 400 ppm
E. coli, CFU/ml 3,2×107
7,8×106
6,4×104
1,7×102
, % 0 75,63 99,80 99,99
Bảng 3.41 cho thấy nồng độ CTSM15 phù hợp để sử dụng cho hoạt tính
kháng khuẩn là 300 ppm.
Hiệu ứng kháng khuẩn S. aureus
Hiệu ứng kháng khuẩn S. aureus cũng được khảo sát tương tự như đối
với E. coli. Kết quả thu được cho ở bảng 3.42.
138
Bảng 3.42. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có KLPT khác nhau
Mẫu Đối chứng COSM5 COSM10 CTSM15
S.Aureus, CFU/ml 1,3×104
1,2×102
< 1 < 1
, % 0 99 100 100
* Nồng độ CTS/COS 200 ppm
Bảng 3.42 cho thấy khi tăng Mw hiệu quả diệt khuẩn tăng. Mẫu COSM10
ở nồng độ 200 ppm đã có khả năng diệt gần như hoàn toàn vi khuẩn S.
aureus. Tuy nhiên, để diệt được E. coli bằng COSM10 cần nồng độ lớn hơn >
400 ppm (bảng 3.41). Do đó CTSM15 vẫn được lựa chọn để đảm bảo khả
năng diệt đồng thời cả hai loại vi khuẩn này ở nồng độ thấp. Kết quả khảo sát
hiệu ứng kháng khuẩn của CTS15 theo nồng độ được thể hiện trên bảng 3.43.
Bảng 3.43. Hiệu quả diệt khuẩn S. aureus của CTS có nồng độ khác nhau
Mẫu Đối chứng 100 ppm 200 ppm 300 ppm
S. aureus, CFU/ml 1,4.104
2,6.103
3,1.102
< 1
, % 0 81,23 97,79 100
Bảng 3.43 cho thấy nồng độ tối thiểu để diệt vi khuẩn S. aureus là
200 ppm. Kết quả này cũng cho thấy khả năng kháng khuẩn của CTSM15 lên
vi khuẩn gram dương (S. aureus) là tốt hơn so với vi khuẩn gram âm (E. coli).
Qua kết quả thu được từ nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của CTS cắt
mạch bằng phương pháp hóa học, chúng tôi có một số nhận xét như sau:
- CTS có KLPT Mw ~ 10 - 15 kDa chế tạo bằng phương pháp cắt mạch hóa
học theo bậc có khả năng kháng khuẩn tốt.
- Nồng độ CTS Mw 15 kDa thích hợp để kháng vi khuẩn E. coli (gram âm) là
300 ppm, vi khuẩn S. aureus (gram dương) là 200 ppm.
139
3.6.3. Hiệu ứng kích thích tăng trưởng và kháng bệnh trên gà
Qua tìm hiểu tài liệu chúng tôi nhận thấy việc bổ sung COS vào khẩu
phần ăn của gà con đã làm giảm số lượng E. coli trong đường tiêu hóa, tăng
mật độ vi nhung mao đường ruột, tăng nồng độ kháng thể trong huyết thanh
chống lại virus Newcastle, và tăng hiệu suất sinh trưởng [104]. Vì vậy trong
thí nghiệm này, chúng tôi bước đầu nghiên cứu khả năng kích thích tăng
trưởng và kháng bệnh cho gà dựa trên kết quả kháng khuẩn của CTS chế tạo
được.
CTS Mw thấp 30 – 60 kDa cho hiệu ứng kháng khuẩn tốt. Tuy nhiên, khả
năng ứng dụng của loại CTS này vào quá trình chăn nuôi gặp cản trở vì khả
năng hấp thu thấp. Trong khi đó, COS dễ dàng hấp thu qua ruột, nhanh chóng
đi vào máu và gây các hiệu ứng sinh học có hệ thống [42]. Vì vậy, các mẫu
COSM5, COSM10 và CTSM15 được lựa chọn cho nghiên cứu thử nghiệm
kích thích tăng trưởng và kháng bệnh trên gà.
Thí nghiệm khảo sát khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng trên
gà được bố trí gồm 4 lô. Trong đó, có 1 lô đối chứng và 3 lô còn lại được bổ
sung các loại COSM5, COSM10 và CTSM15 vào thức ăn với nồng độ
300 ppm. Từ việc so sánh giữa các lô thí nghiệm, các chỉ tiêu theo dõi khả
năng kháng bệnh và tăng trưởng của gà được đưa ra ở bảng 3.44 và bảng
3.45.
140
Bảng 3.44. Ảnh hưởng của CTS có Mw khác nhau
Hiện tượng Lô 1
COSM5
Lô 2
COSM10
Lô 3
CTSM15
Lô đối chứng
Chết Chết 1 con Chết 2 con
Lông tơ Lông tơ rụng
bình thường
Lông tơ rụng
khá nhiều
Lông tơ rụng
gần hết
Lông tơ rụng
thưa thớt
Hình thái phân Phân khá khô,
tròn vẫn còn
màu vàng của
bột, cho thấy
tiêu hóa
không tốt lắm.
Phân khô,
tròn, màu
vàng của bột
ít, cho thấy
tiêu hóa khá
tốt
Phân khô,
tròn, màu
vàng của bột
rất ít, cho
thấy tiêu hóa
tốt
Phân khô,
khá tròn,
màu vàng
của bột còn
nhiều, cho
thấy tiêu hóa
không tốt
Nhanh nhẹn Phát triển
chưa đều, đa
số không năng
động lắm
Phát triển
khá đều,
năng động
Phát triển
đều, không
có gà còi
cọc, năng
động
Phát triển
bình thường,
gà còi cọc
khá nhiều.
Màu lông,
mào, chân
Không phân
biệt rõ so với
gà đối chứng
Lông màu
đậm, mào
đỏ, chân
vàng sáng
Lông màu
đậm, mào đỏ
tươi, chân
vàng sáng
Bình thường
Dấu hiệu khác
(độ linh hoạt,
ăn kém,…)
Bị tác động
nhẹ khi thời
tiết thay đổi
hoặc khi tiêm
thuốc
Không bị tác
động khi
thời tiết thay
đổi hoặc khi
tiêm thuốc
Không bị tác
động khi
thời tiết thay
đổi hoặc khi
tiêm thuốc
Bị tác động
khi thời tiết
thay đổi
hoặc khi
tiêm thuốc
141
Bảng 3.45. Trọng lượng (kg) của gà 72 ngày tuổi ở các lô khác nhau
Mã số cân
(8 con/mã cân)
Lô đối chứng Lô 1
COSM5
Lô 2
COSM10
Lô 3
CTSM15
1 14,4 14,8 15,4 15,3
2 14,0 14,7 15,3 15,5
3 14,2 14,9 15,3 15,7
4 14,1 15,0 15,4 15,6
5 14,3 14,6 15,3 15,4
Trung bình 14,2 ± 0,2 14,8 ± 0,2 15,3 ± 0,1 15,5 ± 0,2
Độ tăng trọng, % - 4,20 ± 0,02 8,04 ± 0,01 9,20 ± 0,03
Phân tích ANOVA một chiều (one-way ANOVA), và kiểm định LSD kết
quả cho thấy COSM5, COSM10 và CTSM15 đều cho hiệu quả tăng trọng cao
hơn so với mẫu đối chứng (p = 0,00). Trong đó, COM10 và CTS15 không có sự
khác biệt thống kê (p = 0,089) và cho hiệu quả tốt hơn so với COSM5 (p = 0,00).
Kết quả khảo sát sơ bộ các chỉ tiêu phát triển của gà ở bảng 3.44 cho thấy
gà được bổ sung CTSM15 cho hiệu ứng phát triển tốt, gà không bị chết, còi
cọc và ít bị tác động khi thời tiết thay đổi hay khi tiêm thuốc. Vì vậy mẫu
CTSM15 phù hợp để bổ sung vào thức ăn của gà và được chúng tôi lựa chọn
để khảo sát nồng độ thích hợp để bổ sung vào thức ăn.
Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CTSM15 đến khả năng
kháng bệnh và kích thích tăng trưởng lên gà cũng được tiến hành với 4 lô.
Trong đó, có 3 lô được bổ sung CTSM15 vào thức ăn với nồng độ 100 ppm,
200 ppm và 400 ppm, lô còn lại là lô đối chứng. Từ việc so sánh giữa các lô
thí nghiệm, các chỉ tiêu theo dõi khả năng kháng bệnh và tăng trưởng của gà
được đưa ra ở bảng 3.46 và bảng 3.47.
142
Bảng 3.46. Ảnh hưởng của CTSM15 có nồng độ khác nhau
Hiện tượng Lô 1
(100 ppm)
Lô 2
(200 ppm)
Lô 3
(400 ppm)
Lô
đối chứng
Dịch Chết 10 con Chết 6 con Chết 5 con Chết 11 con
Lông tơ Lông tơ rụng
bình thường
Lông tơ rụng
khá nhiều
Lông tơ rụng
gần hết
Lông tơ rụng
thưa thớt
Hình thái
phân
Phân khá khô,
tròn vẫn còn
màu vàng của
bột, cho thấy
tiêu hóa
không tốt lắm.
Phân khô, tròn,
màu vàng của
bột ít, cho thấy
tiêu hóa khá tốt
Phân khô,
tròn, màu
vàng của bột
rất ít, cho
thấy tiêu hóa
tốt
Phân khô,
khá tròn,
màu vàng
của bột còn
nhiều, cho
thấy tiêu hóa
không tốt
Nhanh nhẹn Phát triển
chưa đều, đa
số không năng
động lắm
Phát triển khá
đều, năng động
Phát triển
đều, không
có gà còi
cọc, năng
động
Phát triển
bình thường,
gà còi cọc
khá nhiều.
Con to thì to
rất nhanh
Màu lông,
mào, chân
Không phân
biệt rõ so với
gà đối chứng
Lông màu đậm,
mào đỏ, chân
vàng sáng
Lông màu
đậm, mào đỏ
tươi, chân
vàng sáng
Bình thường
Dấu hiệu
khác
(độ linh
hoạt, ăn
kém,…)
Bị tác động
nhẹ khi thời
tiết thay đổi
hoặc khi tiêm
thuốc
Không bị tác
động khi thời
tiết thay đổi
hoặc khi tiêm
thuốc
Không bị tác
động khi
thời tiết thay
đổi hoặc khi
tiêm thuốc
Bị tác động
khi thời tiết
thay đổi
hoặc khi
tiêm thuốc
143
Bảng 3.47. Trọng lượng (kg) của gà 63 ngày tuổi ở các lô khác nhau
Mã số cân
(8 con/mã cân)
Lô đối chứng
(0 ppm)
Lô 1
(100 ppm)
Lô 2
(200 ppm)
Lô 3
(400 ppm)
1 12,7 13,4 13,5 13,9
2 12,7 13,5 13,6 13,5
3 12,8 13,3 13,7 13,7
4 12,9 13,6 13,7 13,8
5 12,7 13,2 13,5 13,6
Trung bình 12,8 ± 0,1 13,4 ± 0,2 13,6 ± 0,1 13,7 ± 0,2
Độ tăng trọng, % - 5,00 ± 0,01 6,58 ± 0,01 7,40 ± 0,02
Phân tích ANOVA một chiều và kiểm định LSD kết quả cho thấy nồng độ
100, 200 và 400 ppm đều cho hiệu quả tăng trọng cao hơn so với mẫu đối chứng
(p = 0,00). Trong đó, nồng độ 200 và 400 ppm không có sự khác biệt thống kê
(p = 0,243) và cho hiệu quả tốt hơn so với 100 ppm (p = 0,027 và p = 0,002).
Kết quả khảo sát sơ bộ các chỉ tiêu phát triển của gà ở bảng 3.46 cho thấy
gà được bổ sung CTSM15 với nồng độ 200 - 400 ppm cho hiệu quả phát triển
tốt, gà ít bị chết khi gặp dịch, phát triển đều không bị còi cọc và ít bị tác động
khi thời tiết thay đổi hay khi tiêm thuốc.
Qua thử nghiệm khả năng kháng bệnh và kích thích tăng trưởng trên gà
của CTSM15 chúng tôi có một số kết luận như sau:
Khi có bổ sung CTSM15 gà có sức đề kháng tốt hơn khi thời tiết thay đổi
hoặc khi tiêm vắc-xin phòng dịch. CTSM15 có tác dụng giúp cho hệ tiêu hóa
của gà tốt hơn, phân khô hơn làm cho chuồng trại khô ráo, sạch sẽ, không ẩm
ướt, ít mùi hôi thối. Màu lông đậm hơn, mào đỏ tươi, chân sáng hơn. Do ít bị
nhiễm bệnh nên gà có tốc độ lớn ổn định. Kết quả phân tích cho thấy
CTSM15 nồng độ 200 - 400 ppm bổ sung vào thức ăn của gà cho hiệu quả
kháng bệnh và tăng trưởng tốt nhất.
144
KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu một cách có hệ thống
về hiệu ứng đồng vận của tia γCo60
và H2O2 cắt mạch chitosan với các độ đề
axetyl khác nhau: 70, 80 và 90%. Kết quả thu được khi nghiên cứu hiệu ứng
đồng vận cắt mạch chitosan ở trạng thái trương, cắt mạch trong dung dịch với
nồng độ 5% chitosan và cắt mạch bằng H2O2 theo bậc là những kết quả mới
chưa được công bố. Luận án đóng góp cho việc phát triển ứng dụng chế tạo
dung dịch oligochitosan ở nồng độ cao 5% hướng tới sản xuất với quy mô lớn
(trước đây chỉ 1 - 3%). Từ nội dung nghiên cứu của luận án chúng tôi đạt
được một số kết quả sau:
1. Chitosan có độ đề axetyl khá cao 83% đã được chế tạo trong điều kiện
NaOH 50%, nhiệt độ 90°C chỉ sau 3 giờ phản ứng. Độ đề axetyl có thể được
gia tăng lên đến 95,5% bằng cách để nguội hỗn hợp phản ứng sau 12 giờ.
2. Dung dịch oligochitosan 5% được chế tạo bằng kết hợp đồng vận của tia
γCo60
và H2O2 0,5% ở liều xạ thấp dưới 20 kGy. Hiệu ứng đồng vận giảm khi
tăng liều xạ. Liều xạ cần để chế tạo oligochitosan từ chitosan ban đầu có độ
đề axetyl là 91, 80 và 72% tương ứng là 7, 9 và 17 kGy. Hiệu suất cắt mạch
bức xạ được gia tăng đáng kể khi có mặt H2O2 trong dung dịch chiếu xạ.
Chitosan có độ đề axetyl càng cao thì hiệu suất cắt mạch bức xạ và hằng số
tốc độ cắt mạch bức xạ càng cao. Độ đề axetyl của oligochitosan suy giảm so
với chitosan ban đầu dưới 12% tùy thuộc vào liều xạ.
3. Chitosan khối lượng phân tử 30 – 45 kDa được chế tạo hiệu quả bằng chiếu
xạ chitosan (Mw ~ 91,7 kDa, ĐĐA ~ 91,3%) ở dạng trương trong dung dịch
H2O2 trong khoảng liều xạ thấp 2,5 – 10 kGy. Nồng độ H2O2 5% là phù hợp
cho quá trình cắt mạch chitosan ở trạng thái trương trên phương diện hạn chế
145
sự thay đổi cấu trúc và giảm độ đề axetyl của sản phẩm. Suất liều càng thấp
hiệu quả cắt mạch càng cao.
4. Lần đầu tiên chitosan khối lượng phân tử thấp và oligochitosan được chế
tạo bằng hiệu ứng đồng vận ở dạng trương. Tác nhân H2O2 5% cắt mạch
chitosan hiệu quả hơn so với tia γCo60
(1,33 kGy/h). Hiệu suất cắt mạch
chitosan bằng tia γCo60
ở trạng thái trương thấp hơn đáng kể so với trạng thái
dung dịch. Chitosan cắt mạch ở dạng trương có hiệu ứng đồng vận đạt cực đại
ở liều xạ khoảng 9, 20 và 14 kGy tương ứng với chitosan ban đầu có độ đề
axetyl khoảng 91, 80 và 72%. Cấu trúc và độ đề axetyl của sản phẩm cắt
mạch thay đổi không đáng kể so với chitosan ban đầu ở liều xạ < 12 kGy.
5. Phương pháp cắt mạch gia tăng nồng độ H2O2 theo thời gian tuân theo mô
hình động học bậc nhất. Phương pháp này có ưu thế hơn so với việc sử dụng
H2O2 ở nồng độ cao ngay từ đầu về mặt hiệu quả cắt mạch cũng như bảo vệ
nhóm amin. Tuy nhiên, xét về hiệu quả cắt mạch thì phương pháp này vẫn
kém hơn so với phương pháp sử dụng hiệu ứng đồng vận tia γCo60
và H2O2.
6. Chitosan khối lượng phân tử càng nhỏ thể hiện hoạt tính chống oxi hóa
càng cao. Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp cao
hơn so với oligochitosan. Chitosan khối lượng phân tử 30 - 60 kDa thể hiện
hoạt tính kháng khuẩn tốt với hiệu suất kháng khuẩn ~100%. Khối lượng
phân tử khoảng 15 kDa là phù hợp để gia tăng sức đề kháng và trọng lượng
cho gà. Nồng độ thích hợp để bổ sung vào thức ăn cho gà là 200 - 400 ppm.
Đề nghị cho những nghiên cứu tiếp theo
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước liên kết với chitosan đến tốc độ
và hiệu suất cắt mạch đồng vận của tia γCo60
và H2O2 ở trạng thái trương.
- Nghiên cứu cơ chế thay đổi tốc độ phản ứng khi cắt mạch sâu chitosan ở liều
cao hoặc kéo dài thời gian cắt mạch.
146
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Bùi Duy Du, Đặng Văn Phú, Bùi Duy Cam, Nguyễn Quốc Hiến (2008),
“Nghiên cứu hiệu ứng cắt mạch chitosan tan trong nước bằng bức xạ gamma
Co – 60”, Tạp chí Hóa học, 46(1), tr. 57-61.
[2] Phạm Lê Dũng, Nguyễn Thị Đông, Phạm Thị Mai, Lê Thanh Sơn, Nguyễn
Kim Thanh, Võ Thị Thứ, Trịnh Bình, Nguyễn Thị Bình, Bạch Huy Anh, Cao
Vân Điểm (2001), “Màng sinh học VINACHITIN”, Tạp chí Hóa học, 39(2),
tr. 21-27.
[3] Phạm Thị Lệ Hà, Trần Thị Thủy, Lê Hải, Nguyễn Quốc Hiến (2012),
“Khả năng diệt nấm phồng lá chè (Exobasidum vexans mesee) của chitosan
chiếu xạ”, Tạp chí Sinh học, 24(2), tr. 47-50.
[4] Phạm Thị Hà, Trần Thị Thủy, Lê Hải, Võ Tấn Thiện, Nguyễn Quốc Hiến
(1996), “Nghiên cứu chiếu xạ chitin để chế tạo chitosan trọng lượng phân tử
thấp”, Tạp chí Hóa học, 34(ĐB), tr. 10-12.
[5] Nguyễn Quốc Hiến, Lê Hải, Lê Quang Luân, Trương Thị Hạnh, Phạm Thị
Lệ Hà (2000), “Nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật bức xạ”, Tạp
chí Hóa học, 38(2), tr. 22-24.
[6] Nguyễn Quốc Hiến, Đặng Văn Phú, Nguyễn Thị Kim Lan, Nguyễn Ngọc
Duy, Nguyễn Thụy Ái Trinh, Bùi Duy Du (2011), “Nghiên cứu hiệu ứng
đồng vận cắt mạch chitosan bằng bức xạ gamma Co – 60 kết hợp với
hydroperoxit”, Tạp chí Hóa học, 49(1), tr. 122-124.
[7] Trần Thái Hòa (2014), “Nghiên cứu chế tạo chitosan oligosaccharide
(COS) phục vụ chăn nuôi gà ở tỉnh Thừa Thiên Huế”, Báo cáo tổng kết đề tài
khoa học công nghệ cấp tỉnh, Mã số: TTH.2011- KC. 05, Tp. Huế.
147
[8] Châu Văn Minh, Phạm Hữu Điển, Đặng Lan Hương, Trịnh Đức Hưng,
Hoàng Thanh Hương (1996), “Nghiên cứu sử dụng chitosan trong nông
nghiệp và bảo quản thực phẩm”, Tạp chí Hóa học, 34(4), tr. 29-33.
[9] Bùi Phước Phúc, Hà Thúc Huy, Nguyễn Ngọc Duy, Đặng Văn Phú,
Nguyễn Quốc Hiến (2006), “Nghiên cứu giảm cấp chitosan bằng
hydroperoxit kết hợp với bức xạ gamma Co-60”, Tạp chí Hóa học và Ứng
dụng, 52(4), tr. 29-32.
[10] Bùi Phước Phúc, Hà Thúc Huy, Nguyễn Ngọc Duy, Đặng Văn Phú,
Nguyễn Quốc Hiến (2007), “Nghiên cứu cắt mạch beta-chitosan bằng H2O2
kết hợp với bức xạ Gamma 60
Co”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và
Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VI, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Đà Lạt.
[11] Bùi Phước Phúc, Nguyễn Triệu, Hà Thúc Huy, Nguyễn Ngọc Duy, Đặng
Văn Phú, Nguyễn Quốc Hiến (2006), “Nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng
phương pháp chiếu xạ dung dịch chitosan”, Tạp chí Hóa học và Ứng dụng,
57(9), tr. 38-41.
[12] Trang Sỹ Trung, Trần Thị Luyến, Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Thị Hằng
Phương (2010), Chitin-chitosan từ phế liệu thủy sản và ứng dụng, Nxb Nông
nghiệp Tp. Hồ Chí Minh.
[13] Lê Thị Hải Yến, Nguyễn Thị Ngọc Tú (2003), “Khảo sát động học phản
ứng deaxetyl hóa chitin thành chitosan ở nhiệt độ thường”, Tạp chí Hóa học,
41(3), tr. 54-60.
Tiếng Anh
[14] AOAC. (1990), Official Methods of Analysis 15ed, Association of
Official Analytical Chemists, Washington, DC.
148
[15] Baxter A., Dillon M., Taylor K.D.A., Roberts G.A.F. (1992), “Improved
method for i.r. determination of the degree of N-acetylatin of chitosan”,
International Journal of Biological Marcomolecules 14, pp. 166-169.
[16] Belamie E., Domard A., Giraud-Guille M.M. (1997), “Study of the solid-
state hydrolysis of chitosan in presence of HCl”, Journal of Polymer Science
A: Polymer Chemistry 35, pp. 3181-3191.
[17] Belloni J., Mostafavi M., Remita H., Marignier J.L., Delcourt M.O.
(1998), “Radiation-induced synthesis of mono-and multi-metalic cluslers and
nanocolloids”, New Journal of Chemistry, 22(11), pp. 1239-1255.
[18] Brugnerotto J., Lizardi J., Goycoolea F.M., Argüelles – Monal W.,
Desbrières J., Rinaudo M. (2001), “An infrared investigation in relation with
chitin and chitosan characterization”, Polymer 42, pp. 3569-3580.
[19] Buxton G.V., Greenstock C.L., Helman W.P., Ross A.B (1988), “Critical
review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms
and hydroxyl radicals (•OH/
•O
-) in aqueuos solution”, Journal of Physical and
Chemical Reference Data 17 (2), pp. 513-886.
[20] Cabrera J.C., Cutsem P.V. (2005), “Preparation of chitooligosaccharides
with degree of polymerization than 6 by acid or enzymatic degradation of
chitosan”, Biochemical Engineering Journal 25, pp. 165-172.
[21] Cha S.H., Lee J.S., Song C.B., Lee K.J., Jeon Y.J. (2008), “Effects of
chitosan-coated diet on improving water quality and innate immunity in the
olive flounder, Paralichthys olivaceus”, Aquaculture 278, pp. 110-118.
[22] Chang H.Y., Chen J.J., Fang F., Chen Z. (2004), “Enhancement of
antibody response by chitosan, a novel adjuvant of inactivated influenza
vaccine”, Chinese Journal of Biology 17, pp. 21-24.
149
[23] Chang K.L.B., Tai M.C., Cheng F.H. (2001), “Kinetics and products of
the degradation of chitosan by hydrogen peroxide”, Journal of Agricultural
and Food Chemistry 49, pp. 4845-4851.
[24] Chang K.L.B., Tsai G., Lee J., Fu W.R. (1997), “Heterogeneous
N-deacetylation of chitin in alkaline solution”, Carbohydrate Research 303,
pp. 327-332.
[25] Charleby A. (1960), Atomic radiation and polymers, Oxford: Pergamon
Press.
[26] Chen Y.M., Chung Y.C., Wang L.W., Chen K.T., Li S.Y. (2002),
“Antibacterial properties of chitosan in waterborne pathogen”, Journal of
Environmental Science and Health A 37, pp. 1379-1390.
[27] Chmielewski A.G., Haji-Saeid M. (2004), “Radiation technologies: past,
present and future”, Radiation Physics and Chemistry 71, pp. 17-21.
[28] Cho Y.W., Cho Y.N., Chung S.H., Yoo G., Ko S.W. (1999), “Water -
soluble chitin as a wound healing accelerator”, Biomaterials 20,
pp. 2139-2145.
[29] Costa E.M., Silva S., Pina C., Tavaria F.K., Pintado M.M. (2012),
“Evaluation and insights into chitosan antimicrobial activity against oral
pathogens”, Anaerobe 18, pp. 305-309.
[30] Czechowska-Biskup R., Rokita B., Lotfly S., Ulanski P., Rosiak J.M.
(2005), “Degradation of chitosan and starch by 360-kHz ultrasound”,
Carbohydrate Polymers 60, pp. 175-184.
[31] Davydova V.N., Nagorskaya V.P., Gorbach V.I., Kalitnik A.A., Reunov
A.V., Solov’eva T.F., Ermak I.M. (2011), “Chitosan antiviral activity:
dependence on structure and depolymerization method”, Applied
Biochemistry and Microbiology 47, pp. 103-108.
150
[32] Nguyen Ngoc Duy, Dang Van Phu, Nguyen Tue Anh, Nguyen Quoc
Hien (2011), “Synergistic degradation to prepare oligochitosan by γ –
irradiation of chitosan solution in the presence of hydrogen peroxide”,
Radiation Physics and Chemistry 80, pp. 848-853.
[33] Einbu A., Vårum K.M. (2007), “Depolymerization and de-N-acetylation
of chitin oligomers in hydrochloric acid”. Biomacromolecules 8, pp. 309-314.
[34] El – Sawy N.M., El – Rehim H.A.A., Elbarbary A.M., Hegazy E.A.
(2010), “Radiation – induced degradation of chitosan for possible use as a
growth promoter in agricultural purposes”, Carbohydrate Polymers 79,
pp. 555-562.
[35] Fan M., Hu Q., Shen K. (2009), “Preparation and structure of chitosan
soluble in wide pH range”, Carbohydrate Polymers 78, pp. 66-71.
[36] Feng T., Du Y., Li J., Hu Y., Kennedy F.J. (2008), “Enhancement of
antioxidant activity of chitosan by irradiation”, Carbohydrate Polymers 73,
pp. 126-132.
[37] Fricke H., Hart E.J. (1996), Chemical dosimetry, in Radiation Dosimetry,
Academic Press, New York, London.
[38] Haji-Saeid M., Safrany A., Sampa M.H.O., Ramamoothy N. (2010),
“Radiation processing of natural polymers: the IAEA contribution”, Radiation
Physics and Chemistry 79, pp. 255-260.
[39] Harish Prashanth K.V., Tharanathan R.N. (2007), “Chitin/chitosan:
modification and their unlimited potential – an overview”, Trends in Food
Science and Technology 18, pp. 117-131.
[40] Nguyen Quoc Hien, Dang Van Phu, Nguyen Ngoc Duy, Nguyen Thi
Kim Lan (2012), “Degradation of chitosan in solution by gamma irradiation
151
in the presence of hydrogen peroxide”, Carbohydrate Polymers 87,
pp. 935-938.
[41] Hirai A., Odani H., Nakajima A. (1991), “Determination of degree of
deacetylation of chitosan by 1H NMR spectroscopy”, Polymer Bulletin 26,
pp. 87-94.
[42] Jeon Y.J., Park P.J., Byun H.G., Song B.K., Kim S.K. (1998),
“Production of chitosan oligosaccharides using chitin-immobilized enzyme”,
Korean Journal of Biotechnology and Bioengineering 13, pp. 147-154.
[43] Jeon Y.J., Park P.J., Kim S.K. (2001), “Antimicrobial effect of
chitooligosaccharides produced by bioreactor”, Carbohydrate Polymers 44,
pp. 71-76.
[44] Kabal'Nova N. N., Murinov K.Y., Mullagaliev I.R., Krasnogorskaya
N.N., Shereshovets V.V., Monakov Y.B., Zaikov G.E. (2001), “Oxidative
destruction of chitosan under the effect of ozone and hydrogen peroxide”,
Journal of Applied Polymer Science 81, pp. 875-881.
[45] Kang B., Dai D.Y, Zhang Q.H., Chen D. (2007), “Synergetic degradation
of chitosan with gamma radiation and hydrogen peroxide”, Polymer
Degradation and Stability 92, pp. 359-362.
[46] Kasaai M. R. (2008), “A review of several reported procedures to
determine the degree of N-acetylation for chitin and chitosan using infrared
spectroscopy”, Carbohydrate Polymers 71, pp. 497-508.
[47] Kasaai M.R. (2010), “Determination of the degree of N-acetylation for
chitin and chitosan by variuos NMR spectroscopy techniques: A review”
Carbohydrate Polymers 79, pp. 801-810.
152
[48] Kasaai M. R. (2009), “Various methods for determination of the degree
of N-acetylation of chitin and chitosan: a review”, Journal of Agricultural and
Food Chemistry 57, pp. 1667-1676.
[49] Khan T.A., Peh K.K., Ch’ng H.S. (2002), “Reporting degree of
deacetylation values of chitosan: the influence of analytical methods”,
Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences 5, pp. 205-212.
[50] Kim J.Y., Lee J.K., Lee T.S., Park W.H. (2003), “Synthesis of
chitooligosaccharide derivative with quaternary ammonium group and its
antimicrobial activity against Streptococcus mutans”, International Journal of
Biological Macromolecules 32, pp. 23-27.
[51] Kim K.W., Min B.J., Kim Y.T., Kimmel R.M., Cooksey K., Park S.I.
(2011), “Antimicrobial activity against foodborne pathogens of chitosan
biopolymer films of different molecular weights”, LWT–Food Science and
Technology 44, pp. 565-569.
[52] Kim K.W., Thoms R.L. (2007), “Antioxidative activity of chitosans with
varying molecular weights”, Food Chemistry 101, pp. 308-313.
[53] Kim S.K., Rajapakse N. (2005), “Enzymatic production and biological
activities of chitosan oligosaccharides (COS): A review”, Carbohydrate
Polymers 62, pp. 357-368.
[54] Knaul J.Z., Kasaai M.R., Bui V.T., Creber K.A.M. (1998),
“Characterization of deacetylated chitosan and chitosan moleculer weight
review”, Canadian Journal of Chemistry 76, pp. 1699-1706.
[55] Kumirska J., Czerwicka M., Kaczynski Z., Bychowska A., Brzozowski
K., Thöming J., Stepnowski P. (2010), “Application of spectroscopic methods
for structural analysis of chitin and chitosan”, Marine Drugs 8,
pp. 1567-1636.
153
[56] Lavertu M., Xia Z., Serreqi A. N., Berrada M., Rodrigues A., Wang D.,
Buschman M. D., Gupta A. (2003), “A validated 1H-NMR method for the
determination of the degree of deacetylation of chitosan”, Journal of
Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 32, pp. 1149-1158.
[57] Li B., Zhang J., Bu F., Xia W. (2013), “Determination of chitosan with a
modified acid hydrolysis and HPLC method”, Carbohydrate Research 366,
pp. 50-54.
[58] Li K., Xing R., Liu S., Qin Y., Meng X., Li P. (2012), “Microwave-
assisted degradation of chitosan for a possible use in inhibiting crop
pathogenic fungi”, International Journal of Biological Marcomolecules 51,
pp. 767-773.
[59] Li P., Wang Y., Peng Z., She F., Kong L. (2011), “Development of
chitosan nanoparticles as drug delivery systems for 5–fluorouracil and
leucovorin blends”, Carbohydrate Polymers 85, pp. 698-704.
[60] Liu H., Bao J., Du Y., Zhou X., Kennedy J.F. (2006), “Effect of
ultrasonic treatment on the biochemphysical properties of chitosan”,
Carbohydrate Polymers 64, pp. 553-559.
[61] Liu N., Chen X.G., Park H.J., Liu C.G., Liu C.S., Meng X.H., Yu L.J.
(2006), “Effect of MW and concentration of chitosan on antibacterial activity
of Escherichia coli”, Carbohydrate Polymers 64, pp. 60-65.
[62] Lu Y.H., Wei G.S., Peng J. (2004), “Radiation degradation of chitosan in
the presence of H2O2”, Chinese Journal of Polymer Science 22, pp. 439-444.
[63] Makuuchi K. (2010), “Critical review of radiation processing of hydrogel
and polysaccharide”, Radiation Physics and Chemistry 79, pp. 267-271.
154
[64] Moore G.H., Roberts G.A.F. (1978), In “Proceeding 1st International
Conference Chitin/chitosan (1977)”, (Eds. Muzzarelli R.A.A. and Pariser
E.R.), MIT Sea Grant Report 78-7, 421.
[65] Morris G.A., Castile J., Smith A., Adams G.G., Harding S.E. (2009),
“The kinetics of chitosan depolymerisation at different temperatures”,
Polymer Degradation and Stability 94, pp. 1344-1348.
[66] Murugadoss A., Chattopadhyay A. (2008), “A “green” chitosan - silver
nanoparticles composite as a heterogeneous as well as micro-heterogeneous
catalyst”, Nanotechnology, 19(1), pp. 015603/1-015603/9.
[67] Muzzarelli R.A.A., Rocchetti R. (1985), “Determination of the degree of
acetylation of chitosans by first derivative ultraviolet spectrophotometry”.
Carbohydrate Polymers 5, pp. 461-472.
[68] Nagasawa N., Mitomo H., Yoshii F., Kume J. (2000), “Radiation-
induced degradation of sodium alginate”, Polymer Degradation and Stability
69, pp. 279-285.
[69] No H.K., Lee K.S., Meyers S.P. (2000), “Correlation between
physicochemical characteristics and binding capacities of chitosan products”,
Journal of Food Science 65(7), pp. 1134-1137.
[70] No H.K., Park N. Y., Lee S.H., Meyers S.P. (2002), “Antibacterial
activity of chitosans and chitosan oligomers with different molecular
weights”, International Journal of Food Microbiology 74, pp. 65-72.
[71] Ocloo F.C.K., Quayson E.T., Adu-Gyamfi A., Quarcoo E.A., Asare D.,
Serfor-Armah Y., Woode B.K. (2011), “Physicochemical and functional
characteristics of radiation-processed shrimp chitosan”, Radiation Physics
and Chemistry 80, pp. 837-481.
155
[72] Ouakfaoui S.E., Asselin A. (1992), “Multiple forms of chitosanase
activities”, Phytochemistry 31, pp. 1513 - 1518.
[73] Peniche C., Argüelles-Monal W., Davidenko N., Sastre R., Gallardo A.,
Román J.S. (1999), “Self-curing membranes of chitosan/PAA IPNs obtained
by radical polymerization: preparation, characterization and interpolymer
complexation”, Biomaterials 20, pp. 1869-1878.
[74] Qin C., Li H., Xiao Q., Liu Y., Zhu J., Du Y. (2006), “Water-solubility
of chitosan and its antimicrobial activity”, Carbohydrate Polymers 63,
pp. 367-374.
[75] Qin C.D., Du Y.M., Xiao L. (2002), “Enzymatic preparation of water
soluble chitosan and their antitumor activity”, International Journal of
Biological Marcomolecules 31, pp. 111-117.
[76] Qin C.Q., Du Y.M., Xiao L. (2002), “Effect of hydrogen peroxide
treatment on the molecular weight and structure of chitosan”, Polymer
Degradation and Stability 76, pp. 211-218.
[77] Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans
C. (1999), “Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation
decolorization assay”, Free Radical Biology and Medicine 26, pp. 1231-1237.
[78] Reddy M.V.B., Arul J., Angers P., Couture L. (1999), “Chitosan
treatment of wheat seeds induces resistance to Fusarium gramiearum and
inproves seed quality”, Journal of Agricultural and Food Chemistry 47,
pp. 1208-1216.
[79] Rinaudo M. (2006), “Chitin and chitosan: properties and applications”,
Progress in Polymer Science 31, pp. 603-632.
156
[80] Robert G.A.F., Domszy J.G. (1982), “Determination of the viscometric
constants for chitosan”, International Journal of Biological Marcomolecules
4, pp. 374-377.
[81] Rosiak J. M., Janik I., Kadlubowski S., Kozicki M., Kujawa P., Stasica
P., Ulanski P. (2002), “Radiation formation of hydrogels for biomedical
applications”, IAEA-TECDOC-1324, Radiation synthesis and modification of
polymers for biomedical applications, pp. 5-47.
[82] Sannan T., Kurita K., Ogura K., Iwakura Y. (1978), “Studies on chitin :
7. I.r. spectroscopic determination of degree of deactylation”, Polymer 19,
pp. 458-459.
[83] Shao J., Yang Y., Zhong Q. (2003), “Study on preparation of
oligoglucosamine by oxidative degradation under microwave”, Polymer
Degradation and Stability 82, pp. 395-398.
[84] Srinivasan S.S., Wade J., Stefanakos E.K., Goswami Y. (2006),
“Synergistic effects of sulfation and co-doping on the visible light
photocatalysis of TiO2”, Journal of Alloys and Compounds, 424, pp. 322-326.
[85] Sun T., Zhou D., Xie J., Mao F. (2007), “Preparation of chitosan
oligomers and their antioxidant activity”, European Food Research and
Technology 225, pp. 451-456.
[86] Synowiecki J., Al-Khateeb N.A. (2003), “Production, properties, and
some new applications of chitin and its derivatives”, Critical Reviews in Food
Science and Nutrition 43, pp. 145-171.
[87] Tabata Y. (1991), “General introduction to radiation chemistry”,
UNDP/IAEA/RCA, Training course on radiation chemistry, Takasaki,
pp. 55-65.
157
[88] Taghizadeh M.T., Abdollahi R. (2011), “Sonolytic, sonocatalytic and
sonophotocatalytic degradation of chitosan in the presence of TiO2
nanoparticles”, Ultrasonic Sonochemistry 18, pp. 149-157.
[89] Tahtat D., Mahlous M., Benamer S., Khodja A.N., Youcef S.L. (2012),
“Effect of molecular weight on radiation chemical degradation yield of chain
scission of γ-irradiated chitosan in solid state and in aqueous solution”,
Radiation Physics and Chemistry 81, pp. 659-665.
[90] Tan S.C., Khor E., Tan T.K., Wong S.M. (1998). “The degree of
deacetylation of chitosan: advocating the first derivative uv –
spectrophotometry method of determination”, Talanta 45, pp. 713-719.
[91] Tașkin P, Canisaǧ H, Șen M. (2014), “The effect of degree of
deactylation on the radiation induced degradation of chitosan”, Radiation
Physics and Chemistry 94, pp. 236-239.
[92] Terbojevich, M., Cosani A. (1997) “Molecular weight determination of
chitin and chitosan”, In “Chitin Handbook”, Mazzarelli R.A.A. and Peter
M.G. (ed.), European Chitin Society.
[93] Terbojevich M., Cosani A., Focher B., Marsano E. (1993), “High-
performance gel-permeation chromatography of chitosan samples”,
Carbohydrate Research 250, pp. 301-314.
[94] Thaipong K., Boonprakob U., Crosby K., Cisneros-Zevallos L.,
Byrne H.D. (2006), “Comparison of ABTS, DPPH, FRAP, and ORAC assays
for estimating antioxidant activity from guava fruit extracts”, Journal of Food
Composition and Analysis 19, pp. 669-675.
[95] Tian F., Liu Y., Hu K., Zhao B. (2004), “Study of the depolymerization
behavior of chitosan by hydrogen peroxide”, Carbohydrate Polymers 57,
pp. 31-37.
158
[96] Tomida H., Fujii T., Furutani N., Michihara A., Yasufuku T., Akasaki
K., Maruyama T., Otagiri M. Gebicki J.M., Anraku M. (2009), “Antioxidant
properties of some different molecular weight chitosans”, Carbohydrate
Research 344, pp. 1690-1699.
[97] Tommeraas K., Varum K.M., Christensen B.E., Smidrod O. (2001),
“Preparation and characterization of oligosaccharides produced by nitrous
acid depolymerization of chitosan”, Carbohydrate Research 333,
pp. 137-144.
[98] Tsaih M.L., Tseng L.Z., Chen R.H. (2004), “Effect of removing small
fragments with ultrafiltration treatment and ultrasonic conditions on the
degradation kinetics of chitosan”, Polymer Degradation and Stability 86,
pp. 25-32.
[99] Ulanski P., Rosiak J.M. (1992), “Preliminary study on radiation-induced
changes in chitosan”, Radiation Physics and Chemistry 39, pp. 53-57.
[100] Ulanski P., von Sonntag C. (2000), “OH – radical – induced chain
scission of chitosan in the absence and presence of dioxygen”, Journal of the
Chemical Society, Perkin Transactions 2, pp. 2022-2028.
[101] Vivek R., Babu V.N., Thangam R., Subramanian K.S., Kannan S.
(2013), “pH-responsive drug delivery of chitosan nanoparticles as Tamoxifen
carriers for effective anti-tumor activity in breast cancer cells”, Colloids and
Surfaces B: Biointerfaces 111, pp. 117-123.
[102] Wang S.M., Huang Q.Z., Wang Q.S. (2005), “Study on the synergetic
degradation of chitosan with ultraviolet light and hydrogen peroxide”,
Carbohydrate Research 340, pp. 1143-1147.
159
[103] Wang W., Bo S., Li S., Qin W. (1991), “Determination of the Mark-
Houwink equation for chitosans with different degrees of deacetylation”,
International Journal of Biological Marcomolecules 13, pp. 281-285.
[104] Wang X.W., Du Y.G., Bai X.F., Li S.G. (2003), “The effect of
oligochitosan on broiler gut flora, microvilli density, immune function and
growth performance”, Acta Zoonutrim Sin 15, pp. 32-45.
[105] Wasikiewicz J.M., Yeates S.G. (2013), “ “Green” molecular weight
degradation of chitosan using microwave irradiation”, Polymer Degradation
and Stability 98, pp. 863-867.
[106] Wasikiewicz J. M., Yoshii F., Nagasawa N., Wach R.A., Mitomo H.
(2005), “Degradation of chitosan and sodium alginate by gamma radiation,
sonochemical and ultraviolet methods”, Radiation Physics and Chemistry 73,
pp. 287-295.
[107] Weiss J. (1944), “Radiochemistry of Aqueous solutions”, Nature 153,
pp. 748-750.
[108] Woods R.T., Pikaev A.K. (1994), Applied radiation chemistry:
radiation processing, New York: Wiley.
[109] Wu A.C.M, Bough W.A., Conrad E.C., Alden Jr K.E. (1976),
“Determination of molecular-weight distribution of chitosan by high-
performance liquid chromatography”, Journal of Chromatography A 128,
pp. 87-99.
[110] Xia W., Liu P., Zhang J., Chen J. (2011), “Biological activities of
chitosan and chitooligosaccharides”, Food Hydrocolloids 25, pp. 170-179.
[111] Xing R., Liu S., Yu H., Guo Z., Wang P., Li C., Li Z., Li P. (2005),
“Salt-assisted acid hydrolysis of chitosan to oligomers under microwave
irradiation”, Carbohydrate Research 340, pp. 2150-2153.
160
[112] Yanagiguchi K., Ikeda T., Takai F., Ogawa K., Hayashi Y. (2002),
“Wound Heading Following Direct Pulp Capping with Chitosan - Ascorbic
Acid Complex in Rat Incisors”, in: Uragami T., Kurita K., Fukamizo T., eds.
Chitin and Chitosan-Chitin and Chitosan in Life Science. Tokyo: Kodansha
Scientific, pp. 240-242.
[113] Yang Y., Shu R., Shao J., Xu G., Gu X. (2006), “Radical scavenging
activity of chitooligosaccharide with different molecular weights”, European
Food Research and Technology 222, pp. 36-40.
[114] Yen M.T., Yang J.H., Mau J.L. (2009), “Physicochemical
characterization of chitin and chitosan from crab shells”, Carbohydrate
Polymers 75, pp. 15-21.
[115] Yen Y.Y., Wang H.T., Guo W.J., (2012), “Synergistic flame retardant
effect of metal hydroxide and nanoclay in EVA composites”, Polymer
Degradation and Stability 97, pp. 863-869.
[116] Yin H., Zhao X., Du Y. (2010) “Oligochitosan: A plant diseases
vaccine–review”, Carbohydrate Polymers 82, pp. 1-8.
[117] Zheng L.Y., Zhu J.F. (2003), “Study on antimicrobial activity of
chitosan with different molecular weigth”, Carbohydrate Polymers 54,
pp. 527–530.
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN
I. Tạp chí khoa học
1. Đặng Xuân Dự, Đinh Quang Khiếu, Diệp Khanh, Nguyễn Quốc Hiến
(2013), Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận dùng gamma Co – 60 và H2O2
cắt mạch chitosan chế tạo oligochitosan, Tạp chí Hóa Học, 51(2C),
tr. 627 – 631.
2. Đặng Xuân Dự, Nguyễn Thị Thu Hương, Võ Quang Mai, Trần Thái
Hòa, Nguyễn Quốc Hiến (2013), Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận tia
γ/H2O2 cắt mạch chitosan ở dạng trương trong nước, Tạp chí Hóa Học,
51(3AB), tr. 169 – 172.
3. Trần Thái Hòa, Đặng Xuân Dự, Nguyễn Quốc Hiến, Nguyễn Thị
Thanh Hải, Đinh Quang Khiếu (2013), Nghiên cứu điều chế
oligochitosan bằng phương pháp cắt mạch hóa học H2O2 và hoạt tính
kháng khuẩn, Tạp chí Hóa Học, 51(2C), tr. 955 – 959.
4. Đặng Xuân Dự (2013), Xác định độ trương nước bão hòa của một số
loại Chitosan có độ đề axetyl khác nhau được chế tạo từ vỏ tôm, Tạp
chí Đại học Sài Gòn, 13, tr. 92 – 99.
5. Dang Xuan Du, Bui Phuoc Phuc, Tran Thi Thuy, Le Anh Quoc, Dang
Van Phu, Nguyen Quoc Hien (2013), Study on gamma-irradiation
degradation of chitosan swollen in H2O2 solution and its antimicrobial
activity for E.coli, Nuclear Science and Technology, Vol. 3, pp. 33 –39.
6. Dang Xuan Du, Vo Quang Mai, Nguyen Ngoc Duy, Dang Van Phu,
Nguyen Quoc Hien (2014), Degradation of chitosan by γ-irradiation of
chitosan swollen in hydrogen peroxide solution, Journal of Science and
Technology, 52(4), pp. 441 – 450.
7. Đặng Xuân Dự, Diệp Khanh, Trần Thị Anh Thư, Võ Quang Mai
(2014), Nghiên cứu tác dụng đồng vận của tia Gamma Co-60 và
hydroperoxit cắt mạch chitosan có độ đề axetyl khoảng 70% ở trạng
thái trương, Tạp chí Đại học Sài Gòn, 26(1), pp. 21-31
II. Hội nghị quốc gia
1. Đặng Xuân Dự, Trần Thái Hòa, Võ Quang Mai, Lê Công Nhân,
Nguyễn Ngọc Duy, Đặng Văn Phú, Nguyễn Quốc Hiến (2013), Nghiên
cứu gia tăng hiệu suất cắt mạch bằng phương pháp chiếu xạ (γCo-60)
chitosan trương trong dung dịch H2O2, Chương trình và Tóm tắt báo
cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ 10,
tr. 224.
2. Đặng Xuân Dự , Trần Thái Hòa , Nguyễn Thị Thu Hương, Võ Quang
Mai, Nguyễn Quốc Hiến (2013), Nghiên cứu hiệu ứng đồng vận tia
γ/H2O2 cắt mạch chitosan ở dạng trương trong nước, Danh mục Hội
thảo Khoa học cán bộ trẻ các trường Đại học Sư Phạm toàn quốc lần
thứ 3, NXB Đà Nẵng, tr. 10.
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: CHẾ TẠO CTS NGUỒN TỪ CHITIN
5007501000125015001750200022502500275030003250350037504000
1/cm
-1.75
-1.5
-1.25
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5
Abs
3494.77
3263.33
3101.32
2889.17
1674.10
1550.66
1417.58
1379.01
1315.36
1072.35
690.47
561.25
Hình PL 1.1. FT-IR của chitin nguồn chế tạo từ vỏ tôm
5007501000125015001750200022502500275030003250350037504000
1/cm
-1.75
-1.5
-1.25
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5
Abs
3506.35
2879.52
1647.09
1421.44
1379.01
1319.22
1068.49
894.91
565.10
Hình PL 1.2. FT-IR của chitin sau thời gian đề axetyl 120 phút
5007501000125015001750200022502500275030003250350037504000
1/cm
-1.5
-1.25
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5
Abs 3506.35
2879.52
1647.09
1421.44
1375.15
1319.22
1076.20
894.91
592.10
Hình PL 1.3. FT-IR của chitin sau thời gian đề axetyl 180 phút
Hình PL 1.4. FT-IR của CTS giảm cấp 22 giờ từ CTS ĐĐA 95,5%
Hình PL 1.5. FT-IR của CTS giảm cấp 35 giờ từ CTS ĐĐA 84,0%
400600800100012001400160018002000240028003200360040001/cm
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
Abs
3550.71
2881.45
1658.67
1421.44
1380.94
1323.08
1081.99
894.91
557.39
Hình PL 1.6. FT-IR của CTS giảm cấp giờ 40 từ CTS ĐĐA 79%
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
0
5
10
15
uRIUDetector B Ch1
6.6
93
/75
36
31
Hình PL 1.7. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA ~ 95,5 % (Mw0 = 138 kDa, PI =
3,62) chế tạo từ chitin
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
7.6
39
/92
01
04
Hình PL 1.8. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91% (Mw0 = 49,0 kDa, PI =
3,64) chế tạo từ CTS ĐĐA 95,5 % (Mw0 = 138 kDa, PI =3,62)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0
5
10
15
uRIUDetector B Ch1
6.6
18
/79
087
7
Hình PL 1.9. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 84% (Mw0 = 163 kDa, PI = 3,77)
chế tạo từ chitin
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
uRIUDetector B Ch1
7.9
53
/82
248
7
Hình PL 1.10. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 80,3% (Mw0 = 50,0 kDa, PI =
3,72) chế tạo từ CTS ĐĐA 84% (Mw0 = 163 kDa, PI =3,77)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
0
5
10
15
uRIUDetector B Ch1
6.5
70/8
11547
Hình PL 1.11. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 79% (Mw0 = 183 kDa, PI =4,35)
chế tạo từ chitin
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0
1
2
3
4
5
6
7
8uRIU
Detector B Ch1
7.7
98
/30
65
53
Hình PL 1.12. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72% (Mw0 = 48,7 kDa, PI =
4,21) chế tạo từ CTS ĐĐA 79% (Mw0 = 183 kDa, PI = 4,35)
Phụ lục 2. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO COS ĐỐI VỚI CTS CÓ
ĐĐA ~ 91%
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
uRIU
Detector B Ch1
8.6
86
/24
27
43
Hình PL 2.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2
0,5% và γ-ray, liều xạ 2,2 kGy (Mw0 = 22,5 kDa, PI = 3,03)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
uRIUDetector B Ch1
9.4
63/3
88734
Hình PL 2.2. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2
0,5% và γ-ray, liều xạ 7,6 kGy (Mw0 = 9,9 kDa, PI = 2,15)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-1
0
1
2
3
4
5
6
uRIU
Detector B Ch1
9.5
81
/45
60
4
Hình PL 2.3. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2
0,5% và γ-ray, liều xạ 15,1 kGy (Mw0 = 5,8 kDa, PI = 1,32)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
uRIU
Detector B Ch1
9.9
97
/18
20
0
Hình PL 2.4. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2
0,5% và γ-ray, liều xạ 23,9 kGy (Mw0 = 4,3 kDa, PI = 1,22)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5uRIU
Detector B Ch1
8.5
56/8
18848
Hình PL 2.5. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2
0,5%, thời gian 18 giờ (Mw0 = 23,2 kDa, PI = 2,99)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.7
20
/77
835
7
Hình PL 2.6. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng γ-ray, liều
xạ 23,9 kGy (Mw0 = 19,4 kDa, PI = 2,69)
Phụ lục 3. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO COS ĐỐI VỚI CTS CÓ
ĐĐA ~ 80,3%
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.8
91
/73
377
6
Hình PL 3.1. Sắc kí đồ GPC của CTS 80,3 ĐĐA % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 liều xạ 2,6 kGy (Mw0 = 23,3 kDa, PI = 3,07)
) 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
9.3
03/8
00198
Hình PL 3.2. Sắc kí đồ GPC của CTS 80,3 ĐĐA % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 liều xạ 5,8 kGy (Mw0 = 14,1 kDa, PI = 2,41)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0uRIU
Detector B Ch1
9.3
74/7
80220
Hình PL 3.3. Sắc kí đồ GPC của CTS 80,3 ĐĐA % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 liều xạ 10,7 kGy (Mw0 = 8,8 kDa, PI = 2,15)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
uRIUDetector B Ch1
9.5
07/8
53766
Hình PL 3.4. Sắc kí đồ GPC của CTS 80,3 ĐĐA % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 liều xạ 21,2 kGy (Mw0 = 6,0 kDa, PI = 2,02)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.3
84/7
28418
Hình PL 3.5. Sắc kí đồ GPC của CTS 80,3 ĐĐA % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 thời gian 16 giờ (Mw0 = 34,5 kDa, PI = 3,53
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.5
27/7
82260
Hình PL 3.6. Sắc kí đồ GPC của CTS 80,3 ĐĐA % cắt mạch bằng chiếu xạ
dung dịch, liều xạ 21,2 kGy (Mw0 = 30,5 kDa, PI = 3,75)
Phụ lục 4. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CHẾ TẠO COS ĐỐI VỚI CTS CÓ
ĐĐA ~72%
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.7
45/7
37357
Hình PL 4.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72 % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 γ ray liều xạ 3,0 kGy (Mw0 = 25,3 kDa, PI = 2,49)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5uRIU
Detector B Ch1
9.0
25
/80
300
2
Hình PL 4.2. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72 % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 γ ray liều xạ 12,3 kGy (Mw0 = 14,4 kDa, PI = 3,18)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5uRIU
Detector B Ch1
9.2
69
/10
45
32
Hình PL 4.3. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72 % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 γ ray liều xạ 16,5 kGy (Mw0 = 11,8 kDa, PI = 3,42)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
uRIU
Detector B Ch1
9.3
11
/12
19
47
Hình PL 4.4. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72 % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 γ ray liều xạ 21,4 kGy (Mw0 = 9,8 kDa, PI = 3,42)
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5uRIU
Detector B Ch1
8.2
22/7
57644
Hình PL 4.5. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72 % cắt mạch bằng 0,5%
H2O2 thời gian 16,1 h (Mw0 = 35,7 kDa, PI = 3,04)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5uRIU
Detector B Ch1
8.5
14/6
87044
Hình PL 4.6. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72 % cắt mạch bằng γ ray liều
xạ 21,4 kGy (Mw0 = 30,6 kDa, PI = 3,04)
Phụ lục 5. ĐỘ TRƯƠNG NƯỚC BÃO HÒA CỦA CTS
Hình PL 5.1. Phổ FT – IR của các mẫu C90(a), C80(b), C70(c)
0.0 5.0 10.0 15.0 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
uRIU
0.0
5.0
10.0
log(M.W.)
Detector B Detector B Ch1
10.9
29/4
69529
Hình PL 5.2. Sắc kí đồ GPC của mẫu C90
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0
5
10
15
uRIUDetector B Ch1
6.6
99
/83
795
6
Hình PL 5.3. Sắc kí đồ GPC của các mẫu C80
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
0
5
10
15
uRIUDetector B Ch1
6.5
70
/81
154
7
Hình PL 5.4. Sắc kí đồ GPC của các mẫu C70
Bảng PL 5.1. Các thông số xác định độ ẩm của C90
Lần đo 1 2 3 4 5
W1(g) 16,608 17,058 16,870 16,644 17,334
W2(g) 17,110 17,558 17,370 17,144 17,834
W3(g) 17,039 17,448 17,301 17,076 17,764
Độ ẩm (%) 14,1 14,0 13,8 13,6 14,0
Độ ẩm trung bình (%) 13,9 0,3%; (p < 0,05)
Bảng PL 5.2. Các thông số xác định ĐTNBH của C90
Lần đo 1 2 3 4
m0 (g) 14,018 13,529 14,260 14,009
m01 (g) 16,500 16,048 16,940 16,423
mmois (g) 0,0695 0,0695 0,0695 0,0695
ĐTNBH (%) 592.6829 601.2776 638.6760 576.8873
ĐTNBHTB (%) 600 40%; (p < 0,05)
Bảng PL 5.3. Các thông số xác định độ ẩm của C80
Lần đo 1 2 3 4 5
W1(g) 30,664 31,118 29,910 31,114 30,661
W2(g) 31,144 31,619 30,411 31,617 31,142
W3(g) 31,073 31,548 30,343 31,546 31,075
Độ ẩm (%) 14,200 14,172 13,573 14,115 13,929
Độ ẩm trung bình (%) 14,0 ± 0,3(%); (p < 0,05)
Bảng PL 5.4. Các thông số xác định ĐTNBH của C80
Lần đo 1 2 3 4
m0 (g) 13,793 13,639 13,848 13,925
m01 (g) 18,748 18,697 18,643 18,973
mmois (g) 0,07 0,07 0,07 0,07
ĐTNBH (%) 1168,605 1192,558 1131,395 1190,233
ĐTNBHTB (%) 1170 ± 50(%); (p < 0,05)
Bảng PL 5.5. Các thông số xác định độ ẩm của C70
Lần đo 1 2 3 4 5
W1(g) 29,909 29,903 29,870 29,660 30,015
W2(g) 30,409 30,405 30,380 30,150 30,512
W3(g) 30,313 30,308 30,282 30,054 30,419
Độ ẩm (%) 19,200 19,323 19,216 19,592 18,712
Độ ẩm trung bình (%) 19,2 ± 0,4(%); (p < 0,05)
Bảng PL 5.6. Các thông số xác định ĐTNBH của C70
Lần đo 1 2 3 4
m0 (g) 13,534 14,018 13,771 14,252
m01 (g) 17,671 18,417 17,760 18,439
mmois (g) 0,096 0,096 0,096 0,096
ĐTNBH (%) 1047,772 1112,624 1011,139 1060,149
ĐTNBHTB (%) 1060 ± 60(%); (p < 0,05)
Phụ lục 6. CHẾ TẠO CTS KLPT THẤP BẰNG TÁC DỤNG ĐỒNG
VẬN VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, SUẤT LIỀU
400600800100012001400160018002000240028003200360040001/cm
0.15
0.3
0.45
0.6
0.75
0.9
1.05
1.2
1.35
1.5
Abs3446.56
2881.45
1652.88
1421.44
1323.08
1153.35
1081.99
594.03
M-240s
Hình PL 6.1. Phổ FT – IR của các mẫu CTS có Mw0 = 91,7 kDa;
ĐĐA ~ 91,3%; PI = 2,26 chế tạo từ CTS có ĐĐA ~ 83%
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0
5
10
15uRIU
Detector B Ch1
6.6
66
/85
455
2
Hình PL 6.2. CTS ban đầu có Mw ~ 91,7 kDa, ĐĐA= 91,3%; PI=2,26
Hình PL 6.3. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 83 kDa, PI = 2,3)
bằng tia γ, liều xạ 20 kGy, ở dạng trương trong nước (1gCTS/5ml H2O), từ
CTS ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIU
Detector B Ch1
7.8
43
/81
87
25
Hình PL 6.4. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 38 kDa, PI = 2,48)
bằng tia γ, liều xạ 20 kGy, ở dạng trương trong dung dịch H2O2 1%, từ CTS
ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
uRIU
Detector B Ch1
7.9
46
/81
17
67
Hình PL 6.5. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 36 kDa, PI = 2,52)
bằng tia γ, liều xạ 20 kGy, ở dạng trương trong dung dịch H2O2 3%, từ CTS
ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIU
Detector B Ch1
7.9
75
/91
77
57
Hình PL 6.6. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 35 kDa, PI = 2,51)
bằng tia γ, liều xạ 10 kGy, ở dạng trương trong dung dịch H2O2 5%, từ CTS
ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
uRIU
Detector B Ch1
8.0
62
/81
08
59
Hình PL 6.7. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 32 kDa, PI = 2,51)
bằng tia γ, liều xạ 15 kGy, ở dạng trương trong dung dịch H2O2 5%, từ CTS
ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7uRIU
Detector B Ch1
8.2
36
/77
93
40
Hình PL 6.8. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 30 kDa, PI = 2,49)
bằng tia γ, liều xạ 20 kGy, ở dạng trương trong dung dịch H2O2 5%, từ CTS
ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7uRIU
Detector B Ch1
8.3
04
/77
03
58
Hình PL 6.9. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 28,3 kDa, PI = 2,41)
bằng tia γ, liều xạ 10 kGy (1,8 kGy/h), ở dạng trương trong dung dịch H2O2
5%, từ CTS ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7uRIU
Detector B Ch1
8.4
68
/76
26
24
Hình PL 6.10. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 26,9 kDa, PI = 2,40)
bằng tia γ, liều xạ 10 kGy (0,9 kGy/h), ở dạng trương trong dung dịch H2O2
5%, từ CTS ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
uRIU
Detector B Ch1
8.5
22
/80
07
04
Hình PL 6.11. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 26,3 kDa, PI = 2,41)
bằng tia γ, liều xạ 10 kGy (0,45 kGy/h), ở dạng trương trong dung dịch H2O2
5%, từ CTS ban đầu (Mw ~ 91,7 kDa, PI=2,26)
Phụ lục 7. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CTS-91 Ở DẠNG TRƯƠNG
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
7.7
24
/84
09
43
Hình PL 7.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng γ-ray ở
dạng trương, liều xạ 22,7 kGy (Mw0 = 44,9 kDa, PI = 2,86)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.3
31/9
33122
Hình PL 7.2. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2 5%
và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 3,7 kGy (Mw0 = 23,4 kDa, PI = 3,15)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.5
15/7
96081
Hình PL 7.3. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2 5%
và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 8,2 kGy (Mw0 = 16,8 kDa, PI = 2,93)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.8
34
/79
340
0
Hình PL 7.4. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2 5%
và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 12 kGy (Mw0 = 14,1 kDa, PI = 2,94)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0.0
2.5
5.0
uRIUDetector B Ch1
8.9
54/5
94428
Hình PL 7.5. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2 5%
và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 15,9 kGy (Mw0 = 12,5 kDa, PI = 2,12)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0.0
2.5
5.0
7.5uRIU
Detector B Ch1
9.0
87
/65
854
5
Hình PL 7.6. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 91 % cắt mạch bằng H2O2 5%
và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 22,7 kGy (Mw0 = 11,2 kDa, PI = 1,96)
Phụ lục 8. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CTS-80 Ở DẠNG TRƯƠNG
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.6
87/7
86381
Hình PL 8.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 80,3 % cắt mạch bằng H2O2
5% thời gian 15,1 giờ (Mw0 = 20,3 kDa, PI = 2,69)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B Ch1
8.2
81
/79
895
8
Hình PL 8.2. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 80,3 % cắt mạch bằng H2O2
5% và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 3,5 kGy (Mw0 = 28,6 kDa, PI =3,25)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0.0
2.5
5.0
uRIUDetector B Ch1
9.1
28/6
39962
Hình PL 8.3. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 80,3 % cắt mạch bằng H2O2
5% và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 20,1 kGy (Mw0 = 9,6 kDa, PI = 2,81)
Phụ lục 9. HIỆU ỨNG ĐỒNG VẬN CẮT MẠCH CTS-72 Ở DẠNG TRƯƠNG
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
uRIU
Detector B
8.7
83
/79
11
93
Hình PL 9.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72% cắt mạch bằng H2O2 5%
và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 7,5 kGy (Mw0 = 21,1 kDa, PI =2,33)
Hình PL 9.2. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72% cắt mạch bằng H2O2 5%
và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 14 kGy (Mw0 = 14,7 kDa, PI =2,6)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0
1
2
3
4
5
6
uRIU
Detector B Ch1
9.0
50
/11
34
26
Hình PL 9.3. Sắc kí đồ GPC của CTS ĐĐA 72% cắt mạch bằng H2O2 5%
và γ-ray ở dạng trương, liều xạ 20,1 kGy (Mw0 = 13,6 kDa, PI =1,98)
Phụ lục 10. KHẢ NĂNG CHẾ TẠO COS BẰNG H2O2 TRONG
DUNG DỊCH
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 min
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
uRIUDetector B
12
.008
/59
68
22
Hình PL 10.1. Sắc kí đồ GPC của CTS ban đầu (Mw = 31,3 kDa, PI = 3,40)
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 min
0
5
10
uRIUDetector B Ch1
12
.25
8/6
031
83
Hình PL 10.2. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 15,6 kDa, PI = 2,40)
bằng H2O2 3% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 3 giờ phản
ứng theo phương pháp 1
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0
5
10
uRIUDetector B
12.4
08/5
84732
Hình PL 10.3. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 10 kDa, PI = 2,07)
bằng H2O2 4% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 4 giờ phản
ứng theo phương pháp 1
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0
5
10
uRIUDetector B
12
.43
3/5
89
620
Hình PL 10.4. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 5,7, kDa, PI = 1,90)
bằng H2O2 5% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 5 giờ phản
ứng theo phương pháp 1
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
uRIUDetector B
12.4
67
/54
85
66
Hình PL 10.5. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 5,1 kDa, PI = 2,12)
bằng H2O2 5% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 6 giờ phản
ứng theo phương pháp 1
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 min
0
5
10
uRIUDetector B
12
.40
5/5
90
47
8
Hình PL 10.6. Sắc kí đồ GPC của CTS cắt mạch (Mw = 10,6; kDa, PI = 2,09)
bằng H2O2 5% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 5 giờ phản
ứng theo phương pháp 2
Hình PL 10.7. Phổ FT-IR CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40)
Hình PL 10.8. Phổ FT-IR của CTS cắt mạch (Mw = 15,6 kDa, PI = 2,40)
bằng H2O2 3% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 3 giờ phản
ứng theo phương pháp 1
Hình PL 10.9. Phổ FT-IR của CTS cắt mạch (Mw = 10 kDa, PI = 2,07) bằng
H2O2 4% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 4 giờ phản ứng theo
phương pháp 1
Hình PL 10.10. Phổ FT-IR của CTS cắt mạch (Mw = 5,7, kDa, PI = 1,90)
bằng H2O2 5% từ CTS ban đầu (Mw ~ 31,3 kDa, PI=3,40) sau 5 giờ phản
ứng theo phương pháp 1
Phụ lục 11. ỨNG DỤNG SẢN PHẨM CHITOSAN CẮT MẠCH
Hình PL 11.1. Kết quả phân tích E.coli đối với mẫu đối chứng
Hình PL 11.2. Kết quả phân tích E.coli đối với mẫu CTSM91
Hình PL 11.3. Kết quả phân tích E.coli đối với mẫu CTSM60
Hình PL 11.4. Kết quả phân tích E.coli đối với mẫu CTSM30