Nghiên cứu sự phân hủy in vitro của polylactit

Tạp chí Hóa học, T. 47 (6), Tr. 753 - 757, 2009 
NGHIÊN CứU Sự PHÂN HủY IN VITRO CủA POLYLACTIT 
Đến Tòa soạn 27-4-2009 
Mai Văn Tiến, Phạm Thế Trinh 
Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam 
ABSTRACT 
In this study arange of homopoly(lactide) were synthesized by bulk copolymerization and 
subjected to in vitro hydrolytic degradation. In vitro degradation studied was conducted at 37oC 
in pH 7.4 phosphate buffered saline. The effect of lactide type and molecular weight on 
biodegradable of PLA was studied. The degradation products form in the saline buffer solutions 
further characterized by SEM, IR, 1H-NMR; 13C-NMR and GC-MS. 
I - ĐặT VấN Đề 
Sự phát triển của lĩnh vực vật liệu sinh học 
trong những năm gần đây, đặc biệt phần lơn các 
công trình nghiên cứu tập trung vμo các loại 
polyme có khả năng phân hủy sinh học. Đã có 
rất nhiều sản phẩm đ−ợc phát triển từ polylactic 
axít (PLA) vμ các copolyme của chúng nh− 
poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) đã đ−ợc ứng 
dụng rộng rãi trong y tế, nh− chỉ khâu tự tiêu, 
vật liệu cấy ghép mô, hệ giải phóng thuốc[1]. 
Những sản phẩm nμy ngμy cμng đ−ợc ứng dụng 
rộng rãi, vì chúng có tính t−ơng hợp sinh học 
cao, có khả năng phân hủy bằng thủy phân các 
liên kết este tốt, sản phẩm phân hủy không độc 
vμ rất dễ gia công theo nhiều hình dạng khác 
nhau [2]. Thời gian phân hủy in vitro của PLA 
thay đổi trong một khoảng thời gian rộng từ 2 - 
36 tháng. Tốc độ vμ khả năng phân hủy của 
PLA phụ thuộc vμo nhiều yếu tố nh−: nhiệt độ, 
độ pH, môi tr−ờng thử nghiệm, khối l−ợng phân 
tử vμ loại polylactic [3]. Trong bμi báo nμy 
chúng tôi trình bμy một số kết quả b−ớc đầu 
nghiên cứu sự phân hủy thủy phân của PLA 
trong in vitro. 
II - THựC NGHIệM 
1. Nguyên liệu, hóa chất 
- Polylactic: Tổng hợp tại VHHCNVN nh− 
mô tả trong tμi liệu [5]. 
- Na2HPO4: hμm l−ợng ≥ 99% hãng sản xuất 
Merck (Đức). 
- NaH2PO4: hμm l−ợng ≥ 98% hãng sản xuất 
Merck (Đức). 
- NaN3: hμm l−ợng ≥ 99,5% hãng sản xuất 
Merck (Đức). 
2. Ph−ơng pháp nghiên cứu sự phân hủy 
thủy phân 
a) Chuẩn bị mẫu 
Để nghiên cứu sự phân hủy thủy phân, các 
mẫu mμng đã đ−ợc chuẩn bị nh− sau: tiến hμnh 
hòa tan PLA trong dichlorometan để thu đ−ợc 
dung dịch polyme có nồng độ 0,16 g/ml. Sau đó 
tạo mμng bằng cách đổ dung dịch đã pha lên đĩa 
thủy tinh rồi cho dung môi bay hơi ở nhiệt độ 
phòng. Sau khoảng 5 giờ sau khi dung môi đã 
bay hết mμng PLA hình thμnh trên đĩa đ−ợc bóc 
tách vμ đêm đi sấy khô ở 60oC trong chân không 
sau 24 giờ tr−ớc khi tiến hμnh nghiên cứu sự 
phân hủy thủy phân trong in vivo. Đĩa có đ−ờng 
kính lμ 20 mm, mỗi mμng tạo thμnh có khối 
l−ợng xấp xỉ 0,5 g. 
b) Sự phân hủy thủy phân của PLA trong in 
vitro 
 753
Các mẫu chính cho nghiên cứu phân hủy 
thủy phân chuẩn bị tr−ớc đ−ợc đặt trong một 
dung dịch muối đệm pH = 7,4 tại 37oC. Thμnh 
phần dung dịch muối đệm bao gồm: 9 g NaCl, 
10,73 g Na2HPO4.7H2O, 2,12 g NaH2PO4 đ−ợc 
pha trong 1 lít n−ớc cất, pH của dung dịch đệm 
đ−ợc điều chỉnh tới 7,4 bằng cách thêm NaOH. 
Các mẫu thí nghiệm đ−ợc thực hiện trong 10 ml 
dung dịch muối đệm. Để ngăn chặn sự phát triển 
của vi khuẩn, 1 ml của dung dịch NaN3 nồng độ 
0,04% đã đ−ợc thêm vμo. Các mẫu đ−ợc lắc đều 
nhẹ nhμng trên máy lắc ngang trong suốt thời 
gian phân hủy. Sau các khoảng thời gian nhất 
định lμ 1, 2, 5, 10, 15 vμ 23 tuần các mẫu đ−ợc 
lấy ra phân tích. Để phân tích xác định các sản 
phẩm phân hủy, 2 ml dung dịch muối đệm đã 
đặt mẫu đ−ợc lấy ra phân tích trên thiết bị GC-
MS để xác định thμnh phần phân hủy. Mμng 
polyme còn lại đ−ợc rửa bằng n−ớc cất vμ sấy 
khô tr−ớc khi phân tích các thông số khác [1, 4]. 
3. Các ph−ơng pháp phân tích đặc tr−ng cấu 
trúc tính chất của sản phẩm phân hủy 
- Xác định khối l−ợng phân tử của polyme 
bằng ph−ơng pháp đo độ nhớt vμ ph−ơng pháp 
sắc ký thấm qua gel. 
- Ph−ơng pháp chụp ảnh SEM để xác định 
cấu trúc bề mặt 
- GC-MS phân tích xác định sản phẩm phân 
hủy đ−ợc thực hiện trên thiết bị Agilent 
Technologies 7890A GC-System (Nhật Bản). 
- Độ bền kéo đứt theo tiêu chuẩn ISO-527-2 
(1993) trên thiết bị đo đa năng Housfield của 
Anh. 
III - KếT QUả Vμ THảO LUậN 
1. Động học phân hủy trong in vitro 
Sự có mặt các liên kết este trong polylactide 
cho phép sự phân hủy thủy phân của polyme diễn 
ra theo cơ chế bậc. Cơ chế sự phân hủy trong in 
vitro của homopolylactic tổng hợp trong nghiên 
cứu nμy có thể đ−ợc minh chứng thông qua phép 
đo độ nhớt đặc tr−ng vμ sự mất khối l−ợng. Hình 
1a vμ 1b chỉ ra sự suy giảm độ nhớt đặc tr−ng vμ 
sự mất khối l−ợng của PLA theo thời gian thử 
nghiệm. Kết quả hình 1a cho thấy độ nhớt đặc 
tr−ng của polyme giảm liên tục sau khi đặt vμo 
môi tr−ờng dung dịch muối đệm ở 37oC. 
Từ hình 1a cho thấy, sự suy giảm độ nhớt 
đặc tr−ng của các polylactide với khối l−ợng 
phân tử khác nhau đ−ợc thể hiện với tốc độ suy 
giảm xấp xỉ nhau vμ xảy ra ngay sau khi các 
mẫu PLA đ−ợc đặt vμo dung dịch muối đệm. 
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 50 100 150 200
Thời gian [ngày]
Đ
ộ 
nh
ớt
 đ
ặc
 tr
ưn
g 
[d
l/g
]
 ™ PLA: 61500 g/mol 
   PLA: 44000 g/mol 
 c PLA:30100 g/mol 
Hình 1a: Sự suy giảm độ nhớt theo thời gian phân hủy 
 754
010
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150 200
Thời gian [ngày]
K
hố
i l
ượ
ng
 m
ất
 đ
i [
%
 ™ PLA: 61500g/mol 
   PLA: 44000g/mol 
 c PLA: 30100g/mol 
Hình 1b: Sự mất khối l−ợng theo thời gian phân hủy 
Tuy nhiên sự mất khối l−ợng lại hoμn toμn 
khác, sự mất khối l−ợng chỉ xảy ra sau một 
khoảng thời gian nhất định tùy thuộc vμo KLPT 
ban đầu của polyme. Sự mất khối l−ợng tăng 
nhanh khi thời gian thử tăng lên đặc biệt lμ sau 
hơn 120 ngμy thử nghiệm. Các polyme có KLPT 
thấp bị mất khối l−ợng nhanh hơn so với các 
polyme có KLPT cao hơn, tại cùng một thời 
gian phân hủy. 
2. Sự thay đổi khối l−ợng phân tử vμ suy 
giảm độ bền kéo của PLA trong quá trình 
phân hủy 
Các mẫu đ−ợc gia công theo tiêu chuẩn, 
đ−ợc ngâm trong môi tr−ờng dung dịch muối 
đệm. Thí nghiệm thực hiện cho ba mẫu PLA có 
KLPT ban đầu khác nhau để so sánh. Sau 30 
ngμy định kỳ một lần, mẫu đ−ợc lấy ra, lau sạch, 
sấy khô, đ−a đi xác định độ bền kéo vμ pha 
thμnh dung dịch có nồng độ 0,1% trong 
chloroform ở 25oC để xác định lại KLPT. Kết 
quả khảo sát sự thay đổi KLPT, sự thay đổi độ 
bền kéo của PLA đ−ợc trình bμy trong bảng 1. 
Kết quả trong bảng 1 cho thấy KLPT vμ độ 
bền kéo của các mẫu giảm đi khi kéo dμi thời 
gian ngâm mẫu trong dung dịch muối đệm. Độ 
suy giảm KLPT vμ độ bền kéo của PLA xảy ra 
nhanh hơn sau 120 ngμy thử. Các mẫu PLA có 
KLPT cao hơn có thời gian phân hủy dμi hơn. ở 
Bảng 1: Sự thay đổi KLPT vμ độ bền kéo theo thời gian phân hủy của các mẫu PLA 
Mẫu PLA: 61500g/mol Mẫu PLA: 44000g/mol Mẫu PLA: 30100g/molThời gian phân 
hủy, ngμy KLPT δK, MPa KLPT δK, MPa KLPT δK, MPa 
0 61500 38,1 44000 35,4 30100 32,2 
30 57500 - 36040 - 24260 - 
60 30700 14,7 24040 13,6 16060 8,6 
90 21020 - 15990 - 7870 - 
120 15360 - 9030 5,4 2600 2,2 
150 8070 3,8 3140 - 450 - 
180 2870 - 630 - - - 
 755
cùng một giá trị KLPT mẫu PLA đã bị thủy 
phân cho độ bền kéo thấp hơn rất nhiều so với 
mẫu PLA ch−a thủy phân. Nhìn chung độ bền 
kéo của tất cả các mẫu PLA sau khi phân hủy 
trong môi tr−ờng in vitro đều giảm mạnh dẫn 
đến những thử nghiệm tiếp theo lμ khó khăn, 
thậm chí không thể xác định đ−ợc độ bền kéo 
trong thời gian sau đ−ợc nữa. 
3. Nghiên cứu sản phẩm của sự phân hủy 
thủy phân 
Sản phẩm phân hủy hình thμnh trong suốt 
quá trình phân hủy thủy phân của PLA trong 
dung dịch muối đệm photphat đ−ợc xác định 
bằng sắc ký khối phổ. Các hợp chất tạo ra từ sự 
phân hủy của polyme đ−ợc xác định bằng cách 
so sánh với th− viện phổ vμ các mẫu thử. Hình 
2a vμ 2b chỉ ra phổ khối l−ợng của lactic axit vμ 
giản đồ sắc ký khí của sản phẩm thủy phân hình 
thμnh sau 1,10 vμ 23 tuần. 
Kết quả phân tích sản phẩm phân hủy hình 
2b cho thấy lactic axit, 2-hydroxyl valeric metyl 
este hình thμnh trong suốt quá trình phân hủy. 
Pic số 1 lμ 2-hydroxyl valeric, số 2 lμ lactic axit, 
số 3 lμ metyl este. Sự nghiên cứu vμ xác định 
sản phẩm phân hủy lμ rất quan trọng, cho phép 
dự báo khả năng khả năng phân hủy vμ tính 
t−ơng hợp sinh học của vật liệu. 
Hình 2a: Phổ khối l−ợng của lactic axit Hình 2b: Giản đồ GC sản phẩm phân hủy sau 
1,10 vμ 23 tuần 
4. Nghiên cứu sự thay đổi hình thái học vμ 
cấu trúc bề mặt mẫu sản phẩm bằng 
ph−ơng pháp kính hiển vi điện tử quét 
ảnh SEM trên hình 3a, 3b,3c, cấu trúc hình 
thái bề mặt của PLA sau các khoảng thời gian 
phân hủy khác nhau. Hình 3a lμ ảnh chụp chụp 
bề mặt của PLA ở thời điểm ban đầu ch−a xảy 
ra sự phân hủy, hình 3b, 3c lμ ảnh chụp cấu trúc 
hình thái của PLA sau 2 vμ 4 tuần tiến hμnh 
phân hủy thủy phân trong môi tr−ờng invitro. Từ 
các ảnh SEM có thể thấy rõ sau 2 tuần bề mặt 
PLA đã xuất hiện các vết nứt gãy, bề mặt bị ăn 
mòn dần. Cấu trúc bề mặt bị biến đổi mạnh sau 
4 tuần ngâm trong môi tr−ờng in vitro. Sự đứt 
gãy của mμng PLA xuất hiện nhiều hơn vμ rõ 
hơn. Điều nμy chứng minh rằng sự phân hủy của 
PLA đã xảy ra. 
III - KếT LUậN 
Trong môi tr−ờng in vitro PLA ngay lập tức 
bị phân hủy do phản ứng thủy phân dẫn tới sự 
suy giảm độ nhớt đặc tr−ng vμ KLPT. Khối 
l−ợng của mẫu bị tổn thất vμ tính chất bề kéo 
đồng thời bị giảm rõ rệt theo thời gian thủy 
phân. Tốc độ phân hủy xảy ra nhanh hơn sau 
khoảng 120 ngμy ngâm mẫu. 
Sản phẩm của quá trình phân hủy của PLA 
không độc vμ có tính t−ơng hợp sinh học cao 
 756
chúng lμ những loại axit lactic, axit valeric đã 
đ−ợc xác định vμ minh chứng bằng sắc ký khối 
phổ vμ so sánh với phổ chuẩn. 
Cấu trúc hình thái của PLA tr−ớc vμ sau thời 
gian phân hủy đ−ợc thể hiện rõ nét bằng SEM.
Hình 3: ảnh SEM của PLA (a), PLA sau 2 tuần phân hủy(b), PLA sau 4 tuần phân hủy 
b a b 
TμI LIệU THAM KHảO 
1. H. Fururaki, M. Yoshida, M. Asano, Y. 
Aibaand Kaetsu. Eur. Polym. J., 24, 1029 - 
1036 (1988). 
2. Sh. Takada, Y. Yamagata, M. Misaki, K. 
Taira and T. Kurokawa J. Control. Rel. 88, 
229 - 242 (2003). 
3. J. C. Wu, B. H. Huang, M. L. Hsueh, S. L. 
Lai. Polymer, 46, 9784 (2005). 
4. C. Berklanh, M. King, A. Cox, K. K. Kim 
and D. W. Pack. J. Control. Rel., 82, 137 - 
147 (2002). 
5. Mai Văn Tiến, Phạm Thế Trinh, Ngô Duy 
C−ờng. Hội thảo về vật liệu polyme vμ 
compozit–Bộ Khoa học vμ công nghệ. 
Ch−ơng trình nghiên cứu phát triển vμ ứng 
dụng công nghệ vật liệu KC-02/06-10, 128 - 
132, Hμ Nội (2008). 
Liên hệ: Phạm Thế Trinh 
Viện Hóa học Công nghiệp 
Số 2 Phạm Ngũ Lão, Hoμn Kiếm, Hμ Nội. 
 757