Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu sự hấp thụ thuốc Diclofenac natri của vật liệu cellulose tạo ra từ Gluconacetobacter xylinus trong môi trường nước dừa già

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là thiết kế thí nghiệm thu được màng VLC được lên men từ môi trường nước dừa già; nghiên cứu được khả năng hấp thụ thuốc Diclofenac natri của vật liệu cellulose tạo ra từ Gluconacetobacter xylinus trong môi trường nước dừa già. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu sự hấp thụ thuốc Diclofenac natri của vật liệu cellulose tạo ra từ Gluconacetobacter xylinus trong môi trường nước dừa già

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH - KTNN NGUYỄN PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU SỰ HẤP THỤ THUỐC DICLOFENAC NATRI CỦA VẬT LIỆU CELLULOSE TẠO RA TỪ GLUCONACETOBACTER XYLINUS TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC DỪA GIÀ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sinh lý người và động vật Hà Nội, năm 2019
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH - KTNN NGUYỄN PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU SỰ HẤP THỤ THUỐC DICLOFENAC NATRI CỦA VẬT LIỆU CELLULOSE TẠO RA TỪ GLUCONACETOBACTER XYLINUS TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC DỪA GIÀ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sinh lý người và động vật Người hướng dẫn khoa học ThS Phạm Thị Kim Dung Hà Nội, năm 2019
LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới cô: ThS Phạm Thị Kim Dung Là người đã tận tình hướng dẫn, cung cấp cho tôi những kiến thức quý giá giúp tôi từng bước nâng cao nhận thức để hoàn thành nội dung khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện nghiên cứu khoa Sinh đã tạo điều kiện trang thiết bị cho tôi hoàn thành khóa luận, bên cạnh đó tôi cũng xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo và các thầy cô trong Khoa Sinh – KTNN đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu. Tôi cũng không thể không gửi lời cảm ơn đến các cộng sự, những người cùng trong nhóm làm khóa luận sát cánh nghiên cứu và thảo luận khắc phục những sự cố và khó khăn. Tôi cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè những người tin yêu đã động viên tôi cố gắng trong suốt thời gian qua. Khóa luận tốt nghiệp này cũng là mốc đánh dấu những ngày chập chững tôi nghiên cứu khoa học, vì vậy không thể tránh khỏi thiếu sót và hạn chế. Tôi mong sẽ nhận được những sự góp ý quý báu từ thầy cô, bạn bè để tôi có những hành trang cho quá trình nghiên cứu sau này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2019 Sinh viên thực hiện Nguyễn Phương Thảo
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan mọi nội dung trong khóa luận: “Nghiên cứu sự hấp thụ thuốc Diclofenac natri của vật liệu cellulose tạo ra từ Gluconacetobacter xylinus trong môi trường nước dừa già” hoàn toàn là công trình nghiên cứu của tôi, dựa trên sự kế thừa và phát triển của các công trình nghiên cứu liên quan. Tôi xin cam đoan những số liệu mà tôi thống kê là do xây dựng thực nghiệm không trùng lặp với bất kì kết quả của nghiên cứu nào. Trong đề tài của tôi có sử dụng những thông tin từ các tài liệu tham khảo khác. Tôi xin phép trích dẫn và ghi nguồn gốc rõ ràng. Tôi xin chịu trách nhiệm với nội dung đề tài của mình. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2019 Sinh viên thực hiện Nguyễn Phương Thảo
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT KÍ HIỆU VIẾT TẮT NỘI DUNG 1 G. xylinus Gluconacetobacter xylinus 2 VLC Vật liệu cellulose 3 OD Mật độ quang phổ 4 MTD Môi trường nước dừa già
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 8 1. Lí do chọn đề tài ............................................................................................. 8 2. Mục đích của nghiên cứu ............................................................................... 9 3. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 9 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn........................................................................ 9 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................. 11 1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG, LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ................................................................................................................. 11 1.1.1. Tổng quan về Diclofenac natri ........................................................... 11 1.1.2. Tổng quan về Gluconacetobacter xylinus .......................................... 13 1.1.3. Tổng quan về Vật liệu cellulose (VLC) ............................................. 14 1.2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .......................................................................................................................... 18 1.2.1. Trên thế giới ....................................................................................... 18 1.2.2. Tại Việt Nam ...................................................................................... 19 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 20 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .................................................................. 20 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................ 20 2.1.2. Thiết bị nghiên cứu ............................................................................ 20 2.1.3. Môi trường nghiên cứu ...................................................................... 21 2.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU, ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN ....................... 22 2.2.1. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 22 2.2.2. Địa điểm nghiên cứu .......................................................................... 22 2.2.3. Thời gian nghiên cứu ......................................................................... 22 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................. 22 2.3.1. Tạo màng VLC lên men từ môi trường nước dừa già........................ 22 2.3.2. Xử lý VLC .......................................................................................... 23
2.3.3. Đánh giá độ tinh khiết của màng VLC .............................................. 24 2.3.4. Phương pháp dựng đường chuẩn của thuốc Diclofenac natri trong dung dịch methanol ...................................................................................... 24 2.3.5. Xác định lượng thuốc được hấp thụ qua màng VLC ......................... 26 2.3.6. Phương pháp xử lý thống kê .............................................................. 29 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 30 3.1. Tạo vật liệu VLC từ G. xylinus trong môi trường nước dừa già ............... 30 3.1.1. Thu màng VLC được lên men trong môi trường nước dừa già ......... 30 3.1.2. Đo bề dày của các loại vật liệu VLC.................................................. 31 3.1.3. Kết quả trình xử lý VLC trước khi hấp thụ Diclofenac natri ............. 32 3.2. Kết quả sự hấp thụ thuốc Diclofenac natri của vật liệu cellulose tạo ra từ Gluconacetobacter xylinus trong môi trường nước dừa già ............................ 33 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 38 4.1. Kết luận ..................................................................................................... 38 4.2. Kiến nghị ................................................................................................... 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 39
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Thành phần dinh dưỡng môi trường nước dừa già [10] ...................... 21 Bảng 2.2. Môi trường dừa lên men tạo vật liệu VLC ........................................... 23 Bảng 2.3. Giá trị mật độ quang (OD) của dung dịch Diclofenac ở các nồng độ (mg/ml) khác nhau (n=3) ..................................................................................... 25 Bảng 3.1. Giá trị OD hấp thụ thuốc của màng VLC (n=3) .................................. 34 Mật độ quang OD (Abs 283nm) ........................................................................... 34 Bảng 3.2. Lượng thuốc hấp thụ vào màng VLC (mht) và tỉ lệ hấp thụ thuốc (EE%) với độ dày màng khác nhau tại thời điểm 2 giờ ....................................... 35
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Công thức cấu tạo của Diclofenac natri ............................................... 11 Hình 1.2. Hình thái Gluconacetobacter xylinus ................................................... 13 Hình 2.1. Phương trình đường chuẩn của Diclofenac natri tại λ =283nm ........... 26 Hình 2.2. Chuẩn bị dung dịch thuốc Diclofenac natri cần hấp thu ...................... 27 Hình 2.3. Bình chứa màng chuẩn bị hấp thụ thuốc .............................................. 27 Hình 2.4. Màng VLC đang hấp thụ ...................................................................... 28 Hình 3.1. Hình ảnh màng VLC được lên men từ môi trường nước dừa già ........ 30 Hình 3.2. Màng VLC thu được có độ dày 0,5cm và 1cm .................................... 31 Hình 3.3. Màng VLC có độ dày 0,5cm (a) và màng VLC có độ dày 1cm (b)..... 32 Hình 3.4. Màng VLC sau khi được xử lí bởi NaOH ............................................ 32 Hình 3.5. Màng VLC tinh khiết có d = 1 cm ....................................................... 33 Hình 3.6. Màng VLC sau khi ép 50% nước ......................................................... 33 Hình 3.7. Khối lượng thuốc hấp thụ trong cùng độ dày màng ............................ 35 Hình 3.8. Tỉ lệ thuốc hấp thụ trong các độ dày màng khác nhau ......................... 36
MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hiện nay, trong xu thế hội nhập, kinh tế phát triển, con người có của ăn của để, thì cũng là lúc người ta quan tâm nhiều đến sức khỏe. Công nghệ sinh học cũng đang được đầu tư đẩy mạnh bởi những thành tựu của nó trong các ngành công nghiệp thực phẩm, y học… Việc nghiên cứu làm tăng khả năng sử dụng của các loại thuốc phục vụ nâng cao sức khỏe của con người đang là hướng đi có nhiều triển vọng. Dựa trên cơ sở đó, tôi quyết định nghiên cứu một dạng thuốc chống viêm có ứng dụng lớn là Diclofenac natri nhằm làm tăng cường những ưu điểm và giảm thiểu những nhược điểm mà thuốc mang lại cho người sử dụng. Diclofenac natri là một dẫn xuất của Diclofenac, là một loại thuốc giảm đau trong thời gian ngắn, công dụng nhanh và mạnh. Chế phẩm thuốc không chứa steroid, đặc biệt công dụng đối với các bệnh về xương khớp. Cơ chế tác dụng của Diclofenac là làm ngăn cản sự tổng hợp của prostagladin (chất gây viêm, đau và sốt). Bên cạnh đó, thuốc cũng có tác dụng làm giảm nhiễm trùng sau phẫu thuật, làm giảm đau do vận động hay làm giảm đau bụng kinh [1,10]. Do Diclofenac natri có tác dụng ngắn và tức thì nên cần phải dùng nhắc lại nhiều lần, vì vậy thuốc ảnh hưởng tương đối đến đường tiêu hóa. Thuốc chống chỉ định với những người viêm loét dạ dày, hành tá tràng. Việc thuốc ngăn cản sự tổng hợp prostaladin cũng gây viêm cầu thận, hội chứng thận hư, hoại tử nhú đặc biệt đối với những có tiền sử suy tim và các bênh về thận [1,12]. Việc tôi lựa chọn nghiên cứu thuốc Diclofenac natri nhằm mong muốn kéo dài tác dụng của thuốc. Sự hấp thụ của thuốc được tôi lựa chọn nghiên cứu trên một loại vật liệu mang tính khả thi cao là vật liệu cellulose tạo ra từ G. xylinus. Gluconacetobacter xylinus là vi khuẩn thuộc nhóm Gram âm, sống kị khí bắt buộc dưới hình thức hóa dưỡng. Khi nuôi cấy chủng vi khuẩn này trong môi trường dịch lỏng, chúng hình thành nên một lớp màng VLC [2]. Màng VLC này mang nhiều đặc tính ưu việt của một chất mang như: Có khả năng hút tốt nhờ cấu trúc mạng lưới cellulose, có khả năng đàn hồi tốt, dễ dàng tương thích với các thiết bị sinh học, có tính bền, có khả năng tái sử dụng lại nhiều lần [3]. 8
Do màng VLC tạo ra từ Gluconacetobacter xylinus mang nhiều đặc điểm thuận lợi để sử dụng làm vật liệu nghiên cứu, nên lựa chọn nuôi cấy Gluconacetobacter xylinus trong môi trường dịch lỏng để thu màng VLC. Môi trường đảm bảo đầy đủ chất dinh dưỡng cho sự sinh trưởng của vi khuẩn tôi lựa chọn là môi trường nước dừa già. Từ những tìm hiểu trên, tôi quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu sự hấp thụ thuốc Diclofenac natri của vật liệu cellulose tạo ra từ Gluconacetobacter xylinus trong môi trường nước dừa già”. 2. Mục đích của nghiên cứu Thiết kế thí nghiệm thu được màng VLC được lên men từ môi trường nước dừa già. Nghiên cứu được khả năng hấp thụ thuốc Diclofenac natri của vật liệu cellulose tạo ra từ Gluconacetobacter xylinus trong môi trường nước dừa già. 3. Nội dung nghiên cứu - Chế tạo được vật liệu VLC, thu màng VLC và đánh giá được độ tinh khiết của vật liệu. - Xử lý vật liệu VLC trước và sau khi cho hấp thụ thuốc. - Trong các khoảng thời gian xác định, tiến hành xác định khối lượng thuốc hấp thụ vào vật liệu VLC. - Khảo sát thời điểm hấp thụ Diclofenac natri tối ưu vào vật liệu VLC trong môi trường nước dừa già. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: + Tăng thêm hiểu biết về chủng vi khuẩn Gluconacetobacter xylinus, màng VLC và những ứng dụng của nó trong các lĩnh vực y học, thực phẩm và một số ngành công nghiệp + Xây dựng được quy trình tạo màng VLC lên men môi trường nước dừa già, từ đó tìm ra thời gian VLC có khả năng hấp thu thuốc tốt nhất. 9
- Ý nghĩa thực tiễn: + Nâng cao khả năng hấp thụ diclofenac trên màng VLC nhằm tăng khả năng tác dụng giảm đau, chống viêm của thuốc, khắc phụ việc sử dụng thuốc nhắc lại nhiều lần của thuốc Diclofenac trong quá trình điều trị. 10
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG, LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1.1. Tổng quan về Diclofenac natri 1.1.1.1. Công thức - Công thức phân tử: : C14H10Cl2NNaO2 - Công thức cấu tạo: Hình 1.1 Hình 1.1. Công thức cấu tạo của Diclofenac natri - Tên quốc tế: Diclofenac - Tên biệt dược: Cambia, Cataflam, Voltaren-XR, Zipsor, Zorvolex, Voltaren, Dyloject,… [1,8]. 1.1.1.2. Tính chất và tác dụng * Tính chất: Bột kết tinh trắng hoặc hơi vàng, hút ẩm nhẹ. Dễ tan trong methanol, tan trong ethanol 96%, hơi tan trong nước, khó tan trong aceton. [1]. * Tác dụng dược lí và cơ chế tác dụng: Diclofenac natri là một dẫn xuất của Diclofenac, là một loại thuốc giảm đau trong thời gian ngắn, công dụng nhanh và mạnh. Chế phẩm thuốc không chứa steroid, đặc biệt công dụng đối với các bệnh về xương khớp. Cơ chế tác dụng của Diclofenac là làm ngăn cản sự tổng hợp của prostagladin (chất gây viêm, đau và sốt). Bên cạnh đó, thuốc cũng có tác dụng làm giảm nhiễm trùng sau phẫu thuật, làm giảm đau do vận động hay làm giảm đau bụng kinh [1,13]. Do Diclofenac natri có tác dụng ngắn và tức thì nên cần phải dùng nhắc lại nhiều lần, vì vậy, thuốc ảnh hưởng tương đối đến đường tiêu hóa. Thuốc chống 11
chỉ định với những người viêm loét dạ dày, hành tá tràng. Việc thuốc ngăn cản sự tổng hợp prostaladin cũng gây viêm cầu thận, hội chứng thận hư, hoại tử nhú đặc biệt đối với những có tiền sử suy tim và các bênh về thận [1,10]. Diclofenac natri hấp thụ nhanh khi uống đặc biệt uống lúc đói. Thuốc dạng uống được chuyển hóa qua gan lần đầu khoảng 50%. Diclofenac natri gắn nhiều với protein huyết tương, chủ yếu là albumin. Thuốc dạng tiêm sinh khả dụng trong máu tuần hoàn khoảng 50%. Tác dụng của thuốc xuất hiện sau 1-2 giờ sau khi uống, sau 30-60 phút khi đặt thuốc vào trực tràng, vầ tác dụng nhanh nhất dạng tiêm sau 20-30 phút. * Tác dụng phụ: Thường gặp các bệnh liên quan đến đường tiêu hóa như táo bón, đau thượng vị,... cũng có thể gây buồn nôn, choáng váng. Một số trường hợp hiếm gây giảm bạch cầu, thiếu máu, suy tủy; hiếm thấy nổi ban đỏ, sốc phản vệ; hiếm gây bệnh da mụn nước hay có những phản ứng nhạy cảm với ánh sáng; hiếm bị hội chứng thận nhiễm mỡ, đái ra máu; hiếm gây viêm gan, mất ngủ, viêm đại tràng, hạ huyết áp, rụng tóc [8]. 1.1.1.3. Cách điều trị * Dạng thuốc: Chế phẩm dưới nhiều dạng khác nhau. Dạng muối diethylamoni và thuốc muối hydroxyethylpyrolidin được dùng bôi ngoài. Dạng base và muối kali thường được dùng làm thuốc uống [10]. + Viên nén: 25mg, 50mg, 100mg + Thuốc tiêm: 75mg/2ml, 75mg/3ml + Thuốc đạn: 25mg, 100mg + Thuốc tra mắt: 0,01% + Thuốc xoa ngoài: 10mg/g * Chỉ định: - Ðiều trị dài ngày viêm khớp mạn, thoái hóa khớp. - Điều trị sau phẫu thuật hoặc đau do chấn thương. - Điều trị đau bụng kinh [10]. * Chống chỉ định: 12
- Quá mẫn với các thành phần của thuốc: diclofenac, aspirin (hen, viêm mũi, mày đay sau khi dùng aspirin). - Người có tiền sử loét dạ dày, chảy máu hành tá tràng. - Người có tiền sử bệnh về tim mạch, thận hoặc gan [10]. 1.1.2. Tổng quan về Gluconacetobacter xylinus 1.1.2.1. Vị trí phân loại của Gluconacetobacter xylinus trong sinh giới Gluconacetobacter xylinus thuộc nhóm vi khuẩn Acetic. Sống hiếu khí bắt buộc, đời sống hóa dưỡng [1]. Theo hệ thống phân loại của Berey, Gluconacetobacter xylinus thuộc: + Chi: Acetobacter + Họ: Pseudomonadaceae + Bộ: Pseudomonadales + Lớp: Schizommyceles. Hiện nay họ Acetobacteraceae có 10 chi, trong đó Gluconacetobacter là chi duy nhất có khả năng tổng hợp cellulose [4]. 1.1.2.2. Đặc điểm hình thái Hình 1.2. Hình thái Gluconacetobacter xylinus Gluconacetobacter xylinus có dạng hình que, thẳng hoặc hơi cong, có khả năng đứng riêng rẽ hoặc thành từng chuỗi. Kích thước: 2 µm 13
Gluconacetobacter xylinus có khả năng thích ứng 4,5% acid acetic trong môi trường [4]. Môi trường bất lợi (nồng độ acid cao), hoặc khi tế bào già, hình dạng tế bào có thể bị biến dạng (dài hơn và phình to ra). 1.1.2.3. Đặc điểm sinh lí và sinh hóa * Đặc điểm sinh lí Tùy thuộc vào giống có đặc điểm nuôi cấy phát triển khác nhau. Nhiệt độ thích hợp của vi khuẩn Gluconacetobacter xylinus là 25 – 30oC, pH tối ưu là 4-6. Nếu nhiệt độ môi trường lên đến 370C tế bào sẽ bị suy thoái hoàn toàn ngay cả trong môi trường tối ưu. [4] Trong môi trường nuôi cấy rắn, khuẩn lạc Gluconacetobacter xylinus bắt đầu phát triển sau khoảng 3-7 ngày, có màu kem, nhỏ và hơi trong suốt. Sau 1 khoảng 1 tuần, khuẩn lạc phát triển to dần, dạng đục, có màu cà phê sữa và khô hơn. Trong môi trường nuôi cấy lỏng, do đặc điểm vi khuẩn sống hóa dưỡng, Gluconacetobacter xylinus có khả năng chuyển hóa đường tạo thành cellulose và nổi trên bề mặt tạo màng, màng này chính là vật liệu cellulose cần nghiên cứu. Sau 36 – 48h nuôi cấy, màng dần xuất hiện, và sau 7-10 ngày, màng đạt độ dày nhất định. * Đặc điểm sinh hóa Theo Frateur (1950), ông đứa ra khóa phân loại Gluconacetobacter xylinus dựa vào các tiêu chuẩn: Khả năng oxy hóa acid acetic thành CO 2 và H2O; phản ứng catalase dương tính, không tăng trưởng trên môi trường Hoyer… [9] Gluconacetobacter xylinus có khả năng chịu được pH thấp, nên khi nuôi cấy, người ta thưởng bổ sung thêm acid acetic để tránh sự nhiễm khuẩn lạ. 1.1.3. Tổng quan về Vật liệu cellulose (VLC) 1.1.3.1. Cấu trúc - Vật liệu cellulose (VLC) do Gluconacetobacter xylinus tạo ra có cấu tạo gồm các phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4 glucozit, đặc điểm này khiến VLC có đặc tính gần giống cellulose của tế bào thực vật. Điểm khác 14
nhau là VLC không chứa các hợp chất cao phân tử (peptin, hemicellulose, ligin và sáp nến…) Chính điều này làm nên tính vượt trội của VLC [5]. - Theo AJ. Brown (1886), VLC gồm nhiều sợi hemicellulose siêu nhỏ, có đường kính 1,5nm, kết hợp với nhau thành bó, các bó tiếp tục liên kết với nhau dài 100nm, rộng 3-8nm gọi là dãy. - Trong tự nhiên cellulose có 2 dạng kết tinh phổ biến là I và II. Dạng cellulose I có thể chuyển hóa thành cellulose II nhưng không có chiều ngược lại. Cellulose I do Atalla và Vander tìm ra năm 1984, được tổng hợp từ thực vật và Gluconacetobacter xylinus ở môi trường tĩnh. Các chuỗi β-1,4 glucozen xếp song song nhau. Trong khi đó, cellulose II được tổng hợp từ môi trường lắc, có chứa các chuỗi β-1,4 glucozen sắp xếp ngẫu nhiên bằng một lượng lớn liên kết hydrogen, do vậy, chúng có độ bền về nhiệt. Cả 2 dạng cellulose đều có khả năng tổng hợp trong tự nhiên, tuy nhiên điều kiện nuôi cấy quyết định dạng kết tinh phổ biến [4]. 1.1.3.2. Chức năng sinh lí của màng VLC đối với Gluconacetobacter xylinus Tế bào Gluconacetobacter xylinus xen vào giữa mạng lưới cellulose. Các mạng lưới cellulose giúp chống đỡ cho vi sinh vật luôn ở trạng thái tiếp giáp giữa môi trường lỏng và không khí. Bên cạnh đó, cellulose còn là nguồn dữ trữ dinh dưỡng cho vi khuẩn phát triển. Enzim exo-glucanase và endo-glucanase xúc tác cho sự phân hủy cellulose [5,6]. Nhờ khả năng thấm nước và tính dẻo của cellulose mà vi khuẩn ít chịu ảnh hưởng từ những môi trường như giảm pH, mất nước, xuất hiện độc tố và vi sinh vật gây bệnh. Bên cạnh đó, cellulose còn ngăn cản tia cực tím khiến Gluconacetobacter xylinus có khả năng sống sót sau 1 giờ chiếu tia UV liên tục. Khi vi khuẩn tách khỏi mạng lưới cellulose, khả năng sống sót của chúng chỉ còn 3% [5,6]. 1.1.3.3. Tính chất độc đáo của màng VLC Ngay từ đầu thế kỉ XIX, người ta đã tìm ra VLC và coi nó như một nguồn nguyên liệu sinh học triển vọng với các đặc tính [3]. 15
- Độ tinh khiết cao: VLC là cellulose sinh học duy nhất được tổng hợp không chứa ligin và hemicellulose, do đó, VLC có thể phân hủy hoàn toàn và trở thành nguồn nguyên liệu tái sinh [10]. - Độ bền dai cơ học: Cellulose có trọng lượng nhẹ nhưng chịu được các lực cơ học lớn, độ bền đáng kể [10]. - Khả năng hút nước cao: VLC có khả năng giữ nước rất lớn khi ở trạng thái ẩm. Nó có khả năng giữ được lượng nước nặng gấp 60 – 100 lần trọng lượng của nó [10]. - Quá trình sinh tổng hợp của vi khuẩn hình thành trực tiếp màng VLC, do đó, việc ứng dụng sản xuất giấy, sợi từ VCL không cần qua bước trung gian [3]. - Màng VLC được hình thành từ các sợi, các sợi này có khả năng biến động, xếp với nhau thành dãy tạo độ bền theo trục. Theo Brown và White (1989) tiến hành thí nghiệm dìm 1 khối đất xốp hình gang tay vào môi trường nuôi cấy Gluconacetobacter xylinus, kết quả tế bào vi khuẩn tập hợp xung quanh khối đất xốp và tạo thành màng cellulose có hình gang tay. Do đó, ta có thể tạo màng cellulose theo hình mong muốn [3]. - Màng VLC có khả năng thay đổi tính chất. Ta có thể kiểm soát tính chất vật lí của cellulose phù hợp với mục đích sử dụng bằng cách bổ sung thuốc nhuộm vào môi trường nuôi cấy [3]. 1.1.3.4. Các phương pháp sản xuất VLC từ Gluconacetobacter xylinus * Lên men tĩnh Đổ môi trường dinh dưỡng để lên men Gluconacetobacter xylinus vào các khay lên men có mặt thoáng rộng. Đậy lên bề mặt khay các giấy báo có độ xốp, đảm bảo giảm khả năng nhiễm khuẩn nhưng vẫn tạo sự thông khí giữa môi trường lên men và môi trường bên ngoài. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men là 28 – 300C. Sau 3 – 7 ngày, bề mặt nuôi cấy xuất hiện lớp màng cellulose, phân cách môi trường lỏng và môi trường không khí. Các sợi cellulose mới được tổng hợp tiếp tục di chuyển lên phía trên bám và màng cellulose tạo nên độ dày màng. Sau 7 – 10 ngày có thể thu màng VLC [11]. Như vậy lên men tĩnh là quá trình lên men không chịu sự tác động của các 16
yếu tố vật lí như khấy từ, lắc… Trong nghiên cứu này, tôi tập trung chủ yếu sử dụng phương pháp lên men tĩnh. * Lên men động: Vi khuẩn Gluconacetobacter xylinus được nuôi cấy trong môi trường nuôi cấy và được lắc thường xuyên trong máy lắc ổn nhiệt. Chuẩn bị dịch huyền phù vi khuẩn đã được hoạt hóa, chuẩn bị các bình tam giác erlen đổ sẵn các môi trường nuôi cấy. Sau đó cấy dịch huyền phù vi khuẩn đã được hoạt hóa vào bình, đem lắc trong các máy lắc ổn nhiệt 28 – 300C, 180 – 200 vòng/phút. VLC tạo ra từ môi trường lắc có dạng hạt nhỏ, hình sao hoặc dạng sợi dài, do chịu ảnh hưởng của môi trường lắc nên cellulose phân tán rất tốt và đều. Lượng Oxi hòa tan trong môi trường ảnh hưởng lớn đến sự tổng hợp VLC, do vậy, để tăng hiệu suất của quá trình lên men ta cần sục khí thường xuyên [11]. 1.1.3.5. Ứng dụng của màng VLC VLC được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau như: dùng màng VLC làm môi trường phân tách cho quá trình xử lí nước, dùng làm chất mang,.. đặc biệt cho các pin và năng lượng cho tế bào, làm môi trường cơ chất trong sinh học, thực phẩm hay thay thế thực phẩm, công nghiệp dệt, mỹ phẩm, công nghệ giấy ... Trong lĩnh vực y học, màng VLC đã được ứng dụng làm da tạm thời thay thế da trong quá trình điều trị bỏng, làm mạch máu nhân tạo, điều trị các bệnh tim mạch, làm mặt nạ dưỡng da cho con người. Trường Đại học Y dược Thành phố Hồ Chí Minh cũng nghiên cứu sử dụng màng VLC có tẩm dầu mù u làm màng trị bỏng được thực nghiệm ở thỏ. Kết quả cho thấy rằng màng VLC giúp vết thương mau lành và ngăn không cho vết thương nhiễm trùng. Ngoài ra, màng VLC được sử dụng như trong một vài hệ thống để phân phối thuốc, các sợi cellulose có cấu trúc mạng sẽ là hệ thống vận chuyển và phân phối thuốc làm tăng sinh khả dụng của thuốc, nó có thể giúp thuốc không bị phá hủy trong môi trường acid [6,7,8]. Với những đặc tính nổi trội, VLC ngày càng được nghiên cứu nhiều và có ứng dụng cụ thể trong bảng 1.1. 17
Bảng 1.1. Các ứng dụng của VLC [6] LĨNH VỰC ỨNG DỤNG SẢN PHẨM Thực phẩm Tráng miệng (thạch dừa), ăn kiêng (kem), vỏ bao xúc xích, thịt nhân tạo, nước uống siro không có cholesterol, trà Kobucha Y dược Tác nhân vật chuyển thuốc, màng trị bỏng, da nhân tạo, chất làm co mạch Mỹ phẩm Móng nhân tạo Môi trường Hấp thụ chất độc, quần áo, giày dép tự phân hủy Dầu mỏ Thu hồi dầu Trang phục Sản xuất sợi nhân tạo, y phục quân đội Thể thao Lều lắp ráp Sản phẩm rừng Gỗ nhân tạo, giấy đặc biệt để lưu trữ hồ sơ, thùng hàng có độ bền cao Lĩnh vực khác Làm màng lọc 1.2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.2.1. Trên thế giới Vi khuẩn Gluconacetobacter xylinus và màng VLC đã thu hút được sự chú ý của nhiều nhà khoa học trên thế giới và có nhiều giá trị ứng dụng. Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Nghiên cứu VLC từ vi khuẩn Gluconacetobacter xylinus được nghiên cứu trên nhiều quốc gia. Tác giả Brown dùng màng cellulose làm môi trường phân tách cho quá trình xử lí nước, dùng làm chất mang năng lượng cho pin và tế bào [8]. Brown, Jonas và Farad dùng màng như một chất biến đổi độ nhớt, làm môi trường cơ chất trong sinh học, thực phẩm hoặc thay thế thực phẩm. Đặc biệt trong y học, các nhà khoa học đã tìm ra phức chất (composite) từ sự kết hợp giữa cellulose và chitosan, hoặc cellulose và polyvinyl. Các phức chất này có ứng dụng lớn trong việc điều trị bỏng và vết loét dưới da. 18