Hydrogel là vật liệu polymer có cấu trúc không gian ba chiều, có khả năng trương nở trong dung môi (nước). Hydrogel có thể hấp thụ lượng dung môi (nước) gấp hàng nghìn lần so với khối lượng khô nên hydrogel có độ xốp lớn, mềm như mô được mô phỏng hình 1 [1], [2].

Hình 1. Mô phỏng sự trương nở của polymer hydrogel

Hydrogel được phân loại bởi nhiều cách khác nhau, có thể dựa vào: kích thước, điện tích, phương thức liên kết, khả năng phân hủy hay khả năng đáp ứng với tác nhân của môi trường. Trong đó, cách phân loại dựa vào khả năng đáp ứng hydrogel dưới các kích thích của môi trường như pH, nhiệt độ, ánh sáng, điện trường… mà hydrogel còn gọi là polymer thông minh và tên gọi tương ứng với các tác nhân [2].

Hydrogel nhạy nhiệt độ là đối tượng được nghiên cứu khả thi nhất hiện nay do dễ kiểm soát. Đặc điểm hydrogel này là polymer hay copolymer với cấu trúc là một phân tử lưỡng tính, bao gồm các nhóm ưa nước và kị nước [3], [4]. Hydrogel có khả năng chuyển pha sol-gel khi nhiệt độ thay đổi, và nhiệt độ chuyển pha này phụ thuộc rất lớn vào: tỉ lệ kị nước/ưa nước trong cấu trúc, nồng độ và chiều dài phần kị nước [4], [5]. 

Hình 2. Cơ chế hình thành gel của copolymer lưỡng tính theo nhiệt độ [3]

Hình 2 thể hiện cơ chế tạo gel của copolymer lưỡng tính. Ở nhiệt độ thấp, copolymer lưỡng tính hòa tan được trong nước như dạng các micelle phân tán trong nước. Khi nhiệt độ tăng lên, các micelle sắp xếp tạo liên kết để hình thành gel. Các hydrogel nhạy nhiệt thường gặp như poly (ethylene oxide)-b-poly(L-lactide-co-glycolide) (PEO-poly(LLA-co-GA)), poly (ethylene oxide)-b-poly(D,L-Lactide-co-glycolide) (PEO-poly(DLLA-co-GA)), PEG-g-chitosan, poly(ethylene glycol)-poly(lactide-glycolide)-poly(ethylene glycol) (PEG-PLGA-PEG) và PEG-poly(L-Lactide)-PEG (PEG-PLLA-PEG) [3], [6].

Hydrogel nhạy nhiệt độ được nghiên cứu và ứng dụng vào hệ dẫn truyền thuốc dạng tiêm rất lớn trong thập kỉ qua bởi đặc tính nổi bật như: mềm như mô, tương thích sinh học tốt, tải thuốc lớn, và đặc biệt kéo dài thời gian nhả thuốc, kiểm soát hàm lượng thuốc nhả ra [2]-[4]. Tính chất quan trọng của hydrogel nhạy nhiệt là thuốc có thể phân tán dễ dàng vào hệ ở trạng thái sol tại nhiệt độ môi trường, trong khi tiêm vào cơ thể ở 37°C, hệ chuyển sang trạng thái gel, bao gói thuốc, sau đó phân hủy từ từ để nhả thuốc.

[1]      E. M. Ahmed, “Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review,” J. Adv. Res., vol. 6, no. 2, pp. 105–121, 2015, doi: 10.1016/j.jare.2013.07.006.

[2]      F. Ullah, M. B. H. Othman, F. Javed, Z. Ahmad, and H. M. Akil, “Classification, processing and application of hydrogels: A review,” Mater. Sci. Eng. C, vol. 57, pp. 414–433, 2015, doi: 10.1016/j.msec.2015.07.053.

[3]      R. Fan et al., “Thermosensitive Hydrogels and Advances in Their Application in Disease Therapy,” Polymers, vol. 14, no. 12. MDPI, Jun. 01, 2022. doi: 10.3390/polym14122379.

[4]      Y. Yu, Y. Cheng, J. Tong, L. Zhang, Y. Wei, and M. Tian, “Recent advances in thermo-sensitive hydrogels for drug delivery,” Journal of Materials Chemistry B, vol. 9, no. 13. Royal Society of Chemistry, pp. 2979–2992, Apr. 07, 2021. doi: 10.1039/d0tb02877k.

[5]      X. Shi, J. Wu, Z. Wang, F. Song, W. Gao, and S. Liu, “Synthesis and properties of a temperature-sensitive hydrogel based on physical crosslinking via stereocomplexation of PLLA-PDLA,” RSC Adv, vol. 10, no. 34, pp. 19759–19769, May 2020, doi: 10.1039/d0ra01790f.

[6]     A. J. Gavasane and H. A. Pawar, “Biodegradable Polymers Used in Controlled Drug Delivery System: An Overview, ” Clin Pharmacol Biopharm, 2014, doi: 10.4172/2167-065X.1000121.

Khoa Công nghệ Hóa học _ HUIT