Giới thiệu sách: Vật liệu Polysacccharide “Tổng hợp và tiềm năng ứng dụng trong y dược – nông nghiệp”

Ngày: 31/12/2024 | 4767

Bản tin KHCN xin trân trọng giới thiệu đến quý độc giả cuốn sách: Vật liệu Polysacccharide ”Tổng hợp và tiềm năng ứng dụng trong y dược – nông nghiệp”. Nhóm tác giả trình bày một cách có hệ thống về giới thiệu sự đa dạng của các polysaccharide, các phương pháp biến tính, điều chế nanogel/hydrogel ứng dụng trong dẫn truyền thuốc, công nghệ tái tạo mô, trong phòng trừ sâu bệnh cho cây trồng để cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng khắp của các vật liệu trên. Đồng thời, cung cấp các kiến thức bao quát, có hệ thống từ phân loại các polysaccharide, chọn lựa loại phù hợp cho mục đích ứng dụng, phương pháp tổng hợp phát triển nhiều loại vật liệu cho từng ứng dụng riêng biệt thuộc lĩnh vực y dược và nông nghiệp.

Nội dung cuốn sách gồm 6 chương:

Chương 1: Giới thiệu về sự đa dạng, đặc điểm cấu trúc và các tính chất sinh lý hóa của các polysaccharide có nguồn gốc từ động thực vật, tảo và vi sinh vật. Nhờ vào các tính chất sinh học nổi bật như khả năng chống oxy hoá, chống viêm, chống ung thư, chống đông máu,... nhiều polysaccharide có vai trò quan trọng cũng như nhiều ứng dụng trong dược phẩm. Việc tìm hiểu về nguồn gốc, phân loại và hoạt tính của polysaccharide sẽ rất quan trọng trong sử dụng hay phát triển các vật liệu từ các polymer sinh học này để tận dụng hiệu quả trong các lĩnh vực như công nghiệp thực phẩm, y dược, nông nghiệp và vật liệu tiên tiến.

Chương 2: Với dự đoán nguồn nguyên liệu hóa thạch sẽ cạn dần trong tương lai và nhu cầu các loại vật liệu mới có nhiều tính năng để đáp ứng yêu cầu trong cuộc sống, việc nghiên cứu phát triển vật liệu mới từ nguồn thiên nhiên để phần nào thay thế các loại polymer tổng hợp đã và đang là xu thế. Trong các loại polymer thiên nhiên đang ứng dụng trong thực tế, polysaccharide là một trong những nhóm quan trọng nhất với nhiều loại polymer với cấu trúc chứa các nhóm chức khác nhau. Tuy nhiên, phần lớn các polymer này không tan trong nước hay dung môi hữu cơ, dẫn đến nhiều hạn chế trong ứng dụng thực tiễn. Nội dung của chương được tác giả trình bày nhiều phương pháp biến tính polysaccharide với nhiều loại phân tử nhỏ hoặc polymer tổng hợp khác nhau để tạo ra nhiều loại polymer mới có tính năng phong phú như tương thích sinh học cao, giảm cấp sinh học, thân thiện với con người và môi trường, nhằm đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, y sinh dược và nông nghiệp.

Chương 3: Trình bày các phương pháp tổng hợp vật liệu nano trên cơ sở polysaccharide, các đặc tính lý hóa của nhiều loại vật liệu tạo thành hướng đến ứng dụng phù hợp của chúng trong lĩnh vực được đề cập của chuyên khảo.

Chương 4: Tác giả giới thiệu các phương pháp sinh lý hóa được sử dụng để chế tạo băng gạc, màng hydrogel, hydrogel dạng tiêm, nanocomposite hydrogel từ polysaccharide và dẫn xuất. Vật liệu tạo thành định hướng cho nhiều ứng dụng như tạo lớp màng bảo vệ vết thương ngăn nhiễm khuẩn, dẫn truyền các hoạt chất hay tế bào trong tái tạo mô, keo dán sinh học.

Chương 5: Nhóm tác giả trình bày nhiều loại vật liệu nano trên cơ sở polysacccharide đã được phát triển và ứng dụng như chất mang các hoạt chất -  dược phẩm để cải thiện sinh khả dụng, độc tính, tăng hiệu quả điều trị ung thư hay tái tạo mô trong lĩnh vực y sinh; hay tăng năng suất cây trồng  của phân bón nano/chế phẩm bảo vệ thực vật.

Chương 6: Nhóm tác giả giới thiệu những tiến bộ gần đây trong điều chế nhiều loại vật liệu khối có hoạt tính sinh học (chủ yếu là hydrogel, hydrogel dạng tiêm, nanocomposite hydrogel hay màng polymer) được phát triển dựa trên nền polysaccharide cùng với hiệu quả ứng dụng của chúng trong cuộc sống hiện đại như kính áp tròng, màng băng vết thương, vật liệu dẫn truyền thuốc, viên nang thuốc, tã vệ sinh dùng một lần, viên giữ nước cho cây trồng.

Trong nhiều năm gần đây, vật liệu tự nhiên được quan tâm phát triển trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống. Khả năng phân hủy sinh học và đa dạng cao về cấu trúc cùng với chi phí sản xuất thấp đã làm cho vật liệu tự nhiên trở thành lựa chọn phổ biến thay thế cho các vật liệu tổng hợp. Polysaccharide là những loại phân tử sinh học quan trọng nhất bên cạnh protein, nucleic acid, lipid. Polysaccharide là các polymer sinh học được tạo thành từ các đơn vị monosaccharide đơn giản. Các đơn vị monosaccharide có thể là đường aldose (cấu trúc pyranose sáu cạnh) hoặc ketose (cấu trúc furanose năm cạnh) được nối với nhau bằng liên kết glycoside với cấu trúc lập thể xác định. Chúng phân bố rộng trong tự nhiên và được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm thực vật, động vật, tảo và vi sinh vật.

Polysaccharide có thể có cấu trúc tuyến tính hoặc phân nhánh với các nhánh ngắn, nhánh dài và phức tạp giống như cấu trúc cây. Chúng đóng vai trò quan trọng trong các sinh vật sống, bao gồm: Cấu trúc chính của thành tế bào thực vật và các bộ phận khác. Chức năng như nguồn thực phẩm hay lưu trữ năng lượng sinh học như tinh bột, glycogen, sinistrin ở thực vật và động vật có vú. Các polysaccharide tự nhiên hoặc dẫn xuất của nó đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng dược phẩm với các tính chất sinh học như chống oxy hoá, chống viêm, chống ung thư, chất chống đông máu. Tuy nhiên, không phải tất cả các polysaccharide tự nhiên đều có hoạt tính sinh học hoặc đã được chứng minh có hoạt tính sinh học. Điều này phụ thuộc vào cấu trúc của từng polysaccharide. Gần đây, các polysaccharide đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp thực phẩm, y dược, nông nghiệp và vật liệu tiên tiến.

Ngày nay, các vật liệu polymer sinh học có nguồn gốc từ thiên nhiên đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y sinh và nông nghiệp hiện đại, nhờ vào tính không độc hại, khả năng tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học mà không gây ra phản ứng miễn dịch. Trong khi đó, các polymer tổng hợp thường thiếu ít nhiều khả năng tương thích sính học và hoạt tính sinh học mong muốn, đôi khi có thể biểu hiện độc tính, viêm nhiễm trong quá trình sử dụng. Trong số các polymer thiên nhiên, polysaccharide được biết đến như một nguồn nguyên liệu phong phú và dễ dàng được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm tảo (alginate, agarose, galactan, carageenan), động vật (hyaluronan, chondrotin, heparin, chitin, chitosan), thực vật (cellulose, pectin, guar gum, tinh bột), vi sinh vật (xanthan gum, dextran, gellen gum, pullulan).

Tùy vào nguồn nguyên liệu, polysaccharide sẽ có các đặc tính hóa lý khác nhau về cấu trúc hóa học, nhóm chức, điện tích.... từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính và khả năng ứng dụng của chúng. Mặc dù các polysaccharide mang lại tiềm năng phát triển rộng rãi như một vật liệu sinh học đầy hứa hẹn cho nhiều ứng dụng khác nhau nhờ vào các đặc điểm nổi bật kể trên, chúng vẫn gặp phải những hạn chế nhất định. Một số polysaccharide hòa tan kém hay không hòa tan trong nước (chitin, chitosan, cellulose,...), gây bất lợi cho việc sử dụng và phát triển các ứng dụng trong y sinh, nông nghiệp của chúng. Những hạn chế này cần được khắc phục bằng cách kết hợp các polysaccharide với các vật liệu hoặc polymer khác, hoặc thông qua các quá trình biến đổi cấu trúc hóa học nhờ các phương pháp vật lý, hóa học, sinh học. Việc sửa đổi cấu trúc của polysaccharide không chỉ giúp cải thiện các nhược điểm của chúng, mà còn cung cấp thêm các đặc tính, tính chất mới phù hợp với ứng dụng mong muốn.

Có rất nhiều công bố của nhóm nghiên cứu nhóm tác giả cũng như các nhóm nghiên cứu khác trong và ngoài nước đã phát triển nhiều loại vật liệu trên cơ sở polysaccharide cho ứng dụng phong phú trong y sinh dược và nông nghiệp. Mặc dù vậy, các công bố tổng quan hay các sách về lĩnh vực trên vẫn chưa bao quát đầy đủ nhiều khía cạnh phát triển của lĩnh vực.

Nghiên cứu cấu trúc và tương tác của polysaccharide đã và đang mở ra nhiều lợi ích cho các nhà khoa học trong việc khám phá và áp dụng hiệu quả các đặc tính ưu việc của chúng. Việc hiểu rõ quá trình sinh tổng hợp từ monosaccharide sang oligosaccharide và polysaccharide có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu về sinh hóa của polysaccharide và ứng dụng lâu dài của chúng trong các lĩnh vực khác nhau.

Hy vọng, cuốn sách sẽ  giúp cho các học viên, nghiên cứu sinh học tập; giảng viên làm nguồn tham khảo dạy tại các trường đại học - học viện; cũng như cung cấp các kiến thức hữu ích cho các nhà nghiên cứu phát triển các sản phẩm vật liệu sinh y tiên tiến có hiệu quả điều trị cao trong y sinh dược và nông nghiệp. Bên cạnh việc cung cấp một nền tảng lý thuyết về nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng của các vật liệu sinh học dựa trên polysaccharide, góp phần tạo nền tảng kiến thức cập nhật để định hướng phát triển nhiều vật liệu polysaccharide mới và các nghiên cứu ứng dụng mới trong tương lai.

Tin: Phan Thị Nam Phương