Gel pectin hàm lượng methoxy thấp (LM) đã đạt được đà phát triển trong kỹ thuật mô và phân phối thuốc trong những năm gần đây do khả năng tương thích sinh học tuyệt vời của chúng. Pectin LM tạo thành hydrogel ổn định bằng cách hình thành các tổ hợp siêu phân tử có cấu trúc hộp trứng với sự có mặt của các ion hóa trị hai như Ca 2+ , thường được cung cấp bởi dung dịch canxi clorua (CaCl 2 ) hoặc canxi cacbonat (CaCO 3 ). Đặc biệt, việc sử dụng CaCO 3 cho phép điều chế gel LM pectin với hình dạng được kiểm soát.
Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng những thay đổi nhỏ trong các thông số tiền chất tổng hợp hydrogel có thể ảnh hưởng lớn đến các đặc tính hydrogel và ứng dụng của chúng. Ví dụ, giảm độ pH hoặc axit hóa tiền chất sẽ đẩy nhanh tốc độ tạo gel và tăng độ bền cơ học của LM pectin hydrogel. CO 2 là một tác nhân axit phổ biến vì nó có thể làm giảm độ pH và dễ dàng loại bỏ khỏi hệ thống sau khi tạo gel.
Tuy nhiên, mặc dù CO 2 là một tác nhân axit đầy hứa hẹn, nhưng sự hiểu biết chính xác về tác dụng của nó đối với quá trình tổng hợp và tính chất hydrogel vẫn chưa được hiểu rõ.
Một nhóm các nhà khoa học đến từ Nhật Bản, dẫn đầu là ông Ryota Teshima, nghiên cứu sinh Thạc sĩ tại Đại học Khoa học Tokyo (TUS), đã quyết định lấp đầy khoảng trống này. Để làm như vậy, họ đã điều chế hydrogel LM pectin/CaCO 3 bằng phương pháp tiêu chuẩn và trong các điều kiện nhiệt động được kiểm soát với nước có ga làm nguồn CO 2 .
Nhóm nghiên cứu còn có Tiến sĩ Shigehito Osawa (hiện đang làm việc tại Đại học Y khoa Phụ nữ Tokyo), Tiến sĩ Yayoi Kawano, Giáo sư Takehisa Hanawa, Giáo sư Akihiko Kikuchi và Giáo sư Hidenori Otsuka từ TUS. Nghiên cứu của họ đã được công bố trên ACS Omega .
Giải thích lý do đằng sau phương pháp này, ông Teshima nói: "Chúng tôi chọn nước có ga làm tác nhân axit để tạo gel vì các phương pháp thông thường sẽ yêu cầu điều kiện áp suất cao để đảm bảo cung cấp CO 2 thích hợp cho tiền chất hydrogel. Thay vào đó, việc sử dụng nước có ga được cho phép chúng tôi cung cấp các ion cacbonat và CO 2 cho hỗn hợp hydrogel và kích hoạt quá trình tạo gel trong điều kiện nhiệt độ và áp suất xung quanh."
Nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị đồng thời hai hydrogel LM pectin/CaCO 3 —một loại có thêm nước có ga và loại kia không có. Họ quan sát thấy rằng loại có nước có ga trải qua quá trình tạo gel nhanh hơn và cho thấy độ bền cơ học tăng lên so với loại không có.
Những cải tiến này có thể phát sinh từ độ pH thấp hơn của nước có ga làm tăng khả năng hòa tan của CaCO 3, điều này làm tăng thêm khả năng sẵn có của các ion Ca 2+ tự do . Nhiều Ca 2+ hơn có nghĩa là liên kết ngang giữa các polyme pectin tốt hơn, tạo gel nhanh hơn và hydrogel bền hơn.
Sau khi hình thành hydrogel, nước có ga/CO 2 bị bay hơi khỏi bề mặt khi tiếp xúc với khí quyển. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng sau khi thoát CO 2 , độ pH của hydrogel cuối cùng cao hơn so với hydrogel được điều chế không có nước có ga. Nhóm nghiên cứu cho rằng điều này có thể là do nhiều nhóm carboxy đã bị tiêu thụ trong quá trình liên kết ngang. với Ca 2+ và thành phần axit, CO 2 , đã bị bay hơi hoàn toàn khỏi hydrogel sau khi tạo gel.
Nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị thêm aerogel bằng cách làm đông khô hydrogel. Họ đã tìm thấy các mạng lưới có độ xốp kéo dài có trật tự cao ở những mạng được chuẩn bị thông qua con đường nước có ga, cho thấy rằng CO 2 từ nước có ga có thể tạo ra những thay đổi cấu trúc nội tại trong hydrogel.
Các nhà nghiên cứu cũng chuẩn bị hydrogel với lượng CO 2 khác nhau trong nước có ga để chứng minh rằng độ pH và độ bền của hydrogel LM pectin có thể được điều chỉnh theo cách này. Những hiểu biết sâu sắc từ nghiên cứu này có thể hữu ích khi chế tạo hydrogel chức năng với các đặc tính phù hợp.
Nghiên cứu này đóng góp vào các mục tiêu phát triển bền vững (SDGs) của Liên Hợp Quốc, vì LM pectin chủ yếu được lấy từ chất thải thực phẩm, chẳng hạn như táo và trái cây họ cam quýt. "Hàng năm, 2,5 tỷ tấn thực phẩm bị lãng phí trên toàn thế giới, bao gồm cả rau và trái cây bị loại bỏ mà không được đưa ra thị trường vì các vấn đề về chất lượng. Chúng tôi tin rằng kết quả đầy hứa hẹn trong nghiên cứu của chúng tôi sẽ khuyến khích các nhà nghiên cứu khác sử dụng những thứ bị vứt bỏ như ông Teshima kết luận .
