Polyethylene Glycol (PEG) là một hợp chất polyete tương thích sinh học, tổng hợp, ưa nước, có nhiều ứng dụng, hầu hết trong ngành y tế, nhưng cũng có thể trong các lĩnh vực hóa chất và công nghiệp.
 |
| Polyethylene Glycol (PEG) là gì? |
Lưu ý: Không được nhầm lẫn với Ethylene glycol, Diethylene glycol, Polypropylene glycol hoặc Propylene glycol.
Quá trình tổng hợp PEG được thực hiện bằng cách trùng hợp ethylene oxide, thành phần chính trong chất chống đông, sử dụng kỹ thuật mở vòng, cho phép tạo ra các PEG có nhiều trọng lượng phân tử và phân bố trọng lượng phân tử. Phạm vi trọng lượng này là điều làm cho nó phù hợp cho một số mục đích sử dụng.
Đặc điểm của polyethylene glycol
Cấu trúc của PEG thường được biểu diễn dưới dạng H−(O−CH2−CH2)n−OH.
- n: mức độ polymer hoá, xác định khối lượng phân tử trung bình của mỗi sản phẩm và tính chất của nó.
- Các loại Polyethylene Glycol gồm: PEG 200, PEG300, PEG400, PEG600, PEG1000, PEG1500, PEG3400, PEG4000, PEG6000, PEG9000, PEG8000, PEG12000.
Trong khi việc thay đổi trọng lượng phân tử của PEG có thể có những ảnh hưởng nhỏ đến các đặc điểm của nó, chủ yếu là về hình dạng và ngoại hình của nó, nhiều đặc điểm xác định PEG. Nó không độc, không màu, trơ, không mùi và không bay hơi. Ngoài ra, nó rất dễ hòa tan trong nước và các dung môi hữu cơ như benzen, cacbon tetraclorua và cloroform.
Việc tạo ra các chất PEG có trọng lượng phân tử khác nhau dựa vào việc xây dựng PEG với các chuỗi chiều dài khác nhau. Các phân tử PEG lớn hơn có số lần lặp lại cấu trúc của chúng nhiều hơn so với các phân tử nhỏ hơn.
 |
| Cấu trúc Polyethylene Glycol (PEG). |
Tính chất của Polyethylene Glycol (PEG)
Polyethylene Glycol 400 và 600 là chất lỏng không màu trong suốt ở 230°C. PEG600 có thể là một chất lỏng không màu trong suốt, có thể là một chất lỏng trắng đục hoặc là một chất bán rắn tuỳ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ đông đặc là 200°C.
PEG có khối lượng phân tử lớn hơn 1000 là một chất rắn ở 230°C. Gồm các loại sau:
- Loại bột mịn: dạng hạt nhỏ màu trắng hoặc hơi vàng có kích thước hạt từ 0.15-0.6 mm
- Loại bột: dạng hạt nhỏ màu trắng/hơi vàng, kích thước hạt 0.4-1mm
- Loại phiến: màu trắng có kích thước hạt khác nhau.
Tính tan của Polyethylene Glycol (PEG)
Tất cả PEG loại E đều dễ tan trong nước, độ hoà tan của chúng không bị ảnh hưởng bởi độ cứng của nước. Độ hoà tan tăng trong một phạm vi nhất định khi khối lượng phân tử tăng. Chúng kháng acid mạnh, kiềm mạnh và dung dịch muối. Nói chung, các chất trong nhóm này khá bền, nhưng chúng có thể có phản ứng với chất thuộc da tổng hợp và các chất thuộc nhóm phenolic hydroxyl tạo thành sản phẩm cộng ít tan.
PEG có trọng lượng phân tử đều tan trong cồn, độ hoà tan tăng khi trọng lượng phân tửtăng, chúng đều tan trong hầu hết các dung môi thơm nhưng không tan trong các hydrocacbon mạch thẳng và phần cắt dầu mỏ.
Độ bền của PEG
PEG có tính bền nhiệt trong điều kiện không có O2.
Tính tương hợp
PEG có thể tương hợp tốt với chất hoạt động bề mặt không phân ly và chất hoạt động bề mặt cation, các chất đơn phân và đa phân có tính hút nước như: thuốc nhuộm và màu, keo dán tổng hợp. PEG có thể tương hợp hạn chế với chất béo, acid béo, cồn, dầu, waxes, ester tổng hợp và ester tự nhiên, phần cất dầu mỏ và các chất kị nước. Hỗn hợp sệt có thể được tạo ra từ sự kết hợp của các sản phẩm bằng các tan chảy chúng trong một cái thùng và khuấy trước khi làm lạnh.
Các chất rắn như màu Chromic, màu Ceramic, màu trong dầu đánh bóng và dầu bôi trơn đặc có thể tạo thành dạng paste đồng nhất, bền với PEG với điều kiện chất rắn phải được làm ẩm riêng, độ nhớt được duy trì trong giới hạn thích hợp và các thành phần khác nhau phải có tỷ lệ chính xác.
Sử dụng PEG trong ngành y tế
PEG có một số lượng lớn các ứng dụng trong ngành y tế và danh sách này vẫn tiếp tục phát triển. Do không có độc tính và khả năng hòa tan cao, nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng dược phẩm và y sinh.
Để bắt đầu, có thể ứng dụng phổ biến nhất của PEG trong ngành y tế là việc sử dụng nó trong thuốc nhuận tràng. Bởi vì PEG có thể áp dụng áp suất thẩm thấu, nó có thể hút nước vào chất thải, mang lại tác dụng nhuận tràng.
Trong một trường hợp tương tự, PEG thường được sử dụng trong quá trình tưới toàn bộ ruột để chuẩn bị đường tiêu hóa cho quá trình điều tra hoặc phẫu thuật. PEG cũng được sử dụng trong nhiều loại kem dược phẩm, thuốc mỡ và dung môi y tế.
Peptide, protein hoặc oligonucleotide được sử dụng làm thuốc điều trị các bệnh khác nhau. PEG có thể được sử dụng để tự liên kết sinh học với mục tiêu, bằng cách tự kết hợp với phân tử mục tiêu để tối ưu hóa các đặc tính dược động học của điều trị bằng thuốc.
PEG có thể được sử dụng như một chất không hoạt động, hoạt động như một phương tiện cho ma túy. Quá trình phân phối thuốc chủ yếu dựa vào PEG vì hợp chất này có thể liên kết với nhau các liên hợp thuốc-kháng thể (ADC). Nó cũng có thể được sử dụng để cải thiện việc phân phối thuốc có hệ thống bằng cách thêm nó làm lớp phủ bề mặt trên các hạt nano. PEG cũng có thể được sử dụng để làm chậm quá trình thanh thải các protein được bao bọc khỏi máu trong y sinh học.
Hydrogel PEG cũng được sử dụng trong phân phối thuốc, cũng như trong kỹ thuật mô. PEG hydrogel là mạng polyme được tạo ra bằng cách liên kết chéo các nhóm cuối PEG phản ứng, tạo ra gel có khả năng chống phân hủy sinh học protein và khả năng kết dính. Những đặc tính này có lợi cho kỹ thuật mô và phân phối thuốc.
Các thử nghiệm trong ống nghiệm cũng trở nên phụ thuộc vào PEG, sử dụng nó để bắt chước các điều kiện tế bào đông đúc để cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu môi trường nội bào bên ngoài cơ thể.
Phân tích protein là một lĩnh vực y sinh khác sử dụng PEG, được sử dụng trong một số ứng dụng trong lĩnh vực này. Hợp chất này được sử dụng làm chất kết tủa để phân lập DNA cũng như kết tinh tế bào, giúp tiết lộ cấu trúc nguyên tử của protein.
Liệu pháp gen sử dụng PEG để phủ lên các vectơ, ví dụ, vi rút, để bảo vệ chúng khỏi bị bất hoạt bởi hệ thống miễn dịch và khử mục tiêu của chúng trong các cơ quan, ngăn ngừa tác dụng độc hại tiềm tàng của chúng.
PEG cũng đặc biệt cần thiết trong các ngân hàng máu, nơi nó được sử dụng để tăng cường khả năng chống chịu của các kháng thể và kháng nguyên.
Tương lai có thể sẽ thấy nhiều ứng dụng y tế của PEG được phát triển. Một trọng tâm hiện tại của nghiên cứu trong lĩnh vực này là khám phá cách PEG có thể được sử dụng trong tổn thương tủy sống và thần kinh ngoại vi, bằng cách sử dụng nó để hợp nhất các sợi trục đã bị tổn thương.
Sử dụng PEG trong công nghiệp hóa chất
PEG có nhiều vai trò trong ngành công nghiệp hóa chất, nó cũng được chuyển sang các ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. Thứ nhất, nó nổi tiếng với việc sử dụng như một chất liên kết và phân tán, vì nó có thể cải thiện sự phân tách của các hạt và ngăn ngừa vón cục.
Ngoài ra, vì PEG có đặc tính ưa nước, nó đã phát hiện ra vai trò trong việc ngăn chặn sự kết dính không đặc hiệu của các protein trong các nghiên cứu sử dụng huỳnh quang đơn phân tử.
Ngoài ra, bởi vì hợp chất này không độc hại và được FDA công nhận là an toàn, nó có thể được sử dụng trong nhiều lớp phủ cho phép bôi trơn trong các tình huống khác nhau.
Các ứng dụng trong bảo quản cũng đã phát hiện ra công dụng của PEG, hiện được sử dụng để ngăn ngừa và làm chậm sự hư hỏng và co ngót của gỗ bị ngập nước. Nó được sử dụng để bảo quản tàu chiến Vasa ở Stockholm, thay thế nước bị kẹt bên trong gỗ để chống cong vênh và co ngót.
Một trường hợp nổi tiếng khác đã chiếm đoạt PEG là việc khôi phục và bảo tồn các Chiến binh Đất nung. Một chất bảo quản PEG được phát triển đặc biệt để bảo quản màu sơn trên đội quân Đất nung, có từ triều đại Tần Thủy Hoàng.
Cũng như trong ngành y tế, các ứng dụng hóa học của PEG có thể sẽ tiếp tục phát triển.
Ứng dụng chi tiết
Keo dán
PEG được dùng như chất hoá dẻo làm tăng tính bôi trơn và tính ẩm cho keo dán giúp keo giữ được độ bám dính lâu hơn. PEG 300, 400 và 600 được dùng trong các loại keo dán áp hợp, keo dán dẻo nhiệt (kết hợp các loại PEG với các hợp chất khác như amine, maleic anhydrice hoặc polyvinyl acetate.)
Nông nghiệp
PEG tan trong nước và hoà tan tốt các loại thuốc diệt côn trùng có nguồn gốc hữu cơ. Vì vậy chúng là chất mang rất tốt cho các loại thuốc tăng trưởng thực vật và diệt cỏ. PEG cũng được tổ chức bảo vệ môi trường cho phép dùng là thành phần trơ trong thuốc trừ sâu. Do có tính hút ẩm nên chúng được làm chất chống bụi trong các hoá chất dùng trong nông nghiệp. Thông thường nếu xử lý hạt giống với dung dịch có chứa PEG sẽ làm tăng tỷ lệ nảy mầm cao hơn.
Sử dụng: PEG 200, 300, 400, 600.
Ngành gốm
Sử dụng PEG trong ngành gốm dùng làm chất hoá dẻo, chất binder và chất mang PEG giúp ceramic mass dễ gia công và trơn láng hơn, tạo độ bôi trơn bên trong và bên ngoài tốt và làm tăng độ bền của sản phẩm chưa nung.
Loại PEG sử dụng: 400, 600.
Mỹ phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân
PEG được dùng nhiều trong các sản phẩm mỹ phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân như : kem, lotion, kem cạo râu, phấn, các sản phẩm sol khí. Do chúng có các tính chất: hoà tan trong nước, trung tính, tính bôi trơn, không bay hơi và không gây dị ứng.
PEG là chất kết hợp rất tốt, là dung môi, chất mang, chất tạo ẩm, chất bôi trơn, binder, chất cơ bản. Khi phối trộn PEG sẽ làm thay đổi độ ẩm, độ nhớt, thích hợp cho các sản phẩm. Chúng cũng hoà tan các thành phần hoạt động trong sản phẩm lotion và tạo cảm giác mịn màng nhưng không bị nhờn.
Loại PEG sử dụng: 400, 600.
Trong xi mạ điện
Các loại PEG không bị ảnh hưởng nhiều bởi các chất điện phân và làm tăng cường hiệu quả của quá trình mạ điện. Khi dùng lượng nhỏ PEG trong các bồn mạ đồng và thiết sẽ tạo độ sáng mịn. Trong bồn mạ sulphate và chloride nickel dùng PEG làm chất đánh bóng. Trong mạ thép không gỉ và nhôm, thêm PEG sẽ tạo ra bề mặt mịn và bóng.
Sản phẩm gia đình
Các PEG được sử dùng rộng rãi trong các sản phẩm gia đình như : các chất tẩy rửa, nước đánh bóng, xà bông, bột giặt vì chất này tan trong nước, trơ, ít bay hơi và ít độc. Chất này có khả năng hoà tan tốt, có thể tương hợp với nhiều thành phần có trong các sản phẩm gia đình. Hỗ hợp các PEG tạo ra cấu trúc, độ nhớt và khả năng hút ẩm của sản phẩm như mong muốn.
Loại PEG sử dụng: 200, 300, 400, 600.
Dầu bôi trơn
Do các PEG có khả năng hoà tan trong nước, bay hơi chậm và khả năng bôi trơn nên chúng được dùng trong nhiều loại dầu bôi trơn, dầu bôi trơn bề mặt các đồ dùng kim loại dùng trong gia công thực phẩm. Chất này không làm biến màu các bộ phận bằng kim loại, vải sợi và quần áo. Được làm sạch dễ dàng và không ăn mòn cao su và nhựa. PEG là chất mang rất tốt cho than chì, khi đốt rất sạch và ít cặn.
PEG sử dụng : 200, 300, 400, 600.
Gia công kim loại
PEG dùng làm chất bôi trơn trong công đoạn dập nổi và cuộn, dùng làm dung dịch cắt và nghiền, làm thành phần cho các chất đánh bóng. Các dung dịch để hàn có dùng PEG sẽ dễ lan toả, dễ làm sạch và chất không có chất lắng. PEG cũng được dùng làm chất mang trong bột luyện kim.
PEG sử dụng: 200, 300, 400, 600, 900, 1000.
Sơn và coating
PEG được dùng làm chất trung gian trong sản xuất nhựa alkyd và polyester nhằm tăng khả năng phân tán trong nước.Chất này cũng được dùng làm chất cải biến và chất mang trong sơn latex và nhựa shellac và trong sơn phủ hệ nước có thể tẩy được.
Sản phẩm PEG sử dụng: 200, 300,400, 600, 900, 1000
Giấy và sản phẩm giấy
Các PEG 200, 300, 400 dùng để làm mềm giấy, tăng độ mềm dẻo và tính trượt mong muốn, chống phồng và quăn xoắn khi bị ẩm. Các loại PEG rắn có hiệu quả bôi trơn rất tốt, tăng độ bóng và độ trơn láng trong khi cán màng.
Ngoài ra PEG cũng được dùng làm chất ổn định màu, chất hoá dẻo, chất chống dính và chất ổn định kích thước.
Loại PEG sử dụng: 200, 300, 400, 4000.
Dược phẩm
Loại Carbowax sentry PEG đáp ứng được tiêu chuẩn dược phẩm của Mỹ (USP) và được dùng rộng rãi trong điều chế dược phẩm. Chất này có khả năng hoà tan tốt thuốc, ít độc, tan trong nước tốt. PEG cũng hoà tan tốt các loại thuốc mỡ hoà tan trong nước, giúp sản phẩm dễ thoa lên da và thấm vào da ngay khi da bị ẩm ướt.
Bảo quản Polyethylene Glycol
Bảo quản nơi khô ráo.
PEG là loại chất hút ẩm, cần phải loại bỏ độ ẩm, các phuy cần phải đóng kín lại sau mỗi lần mở ra sử dụng.
Nhiệt độ bảo quản không nên nhỏ hơn nhiệt độ tan chảy.
Nếu các phuy đã đông lại nên gia nhiệt nhẹ, nhiệt độ gia nhiệt không quá 700C.
PEG phải được bao phủ bằng Nitrogen, nếu được bảo quản trong các thùng gia nhiệt (60-700) để ngăn chặn chúng không tiếp xúc với không khí.
PEG ở dạng bột, bột mịn nên được bảo quản ở nơi khô ráo, nhiệt độ không quá 300C, tránh ánh sáng mặt trời để tránh không bị đóng cục
Thời gian bảo quản ít nhất 2 năm trong bao bì kín.