Giống như tên sách, polymer sinh học biển là một dạng hợp chất cao phân tử có nguồn gốc từ sinh vật biển, trải rộng từ các vị sinh vật cho đến thực vật và động vật biển. Các polymer này có bản chất hoá học rất đa dạng và phong phú. Trong cùng một chất, tính đa dạng của chúng cũng rất lớn. Chính điều đó làm cho các polymer sinh học có thể đảm nhận nhiều tính chất chức năng bao trùm trên một phạm vi rộng lớn bên trong cơ thể sinh vật và các ứng dụng đa dạng khi được tách chiết ra.
Trong khuôn khổ rất hạn chế của cuốn sách, chúng tôi chỉ giới thiệu một số polymer sinh học biển thường gặp, đã được nghiên cứu và phát triển ứng dụng phổ biến nhất. Đó là các polysaccharide từ rong biển bao gồm agar, alginate và carrageenan. Đối với các polymer sinh học từ động vật, chúng tôi chọn hai chất có ứng dụng quan trọng nhất là chitin và collagen.
Một đặc điểm quan trọng của các polymer sinh học là tính đa dạng trong cấu trúc, các polysaccharide đều có cấu trúc thay đổi theo loài, điều kiện sinh sống ; trên cùng một cá thể, cấu trúc của một polysaccharide cũng có thể thay đổi. Chính điều này làm cho việc nghiên cứu cấu trúc trở nên rất khó khăn và các đại lượng đặc trưng cho cấu trúc đều có tính chất thống kê. Về mặt sản xuất, tính chất này làm cho các nhà công nghiệp gặp nhiều trở ngại khi muốn ổn định chất lượng và tính chất của sản phẩm. Trong phần 1, hai chương đầu của cuốn sách được dành cho việc trình bày cấu trúc và quan hệ cấu trúc – tính chất của các polymer sinh học biển. Do bản chất phức tạp của cấu trúc phân tử, của cấu hình trong dung dịch và tương tác giữa chúng, các mô hình toán mô tả đôi khi trở nên phức tạp và khó hình dung, chẳng hạn như các khai triển virial của các phương trình mô tả dung dịch loãng. Vì vậy, chúng tôi cố gắng hạn chế các công thức toán học và thay vào đó bằng các mô tả vật lí để bạn đọc dễ hình dung. Chương 3 trình bày vắn tắt các phương pháp quan trọng nhất trong nghiên cứu các polymer sinh học là phương pháp đo độ nhớt, các phổ như cộng hưởng từ, phổ hồng ngoại, sắc kí lọc gel và phương pháp điện di.
Phần 2 và phần 3 của cuốn sách dành cho việc giới thiệu các polymer sinh học biển cụ thể. Mỗi phần đều được trình bày theo trình tự chung là nguồn gốc sinh vật dùng tách chiết polymer, cấu trúc hoá học và tính chất, quy trinh tách chiết và cuối cùng là ứng dụng. Trong phần nguồn gốc, chúng tôi không có tham vọng nêu tất cả các loài mà chỉ nêu một số loài thường dùng trong sản xuất. Ở phần cấu trúc tính chất, các phương pháp nghiên cứu quan trọng đã trình bày đều được áp dụng trong việc mô tả cấu trúc và giải thích các trạng thái cũng như biến đổi động thái của các polymer. Công nghệ tách chiết được nhấn mạnh ở các nguyên lí và các công đoạn quan trọng nhất, sao cho giữ được cấu trúc và tính chất càng ít bị hư hại trong quá trình tách chiết càng tốt hơn là mô tả tỉ mỉ công nghệ. Các thông số công nghệ cụ thể ít có ý nghĩa khi đi từ loài này đến loài khác trong việc tách chiết. Do đó chúng tôi khuyên độc giả nên tự kiểm tra để tìm ra các thông số cụ thể hơn là áp dụng một cách máy móc các con số. Tính nhạy cảm và dễ bị ảnh hưởng của các polymer sinh học khi tách chiết đòi hỏi sự tinh tế của người nghiên cứu và luôn thay đổi tuỳ theo nguyên liệu.
Phần ứng dụng của các polymer được tập trung vào các tính chất mới và liên quan nhiều đến các khám phá tinh tế trong cấu trúc. Các ứng dụng hiện đại của các polymer sinh học biển có xu hướng tập trung vào y sinh học và công nghệ sinh học hiện đại. Từ các ứng dụng đơn giản trong thực phẩm hay kĩ thuật, các polymer sinh học ngày càng được ứng dụng sâu xa hơn trong công nghệ sinh học và y dược như cố định tế bào, kĩ thuật mô, kĩ thuật nhả chậm thuốc và điều chế thuốc. Các phân tử polymer sinh học khi được biến đổi cấu trúc một cách chủ động (tailoring) đã mang lại các ứng dụng rất chuyên biệt. Vai trò của nó trong việc điều hoà một số chức năng trong cơ thể đã mang lại nhiều chú ý hơn là quan niệm chỉ dùng làm chất độn trong thực phẩm. Khi bị thuỷ phân đến các oligomer có phân tử lượng thích hợp, các polymer sinh học biển còn bộc lộ nhiều tính chất quý giá như kích thích sinh trưởng, tăng cường hệ miễn dịch và giảm nguy cơ mắc một số bệnh.
Trong quá trình biên soạn sách, khó tránh khỏi những sai sót ngoài ý muốn, rất mong quý bạn đọc góp ý để những lần xuất bản sau được hoàn chỉnh hơn. Cuối cùng, chúng tôi xin chân thành cám ơn Đại sứ quán Na Uy tại Việt Nam, lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Ban quản lí Dự án SRV17025 đã tạo điều kiện và tài trợ kinh phí cho việc thực hiện cuốn sách này. Để hoàn thiện cuốn sách, không thể thiếu sự góp ý của các đồng nghiệp và vai trò của người biên tập, chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp và Ban biên tập Khoa học tự nhiên, Công ty CP Dịch vụ xuất bản giáo dục Gia Định (Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam) đã sửa chữa và đóng góp nhiều ý kiến quý báu.
Trong khuôn khổ rất hạn chế của cuốn sách, chúng tôi chỉ giới thiệu một số polymer sinh học biển thường gặp, đã được nghiên cứu và phát triển ứng dụng phổ biến nhất. Đó là các polysaccharide từ rong biển bao gồm agar, alginate và carrageenan. Đối với các polymer sinh học từ động vật, chúng tôi chọn hai chất có ứng dụng quan trọng nhất là chitin và collagen.
Một đặc điểm quan trọng của các polymer sinh học là tính đa dạng trong cấu trúc, các polysaccharide đều có cấu trúc thay đổi theo loài, điều kiện sinh sống ; trên cùng một cá thể, cấu trúc của một polysaccharide cũng có thể thay đổi. Chính điều này làm cho việc nghiên cứu cấu trúc trở nên rất khó khăn và các đại lượng đặc trưng cho cấu trúc đều có tính chất thống kê. Về mặt sản xuất, tính chất này làm cho các nhà công nghiệp gặp nhiều trở ngại khi muốn ổn định chất lượng và tính chất của sản phẩm. Trong phần 1, hai chương đầu của cuốn sách được dành cho việc trình bày cấu trúc và quan hệ cấu trúc – tính chất của các polymer sinh học biển. Do bản chất phức tạp của cấu trúc phân tử, của cấu hình trong dung dịch và tương tác giữa chúng, các mô hình toán mô tả đôi khi trở nên phức tạp và khó hình dung, chẳng hạn như các khai triển virial của các phương trình mô tả dung dịch loãng. Vì vậy, chúng tôi cố gắng hạn chế các công thức toán học và thay vào đó bằng các mô tả vật lí để bạn đọc dễ hình dung. Chương 3 trình bày vắn tắt các phương pháp quan trọng nhất trong nghiên cứu các polymer sinh học là phương pháp đo độ nhớt, các phổ như cộng hưởng từ, phổ hồng ngoại, sắc kí lọc gel và phương pháp điện di.
Phần 2 và phần 3 của cuốn sách dành cho việc giới thiệu các polymer sinh học biển cụ thể. Mỗi phần đều được trình bày theo trình tự chung là nguồn gốc sinh vật dùng tách chiết polymer, cấu trúc hoá học và tính chất, quy trinh tách chiết và cuối cùng là ứng dụng. Trong phần nguồn gốc, chúng tôi không có tham vọng nêu tất cả các loài mà chỉ nêu một số loài thường dùng trong sản xuất. Ở phần cấu trúc tính chất, các phương pháp nghiên cứu quan trọng đã trình bày đều được áp dụng trong việc mô tả cấu trúc và giải thích các trạng thái cũng như biến đổi động thái của các polymer. Công nghệ tách chiết được nhấn mạnh ở các nguyên lí và các công đoạn quan trọng nhất, sao cho giữ được cấu trúc và tính chất càng ít bị hư hại trong quá trình tách chiết càng tốt hơn là mô tả tỉ mỉ công nghệ. Các thông số công nghệ cụ thể ít có ý nghĩa khi đi từ loài này đến loài khác trong việc tách chiết. Do đó chúng tôi khuyên độc giả nên tự kiểm tra để tìm ra các thông số cụ thể hơn là áp dụng một cách máy móc các con số. Tính nhạy cảm và dễ bị ảnh hưởng của các polymer sinh học khi tách chiết đòi hỏi sự tinh tế của người nghiên cứu và luôn thay đổi tuỳ theo nguyên liệu.
Phần ứng dụng của các polymer được tập trung vào các tính chất mới và liên quan nhiều đến các khám phá tinh tế trong cấu trúc. Các ứng dụng hiện đại của các polymer sinh học biển có xu hướng tập trung vào y sinh học và công nghệ sinh học hiện đại. Từ các ứng dụng đơn giản trong thực phẩm hay kĩ thuật, các polymer sinh học ngày càng được ứng dụng sâu xa hơn trong công nghệ sinh học và y dược như cố định tế bào, kĩ thuật mô, kĩ thuật nhả chậm thuốc và điều chế thuốc. Các phân tử polymer sinh học khi được biến đổi cấu trúc một cách chủ động (tailoring) đã mang lại các ứng dụng rất chuyên biệt. Vai trò của nó trong việc điều hoà một số chức năng trong cơ thể đã mang lại nhiều chú ý hơn là quan niệm chỉ dùng làm chất độn trong thực phẩm. Khi bị thuỷ phân đến các oligomer có phân tử lượng thích hợp, các polymer sinh học biển còn bộc lộ nhiều tính chất quý giá như kích thích sinh trưởng, tăng cường hệ miễn dịch và giảm nguy cơ mắc một số bệnh.
Trong quá trình biên soạn sách, khó tránh khỏi những sai sót ngoài ý muốn, rất mong quý bạn đọc góp ý để những lần xuất bản sau được hoàn chỉnh hơn. Cuối cùng, chúng tôi xin chân thành cám ơn Đại sứ quán Na Uy tại Việt Nam, lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Ban quản lí Dự án SRV17025 đã tạo điều kiện và tài trợ kinh phí cho việc thực hiện cuốn sách này. Để hoàn thiện cuốn sách, không thể thiếu sự góp ý của các đồng nghiệp và vai trò của người biên tập, chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp và Ban biên tập Khoa học tự nhiên, Công ty CP Dịch vụ xuất bản giáo dục Gia Định (Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam) đã sửa chữa và đóng góp nhiều ý kiến quý báu.
