NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH TIỂU PHÂN NANO CURCUMIN BÀO CHẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN BI KẾT HỢP VỚI ĐỒNG NHẤT HÓA TỐC ĐỘ CAO VÀ ỨNG DỤNG VÀO VIÊN NANG

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN ĐÌNH HÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH TIỂU PHÂN NANO CURCUMIN BÀO CHẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN BI KẾT HỢP VỚI ĐỒNG NHẤT H

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

NGUYỄN ĐÌNH HÀ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT

SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH TIỂU PHÂN NANO CURCUMIN BÀO CHẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN BI KẾT HỢP VỚI ĐỒNG NHẤT HÓA TỐC ĐỘ CAO VÀ ỨNG DỤNG VÀO

VIÊN NANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2014

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

NGUYỄN ĐÌNH HÀ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT

SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH TIỂU PHÂN NANO CURCUMIN BÀO CHẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN BI KẾT HỢP VỚI ĐỒNG NHẤT HÓA TỐC ĐỘ CAO VÀ ỨNG DỤNG VÀO

Tôi xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu nhà trường, phòng đào tạo và các phòng ban các thầy cô giáo và cán bộ nhân viên trường Đại học Dược Hà Nội – những người đã dạy bảo và giúp đỡ tôi trong suốt 5 năm học tập tại trường

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, anh chị em đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian qua

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2014

MỤC LỤC

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Vài nét về Curcumin 2

1.1.1 Công thức 2

1.1.2 Tính chất lý hóa 2

1.1.3 Tác dụng dược lý của curcumin 3

1.1.4 Dược động học 4

1.2 Vài nét về phương pháp bào chế nano tinh thể 5

1.3 Một số nghiên cứu bào chế nano tinh thể curcumin 12

1.3.1 Các nghiên cứu trong nước 12

1.3.2 Các nghiên cứu trên thế giới 12

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Nguyên vật liệu, thiết bị 15

2.1.1 Nguyên liệu 15

2.1.2 Thiết bị 15

2.2 Nội dung nghiên cứu 16

2.3 Phương pháp nghiên cứu 16

2.3.1 Phương pháp bào chế 16

2.3.2 Phương pháp đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng 18

2.3.3 Phương pháp thiết kế thí nghiệm và tối ưu hóa công thức 23

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 25

3.1 Xác định công thức bào chế cơ bản 25

3.1.1 Lựa chọn nồng độ chất diện hoạt 25

3.1.2 Lựa chọn loại chất ổn định 25

3.2 Lựa chọn một số thông số trong quy trình bào chế 27

3.2.1 Lựa chọn nhiệt độ khí vào 27

3.2.2 Lựa chọn tỉ lệ thông gió 27

3.2.3 Lựa chọn tốc độ phun dịch 27

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc về công thức và thông số quy

trình bào chế đến đặc tính tiểu phân nano curcumin 28

3.3.1 Thiết kế thí nghiệm 28

3.3.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng 30

3.3.3 Lựa chọn công thức tối ưu 34

3.3.4 Khảo sát một số đặc tính tiểu phân của bột phun sấy nano curcumin bào chế theo công thức tối ưu 34

3.4 Nghiên cứu bào chế viên nang nano curcumin 50 mg 39

3.4.1 Xây dựng công thức đóng nang 39

3.4.2 Đánh giá viên nang curcumin 50 mg 40

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 41 Tài liệu tham khảo

Phụ lục

DANH MỤC CÁC CHỮ KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

( kính hiển vi điện tử quét)

(phân tích nhiệt vi sai)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng một số chất ổn định đến đặc tính tiểu phân.

25

Bảng 2 Sự ảnh hưởng của PVP đến kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán của curcumin trong bột phun sấy 26

Bảng 3 Sự ảnh hưởng của nồng độ PVP đến độ hòa tan curcumin trong bột phun sấy 27

Bảng 4 Kí hiệu và các mức của biến độc lập 28

Bảng 5 Kí hiệu và các mức của biến phụ thuộc 29

Bảng 6 Ảnh hưởng của các biến độc lập và các biến phụ thuộc 30

Bảng 7 Kết quả luyện mạng neuron nhân tạo 31

Bảng 8 Kết quả xác định một số đặc tính tiểu phân nano curcumin sau phun sấy theo công thức tối ưu và dự đoán 35

Bảng 9 Kết quả thử độ tan của mẫu nguyên liệu và công thức tối ưu 35

Bảng 10 Kết quả thử độ hòa tan của các mẫu nguyên liệu, mẫu tối ưu và dự đoán, mẫu NC của PVG 36

Bảng 11 Đồ thị biểu diễn độ hòa tan curcumin của viên nang so sánh với bột phun sấy 40

Bảng T 1 Các công thức thực nghiệm PL 3 Bảng T 2: Kết quả đánh giá hiệu suất, kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán

của bột phun sấy nano curcumin PL 4

Bảng T 3 Kết quả đánh giá độ hòa tan của bột phun sấy nano curcumin PL 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 Công thức cấu tạo của curcumin [11] 2

Hình 2 Sơ đồ về các phương pháp bào chế tiểu phân nano tinh thể 5

Hình 3 Mô tả mối sự tương quan giữa tỉ lệ độ hòa tan và sự giảm kích thước tiểu phân Quá trình giảm kích thước tiểu phân tạo ra bề mặt mới (màu hồng) làm tăng diện tích bề mặt dẫn đến tăng độ hòa tan 6

Hình 4 Nguyên lý hoạt động của thiết bị hoạt động theo phương pháp Microfluidization [17] 9

Hình 5 Mô tả hoạt động của thiết bị đồng nhất tốc độ cao 10

Hình 6 Sơ đồ đồng nhất theo phương pháp nanomizer [23] 11

Hình 7 Biểu diễn cấu tạo của generator và đường đi của vật liệu nghiền [23] 11

Hình 8 Quy trình bào chế hệ tiểu phân curcumin nano tinh thể 17

Hình 9 Mặt đáp biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ khí vào và tốc độ phun dịch đến hiệu suất quá trình phun sấy ( cố định các yếu tố tỉ lệ TWE/CUR 0,12 và tỉ lệ PVP/CUR 0,75) 31

Hình 10 Mặt đáp biểu diễn sự ảnh hưởng của tỉ lệ TWE/CUR và nhiệt độ khí vào đến kích thước tiểu phân trung bình (cố định các yếu tố tỉ lệ PVP/CUR 0.75, tốc độ phun dịch 2 ml/phút) 32

Hình 11 Mặt đáp biểu diễn sự ảnh hưởng của tỉ lệ TWE/CUR và tỉ lệ PVP/CUR đến % Curcumin hòa tan sau 10 phút (cố định các yếu tố nhiệt độ khí vào 96oC và tốc độ phun dịch 2 ml/phút) 33

Hình 12 Mặt đáp biểu diễn sự ảnh hưởng của tỉ lệ PVP/CUR và tỉ lệ TWE/CUR đến % Curcumin hòa tan sau 30 phút (cố định các yếu tố nhiệt độ khí vào 96oC và tốc độ phun dịch 2 ml/phút) 33

Hình 13 Đồ thị biểu diễn % curcumin hòa tan của các mẫu nguyên liệu, mẫu tối

ưu thực tế và dự đoán, mẫu NC của PVG 36

Hình 14 Hình ảnh của tiểu phân sau khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử của

mẫu nguyên liệu (trái) và bột phun sấy nano curcumin bào chế theo công thức tối

ưu (phải) 37

Hình 15 Kết quả quét nhiệt vi sai của các mẫu curcumin 38 Hình 16 Kết quả quét phổ nhiễu xạ tia X của mẫu nguyên liệu và mẫu tối ưu 39 Hình 17 Đồ thị biểu diễn mức độ và tốc độ hòa tan của curcumin theo thời gian

của viên nang so với bột phun sấy 40

Hình H 1 Kết quả phân bố kích thước của mẫu chứa PVP PL 1 Hình H 2 Kết quả đo thế zeta của mẫu tối ưu PL 2

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, curcumin – hoạt chất nghệ vàng, với nhiều tác dụng đáng chú ý ngày càng thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học Thực tiễn lâm sàng đã chứng minh curcumin tác dụng tốt trong điều trị các bệnh ung thư, bệnh Alzheimer, phòng chống viêm gan, chống viêm, chống oxi hóa…[11] Tuy nhiên, khả năng hòa tan kém trong nước (0,0004 mg/ml) [30], sinh khả dụng thấp là nguyên nhân chính khiến cho việc sử dụng rộng rãi curcumin trên lâm sàng còn gặp nhiều hạn chế

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng nano tinh thể giúp cải thiện độ tan và tốc độ hòa tan, từ đó cải thiện được sinh khả dụng của các dược chất khó tan khi dùng đường

uống Do vậy, chúng tôi tiến hành: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến

đặc tính tiểu phân nano curcumin bào chế bằng phương pháp nghiền bi kết hợp với đồng nhất hóa tốc độ cao” với mục tiêu chính như sau:

- Bào chế được tiểu phân nano curcumin bằng phương pháp nghiền bi kết hợp đồng nhất hóa tốc độ cao

- Đánh giá ảnh hưởng của các thành phần công thức và một số thông số quá trình phun sấy đến đặc tính tiểu phân nano curcumin

- Xây dựng công thức viên nang nano curcumin 50mg

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Vài nét về Curcumin

1.1.1 Công thức

Công thức phân tử:C21H20O6

Khối lượng phân tử: 368,38

Tên khoa học: (1E,6E)-1,7-bis (4–hydroxy– 3-methoxyphenyl) -1,6–

heptadien-3,5-dion

Công thức cấu tạo: curcumin tồn tại ở dạng hỗ biến keto-enol

Hình 1 Công thức cấu tạo của curcumin [11].

1.1.2 Tính chất lý hóa

 Trạng thái tinh thể:

Curcumin tồn tại ở trạng thái tinh thể hình kim, màu vàng, điểm chảy ở 184oC[2]

 Độ tan:

Curcumin không tan trong nước ở pH acid và trung tính (0,0004mg/ml tại pH 7,4), benzen, ether Curcumin tan tốt trong ethanol, methanol, aceton và kiềm… [30]

 Độ hấp thụ ánh sáng:

Curcumin hấp thụ ánh sáng cực đại tại bước sóng 430 nm trong môi trường methanol,

ở 415-420 nm ở môi trường aceton [3]

 Tính chất hóa học:

 Tính chất nhóm polyphenol [3]:

- Tan trong dung dịch kiềm

- Tác dụng với tác nhân oxy hóa: nhóm –OH hoạt hóa nhân thơm với các tác nhân oxy hóa nên curcumin dễ bị oxy hóa

- Tác dụng với các dung dịch muối kim loại tạo phức có màu: với Fe3+ tạo muối xanh đen, với thiếc (Sn2+), Calci (Ca2+), đồng (Cu2+)…

 Tính chất của nhóm diceton:

Trong môi trường acid acetic, dưới tác nhân amin hóa hydroxylamin với curcumin, sản phẩm tạo ra có tính kháng nấm và chống oxy hóa tốt [30]

 Ảnh hưởng của pH trong dung dịch nước [30]:

- pH <1: dung dịch nước của Curcumin có màu đỏ

- pH 1-7: Curcumin ít tan trong nước tạo dung dịch màu vàng

- pH > 7,5: dung dịch có màu đỏ

 Độ ổn định:

Curcumin ổn định trong môi trường pH acid, nhưng nhanh chóng phân hủy trong môi trường pH từ 7-10 tạo ra sản phẩm là acid ferulic và feruloylmethan nhanh chóng bị chuyển màu ( từ vàng đến nâu) Curcumin không bền dưới tác dụng của ánh sáng nhất là dung dịch, curcumin bị phân hủy và thoái hóa thành anillin, acid vanillic, aldehyd ferulic và acid ferulic [30]

1.1.3 Tác dụng dược lý của curcumin

Curcumin có nhiều tác dụng có lợi đã được chứng minh về cả phòng và điều trị bệnh Một số tác dụng nổi bật như:

 Tác dụng chống oxi hóa:

Trong các nghiên cứu sự bảo vệ quá trình peroxy hóa lipid, curcumin đã thể hiện sự ức chế mạnh (18-80%) tùy thuộc vào liều dùng Trong các nghiên cứu của Khopde và các cộng sự, tác dụng chống oxi hóa của curcumin gấp ít nhất 10 lần các chất chống oxi hóa khác thậm chí cả vitamin E -26 [3], [20]

Curcumin ngăn chặn biến đổi, khởi phát u, phát triển u, xâm lấn, hình thành mạch và di căn Curcumin gây độc tế bào ác tính, vô hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn hình thành tế bào ung thư mới mà không làm ảnh hưởng đến các tế bào lành

Do đó Curcumin hiện nay được nghiên cứu sử dụng phổ biến trong các chế phẩm ngăn chặn sự khởi phát, phát triển và di căn của khối u Curcumin có khả năng loại

bỏ gốc tự do, ức chế các loại men và hoạt tính của một số chất gây đột biến tế bào có khả năng dẫn đến ung thư trong đồ uống hay thức ăn được chế biến và bảo quản không đảm bảo chất lượng, giúp cơ thể ngăn ngừa ung thư một cách tích cực [3], [29]

 Tác dụng khác:

Tác dụng bảo vệ dạ dày, chống viêm loét dạ dày- tá tràng Bảo vệ tế bào thần kinh (hỗ trợ điều trị Bệnh Alzheimer) Dùng ngoài: kháng khuẩn, chống nấm, chóng lành vết thương và liền sẹo Kích thích hoạt tính enzym gan giúp giải độc và bảo vệ

tế bào gan, chống viêm nhiễm hoại tử, giúp tế bào gan hồi phục Hỗ trợ dự phòng sự hình thành sỏi trong túi mật Curcumin có tác dụng ức chế một số virus như intergrase HIV – 1… Ức chế tan hồng cầu gây bởi hydrogen peroxyd ở nồng độ thấp [3], [29]

1.1.4 Dược động học

a Nồng độ thuốc huyết thanh và sự phân bố trong các mô

Trong một nghiên cứu được thực hiện ở Đài Loan với Curcumin liều cao (8g/ngày) dùng đường uống trong vòng 3 tháng ở những bệnh nhân có nguy cơ cao mắc các bệnh ung thư da, cổ tử cung, dạ dày ác tính Kết quả cho thấy nồng độ curcumin trong huyết tương là 1,75 ± 0,80 µM Trong một nghiên cứu được thực hiện

ở Michigan, Mỹ, với liều 50-200 mg curcumin được thực hiện trên 18 người tình nguyện dùng đường uống với nước cam, kết quả không có bằng chứng về sự có mặt

của curcumin trong huyết tương (khoảng 0,62 ng/ml) [28]

b Chuyển hóa

Trong cơ thể, curcumin bị chuyển hóa nhanh chóng thông qua quá trình liên hợp (glucuronid hóa và sulfat hóa), tạo thành các sản phẩm không có tác dụng dược

lý hoặc tác dụng kém hơn nhiều so với các curcuminoid, làm giảm đáng kể sinh khả dụng của curcumin đường uống [9], [22]

ra khỏi cơ thể là thông qua phân [9]

Như vậy, curcumin thể hiện hoạt tính dược lý hạn chế trong thử nghiệm lâm sàng một phần là do khả năng hòa tan kém, kém hấp thu và bị đào thải nhanh chóng bởi các tổ chức trong cơ thể [22]

1.2 Vài nét về phương pháp bào chế nano tinh thể

Các phương pháp bào chế nano tinh thể

Phương pháp

vật lý

Phương pháp hóa học

Phương pháp sinh học

Phương pháp chùm electron

Phương pháp

khô

Phương pháp ướt

Đồng nhất Nghiền bi Nghiền hạt Nghiền tia Nanomizer

Hình 2 Sơ đồ về các phương pháp bào chế tiểu phân nano tinh thể

Với sự phát triển của ngành bào chế hiện đại, việc sử dụng công nghệ nano đã tạo ra cuộc cách mạng trong chuẩn đoán và điều trị bệnh với hiệu quả của quá trình đưa thuốc đến các đích tác dụng khác nhau Ngày nay, gần 40% hoạt chất mới được nghiên cứu có độ hòa tan trong nước thấp dẫn đến khả năng sinh học kém Đã có rất nhiều phương pháp để khắc phục vấn đề này như sử dụng chất diện hoạt, tạo phức, chất đồng tan, tạo hệ phân tán rắn Một phương pháp có tính thực tiễn và bền vững

để nâng cao sự hấp thu của các hoạt chất là giảm kích thước tiểu phân, đặc biệt là những dược chất có sinh khả dụng hạn chế vì tỉ lệ độ hòa tan thấp

Hình 3 Mô tả mối sự tương quan giữa tỉ lệ độ hòa tan và sự giảm kích thước tiểu

phân Quá trình giảm kích thước tiểu phân tạo ra bề mặt mới (màu hồng) làm tăng diện tích bề mặt dẫn đến tăng độ hòa tan

Theo lý thuyết Noyes –Whitney, các tiểu phân có kích thước càng nhỏ, diện tích bề mặt tăng thì càng làm tăng tốc độ hòa tan Do đó tinh thể nano có khả năng làm tăng sinh khả dụng của dược chất ít tan trong nước Trong sự phát triển của công nghệ nano ngày nay, có nhiều phương pháp được đưa ra như: Top down, bottom up, phương pháp kết hợp và tổng hợp hóa học Trong đó, Phương pháp Top down là một trong những phương pháp quan trọng nhất trong công nghiệp để giảm kích thước tiểu phân

Tinh thể nano

Tinh thể micro

Nano hóa

Tạo ra các bề mặt mói làm tăng độ hòa tan

 Vài nét về phương pháp top-down

Top down gồm các phương pháp làm nhỏ kích thước tiểu phân như nghiền bi, đồng nhất tốc độ cao, đồng nhất áp suất cao… các phương pháp này không sử dụng dung môi độc hại nhưng cần năng lượng đầu vào cao và hiệu suất quá trình thấp

 Kỹ thuật nghiền

Để nghiền dược chất tới kích thước nano, người ta có thể dùng nhiều phương pháp như nghiền bi, nghiền hạt, nghiền bằng áp suất cao…

 Kĩ thuật nghiền bi:

Các máy nghiền bi chuyên dụng năng lượng cao chế từ các vật liệu bền chắc đặc biệt như thép không rỉ mạ bề mặt, zircon oxyd, polystyren

Lực phân chia ở đây là lực đập của viên bi và thành buồng nghiền với tiểu phân dược chất Tốc độ và hiệu suất nghiền phụ thuộc vào độ bền cơ học của dược chất, vào tốc độ quay của buồng nghiền, vào cự ly của thành nam châm gia tốc, vào khối lượng và số lượng viên bi [10], [14], [24]

Dược chất có biến dạng gãy vỡ dễ nghiền mịn hơn dược chất mềm biến dạng dẻo một số tiểu phân nano kim loại đã được sản xuất và thương mại hóa trên thị trường như vàng, bạc, titan, kẽm oxyd…[10]

Hạn chế của phương pháp này là thời gian nghiền kéo dài, gây nóng thiết bị và dược chất, đồng thời trong quá trình nghiền các viên bi có thể bị mài mòn do va chạm với buồng nghiền tạo ra tiểu phân nano tạp lẫn vào thuốc (0,1-70 phần triệu) [12], [14]

Trong phương pháp này, hợp chất được nghiền khô với polyme hòa tan và các đồng polyme sau dó phân tán trong nước Các polyme hòa tan và đồng polyme thường được sử dụng là PVP, PEG, HPMC và các dẫn xuất của cyclodextrin Tính chất hóa

lý và khả năng hòa tan của các dược chất kém tan có thể được cải thiện bằng phương pháp nghiền khô do cải thiện mức độ phân cực bề mặt và chuyển đổi từ dạng kết tinh sang dạng vô định hình [7]

 Phương pháp Microfluidization:

Microfluidization là một quá trình nghiền phù hợp với yêu cầu giảm kích thước bột đến siêu mịn và liên quan đến khả năng tăng tốc của hạt vì vậy quá trình nghiền xảy ra sự va chạm giữa các tiểu phân với tiểu phân hoặc va chạm với bề mặt rắn Năng lượng cao được cung cấp bởi máy nghiền tác động vào tiểu phân dẫn đến thay đổi cấu trúc bề mặt làm giảm kích thước [34]

Ưu điểm của phương pháp là hạn chế sự có mặt của tạp chất do cơ chế nghiền tự động, tỷ lệ tiêu hao thấp, tiếng ồn nhỏ, có khả năng nghiền các nguyên liệu nhạy cảm nhiệt

Trong Microfluidization, cơ chế chính phân chia các tiểu phân là gãy vỡ do va chạm và mài mòn giữa các tiểu phân với nhau Tỷ lệ và mức độ chuyển dạng vô định hình hay hiện tượng đa hình chuyển tiếp phụ thuộc vào đặc điểm pha rắn ban đầu, loại máy nghiền và các điều kiện nghiền

Trong hai thập kỉ qua, tầm quan trọng của sự kiểm soát các hình thức tinh thể của dược chất được nhấn mạnh vì hiện tượng đa hình có thể dẫn đến tính chất hóa lý khác nhau như độ tan, tốc độ hòa tan, các thông số sinh lý như sinh khả dụng, hiệu lực và độc tính Trong máy nghiền theo phương pháp này, thời gian lưu giữ các hạt trong buồng xay rất ngắn vì các hạt được ra ngay sau khi đạt đến kích thước mong muốn, năng lượng cung cấp cao có thể dẫn đến kết quả là sự biến đổi cấu trúc tinh thể trong thời gian nghiền

Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ nghiền là đường kính buồng nghiền, hình dạng,

số lượng và góc của vòi phun tia và các điều kiện hoạt động như áp lực phun, tỷ lệ chất rắn, vật liệu nghiền [17], [16]

Hình 4 Nguyên lý hoạt động của thiết bị hoạt động theo phương pháp

Microfluidization [17]

 Đồng nhất hóa tốc độ cao

Thiết bị đồng nhất hóa tốc độ cao có cấu tạo gồm 2 phần là roto và stato có các lưỡi cắt làm bằng vật liệu thép không gỉ Các lưỡi cắt được đặt đồng tâm quanh trục đồng hóa, roto bên trong stato Quá trình đồng nhất hóa xảy ra khi roto quay, dòng chất lỏng chứa các tiểu phân đi qua các khe của stato vào khoảng giữa roto và stato [33] Lưỡi chém của roto quay với tốc độ cao cung cấp một động năng rất lớn gây ra sự chuyển động hỗn loạn tạo sự va chạm, ma sát giữa các tiểu phân với nhau kết hợp với sự tạo bọt và sự phân cắt tiểu phân xảy ra ở khoảng giữa roto và stato là những nguyên nhân làm nhỏ kích thước tiểu phân và chất lỏng đồng nhất hơn Hơn nữa, máy đồng nhất có cấu trúc mở, quá trình đồng nhất được diễn ra tuần hoàn nên tăng hiệu suất quá trình đồng nhất hóa [4], [19]

Buồng nghiền

Bình chứa

Phễu Đường vào

Quá trình đồng nhất hóa tốc độ cao phụ thuộc vào các yếu tố như:

- Thiết kế và kích thước của roto – stato

- Tốc độ quay của roto

- Thời gian đồng nhất

- Kích thước ban đầu của mẫu

- Khối lượng trung bình và nồng độ của mẫu

- Độ nhớt của môi trường

Các mẫu có độ nhớt cao có thể được đồng nhất với cấu trúc roto – stato đặc biệt kích thước mẫu đưa vào đồng nhất phải đủ nhỏ để qua được khe của stato, thường phải xử lý bằng nghiền cắt để làm nhỏ mẫu Việc sử dụng bình chứa mẫu đúng kích thước và giữ đầu mũi thiết bị đồng nhất ngập trong hỗn dịch ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình đồng nhất

Quá trình đồng nhất tốc độ cao sử dụng thiết bị có roto – stato trong bình kín tạo

ra lượng nhiệt đáng kể nên cần thận trọng khi sử dụng với các dung môi hữu cơ dễ cháy nổ Điều này có thể khắc phục bằng cách tiến hành ở nơi thông gió tốt, làm lạnh đầu mũi đồng nhất trong quá trình sử dụng [25]

Hình 5 Mô tả hoạt động của thiết bị đồng nhất tốc độ cao

 Đồng nhất hóa áp suất cao

 Phương pháp Nanomizer:

Roto

stato

- Nguyên tắc của phương pháp nanomizer là tạo một dòng chảy có tốc độ cao nhờ một bơm pít tông tạo áp suất rất cao lên đến 200 MPa đi qua một vật liệu siêu cứng (generator) có một lỗ nhỏ có đường kính cỡ 30 – 400 µm Quá trình làm nhỏ tiểu phân được tác động bởi hiệu ứng tạo bọt, các lực nén, cắt, mài mòn [15], [23]

Hình 6 Sơ đồ đồng nhất theo phương pháp nanomizer [23]

Hình 7 Biểu diễn cấu tạo của generator và đường đi của vật liệu nghiền [23]

- Genertor là được làm từ vật liệu siêu cứng (chủ yếu là kim cương) có các lỗ

1.3 Một số nghiên cứu bào chế nano tinh thể curcumin

1.3.1 Các nghiên cứu trong nước

Phạm Văn Giang đã nghiên cứu bào chế nano tinh thể curcumin bằng phương pháp nghiền bi kết hợp với đồng nhất tốc độ cao với tốc độ 18000 vòng/phút trong

15 phút Hỗn dịch có thành phần là 1 g curcumin, 0,1 g Tween 80, nước cất vừa đủ

25 ml Hỗn dịch sau khi đồng nhất đem phun sấy Bột phun sấy chứa nano tinh thể curcumin cải thiện được độ tan ( gấp 8,68 lần) và độ hòa tan (gấp khoảng 4 lần) so với nguyên liệu Kết quả cho thấy bột phun sấy có kích thước tiểu phân 551,7 nm, hệ

số đa phân tán 0,527 Phân tích nhiệt vi sai và phổ nhiễu xạ tia X cho thấy tỷ lệ curcumin kết tinh ở dạng tinh thể trong mẫu bột phun sấy nano curcumin đã giảm đi đáng kể so với nguyên liệu curcumin ban đầu [4]

1.3.2 Các nghiên cứu trên thế giới

Ravichandran R và cộng sự (2012) đã nghiên cứu bào chế nano tinh thể curcumin bằng phương pháp đồng nhất hóa áp suất cao trong nước tinh khiết ở nhiệt

độ phòng với 20 vòng có áp suất đồng nhất hóa là 1500 bar Hỗn dịch nano curcumin

có thành phần là 10% Curcumin, 2% Polyvinyl alcohol, 88% nước Hỗn dịch đem phun sấy với nhiệt độ khí vào 100-110oC, nhiệt độ khí ra 74-76oC, lượng gió 600 l/giờ Kết quả cho thấy kích thước tiểu phân trung bình sau phun sấy là 312nm, hệ số

đa phân tán PDI: 0,38 Tiểu phân nano curcumin có độ tan tăng gấp 5 lần so với tiểu phân micro Đồng thời sau 30 phút, trong môi trường nước hầu hết curcumin đã được hòa tan nhưng chỉ 50% curcumin được hòa tan trong môi trường pH 1,2 Khi so sánh giữa viên nang chứa nano curcumin và viên đối chiếu trên thị trường thu được kết quả viên nang nano curcumin có độ hòa tan tăng rõ rệt so với viên nang trên thị trường

và viên nang chứa tiểu phân micro curcumin [27]

Yen F và cộng sự (2010) đã bào chế nano tinh thể curcumin bằng phương pháp kết tủa 50 mg curcumin được hòa tan trong 25 ml ethanol thu được dung dịch tiêm nhanh vào 75 ml nước chứa 300 mg PVP Trong quá trình tiêm, dung dịch được đồng nhất với tốc độ 22000 vòng/phút trong 25 phút, sau đó hỗn dịch nano curcumin

được đông khô tạo nano tinh thể curcumin Tiểu phân nano curcumin có kích thước 42,9 nm, hệ số đa phân tán 0,19 Phân tích nhiễu xạ tia X và DSC của bột đông khô nano curcumin cho thấy không có đỉnh peak đặc trưng và đỉnh thu nhiệt hoàn toàn biến mất Trong phép thử độ hòa tan sau 60 phút, hơn 99% curcumin hòa tan Điều này được lý giải do sự có mặt của PVP làm thấm ướt bề mặt tiểu phân, tăng khả năng phân tán, tăng độ hòa tan và chuyển đổi trạng thái kết tinh của tinh thể nano curcumin [36]

Yi H và cộng sự (2010) đã nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc nano tinh thể curcumin theo thời gian: bào chế hỗn dịch nano curcumin bằng phương pháp kết tủa Hòa tan curcumin trong ethanol thu được dung dịch rồi phân tán vào nước bằng phương pháp Micromixer Tiểu phân nano curcumin hình cầu với kích thước khoảng 30-40 nm, tỉ lệ tinh thể dạng vô định hình cao Sau 10 phút, xảy ra hiện tượng kết tụ tiểu phân dạng vô định hình, kích thước tăng lên khoảng 140 nm Sau 30 phút quá trình kết tụ tiểu phân curcumin hình cầu vẫn tiếp tục cho đến thời điểm 120 phút sau khi tạo hỗn dịch Kết quả đo DSC cho thấy tỉ lệ tinh thể ở trạng thái kết tinh chiếm

ưu thế hơn dạng vô định hình trong hỗn dịch Cấu trúc tinh thể này có thể được giữ vững bởi hỗn dịch sau được đồng nhất hóa đi qua quá trình phun sấy tạo khối bột khô

ổn định hơn [35]

Tagami T và cộng sự (2014) đã nghiên cứu bào chế tiểu phân nano curcumin bằng phương pháp femtosecond laser ablation Chiếu chùm tia laze đến 1 viên nén (150mg curcumin/viên) được đặt ở đáy 1 đĩa thủy tinh chứa 50 ml nước và đệm acetat (pH 5.0) trong 10 phút Tia laze sẽ quét cả chiều ngang lẫn chiều dọc Dung dịch hòa tan trong đĩa tiếp tục được phân tán bằng laze để ngăn cản quá trình kết tụ Kết quả cho thấy kích thước tiểu phân từ vài trăm nanomet đến vài micromet tùy phụ thuộc vào tốc độ và thời gian quét tia laze Sự tăng kích thước tiểu phân ảnh hưởng bởi nồng độ muối và không ảnh hưởng bởi pH môi trường Sự có mặt của các ion muối làm tăng sự kết tụ tiểu phân, đăc biệt các tiểu phân có kích thước nhỏ (<100nm) [31]

Như vậy qua các tài liệu tham khảo trên có thể thấy, khi bào chế hệ tiểu phân nano tinh thể có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của tiểu phân Sự thay đổi các

yếu tố về thành phần công thức như tỉ lệ các thành phần trong công thức dẫn đến sự thay đổi về độ tan, độ hòa tan của tiểu phân… Các phương pháp bào chế, thông số quy trình bào chế ảnh hưởng đến kích thước tiểu phân, hệ số đa phân tán và một số đặc tính tiểu phân nano Trong đề tài nghiên cứu của Phạm Văn Giang về bào chế hệ tiểu phân nano curcumin, tác giả đã kết luận không sử dụng chất ổn định PVP trong công thức bào chế Qua tài liệu tham khảo cho thấy các chất ổn định như PVP cải thiện độ tan và độ hòa tan curcumin rất rõ rệt Do vậy, trong nghiên cứu này hệ tiểu phân nano curcumin chịu ảnh hưởng bởi loại chất ổn định, tỉ lệ các thành phần trong công thức, một số thông số của quy trình bào chế

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên vật liệu, thiết bị

2.1.1 Nguyên liệu

Bảng 1: Nguyên liệu sử dụng

3 Polyvinyl pyrolidon K30 Trung Quốc Tinh khiết hóa học

7 Natri carboxy methyl

2.1.2 Thiết bị

- Máy khuấy từ Ika Labortechnik (Đức)

- Máy nghiền bi Retsch MM20 (Đức)

- Thiết bị đồng nhất hóa nhờ lực phân cắt lớn Unidriver (Mỹ)

- Máy phun sấy Buchi mini spray dryer B-191 (Đức)

- Máy ly tâm lạnh Sigma 3-18 Sartorius (Đức)

- Máy siêu âm Labsonic Sartorius (Đức)

- Máy đo quang phổ UV-VIS U1800 Hitachi (Nhật)

- Thiết bị thử độ hòa tan Erweka-DT (Đức)

- Máy đo phổ nhiễu xạ tia X D8 Advance, Brucker (Đức)

- Máy đo khối lượng riêng biểu kiến Erweka SVM (Đức)

- Máy đo thế Zeta và xác định phân bố kích thước tiểu phân Zetasizer NanoZS90 Malvern (Anh)

- Máy phân tích nhiệt vi sai Mettler Toledo DSC Stare System (Thụy Sỹ)

- Máy đo hàm ẩm Sartorius MA30

- Kính hiển vi điện tử FESEM Hitachi S-4800 (Nhật Bản)

- Màng lọc cellulose acetat kích thước 0,2 µm, Sartorius (Đức)

- Tủ sấy, cân kỹ thuật, cân phân tích

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng công thức cơ bản và xác định một số thông số trong quy trình bào chế tiểu phân nano curcumin bằng phương pháp nghiền bi kết hợp với đồng nhất hóa tốc độ cao

- Sử dụng phần mềm Modde 8.0, InForm 3.1, FormRules 2.0 để thiết kế thí nghiệm, phân tích sự ảnh hưởng của các thành phần trong công thức và một

số thông số quy trình, lựa chọn công thức tối ưu

- Xây dựng công thức viên nang chứa 50mg curcumin

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp bào chế

2.3.1.1 Bào chế tiểu phân nano curcumin

Theo kết quả nghiên cứu của Phạm Văn Giang kết hợp với một số khảo sát sơ

bộ, tiểu phân nano curcumin được tiến hành bào chế với công thức cơ bản sau: Curcumin 1g

Tween 80 vừa đủ

Chất ổn định (nếu có) vừa đủ

Nước cất vừa đủ 25ml

Hệ tiểu phân nano curcumin được tiến hành bào chế theo phương pháp nghiền

bi kết hợp với đồng nhất hóa tốc độ cao theo sơ đồ:

Mô tả quy trình:

- Cân dược chất và tá dược theo tỷ lệ đã định

- Ngâm trương nở hoặc hòa tan chất ổn định trong nước tạo dung dịch chất ổn định

- Nghiền mịn curcumin bằng thiết bị nghiền bi: mỗi mẻ 2g chia đều sang 2 buồng nghiền, thời gian nghiền 10 phút ở tần số 15Hz ( có thể thay đổi phù hợp với điểu kiện khảo sát)

- Thêm chất diện hoạt Tween 80 Nghiền ướt tạo hỗn dịch đặc bằng chày cối

Hình 8 Quy trình bào chế hệ tiểu phân curcumin nano tinh thể theo quy mô thí nghiệm

- Kéo từ từ hỗn dịch đặc bằng dung dịch chất ổn định tạo hỗn dịch curcumin

- Đồng nhất hóa hỗn dịch nhờ lực phân cắt lớn bằng máy đồng nhất tốc độ cao với tốc độ 18000 vòng/phút trong thời gian 15 phút

- Tiến hành phun sấy hỗn dịch nano sau khi bào chế với các thông số: nhiệt độ đầu vào 70oC, nhiệt độ đầu ra 50oC, tốc độ cấp dịch 3 ml/phút ( có thể thay đổi phù hợp với điều kiện khảo sát)

2.3.1.2 Bào chế viên nang nano curcumin 50mg.

Bột phun sấy nano curcumin được đóng vào nang cứng số 1 bằng thiết bị đóng nang thủ công Nang được lấp đầy bằng Avicel PH 101, phối hợp thêm các tá dược trơn Magnesi stearate, Aerosil

Khối lượng Avicel PH 101 được tính trên khối lượng riêng biểu kiến theo công thức:

Ma = (𝑉𝑛 − 𝑀𝑐

𝐷𝑐) × 𝐷𝑎Trong đó Ma là khối lượng Avicel trong 1 nang

Vnlà thể tích biểu kiến của nang

Mc là khối lượng khối bột phun sấy trong 1 nang

Dc là khối lượng riêng biểu kiến của bột phun sấy

Dalà khối lượng riêng biểu kiến của Avicel

2.3.2 Phương pháp đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng

2.3.2.1 Đánh giá tiểu phân nano Curcumin

a Đánh giá hình thái và kích thước hệ nano bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscope )

Nguyên tắc: sử dụng kính hiển vi điện tử FESEM Hitachi S-4800 có độ phóng đại M=20x-800000x; độ phân giải δ=1,0 nm; điện áp gia tốc U=0,5-30 kV Chùm điện tử quét trên toàn bộ bề mặt của mẫu được thu lại bởi các đầu dò để biến đổi thành những tín hiệu phản ánh bề mặt, thành phần của mẫu đưa ra màn hình quan sát Do cách tạo ảnh, các ảnh SEM có đặc điểm của ảnh ba chiều [6]

Tiến hành: phân tán mẫu bột phun sấy trên một khung carbon, sau đó phủ một lớp platin rồi đặt vào buồng soi mẫu của thiết bị

b Đánh giá kích thước và phân bố kích thước bằng thiết bị đo thể zeta và xác định phân bố kích thước tiểu phân Zetasizer Nano ZS90 Malvern

Nguyên tắc: dựa vào dao động cường độ tán xạ ánh sáng của tiểu phân để tính toán kích thước hạt Thiết bị chiếu tia la-de vào mẫu đo rồi thu nhận cường độ tán xạ của các tiểu phân Các tiểu phân ở các vị trí khác nhau tạo ra cường độ tán xạ khác nhau Mặt khác do tiểu phân di chuyển theo chuyển động Brown nên tạo ra dao động cường độ tán xạ trên detector Các tiểu phân có kích thước khác nhau có vận tốc chuyển động Brown khác nhau nên có dao động của cường độ tán xạ khác nhau Detector ghi lại dao động cường độ tán xạ và tính vận tốc chuyển động Brown của hạt, qua đó xác định được kích thước của hạt theo phương trình Stockes-Einstein [21]

Tiến hành: chuẩn bị mẫu là hỗn dịch nano hoặc phân tán bột phun sấy trong nước tinh khiết đã lọc qua màng 0,2μm, sao cho hàm lượng dược chất khoảng 0,1 mg/ml

c Phương pháp đo thế zeta

Thế zeta được xác định bằng phương pháp điện di trên thiết bị gồm kính hiển

vi để theo dõi quãng đường di chuyển của các tiểu phân điện tích trong điện trường giữa 2 cực platin Thời gian tự động hóa gắn trong thiết bị đo [8], [13] Giá trị thế zeta được tính theo công thức smoluchowsky [5]:

ƺ = 4𝜋𝜂

𝜀 × U × 300 × 300 × 100

Trong đó: U = 𝐸𝑉

𝐿

⁄ : độ di chuyển của hạt trong điện trường

E : điện thế áp vào hệ đo

L : khoảng cách 2 điện cực

V : tốc độ di chuyển của hạt

η : độ nhớt của môi trường

ε : hằng số điện môi của môi trường

d Quét nhiệt vi sai (DSC - Differential scanning calorimetry)

Phương pháp quét nhiệt vi sai là phương pháp phân tích mà trong đó các tính chất vật lý, hóa học đo liên tục theo hàm của nhiệt độ dựa trên sự khác nhau về nhiệt lượng trong khi mẫu đo và mẫu chuẩn ở cùng nhiệt độ [32], [18]

- Mẫu bột được đặt trong đĩa nhôm đục lỗ kín với lượng 5-10 mg Các phân tích nhiệt được thực hiện với nhiệt độ quét trong phạm vi 25-250oC và tốc độ gia nhiệt

10oC/phút Trong quá trình có sử dụng khí Nitơ

e Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD – X-ray diffraction)

Để nghiên cứu về tinh thể người ta dùng bước sóng 0,5 – 2,5 Ao Khi chùm tia

X đập vào mặt tinh thể và đi vào trong thì mạng tinh thể đóng vai trò một cách tử nhiễu xạ đặc biệt Mật độ và cường độ các pic trong phổ XRD thể hiện mức độ kết tinh của dược chất [18]

f Phương pháp định lượng curcumin trong các mẫu nghiên cứu

Hàm lượng curcumin trong các mẫu nghiên cứu được định lượng bằng phương pháp đo quang [4] Các bước tiến hành như sau:

- Dung môi pha loãng (dung dịch Tween 80 0,2%): cân 2g Tween 80 vào cốc

có mỏ, thêm nước cất và đun nóng trên bếp điện hoặc nồi cách thủy đến khi tan hoàn toàn Thêm nước vừa đủ 1000ml

- Dung dịch chuẩn: cân chính xác khoảng 10mg curcumin hòa tan trong 10ml methanol, chuyển vào bình định mức 100ml, thêm dung môi pha loãng tới vạch, lắc kỹ Hút chính xác 2ml dung dịch này cho sang bình định mức 50ml, thêm dung môi pha loãng tới vạch và lắc kỹ

- Dung dịch thử: làm tương tự như dung dịch chuẩn nhưng thay curcumin nguyên liệu bằng một lượng bột curcumin phun sấy tương ứng với 10mg curcumin

- Đo độ hấp thụ của mẫu chuẩn và mẫu thử tại bước sóng 427 nm, mẫu trắng là dung môi pha loãng Tính hàm lượng curcumin theo công thức:

% CURCUMIN = DT

Dc × mc

mt × 100%