Luận văn: Nghiên cứu chế tạo vi hạt Alginate bằng kênh vi lưu vận chuyển thuốc

Luận văn nghiên cứu quy trình chế tạo vi hạt alginate bằng kênh vi lưu. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng và ứng dụng tiềm năng trong vận chuyển thuốc.

• Tác giả: Lê Thị Hà Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Trung Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Quá Trình Chế Tạo Hạt Alginate Có Kích Thước Micro Bằng Thiết Bị Kênh Dẫn Vi Lưu Ứng Dụng Trong Vận Chuyển Thuốc
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái Niệm Vi Hạt Alginate và Ứng Dụng Trong Vận Chuyển Thuốc

Vi hạt alginate là những hạt nhỏ được tạo thành từ sodium alginate, một polymer thiên nhiên chiết xuất từ tảo nâu. Những vi hạt này có kích thước micro, thường nằm trong khoảng vài micrometer đến hàng trăm micrometer. Alginate là một chất sinh học an toàn, được FDA công nhận, với khả năng tương thích sinh học cao. Trong lĩnh vực dược học, vi hạt alginate được sử dụng rộng rãi để vận chuyển thuốc một cách kiểm soát và hiệu quả. Các vi hạt này có thể đóng gói các hoạt chất dược phẩm, bảo vệ chúng khỏi môi trường axit dạ dày và giải phóng thuốc từ từ tại vị trí mong muốn. Đây là một công nghệ tiên tiến giúp tăng hiệu quả điều trị, giảm tác dụng phụ và cải thiện tuân thủ điều trị của bệnh nhân.

1.1. Đặc Điểm Cấu Trúc của Vi Hạt Alginate

Vi hạt alginate có cấu trúc ma trận cao su, tạo thành từ những nút liên kết giữa các chuỗi polysaccharide. Cấu trúc này bao gồm hai thành phần chính: axit mannuronic (M) và axit guluronic (G). Những nút liên kết này được tạo thành khi sodium alginate tiếp xúc với các ion divalent như Ca²⁺. Cấu trúc không xuyên tâm cho phép kiểm soát chính xác tốc độ giải phóng thuốc.

1.2. Ưu Điểm Trong Vận Chuyển Dược Phẩm

Vi hạt alginate cung cấp nhiều ưu điểm vượt trội: khả năng đóng gói cao các hoạt chất khác nhau, tính sinh học tương thích tuyệt vời, không độc tính, dễ phân hủy sinh học. Chúng có thể nhị dược phẩm thông qua các con đường khác nhau. Đặc biệt, vi hạt alginate giúp bảo vệ thuốc khỏi phân hủy trong dạ dày và cho phép vận chuyển thuốc có kiểm soát đến ruột non.

II. Công Nghệ Kênh Vi Lưu Microfluidic Channels Trong Chế Tạo Vi Hạt

Kênh vi lưu là công nghệ hiện đại cho phép tạo các vi hạt có kích thước và hình dạng đồng nhất với độ chính xác cao. Thiết bị kênh dẫn vi lưu (FEMEDS) hoạt động bằng cách điều khiển dòng chảy của các chất lỏng trong những kênh có chiều rộng chỉ vài chục đến vài trăm micrometer. Công nghệ này cho phép hòa trộn chính xác dung dịch sodium alginate với các ion calcium, tạo thành những giọt nhỏ đều đặn. Mỗi giọt sẽ trải qua quá trình gelification (hình thành gel) tức thì, tạo ra các vi hạt với kích thước micro rất consistent. Phương pháp này vượt trội so với các kỹ thuật truyền thống vì nó cho phép kiểm soát hàng loạt các thông số ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

2.1. Nguyên Lý Hoạt Động của Kênh Vi Lưu

Kênh dẫn vi lưu sử dụng nguyên lý điều khiển dòng chảy hai pha: pha nước (aqueous phase) chứa sodium alginate và pha dầu hoặc pha không pha tan. Khi hai pha này gặp nhau trong kênh vi lưu, lực căng bề mặt tạo ra những giọt nhỏ đều đặn. Các giọt này được hình thành với kích thước có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ dòng chảy và tỷ lệ giữa các pha.

2.2. Lợi Thế của Công Nghệ FEMEDS

Thiết bị kênh dẫn vi lưu FEMEDS mang lại nhiều lợi thế: tạo vi hạt có kích thước uniform từ 50-500 micrometer, tốc độ sản xuất cao, tiêu thụ nguyên liệu ít, cho phép chế tạo vi hạt với hình dạng và kích thước được thiết kế trước. Điều này đặc biệt quan trọng trong vận chuyển thuốc vì kích thước ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp thu và hiệu quả điều trị.

III. Quá Trình Chế Tạo Vi Hạt Alginate Bằng Kênh Vi Lưu

Quá trình chế tạo vi hạt alginate bằng kênh vi lưu bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, chuẩn bị dung dịch sodium alginate có nồng độ phù hợp, thường từ 2-4% tùy vào ứng dụng. Dung dịch này được đưa vào kênh dẫn vi lưu cùng với dung dịch CaCl₂ (calcium chloride) làm chất tạo gel. Trong kênh vi lưu, hai dòng chất lỏng được hòa trộn kiểm soát để tạo ra những giọt nhỏ. Khi alginate tiếp xúc với ion Ca²⁺, xảy ra phản ứng gelification tức thì, biến các giọt thành vi hạt gel cứng. Các vi hạt này sau đó được thu thập, rửa sạch và có thể được sấy hoặc lưu trữ trong dung dịch nước muối. Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm tốc độ dòng chảy, nồng độ chất nguyên liệu, và nhiệt độ.

3.1. Các Thông Số Kiểm Soát Trong Chế Tạo

Kích thước vi hạt được kiểm soát bởi tốc độ dòng chảy, nồng độ sodium alginate, và hình học kênh vi lưu. Tỷ lệ dòng chảy giữa pha alginate và pha tạo gel quyết định đường kính cuối cùng của hạt. Nồng độ alginate cao hơn tạo ra vi hạt cứng hơn, trong khi nồng độ thấp cho ra hạt mềm hơn. Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch, từ đó ảnh hưởng đến kích thước và phân bố.

3.2. Thu Thập và Xử Lý Hậu Tạo

Sau khi tạo thành trong kênh vi lưu, vi hạt alginate được thu thập vào bộ chứa. Bước tiếp theo là rửa sạch để loại bỏ dầu hoặc chất tạo gel dư thừa. Vi hạt có thể được sấy khô bằng kỹ thuật sấy lạnh (freeze-drying) hoặc sấy phun (spray-drying) để bảo quản lâu dài, hoặc lưu trữ trong dung dịch nước muối hoặc phosphate buffer.

IV. Ứng Dụng Vi Hạt Alginate Trong Vận Chuyển Thuốc

Vi hạt alginate được chế tạo bằng kênh vi lưu có tiềm năng ứng dụng lớn trong vận chuyển thuốc đặc biệt và hiệu quả. Những vi hạt này có thể đóng gói nhiều loại hoạt chất khác nhau: thuốc nhỏ phân tử, protein, peptide, và thậm chí DNA. Một ứng dụng quan trọng là vận chuyển thuốc kháng lao, nơi các loại thuốc như isoniazid và rifampicin được đóng gói trong vi hạt, giúp giảm tần suất dùng thuốc và cải thiện tuân thủ điều trị. Vi hạt alginate cũng được sử dụng cho vận chuyển từ từ thuốc (sustained release), vận chuyển có mục tiêu (targeted delivery), và vận chuyển bảo vệ (protective delivery). Các vi hạt có kích thước nhỏ được tạo ra bằng kênh vi lưu có thể xuyên qua hệ tiêu hóa hiệu quả hơn, tăng sinh khả dụng của thuốc.

4.1. Vận Chuyển Thuốc Kháng Lao

Vi hạt alginate tạo ra từ kênh vi lưu rất phù hợp cho vận chuyển thuốc kháng lao như isoniazid, rifampicin và pyrazinamide. Bằng cách đóng gói các loại thuốc này trong vi hạt, thời gian vận chuyển thuốc được kéo dài, giảm số lần uống thuốc hàng ngày từ 4 lần xuống 1-2 lần. Điều này cải thiện đáng kể tuân thủ điều trị ở bệnh nhân lao, đặc biệt là ở các nước có tỷ lệ lao cao.

4.2. Vận Chuyển Từ Từ và Có Mục Tiêu

Vi hạt alginate cho phép vận chuyển từ từ thuốc trong vài giờ đến vài ngày tùy thuộc vào kích thước và độ cứng của hạt. Ngoài ra, chúng có thể được vận chuyển có mục tiêu bằng cách gắn các chất định hướng lên bề mặt vi hạt. Công nghệ kênh vi lưu cho phép tạo các vi hạt có cấu trúc lõi-vỏ (core-shell), nơi lõi chứa hoạt chất dược phẩm và vỏ bảo vệ hoặc điều khiển giải phóng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN - CHƯƠNG 2: THỰC NGHIEM VA PHUGONG PHAP NGHIEN CUU - CHƯƠNG 3: KỮT QUÁ VÀ THÁO LUẬN - CHƯƠNG 4: KÉT LUẬN TRUONG BAT HOC BACH KHOA VIEN K¥ THUAT HOA HOC NHIEM VU THIET KE/TONG QUAN/NGHIEN CUU TOT NGHIEP Hộ vẻ tên sinh viên _ : Lê Thị Hà Phương Số hiệu sinh viên. CA180230 Lép 18AKTHH 1. Nội dung thiết ké/léng quan/nghién cou “Nghiên cứu quả trình chế tao hat alginate có kích thước micro bằng thiếtbị kênh dẫn vì lưu ứng dụng trong vận chuyển thuốc” 2. Các số liệu, đữ kiện ban dầu: Dung dịch Na-alginate sử dụng ở 29% khi chế tạo vi hạt nguyên ban và 4% khi chế tạo vị hạt dòng gói địch chiết tối đen.

Nhiệm vụ thiết kếtổng quan/nghiên cứu: -_ Khảo sát các yêu tổ ảnh lưởng, đến hình dạng và kích thước của vi hạt alginate. - Tước đầu nghiên cứu khả năng đóng gói địch chiết tôi đen của vi hat alpinate ứng dụng trong, vận chuyển thuốc. Các bản vẽ, sơ đỗ, sản phẩm cần đạt: -_ Thành công trong nghiên cứu khảo sát các yêu tổ ảnh hưởng đến hình. dạng và kích thước của vi hạt alginate -_ Déng gói thành công địch chiết tối đen bước đầu trong nghiên cứu ủng dụng của vi hạt alginate trong quá trình vận chuyển thudc 5.

Ngày giao nhiệm vụ: 25/09/2018 6. Ngày hoàn thành: 25/05/2020 "Trưởng Bộ môn Căn bộ hướng dẫn. Dặng Trung Dũng TOM TAT LUAN VAN Tại Việt Nam, các nghiên cứu về rong nâu và các chiết xuất tử rong nu đã được quan tam và tiến hành tại một số viện nghiên cửu vá trưởng đại học trong thời gian gần đây và đã được đưa vào hệ thông bài giảng của một số cơ sở đão tạo. Điều nảy xuất phát từ các lợi ích to lớn mả cây rong nâu mang lại cho cuộc sống hư các ứng dụng làm thực phẩm, môi trường nuôi cấy tế bảo và nắm men, làm.

nhiên liệu sinh học. Đối với ngành công nglúệp sản xuất dược phẩm, rong nêu: được sử đụng làm nguồn nguyên liệu chính để chiết tách các polys reande cd heal tinh sinh bao gồm: alsinate, feeidan, laminaran. với khả năng ứng đụng hết sức Tộng rấi. Trong số các polysarcaride chiết xuất từ rong nâu, aÌginate lá hợp chất dược đặc biệt quan tâm nghiên cứu da có nhiều ưu điểm như khả năng phân hủy sinh học, độc tính thập và tính linh hoạt về háa hoc.

Dang thoi alginate 1A hop chat duy nhất có đặc tính tạo gel ổn định trong môi trường, nước bằng cách thêm các cation. da hỏa trị, Điều này làm che alginatc trở nên rất hữu ích cho các nghiên cửu ứng đụng vận chuyển thuốc va bat động tế bào. Ngoài ra, một đặc tỉnh khác rất quan trọng của algioate là khả năng liên kết ngang rất tố, nhạy pH1 và có tính bảm dính. Điều này góp phần rất lớn chơ nghiện cửu dẫn thuốc bằng dường uống, 'Việo nghiên cửu và ng dụng nlginale như một chất dẫn thuốc dang dược đây rạnh trong vải nấm gần đây thường được tập trung vào các khia cạnh như: quy trình chế tạo hạt micro aÍsinare, cáư trúc, hình dạng, kích thước va anh hưởng của.

các thông số này tới quá trình giải phóng thuốc trong môi trường cơ thể sống, Dựa trên cáo tài liệu (ham khảo trong và ngoài nước, có thế nhận thấy, cá nghiên cửu vẻ ủng dụng hợp chit algmate lam chất dẫn thuốc đã bắt đâu được tiến. hành tại một số trường Đại học trên lãnh thỏ Việt Nam. Tuy nhiên, cho tới nay, việc sử dụng kỹ thuật vi lưu chế lạo các vĩ hạt a]gimate làm chỗt. dẫn thuốc thì chưa từng được công bố tại nước ta Dé tai: “Nghién cứu quá trình chế tạa hạt alginate có kích thước micro ứng dụng trong vẫn chuyễn thuốc” sẽ mở ra một hưởng tiếp cận mới dễ nghiện cứu và chế tạo cáo vì bại, đồng thời đặt ra một số mục tiêu sau: - Sử dựng kỹ thuật vi lưu và thiết bị vi lưu để chế tạo các vi hạt alginate có kich thước nhớ, dông, dều.

Đây là một kỹ thuật thân thiện với môi trường, hiện dại và dang duợc quan tâm trên thể giới trong việc chế tạo các vì hạt và rửững vật liệu mới ứng dụng trơng công nghiệp hỏa dược - Khống chế thành công, các thông số vẻ hình dạng, kich thước,. của vì hạt alginate théng qua quả trình chế tạo. ~ Các vì hạt slginate chế tạo thành công buớc đầu được ứng đụng làm vật liệu đóng gói dịch chiết tỏi đen. Đổ tài dược triển khai gồm các nội dung sau: - CHƯƠNG 1: TONG QUAN - CHƯƠNG 2: THỰC NGHIEM VA PHUGONG PHAP NGHIEN CUU - CHƯƠNG 3: KỮT QUÁ VÀ THÁO LUẬN - CHƯƠNG 4: KÉT LUẬN MUC LUC CHƯƠNG L: TONG QUAN.

TONG QUAN VE IIE THONG VAN CHUYEN TOUOC 1 LLL Giải thiệu chung. Các hình thức vận chuyển thuốc vào cơ thể [2]. Các phương tiện vận chuyển thuốc vào cơ thể. 12, TONG QUAN VE ALGINATE 121.

Giới thiệu chang. Céu trie cita alginate. Tink chat lj hou cia alginate. PONG QUAN VE THIET BI KENH DAN VELUU TRONG NGIIEN CUU CIE TAQ VITIAT ALGINATE 23 1.

Giải thiệu chung. Phương pháp chế tạo.4, KETLUAN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU CA LUẬN VĂN.28 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 'VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ‘A HOA CHAT SỬ DỤNG. ThiẪt bị tà dụng cụ.2 Chuẩn bị hỏa chất 3.

THIẾT LẬP Hệ NGHIÊN CỨU. Sơ đồ kệ “ông: ah phiền cứu. Các yẫu tô ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước vì hạt alginate.2 Khảo sát quả trình đóng gói dich chiét tdi den bing vi hat alginate.4, CAC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CU 241. Ché taovi hat alginate bing plicong phap ví lưu.

LOTCAM ON San một thời gian học tap và nghiên cứu với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực cổ gắng của bản thân, luận. văn tết nghiệp cao học của tôi đã hoàn thành. "Tác giá chân thành cấm ơn Lãnh đạo Viện Kỹ thuật Hóa học, Viện Đảo tao Sau đại học — Trường Dại học Bach Khoa Hà Nội cùng toàn thể các thấy cô đã tận tinh dạy bão, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt hai năm học vừa qua. "Tác giả xin bảy tổ lòng biết ơn chân thành và tới PGS.

Đặng Trưng Dũng, người dã dành nhiều thởi gian, tâm sức, tận tình hưởng dẫu tôi trong suốt quả trình thực hiện luận văn. Tác giả xin trân trọng câm ơn tải trợ số 103.11 của Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAEOSTED) của Việt Nam và Để lài số ĐTĐI.CN-69/19 thuộc Chương trình phát triển khoa học cơ bản trang lĩnh vục Hóa học, Khoa học sự sống. Khoa học trái đất và Khoa học biến giai đoạn 2017- 2025 đã tai iro cho nghiên cứu này. Do còn hạn chế về kiến thức, tải liệu tham khảo cũng như thời gian thực hiện xiên luận văn không thể tránh khói nhềng thiếu sót.

Tác giá rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bão thêm từ các thây cô và cáo bạn đẳng nghiệp đề đẻ tài được hoàn.ê Thị Hà Phương Cộng hòa xã hội chú nghĩa Việt Nam lập— Tự do— Hạnh phic LOI CAM ĐOAN Tai la: T.ê Thị Hà Phương SHHV: CA180230 Chuyên ngành: Hòa Dược và Bảo vệ thực vật Lớp: 2018A-KTHII Nơi công tác: Khoa Dược — Trường Dại học Hỏa Bình Tà Nội Tể tài: Nghiên cứn quá trình chế tao hat alginate củ kích thước micro bằng thiết bị kênh dẫn vỉ lưu ứng dụng trong vận chuyển thuốc 'Tôi xin cam đoan các kết quả tôi trinh báy trong luận văn là do tôi nghiên cứu dưới sự hướng: dẫn của PG&6. Đặng Trung Dũng. Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bồ trong bất kỳ công trình nào. Hà Nội ngày — tháng — năm 2020 HỌC VIÊN Lê Thị Hà Phương TOM TAT LUAN VAN Tại Việt Nam, các nghiên cứu về rong nâu và các chiết xuất tử rong nu đã được quan tam và tiến hành tại một số viện nghiên cửu vá trưởng đại học trong thời gian gần đây và đã được đưa vào hệ thông bài giảng của một số cơ sở đão tạo.

Điều nảy xuất phát từ các lợi ích to lớn mả cây rong nâu mang lại cho cuộc sống hư các ứng dụng làm thực phẩm, môi trường nuôi cấy tế bảo và nắm men, làm. nhiên liệu sinh học. Đối với ngành công nglúệp sản xuất dược phẩm, rong nêu: được sử đụng làm nguồn nguyên liệu chính để chiết tách các polys reande cd heal tinh sinh bao gồm: alsinate, feeidan, laminaran. với khả năng ứng đụng hết sức Tộng rấi.

Trong số các polysarcaride chiết xuất từ rong nâu, aÌginate lá hợp chất dược đặc biệt quan tâm nghiên cứu da có nhiều ưu điểm như khả năng phân hủy sinh học, độc tính thập và tính linh hoạt về háa hoc. Dang thoi alginate 1A hop chat duy nhất có đặc tính tạo gel ổn định trong môi trường, nước bằng cách thêm các cation. da hỏa trị, Điều này làm che alginatc trở nên rất hữu ích cho các nghiên cửu ứng đụng vận chuyển thuốc va bat động tế bào. Ngoài ra, một đặc tỉnh khác rất quan trọng của algioate là khả năng liên kết ngang rất tố, nhạy pH1 và có tính bảm dính.

Điều này góp phần rất lớn chơ nghiện cửu dẫn thuốc bằng dường uống, 'Việo nghiên cửu và ng dụng nlginale như một chất dẫn thuốc dang dược đây rạnh trong vải nấm gần đây thường được tập trung vào các khia cạnh như: quy trình chế tạo hạt micro aÍsinare, cáư trúc, hình dạng, kích thước va anh hưởng của. các thông số này tới quá trình giải phóng thuốc trong môi trường cơ thể sống, Dựa trên cáo tài liệu (ham khảo trong và ngoài nước, có thế nhận thấy, cá nghiên cửu vẻ ủng dụng hợp chit algmate lam chất dẫn thuốc đã bắt đâu được tiến. hành tại một số trường Đại học trên lãnh thỏ Việt Nam. Tuy nhiên, cho tới nay, việc sử dụng kỹ thuật vi lưu chế lạo các vĩ hạt a]gimate làm chỗt.

dẫn thuốc thì chưa từng được công bố tại nước ta Dé tai: “Nghién cứu quá trình chế tạa hạt alginate có kích thước micro ứng dụng trong vẫn chuyễn thuốc” sẽ mở ra một hưởng tiếp cận mới dễ nghiện cứu và chế tạo cáo vì bại, đồng thời đặt ra một số mục tiêu sau: - Sử dựng kỹ thuật vi lưu và thiết bị vi lưu để chế tạo các vi hạt alginate có kich thước nhớ, dông, dều. Đây là một kỹ thuật thân thiện với môi trường, hiện dại và dang duợc quan tâm trên thể giới trong việc chế tạo các vì hạt và rửững vật liệu mới ứng dụng trơng công nghiệp hỏa dược - Khống chế thành công, các thông số vẻ hình dạng, kich thước,. của vì hạt alginate théng qua quả trình chế tạo.