Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vật liệu nghiên cứu khả sát các chế độ tạo nanocapsules chitosan chứa thuốc curcumin bằng phương pháp coaxial electrospraying

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vật liệu nghiên cứu chế độ tạo nanocapsules chitosan chứa curcumin bằng phương pháp coaxial electrospraying.

• Tác giả: Đoàn Ngọc Hoan
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Đại Phú
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên cứu khảo sát các chế độ tạo nanocapsules chitosan chứa thuốc curcumin bằng phương pháp Coaxial electrospraying
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT POLYMER CÓ CẤU TRÚC LÕI – VỎ
• 1.1.1. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO TRONG DUNG DỊCH
• 1.1.2. PHƯƠNG PHÁP COAXIAL ELECTROSPRAYING
• 1.1.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp Coaxial electrospraying
• 1.1.2.2. Thiết bị Coaxial electrospraying
• 1.1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Coaxial electrospraying
• 1.1.2.3.1. Ảnh hưởng của dung dịch polymer và hệ dung môi
• 1.1.2.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch polymer
• 1.1.2.3.3. Ảnh hưởng của dung môi
• 1.1.2.3.4. Ảnh hưởng của sức căng bề mặt
• 1.1.2.3.5. Ảnh hưởng của các thông số thực hiện quá trình Coaxial electrospraying
• 1.1.2.3.5.1. Ảnh hưởng của điện thế (U)
• 1.1.2.3.5.2. Tốc độ cấp liệu (lưu lượng Q)
• 1.1.2.3.5.3. Khoảng cách phun (L)
• 1.1.2.3.6. Ảnh hưởng của yếu tố môi trường
• 1.2. HẠT NANO POLYMER ỨNG DỤNG TRONG VIỆC ĐIỀU TRỊ UNG THƯ
• 1.2.1. Yêu cầu về kích thước của hệ dẫn truyền thuốc nano
• 1.2.2. Ứng dụng hạt nano polymer có cấu trúc lõi – vỏ so với cấu trúc hạt thông thường
• 1.3. GIỚI THIỆU VỀ CURCUMIN
• 1.3.1. Tính chất vật lý
• 1.3.2. Tính chất hóa học
• 1.3.2.1. Phân hủy trong môi trường kiềm
• 1.3.2.2. Phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng
• 1.3.3. Tính chất dược lý của Curcumin
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.2.1. Thiết bị và quy trình thực nghiệm
• 2.2.2. Dụng cụ - Thiết bị thực nghiệm
• 2.2.3. Các bước tiến hành khảo sát
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ
• 2.3.1. Đo sức căng bề mặt
• 2.3.2. Quan sát hình thái bề mặt hạt bằng Kính hiển vi điện tử quét – SEM
• 2.3.3. Tính toán và vẽ biểu đồ phân bố kích thước hạt
• 2.3.4. Phân tích cấu trúc hạt bằng Kính hiển vi điện tử truyền qua - TEM
• 2.3.5. Phương pháp sắc ký khí GC
• 2.3.6. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng TG
• 2.3.7. Phương pháp phân tích đo độ hấp thu UV – VIS
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. KIỂM TRA NGUYÊN LIỆU BAN ĐẦU
• 3.2. DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG TẠO THÀNH CẤU TRÚC CORE-SHELL CỦA HẠT THU ĐƯỢC
• 3.3. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH CHẾ ĐỘ PHUN
• 3.3.1. Ảnh hưởng của hiệu điện thế đến quá trình hình thành chế độ phun
• 3.3.2. Ảnh hưởng của lưu lượng đến quá trình hình thành chế độ phun
• 3.4. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CHITOSAN ĐẾN HÌNH THÁI VÀ KÍCH THƯỚC HẠT THU ĐƯỢC
• 3.5. ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ĐIỆN THẾ SỬ DỤNG ĐẾN HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC HẠT THU ĐƯỢC
• 3.6. CẤU TRÚC CỦA HẠT NANOCAPSULE CHITOSAN CHỨA CURCUMIN
• 3.7. ĐÁNH GIÁ ĐỘ SẠCH DUNG MÔI CỦA HẠT
• 3.8. KHẢO SÁT NHẢ THUỐC IN VITRO
• 3.9. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA HẠT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào việc tạo nanocapsules chitosan chứa curcumin bằng phương pháp coaxial electrospraying. Curcumin, một hợp chất polyphenol có màu vàng, được biết đến với các tính chất dược lý, đặc biệt là khả năng chống ung thư. Tuy nhiên, việc ứng dụng curcumin bị hạn chế do khả năng hòa tan kém và nhanh bị đào thải khỏi cơ thể. Chitosan, một polymer tự nhiên, được sử dụng làm hệ mang thuốc nhờ tính biocompatibility và khả năng phân hủy sinh học. Phương pháp coaxial electrospraying được lựa chọn để tạo nanocapsules có cấu trúc lõi-vỏ, giúp kiểm soát quá trình drug delivery và sustained release của curcumin.

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế và tối ưu hóa quy trình tạo nanocapsules chitosan chứa curcumin bằng phương pháp coaxial electrospraying. Nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt, bao gồm nồng độ chitosan, hiệu điện thế, và lưu lượng phun. Kết quả mong đợi là tạo ra các hạt có kích thước nano, cấu trúc lõi-vỏ đồng nhất, và khả năng kiểm soát nhả thuốc hiệu quả.

1.2 Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực nanotechnology và pharmaceutical applications. Việc tạo ra nanocapsules chitosan chứa curcumin không chỉ cải thiện hiệu quả điều trị của curcumin mà còn mở ra hướng ứng dụng mới trong việc phát triển các hệ dẫn truyền thuốc có kiểm soát. Phương pháp coaxial electrospraying được đánh giá là tiềm năng trong việc sản xuất các hạt nano đa lớp với độ chính xác cao.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp coaxial electrospraying để tạo nanocapsules chitosan chứa curcumin. Phương pháp này dựa trên nguyên lý sử dụng lực điện trường để tạo các hạt polymer có kích thước nano từ dung dịch chitosan và curcumin. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt bao gồm nồng độ chitosan, hiệu điện thế, và lưu lượng phun được khảo sát kỹ lưỡng. Các hạt tạo thành được đánh giá về hình thái, kích thước, và cấu trúc lõi-vỏ bằng các phương pháp phân tích hiện đại như SEM và TEM.

2.1 Thiết bị và quy trình

Hệ thống coaxial electrospraying bao gồm máy biến áp cao thế, máy bơm vi lượng, đầu kim đồng tâm, và bộ phận thu mẫu. Quy trình thực nghiệm bắt đầu bằng việc chuẩn bị dung dịch chitosan và curcumin, sau đó tiến hành phun dưới tác dụng của điện trường cao. Các thông số như hiệu điện thế, lưu lượng phun, và khoảng cách phun được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình tạo hạt.

2.2 Phương pháp phân tích

Các hạt nanocapsules được phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để đánh giá hình thái bề mặt và kích thước. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) được sử dụng để xác định cấu trúc lõi-vỏ của hạt. Ngoài ra, các phương pháp như sắc ký khí (GC) và phân tích nhiệt khối lượng (TG) được áp dụng để đánh giá độ tinh khiết và tính chất nhiệt của hạt.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy nanocapsules chitosan chứa curcumin được tạo thành công bằng phương pháp coaxial electrospraying. Các hạt có kích thước từ 15 nm đến 235 nm, bề mặt mịn và cấu trúc lõi-vỏ rõ ràng. Nồng độ chitosan và hiệu điện thế là hai yếu tố ảnh hưởng lớn đến hình thái và kích thước hạt. Kết quả thí nghiệm in vitro cho thấy khả năng nhả thuốc có kiểm soát của nanocapsules, đáp ứng yêu cầu của hệ dẫn truyền thuốc.

3.1 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan

Nồng độ chitosan trong dung dịch ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước và hình thái của nanocapsules. Khi nồng độ chitosan tăng, kích thước hạt giảm và độ đồng đều của hạt tăng. Điều này được giải thích bởi sự thay đổi độ nhớt và sức căng bề mặt của dung dịch.

3.2 Ảnh hưởng của hiệu điện thế

Hiệu điện thế là yếu tố quan trọng trong việc hình thành chế độ phun ổn định. Khi hiệu điện thế tăng, kích thước hạt giảm và hình thái hạt trở nên đồng đều hơn. Tuy nhiên, hiệu điện thế quá cao có thể dẫn đến sự phân tán không đều của các hạt.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của phương pháp coaxial electrospraying trong việc tạo nanocapsules chitosan chứa curcumin. Các hạt tạo thành có kích thước nano, cấu trúc lõi-vỏ rõ ràng, và khả năng nhả thuốc có kiểm soát. Phương pháp này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các hệ dẫn truyền thuốc hiệu quả, đặc biệt trong lĩnh vực điều trị ung thư. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng trong thực tế.

4.1 Hướng phát triển

Trong tương lai, cần nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và quy trình sản xuất hàng loạt để đưa nanocapsules chitosan chứa curcumin vào ứng dụng thực tế. Ngoài ra, việc kết hợp với các loại thuốc khác và thử nghiệm in vivo cũng là hướng nghiên cứu tiềm năng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển các hệ dẫn truyền thuốc hiện đại, việc chế tạo hạt nanocapsule polymer có cấu trúc lõi – vỏ đang thu hút sự quan tâm lớn nhờ khả năng kiểm soát nhả thuốc và tăng hiệu quả điều trị. Curcumin, một hợp chất polyphenol chiết xuất từ củ nghệ vàng, nổi bật với nhiều tính chất dược lý như kháng ung thư, kháng viêm và chống oxy hóa. Tuy nhiên, khả năng hòa tan kém và đào thải nhanh của Curcumin làm giảm hiệu quả sử dụng trong y học. Để khắc phục, việc kết hợp Curcumin vào các hệ mang thuốc nano như nanocapsule chitosan được xem là giải pháp tiềm năng.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo hạt nanocapsule chitosan chứa Curcumin bằng phương pháp Coaxial electrospraying, một kỹ thuật tạo hạt polymer đa lớp kích thước nano sử dụng kim đồng tâm và lực điện trường. Mục tiêu chính là khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt, bao gồm nồng độ chitosan, hiệu điện thế và lưu lượng dung dịch, đồng thời đánh giá hình thái, kích thước, cấu trúc lõi – vỏ, khả năng nhả thuốc in vitro và phân hủy của hạt. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2017.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các hệ dẫn truyền thuốc nano có kiểm soát, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị ung thư và các bệnh lý khác. Việc tối ưu hóa các thông số chế tạo giúp tạo ra hạt nanocapsule có kích thước trung bình khoảng 70 ± 20 nm, phù hợp với kích thước lỗ hổng tế bào ung thư (200 – 780 nm), từ đó tăng khả năng tiếp cận và nhả thuốc có kiểm soát tại vị trí mục tiêu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Phương pháp Coaxial electrospraying dựa trên nguyên lý Electrospraying truyền thống, sử dụng lực điện trường để tạo ra các giọt polymer tích điện, hình thành nón Taylor và phun thành các hạt nano. Điểm cải tiến là sử dụng đầu kim đồng tâm cho phép tạo hạt đa lớp với cấu trúc lõi – vỏ, giúp kiểm soát vị trí thuốc trong hạt, giảm hiện tượng nhả thuốc bùng nổ ban đầu.

Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết về sức căng bề mặt và hệ số che phủ (hệ số Harkin): Xác định khả năng tạo cấu trúc lõi – vỏ dựa trên sức căng bề mặt của dung dịch pha lõi, pha vỏ và sức căng liên diện giữa hai pha. Hệ số che phủ dương đảm bảo pha vỏ bao phủ hoàn toàn pha lõi.

• Lý thuyết về chế độ rối chuỗi polymer trong dung dịch: Nồng độ polymer ảnh hưởng đến sự hình thành chuỗi rối, quyết định chế độ tạo hạt hay sợi. Chế độ “semi-dilute moderately entangled regime” là khoảng nồng độ tối ưu để tạo hạt nano có hình dạng tròn và kích thước đồng đều.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: nanocapsule, chitosan, curcumin, coaxial electrospraying, sức căng bề mặt, hệ số che phủ, chế độ phun “cone-jet”, cấu trúc lõi – vỏ, nhả thuốc in vitro.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm thực hiện tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệu Polyme và Composite, Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh. Cỡ mẫu gồm các hạt nanocapsule chitosan chứa Curcumin được tạo ra với các biến đổi về nồng độ chitosan (2 – 5 wt%), hiệu điện thế (12.5 – 17 kV), và tỷ lệ lưu lượng pha lõi/pha vỏ (0.5 – 2).

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Đo sức căng bề mặt dung dịch polymer và dung dịch chứa Curcumin để tính toán hệ số che phủ.

• Quan sát hình thái và kích thước hạt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để xác định cấu trúc lõi – vỏ.

• Phân tích độ sạch dung môi bằng sắc ký khí (GC).

• Thí nghiệm nhả thuốc in vitro trong dung dịch đệm PBS pH 7.4, đo độ hấp thu UV-VIS tại bước sóng 425 nm để đánh giá tốc độ nhả Curcumin.

• Phân tích phân hủy hạt bằng phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TG).

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1 đến tháng 7 năm 2017, bao gồm thiết kế hệ thống, khảo sát các thông số, thu thập và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến kích thước và hình thái hạt: Khi tăng nồng độ chitosan từ 2% đến 5%, kích thước hạt nanocapsule tăng từ khoảng 15 nm đến 235 nm. Ở nồng độ 3 – 4%, hạt có kích thước trung bình khoảng 70 ± 20 nm, phù hợp với yêu cầu kích thước lý tưởng để thâm nhập tế bào ung thư. Hình ảnh SEM cho thấy bề mặt hạt nhẵn, hình cầu đồng đều.

2. Ảnh hưởng của hiệu điện thế đến chế độ phun và kích thước hạt: Hiệu điện thế trong khoảng 12.5 – 17 kV ảnh hưởng đến sự hình thành chế độ phun “cone-jet” ổn định. Khi tăng hiệu điện thế, kích thước hạt giảm nhẹ do hình dạng nón Taylor thu ngắn lại, giúp tạo hạt nhỏ hơn. Chế độ phun ổn định đạt được trong khoảng 12.5 – 15 kV.

3. Cấu trúc lõi – vỏ của hạt nanocapsule: Quan sát TEM xác nhận hạt nanocapsule chitosan chứa Curcumin có cấu trúc lõi – vỏ rõ ràng khi tỷ lệ lưu lượng pha vỏ/pha lõi là 2:1 hoặc cao hơn. Tỷ lệ lưu lượng cân bằng (1:1) không tạo được cấu trúc lõi – vỏ hoàn chỉnh.

4. Khả năng nhả thuốc in vitro và phân hủy hạt: Hạt nanocapsule có cấu trúc lõi – vỏ thể hiện khả năng nhả Curcumin có kiểm soát, giảm hiện tượng nhả thuốc bùng nổ ban đầu. Sau 10 ngày, lượng Curcumin nhả ra từ hạt lõi – vỏ chỉ khoảng 20% trong 1 giờ đầu, so với gần 60% ở hạt không có cấu trúc lõi – vỏ. Phân tích TG cho thấy hạt có khả năng phân hủy sinh học phù hợp với ứng dụng y sinh.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự thay đổi kích thước hạt theo nồng độ chitosan là do sự gia tăng độ nhớt và sức căng bề mặt dung dịch, làm tăng lực liên kết chuỗi polymer, dẫn đến hạt lớn hơn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của nồng độ polymer trong electrospraying.

Hiệu điện thế cao giúp tạo ra lực điện trường đủ mạnh để vượt qua sức căng bề mặt, hình thành chế độ phun “cone-jet” ổn định, từ đó tạo hạt có kích thước nhỏ và đồng đều hơn. Tuy nhiên, hiệu điện thế quá cao có thể gây chế độ phun không ổn định, ảnh hưởng đến chất lượng hạt.

Cấu trúc lõi – vỏ được hình thành khi tỷ lệ lưu lượng pha vỏ lớn hơn pha lõi, đảm bảo pha vỏ bao phủ hoàn toàn pha lõi theo hệ số che phủ dương. Điều này giúp thuốc Curcumin được bảo vệ bên trong lõi, giảm nhả thuốc bùng nổ và tăng hiệu quả điều trị.

Dữ liệu nhả thuốc in vitro minh họa rõ ràng ưu điểm của cấu trúc lõi – vỏ trong kiểm soát giải phóng thuốc, giảm tác dụng phụ và kéo dài thời gian tác dụng. Biểu đồ phân bố kích thước hạt và đường cong nhả thuốc có thể được trình bày để minh họa trực quan các phát hiện này.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa nồng độ chitosan trong khoảng 3 – 4 wt% để tạo hạt nanocapsule có kích thước trung bình 70 ± 20 nm, phù hợp với kích thước lỗ hổng tế bào ung thư, nâng cao hiệu quả thâm nhập và nhả thuốc.

2. Điều chỉnh hiệu điện thế trong khoảng 12.5 – 15 kV để duy trì chế độ phun “cone-jet” ổn định, đảm bảo hình thành hạt có kích thước đồng đều và cấu trúc lõi – vỏ hoàn chỉnh.

3. Kiểm soát tỷ lệ lưu lượng pha vỏ/pha lõi từ 2:1 trở lên nhằm đảm bảo cấu trúc lõi – vỏ, giảm nhả thuốc bùng nổ ban đầu, tăng khả năng nhả thuốc có kiểm soát và kéo dài thời gian tác dụng.

4. Áp dụng hệ thống Coaxial electrospraying trong sản xuất quy mô phòng thí nghiệm và công nghiệp với việc thiết kế hệ thống thu mẫu phù hợp, kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm môi trường để đảm bảo chất lượng hạt.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 6 – 12 tháng bởi các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực vật liệu y sinh và dược phẩm để phát triển các sản phẩm dẫn truyền thuốc nano hiệu quả.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Vật liệu và Công nghệ Nano: Nghiên cứu phương pháp Coaxial electrospraying và ứng dụng trong chế tạo hạt nanocapsule polymer đa lớp.

2. Chuyên gia phát triển dược phẩm và công nghệ dẫn truyền thuốc: Tìm hiểu kỹ thuật tạo hạt nano có cấu trúc lõi – vỏ để cải thiện hiệu quả nhả thuốc và giảm tác dụng phụ.

3. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu y sinh và dược phẩm: Áp dụng công nghệ electrospraying để phát triển sản phẩm nano mang thuốc Curcumin và các hợp chất tương tự.

4. Bác sĩ và nhà khoa học trong lĩnh vực điều trị ung thư: Hiểu rõ về các hệ dẫn truyền thuốc nano mới, khả năng kiểm soát nhả thuốc và tiềm năng ứng dụng trong điều trị lâm sàng.

Mỗi nhóm đối tượng có thể sử dụng luận văn như tài liệu tham khảo kỹ thuật, cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm để phát triển nghiên cứu hoặc sản phẩm mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Coaxial electrospraying là gì và ưu điểm so với electrospraying truyền thống?
   Coaxial electrospraying là kỹ thuật tạo hạt polymer đa lớp bằng kim đồng tâm và lực điện trường, cho phép tạo cấu trúc lõi – vỏ. Ưu điểm là kiểm soát vị trí thuốc trong hạt, giảm nhả thuốc bùng nổ và tăng hiệu quả điều trị so với electrospraying đơn lớp.

2. Tại sao chọn chitosan làm vật liệu polymer cho nanocapsule?
   Chitosan có khả năng tương thích sinh học cao, phân hủy sinh học, kháng khuẩn và an toàn với tế bào, phù hợp làm hệ dẫn truyền thuốc. Ngoài ra, chitosan dễ dàng tạo hạt nano bằng electrospraying và tương tác tốt với Curcumin.

3. Kích thước hạt nanocapsule ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả điều trị?
   Kích thước hạt nano khoảng 70 ± 20 nm giúp hệ dẫn truyền thuốc dễ dàng thâm nhập qua lỗ hổng tế bào ung thư (200 – 780 nm), tăng khả năng tiếp cận tế bào mục tiêu và nhả thuốc có kiểm soát, giảm tác dụng phụ.

4. Làm thế nào để kiểm soát cấu trúc lõi – vỏ của hạt nanocapsule?
   Điều chỉnh tỷ lệ lưu lượng pha vỏ/pha lõi (từ 2:1 trở lên) và lựa chọn dung dịch có hệ số che phủ dương giúp pha vỏ bao phủ hoàn toàn pha lõi, tạo cấu trúc lõi – vỏ ổn định.

5. Khả năng nhả thuốc in vitro của hạt nanocapsule lõi – vỏ có ưu điểm gì?
   Hạt lõi – vỏ giảm hiện tượng nhả thuốc bùng nổ ban đầu, lượng thuốc nhả ra trong 1 giờ đầu chỉ khoảng 20%, so với gần 60% ở hạt không có cấu trúc lõi – vỏ, giúp kiểm soát giải phóng thuốc hiệu quả và kéo dài thời gian tác dụng.

Kết luận

• Đã thành công trong việc chế tạo hạt nanocapsule chitosan chứa Curcumin bằng phương pháp Coaxial electrospraying với kích thước hạt từ 15 đến 235 nm, trung bình khoảng 70 ± 20 nm.
• Các yếu tố nồng độ chitosan, hiệu điện thế và tỷ lệ lưu lượng pha vỏ/pha lõi ảnh hưởng rõ rệt đến hình thái, kích thước và cấu trúc lõi – vỏ của hạt.
• Hạt nanocapsule có cấu trúc lõi – vỏ thể hiện khả năng nhả thuốc in vitro có kiểm soát, giảm nhả thuốc bùng nổ và có khả năng phân hủy sinh học phù hợp ứng dụng y sinh.
• Phương pháp Coaxial electrospraying là kỹ thuật đơn giản, hiệu quả, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất hệ dẫn truyền thuốc nano.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất, tối ưu hóa điều kiện vận hành và thử nghiệm lâm sàng để phát triển sản phẩm ứng dụng thực tế.

Để nâng cao hiệu quả điều trị và phát triển công nghệ dẫn truyền thuốc nano, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích áp dụng và phát triển phương pháp Coaxial electrospraying dựa trên các kết quả nghiên cứu này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS. TS Huỳnh Đại Phú • Tính chất của hệ dung dịch polymer: nồng độ polymer trong dung dịch, sức căng bề mặt của dung dịch polymer, độ dẫn điện của dung môi và polymer, độ bay hơi của dung môi sử dụng,. • Các thông số thực hiện quá trình Coaxial electrospraying: điện áp đặt vào, tốc độ phun, khoảng cách đầu phun và bộ phận thu mẫu. • Yếu tố về môi trường: nhiệt độ, độ ẩm tương đối,… 1.Ảnh hưởng của dung dịch polymer và hệ dung môi a.

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch polymer Khi tiến hành Electropspraying dung dịch polymer, các giọt polymer trải qua quá trình bay hơi và khuếch tán đồng thời. Các chuỗi rối hình thành trong quá trình và quyết định đến hình thái cuối cùng của hạt. Sự đồng đều và kích thước hạt sẽ nhỏ hơn khi giới hạn được chuỗi rối [3]. Số lượng rối trên một chuỗi trong dung dịch, (ne)sol, được tính Mw toán thông qua nồng độ dung môi: (ne ) sol  (1) Me Quá trình Electrospraying chỉ xảy ra đối với trường hợp 1 chuỗi rối trên mạch ((ne)sol= 2) trong khi 2,5 chuỗi rối trên một mạch ((ne)sol= 3,5) sẽ dấn đến sự hình thành các sợi – quá trình này gọi là quá trình Electrospinning.

Chuỗi hạt có thể hình thành khi giá trị (ne)sol nằm ở giá trị trung gian [4]. Nồng độ polymer trong dung dịch đóng một vai trò quan trọng trong chế độ rối của polymer và là thông số quyết định đến sự hình thành các hạt hay sợi. Đây là thông số quan trọng để kiểm soát và tối ưu hóa quá trình thực hiện. Nồng độ che phủ chuỗi tới hạn Cov, được biết là điểm mà nồng độ dung dịch bằng với nồng độ bên trong bán kính 1 tròn của một mạch dài polymer và tỷ lệ với độ nhớt thực của polymer (  ) [5]: Cov  [ ] (2) HVTH: Đoàn Ngọc Hoan Trang 8 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS.

TS Huỳnh Đại Phú Khi nồng độ polymer trong dung dịch C nhỏ hơn Cov, trong dung dịch không xuất hiện sự rối chuỗi và chế độ này được gọi là “dilute regime”. Khi C lớn hơn Cov, nồng độ polymer trong dung dịch đủ lớn để các mạch polymer có thể gối lên nhau nhưng chưa đủ để có thể hình thành mức độ rối lớn. Chế độ này được gọi là “semi-dilute unentangled regime”. Tuy có xuất hiện một vài chuỗi rối trong dung dịch polymer nhưng hạt thu được lại bị thay đổi hình dạng trong quá trình bay hơi dung môi – hạt bị xẹp xuống thành hình các tấm phim mỏng.

Chế độ này được sử dụng để sản xuất các màng phim mỏng hoặc một vài thiết bị vận chuyển dùng để chữa trị khác. Nhiều lớp màng phim polymer có chứa nhiều loại thuốc có thể tạo được tạo thành bởi phương pháp Electrospraying khi tiến hành phun ở chế độ “dilute regime” hay “semi-dilute unentangled regime”. Các hệ vận chuyển này có thể điều khiển quá trình nhả thuốc thông qua độ dày của màng phim [6]. Để có thể tạo thành các hạt bằng phương pháp Electrospraying, chế độ sử dụng phải là “semi-dilute moderately entangled regime”.

Điều này xảy ra đối với nồng độ Cent, đây là nồng độ mà chế độ “semi-dilute unentangled regime” chuyển qua chế độ “semi- dilute moderately entangled regime”. Tại nồng độ này, một hàm lượng lớn các chuỗi rối được hình thành xếp chồng lên nhau. Các hạt rắn và có dạng hình cầu được hình thành trong quá trình phun. Tuy nhiên khi nồng độ polymer trong dung dịch C > 3Cov, lực liên kết giữa các phân tử polymer trở nên quá lớn để mà có thể thực hiện quá trình electrospraying.

Các chuỗi hạt và sợi có thể hình thành trong trường hợp này, tương ứng với chế độ “semi-dilute highly entangled regime”. Để tối ưu hóa quá trình tạo hạt bằng phương pháp Electrospraying, nồng độ tối thiểu cần thiết phải lớn hơn Cent, nhưng không vượt quá 3Cov. Trọng lượng phân tử trung bình khối (Mw) và độ đa phân tán của polymer cũng ảnh hưởng rất nhiều đến Cov vì sự khác biệt về độ nhớt thực của polymer. Sự tăng trọng lượng phân tử trung bình khối (Mw) dẫn đến việc giảm tỷ lệ C/Cov và làm hẹp khoảng chế độ “semi-dilute moderately entangled regime” và do đó làm hẹp lại khoảng nồng độ có thể Electrospraying của dung dịch polymer.

Bên cạnh đó, HVTH: Đoàn Ngọc Hoan Trang 9 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS. TS Huỳnh Đại Phú độ đa phân tán lớn hơn sẽ dẫn đến tỷ lệ C/Cov > 3 và làm gia tăng khoảng chế độ “semi- dilute moderately entangled regime”, làm tăng khoảng nồng độ có thể Electrospraying của dung dịch polymer [6].3: Ảnh hưởng của nồng độ đến kết quả hạt thu được bằng phương pháp Electrospraying tương ứng với các chế độ khác nhau [7]. HVTH: Đoàn Ngọc Hoan Trang 10 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS. TS Huỳnh Đại Phú Hình 1.4: Hạt Chitosan thu được khi tiến hành Electrospraying ở các nồng độ Chitosan (w/v) khác nhau: (a) 1%, (b) 2%, (c) 3%, (d) 4%.

Ảnh hưởng của dung môi Các dung môi hữu cơ sử dụng trong phương pháp Electrospraying đòi hỏi phải hòa tan hoàn toàn polymer. Dung môi được sử dụng nhiều nhất là Dichloromethane (DCM), loại Clo – hydrocacbon có nhiệt độ sôi thấp nhất, khoảng 400C. Một số loại dung môi khác cũng thường được sử dụng như: Acetone, Chlorofom, ethanol, Acetonitrile, Acetic Acid., có thể được sử dụng một hình hay kết hợp nhiều loại dung môi lại với nhau. Nhiệt độ sôi của dung môi là nhiệt độ mà ở đó áp suất hơi bằng với áp suất khí quyển HVTH: Đoàn Ngọc Hoan Trang 11 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS.

TS Huỳnh Đại Phú và điều này biểu hiện bằng sự bay hơi của dung môi. Dung môi với áp suất hơi thấp (nhiệt độ sôi cao) sẽ khó hóa hơi hơn so với dung môi có áp suất hơi cao (nhiệt độ sôi thấp) và do đó bay hơi ít hơn. Điều này có nghĩa độ khuếch tán của polymer sẽ giảm đi trong giọt electrospray từ dung môi có áp suất hơi cao, nơi mà sự bay hơi của dung môi diễn ra ở mức độ cao. Tác động của dung môi đến hình dạng và kích thước hạt được cho rằng: với sự tăng nhiệt độ sôi tương ứng với việc giảm độ bay hơi, hạt hình thành có kích thước nhỏ hơn và bề mặt sẽ nhẵn hơn, điều này thu được khi sử dụng dung môi có nhiệt độ sôi cao trên 1400C (như là DMF, 1460C).

Kích thước hạt thu được sẽ lớn hơn và các hạt có thể xâu lại với nhau khi sử dụng dung môi có nhiệt độ sôi thấp như Chloroform (610C), Dichloromethane (400C). Điều này xảy ra với sự bay hơi nhanh của dung môi, thời gian để các chuỗi polymer có thể kết hợp với nhau và sắp xếp lại trong thời gian các giọt polymer bay từ đầu kim đến màng thu. Sự bay hơi nhanh hơn còn dẫn đến các lỗ trên hạt và tạo ra những hạt rỗng [8]. Một điều quan trọng cần phải chú ý là sự giảm áp suất hơi làm yếu đi lực tác động chuỗi rối của polymer.

Do đó, lực đầy Coulumb sẽ dễ dàng vượt qua sức căng bề mặt của dung dịch polymer, dẫn đến sự phóng ra các hạt nhỏ và tích điện cao. Điều này có thể dễ dàng nhận thấy với hạt PLGA. Khi thêm 30% DMF vào acetone để làm giảm áp suất hơi tử 21 kPa xuống 15 kPa, hạt PLGA thu được phân tán thành 2 kích thước hạt [9]. Một điều cần chú ý là tùy thuộc vào mỗi loại polymer mà chúng có những tương tác khác nhau đối với mỗi loại dung môi.

Tác động của dung môi đến những chuỗi rối và hình dạng cuối cùng của hạt thu được là khác nhau đối với loại polymer khác nhau. Nồng độ và trọng lượng phân tử cũng ảnh hưởng rất nhiều đến tương tác giữa dung môi và polymer [10]. Ảnh hưởng của sức căng bề mặt HVTH: Đoàn Ngọc Hoan Trang 12 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS. TS Huỳnh Đại Phú Do lực chống lại lực đẩy tĩnh điện là sức căng bề mặt của dung dịch polymer nên sức căng bề mặt quyết định nhiều đến khả năng tiến hành quá trình electrospraying của dung dịch polymer.

Sức căng bề mặt càng thấp thì khả năng tiến hành quá trình electrospraying của dung dịch polymer càng cao. Một yếu tố quan trọng để làm giảm đáng kể sức căng bề mặt của dung dịch polymer là việc lựa chọn dung môi. Để quá trình electrospraying xảy ra dễ dàng, phải lựa chọn dung môi sao cho dung dịch có sức căng bề mặt thấp.5 : Sức căng bề mặt và độ nhớt của dung dịch Chitosan 7% (Mw= 106 000 g/mol) trong acid acetic với các nồng độ khác nhau. [11] HVTH: Đoàn Ngọc Hoan Trang 13 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS.

TS Huỳnh Đại Phú Hình 1.6: Ảnh hưởng của nồng độ Acetic acid (với sức căng bề mặt của dung dịch khác nhau) đến hình dạng và kích thước hạt: (a) 10%, (b) 30%, (c) 50%, (d) 70%, (e) 90%. [8] HVTH: Đoàn Ngọc Hoan Trang 14 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS. TS Huỳnh Đại Phú Ngoải ra, trong quá trình Coaxial electrospraying, việc tạo thành cấu trúc lõi – vỏ của hạt thu được có thể được dự đoán bằng cách tính toán hệ số che phủ, thông qua việc xác định sức căng bề mặt của dung dịch pha vỏ và pha lõi cũng như sức căng liên diện giữa hai pha này [3, 12]. Thông thường, khả năng bao phủ của một hệ polymer lên một dung dịch hoặc một nền nào đó được tính toán bằng hệ số che phủ λij trong công thức Harkin: λij = γj – γi - γij (3) Trong đó γj là sức căng bề mặt của dung dịch pha j, γi là sức căng bề mặt của dung dịch pha vỏ, γshell/ core là sức căng liên diện giữa 2 pha.

Để có thể đạt được sự che phủ hoàn toàn của pha i lên pha j, đòi hỏi λij phải mang dấu dương. Như vậy, trong quá trình coaxial electrospraying, để đạt được cấu trúc lõi – vỏ như mong muốn, hệ số che phủ của dung dịch pha ngoài lên dung dịch pha trong (λshell/ core) phải là phải dương. Nghĩa là: λshell / core = γcore – γshell - γshell/ core > 0 (4). Trong đó γcore là sức căng bề mặt của dung dịch pha lõi, γshell là sức căng bề mặt của dung dịch pha vỏ, γshell/ core là sức căng liên diện giữa 2 pha.7 trình bày các khả năng bao phủ có thể xảy ra khi hệ số che phủ thay đổi.

Sự che phủ hoàn toàn của polymer pha II lên pha I có thể xảy ra hoàn toàn khi hệ số che phủ là dương, hình 1. Tuy nhiên, khi hệ số che phủ âm, có thể xảy ra trường hợp bao phủ ngược: pha I sẽ bao phủ lên pha II (hình 1.7 (b)) hoặc có thể sẽ xảy ra hiện tượng bao phủ một phần (hình 1.