Tổng quan nghiên cứu

Rutin là một hợp chất flavonoid tự nhiên có nhiều hoạt tính sinh học quan trọng như chống oxy hóa, chống viêm, bảo vệ thận và hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường. Tuy nhiên, rutin có độ tan trong nước rất thấp, chỉ khoảng 0,01 đến 0,0125 g/l ở nhiệt độ phòng, làm hạn chế khả năng hấp thu và ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm. Việc giảm kích thước hạt rutin xuống cỡ nano được xem là giải pháp hiệu quả để tăng độ tan và sinh khả dụng của hợp chất này. Nghiên cứu này tập trung vào việc tạo hệ huyền phù nano rutin với nồng độ 5% bằng phương pháp kết hợp đồng hóa tốc độ cao Philips và nghiền bi cao tốc, nhằm cải thiện tính chất lý hóa và độ bền của hệ huyền phù.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2013. Mục tiêu chính là đánh giá ảnh hưởng của thời gian đồng hóa, loại và hàm lượng chất hoạt động bề mặt (CHĐBM), cũng như hàm lượng dung môi trợ phân tán (ethanol) đến kích thước hạt, độ bền và tính chất hóa lý của hệ huyền phù rutin. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng rutin dạng nano trong công nghiệp dược phẩm và mỹ phẩm, góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ nano cho các hợp chất tự nhiên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Công nghệ nano: Vật liệu nano có kích thước từ 1 đến 100 nm, sở hữu các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt như diện tích bề mặt lớn, độ tan tăng, và khả năng duy trì trạng thái lơ lửng nhờ chuyển động Brown. Việc giảm kích thước hạt rutin xuống dưới 900 nm giúp tăng độ tan và sinh khả dụng.

  • Nguyên lý Bottom-up và Top-down: Bottom-up là quá trình lắp ghép các phân tử nhỏ thành hạt nano qua kết tủa hoặc nhũ tương, trong khi Top-down là phương pháp nghiền nhỏ vật liệu lớn thành hạt nano bằng năng lượng cơ học như nghiền bi và đồng hóa áp suất cao. Nghiên cứu kết hợp hai nguyên lý này để tối ưu kích thước hạt và độ bền của hệ huyền phù.

  • Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM): PEG (Polyethylene glycol), SSL (Sodium stearoyl lactylate), lecithin và ethanol được sử dụng làm phụ gia trợ phân tán và ổn định hệ huyền phù. Các chất này ảnh hưởng đến kích thước hạt, độ bền và tính chất màu sắc của hệ.

  • Đặc tính vật liệu và phân tích kích thước hạt: Kích thước hạt được đo bằng phương pháp phân tán ánh sáng laser (LDS), cấu trúc tinh thể được xác định bằng nhiễu xạ tia X (XRD), độ tinh khiết bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), và hình thái hạt bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu rutin có độ tinh khiết 95% được cung cấp bởi công ty dược phẩm trong nước, rutin chuẩn phân tích mua từ Sigma Aldrich. Các chất hoạt động bề mặt PEG, SSL, lecithin và dung môi ethanol được sử dụng với các hàm lượng khác nhau.

  • Phương pháp phân tích: Độ âm của nguyên liệu và hệ huyền phù được đo bằng máy Satorious MB45; kích thước hạt bằng máy Horiba LA-950; cấu trúc tinh thể bằng máy D8 Advantage Bruker (XRD); độ tinh khiết bằng HPLC với cột C18 và detector DAD; màu sắc bằng máy Minolta CR-300 theo hệ màu CIE-Lab và CIE-LCh; độ bền đánh giá qua độ sa lắng và biến thiên màu sắc theo thời gian lưu.

  • Quy trình tạo hệ huyền phù: Rutin được phân tán trong nước với nồng độ 5%, kết hợp với PEG 0,1% hoặc PEG 0,1% - ethanol 10-15%. Hệ hỗn hợp được đồng hóa bằng máy Philips tốc độ 13.500 vòng/phút trong 1 phút, sau đó nghiền bi cao tốc ở 3.000 vòng/phút với thời gian từ 15 đến 60 phút. Các biến số như thời gian đồng hóa, hàm lượng CHĐBM và ethanol được khảo sát theo từng nhóm thí nghiệm.

  • Cỡ mẫu và timeline: Mỗi thí nghiệm được thực hiện nhiều lần để lấy giá trị trung bình, thời gian lưu mẫu đánh giá độ bền kéo dài đến 30 ngày. Các chỉ tiêu được đo tại các thời điểm 1, 3, 7, 9, 14, 21 và 30 ngày.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của thời gian đồng hóa đến kích thước hạt và độ bền hệ huyền phù PEG 0,1%:

    • Kích thước hạt giảm từ khoảng 1.400 nm xuống dưới 900 nm khi thời gian nghiền bi tăng từ 15 đến 60 phút.
    • Độ sa lắng giảm đáng kể, đạt khoảng 85% sau 30 ngày lưu, cho thấy hệ có độ bền cao.
    • Biến thiên màu sắc (AE) thấp, dưới 5 đơn vị, chứng tỏ tính ổn định màu sắc tốt.

  2. Ảnh hưởng của hàm lượng PEG đến đặc tính hệ huyền phù:

    • Tăng hàm lượng PEG từ 0,1% lên 0,5% làm kích thước hạt giảm nhẹ khoảng 10-15%.
    • Độ sa lắng giảm, hệ huyền phù ổn định hơn với PEG 0,3% đến 0,5%.
    • Tuy nhiên, hàm lượng PEG quá cao có thể gây tăng độ nhớt, ảnh hưởng đến quá trình đồng hóa.

  3. Ảnh hưởng của ethanol và loại CHĐBM đến hệ huyền phù rutin:

    • Bổ sung ethanol 10-15% cùng PEG 0,1% giúp giảm kích thước hạt xuống khoảng 800 nm và cải thiện độ bền hệ.
    • So sánh các CHĐBM SSL, lecithin và PEG cho thấy SSL 0,1% kết hợp ethanol 15% tạo hệ huyền phù có kích thước hạt nhỏ nhất (khoảng 750 nm) và độ sa lắng thấp nhất (dưới 10% sau 30 ngày).
    • Lecithin cho kết quả kém hơn về độ bền và kích thước hạt.

  4. Đánh giá cấu trúc và độ tinh khiết nguyên liệu:

    • Phân tích XRD cho thấy nguyên liệu rutin có cấu trúc tinh thể ổn định, không biến đổi sau quá trình đồng hóa.
    • HPLC xác định độ tinh khiết rutin nguyên liệu đạt trên 95%, lượng quercetin tạp lẫn dưới 2%.
    • Kích thước hạt nguyên liệu ban đầu trung bình trên 1.500 nm, giảm đáng kể sau quá trình đồng hóa.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc kết hợp đồng hóa tốc độ cao Philips với nghiền bi cao tốc là phương pháp hiệu quả để tạo hệ huyền phù nano rutin với kích thước hạt dưới 900 nm và nồng độ rutin 5%. Thời gian đồng hóa là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kích thước hạt và độ bền hệ, với thời gian nghiền 45-60 phút cho kết quả tối ưu. Việc sử dụng PEG làm chất hoạt động bề mặt giúp ổn định hệ huyền phù, giảm độ sa lắng và duy trì màu sắc ổn định trong thời gian lưu trữ.

Bổ sung ethanol làm tăng khả năng phân tán và giảm kích thước hạt nhờ cải thiện tính hòa tan của rutin trong pha nước. SSL được đánh giá là chất hoạt động bề mặt hiệu quả hơn lecithin và PEG trong việc tạo hệ huyền phù ổn định với kích thước hạt nhỏ hơn và độ sa lắng thấp hơn. Các kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về công nghệ nano rutin và ứng dụng trong dược phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ kích thước hạt theo thời gian nghiền, biểu đồ độ sa lắng theo thời gian lưu và bảng so sánh các chỉ số màu sắc AE giữa các hệ huyền phù khác nhau. Các phân tích XRD và HPLC minh họa tính ổn định cấu trúc và độ tinh khiết của nguyên liệu trước và sau quá trình đồng hóa.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa quy trình đồng hóa:

    • Áp dụng thời gian nghiền bi từ 45 đến 60 phút kết hợp đồng hóa Philips 1 phút ở 13.500 vòng/phút để đạt kích thước hạt nano dưới 900 nm và độ bền cao.
    • Chủ thể thực hiện: Phòng thí nghiệm công nghệ hóa học, timeline 3 tháng.

  2. Sử dụng chất hoạt động bề mặt SSL 0,1% kết hợp ethanol 15%:

    • Giúp cải thiện độ phân tán và ổn định hệ huyền phù rutin, giảm độ sa lắng dưới 10% sau 30 ngày.
    • Chủ thể thực hiện: Bộ phận phát triển sản phẩm dược phẩm, timeline 2 tháng.

  3. Kiểm soát hàm lượng PEG trong khoảng 0,3-0,5%:

    • Đảm bảo độ nhớt phù hợp, tránh ảnh hưởng đến quá trình đồng hóa và tính chất sản phẩm cuối cùng.
    • Chủ thể thực hiện: Phòng kỹ thuật sản xuất, timeline 1 tháng.

  4. Đánh giá mở rộng ứng dụng hệ huyền phù nano rutin trong mỹ phẩm và dược phẩm:

    • Thử nghiệm trên mô hình da và sinh khả dụng để xác nhận hiệu quả tăng cường hấp thu và hoạt tính sinh học.
    • Chủ thể thực hiện: Trung tâm nghiên cứu ứng dụng, timeline 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu công nghệ nano và dược phẩm:

    • Lợi ích: Hiểu rõ quy trình tạo hệ huyền phù nano rutin, các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt và độ bền hệ.
    • Use case: Phát triển công thức thuốc nano, cải thiện sinh khả dụng hợp chất thiên nhiên.

  2. Chuyên gia phát triển sản phẩm mỹ phẩm:

    • Lợi ích: Áp dụng công nghệ nano để tăng hiệu quả bảo vệ da và chống oxy hóa từ rutin.
    • Use case: Thiết kế sản phẩm kem, serum chứa rutin nano với tính ổn định cao.

  3. Kỹ sư sản xuất dược phẩm và hóa chất:

    • Lợi ích: Nắm bắt quy trình đồng hóa và nghiền bi, kiểm soát chất lượng nguyên liệu và sản phẩm.
    • Use case: Tối ưu hóa dây chuyền sản xuất hệ huyền phù nano rutin quy mô công nghiệp.

  4. Sinh viên và học viên cao học ngành công nghệ hóa học, dược học:

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật phân tích và đánh giá tính chất hệ huyền phù nano.
    • Use case: Tham khảo luận văn mẫu, phát triển đề tài nghiên cứu liên quan.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần giảm kích thước hạt rutin xuống cỡ nano?
    Giảm kích thước hạt rutin xuống dưới 900 nm giúp tăng diện tích bề mặt, cải thiện độ tan và sinh khả dụng, từ đó nâng cao hiệu quả sinh học của rutin trong dược phẩm và mỹ phẩm.

  2. Phương pháp đồng hóa kết hợp nghiền bi có ưu điểm gì?
    Phương pháp này tận dụng năng lượng cơ học để phá vỡ hạt lớn thành hạt nano đồng đều, đồng thời giữ cấu trúc tinh thể ổn định, giúp tạo hệ huyền phù có kích thước hạt nhỏ và độ bền cao.

  3. Chất hoạt động bề mặt nào hiệu quả nhất trong nghiên cứu này?
    SSL 0,1% kết hợp với ethanol 15% được đánh giá là chất hoạt động bề mặt hiệu quả nhất, giúp tạo hệ huyền phù rutin có kích thước hạt nhỏ nhất và độ sa lắng thấp nhất.

  4. Làm thế nào để đánh giá độ bền của hệ huyền phù rutin?
    Độ bền được đánh giá qua các chỉ tiêu như độ sa lắng (%), biến thiên màu sắc (AE) và kích thước hạt theo thời gian lưu trữ, với các phép đo định kỳ trong vòng 30 ngày.

  5. Ứng dụng của hệ huyền phù nano rutin trong thực tế là gì?
    Hệ huyền phù nano rutin có thể được ứng dụng trong sản xuất thuốc uống, thuốc tiêm, mỹ phẩm chống oxy hóa và bảo vệ da, giúp tăng hiệu quả điều trị và cải thiện tính ổn định sản phẩm.

Kết luận

  • Luận văn đã thành công trong việc tạo hệ huyền phù nano rutin với nồng độ 5% và kích thước hạt trung bình dưới 900 nm bằng phương pháp kết hợp đồng hóa Philips và nghiền bi cao tốc.
  • Thời gian đồng hóa, loại và hàm lượng chất hoạt động bề mặt, cùng hàm lượng ethanol là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kích thước hạt và độ bền của hệ.
  • Hệ huyền phù rutin sử dụng SSL 0,1% và ethanol 15% cho kết quả tốt nhất về độ ổn định và kích thước hạt.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ nano trong phát triển dược phẩm và mỹ phẩm từ các hợp chất thiên nhiên.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng và đánh giá sinh khả dụng của hệ huyền phù nano rutin trong các sản phẩm thực tiễn.

Hành động tiếp theo: Áp dụng quy trình tối ưu vào sản xuất thử nghiệm quy mô công nghiệp và tiến hành các thử nghiệm lâm sàng, thử nghiệm mỹ phẩm để đánh giá hiệu quả và an toàn sản phẩm.