LỜI MỞ ĐẦU Xuyên suốt lịch sử chuẩn đoán và điều trị bệnh ở hầu hết các nền văn hóa, những sản phẩm từ thực vật mang hoạt tính sinh học được xem là nền tảng trong các liệu pháp y học, đặc biệt là đối với bệnh ung thư và truyền nhiễm. Từ lâu, cây dó bầu được biết đến nhờ khả năng hình thành trầm hương và kỳ nam trong lõi cây, đây là hai sản phẩm vô cùng quý hiếm về mặt dược liệu. Tuy nhiên, thời gian thu hoạch các sản phẩm này tương đối lâu, từ 10 trở lên, cũng như kỹ thuật khai thác của người dân còn thô sơ. Do đó, để tối đa hóa lợi ích kinh tế trong thời gian trồng, đã có nhiều khảo sát được thực hiện trên nguồn nguyên liệu phế phẩm từ cây dó bầu.
Kết quả nghiên cứu đã chứng minh chiết xuất từ lá dó bầu chứa nhiều thành phần tốt cho sức khỏe. Đặc biệt, mangiferin là một trong những hoạt chất chính trong lá dó bầu thể hiện hoạt tính sinh học vô cùng nổi trội với một loạt các tác dụng dược lý như khả năng kháng khuẩn, kháng viêm, kháng virus, chống ung thư, chống tiểu đường, chống oxy hóa, điều hòa miễn dịch, bảo vệ gan và hỗ trợ giảm đau, … Do đó, việc ứng dụng cao chiết và chế phẩm từ loại cây này trong dược phẩm và mỹ phẩm là vô cùng tiềm năng. Tuy nhiên, độ hòa tan kém, tính thấm thấp được xem là những trở ngại lớn nhất trong việc phát triển mangiferin cũng như các chiết xuất từ lá dó bầu trong điều trị lâm sàng cũng như trong việc phối trộn vào các công thức sản phẩm mỹ phẩm. Định hướng kết hợp công nghệ nano vào hệ thống phân phối chiết xuất từ lá dó bầu để đưa sản phẩm về cấu trúc, kích thước nano sẽ là một bước tiến lớn trong nỗ lực tăng độ hòa tan cũng như hoạt tính sinh học của chúng.
Với định hướng này, đề tài “Nghiên cứu một số hệ phân tán từ chiết xuất lá dó bầu và định hướng ứng dụng” được thực hiện với nội dung chính là xây dựng qui trình tạo một số hệ phân tán từ chiết xuất lá dó bầu, bao gồm hệ phân tán cao chiết, hệ phân tán chế phẩm đã được nâng cao hàm lượng mangiferin và hệ phân tán mangiferin tinh khiết, từ đó định hướng ứng dụng vào sản phẩm mong muốn. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ NANO 1. Khái quát về công nghệ và vật liệu nano Sự ra đời của công nghệ và vật liệu nano đã trở thành một bước đột phá mạnh mẽ, thúc đẩy sự quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học hiện nay. Công nghệ nano được xem là một trong những công nghệ tiên tiến có tiềm năng cách mạng hóa một loạt các lĩnh vực khác nhau với phạm vi ứng dụng rộng rãi.
Công nghệ nano có thể được định nghĩa một cách đơn giản là công nghệ ở quy mô một phần tỷ mét. Về mặt khoa học, công nghệ nano được sử dụng để mô tả quá trình thiết kế, tổng hợp và ứng dụng các vật liệu, thiết bị và hệ thống với các đặc tính mới được cải thiện đáng kể cũng như các hiện tượng và quá trình được kích hoạt, điều khiển ở quy mô nano [1, 2]. Cho đến nay, vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất cho thuật ngữ “vật liệu nano”. Tuy nhiên, có thể khái quát vật liệu nano là những vật liệu mà trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo nên chúng phải có ít nhất một chiều nằm trong phạm vi nanomet.
Ở kích thước đủ nhỏ để so sánh với kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lý, vật liệu nano có sự giao thoa giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu, nhờ đó chúng xuất hiện những đặc tính khác biệt đáng kể so với kích thước thông thường [2]. Tính chất cơ bản của vật liệu nano Những thay đổi về tính chất của vật liệu nano khiến chúng hoạt động khác biệt so với vật liệu khối và nguyên tử là do sự gia tăng diện tích bề mặt và sự chi phối của các hiệu ứng lượng tử. Những yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng phản ứng hóa học của vật liệu, cũng như các đặc tính cơ học, quang học, điện học và từ tính của chúng. Diện tích bề mặt Khi đưa vật liệu về kích thước nano, diện tích bề mặt và năng lượng bề mặt tăng lên đáng kể.
Cùng với đó, số lượng hạt trên một đơn vị khối lượng cao dẫn đến tăng 2 khả năng bám dính và tương tác hóa học. Ở khối lượng 0,3 μg, một vi hạt cacbon có đường kính 60 μm và diện tích bề mặt 0,01 mm2, nhưng khi ở cấu trúc nano với mỗi hạt có đường kính 60 nm thì có đến khoảng 1 tỷ hạt với tổng diện tích bề mặt thu được là 11,3 mm2. Tỷ số giữa diện tích bề mặt trên thể tích của một hạt có đường kính 60 nm lớn hơn 1000 lần so với một hạt có đường kính 60 μm nên khả năng phản ứng có thể được tăng cường lên khoảng 1000 lần [3]. Hiệu ứng lượng tử Khi đưa về kích thước nhỏ, vật liệu thể hiện các tính chất từ, quang, điện đặc biệt và nhờ đó có thể ứng dụng trong nhiều liệu pháp chữa bệnh hay chuẩn đoán, ghi nhận hình ảnh.
Đồng không trong suốt ở cấp độ vĩ mô trở nên trong suốt trong khi bạch kim trơ trở thành chất xúc tác ở cấp độ nano. Mặt khác, nhôm dễ bắt lửa và silicon trở thành chất dẫn điện, vàng chuyển dần sang màu đỏ và khả năng xúc tác gia tăng đáng kể khi kích thước giảm dần về nano [1]. Nguyên lý tạo hệ nano Hai nguyên lý cơ bản được sử dụng để tạo hệ nano là top – down và bottom – up. Trên nền tảng của hai nguyên lý, có thể tiến hành nhiều phương pháp và kỹ thuật để tổng hợp vật liệu có cấu trúc nanomet.
Nguyên lý bottom – up Theo nguyên lý bottom – up, cấu trúc nano được hình thành bằng cách tập hợp, lắp ghép và phát triển từ các nguyên tử hay phân tử. Quá trình này có thể được điều khiển thông qua các phản ứng hóa học, phương pháp vật lý hoặc kết hợp cả hai phương pháp có điều kiện dựa trên tính chất của nguyên liệu ban đầu [1]. Nhược điểm của nguyên lý bottom – up là khó điều khiển, khó khống chế tốc độ kết tinh và quá trình tạo mầm nên có thể tạo hạt ở kích thước lớn. Hơn nữa, dung môi sử dụng có thể gây độc cho mẫu.
Vì vậy, phương pháp này đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ quá trình, tránh sử dụng các dung môi hữu cơ để hòa tan mẫu cũng như các vấn đề về dư lượng dung môi. Các phương pháp được phát triển dựa trên nguyên lý bottom – up chủ yếu là kết tinh và lỏng siêu tới hạn. Nguyên lý top – down Nguyên lý top – down dựa trên việc sử dụng kỹ thuật bẻ gãy, lực cắt hoặc khắc để phá vỡ cấu trúc vật liệu khối về kích thước nano. Các kỹ thuật được sử dụng phổ biến theo nguyên lý top – down là nghiền, siêu âm và đồng hóa.
Phương pháp nghiền Phương pháp nghiền sử dụng năng lượng cơ học để phá vỡ vật lý các hạt thô thành các hạt mịn với kích thước nhỏ hơn. Quá trình giảm kích thước vật liệu dựa trên lực cắt năng lượng cao và sự va chạm của hạt trong quá trình chuyển động bên trong buồng nghiền. Nghiền có thể áp dụng cho các loại vật liệu kém hòa tan trong cả môi trường nước và môi trường hữu cơ cũng như tính linh hoạt cao trong việc xử lý số lượng lớn vật liệu. Tuy nhiên, phương pháp này tốn nhiều thời gian, một phần nhỏ của hạt có thể nằm ở vùng kích thước lớn nếu không được kiểm soát chặt chẽ, đồng thời dễ bị nhiễm bẩn bởi vật liệu nghiền do sự ăn mòn trong thời gian dài [4].
Phương pháp siêu âm Sóng siêu âm được chiếu xạ qua môi trường lỏng ở cường độ cao tạo ra một chu trình nén – giãn nở xen kẽ. Trong chu kỳ áp suất thấp, sóng siêu âm tạo ra các bong bóng chân không nhỏ hoặc các khoảng trống chứa khí phân tán lơ lửng trong chất lỏng. Khi các bong bóng đạt đến thể tích mà chúng không thể hấp thu năng lượng được nữa, chúng sẽ nhanh chóng sụp đổ tại chu kỳ áp suất cao và tạo ra làn sóng xung kích. Tại đây, các hạt bị giảm kích thước bởi các lực xâm thực, hay còn gọi là hiện tượng cavitation [5].
Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm, khả năng đưa hạt về kích thước nhỏ tốt nhờ hệ số truyền khối cao. Tuy nhiên, quá trình siêu âm có khả năng phân hủy nước thành các gốc tự do làm oxy hóa các hoạt chất có trong dung dịch. Phương pháp đồng hóa Máy đồng hóa rotor – stator gồm một rotor chuyển động với tốc độ gradient cao đặt gần một stator (cố định) tạo ra một lực cắt rất lớn để chia nhỏ các hạt. Khoảng cách giữa rotor và stator cũng ảnh hưởng đến khả năng nén ép và kiểm soát kích 4 thước hạt.
Tốc độ cao, lực cắt lớn và công suất cao là những đặc điểm chính của máy đồng hóa rotor – stator. Tuy nhiên, khả năng đồng hóa bị giới hạn bới độ nhớt và các đặc tính cơ học của vật liệu. Xu hướng kết hợp công nghệ nano và các hợp chất tự nhiên 1. Xu hướng sử dụng các hợp chất tự nhiên Từ thời cổ đại, con người đã bắt đầu sử dụng các loại thảo dược để phòng chống và điều trị nhiều loại bệnh khác nhau.
Cùng với sự tiến bộ của y học, rất nhiều hoạt chất có nguồn gốc tự nhiên mang hoạt tính sinh học như flavonoid, alkaloid, steroid, … được phân lập và ứng dụng rộng rãi. Paclitaxel – một hoạt chất được phân lập từ vỏ cây Taxus brevifolia được sử dụng làm thuốc điều trị ung thư vú đầu tiên – làm nền tảng cho hàng loạt những nghiên cứu về các hợp chất thiên nhiên trong điều trị ung thư sau này như doxorubicin, asparagin, etoposide, teniposide, vincristin và vinblastine, … [6]. Các hoạt chất tự nhiên này sở hữu những ưu điểm nổi bật như sự đa dạng về hoạt tính sinh học, độc tính thấp, ít tác dụng phụ và khả năng điều trị tốt, đặc biệt là khi sử dụng ở dạng cụm hoạt chất từ chiết xuất thực vật nhờ những tác dụng hiệp đồng.