Tổng quan nghiên cứu

Kháng sinh là nhóm dược phẩm được sử dụng phổ biến hàng đầu tại Việt Nam, chiếm tỷ lệ khoảng 60% đến 70% trong các đơn thuốc điều trị nhiễm khuẩn lâm sàng. Trước tình trạng vi khuẩn kháng thuốc gia tăng nhanh chóng, việc kết hợp hai hoạt chất kháng sinh thuộc nhóm Penicillin là Amoxicillin trihydrat (250 mg) và Cloxacillin natri (250 mg) trong cùng một dạng bào chế viên nang mang lại hiệu quả điều trị vượt trội đối với các bệnh lý nhiễm khuẩn hô hấp, tiết niệu và mô mềm do vi khuẩn tiết men penicillinase.

Mặc dù chế phẩm phối hợp này đang lưu hành rộng rãi trên thị trường, Dược điển Việt Nam vẫn chưa có chuyên luận riêng để kiểm nghiệm đồng thời cả hai thành phần. Phương pháp phân tích chủ yếu hiện nay vẫn dựa vào sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Kỹ thuật HPLC tuy có độ nhạy cao nhưng đòi hỏi chi phí dung môi đắt tiền, sử dụng các hóa chất độc hại như acetonitril và kéo dài thời gian phân tích từ 20 đến 30 phút cho mỗi lượt chạy mẫu.

Nhằm giải quyết bài toán tối ưu hóa chi phí và thời gian kiểm nghiệm, nghiên cứu này được triển khai nhằm xây dựng phương pháp định lượng đồng thời Amoxicillin và Cloxacillin bằng quang phổ tử ngoại đạo hàm (PĐH) và phổ đạo hàm tỷ đối (PĐHTĐ), lấy phương pháp HPLC làm đối chiếu chuẩn. Nghiên cứu được thực hiện tại Hà Nội trong năm 2014 trên đối tượng viên nang Faclacin 2 do Công ty Cổ phần Dược phẩm Trung ương 1 sản xuất. Phương pháp quang phổ mới giúp cắt giảm ước tính 60% chi phí phân tích, rút ngắn thời gian chuẩn bị và đo mẫu xuống chỉ còn 5 đến 10 phút, cung cấp giải pháp kỹ thuật xanh và kinh tế cho các phòng kiểm nghiệm dược phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng định luật Bouguer - Lambert - Beer và nguyên lý cộng tính độ hấp thụ quang của hỗn hợp nhiều thành phần trong vùng tử ngoại khả kiến từ 200 nm đến 400 nm. Khi hai hoạt chất có phổ hấp thụ chồng lấn, phương pháp quang phổ truyền thống không thể định lượng trực tiếp nếu không tách chiết. Kỹ thuật quang phổ đạo hàm khắc phục rào cản này thông qua hai mô hình toán học:

Mô hình thứ nhất là phương pháp đạo hàm giao điểm không (Zero-crossing derivative spectrophotometry). Kỹ thuật này dựa trên nguyên lý chọn bước sóng định lượng mà tại đó giá trị đạo hàm của một chất phân tích triệt tiêu về 0, trong khi tín hiệu đạo hàm của chất còn lại tỷ lệ thuận với nồng độ của nó.

Mô hình thứ hai là phương pháp đạo hàm phổ tỷ số (Ratio Spectra Derivative Spectrophotometry). Mô hình này chia toàn bộ phổ hấp thụ của dung dịch hỗn hợp cho phổ hấp thụ của một dung dịch chuẩn đơn thành phần (được gọi là số chia), sau đó tiến hành lấy đạo hàm bậc 1 của phổ tỷ số thu được. Tại bước sóng thích hợp, biên độ đạo hàm phổ tỷ số hoàn toàn độc lập với chất dùng làm số chia và tỷ lệ tuyến tính với nồng độ chất cần xác định.

Để loại bỏ nhiễu đường nền và tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu, thuật toán đa thức Savitzky - Golay với độ rộng cửa số phổ từ 5 đến 25 điểm thực nghiệm được ứng dụng để làm trơn đường cong đạo hàm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mẫu nguyên liệu chuẩn gồm Amoxicillin trihydrat (độ tinh khiết 98,40%, độ ẩm 13,20%) và Cloxacillin natri (độ tinh khiết 98,30%, độ ẩm 4,37%) do Viện Kiểm nghiệm Thuốc Trung ương cung cấp. Cỡ mẫu thử nghiệm được chọn ngẫu nhiên từ 20 viên nang Faclacin 2 thuộc các lô sản xuất thương mại để tính khối lượng trung bình viên theo quy chuẩn dược điển.

Hệ thống thiết bị phân tích gồm máy quang phổ hai chùm tia Unicam UV 300 kết nối phần mềm chuyên dụng Vision 32, cuvet thạch anh quang trình 1 cm, quét phổ trong dải bước sóng từ 200 nm đến 400 nm với độ rộng khe phổ 1,5 nm. Thiết bị đối chiếu là hệ thống sắc ký lỏng Agilent 1100 series DAD, sử dụng cột pha đảo Apollo C18 (kích thước 150 mm x 4,6 mm, cỡ hạt 5 µm). Pha động HPLC gồm dung dịch đệm kali dihydrophosphat (KH2PO4) 0,01M và methanol theo tỷ lệ 45:55, tốc độ dòng 1,0 ml/phút, detector UV 225 nm và thể tích tiêm 20 µL.

Lý do lựa chọn phương pháp quang phổ đạo hàm là khả năng định lượng trực tiếp dung dịch mẫu pha trong nước cất mà không cần sử dụng dung môi hữu cơ độc hại, quy trình xử lý mẫu đơn giản và thời gian đo nhanh. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao được lựa chọn song song làm chuẩn đối chứng để kiểm tra độ tin cậy thông qua các thuật toán thống kê Student (t-test) và Fisher (F-test) ở khoảng tin cậy 95%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực nghiệm đã chứng minh khả năng định lượng đồng thời hai hoạt chất với độ nhạy và độ chính xác cao:

Thứ nhất, phương pháp quang phổ đạo hàm bậc 1 giao điểm không đã xác định thành công Cloxacillin tại bước sóng 258,7 nm, nơi Amoxicillin có tín hiệu đạo hàm bằng 0. Đường chuẩn tuyến tính của Cloxacillin được thiết lập vững chắc trong khoảng nồng độ từ 60 mg/L đến 140 mg/L với phương trình hồi quy y = -0,150x - 0,0156 và hệ số tương quan r đạt mức -0,9997.

Thứ hai, phương pháp đạo hàm phổ tỷ số cho phép định lượng đồng thời cả hai chất. Amoxicillin được định lượng tại bước sóng 266,2 nm khi dùng phổ Cloxacillin 60 mg/L làm số chia, cho phương trình hồi quy y = 0,1055x + 0,2635 với hệ số tương quan r = 0,9995. Cloxacillin được xác định tại bước sóng 258,0 nm khi dùng phổ Amoxicillin 60 mg/L làm số chia, cho phương trình y = -0,0954x + 0,1959 với hệ số r = -0,9998. Cả hai đường chuẩn đều có khoảng tuyến tính từ 60 mg/L đến 140 mg/L.

Thứ ba, độ đúng và độ lặp lại của phương pháp đo quang đạt tiêu chuẩn phân tích dược phẩm quốc tế. Thử nghiệm trên mẫu tự tạo chứa Amoxicillin 100 mg/L và Cloxacillin 100 mg/L cho độ thu hồi của Amoxicillin đạt 100,24% (độ lệch chuẩn tương đối RSD = 0,5%), độ thu hồi của Cloxacillin qua PĐH bậc 1 đạt 99,65% (RSD = 0,5%) và qua PĐHTĐ đạt 99,89% (RSD = 0,7%). Độ lặp lại trên mẫu thực tế viên nang Faclacin 2 (Lô 010808) qua 6 lần định lượng độc lập cho giá trị RSD rất thấp, chỉ từ 0,6% đến 0,9%.

Thứ tư, phương pháp HPLC đối chiếu tách hoàn toàn hai hoạt chất với thời gian lưu của Amoxicillin là 1,567 phút và Cloxacillin là 3,976 phút. Độ phân giải giữa hai pic sắc ký đạt mức 15,68, số đĩa lý thuyết của hệ thống đạt 955 đối với Amoxicillin và 973 đối với Cloxacillin.

Thảo luận kết quả

Khảo sát tính chất cộng tính quang phổ cho thấy trong vùng bước sóng từ 200 nm đến 245 nm, mật độ quang không thể hiện tính cộng tính do tương tác hấp thụ giữa hai phân tử. Tuy nhiên, trong dải bước sóng từ 245 nm đến 275 nm, mật độ quang của hỗn hợp hoàn toàn bằng tổng mật độ quang của từng dung dịch đơn chất, tạo cơ sở toán học vững chắc cho việc áp dụng phép lấy đạo hàm.

Dữ liệu thực nghiệm được trình bày trực quan qua bảng tổng hợp độ lặp lại và các đồ thị đạo hàm phổ tỷ đối. Sắc ký đồ HPLC thể hiện hai pic sắc nét, không có hiện tượng kéo đuôi và hoàn toàn tách biệt khỏi tín hiệu của các tá dược như tinh bột sắn, bột talc và magnesi stearat. Điều này khẳng định tá dược thông thường trong viên nang không gây ảnh hưởng đến phép đo quang.

Khi tiến hành kiểm định thống kê toán học so sánh kết quả định lượng trên cùng một lô viên nang giữa phương pháp quang phổ đạo hàm tỷ đối và phương pháp HPLC, giá trị t-thực nghiệm đều nhỏ hơn t-lý thuyết (ở mức ý nghĩa 0,05) và giá trị F-thực nghiệm nhỏ hơn F-lý thuyết. Điều này chứng minh không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về độ đúng và độ lặp lại giữa phương pháp đo quang và phương pháp HPLC, khẳng định tính khả thi của việc thay thế HPLC bằng kỹ thuật quang phổ đạo hàm trong phân tích thường quy.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa và ban hành quy trình thao tác chuẩn (SOP) về định lượng đồng thời Amoxicillin và Cloxacillin bằng phương pháp quang phổ đạo hàm tỷ số tại các phòng kiểm nghiệm chất lượng thuốc trong thời gian 6 tháng tới. Việc này hướng tới mục tiêu giảm 50% chi phí hóa chất dung môi và tăng gấp 3 lần năng suất phân tích mẫu mỗi ngày.

Thứ hai, Hội đồng Dược điển Việt Nam xem xét bổ sung chuyên luận viên nang phối hợp Amoxicillin và Cloxacillin vào Dược điển Việt Nam phiên bản tiếp theo trong lộ trình 12 đến 18 tháng, trong đó tích hợp phương pháp quang phổ đạo hàm bên cạnh phương pháp HPLC truyền thống để các đơn vị sản xuất linh hoạt áp dụng.

Thứ ba, các nhà máy sản xuất dược phẩm đầu tư nâng cấp phần mềm điều khiển máy quang phổ UV-VIS tích hợp các thuật toán Savitzky - Golay và đạo hàm tự động, duy trì sai số kiểm nghiệm thành phẩm dưới ngưỡng 1,0% trước khi xuất xưởng.

Thứ tư, nhóm nghiên cứu tại các trường đại học và viện nghiên cứu mở rộng ứng dụng phương pháp quang phổ đạo hàm tỷ số sang các dạng bào chế phức tạp hơn như bột đông khô pha tiêm hoặc hỗn dịch uống trong giai đoạn từ năm 2024 đến năm 2026.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là kiểm nghiệm viên và kỹ thuật viên phân tích tại các Trung tâm Kiểm nghiệm Dược phẩm - Mỹ phẩm trên toàn quốc. Luận văn cung cấp quy trình thực nghiệm chi tiết, giúp rút ngắn thời gian xử lý các mẫu kiểm tra giám sát thị trường mà không cần vận hành hệ thống HPLC phức tạp.

Nhóm thứ hai là các chuyên viên nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các doanh nghiệp dược phẩm. Đây là tài liệu tham khảo giá trị để xây dựng tiêu chuẩn cơ sở và thẩm định phương pháp phân tích cho các sản phẩm thuốc phối hợp đa thành phần mới.

Nhóm thứ ba là giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa phân tích và Dược học. Công trình là ví dụ mẫu mực về việc ứng dụng công cụ toán học và xử lý tín hiệu quang phổ vào giải quyết bài toán phân tích hỗn hợp chồng lấn trong thực tế.

Nhóm thứ tư là các nhà quản trị chất lượng (QA/QC) tại nhà máy dược phẩm, có thêm giải pháp tiết kiệm ngân sách kiểm nghiệm hàng trăm triệu đồng mỗi năm nhờ giảm thiểu tiêu thụ dung môi hữu cơ tinh khiết.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp quang phổ đạo hàm có ưu điểm gì vượt trội so với HPLC truyền thống? Phương pháp quang phổ đạo hàm cho phép định lượng trực tiếp hai hoạt chất trong dung dịch nước mà không cần chiết tách hay dùng dung môi pha động đắt tiền. Kỹ thuật này rút ngắn thời gian phân tích từ 30 phút xuống còn 5 đến 7 phút mỗi mẫu, tiết kiệm 100% hóa chất hữu cơ độc hại như acetonitril mà vẫn đảm bảo độ lặp lại với RSD dưới 1,0%.

Tại sao bước sóng 258,7 nm được chọn để định lượng Cloxacillin trong phổ đạo hàm bậc 1? Tại bước sóng 258,7 nm, phổ đạo hàm bậc nhất của Amoxicillin trihydrat đi qua điểm giao không (giá trị đạo hàm bằng 0). Do đó, tín hiệu đạo hàm đo được tại bước sóng này hoàn toàn thuộc về Cloxacillin, giúp loại trừ hoàn toàn sự can thiệp của Amoxicillin trong khoảng nồng độ tuyến tính từ 60 mg/L đến 140 mg/L.

Phương pháp phổ đạo hàm tỷ số giải quyết bài toán định lượng Amoxicillin như thế nào? Bằng cách chia phổ hấp thụ của hỗn hợp cho phổ chuẩn Cloxacillin 60 mg/L rồi lấy đạo hàm bậc nhất tại bước sóng 266,2 nm, tín hiệu thu được chỉ còn phụ thuộc vào nồng độ Amoxicillin. Phương pháp này mang lại độ thu hồi Amoxicillin trung bình đạt 100,24% với hệ số tương quan tuyến tính r = 0,9995.

Các tá dược có trong viên nang Faclacin 2 có ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo quang không? Các tá dược gồm tinh bột sắn, bột talc và magnesi stearat không tan và không hấp thụ ánh sáng trong vùng bước sóng định lượng từ 245 nm đến 275 nm sau khi lọc qua giấy lọc thông thường. Kết quả độ thu hồi trên mẫu tự tạo chứa tá dược đạt từ 99,65% đến 100,24% chứng minh tá dược hoàn toàn không gây cản trở.

Điều kiện phân tích của phương pháp HPLC đối chiếu được thiết lập như thế nào? Phương pháp HPLC đối chiếu sử dụng cột pha đảo Apollo C18 (150 mm x 4,6 mm, 5 µm), pha động gồm dung dịch đệm KH2PO4 0,01M và methanol tỷ lệ 45:55, tốc độ dòng 1,0 ml/phút, bước sóng phát hiện 225 nm, cho độ phân giải giữa hai pic đạt 15,68 và thời gian lưu của hai chất lần lượt là 1,567 phút và 3,976 phút.

Kết luận

  • Xây dựng thành công quy trình định lượng đồng thời Amoxicillin và Cloxacillin bằng phương pháp quang phổ đạo hàm bậc 1 và phổ đạo hàm tỷ số không qua chiết tách.
  • Thiết lập khoảng nồng độ tuyến tính tối ưu từ 60 mg/L đến 140 mg/L với hệ số tương quan r đạt trên 0,999 đối với cả hai hoạt chất trên các đường chuẩn thực nghiệm.
  • Thẩm định đầy đủ phương pháp với độ thu hồi đạt từ 99,65% đến 100,24% và độ lệch chuẩn tương đối RSD dưới 1,0%, đáp ứng toàn diện tiêu chuẩn kiểm nghiệm thuốc.
  • Đối chiếu thành công với phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC trên cột Apollo C18, xác nhận không có sự sai khác có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
  • Ứng dụng định lượng hiệu quả trên các lô viên nang thương mại Faclacin 2 của Công ty Cổ phần Dược phẩm Trung ương 1.

Công trình luận văn của học viên Vũ Tùng Lâm mang lại giải pháp phân tích xanh, kinh tế và chính xác cao cho ngành kiểm nghiệm dược phẩm. Các cơ sở nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất nên sớm đưa quy trình quang phổ đạo hàm này vào áp dụng thực tế để nâng cao hiệu suất kiểm tra chất lượng thuốc kháng sinh phối hợp.