Phương Nam Co LTD
© 25/4/2024 - Vietnam12h.com Application

Chất diện hoạt tween polysorbate 80 bào chế hệ tiểu phân nano curcumin Mặc dù công nghệ nano đã được nghiên cứu từ hơn 50 năm gần đây và các công trình nghiên cứu trên thế giới đã được công bố khá nhiều nhưng số lượng các sản phẩm bào chế bằng công nghệ nano được ứng dụng trên lâm sàng còn rất ít. Điều này có thể do nhiều nguyên nhân nhưng điều quan trọng nhất là mỗi dược chất có những đặc tính và khả năng ứng dụng vào dạng thuốc nano khác nhau. Vì vậy, quá trình nghiên cứu bào chế dạng nano đối với một dược chất bất kỳ thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố từ công thức đến kỹ thuật bào chế. Cụ thể như sau: Yếu tố công thức Chất diện hoạt tween polysorbate 80 Trong quy trình bào chế hệ tiểu phân nano trình bày trong nghiên cứu, chất diện hoạt được nghiền ướt trực tiếp cùng với dược chất. Vì vậy, chất diện hoạt tập trung ở bề mặt phân cách pha cao. Kết quả thực nghiệm cho thấy: sự có mặt của chất diện hoạt làm giảm đáng kể kttp do làm giảm sức căng bề mặt phân cách pha rắn-lỏng, giảm tính sơ nước của curcumin, giúp curcumin dễ dàng phân tán vào môi trường lỏng. Ngoài ra, chất diện hoạt tween polysorbate 80 cũng có thể tạo micel làm tăng độ tan. Mặt khác, đối với một dạng thuốc dùng đường uống, sự có mặt của chất diện hoạt cũng làm tăng tính thấm qua đường tiêu hóa. Chất diện hoạt tween polysorbate 80 sẽ kết hợp vào lớp lipid kép của màng, làm thay đổi tính phân cực của màng tế bào, giảm sức căng bề mặt và tăng khả năng thấm của dược chất qua màng tế bào biểu mô,. Ngoài ra, các chất diện hoạt còn tác động làm tăng thấm các phân tử dược chất qua đường kẽ tế bào do nới rộng các liên kết chặt giữa các tế bào hoặc tương tác với các enzym chuyển hóa. Một số chất diện hoạt còn ức chế trung gian p-gp làm tăng hấp thu …trong nghiên cứu này, với sự có mặt của chất diện hoạt tween 80, hỗn dịch nano bào chế từ hệ tiểu phân nano có khả năng thấm qua màng sinh học cao hơn so với hỗn dịch quy ước trong cùng điều kiện nghiên cứu. Một số nghiên cứu dược động học của curcumin có đánh giá tốc độ và mức độ thấm của dược chất cũng như ảnh hưởng của các tá dược đến khả năng thấm qua màng sinh học. Tuy nhiên, do mục tiêu nghiên cứu của luận án không tập trung vào việc nghiên cứu dược động học nên nội dung thực nghiệm này không được tiến hành. Tuy nhiên, đây có thể sẽ là định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của một số chất diện hoạt đến đặc tính tiểu phân nano đã được khảo sát. Trong số này, chỉ có poloxame 188 có nhiệt độ nóng chảy cao, còn lại đều có nhiệt độ nóng chảy thấp. Điều này gây khó khăn cho quá trình làm khô bằng phương pháp phun sấy vì thể chất lỏng của chất diện hoạt có thể ảnh hưởng đến thể chất bột phun sấy. Hơn nữa, nếu chất diện hoạt được sử dụng với nồng độ quá cao, có thể tạo ra các micel, đóng vai trò như chất kết dính giữa tiểu phân và thúc đẩy hình thành kết tụ trong hỗn dịch [71]. Do đó, tỷ lệ chất diện hoạt trong công thức cần được nghiên cứu khảo sát vừa đảm bảo đủ để bào chế được hệ tiểu phân nano có kttp đạt yêu cầu vừa không ảnh hưởng đến thể chất khối bột. Trong nghiên cứu này, chất diện hoạt được lựa chọn là tween 80. Đây là phân tử có phần đuôi kỵ nước dài chứa các liên kết chưa bão hòa hấp phụ lên bề mặt tiểu phân dược chất và phần đầu lớn tạo ra hàng rào năng lượng không gian ngăn cản hiện tượng kết tụ. Nhược điểm của chất diện hoạt tween 80 là tạo ra lớp hấp phụ mỏng trên bề mặt tiểu phân và tạo ra sự ổn định không gian giữa các tiểu phân kém hiệu quả hơn so với các polyme khối lượng phân tử lớn [85]. Vì vậy, trong nghiên cứu này, tween 80 được phối hợp với một polyme thân nước. Polyme thân nước Quá trình bào chế dạng hỗn dịch nano sẽ tạo ra diện tích bề mặt lớn và do đó diện tích liên bề mặt lớn, làm thay đổi năng lượng tự do Gibbs. Hỗn dịch nano được tạo thành kém ổn định về mặt nhiệt động học và có xu hướng giảm tổng năng lượng bằng cách kết tụ trở lại. Về mặt động lực học, quá trình kết tụ phụ thuộc vào năng lượng hoạt hóa và năng lượng này bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của polyme ổn định [101]. Các polyme có tác dụng làm giảm kết tụ tiểu phân do tạo sự cồng kềnh về không gian và tích điện bề mặt tiểu phân. Do đó, bên cạnh vai trò của chất diện hoạt tween polysorbate 80, các polyme có vai trò quan trọng đối với hỗn dịch nano. Việc sử dụng kết hợp chất diện hoạt với polyme có thể hỗ trợ hiệu quả khả năng ổn định hỗn dịch nano. Mặc dù khá nhiều công trình nghiên cứu về dạng bào chế hỗn dịch nano đã được công bố, việc đánh giá và so sánh khả năng của các polyme đến khả năng ổn định của hỗn dịch nano lại hầu như rất ít. Polyme thân nước cùng với chất diện hoạt tạo ra hàng rào năng lượng, giúp ngăn chặn quá trình kết tụ Ostwald. Điều này được mô tả bởi thuyết DLVO [71], [101]. Đồng thời, sự có mặt của các polyme còn làm tăng độ nhớt, tăng năng lượng biến dạng để phá vỡ tiểu phân [71]. Vì vậy, nghiên cứu của luận án đã khảo sát ảnh hưởng của một số polyme (PVP, PVA và Na CMC) đến sự hình thành và độ ổn định của hỗn dịch nano. Theo kết quả đánh giá KTTPTB, PVP và PVA không ảnh hưởng đến KTTPTB của nano curcumin, riêng Na CMC lại làm tăng KTTPTB. Xét về bản chất, Na CMC là polyme có khối lượng phân tử khá lớn (khoảng 90 kDa) và tích điện âm. Sự có mặt của Na CMC với ái lực cao ổn định theo cơ chế kết hợp cả ổn định không gian và ổn định điện tích nhưng lại tăng xu hướng hình thành tiểu phân kết tụ lớn do tạo cầu nối polyme. Do đó, Na CMC không phải là một lựa chọn thích hợp [75]. Trong nghiên cứu của luận án, PVP được chọn để phối hợp với Tween 80 ổn định hỗn dịch nano. Thực tế, PVP K30 là một polyme có chiều dài chuỗi ngắn hơn so với các polyme được khảo sát [102]. Nhược điểm của PVP là hút ẩm mạnh, do đó có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của hệ tiểu phân nano. Vì vậy, nghiên cứu đã đưa ra tỷ lệ PVP ở mức tối thiểu mà vẫn đạt được mục tiêu tăng tốc độ và mức độ hòa tan curcumin. Khi sử dụng buồng nghiền với bi zirconi oxyd, tiểu phân dược chất có thể được nghiền đồng thời với dung dịch chất ổn định [23], [95], [113] hoặc hỗn hợp bi, dược chất, chất ổn định và nước được đưa đồng thời vào buồng nghiền hoặc bào chế hỗn hợp bột nhão dược chất và polyme trước, sau đó đưa vào buồng nghiền [53], [102]. Trong nghiên cứu này, quá trình nghiền ướt được tiến hành theo cách thứ nhất. Một số tác giả cho rằng nếu thêm chất diện hoạt và polyme vào giai đoạn đầu của quá trình nghiền ướt sẽ dẫn đến độ nhớt của hỗn dịch lỏng tăng, tốn năng lượng đề nghiền ướt trong giai đoạn đầu. Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu ở mục 3.4.2.1, sau quá trình nghiền khô, tiểu phân curcumin đã có sự giảm KTTP đáng kể so với ban đầu. Vì vậy, khi đưa vào giai đoạn nghiền ướt, dung dịch chất diện hoạt và polyme nên được thêm vào ngay để ổn định kích thước, hạn chế hiện tượng kết tụ tiểu phân do sự phân chia tiểu phân lớn thành các tiểu phân nhỏ hơn. Mặt khác, chất diện hoạt và polyme cũng phải cần một thời gian đủ để hấp phụ lên bề mặt tiểu phân, đảm bảo hầu hết bề mặt của tiểu phân được bao bọc bởi polyme hấp phụ. Do đó, việc thêm chất diện hoạt và polyme vào giai đoạn đầu có ý nghĩa quan trọng đối với việc hình thành tiểu phân nano curcumin. Chất mang Hỗn dịch nano sau khi bào chế thường kém ổn định về mặt nhiệt động học cần được chuyển sang dạng bào chế rắn bằng cách loại dung môi bằng phương pháp phun sấy. Để đảm bảo thể chất của bột chứa tiểu phân nano sau phun sấy, chất mang có thể được phối hợp vào hỗn dịch. Sự có mặt của chất mang thích hợp có thể ảnh hưởng đến đặc tính trơn chảy của tiểu phân bột sau phun sấy và sự phân tán trở lại trong nước. Trong số các chất mang thường dùng, các loại đường hay được sử dụng nhiều nhất với tỷ lệ khoảng 2-10% [17]. Tương tự như các tá dược khác sử dụng trong công thức hỗn dịch đem phun sấy, khi sử dụng các loại đường, nhiệt độ chảy và nhiệt độ hóa thủy tinh là hai thông số quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn. Qua tham khảo một số thông số đặc trưng của các loại đường, nhận thấy mặc dù các loại đường đều có điểm chảy cao (trên 140oC), nhưng một số loại đường có nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) thấp thường làm cho bột phun sấy bị dính (dextrose, saccarose). Ngược lại, sự có mặt của lactose hoặc manitol (Tg> 80oC) làm cho bột trơn chảy tốt. Bột phun sấy chứa lactose thường có hàm ẩm cao hơn so với bột phun sấy chứa manitol do sự chuyển lactose từ dạng khan sang dạng monohydrat [17]. Điều này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu ở mục 3.4.1. Bên cạnh các chất mang thân nước, các tá dược trơn (chẳng hạn Aerosil) có thể được sử dụng trong giai đoạn phun sấy để làm giảm sự bám dính của bột phun sấy vào bề mặt thiết bị. Mặc dù vậy, việc đưa thêm thành phần tá dược chống dính có thể làm ảnh hưởng đến kết quả đo KTTP của hệ tiểu phân nano do không tách loại được hoàn toàn Aerosil. Trong nghiên cứu của luận án, khi thêm manitol vào công thức hỗn dịch trước phun sấy, bột phun sấy chứa nano thu được có hình thức bên ngoài khá tơi xốp, ít bị bám dính vào cyclon, thuận lợi cho việc đưa vào các dạng bào chế hơn so với hỗn dịch không sử dụng manitol. Kết quả lựa chọn chất mang này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu bào chế bột phun sấy chứa nano curcumin trong một số nghiên cứu của Donsi F. và cộng sự [24] hoặc Gao Y. và cộng sự [28] hoặc bột phun sấy chứa nano itraconazol [17]. Phương pháp và thiết bị bào chế Về phương pháp bào chế Do độ tan của curcumin trong hầu hết các dung môi đều rất thấp, khó có thể lựa chọn dung môi để bào chế hệ tiểu phân nano bằng phương pháp “bottom-up”. Hơn nữa, do hạn chế của phương pháp này khi nâng cấp lên quy mô 5 g/mẻ, kỹ thuật “top-down” được lựa chọn. Đây cũng là kỹ thuật có triển vọng với nhiều chế phẩm thương mại hóa với ưu điểm tỷ lệ dược chất cao (tỷ lệ tá dược thấp), [43], [65], [102]. Về thiết bị bào chế Ở quy mô bào chế nhỏ (1 g/mẻ), curcumin được nghiền khô bằng buồng nghiền với bi inox và nghiền ướt thủ công bằng chày cối. Với các thiết bị được lựa chọn này, tiểu phân nano tạo thành có KTTPTB khoảng 200-300 nm và PDI dao động rất lớn (từ 0,2 đến 0,6). Để khắc phục nhược điểm của phương pháp này, buồng nghiền với bi zirconi oxyd được lựa chọn để tiếp tục nghiên cứu về bào chế hệ tiểu phân nano. Dựa trên cơ sở này, nghiên cứu bào chế hệ tiểu phân nano được tiến hành theo quy trình B trên quy mô 5 g/mẻ. Để nâng lên quy mô bào chế lớn hơn, trong giai đoạn nghiền khô, có thể sử dụng thiết bị nghiền chuyên dụng năng lượng cao. Tốc độ và hiệu suất nghiền phụ thuộc vào tốc độ quay của buồng nghiền, khối lượng và số lượng bi. Do đó, các thiết bị nghiền có tốc độ quay lớn, cự ly thanh nam châm gia tốc lớn sẽ có hiệu quả hơn trong việc nghiền mịn tiểu phân. Trong giai đoạn nghiền ướt, có thể sử dụng một số thiết bị nghiền ướt đặc biệt như thiết bị nghiền ướt gắn rotor-stato. Thiết bị này có thể tạo ra tiểu phân có KTTPTB nhỏ hơn so với các thiết bị nghiền ướt thông thường. Để tăng hiệu suất nghiền và tạo hỗn dịch nano có phân bố KTTP tương đối đồng nhất, môi trường nghiền thường được bơm tuần hoàn liên tục. Đồng thời, việc sử dụng một lượng bi có kích thước khác nhau (không đồng nhất) hoặc quá trình nghiền ở tốc độ cao cũng có thể làm tăng hiệu suất nghiền. Trong giai đoạn đồng nhất hóa, có thể sử dụng phương pháp đồng nhất hóa áp suất cao. Để tránh sinh nhiệt, thiết bị nghiền thường được trang bị lớp áo làm mát ở ngoài. Ngoài ra, để kết hợp phân chia và đồng nhất hóa, hiện nay người ta hay dùng đồng nhất vi hóa lỏng. Khi nâng cấp lên quy mô bào chế 5 g/mẻ, thiết bị nghiền bi inox phù hợp với giai đoạn nghiền khô, còn thiết bị nghiền bi zirconi oxyd phù hợp với giai đoạn nghiền ướt. Do thiết bị nghiền bi inox chỉ có một bi với kích thước khá lớn (20 mm) nên lực tác động của bi lên khối bột chỉ có hiệu quả trong giai đoạn nghiền khô. Trong khi đó, bi zirconi oxyd với kích thước khá nhỏ không phù hợp cho giai đoạn nghiền khô vì động năng không đủ lớn. Khi chuyển sang giai đoạn nghiền ướt, buồng nghiền với bi zirconi oxyd với số lượng bi cỡ vài trăm và kích thước bi nhỏ (0,65 hoặc 0,8 mm), do đó tạo ra bề mặt tiếp xúc lớn, làm tăng lực mài mòn giữa bi và nguyên liệu. Do đó, buồng nghiền với bi zirconi oxyd được lựa chọn trong giai đoạn nghiền ướt. Quy trình bào chế Giai đoạn nghiền khô Trong quá trình nghiền khô curcumin bằng buồng nghiền với bi inox, các thông số cần kiểm soát là lượng dược chất đưa vào buồng nghiền, thời gian và tần số nghiền. Thông thường, lượng dược chất đưa vào buồng nghiền chiếm khoảng 60% thể tích buồng nghiền. Lượng nguyên liệu quá lớn có thể tạo hiệu ứng “cái đệm” cản trở quá trình nghiền. Ngược lại, quá ít nguyên liệu, hiệu suất nghiền giảm và bề mặt buồng nghiền bị mài mòn. Trong nghiên cứu của luận án, bột curcumin có tỷ trọng thấp (d = 0,93), việc đưa vào buồng nghiền gặp khó khăn do thể tích buồng nghiền hạn chế và kích thước bi tương đối lớn (20 mm). Do vậy, quy mô bào chế chỉ có thể nâng lên gấp 5 lần từ quy mô bào chế nhỏ, khi đó lượng dược chất mỗi buồng nghiền khoảng 5 g. Về thời gian nghiền, trong phạm vi nghiên cứu của luận án, quá trình nghiền khô được thực hiện trong 6 giờ. Kết quả nghiên cứu ở mục 3.4.2.1 cho thấy: sau 6 giờ nghiền khô, curcumin có KTTP giảm đáng kể so với ban đầu. Trong quá trình nghiền, tiến hành đảo trộn nguyên liệu trong buồng nghiền sau mỗi khoảng thời gian nhất định (1 giờ) để đảm bảo bột không bị dính ép vào thành buồng nghiền, vào bề mặt bi và lực nghiền mài phân bố đều trong toàn bộ khối bột. Một vấn đề cần lưu ý nữa là quá trình nghiền sinh ra nhiệt làm nóng buồng nghiền và có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của curcumin. Vì vậy, sau mỗi khoảng thời gian 1 giờ, cần để thời gian nghỉ (5-10 phút) để nhiệt độ buồng nghiền giảm. Về tần số nghiền, nếu tần số nghiền thấp, nguyên liệu chỉ chịu tác động của lực mài mòn của nguyên liệu vào buồng nghiền. Điều này làm cho nguyên liệu không được phân chia thành các tiểu phân nhỏ hơn. Nếu tần số nghiền quá cao, các bi bị ép mạnh vào thành buồng nghiền nên không có lực mài mòn và va chạm. Vì vậy, với tần số nghiền phù hợp, nguyên liệu chịu tác động của lực mài mòn và lực va chạm do các bi được đưa lên vị trí tối ưu, rơi xuống va chạm và làm chia nhỏ nguyên liệu. Thực nghiệm cho thấy: với tần số nghiền nhỏ hơn 10 Hz, việc chia nhỏ tiểu phân không hiệu quả. Do vậy, quá trình nghiền được khảo sát ở hai mức tần số 15 và 30 Hz. Trong đó, kết quả trình bày ở mục 3.4.2.1 cho thấy: ở tần số 30 Hz, tiểu phân sau nghiền có KTTP nhỏ hơn trong thời gian khảo sát. Hình ảnh chụp SEM của curcumin sau nghiền khô ở phụ lục 4.1 cho thấy có hiện tượng kết tụ thành từng đám của tiểu phân. Điều này có thể giải thích do sau quá trình nghiền khô, tiểu phân mới tạo ra có KTTP nhỏ hơn, diện tích bề mặt lớn hơn, dễ hút ẩm dẫn đến hiện tượng kết tụ. Giai đoạn nghiền ướt Trong quy trình bào chế nano curcumin ở quy mô 1 g, giai đoạn này sử dụng dụng cụ thủ công còn trong quy trình bào chế ở quy mô 5 g, giai đoạn này sử dụng buồng nghiền với bi zirconi oxyd. Đối với hệ tiểu phân nano nghiền ướt bằng buồng nghiền với bi zirconi oxyd, đây được coi là giai đoạn chính làm nhỏ tiểu phân xuống kích thước nano. Khác với nghiền khô, kỹ thuật nghiền ướt có sự hiện diện của môi trường nước ngăn chặn sự kết dính và nén ép của tiểu phân dược chất vào thành buồng nghiền và lên bề mặt bi, khắc phục được nhược điểm của giai đoạn nghiền khô, tăng hiệu suất tạo tiểu phân nano. Môi trường lỏng cũng có thể có vai trò như tá dược bôi trơn và bao lên bề mặt của tiểu phân mới hình thành thông qua tương tác lý hóa khác nhau như hấp phụ, tương tác tĩnh điện hoặc tương tác kỵ nước [58], do tạo micel hay bao cơ học nhằm tăng độ ổn định của hỗn dịch. Các polyme và chất diện hoạt được thêm vào buồng nghiền sẽ hấp phụ lên bề mặt tiểu phân dược chất ngăn chặn hiện tượng kết tụ, tăng khả năng gây thấm và phân tán làm giảm kích thước tiểu phân [58]. Ngoài ra, nước có thể đóng vai trò như một chất ức chế sự hình thành dạng vô định hình do giảm nhiệt độ hóa thủy tinh [88]. Nếu lượng tá dược lỏng quá nhiều sẽ hạn chế lực tác động của bi vào thành buồng nghiền, cản trở quá trình nghiền. Trong nghiên cứu này, lượng tá dược lỏng sử dụng khoảng 10 ml vừa đủ để thấm ướt và tạo ra hỗn dịch có độ nhớt nhất định, dễ nghiền mịn hơn. Tuy nhiên, trong quá trình nghiền ướt, do độ mịn của tiểu phân dược chất tăng theo thời gian, dẫn đến tăng độ nhớt của bột nhão, tăng sự bám dính của nguyên liệu vào buồng nghiền. Đặc biệt, độ nhớt tăng còn làm giảm tốc độ dao động và năng lượng động lực học của môi trường nghiền và có thể làm giảm độ mịn của sản phẩm tạo thành. Do đó, độ nhớt tăng dẫn đến hai hiệu ứng ngược chiều nhau lên sự giảm KTTP. Vì vậy, lượng polyme và chất diện hoạt được thêm vào để ổn định tiểu phân sau khi nghiền chỉ ở mức tối thiểu. Với sự có mặt của chất diện hoạt và polyme, lực nghiền mài và khuấy trộn trong buồng nghiền ướt tạo ra năng lượng để phân tán polyme, phá vỡ sự kết tụ dược chất, gây thấm và hấp phụ dung dịch chất ổn định Tween 80 và PVP lên bề mặt tiểu phân dược chất. Trong giai đoạn này, ảnh hưởng của kích thước bi đến đặc tính của tiểu phân nano được khảo sát trên hai loại bi có kích thước khác nhau (0,65 và 0,8 mm). Về mặt lý thuyết với cùng một lượng bi như nhau, kích thước bi càng nhỏ, diện tích bề mặt càng lớn và sự cọ mòn, nghiền mài tiểu phân càng lớn. Với kích thước bi nhỏ hơn, tỷ lệ giảm kích thước tăng do tăng tần số va chạm của các bi kích thước nhỏ với tiểu phân do số lượng bi lớn hơn [71]. Tuy nhiên, kết quả trình bày ở mục 3.4.2.2 cho thấy: việc sử dụng hai loại bi kích thước khác nhau trong nghiên cứu này lại không tạo ra sự khác biệt rõ rệt về KTTP dược chất. Điều này có thể do hai loại bi kích thước không khác nhau nhiều, hoặc do năng lượng động lực học tạo ra trong quá trình nghiền ở cùng tần số xác định của bi kích thước lớn (0,8 mm) cao hơn so với bi kích thước nhỏ (0,65 mm). Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến KTTP là thời gian nghiền. Thời gian nghiền ướt phải đủ để phân chia tiểu phân có kích thước lớn thành các tiểu phân nhỏ hơn và đảm bảo các chất ổn định được hấp thụ lên bề mặt tiểu phân [56]. Thời gian nghiền kéo dài không hiệu quả vì có thể tạo ra sự tăng nhẹ của KTTP. Kết quả này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu bào chế hỗn dịch nano bằng phương pháp giảm kích thước tiểu phân sử dụng kỹ thuật nghiền ướt của Liu P. và cộng sự [56]. Kết quả của nghiên cứu cho thấy: với thời gian nghiền ướt 4 giờ, tiểu phân tạo ra đạt kích thước dưới 1 m. Nếu tiếp tục tăng thời gian nghiền, KTTP có xu hướng tăng. So với mẫu 1 g nghiền ướt bằng dụng cụ thủ công, mẫu 5 g có KTTPTB lớn hơn nhưng hệ số đa phân tán PDI lại không cao. Điều này chứng tỏ giai đoạn nghiền ướt bằng buồng nghiền với bi zirconi oxyd đã làm giảm KTTP đồng nhất hơn so với giai đoạn nghiền ướt sử dụng chày cối thủ công. Giai đoạn khuấy tốc độ cao Hỗn dịch đặc sau khi bào chế ở giai đoạn nghiền ướt được pha loãng bằng nước tạo hỗn dịch. Nhằm tạo ra hỗn dịch có KTTP nhỏ và PDI thấp, một số nghiên cứu sử dụng thiết bị đồng nhất hóa áp suất cao [28], [75], [78]. Trong nghiên cứu này, hỗn dịch được đồng nhất hóa bằng thiết bị tạo lực phân cắt lớn. Tuy nhiên, do giới hạn về một số thông số của thiết bị nên tốc độ khuấy chỉ khảo sát lên đến được 22000 vòng/phút. Đồng thời thiết bị có thể sinh nhiệt khi thời gian khuấy quá dài. Đồng thời, bọt khí sinh ra trong quá trình khuấy trộn làm cản trở lực tác động của cánh khuấy lên hỗn dịch. Bọt khí này do sự hình thành và phá vỡ của bong bóng áp suất hơi thấp trong dòng chảy chất lỏng. Trong thiết bị đồng nhất hóa cơ học (rotor- stator), lưỡi dao (rotor) di chuyển theo chất lỏng với tốc độ cao sinh ra các bong bóng khí [73]. Vì vậy, nghiên cứu đã lựa chọn tốc độ đồng nhất hóa 18000 vòng/phút và thời gian đồng nhất hóa thích hợp đối với hỗn dịch bào chế ở quy mô nhỏ (mẻ 1 g/25 ml) chỉ cần 15 phút và với quy mô lớn hơn (mẻ 5 g/125 ml) là 60 phút (mục 3.4.2.3). Giai đoạn phun sấy Các tinh thể nano trong hỗn dịch sau khi bào chế thường không ổn định về kích thước và dễ bị kết tụ. Vì vậy, hỗn dịch cần được loại dung môi bằng phương pháp thích hợp để đảm bảo độ ổn định của tiểu phân. Phương pháp được lựa chọn là phun sấy vì đây là phương pháp đơn giản và rẻ tiền, phù hợp cho sản xuất công nghiệp. Bột phun sấy có thể sử dụng trong các dạng bào chế thể rắn như bột pha hỗn dịch, viên nén, viên nang cứng.... Quá trình phun sấy có thể dẫn đến hiện tượng kết tụ của tiểu phân do sự có mặt của các chất diện hoạt và polyme trong dịch phun sấy. Nhiệt độ khí vào dưới nhiệt độ chuyển pha của polyme và dưới nhiệt độ nóng chảy của dược chất. Đồng thời, nhiệt độ này không ảnh hưởng đến độ ổn định của dược chất [17]. Trong nghiên cứu của luận án, hỗn dịch nano curcumin sử dụng Tween 80 là thành phần có điểm nóng chảy tương đối thấp. Trong khi đó, quá trình phun sấy thường tiến hành ở điều kiện nhiệt độ khí vào khoảng 80-120oC. Ở nhiệt độ cao hơn, tiểu phân chủ yếu thu được ở buồng phun, trong khi đó, nếu nhiệt độ thấp hơn, tiểu phân có hàm ẩm cao. Theo một số nghiên cứu, nhiệt độ khí vào khoảng 90-100oC thích hợp nhất. Do đó, trong nghiên cứu này, việc sử dụng Tween 80 trong thành phần dịch phun sấy có thể dẫn đến hiện tượng kết tụ tiểu phân [71]. Ngoài ra, các thông số khác trong quá trình phun sấy như tốc độ phun dịch, tốc độ thông khí, đường kính súng phun, áp suất khí nén… đều có thể ảnh hưởng tới đặc tính của bột phun sấy. Tốc độ phun dịch phải phù hợp với nhiệt độ khí vào và tốc độ thông gió. Trong nghiên cứu này, với nhiệt độ khí vào cao (trên 82oC), nếu tốc độ phun dịch tăng từ 1,8 đến 3 ml/phút, hiệu suất quá trình phun sấy tăng. Tốc độ phun dịch được lựa chọn là 2 ml/phút. Như vậy, qua việc khảo sát các yếu tố thuộc về công thức và thông số quy trình, nghiên cứu của luận án đã lựa chọn được công thức tối ưu với tỷ lệ Tween 80/curcumin, PVP/curcumin và một số thông số của quy trình bào chế thích hợp với sự trợ giúp của phần mềm INForm 3.1. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, kết quả này chỉ mang ý nghĩa học thuật và chỉ đúng trong thiết kế công thức, thiết bị và quy mô bào chế cụ thể.

Chất diện hoạt tween polysorbate 80 bào chế hệ tiểu phân nano curcumin

Mặc dù công nghệ nano đã được nghiên cứu từ hơn 50 năm gần đây và các công trình nghiên cứu trên thế giới đã được công bố khá nhiều nhưng số lượng các sản phẩm bào chế bằng công nghệ nano được ứng dụng trên lâm sàng còn rất ít. Điều này có thể do nhiều nguyên nhân nhưng điều quan trọng nhất là mỗi dược chất có những đặc tính và khả năng ứng dụng vào dạng thuốc nano khác nhau. Vì vậy, quá trình nghiên cứu bào chế dạng nano đối với một dược chất bất kỳ thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố từ công thức đến kỹ thuật bào chế. Cụ thể như sau:

Yếu tố công thức

Chất diện hoạt tween polysorbate 80

Trong quy trình bào chế hệ tiểu phân nano trình bày trong nghiên cứu, chất diện hoạt được nghiền ướt trực tiếp cùng với dược chất. Vì vậy, chất diện hoạt tập trung ở bề mặt phân cách pha cao. Kết quả thực nghiệm cho thấy: sự có mặt của chất diện hoạt làm giảm đáng kể kttp do làm giảm sức căng bề mặt phân cách pha rắn-lỏng, giảm tính sơ nước của curcumin, giúp curcumin dễ dàng phân tán vào môi trường lỏng. Ngoài ra, chất diện hoạt tween polysorbate 80 cũng có thể tạo micel làm tăng độ tan.

Mặt khác, đối với một dạng thuốc dùng đường uống, sự có mặt của chất diện hoạt cũng làm tăng tính thấm qua đường tiêu hóa. Chất diện hoạt tween polysorbate 80 sẽ kết hợp vào lớp lipid kép của màng, làm thay đổi tính phân cực của màng tế bào, giảm sức căng bề mặt và tăng khả năng thấm của dược chất qua màng tế bào biểu mô,. Ngoài ra, các chất diện hoạt còn tác động làm tăng thấm các phân tử dược chất qua đường kẽ tế bào do nới rộng các liên kết chặt giữa các tế bào hoặc tương tác với các enzym chuyển hóa. Một số chất diện hoạt còn ức chế trung gian p-gp làm tăng hấp thu …trong nghiên cứu này, với sự có mặt của chất diện hoạt tween 80, hỗn dịch nano bào chế từ hệ tiểu phân nano có khả năng thấm qua màng sinh học cao hơn so với hỗn dịch quy ước trong cùng điều kiện nghiên cứu. Một số nghiên cứu dược động học của curcumin có đánh giá tốc độ và mức độ thấm của dược chất cũng như ảnh hưởng của các tá dược đến khả năng thấm qua màng sinh học. Tuy nhiên, do mục tiêu nghiên cứu của luận án không tập trung vào việc nghiên cứu dược động học nên nội dung thực nghiệm này không được tiến hành. Tuy nhiên, đây có thể sẽ là định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo.

Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của một số chất diện hoạt đến đặc tính tiểu phân nano đã được khảo sát. Trong số này, chỉ có poloxame 188 có nhiệt độ nóng chảy cao, còn lại đều có nhiệt độ nóng chảy thấp. Điều này gây khó khăn cho quá trình làm khô bằng phương pháp phun sấy vì thể chất lỏng của chất diện hoạt có thể ảnh hưởng đến thể chất bột phun sấy. Hơn nữa, nếu chất diện hoạt được sử dụng với nồng độ quá cao, có thể tạo ra các micel, đóng vai trò như chất kết dính giữa tiểu phân và thúc đẩy hình thành kết tụ trong hỗn dịch [71]. Do đó, tỷ lệ chất diện hoạt trong công thức cần được nghiên cứu khảo sát vừa đảm bảo đủ để bào chế được hệ tiểu phân nano có kttp đạt yêu cầu vừa không ảnh hưởng đến thể chất khối bột. Trong nghiên cứu này, chất diện hoạt được lựa chọn là tween 80. Đây là phân tử có phần đuôi kỵ nước dài chứa các liên kết chưa bão hòa hấp phụ lên bề mặt tiểu phân dược chất và phần đầu lớn tạo ra hàng rào năng lượng không gian ngăn cản hiện tượng kết tụ. Nhược điểm của chất diện hoạt tween 80 là tạo ra lớp hấp phụ mỏng trên bề mặt tiểu phân và tạo ra sự ổn định không gian giữa các tiểu phân kém hiệu quả hơn so với các polyme khối lượng phân tử lớn [85]. Vì vậy, trong nghiên cứu này, tween 80 được phối hợp với một polyme thân nước.

Polyme thân nước

Quá trình bào chế dạng hỗn dịch nano sẽ tạo ra diện tích bề mặt lớn và do đó diện tích liên bề mặt lớn, làm thay đổi năng lượng tự do Gibbs. Hỗn dịch nano được tạo thành kém ổn định về mặt nhiệt động học và có xu hướng giảm tổng năng lượng bằng cách kết tụ trở lại. Về mặt động lực học, quá trình kết tụ phụ thuộc vào năng lượng hoạt hóa và năng lượng này bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của polyme ổn định [101]. Các polyme có tác dụng làm giảm kết tụ tiểu phân do tạo sự cồng kềnh về không gian và tích điện bề mặt tiểu phân. Do đó, bên cạnh vai trò của chất diện hoạt tween polysorbate 80, các polyme có vai trò quan trọng đối với hỗn dịch nano. Việc sử dụng kết hợp chất diện hoạt với polyme có thể hỗ trợ hiệu quả khả năng ổn định hỗn dịch nano.

Mặc dù khá nhiều công trình nghiên cứu về dạng bào chế hỗn dịch nano đã được công bố, việc đánh giá và so sánh khả năng của các polyme đến khả năng ổn định của hỗn dịch nano lại hầu như rất ít. Polyme thân nước cùng với chất diện hoạt tạo ra hàng rào năng lượng, giúp ngăn chặn quá trình kết tụ Ostwald. Điều này được mô tả bởi thuyết DLVO [71], [101]. Đồng thời, sự có mặt của các polyme còn làm tăng độ nhớt, tăng năng lượng biến dạng để phá vỡ tiểu phân [71].

Vì vậy, nghiên cứu của luận án đã khảo sát ảnh hưởng của một số polyme (PVP, PVA và Na CMC) đến sự hình thành và độ ổn định của hỗn dịch nano. Theo kết quả đánh giá KTTPTB, PVP và PVA không ảnh hưởng đến KTTPTB của nano curcumin, riêng Na CMC lại làm tăng KTTPTB. Xét về bản chất, Na CMC là polyme có khối lượng phân tử khá lớn (khoảng 90 kDa) và tích điện âm. Sự có mặt của Na CMC với ái lực cao ổn định theo cơ chế kết hợp cả ổn định không gian và ổn định điện tích nhưng lại tăng xu hướng hình thành tiểu phân kết tụ lớn do tạo cầu nối polyme. Do đó, Na CMC không phải là một lựa chọn thích hợp [75].

Trong nghiên cứu của luận án, PVP được chọn để phối hợp với Tween 80 ổn định hỗn dịch nano. Thực tế, PVP K30 là một polyme có chiều dài chuỗi ngắn hơn so với các polyme được khảo sát [102]. Nhược điểm của PVP là hút ẩm mạnh, do đó có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của hệ tiểu phân nano. Vì vậy, nghiên cứu đã đưa ra tỷ lệ PVP ở mức tối thiểu mà vẫn đạt được mục tiêu tăng tốc độ và mức độ hòa tan curcumin.

Khi sử dụng buồng nghiền với bi zirconi oxyd, tiểu phân dược chất có thể được nghiền đồng thời với dung dịch chất ổn định [23], [95], [113] hoặc hỗn hợp bi, dược chất, chất ổn định và nước được đưa đồng thời vào buồng nghiền hoặc bào chế hỗn hợp bột nhão dược chất và polyme trước, sau đó đưa vào buồng nghiền [53], [102]. Trong nghiên cứu này, quá trình nghiền ướt được tiến hành theo cách thứ nhất. Một số tác giả cho rằng nếu thêm chất diện hoạt và polyme vào giai đoạn đầu của quá trình nghiền ướt sẽ dẫn đến độ nhớt của hỗn dịch lỏng tăng, tốn năng lượng đề nghiền ướt trong giai đoạn đầu. Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu ở mục 3.4.2.1, sau quá trình nghiền khô, tiểu phân curcumin đã có sự giảm KTTP đáng kể so với ban đầu. Vì vậy, khi đưa vào giai đoạn nghiền ướt, dung dịch chất diện hoạt và polyme nên được thêm vào ngay để ổn định kích thước, hạn chế hiện tượng kết tụ tiểu phân do sự phân chia tiểu phân lớn thành các tiểu phân nhỏ hơn. Mặt khác, chất diện hoạt và polyme cũng phải cần một thời gian đủ để hấp phụ lên bề mặt tiểu phân, đảm bảo hầu hết bề mặt của tiểu phân được bao bọc bởi polyme hấp phụ. Do đó, việc thêm chất diện hoạt và polyme vào giai đoạn đầu có ý nghĩa quan trọng đối với việc hình thành tiểu phân nano curcumin.

Chất mang

Hỗn dịch nano sau khi bào chế thường kém ổn định về mặt nhiệt động học cần được chuyển sang dạng bào chế rắn bằng cách loại dung môi bằng phương pháp phun sấy. Để đảm bảo thể chất của bột chứa tiểu phân nano sau phun sấy, chất mang có thể được phối hợp vào hỗn dịch. Sự có mặt của chất mang thích hợp có thể ảnh hưởng đến đặc tính trơn chảy của tiểu phân bột sau phun sấy và sự phân tán trở lại trong nước. Trong số các chất mang thường dùng, các loại đường hay được sử dụng nhiều nhất với tỷ lệ khoảng 2-10% [17].

Tương tự như các tá dược khác sử dụng trong công thức hỗn dịch đem phun sấy, khi sử dụng các loại đường, nhiệt độ chảy và nhiệt độ hóa thủy tinh là hai thông số quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn. Qua tham khảo một số thông số đặc trưng của các loại đường, nhận thấy mặc dù các loại đường đều có điểm chảy cao (trên 140oC), nhưng một số loại đường có nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) thấp thường làm cho bột phun sấy bị dính (dextrose, saccarose). Ngược lại, sự có mặt của lactose hoặc manitol (Tg> 80oC) làm cho bột trơn chảy tốt. Bột phun sấy chứa lactose thường có hàm ẩm cao hơn so với bột phun sấy chứa manitol do sự chuyển lactose từ dạng khan sang dạng monohydrat [17]. Điều này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu ở mục 3.4.1.

Bên cạnh các chất mang thân nước, các tá dược trơn (chẳng hạn Aerosil) có thể được sử dụng trong giai đoạn phun sấy để làm giảm sự bám dính của bột phun sấy vào bề mặt thiết bị. Mặc dù vậy, việc đưa thêm thành phần tá dược chống dính có thể làm ảnh hưởng đến kết quả đo KTTP của hệ tiểu phân nano do không tách loại được hoàn toàn Aerosil.

Trong nghiên cứu của luận án, khi thêm manitol vào công thức hỗn dịch trước phun sấy, bột phun sấy chứa nano thu được có hình thức bên ngoài khá tơi xốp, ít bị bám dính vào cyclon, thuận lợi cho việc đưa vào các dạng bào chế hơn so với hỗn dịch không sử dụng manitol. Kết quả lựa chọn chất mang này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu bào chế bột phun sấy chứa nano curcumin trong một số nghiên cứu của Donsi F. và cộng sự [24] hoặc Gao Y. và cộng sự [28] hoặc bột phun sấy chứa nano itraconazol [17].

Phương pháp và thiết bị bào chế

Về phương pháp bào chế

Do độ tan của curcumin trong hầu hết các dung môi đều rất thấp, khó có thể lựa chọn dung môi để bào chế hệ tiểu phân nano bằng phương pháp “bottom-up”. Hơn nữa, do hạn chế của phương pháp này khi nâng cấp lên quy mô 5 g/mẻ, kỹ thuật “top-down” được lựa chọn. Đây cũng là kỹ thuật có triển vọng với nhiều chế phẩm thương mại hóa với ưu điểm tỷ lệ dược chất cao (tỷ lệ tá dược thấp), [43], [65], [102].

Về thiết bị bào chế

Ở quy mô bào chế nhỏ (1 g/mẻ), curcumin được nghiền khô bằng buồng nghiền với bi inox và nghiền ướt thủ công bằng chày cối. Với các thiết bị được lựa chọn này, tiểu phân nano tạo thành có KTTPTB khoảng 200-300 nm và PDI dao động rất lớn (từ 0,2 đến 0,6). Để khắc phục nhược điểm của phương pháp này, buồng nghiền với bi zirconi oxyd được lựa chọn để tiếp tục nghiên cứu về bào chế hệ tiểu phân nano. Dựa trên cơ sở này, nghiên cứu bào chế hệ tiểu phân nano được tiến hành theo quy trình B trên quy mô 5 g/mẻ.

Để nâng lên quy mô bào chế lớn hơn, trong giai đoạn nghiền khô, có thể sử dụng thiết bị nghiền chuyên dụng năng lượng cao. Tốc độ và hiệu suất nghiền phụ thuộc vào tốc độ quay của buồng nghiền, khối lượng và số lượng bi. Do đó, các thiết bị nghiền có tốc độ quay lớn, cự ly thanh nam châm gia tốc lớn sẽ có hiệu quả hơn trong việc nghiền mịn tiểu phân. Trong giai đoạn nghiền ướt, có thể sử dụng một số thiết bị nghiền ướt đặc biệt như thiết bị nghiền ướt gắn rotor-stato. Thiết bị này có thể tạo ra tiểu phân có KTTPTB nhỏ hơn so với các thiết bị nghiền ướt thông thường. Để tăng hiệu suất nghiền và tạo hỗn dịch nano có phân bố KTTP tương đối đồng nhất, môi trường nghiền thường được bơm tuần hoàn liên tục. Đồng thời, việc sử dụng một lượng bi có kích thước khác nhau (không đồng nhất) hoặc quá trình nghiền ở tốc độ cao cũng có thể làm tăng hiệu suất nghiền. Trong giai đoạn đồng nhất hóa, có thể sử dụng phương pháp đồng nhất hóa áp suất cao. Để tránh sinh nhiệt, thiết bị nghiền thường được trang bị lớp áo làm mát ở ngoài. Ngoài ra, để kết hợp phân chia và đồng nhất hóa, hiện nay người ta hay dùng đồng nhất vi hóa lỏng.

Khi nâng cấp lên quy mô bào chế 5 g/mẻ, thiết bị nghiền bi inox phù hợp với giai đoạn nghiền khô, còn thiết bị nghiền bi zirconi oxyd phù hợp với giai đoạn nghiền ướt. Do thiết bị nghiền bi inox chỉ có một bi với kích thước khá lớn (20 mm) nên lực tác động của bi lên khối bột chỉ có hiệu quả trong giai đoạn nghiền khô. Trong khi đó, bi zirconi oxyd với kích thước khá nhỏ không phù hợp cho giai đoạn nghiền khô vì động năng không đủ lớn. Khi chuyển sang giai đoạn nghiền ướt, buồng nghiền với bi zirconi oxyd với số lượng bi cỡ vài trăm và kích thước bi nhỏ (0,65 hoặc 0,8 mm), do đó tạo ra bề mặt tiếp xúc lớn, làm tăng lực mài mòn giữa bi và nguyên liệu. Do đó, buồng nghiền với bi zirconi oxyd được lựa chọn trong giai đoạn nghiền ướt.

Quy trình bào chế

Giai đoạn nghiền khô

Trong quá trình nghiền khô curcumin bằng buồng nghiền với bi inox, các thông số cần kiểm soát là lượng dược chất đưa vào buồng nghiền, thời gian và tần số nghiền.

Thông thường, lượng dược chất đưa vào buồng nghiền chiếm khoảng 60% thể tích buồng nghiền. Lượng nguyên liệu quá lớn có thể tạo hiệu ứng “cái đệm” cản trở quá trình nghiền. Ngược lại, quá ít nguyên liệu, hiệu suất nghiền giảm và bề mặt buồng nghiền bị mài mòn. Trong nghiên cứu của luận án, bột curcumin có tỷ trọng thấp (d = 0,93), việc đưa vào buồng nghiền gặp khó khăn do thể tích buồng nghiền hạn chế và kích thước bi tương đối lớn (20 mm). Do vậy, quy mô bào chế chỉ có thể nâng lên gấp 5 lần từ quy mô bào chế nhỏ, khi đó lượng dược chất mỗi buồng nghiền khoảng 5 g.

Về thời gian nghiền, trong phạm vi nghiên cứu của luận án, quá trình nghiền khô được thực hiện trong 6 giờ. Kết quả nghiên cứu ở mục 3.4.2.1 cho thấy: sau 6 giờ nghiền khô, curcumin có KTTP giảm đáng kể so với ban đầu. Trong quá trình nghiền, tiến hành đảo trộn nguyên liệu trong buồng nghiền sau mỗi khoảng thời gian nhất định (1 giờ) để đảm bảo bột không bị dính ép vào thành buồng nghiền, vào bề mặt bi và lực nghiền mài phân bố đều trong toàn bộ khối bột. Một vấn đề cần lưu ý nữa là quá trình nghiền sinh ra nhiệt làm nóng buồng nghiền và có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của curcumin. Vì vậy, sau mỗi khoảng thời gian 1 giờ, cần để thời gian nghỉ (5-10 phút) để nhiệt độ buồng nghiền giảm.

Về tần số nghiền, nếu tần số nghiền thấp, nguyên liệu chỉ chịu tác động của lực mài mòn của nguyên liệu vào buồng nghiền. Điều này làm cho nguyên liệu không được phân chia thành các tiểu phân nhỏ hơn. Nếu tần số nghiền quá cao, các bi bị ép mạnh vào thành buồng nghiền nên không có lực mài mòn và va chạm. Vì vậy, với tần số nghiền phù hợp, nguyên liệu chịu tác động của lực mài mòn và lực va chạm do các bi được đưa lên vị trí tối ưu, rơi xuống va chạm và làm chia nhỏ nguyên liệu. Thực nghiệm cho thấy: với tần số nghiền nhỏ hơn 10 Hz, việc chia nhỏ tiểu phân không hiệu quả. Do vậy, quá trình nghiền được khảo sát ở hai mức tần số 15 và 30 Hz. Trong đó, kết quả trình bày ở mục 3.4.2.1 cho thấy: ở tần số 30 Hz, tiểu phân sau nghiền có KTTP nhỏ hơn trong thời gian khảo sát.

Hình ảnh chụp SEM của curcumin sau nghiền khô ở phụ lục 4.1 cho thấy có hiện tượng kết tụ thành từng đám của tiểu phân. Điều này có thể giải thích do sau quá trình nghiền khô, tiểu phân mới tạo ra có KTTP nhỏ hơn, diện tích bề mặt lớn hơn, dễ hút ẩm dẫn đến hiện tượng kết tụ.

Giai đoạn nghiền ướt

Trong quy trình bào chế nano curcumin ở quy mô 1 g, giai đoạn này sử dụng dụng cụ thủ công còn trong quy trình bào chế ở quy mô 5 g, giai đoạn này sử dụng buồng nghiền với bi zirconi oxyd. Đối với hệ tiểu phân nano nghiền ướt bằng buồng nghiền với bi zirconi oxyd, đây được coi là giai đoạn chính làm nhỏ tiểu phân xuống kích thước nano.

Khác với nghiền khô, kỹ thuật nghiền ướt có sự hiện diện của môi trường nước ngăn chặn sự kết dính và nén ép của tiểu phân dược chất vào thành buồng nghiền và lên bề mặt bi, khắc phục được nhược điểm của giai đoạn nghiền khô, tăng hiệu suất tạo tiểu phân nano. Môi trường lỏng cũng có thể có vai trò như tá dược bôi trơn và bao lên bề mặt của tiểu phân mới hình thành thông qua tương tác lý hóa khác nhau như hấp phụ, tương tác tĩnh điện hoặc tương tác kỵ nước [58], do tạo micel hay bao cơ học nhằm tăng độ ổn định của hỗn dịch. Các polyme và chất diện hoạt được thêm vào buồng nghiền sẽ hấp phụ lên bề mặt tiểu phân dược chất ngăn chặn hiện tượng kết tụ, tăng khả năng gây thấm và phân tán làm giảm kích thước tiểu phân [58]. Ngoài ra, nước có thể đóng vai trò như một chất ức chế sự hình thành dạng vô định hình do giảm nhiệt độ hóa thủy tinh [88].

Nếu lượng tá dược lỏng quá nhiều sẽ hạn chế lực tác động của bi vào thành buồng nghiền, cản trở quá trình nghiền. Trong nghiên cứu này, lượng tá dược lỏng sử dụng khoảng 10 ml vừa đủ để thấm ướt và tạo ra hỗn dịch có độ nhớt nhất định, dễ nghiền mịn hơn. Tuy nhiên, trong quá trình nghiền ướt, do độ mịn của tiểu phân dược chất tăng theo thời gian, dẫn đến tăng độ nhớt của bột nhão, tăng sự bám dính của nguyên liệu vào buồng nghiền. Đặc biệt, độ nhớt tăng còn làm giảm tốc độ dao động và năng lượng động lực học của môi trường nghiền và có thể làm giảm độ mịn của sản phẩm tạo thành. Do đó, độ nhớt tăng dẫn đến hai hiệu ứng ngược chiều nhau lên sự giảm KTTP. Vì vậy, lượng polyme và chất diện hoạt được thêm vào để ổn định tiểu phân sau khi nghiền chỉ ở mức tối thiểu. Với sự có mặt của chất diện hoạt và polyme, lực nghiền mài và khuấy trộn trong buồng nghiền ướt tạo ra năng lượng để phân tán polyme, phá vỡ sự kết tụ dược chất, gây thấm và hấp phụ dung dịch chất ổn định Tween 80 và PVP lên bề mặt tiểu phân dược chất.

Trong giai đoạn này, ảnh hưởng của kích thước bi đến đặc tính của tiểu phân nano được khảo sát trên hai loại bi có kích thước khác nhau (0,65 và 0,8 mm). Về mặt lý thuyết với cùng một lượng bi như nhau, kích thước bi càng nhỏ, diện tích bề mặt càng lớn và sự cọ mòn, nghiền mài tiểu phân càng lớn. Với kích thước bi nhỏ hơn, tỷ lệ giảm kích thước tăng do tăng tần số va chạm của các bi kích thước nhỏ với tiểu phân do số lượng bi lớn hơn [71]. Tuy nhiên, kết quả trình bày ở mục 3.4.2.2 cho thấy: việc sử dụng hai loại bi kích thước khác nhau trong nghiên cứu này lại không tạo ra sự khác biệt rõ rệt về KTTP dược chất. Điều này có thể do hai loại bi kích thước không khác nhau nhiều, hoặc do năng lượng động lực học tạo ra trong quá trình nghiền ở cùng tần số xác định của bi kích thước lớn (0,8 mm) cao hơn so với bi kích thước nhỏ (0,65 mm).

Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến KTTP là thời gian nghiền. Thời gian nghiền ướt phải đủ để phân chia tiểu phân có kích thước lớn thành các tiểu phân nhỏ hơn và đảm bảo các chất ổn định được hấp thụ lên bề mặt tiểu phân [56]. Thời gian nghiền kéo dài không hiệu quả vì có thể tạo ra sự tăng nhẹ của KTTP. Kết quả này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu bào chế hỗn dịch nano bằng phương pháp giảm kích thước tiểu phân sử dụng kỹ thuật nghiền ướt của Liu P. và cộng sự [56]. Kết quả của nghiên cứu cho thấy: với thời gian nghiền ướt 4 giờ, tiểu phân tạo ra đạt kích thước dưới 1 m. Nếu tiếp tục tăng thời gian nghiền, KTTP có xu hướng tăng. So với mẫu 1 g nghiền ướt bằng dụng cụ thủ công, mẫu 5 g có KTTPTB lớn hơn nhưng hệ số đa phân tán PDI lại không cao. Điều này chứng tỏ giai đoạn nghiền ướt bằng buồng nghiền với bi zirconi oxyd đã làm giảm KTTP đồng nhất hơn so với giai đoạn nghiền ướt sử dụng chày cối thủ công.

Giai đoạn khuấy tốc độ cao

Hỗn dịch đặc sau khi bào chế ở giai đoạn nghiền ướt được pha loãng bằng nước tạo hỗn dịch. Nhằm tạo ra hỗn dịch có KTTP nhỏ và PDI thấp, một số nghiên cứu sử dụng thiết bị đồng nhất hóa áp suất cao [28], [75], [78]. Trong nghiên cứu này, hỗn dịch được đồng nhất hóa bằng thiết bị tạo lực phân cắt lớn. Tuy nhiên, do giới hạn về một số thông số của thiết bị nên tốc độ khuấy chỉ khảo sát lên đến được 22000 vòng/phút. Đồng thời thiết bị có thể sinh nhiệt khi thời gian khuấy quá dài. Đồng thời, bọt khí sinh ra trong quá trình khuấy trộn làm cản trở lực tác động của cánh khuấy lên hỗn dịch. Bọt khí này do sự hình thành và phá vỡ của bong bóng áp suất hơi thấp trong dòng chảy chất lỏng. Trong thiết bị đồng nhất hóa cơ học (rotor- stator), lưỡi dao (rotor) di chuyển theo chất lỏng với tốc độ cao sinh ra các bong bóng khí [73]. Vì vậy, nghiên cứu đã lựa chọn tốc độ đồng nhất hóa 18000 vòng/phút và thời gian đồng nhất hóa thích hợp đối với hỗn dịch bào chế ở quy mô nhỏ (mẻ 1 g/25 ml) chỉ cần 15 phút và với quy mô lớn hơn (mẻ 5 g/125 ml) là 60 phút (mục 3.4.2.3).

Giai đoạn phun sấy

Các tinh thể nano trong hỗn dịch sau khi bào chế thường không ổn định về kích thước và dễ bị kết tụ. Vì vậy, hỗn dịch cần được loại dung môi bằng phương pháp thích hợp để đảm bảo độ ổn định của tiểu phân. Phương pháp được lựa chọn là phun sấy vì đây là phương pháp đơn giản và rẻ tiền, phù hợp cho sản xuất công nghiệp. Bột phun sấy có thể sử dụng trong các dạng bào chế thể rắn như bột pha hỗn dịch, viên nén, viên nang cứng....

Quá trình phun sấy có thể dẫn đến hiện tượng kết tụ của tiểu phân do sự có mặt của các chất diện hoạt và polyme trong dịch phun sấy. Nhiệt độ khí vào dưới nhiệt độ chuyển pha của polyme và dưới nhiệt độ nóng chảy của dược chất. Đồng thời, nhiệt độ này không ảnh hưởng đến độ ổn định của dược chất [17]. Trong nghiên cứu của luận án, hỗn dịch nano curcumin sử dụng Tween 80 là thành phần có điểm nóng chảy tương đối thấp. Trong khi đó, quá trình phun sấy thường tiến hành ở điều kiện nhiệt độ khí vào khoảng 80-120oC. Ở nhiệt độ cao hơn, tiểu phân chủ yếu thu được ở buồng phun, trong khi đó, nếu nhiệt độ thấp hơn, tiểu phân có hàm ẩm cao. Theo một số nghiên cứu, nhiệt độ khí vào khoảng 90-100oC thích hợp nhất. Do đó, trong nghiên cứu này, việc sử dụng Tween 80 trong thành phần dịch phun sấy có thể dẫn đến hiện tượng kết tụ tiểu phân [71].

Ngoài ra, các thông số khác trong quá trình phun sấy như tốc độ phun dịch, tốc độ thông khí, đường kính súng phun, áp suất khí nén… đều có thể ảnh hưởng tới đặc tính của bột phun sấy. Tốc độ phun dịch phải phù hợp với nhiệt độ khí vào và tốc độ thông gió. Trong nghiên cứu này, với nhiệt độ khí vào cao (trên 82oC), nếu tốc độ phun dịch tăng từ 1,8 đến 3 ml/phút, hiệu suất quá trình phun sấy tăng. Tốc độ phun dịch được lựa chọn là 2 ml/phút.

Như vậy, qua việc khảo sát các yếu tố thuộc về công thức và thông số quy trình, nghiên cứu của luận án đã lựa chọn được công thức tối ưu với tỷ lệ Tween 80/curcumin, PVP/curcumin và một số thông số của quy trình bào chế thích hợp với sự trợ giúp của phần mềm INForm 3.1. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, kết quả này chỉ mang ý nghĩa học thuật và chỉ đúng trong thiết kế công thức, thiết bị và quy mô bào chế cụ thể.